JP2583776B2

JP2583776B2 - 熱間鍛造用非調質鋼

Info

Publication number: JP2583776B2
Application number: JP62335375A
Authority: JP
Inventors: 一衛野村; 雄一川瀬
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 1987-12-30
Filing date: 1987-12-30
Publication date: 1997-02-19
Anticipated expiration: 2012-02-19
Also published as: JPH01177339A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は熱間鍛造後、焼入れ、焼もどし等の熱処理を
行わず非調質のままで引張強さ80kgf/mm²以上、シャル
ピー衝撃値5kgfm/cm²以上の高強度、高靭性を有し、か
つ鍛造条件により強度、靭性等の機械的性能が変化しな
い熱間鍛造用非調質鋼に関し、特に高強度と高靭性を必
要とする自動車の足廻り部品に用いられる鋼として有用
なものである。

［従来の技術］従来、ステアリングナックル、アッパーアーム等の自
動車の足廻り部品に用いられる鋼には、高強度と高靭性
が要求され、機械構造用炭素鋼であるS43C〜S48Cが用い
られ、熱間鍛造により成形後、高強度、高靭性を付与さ
せるため焼入れ焼もどし等の熱処理（以下調質と称す
る。）が施されていた。

しかしこれらの熱処理工程を省略できれば、大幅なコ
スト低減が図られ、省エネルギーの社会的要請に応える
ことができる。そこで熱間鍛造のままで使用することの
できる非調質鋼の開発が近年盛んに行なわれている。

例えば、Ｃを0.30〜0.50％含有する中炭素鋼に0.03〜
0.20％のＶを添加した非調質鋼が提案されている。この
非調質鋼は熱間鍛造後の冷却過程でＶの炭窒化物が析出
し、このＶ炭窒化物がフェライト生地を強化するもので
ある。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら従来開発された非調質鋼は、粗大なフェ
ライト・パーライト組織を有するものであり、靭性は中
炭素鋼の調質材に比べて低いのが欠点である。また、鍛
造条件（加熱温度、鍛造温度、冷却速度等）により強
度、靭性が著しく変化するので、鍛造条件を厳しく管理
する必要があった。

本発明は従来の非調質鋼の前記のごとき問題点に鑑み
てなされたもので、鍛造条件によって強度、靭性等の性
能が変化せず靭性の高い熱間鍛造用非調質鋼を提供する
ことを目的とする。

［問題点を解決するための手段］本発明者は前記目的の下に熱間鍛造用非調質鋼につい
て鋭意研究をした結果、ベイナイト組織にすると加熱温
度および鍛造温度の影響を受け難いことを着目し、ベイ
ナイト生成作用を持つMn量、Cr量を高めベイナイト組織
を得ることを着想した。しかし、ベイナイト組織にする
と靭性が低く、また冷却速度の影響を受け易いという欠
点を有している。そこでベイナイト組織のかかる欠点を
克服するためさらに鋭意研究を重ねた結果、靭性を向上
させるためには低炭素化することが著しく効果があり、
また、Ｖを添加したベイナイト組織が冷却速度の影響を
受けず、強度の安定化を図ることができ、従来の非調質
鋼に比べて許容される鍛造条件が広く、かつ高い強度お
よび靭性を有し、熱間鍛造のままで従来の中炭素低合金
鋼と同等もしくは同等以上の強度および靭性を確保し得
ることを知見した。

本発明はこれらの知見に基づいて完成されたものであ
って、本発明の熱間鍛造用非調質鋼は第１発明として重
量比でC;0.05超〜0.25％、Si;0.10〜0.50％、Mn;1.50〜
2.50％、Cr;0.60〜1.50％、V;0.05〜0.30％を含有し、
残部がFeおよび不純物元素からなり、熱間鍛造後空冷し
た組織がベイナイト組織を主体とする組織であることを
要旨とする。また、第２発明は第１発明の被削性を改善
するためにさらにS;0.12％以下、Pb;0.05〜0.30％のう
ち１種または２種を含有し、残部がFeおよび不純物元素
からなり、熱間鍛造後空冷した組織がベイナイト組織を
主体とする組織であることを要旨とする。なお、本願発
明において、ベイナイト組織を主体とする組織とは、10
0％ベイナイト組織である必要はなく、殆どがベイナイ
ト組織であれば足り、若干量の他の組織例えばフェライ
ト・パーライト組織の混合を許容するものである。

