JP2002316231A - 鍛造方法 - Google Patents
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Abstract
組織を微細なフェライト+パーライト組織にして、強度
は焼入焼戻法を越える降伏点(YP値)を得るととも
に、引張強さ(TS)は焼入焼戻法よりも小さくして、
かつ、より機械加工における加工性を向上させることが
できるようにした鍛造方法を提供すること。 【解決手段】 非調質型機械構造用炭素鋼にバナジュウ
ム、ニオブ、タンタルなどの5属金属の少なくとも1種
を加えて製造した鍛造素材を、熱間鍛造に適した温度
(1150〜1250℃)に加熱し、所定の形状に鍛造
後、冷却し、その後、炉内でテンパー温度域の温度に所
定の設定時間保持し、さらに、自然冷却により常温まで
冷却するようにする。
Description
特に、衝撃荷重がかかる製品を、焼入焼戻法を採用する
ことなく、金属組織を微細なフェライト+パーライト組
織にして、強度は焼入焼戻法を越える降伏点(YP値)
を得るとともに、引張強さ(TS)は焼入焼戻法よりも
小さくして、より機械加工における加工性を向上させる
ことができるようにした鍛造方法に関するものである。
コネクティングロッド、ステアリングナックル、クラン
クシャフト等は、鍛造にて製造するようにしていた。そ
して、特に瞬間的に大きな衝撃荷重がかかるコネクティ
ングロッドは、製品の強度を増すため、焼入焼戻法を併
用するようにしていた。ところが、この焼入焼戻法は、
製造コストがかかるため、近年のように製造コストの低
減が叫ばれている、例えば、自動車部品のような安価に
多量に生産する製品には適さず、このため、焼入焼戻法
に代わって製造コストを低廉化することができる非調質
法が採用されてきている。この非調質法は、製品の鍛造
後、1200℃前後の高温の製品を、直ちに500℃程
度まで強制的に空冷する方法である。
後、1200℃前後の高温の製品を、直ちに500℃程
度まで強制的に空冷する非調質法では、引張強さ(T
S)は焼入焼戻法とほぼ同程度のものとなるものの、降
伏点(YP値)が低下し、その値は、降伏点を引張強さ
で割れば、すなわち、降伏比(YR)で表現すれば、約
0.6程度である。このため、焼入焼戻法に比べ降伏点
(YP値)が低下する分だけ、鍛造製品の軽量化を図る
場合でも限度があり、しかも、引張強さ(TS)は依然
として焼入焼戻法とほぼ同程度と高いため、焼入焼戻法
により製造した製品と同様、機械加工における加工性が
悪いという問題があった。
題点に鑑み、従来の焼入焼戻法を採用することなく、金
属組織を微細なフェライト+パーライト組織にして、強
度は焼入焼戻法を越える降伏点(YP値)を得るととも
に、引張強さ(TS)は焼入焼戻法よりも小さくして、
かつ、より機械加工における加工性を向上させることが
できるようにした鍛造方法を提供することを目的とす
る。
め、本発明の鍛造方法は、5属金属の少なくとも1種を
加えて製造した鍛造素材を、熱間鍛造に適した温度に加
熱し、所定の形状に鍛造後、冷却し、その後、炉内でテ
ンパー温度域の温度に所定の設定時間保持し、さらに、
自然冷却により常温まで冷却するようにしたことを特徴
とする。ここで、「テンパー温度域の温度」は、500
〜700℃の範囲の温度に、また、「所定の設定時間」
は、30〜60分間に、それぞれ設定することが望まし
い。
られるパーライト、フェライト等よりなる金属素材に、
バナジウム、ニオブ等の5属金属の少なくとも1種を加
えて製造した鍛造素材を、熱間鍛造に適した温度に加熱
し、所定の形状に鍛造後、冷却し、その後、炉内でテン
パー温度域の温度に所定の設定時間保持し、さらに、自
然冷却により常温まで冷却するようにしているため、鍛
造素材に添加されているバナジウム、ニオブ等の5属金
属が、フェライトに添加元素を主体とする微細な炭窒化
