JP3202738B2 - 破断面の平滑性に優れた熱間鍛造用非調質鋼 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車や建設機械
部品等、熱間鍛造により一体成形した後、機械加工を施
し、その後、２個以上の部品に破断分離して利用される
破断面の平滑性に優れた熱間鍛造用非調質鋼に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術として、２個以上の部品を接
合することにより一体化して用いられる部品は、熱間鍛
造により個々に成形して機械加工を施した後、接合され
るか、または熱間鍛造により最終形状に一体成形した
後、切断により分離し、機械加工を施した後、接合され
る。

【０００３】近年、これらの機械部品は製造コスト低減
を目的とした、省エネルギー化、省工程化を達成するた
めに、熱間鍛造により一体部品として製造した後、２個
以上の部品に強制的に破断分離するという製造方法が考
え出された。しかしながら、強制破断分離された部品は
最終的には破面同士を接合することにより、元の形状に
復帰させるため、破断面は平滑破面になることが要求さ
れる。破断面を平滑破面にする手段としては、低温にて
強制破断分離を行う方法や硬さを上昇させることにより
靭性を低下させる方法が考え出されているが、低温にて
強制破断分離を行う方法は製造コストを上昇させ、かつ
生産性が低下するという問題がある。一方、鋼の硬さを
上昇させることにより靭性を低下させる方法は切削性が
低下するという問題があり、また破断面の平滑性も十分
とは言えない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、化学成分を調整することにより、鋼の硬さ
に関係することなく、２５℃以下の強制破断分離におい
て平滑な破断面が得られる、破断面の平滑性に優れた熱
間鍛造用非調質鋼を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、鋭意研究
を重ねた結果、ＢＮは粒界に析出することにより、粒界
破壊を促進させる効果があることを見出した。この効果
を発揮させるために、Ｂ及びＮの添加量を調整し、かつ
Ｂよりも優先的にＮと結合してＢＮの形成を抑制するＡ
ｌ及びＴｉの含有量を極力低減することにより、ＢＮの
形成を促進させ、２５℃以下の強制破断分離において９
０％以上の脆性破面率（破断面の全面積に対する脆性破
壊が生じた面積の割合）を有する破断面が形成され、破
断面の平滑性が向上する手段を見出した。

【０００６】具体的な手段は、重量パーセントで、 Ｃ＝０．１０〜０．９０％、 Ｓｉ＝０．０５〜０．５０％、 Ｍｎ＝０．２０〜２．５０％、 Ｐ＝０．００５〜０．０５０％、 Ｃｒ＝０．０１〜２．００％、 Ｂ＝０．００２０〜０．０１００％、 Ａｌ＝０．０３５％以下、 Ｔｉ＝０．００５％未満、 Ｎ＝０．００５０〜０．０２００％、 を含有し、残部Ｆｅ並びに不可避的不純物元素からなる
ことを特徴とする破断面の平滑性に優れた熱間鍛造用非
調質鋼を製造することである。

【０００７】更に、強度を向上する元素として重量パー
セントで、 Ｍｏ＝０．１０〜０．５０％、 Ｖ＝０．０１〜０．１０％、 Ｎｉ＝０．０１〜０．５０％、 のうちから１種または２種以上を含有していることを特
徴とする破断面の平滑性に優れた熱間鍛造用非調質鋼を
製造することである。

【０００８】更に、被削性を向上する元素で、かつ、疲
労特性を著しく阻害しない元素として重量パーセント
で、 Ｓ＝０．００５〜０．１００％、 Ｐｂ＝０．０１〜０．０９％、 Ｂｉ＝０．０４〜０．２０％、 Ｔｅ＝０．００２〜０．０５０％、 Ｚｒ＝０．０１〜０．２０％、 Ｃａ＝０．０００１〜０．０１００％、 のうちから１種または２種以上を含有していることを特
徴とする破断面の平滑性に優れた熱間鍛造用非調質鋼を
製造することである。

【０００９】次に本発明の上記化学成分について、その
限定理由を説明する。 Ｃ：０．１０〜０．９０ｗｔ％ Ｃは強度を付与する元素である。その効果を発揮するた
めには、少なくとも０．１０ｗｔ％以上の添加が必要で
ある。しかしながら、過剰な添加は熱間加工性及び被削
性を劣化させる。これを回避するためには上限を０．９
０ｗｔ％に限定する必要がある。

