JP2878842B2 - 高張力鋼部品及び製造方法 - Google Patents
高張力鋼部品及び製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は高張力鋼部品の製造方法及びこの方法で製造
された部品に係わり、特に高張力鋼のブランク（blan
k）がその高張力特性を保持する状態で所望幾何形状に
温間成形される方法に関する。
された部品に係わり、特に高張力鋼のブランク（blan
k）がその高張力特性を保持する状態で所望幾何形状に
温間成形される方法に関する。
発明の背景 鋼製部品はこれ迄はこの分野で良く知られた冷間鍛造
又は熱間鍛造の技術を用いて成形されていた。鋼材から
部品を熱間鍛造するに於いて材料は先ず約1093℃（200
゜F）及びこれ以上の温度に迄加熱される。これらの熱
間鍛造温度に於いてかなりのスケール及び鋼の脱炭が生
じる。スケール（scale）及び脱炭表面は仕上げ部品を
得る為に除去しなければならないので、周知の熱間鍛造
技術は或る量の材料浪費を生じる。更に、このような技
術はスケール除去に必要な処理段階の増加及び高温度で
あるが故のエネルギー消費の高いことに原因してコスト
高につく。他方に於いて、部品を冷間鍛造する為には同
様に欠点がある。部品は室温又はそれに近い温度で成形
されるので、リシェーピング（reshaping）又は成形段
階が実質的により大きな力を必要とする。このことは材
料が所望部品となる迄徐々に成形を行われる一連の冷間
成形段階をしばしば必要とする。このことが型摩耗及び
このような処理に伴う騒音を増大させる。更に、材料が
一連の成形段階にわたってかなりの温度となる迄加工さ
れると、部品の強度は高まり、それ故に部品を引き続く
冷間加工の間で焼きなまして内部応力を解放しなければ
ならず、このことはその処理工程に時間及び費用を加え
ることになる。
又は熱間鍛造の技術を用いて成形されていた。鋼材から
部品を熱間鍛造するに於いて材料は先ず約1093℃（200
゜F）及びこれ以上の温度に迄加熱される。これらの熱
間鍛造温度に於いてかなりのスケール及び鋼の脱炭が生
じる。スケール（scale）及び脱炭表面は仕上げ部品を
得る為に除去しなければならないので、周知の熱間鍛造
技術は或る量の材料浪費を生じる。更に、このような技
術はスケール除去に必要な処理段階の増加及び高温度で
あるが故のエネルギー消費の高いことに原因してコスト
高につく。他方に於いて、部品を冷間鍛造する為には同
様に欠点がある。部品は室温又はそれに近い温度で成形
されるので、リシェーピング（reshaping）又は成形段
階が実質的により大きな力を必要とする。このことは材
料が所望部品となる迄徐々に成形を行われる一連の冷間
成形段階をしばしば必要とする。このことが型摩耗及び
このような処理に伴う騒音を増大させる。更に、材料が
一連の成形段階にわたってかなりの温度となる迄加工さ
れると、部品の強度は高まり、それ故に部品を引き続く
冷間加工の間で焼きなまして内部応力を解放しなければ
ならず、このことはその処理工程に時間及び費用を加え
ることになる。
上述の欠点を避ける為に中間的温度で材料から部品を
成形するべく温間鍛造が使用されるのであり、この温度
は材料の強度を低減させて成形を容易にする為に十分高
く、且つ又スケール付着及び脱炭が発生する熱間鍛造よ
りは低い温度である。このような温間成形方法の１つは
米国特許第3,557,587号明細書に開示されている。他の
幾つかの特許は圧延及び押し出し段階を含む処理工程を
開示しており、これらの段階は脱炭及びスレール付着の
欠点を避け、及び（又は）改善した所望の金属特性及び
機械特性を鋼に与える為に、「温間」温度で遂行され
る。米国特許第2,767,836号、第2,767,837号、第2,880,
855号、第3,076,361号、第3,573,999号、及び「鋼の温
間加工」ゴキュー氏他、日本金属学会の翻訳本、1968
年、Vol.9付録第177〜181頁を参照のこと。
成形するべく温間鍛造が使用されるのであり、この温度
は材料の強度を低減させて成形を容易にする為に十分高
く、且つ又スケール付着及び脱炭が発生する熱間鍛造よ
りは低い温度である。このような温間成形方法の１つは
