JP3182671B2 - 被削性の優れた高強度熱間鍛造品 - Google Patents
被削性の優れた高強度熱間鍛造品Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＣＶＤコーティング超硬
工具を用いた切削加工において切削工具の欠損発生頻度
の少ない引張強度１００ｋｇｆ／ｍｍ2 超でベイナイト
組織を有する被削性の優れた高強度熱間鍛造品に関する
ものである。
工具を用いた切削加工において切削工具の欠損発生頻度
の少ない引張強度１００ｋｇｆ／ｍｍ2 超でベイナイト
組織を有する被削性の優れた高強度熱間鍛造品に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】自動車用部品はエンジン出力の上昇への
対応あるいは燃費向上を目的とした自動車車体の軽量化
の実現のため、高強度化が常に指向されている。また、
一方でコスト低減のため部品製造工程で従来行われてい
た焼入れ焼戻し（調質）工程の簡略化あるいは省略化が
進んでいる。この動きの中で熱間鍛造ままで必要強度の
得られる非調質鋼を用いた鍛造部品の開発が行われ、フ
ェライト−パーライト組織を有する引張強度が１００ｋ
ｇｆ／ｍｍ2 未満の部品についてはほぼ実用化されてい
る。しかし、現在自動車メーカーが目標としている大幅
な燃費向上を実現するためには、さらに引張強度が１０
０〜１５０ｋｇｆ／ｍｍ2 へと大幅な高強度化を図らな
ければならない。そのため、マルテンサイトあるいはベ
イナイト組織を有する高強度鍛造品を開発する必要が生
じてきている。
対応あるいは燃費向上を目的とした自動車車体の軽量化
の実現のため、高強度化が常に指向されている。また、
一方でコスト低減のため部品製造工程で従来行われてい
た焼入れ焼戻し（調質）工程の簡略化あるいは省略化が
進んでいる。この動きの中で熱間鍛造ままで必要強度の
得られる非調質鋼を用いた鍛造部品の開発が行われ、フ
ェライト−パーライト組織を有する引張強度が１００ｋ
ｇｆ／ｍｍ2 未満の部品についてはほぼ実用化されてい
る。しかし、現在自動車メーカーが目標としている大幅
な燃費向上を実現するためには、さらに引張強度が１０
０〜１５０ｋｇｆ／ｍｍ2 へと大幅な高強度化を図らな
ければならない。そのため、マルテンサイトあるいはベ
イナイト組織を有する高強度鍛造品を開発する必要が生
じてきている。
【０００３】しかし、鍛造品の高強度化によって部品と
しての仕上で行われる切削加工での被削性の低下が懸念
されている。自動車部品製造のコストにおいて切削加工
費の占める比率は大きく、切削加工費が素材費を含めた
全コストの５０％近くを占める部品すらある。非調質鋼
を用いた鍛造品は切削加工時にはすでに必要強度が得ら
れているため、高強度の鍛造品を切削しなければなら
ず、非常に苛酷な切削加工となるため、この高強度熱間
鍛造品の被削性の向上は重要な課題である。
しての仕上で行われる切削加工での被削性の低下が懸念
されている。自動車部品製造のコストにおいて切削加工
費の占める比率は大きく、切削加工費が素材費を含めた
全コストの５０％近くを占める部品すらある。非調質鋼
を用いた鍛造品は切削加工時にはすでに必要強度が得ら
れているため、高強度の鍛造品を切削しなければなら
ず、非常に苛酷な切削加工となるため、この高強度熱間
鍛造品の被削性の向上は重要な課題である。
【０００４】一方、鍛造品を含んだ鋼材の被削性向上に
関する研究は古くから行われており、Ｓ、Ｐｂ、Ｃａな
どのいわゆる快削元素を添加すると被削性が著しく向上
することは既に知られている。しかし、現在求められて
いるような高強度の鍛造品の切削についてはあまり研究
されていない。特に超硬工具の主流をなしているＣＶＤ
コーティング工具での切削に対応した鍛造品の開発はほ
とんど行われていない。
関する研究は古くから行われており、Ｓ、Ｐｂ、Ｃａな
どのいわゆる快削元素を添加すると被削性が著しく向上
することは既に知られている。しかし、現在求められて
いるような高強度の鍛造品の切削についてはあまり研究
されていない。特に超硬工具の主流をなしているＣＶＤ
コーティング工具での切削に対応した鍛造品の開発はほ
とんど行われていない。
【０００５】このＣＶＤコーティング工程では工具を高
温加熱してコーティングするため、室温まで冷却する
と、基材とコーティング層との熱膨張率の違いによって
コーティング層に引張の残留応力が発生する。この残留
応力の存在により抗折力が低いコーティング工具で高強
度鋼を切削加工すると欠損が発生することから、工具摩
耗低減策だけでは高強度鋼切削への対応ができなくなり
つつある。工具欠損防止方法としては、特開平３−９２
２０５号公報において工具コーティング層の引張の残留
応力を除去する方法が提案されているが、素材側から高
強度鍛造品を切削する時の工具欠損を低減する提案はみ
られない。
温加熱してコーティングするため、室温まで冷却する
と、基材とコーティング層との熱膨張率の違いによって