【００１０】したがって、Ｃの添加量は０．１０〜０．
９０ｗｔ％の範囲とした。 Ｓｉ：０．０５〜０．５０ｗｔ％ Ｓｉは溶鋼の脱酸用として効果がある。その効果を発揮
するためには、少なくとも０．０５ｗｔ％以上の添加が
必要である。しかしながら、過剰な添加は熱間加工性及
び被削性を劣化させる。これを回避するためには上限を
０．５０ｗｔ％に限定する必要がある。

【００１１】したがって、Ｓｉの添加量は０．０５〜
０．５０ｗｔ％の範囲とした。 Ｍｎ：０．２０〜２．５０ｗｔ％ Ｍｎは強度を付与する元素である。その効果を発揮する
ためには、少なくとも０．２０ｗｔ％以上の添加が必要
である。しかしながら、過剰な添加は被削性を劣化させ
る。これを回避するためには上限を２．５０ｗｔ％に限
定する必要がある。

【００１２】したがって、Ｍｎの添加量は０．２０〜
２．５０ｗｔ％の範囲とした。 Ｐ：０．００５〜０．０５０ｗｔ％ Ｐはオーステナイト粒界に偏析して粒界を脆弱すること
により脆性破壊を促進させる。その効果を発揮するため
には、少なくとも０．００５ｗｔ％以上の添加が必要で
ある。しかしながら、過剰な添加は熱間加工性や疲労強
度を低下させる。これを回避するためには上限を０．０
５０ｗｔ％に限定する必要がある。

【００１３】したがって、Ｐの添加量は０．００５〜
０．０５０ｗｔ％の範囲とした。 Ｃｒ：０．０１〜２．００ｗｔ％ Ｃｒは強度を向上する元素である。その効果を発揮する
ためには、少なくとも０．０１ｗｔ％以上の添加が必要
である。しかしながら、過剰な添加は被削性を劣化させ
る。これを回避するためには上限を２．００ｗｔ％に限
定する必要がある。

【００１４】したがって、Ｃｒの添加量は０．０１〜
２．００ｗｔ％の範囲とした。 Ｂ：０．００２０〜０．０１００ｗｔ％ Ｂは本発明において最も重要な元素である。すなわち、
ＢはＮと結合してＢＮを形成し、ＢＮが粒界に析出する
ことにより脆性破壊を促進する。その効果を発揮するた
めには少なくとも０．００２０ｗｔ％以上の添加が必要
である。しかしながら、過剰な添加は熱間加工性を劣化
させる。これを回避するためには上限を０．０１００ｗ
ｔ％に限定する必要がある。

【００１５】したがって、Ｂの添加量は０．００２０〜
０．０１００ｗｔ％の範囲とした。 Ａｌ：０．０３５ｗｔ％以下 ＡｌはＢよりも優先的にＮと結合してＡｌＮを形成し、
脆性破壊を促進するＢＮの形成を抑制する元素であり、
その含有量は低い方が望ましい。しかしながら、不可避
的不純物として含有しているＡｌの除去は製造上困難で
ある。

【００１６】したがって、Ａｌの含有量は０．０３５ｗ
ｔ％以下と限定した。 Ｔｉ：０．００５ｗｔ％未満 ＴｉはＡｌと同様にＢよりも優先的にＮと結合してＴｉ
Ｎを形成し、脆性破壊を促進するＢＮの形成を抑制する
元素であり、その含有量は低い方が望ましい。しかしな
がら、不可避的不純物として含有しているＴｉの除去は
製造上困難である。

【００１７】したがって、Ｔｉの含有量は０．００５ｗ
ｔ％未満と限定した。 Ｎ：０．００５０〜０．０２００ｗｔ％ ＮはＢと結合してＢＮを形成し、粒界に析出することに
より脆性破壊を促進する。その効果を発揮するためには
少なくとも０．００５０ｗｔ％以上の添加が必要であ
る。しかしながら、過剰な添加は凝固時の鋼塊表面での
気泡の発生を招く。これを回避するためには上限を０．
０２００ｗｔ％に限定する必要がある。

【００１８】したがって、Ｎの添加量は０．００５０〜
０．０２００ｗｔ％の範囲とした。 Ｍｏ：０．０１〜０．５０ｗｔ％ Ｍｏは強度を向上する元素である。その効果を発揮する
ためには、少なくとも０．０１ｗｔ％以上の添加が必要
である。しかしながら、過剰な添加は被削性を劣化させ
る。これを回避するためには上限を０．５０ｗｔ％以下
に限定する必要がある。

