JP2732104B2

JP2732104B2 - 耐久比の優れた構造用鋼

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Publication number: JP2732104B2
Application number: JP63331913A
Authority: JP
Inventors: 一衛野村
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 1988-12-29
Filing date: 1988-12-29
Publication date: 1998-03-25
Anticipated expiration: 2013-03-25
Also published as: JPH02179840A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、従来鋼に比べて極めて優れた耐久比を有す
るために、特に産業車両あるいは建設機械のピン、シャ
フト、ロッド等の機械構造用部品として有用な構造用鋼
に関する。

［従来の技術］産業車両あるいは建設機械のピン、シャフト、ロッド
等の機械構造部品は、優れた耐久比が要求される。ここ
で耐久比とは疲労強度を引張強さで除したものであっ
て、同一強度における疲労強度を表す数値である。一般
的にこれら機械構造用部品の折損の７〜８割は疲労破壊
によると言われているので、この耐久比は機械構造用部
品にとっては極めて重要な特性である。

［発明が解決しようとする問題点］一般的に疲労強度を上げるためには硬さすなわち引張
強さを向上させれば良いとされているが、強度を向上す
ると材料の切削が困難となるので、材料の切削性を阻害
しない範囲でしか強度の向上が図れないというのが現状
である。

そこで、これら機械構造用部品には、SCM435、SCM440
といったような機械構造用合金鋼を焼入焼もどしして使
用されているが、産業車両や建設機械の高性能化、軽量
化あるいは信頼性の向上のために、さらにこれら機械構
造用部品の耐久比の向上が望まれている。

本発明は産業車両あるいは建設機械のピン、シャフ
ト、ロッド等に使用される機械構造用鋼の前記のごとき
問題点に鑑みてなされたもので、従来の機械構造用鋼よ
りも耐久比を飛躍的に増大した構造用鋼を提供すること
を目的とする。

［問題点を解決するための手段］発明者は従来の機械構造用鋼の耐久比を向上させるた
めに鋭意研究を重ねた結果、従来鋼では達成できなかっ
た高い耐久比を得ることに成功した。すなわち、従来鋼
の耐久比は炭素鋼の焼入焼もどしで0.47、SCM系の合金
鋼の焼入焼もどしでで0.53程度であるのに、本発明鋼で
は0.58の耐久比が得られた。

本発明の特徴は、適量のＶが添加された微細なフェラ
イト・パーライト組織である。従来、耐久比の最も良好
な組織は焼入マルテンサイトを焼もどしして得られるソ
リバイト組織といわれていたが、極めて微細なフェライ
ト・パーライト組織を有し、なおかつフェライトがＶに
より強化された組織が一層優れた耐久比を有することを
発見した。

上記に述べた耐久比に極めて優れた組織を得るには通
常の熱処理では不可能であり、0.25％以上という高いＶ
を有する鋼を1000℃から1300℃の温度にて、Ｖを十分に
固溶させた後、800℃から900℃の温度にて60％以上とい
う高い減面率にて圧延することによって初めて可能であ
る。

このようにして得られた組織は、従来のソルバイト組
織に比べて特に疲労初期の微視的すべりの発生に対して
高い抵抗を有するため、耐久比が向上することを知見し
た。

本発明の耐久比の優れた構造用鋼は第１発明として、
重量比でC;0.20〜0.45％、Si;0.10〜0.80％、Mn;1.00〜
2.00％、Cr;0.60％以下、V;0.25〜0.60％、P;0.018％以
下を含有し、残部Feならびに不純物元素からなる鋼を、
1000〜1300℃にて加熱後、800〜900℃の間の温度で60％
以上の減面率を与える熱間圧延を施し、550℃まで10〜2
00℃／分の冷却速度で冷却することにより、JIS結晶粒
度番号７以上でかつフェライト面積率30％以上の微細な
フェライト−パーライト組織としたことを要旨とする。

第２発明は第１発明の切削性を改善するため、さらに
S;0.04〜0.10％、Pb;0.05〜0.30％、Ca;0.0005〜0.0060
％のうち１種または２種以上を含有し、第３発明は第１
発明の靭性を向上するため、さらにTi;0.003〜0.100お
よび／またはNb;0.003〜0.200％を含有したことを要旨
とする。

［作用］本発明鋼では、Ｖを0.25〜0.60％添加することによ
り、フェライト・パーライト組織を強化し従来鋼では得
られなかった程度に耐久比を向上することができる。さ
らにＰを0.018％以下に低減することにより組織の強靭
化を図り、耐久力の向上に寄与せしめた。また、本発明
では800〜900℃の間の温度で60％以上の減面率で熱間圧
延するという厳しい制御圧延によって、結晶粒を微細化
し疲労強度を向上させている。

次に本発明である耐久比の優れた構造用鋼の化学成分
の組成限定理由について説明する。

C;0.20〜0.45％Ｃは機械構造用部品としての強度を確保する上で、あ
るいは高周波焼入れ硬さを確保する上で必不可欠であ
り、0.20％以上の含有が必要である。しかし、0.45％を
越えて含有されると耐久比の向上が困難となるので、上
限を0.45％とした。