コーティング層に引張の残留応力が発生する。この残留
応力の存在により抗折力が低いコーティング工具で高強
度鋼を切削加工すると欠損が発生することから、工具摩
耗低減策だけでは高強度鋼切削への対応ができなくなり
つつある。工具欠損防止方法としては、特開平３−９２
２０５号公報において工具コーティング層の引張の残留
応力を除去する方法が提案されているが、素材側から高
強度鍛造品を切削する時の工具欠損を低減する提案はみ
られない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明はＣＶＤコーテ
ィング超硬工具での切削加工において優れた被削性を有
する切削加工用素材としての被削性の優れた高強度熱間
鍛造品を提供せんとするものである。
ィング超硬工具での切削加工において優れた被削性を有
する切削加工用素材としての被削性の優れた高強度熱間
鍛造品を提供せんとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明はＣＶＤコーティ
ング超硬工具による切削時の耐工具欠損性に優れた高強
度熱間鍛造品を提供すべく、その要旨とするところは下
記のとおりである。 （１） 重量％でＣ：０．１〜０．６％、Ｓｉ：１．０
〜３．０％、Ｍｎ：０．６〜３．５％、Ｃｒ：０．２〜
３．０％、Ｖ：０．０５〜０．３０％、Ｎ：８０〜１５
０ｐｐｍ、Ａｌ：０．０５％以下、Ｏ：１５〜５０ｐｐ
ｍ、Ｓ：０．０２０〜０．１００％を含有し、残部がＦ
ｅおよび不可避的成分からなり、熱間鍛造空冷および焼
戻し後の組織がベイナイトでかつ引張強度が１００ｋｇ
ｆ／ｍｍ2 超であり、さらにＳ成分が下式を満足するこ
とを特徴とする被削性の優れた高強度熱間鍛造品。
ング超硬工具による切削時の耐工具欠損性に優れた高強
度熱間鍛造品を提供すべく、その要旨とするところは下
記のとおりである。 （１） 重量％でＣ：０．１〜０．６％、Ｓｉ：１．０
〜３．０％、Ｍｎ：０．６〜３．５％、Ｃｒ：０．２〜
３．０％、Ｖ：０．０５〜０．３０％、Ｎ：８０〜１５
０ｐｐｍ、Ａｌ：０．０５％以下、Ｏ：１５〜５０ｐｐ
ｍ、Ｓ：０．０２０〜０．１００％を含有し、残部がＦ
ｅおよび不可避的成分からなり、熱間鍛造空冷および焼
戻し後の組織がベイナイトでかつ引張強度が１００ｋｇ
ｆ／ｍｍ2 超であり、さらにＳ成分が下式を満足するこ
とを特徴とする被削性の優れた高強度熱間鍛造品。
【０００８】 ＴＳ−８５０×（Ｓ−０．０１５）≦１００ ただし、ＴＳ：熱間鍛造空冷および焼戻し後の引張強度
（ｋｇｆ／ｍｍ2 ） Ｓ：Ｓ含有量（％） （２） 重量％でＣ：０．１〜０．６％、Ｓｉ：１．０
〜３．０％、Ｍｎ：０．６〜３．５％、Ｃｒ：０．２〜
３．０％、Ｖ：０．０５〜０．３０％、Ｎ：８０〜１５
０ｐｐｍ、Ａｌ：０．０５％以下、Ｏ：１５〜５０ｐｐ
ｍ、Ｓ：０．０２０〜０．１００％、Ｃａ：４〜５０ｐ
ｐｍを含有し、残部がＦｅおよび不可避的成分からな
り、熱間鍛造空冷および焼戻し後の組織がベイナイトで
かつ引張強度が１００ｋｇｆ／ｍｍ2 超であり、さらに
Ｓ成分が下式を満足することを特徴とする被削性の優れ
た高強度熱間鍛造品。
（ｋｇｆ／ｍｍ2 ） Ｓ：Ｓ含有量（％） （２） 重量％でＣ：０．１〜０．６％、Ｓｉ：１．０
〜３．０％、Ｍｎ：０．６〜３．５％、Ｃｒ：０．２〜
３．０％、Ｖ：０．０５〜０．３０％、Ｎ：８０〜１５
０ｐｐｍ、Ａｌ：０．０５％以下、Ｏ：１５〜５０ｐｐ
ｍ、Ｓ：０．０２０〜０．１００％、Ｃａ：４〜５０ｐ
ｐｍを含有し、残部がＦｅおよび不可避的成分からな
り、熱間鍛造空冷および焼戻し後の組織がベイナイトで
かつ引張強度が１００ｋｇｆ／ｍｍ2 超であり、さらに
Ｓ成分が下式を満足することを特徴とする被削性の優れ
た高強度熱間鍛造品。
【０００９】 ＴＳ−８５０×（Ｓ−０．０１５）≦１００ ただし、ＴＳ：熱間鍛造空冷および焼戻し後の引張強度
（ｋｇｆ／ｍｍ2 ） Ｓ：Ｓ含有量（％） （３） 重量％でＣ：０．１〜０．６％、Ｓｉ：１．０
〜３．０％、Ｍｎ：０．６〜３．５％、Ｃｒ：０．２〜
３．０％、Ｖ：０．０５〜０．３０％、Ｎ：８０〜１５
０ｐｐｍ、Ａｌ：０．０５％以下、Ｏ：１５〜５０ｐｐ
ｍ、Ｓ：０．０２０〜０．１００％、Ｐｂ：０．０５〜
０．３０％お含有し、残部がＦｅおよび不可避的成分か
らなり、熱間鍛造空冷および焼戻し後の組織がベイナイ
トでかつ引張強度が１００ｋｇｆ／ｍｍ2 超であり、さ
らにＳおよびＰｂ成分が下式を満足することを特徴とす
る被削性の優れた高強度熱間鍛造品。
（ｋｇｆ／ｍｍ2 ） Ｓ：Ｓ含有量（％） （３） 重量％でＣ：０．１〜０．６％、Ｓｉ：１．０
〜３．０％、Ｍｎ：０．６〜３．５％、Ｃｒ：０．２〜
３．０％、Ｖ：０．０５〜０．３０％、Ｎ：８０〜１５
０ｐｐｍ、Ａｌ：０．０５％以下、Ｏ：１５〜５０ｐｐ
ｍ、Ｓ：０．０２０〜０．１００％、Ｐｂ：０．０５〜
０．３０％お含有し、残部がＦｅおよび不可避的成分か
らなり、熱間鍛造空冷および焼戻し後の組織がベイナイ
