JP3149681B2 - 冷間鍛造性に優れた機械構造用鋼 - Google Patents

冷間鍛造性に優れた機械構造用鋼

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JP3149681B2 JP10686194A JP10686194A JP3149681B2 JP 3149681 B2 JP3149681 B2 JP 3149681B2 JP 10686194 A JP10686194 A JP 10686194A JP 10686194 A JP10686194 A JP 10686194A JP 3149681 B2 JP3149681 B2 JP 3149681B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は熱間圧延ままで高い変形
能を有し、軟化焼鈍せずとも冷間鍛造が可能である冷間
鍛造性に優れた機械構造用鋼に関わる。
【0002】
【従来の技術】冷間鍛造は製品の寸法精度が良く、しか
も生産能率が高いため機械部品の製造に広く用いられる
が、冷間鍛造用の鋼は冷間鍛造性が良好でなければなら
ない。ここで、冷間鍛造性は冷間鍛造時の変形能と変形
抵抗の二つの要素で評価される。変形能は大きな変形を
与えても割れが発生しない能力で、変形能は大きいほど
望ましい。一方、変形抵抗は変形させるに必要な力で小
さいほど望ましい。
【0003】従来、冷間鍛造される機械構造用鋼は冷間
鍛造に先立ち、冷間鍛造性を向上させるための軟化焼鈍
を施されている。しかし、軟化焼鈍処理は高温でしかも
長時間の加熱が必要で製造コストのなかで大きい比重を
占め、また生産性の低下の原因にもなっていることから
熱間圧延ままで使用可能な冷間鍛造用鋼への要求が高ま
っている。また、特に複雑な形状の機械部品を製造する
場合は数回にわたって冷間鍛造−軟化焼鈍を繰り返さな
ければならず、鍛造回数低減のためにもより変形能の高
い冷間鍛造用鋼が望まれている。
【0004】これに対し、特開昭62−196327号公報に
は、Si、Mnを低減した鋼を低温で圧延したのち、
0.2〜1.5℃/秒で徐冷する冷間鍛造性に優れた鋼
の製造方法、特開平4−228519号公報には圧延直後に特
定温度まで鋼材表面を冷却し、再度700〜880℃に
仕上げ圧延後、0.05〜0.7℃/秒で徐冷する冷間
鍛造性に優れた鋼の製造方法が開示されている。
【0005】しかし、特開昭62−196327号公報の場合、
圧延後の徐冷のために保温カバ−等の設備を必要とする
ため製造コストの上昇を招き、また、Si、Mnの低
減、低温圧延はフェライト分率を増大させるため変形抵
抗は低下するものの変形能は逆に劣化するという問題が
あった。また特開平4−228519号公報も徐冷、低温圧延
という点で特開昭62−196327号公報と同じ問題を抱えて
いる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題点
を解決する、すなわち、特別な低温圧延や徐冷をするこ
となく変形能が高く、変形抵抗が低い軟化焼鈍不要の冷
間鍛造用鋼を提供することを課題としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、熱間圧延
後の金属組織と冷間鍛造性の関係を詳細に研究した結
果、冷間鍛造性、特に変形能を高めるには、パ−ライト
が主体のフェライト・パ−ライト鋼においてはフェライ
ト分率の低減及びパーライトの微細化が有効であるとの
知見を得るに至った。
【0008】フェライト・パ−ライト鋼におけるフェラ
イトの部分はパ−ライトの部分に比べ軟質であるため、
この部分は冷間鍛造中に生じた微小割れの伝播経路とな
る。よって微少割れの伝播を防ぐためには、フェライト
の面積分率は小さいほうがよい。フェライト面積分率の
低減はパ−ライト生成元素であるCrの含有量を増加す
ることによって実現できる。またCrはフェライト面積
