JP3009220B2 - 高強度鋼部材の製造方法 - Google Patents
高強度鋼部材の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は高強度鋼部材の製造方法および該方法によっ
て製造された部材に係わり、特に高強度鋼部材の素材が
その高強度特性を保持したまま所望の幾何形状に温間成
形される方法に関する。
て製造された部材に係わり、特に高強度鋼部材の素材が
その高強度特性を保持したまま所望の幾何形状に温間成
形される方法に関する。
従来技術および発明が解決しようとする課題 鋼部材は、当該技術分野で周知の冷間鍛造または熱間
鍛造技術を用いて成形されている。鋼部材の熱間鍛造で
は、材料は初めに約1100℃（2000゜F）を超える温度に
まで加熱される。このような鍛造温度では、鋼スケール
（酸化皮膜）および脱炭が生じる。スケールおよび脱炭
表面は仕上げ面を得るために除去されねばならず、周知
の温度鍛造技術はある量の材料を浪費することになる。
更に、このような技術は、スケールの除去に必要な処理
段階の増加および高温度であるためのエネルギー浪費が
原因して、経費高となる。他方、部材を冷間成形するに
も同様に欠点がある。部材はほぼ室温で成形されるた
め、形状再生すなわち成形段階ではかなり大きな力が要
求される。このために材料を徐々に所望部材に成形する
一連の冷間成形段階がしばしば必要とされる。このこと
は、ダイの摩耗や、このような工程に関連する騒音を増
大する。更に、材料が一連の成形段階を通じてかなりの
程度で加工されるならば、部材の強度は増大し、したが
って、その部材は内部応力を解消するために連続する冷
間成形加工の間に焼鈍されなければならず、これはその
工程に時間と経費を加えることになる。
鍛造技術を用いて成形されている。鋼部材の熱間鍛造で
は、材料は初めに約1100℃（2000゜F）を超える温度に
まで加熱される。このような鍛造温度では、鋼スケール
（酸化皮膜）および脱炭が生じる。スケールおよび脱炭
表面は仕上げ面を得るために除去されねばならず、周知
の温度鍛造技術はある量の材料を浪費することになる。
更に、このような技術は、スケールの除去に必要な処理
段階の増加および高温度であるためのエネルギー浪費が
原因して、経費高となる。他方、部材を冷間成形するに
も同様に欠点がある。部材はほぼ室温で成形されるた
め、形状再生すなわち成形段階ではかなり大きな力が要
求される。このために材料を徐々に所望部材に成形する
一連の冷間成形段階がしばしば必要とされる。このこと
は、ダイの摩耗や、このような工程に関連する騒音を増
大する。更に、材料が一連の成形段階を通じてかなりの
程度で加工されるならば、部材の強度は増大し、したが
って、その部材は内部応力を解消するために連続する冷
間成形加工の間に焼鈍されなければならず、これはその
工程に時間と経費を加えることになる。
上述した欠点を回避するために、材料強度を低下して
成形を容易にするには十分に高い温度で、しかもスケー
ルや脱炭が生じる熱間鍛造よりは低い温度である中間温
度にて材料から部材を成形するために、温間成形が使用
され得る。このような温間成形方法の１つが米国特許第
3 557 587号で開示されている。幾つかの他の特許は、
脱炭およびスケールの欠点を避け、および（または）鋼
に対して所望の冶金学的および機械的特性を与えまたは
それらを改善するように、「温間」温度で遂行される圧
延および圧出段階を含む工程を開示している。米国特許
第2767836、第2767837号、第2880855号、第3076361号、
第3573999号、および日本金属学会1968年第９号増補翻
訳書の第177〜181頁のゴキュー氏他による「鋼の温間加
工」を参照されたい。
成形を容易にするには十分に高い温度で、しかもスケー
ルや脱炭が生じる熱間鍛造よりは低い温度である中間温
度にて材料から部材を成形するために、温間成形が使用
され得る。このような温間成形方法の１つが米国特許第
