JP2756556B2

JP2756556B2 - 熱間鍛造用非調質鋼

Info

Publication number: JP2756556B2
Application number: JP61315708A
Authority: JP
Inventors: 一衛野村
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 1986-12-27
Filing date: 1986-12-27
Publication date: 1998-05-25
Anticipated expiration: 2013-05-25
Also published as: JPS63166949A

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
を行わずに高強度、高靭性が得られるフォークリフト用
爪、自動車用アッパーアーム等の機械構造用部品に適し
た熱間鍛造用非調質鋼に関するものである。（従来技術）従来、フォークリフト用の爪、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
性を有することが要求されていた。これらの要求に対し
て、従来S45Cや、CrあるいはCr、Mo等を含有させたSCr
440、SCM 440等が用いられ、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、省エネルギー等の社会的要請にこた
えることもできる。このような意味から熱間鍛造のまま
で使用することのできる非調質鋼の開発が近年さかんに
行われている。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させるも
のである。非調質鋼はこの強化作用によって、上記熱処理を行う
ことなく、熱間鍛造後冷却するのみで、強度を持たせる
ことができるものである。（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上記提案された熱間鍛造のままで使用
する非調質鋼では、熱間鍛造が1100℃以上という高温で
行われることと、熱間鍛造後の冷却速度が遅いこともあ
り、粗大なフェライトとパーライトとの混合組織とな
り、靭性が低く、また引張強さ100kgf/mm²以上という強
度を確保することは困難であり、そのためフォークリフ
ト用の爪、アッパーアーム等のように高強度および高靭
性の双方を必要とする機械構造部品の素材として満足し
得るものではなかった。（問題点を解決するための手段）本発明は上記した実情を鑑みなされたものであり、そ
の目的は、熱間鍛造のままで焼入れ、焼もどし処理をす
ることなく、熱間鍛造後焼入れ、焼きもどし処理した、
SCr 440、SCM 440等の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熱間鍛造用非調質鋼を提
供するにある。本発明者は上記目的の下に熱間鍛造用非調質鋼につい
て鋭意研究した結果、第１に、靭性を向上させるために
低炭素化すること、第２に、焼入れ性を向上させるため
ベイトナイト生成作用を持つMn量、Cr量を高め、かつ、
Ｂを添加することにより、熱間鍛造用非調質鋼の組織を
強度と靭性が優れたベイナイト組織にすること、第３に
ベイナイト組織は、冷却速度の差により強度が変化しや
すいが、微細なＶ炭窒化物を上記組織に析出させれば、
その析出硬化により、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加熱温度範囲が
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若しくは同等以上の
強度および靭性を確保し得ることを知見した。本発明はこれ等の知見に基づいてなされたものであ
る。即ち本発明の熱間鍛造用非調質鋼は、重量比にし
て、Ｃ 0.16〜0.25％、Si 0.10〜1.00％、Mn 1.50〜
2.50％、Cr 0.50〜1.50％、Ｖ 0.05〜0.30％、Al 0.
010〜0.060％、Ti 0.01〜0.05％、Ｂ 0.0005〜0.0040
％と、残部Feならびに不純物とからなり、熱間鍛造後、
空冷もしくは衝風冷却することにより生成するベイナイ
ト組織によって構成される熱間鍛造用非調質鋼であっ
て、引張強さが100kgf/mm²以上、JIS3号衝撃試験片によ
る室温における衝撃値が5kgf・m/cm²以上であることを
特徴とするものであり、第２発明は第１発明にＳ 0.04
〜0.10％及びPb 0.05〜0.30％のうちの少なくとも一方
を含有し第１発明の被削性を改善したものである。次に本発明にかかる熱間鍛造用非調質鋼の成分限定理
由について説明する。Ｃは非調質鋼の強度を確保するために必要な元素であ
り、0.16％未満では必要な強度が得られないため、その
下限を0.16％とした。しかし、Ｃ量が増加すると靭性が
低下するのでその上限を0.25％とした。 Siは脱酸剤として添加されるものであり、その下限を
0.10％とした。しかし、1.00％を越えて含有させると靭
性が低下するのでその上限を1.00％とした。Mnは焼入性
を向上させて熱間鍛造後の組織をベイナイト組織とする
ために必要な元素であり、1.50％未満では焼入性が不足
してベイナイト組織にフェライト組織が混在した組織と
なり、強度が不足するため、その下限を1.50％とした。しかし、2.50％を越えて含有させる焼入性が過剰にな
