JP3333697B2 - 冷間加工性及び熱処理歪みに優れた鋼およびその製造方法 - Google Patents

冷間加工性及び熱処理歪みに優れた鋼およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷間加工性及び熱
処理歪み特性に優れたボロンを含有する機械構造用鋼に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、低コスト化の傾向が強まり材料費
の低減や冷間鍛造による生産工程の簡略化あるいは熱処
理歪み低減などによる生産コストの低減が望まれてい
る。そのような流れの中で材料費の削減や冷間加工性を
向上させることを目的にCr、Mo、Ni、Si、Mn
などの合金元素を低減してBを添加して焼入性を補った
ボロン鋼が使用されるようになっている。しかしなが
ら、さらに冷間加工性を向上させ、かつ、熱処理歪みを
低減せしめた材料が望まれている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、Cr、M
o、Ni、Si、Mnなどの合金元素を低減しBを添加
することによって焼入性を補った鋼において、圧延後の
組織を改善し加工性を向上させ、かつ、熱処理歪みを低
減した鋼とその製造方法を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めのこの発明の手段は、請求項1の発明では、重量%
で、C:0.35〜0.70%、Si:0.03〜0.
15%、Mn:0.20〜1.0%、B:0.0005
〜0.005%、Ti:0.05%超〜0.20%、
N:0.015%以下、Al:0.005〜0.022
%を含有し、残部Feおよび不可避不純物からなること
を特徴とし、Tiを0.25%超〜0.20%添加する
ことによってfree−Nを固定し、かつ、Ti炭化
物、Tiを含有する複合炭化物、Ti窒化物を微細に析
出させるものである。そのことによって圧延または鍛造
中のオーステナイト結晶粒の成長を抑制し圧延または鍛
造後の組織においてフェライト量を増加させ、かつ、フ
ェライト粒度を均一にし、冷間加工性および熱処理歪み
特性を向上させた鋼である。
【0005】請求項2の発明では、請求項1の鋼成分に
加えて、さらにCr:0.20〜2.0%、Mo:0.
03〜0.50%のうち1種または2種を含有し、残部
Feおよび不可避不純物からなることを特徴とし、Ti
を0.05%超〜0.20%添加することによってfr
ee−Nを固定し、かつ、Tiを含有する複合炭化物、
Ti窒化物を微細に析出させものである。そのことによ
って圧延または鍛造中のオーステナイト結晶粒の成長を
抑制し圧延または鍛造後の組織においてフェライト量を
増加させ、かつ、フェライト粒度を均一にし、冷間加工
性および熱処理歪み特性を向上させた鋼である。
【0006】請求項3の発明では、請求項1の鋼成分に
加えて、さらにV:0.02〜0.10%、Nb:0.
02〜0.10%のうち1種または2種を含有させるこ
とによってV炭化物、Nb炭化物を析出させ、圧延また
は鍛造中のオーステナイト結晶粒の成長をより抑制して
圧延または鍛造後の組織においてフェライト量を増加さ
せ、かつ、フェライト粒度を均一にし、冷間加工性およ
び熱処理歪み特性を向上させた鋼である。
【0007】請求項4の発明では、請求項2の鋼成分に
加えて、さらにV:0.02〜0.10%、Nb:0.
