JP5325432B2 - 冷間加工品の製造方法 - Google Patents
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Description
(i)冷間鍛造による部品において、加工による歪量、特にせん断歪が大きい部位でγ粒の粗大化が顕著である。
(ii)最終の冷間鍛造工程に先立って、該最終冷間鍛造後の冷間加工品において最大せん断歪を生ずる部分のせん断歪を減ずる方向に、予歪加工を施すことで結晶粒の粗大化が抑制できる。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
(1)C:0.1〜0.4質量%、
Si:0.01〜1.2質量%、
Mn:0.01〜2.0質量%、
Al:0.01〜0.05質量%および
N:0.005〜0.02質量%
を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成からなる棒鋼を鋼素材として、複数回の冷間鍛造を施して冷間加工品を製造するに際し、最終の冷間鍛造を据込み加工とし、該最終の冷間鍛造を行うに先立ち、該最終の冷間鍛造後の冷間加工品において最大せん断歪を生ずる部分のせん断歪を減ずる方向への予歪加工として引抜き加工を、該引抜き加工における減面率(%)と前記据込み加工における据込率(%)とに
2×減面率−30≦据込率≦2×減面率+10、
10%≦減面率≦50%及び、
10%≦据込率≦70%
の関係を満足させて施し(但し、該引抜き加工の後に前記据込み加工を行うまでの間に焼鈍を施す場合を除く)、
前記最終の冷間鍛造後の冷間加工品の最大せん断歪を生ずる部分のせん断歪を1.0以下とすることを特徴とする冷間加工品の製造方法。
Mo:0.05〜0.5質量%、
Nb:0.05質量%以下、
Ti:0.1〜0.5質量%、
Ni:2.0質量%以下、
Cr:2.0質量%以下、
V:0.1質量%以下、
Cu:1.0質量%以下、
Ca:0.005質量%以下および
B:0.004質量%以下
のうちから選んだ、1種または2種以上を含有する組成になることを特徴とする、耐結晶粒粗大化特性に優れた冷間加工品の製造方法。
まず、本発明の冷間加工品の素材について、その成分組成を詳しく説明する。
[成分組成]
浸炭用鋼の用途である歯車やクランクシャフトといった、機械構造部品として必要な特性を確保するために、本発明では成分組成を以下のように限定する。なお、以下、各成分の含有量は、特に指定が無い場合は全て質量%を意味するものとする。
C:0.1〜0.4%
Cは、冷間加工品の強度を高めるために添加する。しかしながら、C量が0.1%未満では必要な強度を確保することができず、一方 0.4%を超えると硬質化し、冷間加工性を確保することが難しくなるだけでなく、切削性や浸炭後の芯部靱性が劣化する。そのため、C量は0.1〜0.4%の範囲に限定する。より好ましくは0.12〜0.4%の範囲である。
Siは、強度や疲労特性を向上させるために添加するが、0.01%未満ではその効果がない。一方、含有量が1.2%を超えると、その効果が飽和するだけでなく、冷間加工時の変形抵抗が高くなって加工性が低下したり、浸炭時の耐酸化性が低下する。そのため、Si量は0.01〜1.2%に限定する。より好ましくは、0.45%以下の範囲とする。
Mnは、有効な脱酸元素であるだけでなく、強度や焼入れ性を向上させるために添加するが、含有量が0.01%未満ではその効果がなく、2.0%を超えて添加すると、その効果は飽和するだけでなく、冷間加工時の変形抵抗が高くなり加工性が低下する。そのため、Mnは0.01〜2.0%に限定する。より好ましくは、1.8%以下の範囲とする。
Alは、脱酸剤として有用であり、また強度及び延性を向上させる効果もあるため、0.05%を上限として添加する。ただし、0.01%未満の添加ではその効果は少なく、一方0.05%を超える添加はAlNが加熱時に十分溶体化しないため、結晶粒の粗大化を促す。そのため、Alは0.01〜0.05質量%の範囲に限定する。
Nは、AlNを析出させるために必要な元素であり、そのためには0.005%以上が必要である。一方、0.02%を超えると、析出するAlNの凝集がその核発生よりも優先するため、粗大なAlNが析出してしまい、かえってγ粒の粗大化抑制効果が低下する。また、鋼の清浄度を低下し、ブローホール発生の原因ともなる。したがって、Nは0.005〜0.02%とする。より好ましくは、0.007〜0.018%とする。
Mo:0.05〜0.5%
Moは、鋼に強度、焼入れ性を与えるのに極めて有効な元素であるが、0.05%未満ではその効果は不十分であり、一方、添加量が0.5%を超えると、鋼の硬さが上昇し冷間鍛造性が劣化する。したがって、Moは0.05〜0.5%の範囲とする。
Nbは、析出により粒成長をピンニングする効果があり、好ましくは0.005%以上で添加するが、0.05%を超えて添加してもその効果は飽和するため、0.05%以下とする。
Tiは、Ti系炭化物やを析出させ、ピンニング効果を向上させる上で有用な元素である。しかしながら、含有量が0.1%未満では析出物量が少なすぎて粗大粒の抑制に必要なピンニング効果が得られず、一方0.5%を超えると析出物が粗大化し、上記したピンニング効果が低下する。そのため、Tiは0.1〜0.5%の範囲に限定する。
Niは、Mo同様に、鋼に強度および焼入れ性を与えるのに有効な元素であり、好ましくは0.2%以上で添加するが、含有量が2.0%を超えると、鋼の硬さが上昇し冷間鍛造性が劣化する。したがって、Niは2.0%以下の範囲とする。