米国特許第3,557,587号明細書に開示されている。他の
幾つかの特許は圧延及び押し出し段階を含む処理工程を
開示しており、これらの段階は脱炭及びスレール付着の
欠点を避け、及び（又は）改善した所望の金属特性及び
機械特性を鋼に与える為に、「温間」温度で遂行され
る。米国特許第2,767,836号、第2,767,837号、第2,880,
855号、第3,076,361号、第3,573,999号、及び「鋼の温
間加工」ゴキュー氏他、日本金属学会の翻訳本、1968
年、Vol.9付録第177〜181頁を参照のこと。
更に、鋼バー、ロッド又はビレットを曲げ加工又は鍛
造して所望製品を成形する為に温間成形又は温間鍛造段
階を含む他の知られた方法がある。米国特許第2,953,79
4号、第3,720,087号、第3,877,821号、第4,312,210号、
第4,317,355号、第4,608,851号及び第4,805,437号を参
照のこと。上記参考文献は従来技術を確実に表示してお
り、或いはこれらの参考文献は最も重要な参考資料であ
るが、説明は行わない。
造して所望製品を成形する為に温間成形又は温間鍛造段
階を含む他の知られた方法がある。米国特許第2,953,79
4号、第3,720,087号、第3,877,821号、第4,312,210号、
第4,317,355号、第4,608,851号及び第4,805,437号を参
照のこと。上記参考文献は従来技術を確実に表示してお
り、或いはこれらの参考文献は最も重要な参考資料であ
るが、説明は行わない。
これ迄は、所望の高張力特性を有する鋼ブランクから
高張力鋼部品を作る方法であって、温間成形段階を含
み、これによってブランクが所望部品となるよう成形を
行われ、又これにより部品の機械的特性はブランクが本
来的に有する特性と実質的に同じに保持されるようにな
されると共に、鋼製部品に機械的強度特性を付与する為
に別の強化処理段階を実施することなく部品が製造され
るような方法はなかった。
高張力鋼部品を作る方法であって、温間成形段階を含
み、これによってブランクが所望部品となるよう成形を
行われ、又これにより部品の機械的特性はブランクが本
来的に有する特性と実質的に同じに保持されるようにな
されると共に、鋼製部品に機械的強度特性を付与する為
に別の強化処理段階を実施することなく部品が製造され
るような方法はなかった。
発明の要約 本発明は少なくとも約8436kg/cm2（120000psi）の引
張り強度及び少なくとも約6327kg/cm2（90000psi）の降
伏強度を有する高張力鋼材料のブランクから高張力鋼部
品を作る方法に関する。
張り強度及び少なくとも約6327kg/cm2（90000psi）の降
伏強度を有する高張力鋼材料のブランクから高張力鋼部
品を作る方法に関する。
その１つの概念に於いて、本発明は高張力鋼材料のブ
ランクからそのブランクを温間成形することで所望の幾
何形状を有する部品を形成し、これにより部品の引張り
強度及び降伏強度の機械的特性がブランクと実質的に同
じか又はそれより大きくなるようにされる高張力鋼部品
を作る方法を提供する。
ランクからそのブランクを温間成形することで所望の幾
何形状を有する部品を形成し、これにより部品の引張り
強度及び降伏強度の機械的特性がブランクと実質的に同
じか又はそれより大きくなるようにされる高張力鋼部品
を作る方法を提供する。
本発明は又高張力鋼材料のブランクを温間成形する段
階を含み、これにより部品の引張り強度及び降伏強度の
機械的特性がブランクと実質的に同じか又はそれより大
きくなるようにされ、又所望の引張り強度及び降伏強度
の機械的特性を有する部品の別の強化処理段階を実施せ
ずに製造されるような高張力鋼の部品を作る方法を提供
する。高張力鋼の部品は本発明の方法により製造され
る。
階を含み、これにより部品の引張り強度及び降伏強度の
機械的特性がブランクと実質的に同じか又はそれより大
きくなるようにされ、又所望の引張り強度及び降伏強度
の機械的特性を有する部品の別の強化処理段階を実施せ
ずに製造されるような高張力鋼の部品を作る方法を提供
する。高張力鋼の部品は本発明の方法により製造され
る。
本発明の原理、目的及び利点は以下の詳細な説明を参
照して更に理解されるであろう。
照して更に理解されるであろう。