物を析出させることができ、金属組織が微細なフェライ
ト+パーライト組織のため剛性が高く、衝撃荷重に対し
強くなる降伏点(YP値)を高く設定できるので、鍛造
製品の軽量化を図ることができ、しかも、引張強さ(T
S)を低く抑えられ、かつ、金属組織が微細なフェライ
ト+パーライト組織のため、機械加工における加工性を
向上させることができる。
を、1150〜1250℃の範囲に設定することが望ま
しい。
ナジウム、ニオブ等の5属金属の固溶が促進されるとと
もに、これが冷却され、析出するときに、鍛造素材の組
織が析出物により歪を受け、多量の微細な炭窒化物とし
て析出するとともに、金属組織が微細となるので、鍛造
素材の強度を増大させることができる。
形態を図面に基づいて説明する。
示す。
部品等の製品、例えば、コネクティングロッド、ステア
リングナックル、クランクシャフト等は、従来、強度、
低コスト、多量生産に適した方法である鍛造法にて製造
されていた。
で、鍛造素材として通常用いられるパーライト、フェラ
イト等よりなる金属素材に、バナジウム、ニオブ、タン
タル、ドブニウム等の5属金属の少なくとも1種を加え
て製造した鍛造素材を、熱間鍛造に適した温度に加熱
し、所定の形状に鍛造後、冷却し、その後、炉内でテン
パー温度域の温度に所定の設定時間保持し、さらに、自
然冷却により常温まで冷却するようにしたものである。
に限定されるものではないが、入手がし易く、かつ、安
価なバナジウム又はニオブを用いることが望ましい。ま
た、その添加量は、鍛造素材にごく微量でよく、例え
ば、0.03〜0.3wt%程度添加するようにする。
来の熱間鍛造に適した加熱温度(この加熱温度は、鍛造
素材の種類によっても異なる。)よりも若干低い温度、
例えば、従来の熱間鍛造に適した加熱温度が1250℃
程度の場合は、1200℃±50℃程度となるように加
熱する。このように、鍛造素材の加熱温度を設定するこ
とにより、鍛造素材に添加されているバナジウム、ニオ
ブ等の5属金属の固溶が促進されるとともに、これが冷
却され、析出するときに、鍛造素材の組織が析出物によ
り歪を受け、多量の微細な炭窒化物として析出するの
で、鍛造素材の強度を増すことができるものとなる。そ
して、この熱間温度に加熱した鍛造素材を、金型を用い
た熱間鍛造にて所定の形状に形成する。この熱間鍛造工
程は、従来の非調質法、焼入焼戻法と同じである。
然冷却により、バナジウム、ニオブ等の5属金属が、フ
ェライトに添加元素を主体とする微細な炭窒化物を析出
し易い温度に近い温度まで冷却する。この冷却温度は、
特に限定されるものではないが、600〜800℃程度
とする。この自然冷却は、鍛造装置から排出された鍛造
製品が、次工程の加熱炉へ連続的に搬送されるコンベア
上で、搬送中に自然に冷却させることも、あるいは、コ
ンベア上の鍛造製品に向かってブロアにより空気を吹き
付ける等により、強制的に冷却することもできる。これ
は、鍛造装置より加熱炉までの搬送距離、所要搬送時間
等により適宜選択的に採用することができる。
冷却された鍛造製品を、加熱炉内に供給する。この加熱
炉内では、鍛造製品が、テンパー温度域の温度、例え
ば、500〜700℃を保持できるようにする。この場
合、加熱炉内に供給された鍛造製品が持つ熱エネルギー
は、加熱炉内の温度よりも少し高めに設定されているた
め、加熱炉内では運転初期以外ほとんど加熱しなくても
設定温度が保持され、省エネルギーで処理することがで
きる。この加熱炉内におけるテンパー温度域の温度を保
持する時間は、鍛造素材に添加されたバナジウム、ニオ
ブ等の5属金属が、フェライトに添加元素を主体とする
微細な炭窒化物として析出するのに要する時間、例え
ば、30〜60分間程度に設定するようにする。なお、
この場合、保温炉等の炉を用いることにより、フェライ
トに添加元素を主体とする微細な炭窒化物として析出す
るのに要する時間の間、所定の温度に保持できるなら