［作用］本発明の熱間鍛造用非調質鋼は、低炭素化により靭性
を向上させ、かつCrおよびMn量を高めることによってベ
イナイト組織としたので、強度および靭性等が加熱温度
および鍛造温度の影響を受けない。すなわち、従来鋼は
加熱温度の上昇により硬さが上昇し、鍛造温度の上昇に
よって衝撃値が低下するが、本発明の熱間鍛造用非調質
鋼は加熱温度や鍛造温度の変化によってこれらの性能が
殆ど影響を受けず高い靭性および強度を示す。

また、本発明鋼のベイナイト組織は、Ｖを添加するこ
とにより、強度および靭性等の性能が冷却速度に影響さ
れない。

次に本発明にかかる熱間鍛造用非調質鋼において成分
組織を限定した理由について説明する。

C;0.05超〜0.25％Ｃは強度を確保するために必要な元素であり0.05％以
下であると強度が不足するので下限を0.05％超とした。
また、Ｃが0.25％を越えると靭性が低下するので、上限
を0.25％とした。

Si;0.10〜0.50％ Siは製鋼時の脱酸剤として添加されるものであり、0.
10％は必要である。しかし、0.50％を越えると靭性が低
下するので、上限を0.50％とした。

Mn;1.50〜2.50％ Mnは焼入れ性を向上させて組織をベイナイト化するの
に必要な元素である。Mnが1.50％未満であると焼入れ性
が不足しベイナイトの生成が不足し、強度が不足するの
で、下限を1.50％とした。しかし、2.5％を越えると焼
入れ性が向上し過ぎてマルテンサイトが生成され、靭性
が低下するので、上限を2.50％とした。

Cr;0.60〜1.50％ Crは組織をベイナイト化するのに必要な元素である。
0.60％未満であると前記効果が不充分であるので、下限
を0.60％とした。しかし、1.50％を越えると前記効果が
飽和するとともに、コスト的に高くなるので、上限を1.
50％とした。

V;0.05〜0.30％Ｖは微細な炭化物を析出し必要な強度および靭性を得
るのに必要な元素である。0.05％未満ではその効果が不
充分なので、下限を0.05％とした。しかし、0.30％を越
えて含有させてもその効果が飽和すると共にコスト高と
なるので、上限を0.30％とした。

S;0.12％以下Ｓは被削性を改善するために有効な元素であり、必要
に応じて添加されるものである。しかし、0.12％を越え
て含有されてもその効果が飽和し、靭性を低下させるの
で上限を0.12％とした。

Pb;0.05〜0.30％ Pbは被削性を改善するため必要な元素であり、その効
果を得るためには0.05％以上が必要である。しかし、0.
30％を越えて含有されてもその被削性改善の効果の向上
がなくなるので上限を0.30％とした。

［実施例］本発明の実施例を比較鋼および従来鋼と比較しつつ説
明し本発明の特徴を明らかにする。

（実施例１）第１表は本発明鋼、比較鋼および従来鋼の化学成分を
示すものである。

第１表において、Ａ〜Ｇ鋼は本発明鋼であって、Ａ〜
Ｄ鋼は第１発明、Ｅ〜Ｇ鋼は第２発明である。また、Ｈ
〜Ｌ鋼は比較鋼であって、Ｈ鋼はＣが本発明の組成範囲
より高い比較鋼、Ｉ鋼はMnが本発明の組成範囲より低い
比較鋼、Ｊ鋼はCrが本発明の組成範囲より低い比較鋼、
Ｋ鋼はＶを含有しない比較鋼、Ｌ鋼はフェライト・パー
ライト型非調質鋼であって、S48C相当成分にＶを含有す
る非調質鋼である。さらに、Ｍ鋼は従来鋼でS45Cであ
る。

第１表に示す本発明鋼、比較鋼および従来鋼のうち、
Ａ〜Ｌ鋼については、直径60mmの丸棒を1250℃に加熱
後、1150℃にて直径30mmの丸棒に鍛造後、室温まで自然
冷却した。また、従来鋼Ｍ鋼は直径30mmの丸棒を880℃
にて加熱後、油浴中へ焼入れを行い、続いて580℃にて
焼もどしを行った。各供試材の中心部よりJIS4号試験片
およびシャルピーJIS3号試験片を採取し試験に供した。
第２表に試験結果を示す。