【００１９】したがって、Ｍｏの添加量は０．０１〜
０．５０ｗｔ％の範囲とした。 Ｖ：０．０１〜０．１０ｗｔ％ Ｖは強度を向上する元素である．その効果を発揮するた
めには、少なくとも０．０１ｗｔ％以上の添加が必要で
ある。しかしながら、過剰な添加は被削性を劣化させ
る。これを回避するためには上限を０．１０ｗｔ％に限
定する必要がある。

【００２０】したがって、Ｖの添加量は０．０１〜０．
１０ｗｔ％の範囲とした。 Ｎｉ：０．０１〜０．５０ｗｔ％ Ｎｉは強度を向上する元素である。その効果を発揮する
ためには、少なくとも０．０１ｗｔ％以上の添加が必要
である。しかしながら、過剰な添加は被削性を劣化させ
る。これを回避するためには上限を０．５０ｗｔ％に限
定する必要がある。

【００２１】したがって、Ｎｉの添加量は０．０１〜
０．５０ｗｔ％の範囲とした。 Ｓ：０．００５〜０．１００ｗｔ％ Ｓは大部分は硫化物系介在物として鋼中に存在し、被削
性の向上に有効な元素である。その効果を発揮するため
には、少なくとも０．００５ｗｔ％以上の添加が必要で
ある。しかしながら、過剰な添加は熱間加工性及び疲労
強度の低下を招く要因となる。これを回避するためには
上限を０．１００ｗｔ％に限定する必要がある。

【００２２】したがって、Ｓの添加量は０．００５〜
０．１００ｗｔ％の範囲とした。 Ｐｂ：０．０１〜０．０９ｗｔ％ ＰｂはＳと同様に、被削性の向上に有効な元素である．
その効果を発揮するためには、少なくとも０．０１ｗｔ
％以上の添加が必要である。しかしながら、過剰な添加
は疲労強度の低下を招く要因となる。また、０．１０ｗ
ｔ％以上ではＰｂの取扱い上、集塵装置、方法等の法的
な規制を受ける。これを回避するためには上限を０．０
９ｗｔ％に限定する必要がある。

【００２３】したがって、Ｐｂの添加量は０．０１〜
０．０９ｗｔ％の範囲とした。 Ｂｉ：０．０４〜０．２０ｗｔ％ ＢｉはＳやＰｂと同様に、被削性の向上に有効な元素で
ある。その効果を発揮するためには、少なくとも０．０
４ｗｔ％以上の添加が必要である。しかしながら、過剰
な添加は疲労強度の低下を招く。これを回避するために
は上限を０．２０ｗｔ％に限定する必要がある。

【００２４】したがって、Ｂｉの添加量は０．０４〜
０．２０ｗｔ％の範囲とした。 Ｔｅ：０．００２〜０．０５０ｗｔ％ Ｔｅは硫化物系酸化物と母相であるＦｅの界面エネルギ
ーを増加させ、その形状を紡錘形とし被削性を向上させ
る元素である。その効果を発揮するためには、少なくと
も０．００２ｗｔ％以上の添加が必要である。しかしな
がら、過剰な添加は熱間加工性を劣化させる。これを回
避するためには上限を０．０５０ｗｔ％に限定する必要
がある。

【００２５】したがって、Ｔｅの添加量は０．００２〜
０．０５０ｗｔ％の範囲とした。 Ｚｒ：０．０１〜０．２０ｗｔ％ Ｚｒは被削性を向上させる元素である。その効果を発揮
するためには、少なくとも０．０１ｗｔ％以上の添加が
必要である。しかしながら、過剰な添加は疲労強度の低
下を招く。これを回避するためには上限を０．２０ｗｔ
％に限定する必要がある。

【００２６】したがって、Ｚｒの添加量は０．０１〜
０．２０ｗｔ％の範囲とした。 Ｃａ：０．０００１〜０．０１００ｗｔ％ Ｃａは被削性を向上させる元素である。その効果を発揮
するためには、少なくとも０．０００１ｗｔ％以上の添
加が必要である。しかしながら、過剰な添加は疲労強度
の低下を招く。これを回避するためには上限を０．０１
００ｗｔ％に限定する必要がある。したがって、Ｃａの
添加量は０．０００１〜０．０１００ｗｔ％の範囲とし
た。