トでかつ引張強度が１００ｋｇｆ／ｍｍ2 超であり、さ
らにＳおよびＰｂ成分が下式を満足することを特徴とす
る被削性の優れた高強度熱間鍛造品。
【００１０】 ＴＳ−８５０×（Ｓ−０．０１５）−４００×Ｐｂ≦１００ ただし、ＴＳ：熱間鍛造空冷および焼戻し後の引張強度
（ｋｇｆ／ｍｍ2 ） Ｓ：Ｓ含有量（％） Ｐｂ：Ｐｂ含有量（％） （４） 重量％でＣ：０．１〜０．６％、Ｓｉ：１．０
〜３．０％、Ｍｎ：０．６〜３．５％、Ｃｒ：０．２〜
３．０％、Ｖ：０．０５〜０．３０％、Ｎ：８０〜１５
０ｐｐｍ、Ａｌ：０．０５％以下、Ｏ：１５〜５０ｐｐ
ｍ、Ｓ：０．０２０〜０．１００％、Ｐｂ：０．０５〜
０．３０％、Ｃａ：４〜５０ｐｐｍを含有し、残部がＦ
ｅおよび不可避的成分からなり、熱間鍛造空冷および焼
戻し後の組織がベイナイトでかつ引張強度が１００ｋｇ
ｆ／ｍｍ2 超であり、さらにＳおよびＰｂ成分が下式を
満足することを特徴とする被削性の優れた高強度熱間鍛
造品。
（ｋｇｆ／ｍｍ2 ） Ｓ：Ｓ含有量（％） Ｐｂ：Ｐｂ含有量（％） （４） 重量％でＣ：０．１〜０．６％、Ｓｉ：１．０
〜３．０％、Ｍｎ：０．６〜３．５％、Ｃｒ：０．２〜
３．０％、Ｖ：０．０５〜０．３０％、Ｎ：８０〜１５
０ｐｐｍ、Ａｌ：０．０５％以下、Ｏ：１５〜５０ｐｐ
ｍ、Ｓ：０．０２０〜０．１００％、Ｐｂ：０．０５〜
０．３０％、Ｃａ：４〜５０ｐｐｍを含有し、残部がＦ
ｅおよび不可避的成分からなり、熱間鍛造空冷および焼
戻し後の組織がベイナイトでかつ引張強度が１００ｋｇ
ｆ／ｍｍ2 超であり、さらにＳおよびＰｂ成分が下式を
満足することを特徴とする被削性の優れた高強度熱間鍛
造品。
【００１１】 ＴＳ−８５０×（Ｓ−０．０１５）−４００×Ｐｂ≦１
００ ただし、ＴＳ：熱間鍛造空冷および焼戻し後の引張強度
（ｋｇｆ／ｍｍ2 ） Ｓ：Ｓ含有量（％） Ｐｂ：Ｐｂ含有量（％）
００ ただし、ＴＳ：熱間鍛造空冷および焼戻し後の引張強度
（ｋｇｆ／ｍｍ2 ） Ｓ：Ｓ含有量（％） Ｐｂ：Ｐｂ含有量（％）
【００１２】
【作用】本発明者らはＣＶＤコーティング超硬工具での
切削における工具欠損発生と被削鍛造品の強度およびＳ
およびＰｂの含有量の影響を検討するため、実験室溶解
炉において表１に示すように基本成分にＳおよびＰｂの
含有量を種々変えて添加して溶製し、この鋼塊を熱間鍛
造により直径８０ｍｍ棒鋼とした後、１２００℃に加熱
し、直径５０ｍｍの棒鋼に鍛造後、空冷し、さらに３０
０℃で焼戻しすることにより強度が９６〜１６０ｋｇｆ
／ｍｍ2 の供試鍛造棒とした。
切削における工具欠損発生と被削鍛造品の強度およびＳ
およびＰｂの含有量の影響を検討するため、実験室溶解
炉において表１に示すように基本成分にＳおよびＰｂの
含有量を種々変えて添加して溶製し、この鋼塊を熱間鍛
造により直径８０ｍｍ棒鋼とした後、１２００℃に加熱
し、直径５０ｍｍの棒鋼に鍛造後、空冷し、さらに３０
０℃で焼戻しすることにより強度が９６〜１６０ｋｇｆ
／ｍｍ2 の供試鍛造棒とした。
【００１３】
【表１】
【００１４】この供試鍛造棒を用いてＣＶＤでＴｉＮを
コーティングした超硬工具の外周連続旋削による切削試
験を行い、切削時間５ｍｉｎにおける工具欠損の有無を
調査した。その結果、まず図１より供試鍛造棒の強度Ｔ
ＳとＳ含有量がＴＳ−８５０×（Ｓ−０．０１５）≦１
００なる関係を満たす時に工具欠損の発生が認められな
いことが判明した。図２は工具欠損発生に及ぼすＰｂ含
有量の影響を示したものである。Ｓ含有量はすべて基本
鋼と同じ０．０１５％である。ＰｂもＳと同様に工具欠
損抑制効果が有り、工具欠損を発生しないためにはＴＳ
とＰｂ含有量の間にＴＳ−４００×Ｐｂ≦１００なる関
係を満たさなければならないことが明らかになった。さ
らに、図３はＳおよびＰｂを複合含有している場合であ
るが、得られた試験結果を検討した結果、８５０×（Ｓ
−０．０１５）＋４００×Ｐｂ＋１００≧ＴＳなる関係
式を満たす時に工具欠損発生は認められないことを明ら
かにした。この式はＰｂ＝０％の時は図１で示したＳ単
独含有の場合の関係式に、さらにＳが基本鋼と同じ０．
０１５％の時には図２で示したＰｂの工具欠損への影響
を示す関係式になり、ＳおよびＰｂの工具欠損抑制効果
は独立していることがわかる。
コーティングした超硬工具の外周連続旋削による切削試
験を行い、切削時間５ｍｉｎにおける工具欠損の有無を
調査した。その結果、まず図１より供試鍛造棒の強度Ｔ
ＳとＳ含有量がＴＳ−８５０×（Ｓ−０．０１５）≦１
００なる関係を満たす時に工具欠損の発生が認められな
いことが判明した。図２は工具欠損発生に及ぼすＰｂ含
有量の影響を示したものである。Ｓ含有量はすべて基本
鋼と同じ０．０１５％である。ＰｂもＳと同様に工具欠
損抑制効果が有り、工具欠損を発生しないためにはＴＳ
とＰｂ含有量の間にＴＳ−４００×Ｐｂ≦１００なる関
係を満たさなければならないことが明らかになった。さ
らに、図３はＳおよびＰｂを複合含有している場合であ