分率を低減できるだけでなく、パーライトのラメラ間隔
を狭める元素であり、このようなパーライトの微細化に
よっても冷間鍛造中に生じた微少割れの伝播が抑制され
るために、変形能がより向上する。本発明は以上の知見
に基いてなされたものであり、その要旨は、 (1) 重量%で、C:0.30〜0.60%、Si:
0.30%以下、Mn:0.25〜0.85%、S:
0.01%以下、Cr:1.2〜2.0%を含み、金属
組織はフェライト面積分率が20%以下のフェライト・
パーライト組織であることを特徴とする冷間鍛造性に優
れた機械構造用鋼。
【0009】(2) 重量%で、C:0.30〜0.6
0%、Si:0.30%以下、Mn:0.25〜0.8
5%、S:0.01%以下、Cr:1.2〜2.0%を
含み、更にTi:0.01〜0.03%、B:0.00
05〜0.0030%を含み、金属組織はフェライトの
面積分率が20%以下のフェライト・パーライト組織で
あることを特徴とする冷間鍛造性に優れた機械構造用
鋼。
【0010】(3) 重量%で、C:0.30〜0.6
0%、Si:0.30%以下、Mn:0.25〜0.8
5%、S:0.01%以下、Cr:1.2〜2.0%を
含み、さらにMo:0.5%以下、Ni:1.0%以下
及びCu:1.0%以下の1種又は2種以上を含み、金
属組織はフェライト面積分率が20%以下のフェライト
・パーライト組織であることを特徴とする冷間鍛造性に
優れた機械構造用鋼。
【0011】(4) 重量%で、C:0.30〜0.6
0%、Si:0.30%以下、Mn:0.25〜0.8
5%、S:0.01%以下、Cr:1.2〜2.0%、
Ti:0.01〜0.03%、B:0.0005〜0.
0030%を含み、さらにMo:0.5%以下、Ni:
1.0%以下及びCu:1.0%以下の1種又は2種以
上を含み、金属組織はフェライト面積分率が20%以下
のフェライト・パーライト組織であることを特徴とする
冷間鍛造性に優れた機械構造用鋼。
【0012】
【作用】上記した本発明の各成分の限定理由を以下に説
明する(以下%は重量%を示す)。 C:0.30〜0.60% Cは冷間鍛造後の焼入焼戻し処理または各種表面硬化熱
処理による表面硬さを確保するために必要な元素であ
り、0.30%未満では必要な硬さが得られないが、
0.60%を超えると冷間鍛造後の熱処理で焼割れの原
因になるため0.30〜0.60%とする。
【0013】Si:0.30%以下 Siは脱酸材として必要であるが、フェライトに固溶し
変形抵抗を高めるためその上限を0.30%とする。
【0014】Mn:0.25〜0.85% Mnは強度を確保し、また焼入れ性を向上する元素であ
る。しかし0.25%未満ではその効果が不十分で、
0.85%を超えるとSi同様変形抵抗を高め冷間鍛造
性を劣化させるため0.25〜0.85%とする。
【0015】S:0.01%以下 SはMnSを形成し冷間鍛造性を低下させる原因となる
ため、少ない方がよいが、0.01%以下であれば実用
上問題は生じないので0.01%以下とする。
【0016】Cr:1.2〜2.0% Crはパ−ライト変態温度を上昇させることでフェライ
ト分率を低下させ、さらにはパーライトラメラ間隔を狭
める元素である。しかし、1.2%未満の含有ではこれ
らの効果が不十分で、十分な変形能が得られない。一
方、2.0%を超えて含有すると熱間圧延後の組織がベ
イナイトを含み、変形能の低下および変形抵抗の増大を
招くので1.2〜2.0%とする。
【0017】本発明は、冷間鍛造後に行う焼入焼戻し処
理や高周波焼入等の表面硬化熱処理において焼入性を高
めるために上記した成分にさらに、Ti:0.01%〜
0.03%、B:0.0005%〜0.0030%を含
有した鋼も含む。
【0018】Ti:0.01%〜0.03% Tiは鋼中のNをTiNとして固定しBの焼入れ性向上
効果を確保するために添加する。Nを固定するためには
0.01%以上の含有が必要であるが、0.03%を超