【００２７】

【発明の実施の形態】数多くの実験による検証を積み重
ねた結果の一例を以下に示す。表１には、破断面の平滑
性を評価するために使用した発明鋼と比較鋼の化学成分
を示す。ここで、発明鋼Ｎｏ．１からＮｏ．５は請求項
１に該当する発明鋼、発明鋼Ｎｏ．６からＮｏ．８は請
求項２に該当する発明鋼、発明鋼Ｎｏ．９からＮｏ．１
３は請求項３に該当する発明鋼である。発明鋼Ｎｏ．１
からＮｏ．１３は実験室における高周波真空溶解炉によ
り溶製し、比較鋼Ｎｏ．ＡからＮｏ．Ｆは生産炉である
アーク式電気炉により溶製した。これらの鋼を１２００
℃に加熱し、３０ｍｍφに鍛伸後、シャルピー衝撃試験
片（ＪＩＳ４号２ｍｍＶノッチ）を作製した。

【００２８】

【表１】

【００２９】次に２５℃の室温においてシャルピー衝撃
試験を行い、その後、試験片の破断面の脆性破面率及び
鋼中においてＢＮ化合物として存在するｉｎｓｏｌ−Ｂ
の含有量を調査した。その結果を表２に示す。発明鋼の
脆性破面率は比較鋼よりも高く、破断面の平滑性が優れ
ていることが確認された。また、鋼中に含有しているＢ
はＢＮ化合物として粒界に析出して存在するｉｎｓｏｌ
−Ｂの状態で存在することが確認された。以上説明した
研究成果から、化学成分を調整することにより、鋼の硬
さに関係することなく、優れた破断面の平滑性が得られ
る具体的な手法が発明された。

【００３０】

【表２】

【００３１】次に、実施例を挙げて、本発明を詳細に説
明する。表３には、以上の知見を元にして実炉溶製した
発明鋼と比較鋼の化学成分を示す。

【００３２】

【表３】

【００３３】次にこれらの発明鋼及び比較鋼において、
図１に示す実部品（コネクティングロッド）を熱間鍛造
により成形し、機械加工後、図１に示すＡ−Ａ’の箇所
にて強制破断分離を行った。表４に強制破断分離を行っ
た図１のＡ−Ａ’断面の脆性破面率を示す。発明鋼の脆
性破面率は比較鋼よりも高く、破断面の平滑性に優れて
いることが確認された。

【００３４】

【表４】

【００３５】

【発明の効果】以上のように、本発明により、鋼の硬さ
に関係することなく、２５℃以下の強制破断分離におい
て優れた破断面の平滑性を得ることが可能となり、破断
分離を利用して部品を製造する産業界において、製造コ
ストの低減と信頼性の向上に広く貢献することが挙げら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に適用したコネクティングロッ
ドの概略図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−111160（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−10091（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 1/00 - 45/10

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量パーセントで、 Ｃ＝０．１０〜０．９０％、 Ｓｉ＝０．０５〜０．５０％、 Ｍｎ＝０．２０〜２．５０％、 Ｐ＝０．００５〜０．０５０％、 Ｃｒ＝０．０１〜２．００％、 Ｂ＝０．００２０〜０．０１００％、 Ａｌ＝０．０３５％以下、 Ｔｉ＝０．００５％未満、 Ｎ＝０．００５０〜０．０２００％、 を含有し、残部Ｆｅ並びに不可避的不純物元素からなる
   ことを特徴とする破断面の平滑性に優れた熱間鍛造用非
   調質鋼。
2. 【請求項２】 強度を向上する元素として重量パーセン
   トで、 Ｍｏ＝０．１０〜０．５０％、 Ｖ＝０．０１〜０．１０％、 Ｎｉ＝０．０１〜０．５０％、 のうちから１種または２種以上を含有していることを特
   徴とする請求項１に記載された破断面の平滑性に優れた
   熱間鍛造用非調質鋼。
3. 【請求項３】 被削性を向上する元素で、かつ、疲労特
   性を著しく阻害しない元素として重量パーセントで、 Ｓ＝０．００５〜０．１００％、 Ｐｂ＝０．０１〜０．０９％、 Ｂｉ＝０．０４〜０．２０％、 Ｔｅ＝０．００２〜０．０５０％、 Ｚｒ＝０．０１〜０．２０％、 Ｃａ＝０．０００１〜０．０１００％、 のうちから１種または２種以上を含有していることを特
   徴とする請求項１または請求項２に記載された破断面の
   平滑性に優れた熱間鍛造用非調質鋼。