発明の詳細な説明 本発明の方法は、様々な種類のボルト（Ｕ−ボルト、
アイ−ボルト、Ｊ−ボルト、６角−ボルト、４角ヘッド
のボルト等）、軸、カムシャフト、スクリュー、スウェ
イ・バー（sway bar）及びこゝに開示する温間鍛造又は
成形処理工程により成形できるその他の部品を含む広汎
な高張力鋼部品を製造することに有用である。
アイ−ボルト、Ｊ−ボルト、６角−ボルト、４角ヘッド
のボルト等）、軸、カムシャフト、スクリュー、スウェ
イ・バー（sway bar）及びこゝに開示する温間鍛造又は
成形処理工程により成形できるその他の部品を含む広汎
な高張力鋼部品を製造することに有用である。
好ましい実施例に於いて高張力鋼部品を作る本発明の
方法は、少なくとも約8436kg/cm2（120000psi）、好ま
しくは少なくとも約10545kg/cm2（150000psi）の引張り
強度及び少なくとも約6327kg/cm2（90000psi）、好まし
くは少なくとも約9139kg/cm2（130000psi）の降伏強度
を有する高張力鋼材料のブランクを準備する段階を含
む。１つの形態に於いて、ブランクとして使用される高
張力鋼材料は、上述した引張り強度及び降伏強度の機械
的特性を有するブランクを形成する為に熱間縮径及び冷
間延伸されていた。
方法は、少なくとも約8436kg/cm2（120000psi）、好ま
しくは少なくとも約10545kg/cm2（150000psi）の引張り
強度及び少なくとも約6327kg/cm2（90000psi）、好まし
くは少なくとも約9139kg/cm2（130000psi）の降伏強度
を有する高張力鋼材料のブランクを準備する段階を含
む。１つの形態に於いて、ブランクとして使用される高
張力鋼材料は、上述した引張り強度及び降伏強度の機械
的特性を有するブランクを形成する為に熱間縮径及び冷
間延伸されていた。
高張力鋼材料は重量パーセントで以下の組成で例示さ
れ得る。即ち、 炭素 約0.30〜約0.65％ マンガン 約0.30〜約2.5 ％ バナジウム 約0.35％迄 鉄 残部 更に好ましい形態においては、高張力鋼材料は重量パー
セントで以下の組成を有する。即ち、 炭素 約0.50〜約0.55％ マンガン 約1.20〜約1.65％ バナジウム 約0.03〜約0.15％迄 鉄 残部 上記で与えられたような組成及び引張り強度及び降伏
強度の機械的特性を有するブランクが次に約149〜649℃
（300〜1200゜F）の温度で温間成形されて所望の幾何形
状を有する部品を形成され、これによりその部品の引張
り強度及び降伏強度の機械的特性はブランクと実質的に
同じか大きくなされる。部品が成形される温度は使用さ
れる鋼材料の化学組成に関連する。与えられた引張り強
度及び降伏強度の機械的特性を有する成形部品は、この
温間成形に引き続く如何なる強化処理段階も実施されず
に製造される。
れ得る。即ち、 炭素 約0.30〜約0.65％ マンガン 約0.30〜約2.5 ％ バナジウム 約0.35％迄 鉄 残部 更に好ましい形態においては、高張力鋼材料は重量パー
セントで以下の組成を有する。即ち、 炭素 約0.50〜約0.55％ マンガン 約1.20〜約1.65％ バナジウム 約0.03〜約0.15％迄 鉄 残部 上記で与えられたような組成及び引張り強度及び降伏
強度の機械的特性を有するブランクが次に約149〜649℃
（300〜1200゜F）の温度で温間成形されて所望の幾何形
状を有する部品を形成され、これによりその部品の引張
り強度及び降伏強度の機械的特性はブランクと実質的に
同じか大きくなされる。部品が成形される温度は使用さ
れる鋼材料の化学組成に関連する。与えられた引張り強
度及び降伏強度の機械的特性を有する成形部品は、この
温間成形に引き続く如何なる強化処理段階も実施されず
に製造される。
本発明の方法の開始片として使用された少なくとも約
8436kg/cm2（120000psi）の引張り強度及び少なくとも
約6327kg/cm2（90000psi）の降伏強度を有する高張力鋼
材料のブランクはこの分野で知られている何れかの適当
な方法で製造される。このような方法の１つは本発明の
発明者に付与された米国特許第3,904,445号明細書に開
示されており、その明細書は全てを参照することでこゝ