りマルテンサイト組織が生成し、靭性が低下するので上
限を2.50％とした。 Crは焼入性を向上させ、熱間鍛造後の組織をベイナイ
ト組織とするために必要な元素であり、0.50％未満では
焼入性が不足してベイナイト組織にフェライト組織が混
在した組織となり強度が不足するため、その下限を0.50
％とした。しかし、1.50％を越えて含有させると焼入性が向上し
過ぎてマルテンサイト組織が生成して、靭性が低下する
ので上限を1.50％とした。Ｖは炭窒化物を形成して強度
を安定して確保するために必要な元素であり、0.05％未
満では必要な強度が得られないため、その下限を0.05％
とした。しかし、0.30％を越えて含有させても効果の向
上が少ないので上限を0.30％とした。 Alは脱酸剤として添加する元素であり、0.010％以下
では十分な効果が得られないのでその下限を0.010％と
した。しかし、0.060％を越えて含有すると靭性が低下
するので上限を0.060％とした。 Tiは強力な炭窒化物形成元素であり、遊離Ｎの固定に
有効な元素であり、0.01％以下では必要な効果が得られ
ないためその下限を0.01％とした。しかし、0.05％を越
えて含有してもその効果の向上が少ないため上限を0.05
％とした。Ｂは焼入性を向上させて熱間鍛造後の組織をベイナイ
ト組織とするために必要な元素であり、0.0005％以下で
は焼入性が不足してベイナイト組織にフェライト組織が
混在した組織となり強度が不足するためその下限を0.00
05％とした。しかし、0.0040％を越えて含有してもその効果の向上
が少ないため上限を0.0040％とした。Ｓは被削性を改善する元素であり、必要な被削性を得
るには0.04％以上の含有が必要であり、下限を0.04％と
した。しかし、Ｓは多量に含有させると機械性質を低下
するのでその上限を0.10％とした。 PbはＳとともに被削性を改善する元素であり、0.10％
未満では必要な被削性が得られないのでその下限を0.10
％とした。しかし、0.30％を越えて含有すると熱間加工
性を低下するのでその上限を0.30％とした。（発明の効果）本発明の熱間鍛造非調質鋼では、低炭素鋼を基本とし
てこれにMn、CrおよびＢを添加し焼入性を向上させ、熱
間鍛造後の空冷もしくは衝風冷却により、ベイナイト組
織とするものであり、また本発明ではＶを添加すること
により、このベイナイト組織にＶの炭窒化物が析出しこ
れにより鍛造加熱温度によるバラツキが少なく高い強度
と、靭性が得られ、100kgf/mm²以上の高い引張強さで
も、5kgf・m/cm²以上の優れた衝撃値の確保が可能とな
るものである。また、ベイナイト組織は冷却速度の違いにより強度が
変化し易いが、前記のようにＶの炭窒化物が析出した鋼
においてはこの析出硬化を利用することにより、冷却速
度に対して強度を安定させることができるものである。（実施例）次に本発明にかかる熱間鍛造非調質鋼の特徴を従来
鋼、比較鋼と比較して実施例でもって明らかにする。第１表はその化学成分を示したものである。第１表において１〜７鋼は本発明鋼で、１〜４鋼は第
１発明鋼、５〜７鋼は第２発明鋼で、８〜13鋼は比較鋼
で、14鋼は従来鋼でSCM 440である。そして、高周波誘導炉で第１表の化学成分を有する供
試鋼を溶解し、20kg鋼塊を製造した。第２表は前記鋼塊をφ50mmに圧延し、ついで前記棒鋼
を1200℃に加熱し、1100℃で熱間鍛造を行いφ30mmに鍛
伸した後、空冷し、ついで切削により、引張り試験片
（JIS 4号）、衝撃試験片（JIS 3号）を作製し、引張り
強さ、衝撃値、ミクロ組織を測定したものである。な
お、従来鋼である14鋼は熱間鍛造した後、850℃で40分
間加熱し、油焼入し、ついで600℃で90分間焼もどしを
施した。第２表より明らかなように、本発明である１〜７鋼は
適量のMn、CrおよびＢを含有させたことにより、その組
織はいずれもベイナイト組織であり、引張り強さは103.
5〜115.2kgf/mm²、衝撃値は5.8〜9.5kgfm/cm²と、従来
鋼で熱間鍛造後、焼入れ、焼もどしを施した14鋼と同等
の引張り強さ、靭性を有するものである。本発明に対して、比較鋼である８鋼は衝撃値が10.3kg
f/cm²と優れているが、引張り強さは94.1kgf/mm²と低い
ものであり、また９鋼は引張り強さが130.1kgf/mm²と優
れているが、衝撃値が1.2kgf/cm²と大幅に低いものであ
り、また10、11鋼は焼入性が不足し、その組織はベイナ
イト＋フェライト組織となり引張り強さが85.2、88.1kg
f/mm²、衝撃値が4.6、3.5kgf/cm²と、10、11鋼のいずれ
も引張り強さ、衝撃値ともに低いものであり、12鋼は引
張り強さが97.5kgf/mm²と優れているが、衝撃値が3.8kg
f/cm²と低いものであり、さらに13鋼は引張り強さが86.
0kgf/mm²、衝撃値が3.5kgf/cm²と引張り強さ、衝撃値と
もに低いものである。上述のように、本発明鋼は低炭素鋼にMn、CrおよびＢ
を添加することにより、焼入性を向上させ、熱間鍛造後
の空冷もしくは衝風冷却により、ベイナイト組織とする
ものであり、また本発明ではＶを添加することにより、
前記のベイナイト組織にＶの炭窒化物が析出し、これよ
り本発明鋼は焼入、焼もどし処理を施すことなく100kgf
/mm²程度という優れた引張り強さと優れた靭性を有する
ものであり、本発明はフォークリフト用爪、自動用アッ
パーアーム等の機械構造用部品に適した熱間鍛造用非調
質鋼であり、高い実用性を有するものである。