Si;0.10〜0.80％ Siは脱酸剤として添加され、0.10％未満ではその作用
が不足する。また、0.80％を超えると靭性を著しく低下
させるので上限を0.80％とした。

Mn;1.00〜2.00％ Mnはフェライト−パーライト組織の強度確保、Ｓの固
定として1.00％以上の含有が必要である。しかし、2.00
％を越えて含有されると、焼入性が向上し過ぎて熱間圧
延のままでベイナイト、マルテンサイト等を発生させ、
必要以上に強度を増加させ、また切削性を低下させるの
で、その上限を2.00％とした。

Cr;0.60％以下 Crはフェライト−パーライト組織の強度確保のため
に、添加しても良いが、0.60％を越えると焼入性が向上
し過ぎて、熱間圧延後の焼入れ、焼もどし処理あるいは
熱間圧延のままでベイナイト、マルテンサイト等を発生
させ、必要以上に強度を増加させ、また切削加工性を低
下させるので、上限を0.60％とした。

V;0.25〜0.60％Ｖは微細な炭化物を析出し必要な強度および靭性を得
ると共に耐久比を向上させるに必要な元素である。0.25
％未満ではその効果が不充分なので、下限を0.25％とし
た。しかし、0.60％を越えて含有させてもその効果が飽
和するとともに、コスト高となるので、上限を0.60％と
した。

P;0.018％以下Ｐは含有量の増加とともに靭性を劣化させる元素であ
る。0.018％を超えて含有されると、組織が脆化し、耐
久比を劣化させるので、上限を0.018％とした。

Ti;0.003〜0.100％、Nb;0.003〜0.200％ TiおよびNbは結晶粒を微細化し耐久比を向上する元素
である。前記効果を得るためには少なくとも0.003％以
上の添加が必要である。しかし、Tiが0.100％を超え
て、Nbが0.200％を超えて含有されると、粗大化した炭
窒化物が析出し、却って耐久比が劣化するので、上限を
それぞれTi0.100％、Nb0.200％とした。S;0.04〜0.10
％、Pb;0.05〜0.30％、Ca;0.0005〜0.0060％Ｓ、PbおよびCaは鋼の切削性を改善する元素であり、
この効果を得るためにはS0.04％以上、Pb0.05％以上、C
a0.0005％以上を添加する必要がある。しかし、S0.10％
以上、Pb0.30％以上、Ca0.0060％以上を添加しても効果
が飽和するとともに熱間加工性が劣化するので、上限を
それぞれ0.10％、0.30％および0.0060％とした。

加熱温度を100〜1300℃としたのは1000℃未満では鋼
中へＶの固溶が十分でなく、かつ1300℃を超えると結晶
粒の粗大化や一部溶解するためであり、また本発明の制
御圧延において、800〜900℃の温度域で熱間圧延するこ
ととしたのは、800℃未満の温度では圧延が困難であり
また組織が不均一になるからであり、900℃を超えると
組織が微細化されないからである。熱間圧延の減面率を
60％以上としたのは、減面率が60％未満であると組織が
微細化されず、疲労強度の向上が見られないからであ
る。さらに熱間圧延後に550℃までの冷却速度を10〜200
℃／分としたのは、10℃より低いと充分な強度が得られ
ないからであり、200℃を越えるとベイナイトもしくは
マルテンサイトの発生により所望の結晶粒度のフェライ
ト−パーライト組織が得られないからである。また、JI
S結晶粒度番号を７以上としたのは、これ以下であると
所望の耐久比が得られないからであり、フェライト面積
率を30％以上としたのは、これ以下の場合は耐久比が向
上されないからである。

［実施例］次に、本発明の特徴を従来鋼、比較鋼と比べて実施例
で以て明らかにする。

第１表はこれら供試鋼の化学成分を示すものである。

第１表において、Ａ〜Ｋ鋼は本発明鋼であって、Ａ〜
Ｄ鋼は第１発明、Ｅ〜Ｈ鋼は第２発明、Ｉ〜Ｋ鋼は第３
発明鋼である。また、Ｌ〜Ｎ鋼は比較鋼であって、Ｌ鋼
はＣが本発明の組成範囲より高い比較鋼、Ｍ鋼はＶが本
発明の組成範囲より低い比較鋼、Ｎ鋼はＰが本発明の組
成範囲より高い比較鋼である。Ｏ鋼はSCM435相当の従来
鋼、Ｐ鋼はSNCM439相当の従来鋼である。