に組み入れられる。この米国特許第3,904,445号明細書
はＵ−ボルトを含むねじ固定具を製造する為に特に使用
される形式の高張力鋼バー・ストックを製造する為の処
理工程シーケンスを開示している。この開示された処理
工程に於いて、製造されたバー・ストック（bar stoc
k）は大体ASTM規格No.5〜No.8の間の微細粒状組織を有
する。開示された処理工程に於いて、或る開示範囲内に
合致する化学成分を有する鋼は、最終寸法の10％〜15％
内の標準熱間縮径加工を受ける。この熱間縮径されたバ
ー・ストックは次に急速空冷の為に個々の長さにカット
即ち切断される。その後、熱間縮径されたバー・ストッ
クの個々の長さ部分は最終寸法となるように冷間仕上げ
を受ける。この最終段階は、機械的強度特性を高める為
に制御された応力解放段階である。この応力解放段階は
バー・ストックの長さ部分を約260〜454℃（500〜850゜
F）の間に約１時間加熱してなるが、この段階は必要と
も必要でないとも言える。このようにして、更に応力解
放を行われた又は行われなかったこのようなバー・スト
ックは高張力鋼の開始ブランク材料を形成することに使
用し得るのである。
8436kg/cm2（120000psi）の引張り強度及び少なくとも
約6327kg/cm2（90000psi）の降伏強度を有する高張力鋼
材料のブランクはこの分野で知られている何れかの適当
な方法で製造される。このような方法の１つは本発明の
発明者に付与された米国特許第3,904,445号明細書に開
示されており、その明細書は全てを参照することでこゝ
に組み入れられる。この米国特許第3,904,445号明細書
はＵ−ボルトを含むねじ固定具を製造する為に特に使用
される形式の高張力鋼バー・ストックを製造する為の処
理工程シーケンスを開示している。この開示された処理
工程に於いて、製造されたバー・ストック（bar stoc
k）は大体ASTM規格No.5〜No.8の間の微細粒状組織を有
する。開示された処理工程に於いて、或る開示範囲内に
合致する化学成分を有する鋼は、最終寸法の10％〜15％
内の標準熱間縮径加工を受ける。この熱間縮径されたバ
ー・ストックは次に急速空冷の為に個々の長さにカット
即ち切断される。その後、熱間縮径されたバー・ストッ
クの個々の長さ部分は最終寸法となるように冷間仕上げ
を受ける。この最終段階は、機械的強度特性を高める為
に制御された応力解放段階である。この応力解放段階は
バー・ストックの長さ部分を約260〜454℃（500〜850゜
F）の間に約１時間加熱してなるが、この段階は必要と
も必要でないとも言える。このようにして、更に応力解
放を行われた又は行われなかったこのようなバー・スト
ックは高張力鋼の開始ブランク材料を形成することに使
用し得るのである。
以下の例は、上述した本発明者の米国特許第3,904,44
5号明細書に開示された方法によって製造した高張力鋼
のバー・ストックからＵ−ボルトを製造する為の本発明
の実際を示す。
5号明細書に開示された方法によって製造した高張力鋼
のバー・ストックからＵ−ボルトを製造する為の本発明
の実際を示す。
例１ 20.955mm（0.825インチ）の径を有する８級張力鋼の
高張力鋼バー・ストック（bar stock）が約914.4mm（36
インチ）の長さに切断された。このストックは少なくと
も約10545kg/cm2（150000psi）の引張り強度及び少なく
とも約9139kg/cm2（130000psi）の降伏強度を有してい
る。バー・ストックのセグメント（segments）の両端は
各端部に63.5mm（2 1/2インチ）のねじ部を形成する為
に周知のねじ切り処理工程を使用してねじ加工される。
このバー・ストックは次に約454℃（850゜F）に迄加熱
され、各バー・ストック・セグメントの中央部分は約10
00トンの圧力を付与する機械鍛造プレスを使用して平た
くされる。この平坦にされたバー・ストックの部分は約
11.11mm（7/16インチ）厚で31.75mm（1 1/4インチ）幅
である。その後、バー・ストック・セグメントは平坦部
分の位置で曲げ加工されてＵ−ボルト製品を形成され
る。この平坦加工段階はバー・ストック・セグメントに
伸びを与え、仕上げられたＵ−ボルト製品の全長は914.