Ａ〜Ｄ鋼の第１発明、Ｅ〜Ｇ鋼の第２発明はいずれも
引張強さが80kgf/mm²以上、シャルピー衝撃値5kgf/cm²
以上を示し、良好な強度と靭性が得られているのに対し
て、比較鋼のＨ鋼は引張強さが112.1kgf/mm²と高いが、
衝撃値は1.1kgf/cm²と低く、Ｉ鋼およびＪ鋼は焼入性が
不足しており、フェライト・ベイナイト組織を呈し、引
張強さが75.3kgf/mm²および78.7kgf/mm²と低い。また、
比較鋼のＬ鋼はフェライト・パーライト型の非調質鋼で
あり、引張強さ81.1kgf/mm²と十分であるが、衝撃値は
3.1kgf/cm²と低いことがわかる。すなわち、本発明鋼は
熱処理を施さなくて鍛造のままで、従来鋼であるＭ鋼
（S48C焼入焼もどし品）と同等の強度と靭性を有するこ
とがわかる。

（実施例２）第１表の発明鋼Ｂ鋼およびＦ鋼、比較鋼のＫ鋼および
フェライト・パーライト型の非調質鋼Ｌ鋼を各種条件に
て鍛造し、引張強さおよび衝撃値を評価した。第１図は
鍛造加熱温度と引張強さおよび衝撃値の関係を示したも
のである。上記Ｂ鋼、Ｆ鋼、Ｋ鋼およびＬ鋼の直径60mm
の丸棒を1350℃、1250℃および1150℃に加熱し、各々12
50℃、1150℃および1050℃にて、直径30mmの丸棒に鍛造
後、室温まで自然空冷したものを供試材として、その中
心部よりJIS4号引張試験片およびシャルピーJIS3号試験
片を採取し試験を実施した。

第１図より、フェライト・パーライト型の従来の非調
質鋼Ｌ鋼は、加熱温度の上昇に伴い、引張強さが増加
し、衝撃値が低下するのに対して、ベイナイト組織を有
する本発明鋼Ｂ鋼およびＦ鋼、それに比較鋼のＫ鋼は、
引張強さおよび衝撃値は殆ど変化せず安定していること
がわかる。

また、第２図は鍛造後の冷却速度と引張強さおよび衝
撃値の関係を示したものである。上記のＢ鋼、Ｆ鋼、Ｋ
鋼およびＬ鋼の直径60mmの丸棒を1250℃に加熱し、1150
℃にて直径30mmの丸棒に鍛造後、保温剤、扇風機、エア
ーガス等を用いて、各種冷却速度で冷却したものを供試
材とし、その中心部よりJIS4号試験片およびシャルピー
JIS3号衝撃試験片を採取し試験を実施した。

本発明鋼Ｂ鋼およびＦ鋼は、冷却速度が変化しても引
張強さがあまり変化しないのに対して、Ｖの添加せれて
いない比較鋼Ｋおよびフェライト・パーライト型非調質
鋼Ｌ鋼の引張強さは、大きく変化することがわかる。ま
た、Ｂ鋼およびＦ鋼の衝撃値はいずれの冷却速度におい
ても目標値を満足している。

［発明の効果］本発明の熱間鍛造用非調質鋼は、従来の非調質鋼の靭
性が調質鋼に比べて低く、鍛造条件により強度・靭性が
著しく変化するという欠点を解決すべくなされたもの
で、MnおよびCr量を増加することによりベイナイト組織
とし、靭性を向上させるため低炭素化し、熱間加工後の
冷却速度の影響を緩和するためにＶを添加して靭性およ
び強度を安定化したものであって、熱間鍛造後の自然空
冷の状態で引張強さが80kgf/mm²以上、シャルピー衝撃
値が5kgf/cm²以上と従来鋼と比べて良好な強度と靭性を
示し、さらに熱間鍛造後の冷却速度が変化しても、引張
強さおよび衝撃値が変化せず、所望の目標値を満足する
という優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明鋼と比較鋼の鍛造加熱温度と引張強さお
よび衝撃値の関係を示した図、第２図は本発明鋼と比較
鋼の鍛造後の冷却速度と引張強さおよび衝撃値の関係を
示した図である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％でC;0.05超〜0.25％、Si;0.10〜0.5
0％、Mn;1.50〜2.50％、Cr;0.60〜1.50％、V;0.05〜0.3
0％を含有し、残部がFeならびに不純物元素からなり、
熱間鍛造後空冷した組織がベイナイト組織を主体とする
組織であることを特徴とする熱間鍛造用非調質鋼。
【請求項２】重量％でC;0.05超〜0.25％、Si;0.10〜0.5
0％、Mn;1.50〜2.50％、Cr;0.60〜1.50％、V;0.05〜0.3
0％を含有し、さらにSi;0.12％以下、Pb;0.05〜0.30％
のうち１種または２種を含有し、残部がFeならびに不純
物元素からなり、熱間鍛造後空冷した組織がベイナイト
組織を主体とする組織であることを特徴とする熱間鍛造
用非調質鋼。