るが、得られた試験結果を検討した結果、８５０×（Ｓ
−０．０１５）＋４００×Ｐｂ＋１００≧ＴＳなる関係
式を満たす時に工具欠損発生は認められないことを明ら
かにした。この式はＰｂ＝０％の時は図１で示したＳ単
独含有の場合の関係式に、さらにＳが基本鋼と同じ０．
０１５％の時には図２で示したＰｂの工具欠損への影響
を示す関係式になり、ＳおよびＰｂの工具欠損抑制効果
は独立していることがわかる。
【００１５】以下に本発明の高強度熱間鍛造品の化学成
分などの限定理由について説明する。なお化学成分の含
有量はすべてｗｔ％あるいはｗｔｐｐｍである。 Ｃ：０．１〜０．６％ Ｃは熱間鍛造後、空冷により部品として要求される強度
を確保するために添加される。このため、０．１％以上
添加することが必要である。しかし、多量に添加すると
靱性および被削性を低下させるので、その上限を０．６
％とする。
分などの限定理由について説明する。なお化学成分の含
有量はすべてｗｔ％あるいはｗｔｐｐｍである。 Ｃ：０．１〜０．６％ Ｃは熱間鍛造後、空冷により部品として要求される強度
を確保するために添加される。このため、０．１％以上
添加することが必要である。しかし、多量に添加すると
靱性および被削性を低下させるので、その上限を０．６
％とする。
【００１６】Ｓｉ：１．０〜３．０％ Ｓｉは熱間鍛造用素材を溶製する際の脱酸剤として使わ
れる他、鍛造して強度を得るため焼入れ性向上を目的と
して添加されるが、本発明鋼においては鍛造部品として
の靱性を確保して強度を上昇させるために含有せしめ
る。この効果を得るためには１．０％以上の含有が必要
とされるが、３．０％を超えると靱性が劣化するため、
上限を３．０％とする。
れる他、鍛造して強度を得るため焼入れ性向上を目的と
して添加されるが、本発明鋼においては鍛造部品として
の靱性を確保して強度を上昇させるために含有せしめ
る。この効果を得るためには１．０％以上の含有が必要
とされるが、３．０％を超えると靱性が劣化するため、
上限を３．０％とする。
【００１７】Ｍｎ：０．６〜３．５％ Ｍｎも熱間鍛造用素材溶製時に脱酸剤として用いられる
と同時に、ＭｎＳを形成してＳによる熱間加工性劣化の
防止および焼入れ性確保のために用いられる。本発明鋼
ではＳｉと同様に鍛造部品の強度を上昇させるために
０．６％以上含有することが必要である。しかし、多す
ぎると被削性を劣化させるため３．５％以下とする。
と同時に、ＭｎＳを形成してＳによる熱間加工性劣化の
防止および焼入れ性確保のために用いられる。本発明鋼
ではＳｉと同様に鍛造部品の強度を上昇させるために
０．６％以上含有することが必要である。しかし、多す
ぎると被削性を劣化させるため３．５％以下とする。
【００１８】Ｃｒ：０．２〜３．０％ Ｃｒは鍛造時の焼入れ性確保のために用いられるが、本
発明鋼ではＳｉ、Ｍｎと同様に熱間鍛造後の強度を付与
するために添加される。充分な効果を得るためには０．
２％以上の含有を必要とし、３．０％超えて含有しても
その効果は飽和するため、上限を３．０％とする。
発明鋼ではＳｉ、Ｍｎと同様に熱間鍛造後の強度を付与
するために添加される。充分な効果を得るためには０．
２％以上の含有を必要とし、３．０％超えて含有しても
その効果は飽和するため、上限を３．０％とする。
【００１９】Ｖ：０．０５〜０．３０％ Ｖは熱間鍛造放冷時の冷却過程において炭窒化物を生成
して熱間鍛造品に強度を付与する。この効果を得るため
には０．０５％以上必要であり、０．３０％超ではその
効果が飽和するため、０．０５〜０．３０％とする。 Ｎ：８０〜１５０ｐｐｍ ＮはＶの窒化物を生成させて鍛造品に充分な強度を付与
するために最低８０ｐｐｍ必要であるが、１５０ｐｐｍ
を超えるとその効果は飽和するため、８０〜１５０ｐｐ
ｍとする。
して熱間鍛造品に強度を付与する。この効果を得るため
には０．０５％以上必要であり、０．３０％超ではその
効果が飽和するため、０．０５〜０．３０％とする。 Ｎ：８０〜１５０ｐｐｍ ＮはＶの窒化物を生成させて鍛造品に充分な強度を付与
するために最低８０ｐｐｍ必要であるが、１５０ｐｐｍ
を超えるとその効果は飽和するため、８０〜１５０ｐｐ
ｍとする。
【００２０】Ａｌ：０．０５％以下 Ａｌは鍛造用素材溶製時の脱酸剤として添加されるが、
０．０５％を超えると硬質のＡｌ2 Ｏ3 が多量に生成
し、被削性を低下させるため０．０５％以下とする。 Ｏ：１５〜５０ｐｐｍ Ｏは鍛造用素材溶製時には鋼中の不純物として一般には
極力除去するが、本発明では酸化物をＣａ添加により軟
質化して積極的に被削性向上に活用する。充分な被削性
向上効果を得るためには１５ｐｐｍ以上を必要とする
が、５０ｐｐｍを超えると機械部品となった時の靱性値
などの機械的性質を劣化させるため、１５〜５０ｐｐｍ
とする。
０．０５％を超えると硬質のＡｌ2 Ｏ3 が多量に生成
し、被削性を低下させるため０．０５％以下とする。 Ｏ：１５〜５０ｐｐｍ Ｏは鍛造用素材溶製時には鋼中の不純物として一般には