4mm（36インチ）の長さより多少長くなる。仕上げられ
たＵ−ボルト製品はストックが元々有する引張り強度及
び降伏強度の望ましい機械的特性を有し、それ故に更に
他の強化処理段階を必要としない。
高張力鋼バー・ストック（bar stock）が約914.4mm（36
インチ）の長さに切断された。このストックは少なくと
も約10545kg/cm2（150000psi）の引張り強度及び少なく
とも約9139kg/cm2（130000psi）の降伏強度を有してい
る。バー・ストックのセグメント（segments）の両端は
各端部に63.5mm（2 1/2インチ）のねじ部を形成する為
に周知のねじ切り処理工程を使用してねじ加工される。
このバー・ストックは次に約454℃（850゜F）に迄加熱
され、各バー・ストック・セグメントの中央部分は約10
00トンの圧力を付与する機械鍛造プレスを使用して平た
くされる。この平坦にされたバー・ストックの部分は約
11.11mm（7/16インチ）厚で31.75mm（1 1/4インチ）幅
である。その後、バー・ストック・セグメントは平坦部
分の位置で曲げ加工されてＵ−ボルト製品を形成され
る。この平坦加工段階はバー・ストック・セグメントに
伸びを与え、仕上げられたＵ−ボルト製品の全長は914.
4mm（36インチ）の長さより多少長くなる。仕上げられ
たＵ−ボルト製品はストックが元々有する引張り強度及
び降伏強度の望ましい機械的特性を有し、それ故に更に
他の強化処理段階を必要としない。
例２〜例６ 約18.29mm（0.72インチ）径の５本の高張力冷間延伸
Ｃ−1541鋼バーが約457.2mm（18インチ）の長さに切断
された。これらのバーは約12.7mm（0.5インチ）の径に
迄旋削され、表Ｉに報告された機械的特性に関するテス
トを行われた。例えば、これらのバーは表Ｉに記載され
たように約9842kg/cm2（140000psi）の引張り強度及び
約9139kg/cm2（130000psi）の降伏強度を有していた。
Ｃ−1541鋼バーが約457.2mm（18インチ）の長さに切断
された。これらのバーは約12.7mm（0.5インチ）の径に
迄旋削され、表Ｉに報告された機械的特性に関するテス
トを行われた。例えば、これらのバーは表Ｉに記載され
たように約9842kg/cm2（140000psi）の引張り強度及び
約9139kg/cm2（130000psi）の降伏強度を有していた。
例７〜例11 例２〜例６のバーを作ることに使用された同じ長さの
バー・ストックから、約18.29mm（0.72インチ）径の５
本の高張力冷間延伸Ｃ−1541鋼バーが約457.2mm（18イ
ンチ）の長さに切断された。これらのバーは次に約288
℃（550゜F）迄加熱され、各バーの中央部分が約1000ト
ンの圧力を付与する機械鍛造プレスを使用して例１と同
じ方法で平坦化された。この平坦化の行われたバーは次
に約12.7mm（0.5インチ）の径に迄旋削され、表Ｉに報
告された機械的特性に関するテストを行われた。例え
ば、これらのバーは表IIにリストされた特性に関してテ
ストされた。
バー・ストックから、約18.29mm（0.72インチ）径の５
本の高張力冷間延伸Ｃ−1541鋼バーが約457.2mm（18イ
ンチ）の長さに切断された。これらのバーは次に約288
℃（550゜F）迄加熱され、各バーの中央部分が約1000ト
ンの圧力を付与する機械鍛造プレスを使用して例１と同
じ方法で平坦化された。この平坦化の行われたバーは次
に約12.7mm（0.5インチ）の径に迄旋削され、表Ｉに報
告された機械的特性に関するテストを行われた。例え
ば、これらのバーは表IIにリストされた特性に関してテ
ストされた。
表IIの仕上げられたバーは表Ｉのバーが本来的に有す
るよりも大きな所望の機械的特性を有している。例え