3 557 587号で開示されている。幾つかの他の特許は、
脱炭およびスケールの欠点を避け、および（または）鋼
に対して所望の冶金学的および機械的特性を与えまたは
それらを改善するように、「温間」温度で遂行される圧
延および圧出段階を含む工程を開示している。米国特許
第2767836、第2767837号、第2880855号、第3076361号、
第3573999号、および日本金属学会1968年第９号増補翻
訳書の第177〜181頁のゴキュー氏他による「鋼の温間加
工」を参照されたい。
更に、鋼製の条材、ロッドまたはビレットを折曲また
は鍛造して所望製品を形成する方法であって、温間成形
もしくは温間鍛造の段階を含む他の周知の方法がある。
米国特許第2953794号、第3720087号、第3877821号、第4
312210号、第4317355号、第4608851号および第4805437
号を参照されたい。前記引用文献の何れが従来技術を正
しく代表しているとは言えず、また前記引用文献が最も
重要な文献であるとも言えない。
は鍛造して所望製品を形成する方法であって、温間成形
もしくは温間鍛造の段階を含む他の周知の方法がある。
米国特許第2953794号、第3720087号、第3877821号、第4
312210号、第4317355号、第4608851号および第4805437
号を参照されたい。前記引用文献の何れが従来技術を正
しく代表しているとは言えず、また前記引用文献が最も
重要な文献であるとも言えない。
米国特許第3001897号および第3904445号は何れも部材
を形成するために引き続いて使用される高強度鋼素材を
成形する方法を記載している。前者（'897）は、鋼がま
ず冷間圧下され、次に更に温間温度で最終ゲージとなる
まで圧下される方法を記載している。後者（'445）は、
最終ゲージとなるまで熱間圧下し、急速冷却し、そして
冷間仕上げ加工することで鋼を条材に加工する方法を記
載している。この条材は次に温間温度で応力除去され
る。
を形成するために引き続いて使用される高強度鋼素材を
成形する方法を記載している。前者（'897）は、鋼がま
ず冷間圧下され、次に更に温間温度で最終ゲージとなる
まで圧下される方法を記載している。後者（'445）は、
最終ゲージとなるまで熱間圧下し、急速冷却し、そして
冷間仕上げ加工することで鋼を条材に加工する方法を記
載している。この条材は次に温間温度で応力除去され
る。
ケミカル・アブストラクト第11巻、第95号の要約文第
101411号は硬化鋼ロッドからボルトを成形する方法を記
載しており、これにおいてロッドは熱間圧延され、水冷
され、冷間引抜きされて550℃まで加熱され、熱間成形
されてボルトにされ、その後水冷される。製品の引張強
さは少なくとも100kg/m2である。
101411号は硬化鋼ロッドからボルトを成形する方法を記
載しており、これにおいてロッドは熱間圧延され、水冷
され、冷間引抜きされて550℃まで加熱され、熱間成形
されてボルトにされ、その後水冷される。製品の引張強
さは少なくとも100kg/m2である。
課題を解決するための手段 本発明の一観点によれば、高強度鋼部材を製造する方
法は、少なくとも80×106kg/m2（120000psi）の引張強
さおよび少なくとも60×106kg/m2（90000psi）の降伏強
さを有する高強度鋼素材を準備し、所望の形状を有する
部材を形成するために、この部材の引張強さおよび降伏
強さが実質的にその素材と同じであるように素材に温間
成形を施す段階を含み、前記高強度鋼素材は重量％で次
の組成を有し、 炭素:0.30〜0.65％ Mn :0.30〜2.5％ V :最高0.35％ Fe :残部 また、前記引張強さおよび降伏強さを有する前記部材
は追加の強化工程なしに製造される。
法は、少なくとも80×106kg/m2（120000psi）の引張強
さおよび少なくとも60×106kg/m2（90000psi）の降伏強
さを有する高強度鋼素材を準備し、所望の形状を有する
部材を形成するために、この部材の引張強さおよび降伏