ば、必ずしも加熱炉は使用しなくてもよい。
て30〜60分間程度、500〜700℃を保持するこ
とにより、鍛造素材に添加されたバナジウム、ニオブ等
の5属金属が、フェライトに添加元素を主体とする微細
な炭窒化物として析出するようにした後、加熱炉より排
出し、自然冷却により常温まで冷却し、製品とする。こ
れにより、焼きならしに近いより微細な金属組織とな
り、剛性が高く、衝撃荷重に対し強くなる降伏点(YP
値)を高く設定できるので、降伏比(YR)を大巾に向
上することができる。これによって、軽量化を図ること
ができ、しかも、引張強さ(TS)を低く抑えられるの
で、より機械加工における加工性が向上した鍛造製品を
得ることができる。
例に係るバナジウム0.26%とニオブ0.026%を
添加した非調質型機械構造用炭素鋼(S35C)と、従
来製品(従来の非調質法並びに従来の焼入焼戻法(機械
構造用炭素鋼で同等炭素量(S40C)(表1(A))
及び同等強度値(S55C)(表1(B))))との差
異を示す。
nd Book(1954)のデータを利用した。
(従来の非調質法及び従来の焼入焼戻法)の硬さと降伏
比の関係を示す。
す。図4(A)は、本発明の実施例の金属組織を400
倍に拡大した顕微鏡写真、図4(B)は、同10000
0倍に拡大した電子顕微鏡写真、また、図4(C)は、
従来製品(従来の非調質法)の金属組織を400倍に拡
大した顕微鏡写真を、それぞれ示す。これらの顕微鏡写
真より、本発明の実施例の金属組織が、微細な組織であ
ることが判る。また、図4(B)に示す100000倍
に拡大した電子顕微鏡写真からも明らかなように、フェ
ライトに添加元素を主体とする微細な炭窒化物が析出し
ており、これにより、鍛造素材の強度が向上することが
判る。
して通常用いられるパーライト、フェライト等よりなる
金属素材に、バナジウム、ニオブ等の5属金属の少なく
とも1種を加えて製造した鍛造素材を、熱間鍛造に適し
た温度に加熱し、所定の形状に鍛造後、冷却し、その
後、炉内でテンパー温度域の温度に所定の設定時間保持
し、さらに、自然冷却により常温まで冷却するようにし
ているため、鍛造素材に添加されているバナジウム、ニ
オブ等の5属金属が、フェライトに添加元素を主体とす
る微細な炭窒化物を析出させることができ、かつ、金属
組織は微細なフェライト+パーライト組織となるので、
剛性が高く、衝撃荷重に対し強くなる降伏点(YP値)
を高く設定できるので、鍛造製品の軽量化を図ることが
でき、しかも、引張強さ(TS)を低く抑えられるの
で、より機械加工における加工性を向上させることがで
き、鍛造製品のコストの低廉化を図ることができる。
1250℃の範囲に設定することにより、鍛造素材に添
加されているバナジウム、ニオブ等の5属金属の固溶が
促進されるとともに、これが冷却され、析出するとき
に、鍛造素材の組織が析出物により歪を受け、多量の微
細な炭窒化物として析出するので、鍛造素材の強度を増
大させることができる。
程の説明図である。
ある。
調質法及び従来の焼入焼戻法)の硬さと降伏比の関係を
示すグラフである。
実施例の金属組織を400倍に拡大した顕微鏡写真、
(B)は、同100000倍に拡大した電子顕微鏡写
真、また、(C)は、従来製品(従来の非調質法)の金
属組織を400倍に拡大した顕微鏡写真を、それぞれ示
す。
Claims (2)
- 【請求項1】 5属金属の少なくとも1種を加えて製造
した鍛造素材を、熱間鍛造に適した温度に加熱し、所定
の形状に鍛造後、冷却し、その後、炉内でテンパー温度
域の温度に所定の設定時間保持し、さらに、自然冷却に
より常温まで冷却するようにしたことを特徴とする鍛造
方法。 - 【請求項2】 鍛造素材の加熱温度を、1150〜12
50℃の範囲に設定したことを特徴とする請求項1記載
の鍛造方法。
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