ば、引張り強度は約9842kg/cm2（140000psi）から約112
48kg/cm2（160000psi）に増大し、降伏強度は約9139〜9
280kg/cm2（130〜132000psi）から約10404〜10545kg/cm
2（148〜150000psi）に増大した。
るよりも大きな所望の機械的特性を有している。例え
ば、引張り強度は約9842kg/cm2（140000psi）から約112
48kg/cm2（160000psi）に増大し、降伏強度は約9139〜9
280kg/cm2（130〜132000psi）から約10404〜10545kg/cm
2（148〜150000psi）に増大した。
従って、本発明の他の特徴により、この方法はブラン
クを部品の温間成形し、これにより引張り強度及び降伏
強度の機械的特性はブランクと実質的に同じかそれより
大きくされる方法を提供する。
クを部品の温間成形し、これにより引張り強度及び降伏
強度の機械的特性はブランクと実質的に同じかそれより
大きくされる方法を提供する。
本発明の範囲はこゝに与えられた例に限定することを
意図せず、添付の請求の範囲によって制限されるのであ
る。
意図せず、添付の請求の範囲によって制限されるのであ
る。
請求の範囲は：
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C21D 8/00,8/06
Claims (7)
- 【請求項１】少なくとも800MPa（120000psi）の引張り
強度及び少なくとも600MPa（90000psi）の降伏強度を有
する高張力鋼材料のブランクを準備し、及び 所望幾何形状を有する部品を形成する為に150℃から650
℃までの間の温度で該ブランクを温間成形し、これによ
り部品の引張り強度及び降伏強度の機械的特性がブラン
クと実質的に同じか又はそれより大きくされるような諸
段階を含み、 高張力鋼材料が重量パーセントで 炭素 0.40〜0.65％ マンガン 0.30〜2.5 ％ バナジウム 最大量で0.35％迄 鉄 残部 を含有し、 引張り強度及び降伏強度の前記機械的特性を有する前記
部品が更に他の強化処理段階を実施することなく製造さ
れる高張力鋼部品を作る方法。 - 【請求項２】少なくとも800MPa（120000psi）の引張り
強度及び少なくとも600MPa（90000psi）の降伏強度を有
するブランクを準備する為に高張力鋼材料はあらかじめ
それ以前に熱間縮径及び冷間延伸される請求項１の方
法。 - 【請求項３】高張力鋼材料のブランクが少なくとも1025
MPa（150000psi）の引張り強度及び少なくとも900MPa
（130000psi）の降伏強度を有する請求項１の方法。 - 【請求項４】請求項３の方法であって、ブランクが該強
度性能を有するようにするため高張力鋼材料はあらかじ
め熱間縮径及び冷間延伸される該方法。 - 【請求項５】高張力鋼材料が重量パーセントで 炭素 0.50〜0.55％ マンガン 1.20〜1.65％ バナジウム 0.03〜0.15％迄 鉄 残部 を含有する請求項１の方法。
- 【請求項６】引張り強度及び降伏強度の前記機械的特性
を有する前記部品が更に他の強化処理段階を実施するこ
となく製造される、請求項１から請求項５までのいずれ
か一項による高張力鋼製品を作る方法。 - 【請求項７】高張力鋼部品がボルト、ネジ、軸、スウェ
イ・バー、あるいはカムシャフトである、請求項１から
請求項５までのいずれか一項による高張力鋼製品を作る
方法。
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-
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