02〜0.10%のうち1種または2種を含有させるこ
とによってV炭化物、Nb炭化物を析出させ、圧延また
は鍛造中のオーステナイト結晶粒の成長をより抑制し圧
延または鍛造後の組織においてフェライト量を増加さ
せ、かつ、フェライト粒度を均一にし、冷間加工性およ
び熱処理歪み特性を向上させた鋼である。
【0008】請求項5の発明では、請求項1〜いずれか
1項の鋼において、重量%で、Si:0.07〜0.1
5%であることを特徴とする冷間加工性および熱処理歪
みに優れた鋼である。請求項の発明では、請求項1な
いし請求項のいずれか1項における鋼を素材とし、圧
延または鍛造前の加熱温度をAC3〜1000℃とした後
に減面率30%以上で圧延または鍛造することによって
圧延または鍛造時のオーステナイト結晶粒を微細にし最
も優れた冷間加工性および熱処理歪み特性を発揮せしめ
るための製造方法である。
【0009】本発明の鋼は、Ti単独あるいはTiと
V、Nbの複合添加によって微細な析出物析出させ、圧
延または鍛造時のオーステナイト結晶粒の成長を抑制
し、圧延または鍛造後の組織においてフェライト量を増
加させ、かつ、フェライト粒度を均一にし、冷間加工性
および熱処理歪み特性を向上させた鋼である。
【0010】本発明の鋼の組成割合(以下、%は重量%
を示す。)の限定理由を述べる。 C:Cは機械構造用部品として焼入焼戻し後の強度を確
保するために必要な元素であり、0.35%未満ではそ
の効果が十分に得られず、反対に0.70%を超えると
加工性を阻害すると共に焼入れ時に焼き割れを生じ易く
なる。そのため、含有量を0.35〜0.70%とし
た。
【0011】Si:Siは0.03%未満では脱酸効果
が十分に得られず、過剰に含有させると加工性を低下さ
せるため上限を0.15%とした。
【0012】Mn:Mnは焼入性を確保するのに必要な
元素であり、0.20%未満ではその効果が十分に得ら
れず、また2.0%を超えると冷間加工性を低下させ
る。そのため、含有量を0.20〜1.0%とした。
【0013】B:Bは極く微量の添加によって鋼の焼入
性を著しく向上させる元素であるが、0.0005%未
満ではその効果は十分でなく、0.005%を超えると
逆に焼入性を低下させる。そのため含有量を0.000
5〜0.005%とした。 Ti:Tiは鋼中のfree−Nを固定してBの焼入性
への効果を向上させると共にTi炭化物、Tiを含有す
る複合炭化物、Ti窒化物を微細に析出させることによ
って圧延または鍛造時のオーステナイト結晶粒の成長を
抑制するために必要な元素であり、0.05%以下では
その効果は十分でなく、0.20%を超えると析出物の
量が過剰となり加工性を低下させる。そのため、含有量
を0.05%超〜0.20%とした。
【0014】V:Vは炭化物を形成しTi同様にオース
テナイト結晶粒度の粗大化を抑制する効果があり、0.
02%未満ではその効果が得られず、0.10%超えて
含有させると析出物の量が過剰となり冷間加工性を低下
させる。そのため、含有量を0.02〜0.10%とし
た。
【0015】Nb:Nbは炭化物あるいは窒化物を形成
し、Ti同様にオーステナイト結晶粒度の粗大化を抑制
する効果があり、0.02%未満ではその効果が得られ
ず、0.10%超えて含有させると析出物が過剰となり
冷間加工性を低下させる。そのため、含有量を0.02
〜0.10%とした。
【0016】Cr;Crは焼入性を向上させる元素であ
るが、0.20%未満ではその効果が十分でなく、2.
0%を超えて含有させると圧延または鍛造後の組織にお
いてベーナイトを生成し冷間加工性を低下させる。その
ため、含有量を0.20〜2.0%とした。
【0017】Mo:Mo焼入性および靱性を向上させる
元素であるが、0.03%未満ではその効果は十分でな
く、0.50%を超えて含有させると圧延あるいは鍛造
後にベーナイトやマルテンサイト組織となり加工性を著
しく低下させる。そのため、含有量を0.03〜0.5
%とした。
【0018】N:Nは0.015%を超えて含有すると
TiNが増加し、疲労特性に悪影響を及ぼす。そのた
め、含有量を0.015%以下とした。
【0019】Al:Alは脱酸剤として使用される元素
であり、0.005%未満ではその効果が十分でなく
0.022%を超えるとアルミナ系酸化物が増加し疲労
特性、加工性を低下させる。そのため、含有量を0.0
05〜0.022%とした。請求項5の鋼の発明は、請
求項1ないし請求項4のいずれか1項の鋼において、さ
らに、下記の表1の発明鋼に基づいてSiの上限を低下
して0.022%としたものである。請求項の製造方
法の発明は、請求項1ないし請求項のいずれか1項
化学成分を含有する鋼を素材とし、冷間加工性および
処理歪み特性に優れた鋼を製造するために、AC3〜10
00℃に加熱した後減面率30%以上で圧延または鍛造
するものである。AC3以上に加熱する理由は、オーステ
ナイト化し炭化物やフェライトを残さないためであり、
フェライトが残留した場合、圧延または鍛造後の組織に
おいて均質なフェライト粒度の組織が得られず、圧延ま
たは鍛造後の結晶粒が均一とならず熱処理歪みを大きく
する。また、1000℃以上の加熱温度になると微細析
出物の成長が起こり析出物が比較的大きくなるため、圧
延または鍛造前の加熱時のオーステナイト結晶粒が大き
