JP4230123B2 - Cvjその他の機械構造用製品に使用する定ひずみ鋼 - Google Patents

Cvjその他の機械構造用製品に使用する定ひずみ鋼 Download PDF

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【0001】
【発明の属する技術分野】
自動車部品のCVJなど、精密冷間鍛造により仕上げし、その後研磨を行わない部品の製造に使用するための定ひずみ鋼に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車部品のCVJなどは、省工程化によるコストの削減のため、精密冷間鍛造により仕上げることで、その後の研磨を行わなくしている。このために冷鍛加工に供する鋼の矩形断面を有するインゴットあるいは連鋳片においては、それらの鋳鋼材のマクロパターンの内部と外部とで初期凝固組織が異なるため、熱処理後の製品ひずみに、例えば内外で0.02%異なるというバラツキが発生する大きな問題がある。このパターン内外のひずみ差が冷鍛後仕上げ研磨または切削を行わない部品には大きな問題がある。これに対して、連鋳片の断面形状を中径の丸形連鋳片としたり正方形連鋳片とすることも考えられるが、丸連鋳は生産性を上げるのには問題があり、このために設備を新設あるいは改造することによるコストアップをもたらす。さらに、鋳込み時の形状による中心偏析悪化の問題がある。すなわち、最終凝固位置付近の正偏析及び負偏析が矩形断面の鋳片に比して、丸形の方が大きいという知見がある。中径の丸形鋳片あるいは正方形鋳片からでは圧鍛比が低くなり組織の微細化および均一化が不十分となる問題があった。
【0003】
【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、生産性のよい大断面の矩形断面形状の各連鋳材をそのまま採用することで、最終凝固位置付近の正偏析及び負偏析が小さいという中心偏析抑制効果を最大限に利用して、冷鍛後の熱処理の際の製品のマクロパターンの内外のひずみ差を小さくすることで製品の寸法変化を抑制し、寸法精度が良好で場合により矯正工程が省略可能な加工部品を得るための定ひずみ鋼材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本発明の手段は、請求項1の発明では、連続鋳造またはインゴット鋳造による短辺が320mm以上の矩形の大断面の鋳片から分塊圧延または鍛造してなる棒鋼において、該棒鋼の断面における面積率で0.5%の中心を除く偏析部でのC%のバラツキが±10%未満であることを特徴とするCVJその他の機械構造用製品に用いる定ひずみ鋼である。
【0005】
連鋳材の分塊圧延後の棒鋼の断面形状を図1のサイコロ試験片採取位置で示し、コア部a、コア部外側b、外周部c、および最外周部dとするとき、本発明の上記手段における棒鋼断面の面積率で0.5%の中心を除く偏析部とは、コア中心部を除く、C%の低い負偏析部であるコア部aとその外周部cを指すものとする。
【0006】
上記手段の作用を説明する。例えば、SCR420の溶鋼の鋳込み温度を適当なスーパーヒート(SH:融点より高めの温度)に設定して棒鋼断面の面積率で0.5%の中心を除く偏析部のC%のバラツキを低減することで、あるいは連鋳材(CC材)およびインゴット材(IC材)を分塊圧延あるいは熱間鍛造することで、3ロール・プラネタリー・ミル(以下、「PSW」という。)圧延により、例えば、φ170mmに圧延する。その後、通常の圧延によりφ40mmのサンプル材の棒鋼に仕上げた。
【0007】