えて含有させてもその効果は飽和するため、その上限を
0.03%とする。
【0019】B:0.0005%〜0.0030% BはTiと同時に添加することで焼入性を著しく向上す
る元素であり、そのためには0.0005%以上の添加
が必要であるが、0.0030%を超えるとその効果は
飽和するため、その上限を0.0005〜0.0030
%とする。
【0020】また、素材の強度及び靱性を高めるために
はMo,Ni,Cuの1種又は2種以上を含有すること
が効果的である。その限定理由は以下の通りである。 Mo:0.5%以下 Moは焼入性を高める元素であり、冷間鍛造後の表面硬
化処理での硬化層深さの向上に有効である。しかし、
0.5%を越えて添加すると冷間鍛造性が著しく劣化す
るために、その上限を0.5%とした。
【0021】Ni:1.0%以下 Niは冷間鍛造性を低下させることなく、素材の靱性を
向上する元素であるが、1.0%を越えて添加すると、
硬度が向上し、冷間鍛造性に悪影響を及ぼすだけでな
く、非常に高価な元素であり、コスト的にも不利になる
ので、その上限を1.0%とした。
【0022】Cu:1.0%以下 Cuは析出硬化により、素材の強度を向上する元素であ
るが、1.0%を越えて添加すると、冷間鍛造性に悪影
響を及ぼすだけでなく、靱性の低下を招くので1.0%
以下とした。
【0023】なお本発明鋼には脱酸の目的で添加される
Al、不可避に存在するPなどを含有してもよく、これ
らの含有により本発明の目標性能が変わるものではな
い。次に金属組織の限定理由について説明する。
【0024】フェライト面積分率:20%以下 フェライトの面積分率は小さいほど変形能が向上する。
その面積分率が20%を超えると冷間鍛造時に容易に割
れが発生、成長して変形能が劣化するためフェライトの
面積分率は20%以下とする。
【0025】本発明鋼の製造法としては、上に述べた成
分範囲に溶製した鋼を熱間圧延により棒鋼に製造する。
熱間圧延においては特開昭62−196327号公報、
特開平4−228519号公報のような低温圧延や圧延
時に中断冷却を行うことは必要とせず、ごく一般的な熱
間圧延でかまわない。
【0026】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。供
試鋼は表1に示す成分組成の鋼を溶製し、熱間圧延によ
り直径55mmの丸棒を製造した。これら圧延ままの丸
棒から機械加工により切り出した試験片を用いて冷間鍛
造性を評価した。試験片形状は図2に示すように直径1
4mm、高さ21mmの円筒型で、上下面に拘束溝及び
側面にV溝を有する切欠き付円筒試験片である。図2に
おいて(a)は上面図、(b)は側面図で、1はV字状
の溝、2は被圧縮面、(c)はV字状の溝の詳細寸法を
示す。
【0027】冷間鍛造性の評価はこの試験片の上下面を
拘束した状態で被圧縮面に圧縮荷重を加えて圧縮試験を
行い、変形能と変形抵抗を測定した。変形能は、V溝1
の溝底から割れが発生するまでの最大圧縮率(限界圧縮
率と呼ぶ)で評価し、変形抵抗は圧縮率30%のときの
変形荷重(30%変形抵抗と呼ぶ)で評価した。また、
フェライト面積分率は光学顕微鏡機能を備えた画像解析
装置(日本レギュレ−タ株式会社製LUZEX500)
で測定した。
【0028】結果を表2に示すように、本発明鋼である
No.1〜10は全てフェライト面積分率は20%以下
となっており、その結果冷間鍛造性が著しく向上してい
る。そのことは従来冷間鍛造用鋼であるJIS SCr
440相当鋼(No.17)と比べ限界圧縮率が著しく
高く、30%変形抵抗は低いことからも明らかである。
【0029】図1は本発明鋼および比較鋼の代表例の金
属組織の写真を示す。図1において(a)はNo.3、
(b)はNo.17のもので、No.3はNo.17に
比べフェライト面積分率が小さくなっていることがわか
る。
【0030】また、No.11はCr含有量が本発明範