強さが実質的にその素材と同じであるように素材に温間
成形を施す段階を含み、前記高強度鋼素材は重量％で次
の組成を有し、 炭素:0.30〜0.65％ Mn :0.30〜2.5％ V :最高0.35％ Fe :残部 また、前記引張強さおよび降伏強さを有する前記部材
は追加の強化工程なしに製造される。
本発明の他の観点によれば、高強度鋼部材を製造する
方法は、少なくとも80×106kg/m2（120000psi）の引張
強さおよび少なくとも約60×106kg/m2（90000psi）の降
伏強さを有する高強度鋼素材を準備し、所望の形状を有
する部材を形成するために、この部材の引張強さおよび
降伏強さが実質的にその素材より大きくなるように素材
に温間成形を施す段階を含み、この高強度鋼材は重量％
で次の組成を有し、 炭素:0.30〜0.65％ Mn :0.30〜2.5％ V :最高0.35％ Fe :残部。
方法は、少なくとも80×106kg/m2（120000psi）の引張
強さおよび少なくとも約60×106kg/m2（90000psi）の降
伏強さを有する高強度鋼素材を準備し、所望の形状を有
する部材を形成するために、この部材の引張強さおよび
降伏強さが実質的にその素材より大きくなるように素材
に温間成形を施す段階を含み、この高強度鋼材は重量％
で次の組成を有し、 炭素:0.30〜0.65％ Mn :0.30〜2.5％ V :最高0.35％ Fe :残部。
また、前記引張強さおよび降伏強さを有する前記部材
は追加の強化処理工程なしに製造される。
は追加の強化処理工程なしに製造される。
従って、従来はなかった方法であって、高強度鋼素材
を所望部材に成形し且つその高強度鋼部材の機械的特性
を素材が保有する本来の特性と実質的に同じに維持する
温間成形段階を含み、鋼部材に機械的強度特性を与える
追加の強化処理を施すことなく高強度鋼部材が製造され
る、所望の高強度特性を有する高強度鋼素材から高強度
鋼部材を製造する方法が提供される。
を所望部材に成形し且つその高強度鋼部材の機械的特性
を素材が保有する本来の特性と実質的に同じに維持する
温間成形段階を含み、鋼部材に機械的強度特性を与える
追加の強化処理を施すことなく高強度鋼部材が製造され
る、所望の高強度特性を有する高強度鋼素材から高強度
鋼部材を製造する方法が提供される。
本発明は、少なくとも80×106kg/m2（120000psi）の
引張強さおよび少なくとも60×106kg/m2（90000psi）の
降伏強さを有する高強度鋼素材から高強度鋼部材を製造
する方法に関するものである。
引張強さおよび少なくとも60×106kg/m2（90000psi）の
降伏強さを有する高強度鋼素材から高強度鋼部材を製造
する方法に関するものである。
本発明によれば、高強度鋼素材から温間成形によって
所望の形状を有する部材を形成し、該部材の機械的特性
である引張強さおよび降伏強さは素材と実質的に同等に
なされる高強度鋼部材を製造する方法が提供される。
所望の形状を有する部材を形成し、該部材の機械的特性
である引張強さおよび降伏強さは素材と実質的に同等に
なされる高強度鋼部材を製造する方法が提供される。
また、本発明によれば、高強度鋼素材を温間成形する
工程を含む高強度鋼部材の製造方法であって、該部材の
引張強さおよび降伏強さは素材と実質的に同等になさ
れ、また、所望の機械的特性である引張強さおよび降伏
強さを有する高強度鋼部材が追加の強化処理工程なしに
製造される、高強度鋼部材を製造する方法が提供され
る。
工程を含む高強度鋼部材の製造方法であって、該部材の
引張強さおよび降伏強さは素材と実質的に同等になさ
れ、また、所望の機械的特性である引張強さおよび降伏
強さを有する高強度鋼部材が追加の強化処理工程なしに
製造される、高強度鋼部材を製造する方法が提供され
る。
なお、本発明の説明で挙げた各数値は、科学的に厳格
な意味で使用されているわけではなく、自然現象の下で
は、或る材料の特性は、或る臨界点で仮に急速に変化す
るとしても、連続性をもって変化するものであるという