Crは、NiやMoと同様に、鋼に強度および焼入れ性を与えるのに有効な元素であり、好ましくは0.2%以上で添加するが、含有量が2.0%を超えると炭化物を安定化させて残留炭化物の生成を促進し、粒界強度を低下させ、また疲労強度の低下も招く。また、鋼の硬さが上昇し冷間鍛造性が劣化する。したがって、Crは2.0%以下の範囲とする。
Vは、鋼に強度を与えるとともに、鋼中のC、Nと結びついてV(C,N)を形成し、結晶粒の粗大化抑制に有効に寄与する元素であり、好ましくは各々0.02%以上で添加するが、0.1%を超えると、鋼が硬くなって冷間鍛造性を劣化させる。そのため、Vは0.1%以下の範囲に限定する。より好ましくは、0.08%以下である。
Cuは、固溶強化および析出強化によって強度を向上させる有用元素であり、また焼入性の向上にも有効に寄与するため、好ましくは0.2%以上で添加するが、含有量が1.0%を超えると熱間加工時に割れが発生し易くなり製造が困難となるため、1.0%以下に限定した。
Caは、介在物を球状化し、疲労特性を改善する有用元素であるが、含有量が0.005%を超えて添加すると介在物が粗大化し疲労特性を劣化させる傾向にある。そのため、0.005%以下に限定した。より好ましくは0.001〜0.004%とする。
Bは、粒界強化により疲労特性を改善するだけでなく、強度を向上させる有用元素であるが、0.004%を超えて添加してもその効果は飽和する。そのため、0.004%以下に限定した。より好ましくは0.0003%以上とする。
すなわち、浸炭前に局所的にせん断変形を顕著に受け、不均一にせん断歪が多く蓄積されていると、近接している結晶粒との間の方位差が大きくなり、かつ粒界に高い歪エネルギーが導入されるため、粒界面から核生成したフェライト粒の不均一が生じやすい。その結果、γ粒の核生成も不均一になり、局所的なγ粒の粗大化が発生すると考えられる。
JIS SCr415 相当鋼(C:0.17%,Si:0.25%,Mn:0.85%,P:0.02%,S:0.01%, Al:0.03%, Cr:1.15%, Nb:0.02%、N:0.011%、残部Feおよび不可避的不純物)の鋼材を圧延して105mmφの素材を得た後、650℃で5h保持後に放冷する軟化熱処理をN2雰囲気中で施した。その後、40〜100mmφの棒鋼を切り出し、表1に示す減面率に従って引抜き加工を施した後、圧延方向と平行に40mmφ×60mm高さの試験片を切り出したのち、70%圧下率の据え込み加工を行って冷間加工品を作製した。次いで、この冷間加工品に浸炭相当処理を施した。浸炭相当処理としては、930℃まで6℃/minで加熱(2.5h加熱)、7h均熱後、0.67℃/minで850℃まで冷却し20min保持した後に水冷処理を行った。
すなわち、図4から、2つの線分に挟まれた領域において、結晶粒の粗大化の無いことがわかる。この領域は、図4に示すとおり、
2×減面率−30≦据込率≦2×減面率+10、
10%≦減面率≦50%及び、
10%≦据込率≦70%
で規定される。
表2および3に示す成分組成からなる鋼材を圧延して82mmφの棒素材を得た後、700℃で5h保持後に放冷する熱処理をN2雰囲気中で施した。その後、67mmφの棒材を切り出し、減面率40%となるように、引抜き加工後、圧延方向と平行に40mmφ×60mm高さの試験片を切り出し、70%圧下率の据え込み加工を行った。また、この際、冷間鍛造割れの有無を評価し、割れが発生したものについては×と標記した。冷間鍛造後の試験片には、浸炭相当処理を施した。浸炭相当処理としては、930℃まで6℃/minで加熱(2.5h加熱)、7h均熱後、0.67℃/minで850℃まで冷却し20min保持した後に油冷処理を行った。
2 冷間加工品
Claims (2)
- C:0.1〜0.4質量%、
Si:0.01〜1.2質量%、
Mn:0.01〜2.0質量%、
Al:0.01〜0.05質量%および
N:0.005〜0.02質量%
を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成からなる棒鋼を鋼素材として、複数回の冷間鍛造を施して冷間加工品を製造するに際し、最終の冷間鍛造を据込み加工とし、該最終の冷間鍛造を行うに先立ち、該最終の冷間鍛造後の冷間加工品において最大せん断歪を生ずる部分のせん断歪を減ずる方向への予歪加工として引抜き加工を、該引抜き加工における減面率(%)と前記据込み加工における据込率(%)とに
2×減面率−30≦据込率≦2×減面率+10、
10%≦減面率≦50%及び、
10%≦据込率≦70%
の関係を満足させて施し(但し、該引抜き加工の後に前記据込み加工を行うまでの間に焼鈍を施す場合を除く)、
前記最終の冷間鍛造後の冷間加工品の最大せん断歪を生ずる部分のせん断歪を1.0以下とすることを特徴とする冷間加工品の製造方法。 - 請求項1において、前記鋼素材が、さらに
Mo:0.05〜0.5質量%、
Nb:0.05質量%以下、
Ti:0.1〜0.5質量%、
Ni:2.0質量%以下、
Cr:2.0質量%以下、
V:0.1質量%以下、
Cu:1.0質量%以下、
Ca:0.005質量%以下および
B:0.004質量%以下
のうちから選んだ、1種または2種以上を含有する組成になることを特徴とする冷間加工品の製造方法。
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