極力除去するが、本発明では酸化物をＣａ添加により軟
質化して積極的に被削性向上に活用する。充分な被削性
向上効果を得るためには１５ｐｐｍ以上を必要とする
が、５０ｐｐｍを超えると機械部品となった時の靱性値
などの機械的性質を劣化させるため、１５〜５０ｐｐｍ
とする。
【００２１】Ｓ：０．０２０〜０．１００％ Ｓは合金元素として安価で鍛造品切削時のハイス工具の
工具寿命を顕著に向上させることが知られている。ま
た、超硬工具においても切削抵抗低減効果により工具欠
損の抑制あるいは工具摩耗の低減効果がある。この効果
は０．０２０％以上の含有で顕著になるが、多量に含有
すると部品となった時の機械的性質を劣化させ、特に異
方性が顕著となるため、その上限を０．１００％とす
る。また、周期律表で同族に属するＳｅおよびＴｅはＳ
と同様に硫化物を生成する。
工具寿命を顕著に向上させることが知られている。ま
た、超硬工具においても切削抵抗低減効果により工具欠
損の抑制あるいは工具摩耗の低減効果がある。この効果
は０．０２０％以上の含有で顕著になるが、多量に含有
すると部品となった時の機械的性質を劣化させ、特に異
方性が顕著となるため、その上限を０．１００％とす
る。また、周期律表で同族に属するＳｅおよびＴｅはＳ
と同様に硫化物を生成する。
【００２２】ＳｅあるいはＴｅの硫化物の物理的な性質
はＭｎＳと非常に似ており、被削性向上効果もＭｎＳと
ほぼ同等であることが知られている。よって、ＳをＳｅ
あるいはＴｅに置き換えても同様の効果が得られる。Ｓ
を置き換える場合は、ＳｅはＳと同様に０．０２０〜
０．１００％、Ｔｅは機械的性質の劣化がＳに較べてや
や小さいので０．０２０〜０．１５０％の範囲で添加に
することが望ましい。
はＭｎＳと非常に似ており、被削性向上効果もＭｎＳと
ほぼ同等であることが知られている。よって、ＳをＳｅ
あるいはＴｅに置き換えても同様の効果が得られる。Ｓ
を置き換える場合は、ＳｅはＳと同様に０．０２０〜
０．１００％、Ｔｅは機械的性質の劣化がＳに較べてや
や小さいので０．０２０〜０．１５０％の範囲で添加に
することが望ましい。
【００２３】Ｐｂ：０．０５〜０．３０％ ＰｂもＳと同様にハイス工具寿命を向上させるが、Ｐｂ
は鋼中で低融点の金属介在物として存在するため、溶融
脆化作用により切り屑処理性（切屑の分断）および仕上
面粗さの向上に有効であり、切屑と工具すくい面での潤
滑作用から切削抵抗を低減するため、工具欠損および工
具摩耗低減に効果がある。この効果は０．０５％以上の
含有で顕著となるが、低融点の金属介在物を生成するこ
とから、多量に含有すると熱間・温間での加工性を損う
ため上限を０．３０％とする。
は鋼中で低融点の金属介在物として存在するため、溶融
脆化作用により切り屑処理性（切屑の分断）および仕上
面粗さの向上に有効であり、切屑と工具すくい面での潤
滑作用から切削抵抗を低減するため、工具欠損および工
具摩耗低減に効果がある。この効果は０．０５％以上の
含有で顕著となるが、低融点の金属介在物を生成するこ
とから、多量に含有すると熱間・温間での加工性を損う
ため上限を０．３０％とする。
【００２４】さらに、ＢｉもＰｂとほぼ同等の被削性向
上効果を有することが知られており、ＰｂをＢｉに置き
換えても同様の効果が得られる。Ｂｉに置き換える場合
はＰｂと同じく０．０５〜０．３０％含有することが望
ましい。 Ｃａ：４〜５０ｐｐｍ さらにＣａは熱間鍛造用素材を溶製する際に鍛造品の被
削性を向上する酸化物の組成を制御するために添加され
る。すなわち、Ｃａは溶鋼中でＣａＯとなり、Ａｌ2 Ｏ
3 、ＳｉＯ2 、ＭｎＯなどと複合して軟質な酸化物とな
り、この軟質な酸化物が鍛造品を超硬工具で切削した時
に切削工具を被覆保護する。本発明においても軟質な酸
化物とするため、４ｐｐｍ以上含有させる。しかし、５
０ｐｐｍを超えて多量に含有するとむしろ酸化物が硬質
化してしまうため、４〜５０ｐｐｍとする。
上効果を有することが知られており、ＰｂをＢｉに置き
換えても同様の効果が得られる。Ｂｉに置き換える場合
はＰｂと同じく０．０５〜０．３０％含有することが望
ましい。 Ｃａ：４〜５０ｐｐｍ さらにＣａは熱間鍛造用素材を溶製する際に鍛造品の被
削性を向上する酸化物の組成を制御するために添加され
る。すなわち、Ｃａは溶鋼中でＣａＯとなり、Ａｌ2 Ｏ
3 、ＳｉＯ2 、ＭｎＯなどと複合して軟質な酸化物とな
り、この軟質な酸化物が鍛造品を超硬工具で切削した時
に切削工具を被覆保護する。本発明においても軟質な酸
化物とするため、４ｐｐｍ以上含有させる。しかし、５
０ｐｐｍを超えて多量に含有するとむしろ酸化物が硬質
化してしまうため、４〜５０ｐｐｍとする。
【００２５】熱間鍛造空冷および焼戻し後の組織がベイ
ナイトでかつ引張強度が１００ｋｇｆ／ｍｍ2 超 本発明は引張強度で１００ｋｇｆ／ｍｍ2 超が必要とさ
れる重要保安部品用の鍛造品を対象にしている。この強
度を熱間鍛造で得るために組織をベイナイトとする。 Ｓ成分がＴＳ−８５０×（Ｓ−０．０１５）≦１００を