前提に立って規定されていることに留意すべきである。
な意味で使用されているわけではなく、自然現象の下で
は、或る材料の特性は、或る臨界点で仮に急速に変化す
るとしても、連続性をもって変化するものであるという
前提に立って規定されていることに留意すべきである。
本発明の原理、その目的および利点は以下の具体的説
明から更によく理解されるだろう。
明から更によく理解されるだろう。
好適例の説明 本発明方法は各種高強度鋼部材を製造する上で有用で
あり、この高強度鋼部材には、各種のボルト（Ｕボルト
Ｊボルト、六角ボルト、四角頭部ボルト、その他）軸、
カム軸、ねじ、対傾（スウェイ）条材、および本明細書
で開示される温間鍛造工程または温間成形工程によって
容易に成形されるその他の部材が含まれる。
あり、この高強度鋼部材には、各種のボルト（Ｕボルト
Ｊボルト、六角ボルト、四角頭部ボルト、その他）軸、
カム軸、ねじ、対傾（スウェイ）条材、および本明細書
で開示される温間鍛造工程または温間成形工程によって
容易に成形されるその他の部材が含まれる。
好適形態によれば、高強度鋼部材の製造方法は、少な
くとも80×106kg/m2（120000psi）で、少なくとも100×
106kg/m2（150000psi）であるのが好ましい引張強さ、
および少なくとも60×106kg/m2（90000psi）で、少なく
とも90×106kg/m2（130000psi）であるのが好ましい降
伏強さを有する高強度鋼素材を準備することを含む。本
発明の一形態によれば、素材として使用される高強度鋼
材は、前記引張強さおよび降伏強さを有する素材を準備
するために、熱間圧下および冷間引抜きされる。
くとも80×106kg/m2（120000psi）で、少なくとも100×
106kg/m2（150000psi）であるのが好ましい引張強さ、
および少なくとも60×106kg/m2（90000psi）で、少なく
とも90×106kg/m2（130000psi）であるのが好ましい降
伏強さを有する高強度鋼素材を準備することを含む。本
発明の一形態によれば、素材として使用される高強度鋼
材は、前記引張強さおよび降伏強さを有する素材を準備
するために、熱間圧下および冷間引抜きされる。
高強度鋼材は、以下の重量％組成で例示され得る。す
なわち、 炭素:0.30〜0.65％ Mn :0.30〜2.5％ V :最高0.35％ Fe :残部。
なわち、 炭素:0.30〜0.65％ Mn :0.30〜2.5％ V :最高0.35％ Fe :残部。
更に好ましい態様によれば、高強度鋼材は以下の重量
％組成を有する。すなわち、 炭素:0.50〜0.55％ Mn :1.20〜1.65％ V :0.03〜0.15％ Fe :残部。
％組成を有する。すなわち、 炭素:0.50〜0.55％ Mn :1.20〜1.65％ V :0.03〜0.15％ Fe :残部。
前記組成および引張強さおよび降伏強さを有する素材
は、その後、所望形状を有する部材を形成するために、
温度150℃（300゜F）〜650℃（1200゜F）で温間成形さ
れ、該部材の引張強さおよび降伏強さは素材と実質的に
同等になされる。この部材が成形される温度は、使用鋼
材の化学組成に関係する。所要の引張強さおよび降伏強
さを有する成形部材は、温間成形後に如何なる追加の強
化処理工程もなく製造される。
は、その後、所望形状を有する部材を形成するために、
温度150℃（300゜F）〜650℃（1200゜F）で温間成形さ
れ、該部材の引張強さおよび降伏強さは素材と実質的に
同等になされる。この部材が成形される温度は、使用鋼
材の化学組成に関係する。所要の引張強さおよび降伏強
さを有する成形部材は、温間成形後に如何なる追加の強
化処理工程もなく製造される。
少なくとも80×106kg/m2（120000psi）の引張強さお
よび少なくとも60×106kg/m2（90000psi）の降伏強さを
有し、本発明方法で出発材料として使用される高強度鋼
素材は、当該技術分野で周知の適当な方法で製造され