くなり圧延または鍛造後のフェライト量を減少させる。
そのため、圧延または鍛造前の加熱温度をAC3〜100
0℃とした。減面率については、30%以下ではフェラ
イトの生成量が減少し冷間加工性が低下する。
【0020】
【表1】
【0021】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の鋼組成を表
1のNo.6〜No.12に示す。No.6、No.1
0はSC系の鋼に、No.7、No.8、No.9、N
o.11はSCR系の鋼に、No.12はSCM系にそ
れぞれ相当する鋼である。さらにNo.6、No.7、
No.8、No.10、No.12はTiの単独添加で
あり、No.9はTiとNb、No.11はTiとVの
複合添加である。なお、No.6、No.10における
Crは不可避不純物として含有されるものである。以下
実施例よりさらに本発明の実施形態を説明する。
【0022】
【表2】
【0023】
【実施例】表1に示す種々の化学成分(%)の肌焼鋼を
真空溶解炉で溶製し、圧延前の加熱温度950℃で16
7mmφから30mmφ棒鋼すなわち減面率98%で圧
延し、14mmφ×21mmHの端面拘束型圧縮試験用
円柱型試験片を作製した後、変形抵抗及び硬さを測定し
た。また、同様の圧延条件で65mmφすなわち減面率
85%で圧延した後、図1に示すCリング形状(寸法:
外径60mm×内径34.8mm×厚さ12mm×開口
部6.0mm)の試験片を作製し、焼入温度845℃で
水焼入れを行い開口部の変位量をを測定した。なお、図
1の(a)はCリング形状の試験片の平面図を(b)は
その側面図を示す。それらの結果を表2に示す。同成分
系の比較鋼と比較する発明鋼の方が変形抵抗が低く歪み
量も少なくなっている。また、比較鋼No.3と本発明
鋼No.10において圧延前の加熱温度を変化させたと
きの硬さを表3に示す。表3から明らかなように、10
00℃以下で硬さの差が大きくなっている。以上のこと
から本発明鋼およびその製造方法によって冷間加工性及
び熱処理歪みに優れた鋼を製造できる。
【0024】
【表3】
【0025】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明による鋼
は、Ti単独あるいはTiとV、Nbを複合添加するこ
とによって鋼中に微細な化合物を析出させ、圧延または
鍛造中のオーステナイト結晶粒の成長を抑制し圧延また
は鍛造後の組織においてフェライト量を増加させ、か
つ、フェライト粒度を均一にし、冷間加工性及び熱処理
歪み特性を向上させた鋼を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】熱処理歪を調査するためのCリング形状の試験
片を示す図で、(a)は平面図で、(b)は側面図であ
る。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 - 38/60

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、C:0.35〜0.70%、
    Si:0.03〜0.15%、Mn:0.20〜1.0
    %、B:0.0005〜0.005%、Ti:0.05
    %超〜0.20%、N:0.015%以下、Al:0.
    005〜0.022%を含有し、残部Feおよび不可避
    不純物からなることを特徴とする冷間加工性および熱処
    理歪みに優れた鋼。
  2. 【請求項2】 重量%で、C:0.35〜0.70%、
    Si:0.03〜0.15%、Mn:0.20〜1.0
    %、B:0.0005〜0.005%、Ti:0.05
    %超〜0.20%、N:0.015%以下、Al:0.
    005〜0.022%を含有し、さらにCr:0.20
    〜2.0%、Mo:0.03〜0.50%のうち1種ま
    たは2種を含有し、残部Feおよび不可避不純物からな
    ることを特徴とする冷間加工性および熱処理歪みに優れ
    た鋼。
  3. 【請求項3】 請求項1の鋼成分に加えて、さらにV:
    0.02〜0.10%、Nb:0.02〜0.10%の
    うち1種または2種を含有し、残部Feおよび不可避不
    純物からなることを特徴とする冷間加工性および熱処理
    歪みに優れた鋼。
  4. 【請求項4】 請求項2の鋼成分に加えて、さらにV:
    0.02〜0.10%、Nb:0.02〜0.10%の
    うち1種または2種を含有し、残部Feおよび不可避不
    純物からなることを特徴とする冷間加工性および熱処理
    歪みに優れた鋼。
  5. 【請求項5】 請求項1ないし請求項4のいずれか1項
    の鋼において、重量%で、Si:0.07〜0.15%
    であることを特徴とする冷間加工性および熱処理歪みに
    優れた鋼。
  6. 【請求項6】 請求項1ないし請求項5のいずれか1項
    における鋼を素材とし、圧延または鍛造前の加熱温度を
    C3〜1000℃とした後に減面率30%以上で圧延ま
    たは鍛造することを特徴とする冷間加工性および熱処理
    歪みに優れた鋼の製造方法。
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