Claims

(57)【特許請求の範囲】１．重量比にして、Ｃ 0.16〜0.25％、Si 0.10〜1.00
％、Mn 1.50〜2.50％、Cr 0.50〜1.50％、Ｖ 0.05〜
0.30％、Al 0.010〜0.060％、Ti 0.01〜0.05％、Ｂ
0.0005〜0.0040％と、残部Feならびに不純物とからな
り、熱間鍛造後、空冷もしくは衝風冷却することにより
生成するベイナイト組織によって構成される熱間鍛造用
非調質鋼であって、引張強さが100kgf/mm²以上、JIS3号
衝撃試験片による室温における衝撃値が5kgf・m/cm²以
上であることを特徴とする熱間鍛造用非調質鋼。２．重量比にして、Ｃ 0.16〜0.25％、Si 0.10〜1.00
％、Mn 1.50〜2.50％、Cr 0.50〜1.50％、Ｖ 0.05〜
0.30％、Al 0.010〜0.060％、Ti 0.01〜0.05％、Ｂ
0.0005〜0.0040％と、Ｓ 0.04〜0.10％及びPb 0.05〜
0.30％のうちの少なくとも一方と、残部Feならびに不純
物とからなり、熱間鍛造後、空冷もしくは衝風冷却する
ことにより生成するベイナイト組織によって構成される
熱間鍛造用非調質鋼であって、引張強さが100kgf/mm²以
上、JIS3号衝撃試験片による室温における衝撃値が5kgf
・m/cm²以上であることを特徴とする熱間鍛造用非調質
鋼。