る。そのような１つの方法が前記米国特許第3904445号
に開示されており、その明細書の全記載内容を本明細書
の記載として援用する。この米国特許は、Ｕボルトを含
むねじ固定具を製造する上で特に有用な形式の高強度鋼
条材を製造する工程手順を開示している。記載された工
程では、製造された棒材はASTM規格第５号〜第８号の結
晶組織を有する。開示工程では、ある開示範囲内の化学
的性質を有する鋼が、標準的最終ゲージの10％〜15％の
熱間圧下加工を受ける。次に、この熱間圧下された条材
は、急速空冷のために個々の長さ部分に切断すなわち裁
断される。しかる後、この熱間圧下された条材の個々の
長さ部分が最終ゲージまで冷間仕上げ加工される。最終
段階は機械的強度を高めるための制御された応力除去段
階である。この応力除去段階は、約260〜450℃（500〜8
50゜F）で１時間にわたる加熱を含んでもよい。従っ
て、更に応力除去された条材あるいは応力除去されてい
ない条材を、出発材料としての高強度鋼素材として使用
し得る。
よび少なくとも60×106kg/m2（90000psi）の降伏強さを
有し、本発明方法で出発材料として使用される高強度鋼
素材は、当該技術分野で周知の適当な方法で製造され
る。そのような１つの方法が前記米国特許第3904445号
に開示されており、その明細書の全記載内容を本明細書
の記載として援用する。この米国特許は、Ｕボルトを含
むねじ固定具を製造する上で特に有用な形式の高強度鋼
条材を製造する工程手順を開示している。記載された工
程では、製造された棒材はASTM規格第５号〜第８号の結
晶組織を有する。開示工程では、ある開示範囲内の化学
的性質を有する鋼が、標準的最終ゲージの10％〜15％の
熱間圧下加工を受ける。次に、この熱間圧下された条材
は、急速空冷のために個々の長さ部分に切断すなわち裁
断される。しかる後、この熱間圧下された条材の個々の
長さ部分が最終ゲージまで冷間仕上げ加工される。最終
段階は機械的強度を高めるための制御された応力除去段
階である。この応力除去段階は、約260〜450℃（500〜8
50゜F）で１時間にわたる加熱を含んでもよい。従っ
て、更に応力除去された条材あるいは応力除去されてい
ない条材を、出発材料としての高強度鋼素材として使用
し得る。
以下の例は、前記米国特許第3904445号に開示された
方法によって製造された高強度鋼の条材からのＵボルト
の製造を示す。
方法によって製造された高強度鋼の条材からのＵボルト
の製造を示す。
例 直径2.1cm（0.825インチ）を有する８級強度鋼の条材
が90cm（36インチ）の長さに切断された。この条材は少
なくとも約105×106kg/m2（150000psi）の引張強さおよ
び少なくとも約90×106kg/m2（130000psi）の降伏強さ
を有する。条材部材の両端は各端部に6.4cm（2.5イン
チ）のねじ部分を形成するために、周知のねじ加工工程
でねじ形成される。次に、この条材部材は、約450℃（8
50゜F）にまで加熱され、各条材部材の中間部分が、約1
000トン（１×108N/m2）の圧力を加える機械鍛造プレス
を使用して平坦化される。条材のこの平坦化部分は、厚
さ約1.1cm（7/16インチ）、幅3.2cm（1.25インチ）であ
る。しかる後、各材部材はＵボルト製品の形状を形成す
るために平坦化された部分で折曲げられた。平坦化加工
では、仕上げＵボルト製品の全長が90cm（36インチ）を
多少超えるように条材部材に伸びを与えた。この仕上げ
Ｕボルト条材は、元々保有していた所望の引張強さおよ
び降伏強さを有し、したがって追加の強化工程を必要と
しない。
が90cm（36インチ）の長さに切断された。この条材は少
なくとも約105×106kg/m2（150000psi）の引張強さおよ
び少なくとも約90×106kg/m2（130000psi）の降伏強さ
を有する。条材部材の両端は各端部に6.4cm（2.5イン
チ）のねじ部分を形成するために、周知のねじ加工工程