満足する ＳおよびＰｂ成分がＴＳ−８５０×（Ｓ−０．０１５）
−４００×Ｐｂ≦１００を満足する ただし、ＴＳ：熱間鍛造空冷および焼戻し後の引張強度
（ｋｇｆ／ｍｍ2 ）、Ｓ：Ｓ含有量（％）、Ｐｂ：Ｐｂ
含有量（％） ＳおよびＰｂは切削抵抗を低減し、工具欠損を抑制す
る。被削鍛造品強度が上昇すると欠損を抑制するために
はＳをＴＳ−８５０×（Ｓ−０．０１５）≦１００なる
関係式を満足するように含有させなければならない。ま
た、Ｓが基本鋼と同じ０．０１５％である時、Ｐｂの含
有により工具欠損を抑制するためには同様にＴＳ−４０
０×Ｐｂ≦１００なる関係式を満足するようにＰｂを含
有する必要がある。さらにＳとＰｂを複合で含む場合に
は、被削鍛造品強度の上昇に伴って、ＴＳ−８５０×
（Ｓ−０．０１５）−４００×Ｐｂ≦１００なる関係式
を満たすようにＳおよびＰｂを含有させなければならな
い。これらのことから高強度鍛造品切削時の工具欠損を
抑制するためには以下の関係式の何れかを満足しなけれ
ばならない。 ＴＳ−８５０×（Ｓ−０．０１５）≦１００、あるいはＴＳ−８５０×（Ｓ−０ ．０１５）−４００×Ｐｂ≦１００ ただし、ＴＳ：熱間鍛造空冷および焼戻し後の引張強度
（ｋｇｆ／ｍｍ2 ） Ｓ：Ｓ含有量（％）、Ｐｂ：Ｐｂ含有量（％）
ナイトでかつ引張強度が１００ｋｇｆ／ｍｍ2 超 本発明は引張強度で１００ｋｇｆ／ｍｍ2 超が必要とさ
れる重要保安部品用の鍛造品を対象にしている。この強
度を熱間鍛造で得るために組織をベイナイトとする。 Ｓ成分がＴＳ−８５０×（Ｓ−０．０１５）≦１００を
満足する ＳおよびＰｂ成分がＴＳ−８５０×（Ｓ−０．０１５）
−４００×Ｐｂ≦１００を満足する ただし、ＴＳ：熱間鍛造空冷および焼戻し後の引張強度
（ｋｇｆ／ｍｍ2 ）、Ｓ：Ｓ含有量（％）、Ｐｂ：Ｐｂ
含有量（％） ＳおよびＰｂは切削抵抗を低減し、工具欠損を抑制す
る。被削鍛造品強度が上昇すると欠損を抑制するために
はＳをＴＳ−８５０×（Ｓ−０．０１５）≦１００なる
関係式を満足するように含有させなければならない。ま
た、Ｓが基本鋼と同じ０．０１５％である時、Ｐｂの含
有により工具欠損を抑制するためには同様にＴＳ−４０
０×Ｐｂ≦１００なる関係式を満足するようにＰｂを含
有する必要がある。さらにＳとＰｂを複合で含む場合に
は、被削鍛造品強度の上昇に伴って、ＴＳ−８５０×
（Ｓ−０．０１５）−４００×Ｐｂ≦１００なる関係式
を満たすようにＳおよびＰｂを含有させなければならな
い。これらのことから高強度鍛造品切削時の工具欠損を
抑制するためには以下の関係式の何れかを満足しなけれ
ばならない。 ＴＳ−８５０×（Ｓ−０．０１５）≦１００、あるいはＴＳ−８５０×（Ｓ−０ ．０１５）−４００×Ｐｂ≦１００ ただし、ＴＳ：熱間鍛造空冷および焼戻し後の引張強度
（ｋｇｆ／ｍｍ2 ） Ｓ：Ｓ含有量（％）、Ｐｂ：Ｐｂ含有量（％）
【００２６】
【実施例】本発明の実施例により、従来鍛造品と対比し
て本発明の特徴を明らかにする。供試鍛造用素材の化学
成分および評価結果を表２に示す。供試鍛造品の素材と
なる棒鋼は転炉出鋼し、分塊圧延し、直径８０ｍｍの棒
鋼を熱間圧延により製造した。棒鋼の化学成分は、鍛造
した時に広範囲の引張強度が得られるように種々変更し
た。この棒鋼を１２００℃に加熱し、直径５０ｍｍの棒
鋼に鍛造した後、空冷し、さらに３００〜６００℃の焼
戻し処理をして切削試験に供した。供試鍛造品の強度は
棒鋼の半径方向１／２ｒ部より、軸方向に平行にＪＩＳ
−４号の引張試験片を採取して評価し、１００ｋｇｆ／
ｍｍ2 超となっていることを確認した。被削性評価は基
材がＰ２０でありＴｉＮでＣＶＤコーティングされた市
販の超硬工具を用いて長手外周旋削し、５ｍｉｎ切削後
の工具欠損発生の有無および逃げ面摩耗幅により行っ
た。切削条件は切削速度１５０ｍ／ｍｉｎ、送り０．２
ｍｍ／ｒｅｖ、切込み２．０ｍｍとし、切削油は用いな
かった。
て本発明の特徴を明らかにする。供試鍛造用素材の化学
成分および評価結果を表２に示す。供試鍛造品の素材と
なる棒鋼は転炉出鋼し、分塊圧延し、直径８０ｍｍの棒
鋼を熱間圧延により製造した。棒鋼の化学成分は、鍛造
した時に広範囲の引張強度が得られるように種々変更し
た。この棒鋼を１２００℃に加熱し、直径５０ｍｍの棒
鋼に鍛造した後、空冷し、さらに３００〜６００℃の焼
戻し処理をして切削試験に供した。供試鍛造品の強度は
棒鋼の半径方向１／２ｒ部より、軸方向に平行にＪＩＳ
−４号の引張試験片を採取して評価し、１００ｋｇｆ／
ｍｍ2 超となっていることを確認した。被削性評価は基
材がＰ２０でありＴｉＮでＣＶＤコーティングされた市
販の超硬工具を用いて長手外周旋削し、５ｍｉｎ切削後
の工具欠損発生の有無および逃げ面摩耗幅により行っ
た。切削条件は切削速度１５０ｍ／ｍｉｎ、送り０．２
ｍｍ／ｒｅｖ、切込み２．０ｍｍとし、切削油は用いな
かった。
【００２７】評価結果を表２に示す。供試鍛造品Ａ〜