第１表に示す本発明鋼および比較鋼については、直径
100mmの丸棒を1250℃に加熱後、850℃にて直径60mmの丸
棒に熱間圧延後、550℃まで40℃／分の冷却速度で冷却
した。また、従来鋼Ｏ鋼およびＰ鋼は直径60mmに圧延し
た丸棒を880℃にて加熱後、油浴中へ焼入れを行い、続
いて600℃にて焼もどしを行った。各供試材の中心部よ
りJIS4号試験片および小野式回転曲げ疲労試験片を機械
加工し、引張試験および疲労試験に供した。得られた結
果から耐久比を計算し第２表に示した。また、各供試鋼
についてフェライト面積率および結晶粒度番号を測定し
第２表に併せて示した。なお、第２表の比較例１は第１
発明鋼のＡ鋼の他の条件は発明例と同じで減面率50％
（85mmφより60mmφ）で制御圧延したものであり、比較
例２は第１発明鋼のＤ鋼を冷却速度を230℃／分で制御
圧延を行ったものである。また、比較例３は第２発明の
Ｇ鋼を熱間圧延温度を980℃で行ったものである。

第２表から知られるように、比較鋼であるＬ鋼はＣ含
有量が高いため、フェライト面積率が低くそのため耐久
比が低く、Ｍ鋼はＶ含有量が低いため必要な強度および
疲労強度が得られず、Ｐの含有量の高い比較鋼であるＮ
鋼は耐久比において劣る。また、従来鋼であるＯ鋼およ
びＰ鋼はソルバイト組織であって、耐久比はそれぞれ0.
53および0.54であって、所望の耐久比が得られていな
い。

これに対して本発明鋼であるＡ〜Ｋ鋼は、フェライト
面積率が30％以上であって、結晶粒度番号が８〜９と微
細な組織を有するとともに、耐久比が0.57〜0.61と従来
鋼に比較して飛躍的に向上しており、本発明の効果が確
認された。

また、熱間圧延において減面率の少なかった比較例１
は結晶粒の微細化が図れずに耐久比が低く、熱間圧延後
の冷却速度の早かった比較例２はベイナイトの析出によ
り耐久比が極端に低く、熱間圧延温度の高かった比較例
３は結晶粒度が粗く同じく十分な耐久比が得られなかっ
た。これに対して本発明方法で制御圧延をした本発明例
はいずれも優れた耐久比を示し、その結果本発明の制御
圧延の効果が確認できた。

［発明の効果］本発明の耐久比の優れた構造用鋼は以上説明したよう
に、Ｖを0.25〜0.60％添加することにより、フェライト
・パーライト組織を強化し、さらにＰを低減することに
より組織の強靭化を図り、800〜900℃の間の温度で60％
以上の減面率で熱間圧延するという厳しい制御圧延によ
り、結晶粒を微細化したものであり、その結果耐久比を
0.57〜0.62という従来鋼で得られなかった程度に飛躍的
に向上したものである。本発明の耐久比の優れた構造用
鋼は、産業車両あるいは建設機械のピン、シャフト、ロ
ッド等の機械構造用部品として極めて有用であるばかり
でなく、機械構造用部品に限らず建築物、橋梁等の構造
材としても有用なものである。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比でC;0.20〜0.45％、Si;0.10〜0.80
％、Mn;1.00〜2.00％、Cr;0.60％以下、V;0.25〜0.60
％、P;0.018％以下を含有し、残部Feならびに不純物元
素からなる鋼を、1000〜1300℃にて加熱後、800〜900℃
の間の温度で60％以上の減面率を与える熱間圧延を施
し、550℃まで10〜200℃／分の冷却速度で冷却すること
により、JIS結晶粒度番号７以上でかつフェライト面積
率30％以上の微細なフェライト−パーライト組織とした
ことを特徴とする耐久比の優れた構造用鋼。
【請求項２】重量比でC;0.20〜0.45％、Si;0.10〜0.80
％、Mn;1.00〜2.00％、Cr;0.60％以下、V;0.25〜0.60
％、P;0.018％以下を含有し、さらにS;0.04〜0.10％、P
b;0.05〜0.30％、Ca;0.0005〜0.0060％のうち１種また
は２種以上を含有し、残部Feならびに不純物元素からな
る鋼を、1000〜1300℃にて加熱後、800〜900℃の間の温
度で60％以上の減面率を与える熱間圧延を施し、550℃
まで10〜200℃／分の冷却速度で冷却することにより、J
IS結晶粒度番号７以上でかつフェライト面積率30％以上
の微細なフェライト−パーライト組織としたことを特徴
とする耐久比の優れた構造用鋼。
【請求項３】重量比でC;0.20〜0.45％、Si;0.10〜0.80
％、Mn;1.00〜2.00％、Cr;0.60％以下、V;0.25〜0.60
％、P;0.018％以下を含有し、さらにTi;0.003〜0.100お
よび／またはNb;0.003〜0.200％を含有し、残部Feなら
びに不純物元素からなる鋼を、1000〜1300℃にて加熱
後、800〜900℃の間の温度で60％以上の減面率を与える
熱間圧延を施し、550℃まで10〜200℃／分の冷却速度で
冷却することにより、JIS結晶粒度番号７以上でかつフ
ェライト面積率30％以上の微細なフェライト−パーライ
ト組織としたことを特徴とする耐久比の優れた構造用
鋼。