このφ170mmビレットの棒鋼断面の各部位から8mm角のサイコロ試験片を、図1に示すように、切り出して採取し、熱処理後の寸法差から熱処理ひずみを測定し、図2に各領域の熱処理ひずみの平均を示し、さらにその領域の箇所のC%を湿式分析し、図3に各領域のC%の平均を示し、両者から熱処理ひずみとC%の関係を調べた。図2からわかるように、コア部aと外周部cの熱処理ひずみ(体積ひずみ)の差はIC材で0.037%で、CC材で0.020%であった。また、コア部aと外周部cとのC%の差はIC材で0.017%で、CC材で0.010%で、それぞれ9.8%、5.7%のバラツキであった。さらに図4に見られるように、IC材、CC材共に熱処理ひずみとC%との間には線形の相関が認められ、マルテンサイト変態の理論膨張量とも合うことがわかった。なお、図1は大断面の矩形鋳型による連鋳片を分塊圧延およびPSW圧延してなる棒鋼材のサイコロ試片の採取位置を示す断面図で、点線で囲む範囲はIC材の負偏析部を示し、一点鎖線で囲む矩形範囲はCC材の負偏析部を示す。図2は図1で採取したサイコロ試験片に基づく各領域の熱処理ひずみの平均を示すグラフで、(a)はIC材で、(b)はCC材を示す。図3は図1で採取したサイコロ試験片に基づく各領域のC%の平均を示すグラフで、(a)はIC材で、(b)はCC材を示す。図4は図2および図3に基づく熱処理ひずみとC%の関係を示すグラフで、(a)はIC材で、(b)はCC材を示す。
【0008】
そしてこれらのことから、熱処理ひずみは主として炭素濃度によるマルテンサイト変態の膨張量に依存していること(膨張体積ひずみ=1.8×C含有率)で説明できることがわかる。そして鋼材の断面内、特にコア部aでは負偏析になり、周辺部よりC%が一般に10%以上低くなっている。そこで鋭意検討した結果、棒鋼断面の面積率で0.5%のコア中心部を除くコア部aのC%のバラツキを10%未満とすることにより部品になった時の熱処理ひずみを抑え、研磨工程省略が可能な棒鋼あるいは鋼管とすることが出来ることを見いだした。発明者らはコア部aの面積率が25%以下であれば、冷鍛成品になった時の熱処理ひずみを抑えることができ、研磨工程省略が可能であることを見いだしているが、棒鋼の断面における面積率で0.5%の中心を除く偏析部すなわち、中心の面積率0.5%を除くコア部a内と周辺部とのC%のバラツキが±10%未満であるならば、たとえコア部aの面積率が25%を超えても、冷鍛成品になった時の熱処理ひずみを抑えることができ、研磨工程省略が可能であることを見いだした。
【0009】
ここでいうC%のバラツキが±10%未満というのは、例えば負偏析の周辺部のC%を0.20%とすると、棒鋼断面において面積率0.5%の中心を除く偏析部のC%が0.18%よりも大きく0.22%未満の範囲にあることを意味する。
【0010】
以上の関係において、本発明の手段では、冷鍛により製造の自動車部品であるCVJインナーレース用の鋼材として、例えば、SCR420鋼を融点より20〜30℃高めにスーパーヒートして溶融した溶鋼から連続鋳造することで、短辺が320mm以上の矩形大断面の鋳片を分塊圧延して得られた棒鋼材とし、さらにPSW圧延によりφ40mmの棒鋼に仕上げるこで、棒鋼の断面における面積率で0.5%の中心を除く偏析部でのC%のバラツキを±10%未満のものとすることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下の実施例を通じて示す。SCR420鋼をスーパーヒートして連続鋳造して冷鍛用鋼の矩形ブルーム、例えば形状490mm×380mmを得て、この矩形ブルームを分塊圧延する。その後、得られた分塊圧延した鋳片は、PSWにより鋼片を作成し、その後通常の圧延により冷鍛用の丸棒、例えばφ40mm、に圧延して冷鍛用棒鋼材とする。この棒鋼から冷間鍛造により自動車部品のCVJ等の成品にするとき、棒鋼断面の面積率で0.5%の中心を除く偏析部におけるC%のバラツキが±10%未満であり、熱処理後の成品の熱処理ひずみが均一な定ひずみの冷鍛製品が得られる。
【0012】
【実施例】