Ｅ、Ｇ〜Ｉが本発明鋼、Ｊ〜Ｎが比較鍛造品である。本
発明鍛造品および比較鍛造品は、鍛造用素材棒鋼の化学
成分の変更および鍛造条件・焼戻し条件の変更により、
引張強度が１００ｋｇｆ／ｍｍ2 超から１５０ｋｇｆ／
ｍｍ2 まで変化している。表２からわかるように本発明
の鍛造品は引張強度が１００超〜１５０ｋｇｆ／ｍｍ2
の範囲でＳあるいはＰｂ含有量と鍛造品引張強度の関係
式を満たしており、いずれも切削工具欠損の発生は認め
られなかった。それに対し、比較鍛造品は引張強度が１
１５ｋｇｆ／ｍｍ2 程度の比較的低強度であっても、次
式ＴＳ（ｋｇｆ／ｍｍ2 ）−８５０×（Ｓ−０．０１
５）−４００×Ｐｂ≦１００を満たさないため、工具欠
損が発生し、切削不能に陥っている。さらに、供試鍛造
品のＧとＨはほぼ同じ引張強度でＳおよびＰｂを含んで
いるが、供試鍛造品ＨはＣａを含んでいるため工具摩耗
は少なく、工具摩耗抑制にはＣａ含有は効果的である。
以上の結果から本発明鍛造品の耐工具欠損あるいは耐工
具摩耗に関する優位性は明らかである。
Ｅ、Ｇ〜Ｉが本発明鋼、Ｊ〜Ｎが比較鍛造品である。本
発明鍛造品および比較鍛造品は、鍛造用素材棒鋼の化学
成分の変更および鍛造条件・焼戻し条件の変更により、
引張強度が１００ｋｇｆ／ｍｍ2 超から１５０ｋｇｆ／
ｍｍ2 まで変化している。表２からわかるように本発明
の鍛造品は引張強度が１００超〜１５０ｋｇｆ／ｍｍ2
の範囲でＳあるいはＰｂ含有量と鍛造品引張強度の関係
式を満たしており、いずれも切削工具欠損の発生は認め
られなかった。それに対し、比較鍛造品は引張強度が１
１５ｋｇｆ／ｍｍ2 程度の比較的低強度であっても、次
式ＴＳ（ｋｇｆ／ｍｍ2 ）−８５０×（Ｓ−０．０１
５）−４００×Ｐｂ≦１００を満たさないため、工具欠
損が発生し、切削不能に陥っている。さらに、供試鍛造
品のＧとＨはほぼ同じ引張強度でＳおよびＰｂを含んで
いるが、供試鍛造品ＨはＣａを含んでいるため工具摩耗
は少なく、工具摩耗抑制にはＣａ含有は効果的である。
以上の結果から本発明鍛造品の耐工具欠損あるいは耐工
具摩耗に関する優位性は明らかである。
【００２８】
【表２】
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の高強度熱
間鍛造品は被削性に優れ、特にＣＶＤコーティング超硬
工具での切削加工において、工具欠損抑制性および耐工
具摩耗性に優れているので、超硬工具切削が多用される
自動車部品用の高強度熱間鍛造品として極めて有用であ
る。
間鍛造品は被削性に優れ、特にＣＶＤコーティング超硬
工具での切削加工において、工具欠損抑制性および耐工
具摩耗性に優れているので、超硬工具切削が多用される
自動車部品用の高強度熱間鍛造品として極めて有用であ
る。
【図１】高強度熱間鍛造品の超硬工具切削において切削
工具の欠損を抑制するためのＳ含有量と被削材強度の関
係を示す図である。
工具の欠損を抑制するためのＳ含有量と被削材強度の関
係を示す図である。
【図２】Ｐｂ含有量と被削材強度の関係を示す図であ
る。
る。
【図３】ＳとＰｂを複合添加した場合のＳおよびＰｂ含
有量と鍛造品強度の関係を示す図である。
有量と鍛造品強度の関係を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−177339（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−104049（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−287373（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−165749（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−159316（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−130749（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−190142（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 38/00 301 C22C 38/24 C22C 38/60
Claims (4)
- 【請求項１】 重量％で Ｃ：０．１〜０．６％、Ｓｉ：１．０〜３．０％、Ｍ
ｎ：０．６〜３．５％、Ｃｒ：０．２〜３．０％、Ｖ：
０．０５〜０．３０％、Ｎ：８０〜１５０ｐｐｍ、Ａ
ｌ：０．０５％以下、Ｏ：１５〜５０ｐｐｍ、Ｓ：０．
０２０〜０．１００％を含有し、 残部がＦｅおよび不可避的成分からなり、熱間鍛造空冷
および焼戻し後の組織がベイナイトでかつ引張強度が１
００ｋｇｆ／ｍｍ2 超であり、さらにＳ成分が下式を満
足することを特徴とする被削性の優れた高強度熱間鍛造