囲より低いためフェライト面積分率が大きく、その結果
限界圧縮率が小さくなっている。No.12はCr含有
率が本発明範囲より多いためベーナイトが生成してお
り、限界圧縮率が低く、30%変形抵抗が高くなってい
る。No.13はフェライト面積分率が本発明の範囲で
あるが、Cr含有量が本発明範囲より少ないため、限界
圧縮率が低い。No.15,No.16はS含有量がC
r含有量が本発明範囲内にあるため限界圧縮率が高い
が、Si,Mn量がそれぞれ本発明範囲より多いため、
30%変形抵抗が大きく冷間鍛造性が劣ることがわか
る。
【0031】
【発明の効果】以上説明した如く、本発明によれば熱間
圧延ままで従来鋼に比べ著しく冷間鍛造性の優れた鋼を
提供でき、工業上非常に有用な発明である。
【0032】
【表1】
【0033】
【表2】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明鋼および比較鋼の代表例の金属組織を示
す顕微鏡写真で、(a)は本発明鋼、(b)は比較鋼の
それぞれ代表例の金属組織を示す。
【図2】冷間鍛造性評価の試験片形状で、(a)は上面
図、(b)は側面図、(c)はV字状の溝の詳細寸法を
示す図。
【符号の説明】
1…V字状の溝、2…被圧縮面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−225750(JP,A) 特開 平4−350144(JP,A) 特開 昭59−100216(JP,A) 特開 平2−225620(JP,A) 特開 昭63−100161(JP,A) 特開 昭60−255957(JP,A) 特開 平2−85320(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 1/00 - 38/60

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%で、C:0.30〜0.60%、S
    i:0.30%以下、Mn:0.25〜0.85%、
    S:0.01%以下、Cr:1.2〜2.0%を含み、
    金属組織はフェライト面積分率が20%以下のフェライ
    ト・パーライト組織であることを特徴とする冷間鍛造性
    に優れた機械構造用鋼。
  2. 【請求項2】重量%で、C:0.30〜0.60%、S
    i:0.30%以下、Mn:0.25〜0.85%、
    S:0.01%以下、Cr:1.2〜2.0%を含み、
    更にTi:0.01〜0.03%、B:0.0005〜
    0.0030%を含み、金属組織はフェライトの面積分
    率が20%以下のフェライト・パーライト組織であるこ
    とを特徴とする冷間鍛造性に優れた機械構造用鋼。
  3. 【請求項3】重量%で、C:0.30〜0.60%、S
    i:0.30%以下、Mn:0.25〜0.85%、
    S:0.01%以下、Cr:1.2〜2.0%を含み、
    さらにMo:0.5%以下、Ni:1.0%以下及びC
    u:1.0%以下の1種又は2種以上を含み、金属組織
    はフェライト面積分率が20%以下のフェライト・パー
    ライト組織であることを特徴とする冷間鍛造性に優れた
    機械構造用鋼。
  4. 【請求項4】重量%で、C:0.30〜0.60%、S
    i:0.30%以下、Mn:0.25〜0.85%、
    S:0.01%以下、Cr:1.2〜2.0%、Ti:
    0.01〜0.03%、B:0.0005〜0.003
    0%を含み、さらにMo:0.5%以下、Ni:1.0
    %以下及びCu:1.0%以下の1種又は2種以上を含
    み、金属組織はフェライト面積分率が20%以下のフェ
    ライト・パーライト組織であることを特徴とする冷間鍛
    造性に優れた機械構造用鋼。
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