連続鋳造による冷鍛用鋼SCR420Hを20〜30℃のスーパーヒートして連続鋳造し、形状490mm×380mmの縦横比1.29の矩形ブルームを得た。この矩形ブルームを分塊圧延し、次いでPSWにより鋼片を作成し、その後圧延して冷鍛用の棒鋼材を得た。この結果、棒鋼断面の面積率で0.5%の中心を除く偏析部におけるC%のバラツキが±10%未満である棒鋼が得られ、冷鍛用の定ひずみ鋼材が得られた。他の実施例として、連続鋳造による冷鍛用鋼SCR420Hを通常に連続鋳造して形状490mm×380mmの縦横比1.29の矩形ブルームを得た。さらに表1に示すパススケジュールにより分塊圧延あるいは熱間鍛造を行う。表1に示すように、パス1は短辺側から圧下量120mm、すなわち圧下率24.5%の強圧下で圧鍛する。次いで、鋳片を反時計回りに90度回転してパス2は圧下量10mmで圧鍛し、さらに反時計回りに90度回転してパス3は圧下量10mmで圧鍛し、さらに反時計回りに90度回転してパス4は圧下量5mmで圧鍛して、370mm×430mmの鍛片とした。この結果、最終パスを行った鋳片の縦横比1.16であった。なお、表1に示すようにこのパススケジュールによる本実施例では、パス1のみが圧下率24.5%以上の強圧下であり、非常に少ない回数のパススケジュールで棒鋼断面の面積率で0.5%の中心を除く偏析部におけるC%のバラツキが±10%未満である棒鋼が得られ、冷鍛用の定ひずみ鋼材が得られた。これらの鋼材を用いてCVJインナーレース等の製品にするとき、製品は各部で定ひずみのものが得られた。
【0013】
【表1】
Figure 0004230123
【0014】
【発明の効果】
以上説明したように、冷鍛によりCVJ等の冷鍛製品とし、その後研磨を行うことなく、CVJ部品に仕上げるために使用する定ひずみ鋼として、本発明は、大矩形断面の連鋳材あるいはインゴット材を分塊圧延あるいは鍛造により棒鋼材とし、この棒鋼材の断面の面積率で0.5%の中心を除く偏析部におけるC%のバラツキを±10%未満とした棒鋼としているので、CVJ等の冷鍛製品の熱処理後の製品の熱処理ひずみが均一な定ひずみ鋼が得られている。したがって、熱処理後の製品形状のバラツキを抑えることができる。そこで連続鋳造設備を新設したり、改変したりする必要がなく、既設の矩形鋳片の連続鋳造設備をそのまま使用することができ、従って、コストを格別増大することなく丸連鋳材に劣ることのない定ひずみ鋼を得ることにより、CVJ等の冷鍛製品が実施でき、かつ、矩形鋳片の特徴である最終凝固位置付近の正偏析及び負偏析の小さな優れた点を維持することができるなど、本発明は自動車部品のCVJなど、精密冷間鍛造により仕上げし、その後研磨を行わない部品の製造に使用するための定ひずみ鋼を提供することができ、本発明は従来にない優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 大断面の矩形鋳型による連鋳片を分塊圧延およびPSW圧延してなる棒鋼材のサイコロ試片の採取位置を示す断面図である。
【図2】 図1で採取したサイコロ試験片に基づく各領域の熱処理ひずみの平均を示すグラフで、(a)はIC材で、(b)はCC材を示す。
【図3】 図1で採取したサイコロ試験片に基づく各領域のC%の平均を示すグラフで、(a)はIC材で、(b)はCC材を示す。
【図4】 図2および図3に基づく熱処理ひずみとC%の関係を示すグラフで、(a)はIC材で、(b)はCC材を示す。

Claims (1)

  1. 連続鋳造またはインゴット鋳造による短辺が320mm以上の矩形の大断面の鋳片から分塊圧延または鍛造してなる棒鋼において、該棒鋼の断面における面積率で0.5%の中心を除く偏析部でのC%のバラツキが±10%未満であることを特徴とするCVJその他の機械構造用製品に用いる定ひずみ鋼。
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