品。 ＴＳ−８５０×（Ｓ−０．０１５）≦１００ ただし、ＴＳ：熱間鍛造空冷および焼戻し後の引張強度
（ｋｇｆ／ｍｍ2 ） Ｓ：Ｓ含有量（％） - 【請求項２】 重量％で Ｃ：０．１〜０．６％、Ｓｉ：１．０〜３．０％、Ｍ
ｎ：０．６〜３．５％、Ｃｒ：０．２〜３．０％、Ｖ：
０．０５〜０．３０％、Ｎ：８０〜１５０ｐｐｍ、Ａ
ｌ：０．０５％以下、Ｏ：１５〜５０ｐｐｍ、Ｓ：０．
０２０〜０．１００％、Ｃａ：４〜５０ｐｐｍを含有
し、 残部がＦｅおよび不可避的成分からなり、熱間鍛造空冷
および焼戻し後の組織がベイナイトでかつ引張強度が１
００ｋｇｆ／ｍｍ2 超であり、さらにＳ成分が下式を満
足することを特徴とする被削性の優れた高強度熱間鍛造
品。 ＴＳ−８５０×（Ｓ−０．０１５）≦１００ ただし、ＴＳ：熱間鍛造空冷および焼戻し後の引張強度
（ｋｇｆ／ｍｍ2 ） Ｓ：Ｓ含有量（％） - 【請求項３】 重量％で Ｃ：０．１〜０．６％、Ｓｉ：１．０〜３．０％、Ｍ
ｎ：０．６〜３．５％、Ｃｒ：０．２〜３．０％、Ｖ：
０．０５〜０．３０％、Ｎ：８０〜１５０ｐｐｍ、Ａ
ｌ：０．０５％以下、Ｏ：１５〜５０ｐｐｍ、Ｓ：０．
０２０〜０．１００％、Ｐｂ：０．０５〜０．３０％を
含有し、 残部がＦｅおよび不可避的成分からなり、熱間鍛造空冷
および焼戻し後の組織がベイナイトでかつ引張強度が１
００ｋｇｆ／ｍｍ2 超であり、さらにＳおよびＰｂ成分
が下式を満足することを特徴とする被削性の優れた高強
度熱間鍛造品。 ＴＳ−８５０×（Ｓ−０．０１５）−４００×Ｐｂ≦１００ ただし、ＴＳ：熱間鍛造空冷および焼戻し後の引張強度
（ｋｇｆ／ｍｍ2 ） Ｓ：Ｓ含有量（％） Ｐｂ：Ｐｂ含有量（％） - 【請求項４】 重量％で Ｃ：０．１〜０．６％、Ｓｉ：１．０〜３．０％、Ｍ
ｎ：０．６〜３．５％、Ｃｒ：０．２〜３．０％、Ｖ：
０．０５〜０．３０％、Ｎ：８０〜１５０ｐｐｍ、Ａ
ｌ：０．０５％以下、Ｏ：１５〜５０ｐｐｍ、Ｓ：０．
０２０〜０．１００％、Ｐｂ：０．０５〜０．３０％、
Ｃａ：４〜５０ｐｐｍを含有し、 残部がＦｅおよび不可避的成分からなり、熱間鍛造空冷
および焼戻し後の組織がベイナイトでかつ引張強度が１
００ｋｇｆ／ｍｍ2 超であり、さらにＳおよびＰｂ成分
が下式を満足することを特徴とする被削性の優れた高強
度熱間鍛造品。 ＴＳ−８５０×（Ｓ−０．０１５）−４００×Ｐｂ≦１００ ただし、ＴＳ：熱間鍛造空冷および焼戻し後の引張強度
（ｋｇｆ／ｍｍ2 ） Ｓ：Ｓ含有量（％） Ｐｂ：Ｐｂ含有量（％）
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19730092A JP3182671B2 (ja) | 1992-07-23 | 1992-07-23 | 被削性の優れた高強度熱間鍛造品 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19730092A JP3182671B2 (ja) | 1992-07-23 | 1992-07-23 | 被削性の優れた高強度熱間鍛造品 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0641680A JPH0641680A (ja) | 1994-02-15 |
| JP3182671B2 true JP3182671B2 (ja) | 2001-07-03 |
Family
ID=16372171
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19730092A Expired - Fee Related JP3182671B2 (ja) | 1992-07-23 | 1992-07-23 | 被削性の優れた高強度熱間鍛造品 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3182671B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3139876B2 (ja) * | 1993-04-05 | 2001-03-05 | 新日本製鐵株式会社 | 熱間鍛造用非調質鋼および非調質熱間鍛造品の製造方法ならびに非調質熱間鍛造品 |
| JP3798251B2 (ja) * | 2001-03-08 | 2006-07-19 | 愛知製鋼株式会社 | 自動車用足廻り鍛造品の製造方法 |
-
1992
- 1992-07-23 JP JP19730092A patent/JP3182671B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0641680A (ja) | 1994-02-15 |
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|---|---|---|---|
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