でねじ形成される。次に、この条材部材は、約450℃（8
50゜F）にまで加熱され、各条材部材の中間部分が、約1
000トン（１×108N/m2）の圧力を加える機械鍛造プレス
を使用して平坦化される。条材のこの平坦化部分は、厚
さ約1.1cm（7/16インチ）、幅3.2cm（1.25インチ）であ
る。しかる後、各材部材はＵボルト製品の形状を形成す
るために平坦化された部分で折曲げられた。平坦化加工
では、仕上げＵボルト製品の全長が90cm（36インチ）を
多少超えるように条材部材に伸びを与えた。この仕上げ
Ｕボルト条材は、元々保有していた所望の引張強さおよ
び降伏強さを有し、したがって追加の強化工程を必要と
しない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C21D 8/00,8/06,8/08 B21J 5/00
Claims (5)
- 【請求項１】少なくとも80×106kg/m2（120000psi）の
引張強さ、および少なくとも60×106kg/m2（90000psi）
の降伏強さを有する高強度鋼素材を準備し、 該素材に温間成形を施して所望の形状を有する部材を形
成し、この部材の引張強さおよび降伏強さを前記素材と
実質的に同等以上になす段階を含み、 前記高強度鋼素材は重量％で次の組成を有し、 炭素:0.30〜0.65％ Mn :0.30〜2.5％ V :最高0.35％ Fe :残部 また、前記引張強さおよび降伏強さを有する前記部材
は、追加の強化工程なしに製造される高強度鋼部材の製
造方法。 - 【請求項２】高強度鋼材が予め高温圧下および冷間引抜
きされて、少なくとも80×106kg/m2（120000psi）の引
張強さ、および少なくとも60×106kg/m2（90000psi）の
降伏強さを有する前記素材を準備する請求項１に記載さ
れた高強度鋼部材の製造方法。 - 【請求項３】高強度鋼素材が少なくとも105×106kg/m2
（150000psi）の引張強さおよび少なくとも90×106kg/m
2（130000psi）の降伏強さを有する請求項１または請求
項２に記載された高強度鋼部材の製造方法。 - 【請求項４】高強度鋼材が次の重量％組成、すなわち 炭素:0.50〜0.55％ Mn :1.20〜1.65％ V :0.03〜0.15％ Fe :残部 を有する請求項１から請求項３までのいずれか１項に記
載された高強度鋼部材の製造方法。 - 【請求項５】温間成形が温度150℃（300゜F）〜650℃
（1200゜F）で行われる請求項１から請求項４までのい
ずれか１項に記載された高強度鋼部材の製造方法。
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|---|---|---|---|
| US602,675 | 1990-10-24 | ||
| US07/602,675 US5094698A (en) | 1990-10-24 | 1990-10-24 | Method of making high strength steel parts |
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| CA (1) | CA2093905C (ja) |
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| DK (1) | DK0554257T3 (ja) |
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- 1991-07-30 DK DK91913691.1T patent/DK0554257T3/da active
- 1991-07-30 KR KR1019930701208A patent/KR100191696B1/ko not_active IP Right Cessation
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