JP5821771B2 - 冷間鍛造用熱間圧延棒鋼または線材 - Google Patents
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C:0.1〜0.25%、
Si:0.01〜0.5%、
Mn:0.5〜1.5%、
S:0.003〜0.05%、
Cr:0.7〜2.0%、
Mo:0.4%以下(0%を含む)、
Al:0.02〜0.10%および
N:0.004〜0.025%、
を含有するとともに、
残部がFeおよび不純物からなり、不純物中のPおよびOがそれぞれ、
P:0.025%以下および
O:0.002%以下、
である化学組成を有し、
組織が、
フェライト・パーライトまたはフェライト・パーライト・ベイナイトからなり、
フェライト分率が68〜80%、パーライト分率が20〜30%、ベイナイト分率が10%以下、かつ下記の式(1)で示されるX値が0.50〜0.80であり、さらに、
セメンタイト中のMn、CrおよびMoの合計濃度が2.8〜4.5%である、
ことを特徴とする冷間鍛造用熱間圧延棒鋼または線材。
X=[100/(100−フェライト分率)]×C・・・(1)
ここで、式(1)中のCは、鋼中のC含有量(質量%)を表す。
Cu:0.4%以下、Ni:1.5%以下およびB:0.005%以下のうちの1種、または2種以上を含有する、
ことを特徴とする上記(1)に記載の冷間鍛造用熱間圧延棒鋼または線材。
Ti:0.06%以下およびNb:0.08%以下のうちの1種、または2種を含有する、
ことを特徴とする上記(1)または(2)に記載の冷間鍛造用熱間圧延棒鋼または線材。
C:0.1〜0.25%
Cは浸炭焼入れ、浸炭窒化焼入れ、あるいは窒化したときの部品の芯部強度を確保するために必須の元素である。その含有量が0.1%未満では前記の効果が不十分である。一方、Cの含有量が0.25%を超えると、本発明で規定する組織にすることが困難になり、被削性の低下が顕著になる。したがって、Cの含有量を0.1〜0.25%とした。C含有量の好ましい下限は0.15%であり、好ましい上限は0.23%である。
Siは、焼入れ性を高める作用を有するが、焼鈍後の硬さを高めるため、被削性、なかでも工具寿命を低下させてしまう。特に、その含有量が0.5%を超えると、その影響が大きくなる。一方、量産においてSiの含有量を0.01%未満にすることは困難である。したがって、Siの含有量を0.01〜0.5%とした。また、量産における製造コストを考慮すると、Si含有量の下限は0.06%とすることが好ましい。
Mnは、焼入れ性を高める効果が大きく、浸炭焼入れ、浸炭窒化焼入れ、あるいは窒化したときの部品の芯部強度を確保するために必須の元素である。その含有量が0.5%未満では前記の効果が不十分である。一方、Mnの含有量が1.5%を超えると、その効果が飽和するだけでなく、焼鈍後の被削性、なかでも工具寿命の低下が顕著になる。したがって、Mnの含有量を0.5〜1.5%とした。Mn含有量の好ましい下限は0.6%であり、好ましい上限は0.9%である。
Sは、Mnと結合してMnSを形成し、被削性を向上させる。しかし、その含有量が0.003%未満では、前記の効果が得難い。一方、Sの含有量が多くなると、粗大なMnSを生成しやすくなり、疲労強度を低下させる傾向があり、特に0.05%を超えると、疲労強度低下が顕著になる。したがって、Sの含有量を0.003〜0.05%とした。S含有量の好ましい下限は0.01%であり、好ましい上限は0.02%である。
Crは、焼入れ性を高める効果が大きく、浸炭焼入れ、浸炭窒化焼入れ、あるいは窒化したときの部品の芯部強度を確保するために必須の元素である。その含有量が0.7%未満では前記の効果が不十分である。一方、Crの含有量が2.0%を超えると、その効果が飽和するだけでなく、焼鈍後の被削性、なかでも工具寿命の低下が顕著になる。したがって、Crの含有量を0.7〜2.0%とした。Cr含有量の好ましい下限は1.3%であり、好ましい上限は1.9%である。
Moは、0%、すなわち含有しなくてもよいが、焼入れ性、焼戻し軟化抵抗を高める効果が大きく、曲げ疲労強度、面疲労強度の向上に有効な元素である。一方、Moの含有量が0.4%を超えると、被削性、なかでも工具寿命の低下が顕著になる。したがって、Moの含有量を0.4%以下(0%を含む)とした。上述の効果を安定して得るための好ましいMo含有量は、0.02%以上である。
Alは脱酸作用を有すると同時に、Nと結合してAlNを形成しやすく、浸炭加熱時のオーステナイト粒粗大化防止に有効な元素である。しかし、Alの含有量が0.02%未満では、安定してオーステナイト粒の粗大化を防止できず、粗大化した場合は、曲げ疲労強度が低下する。一方、Alの含有量が0.10%を超えると、粗大な酸化物を形成しやすくなり、曲げ疲労強度が低下する。したがって、Alの含有量を0.02〜0.10%とした。Al含有量の好ましい下限は0.03%であり、好ましい上限は0.06%である。
Nは、Al、Nb、Tiと結合して、窒化物を形成しやすい。また、Nは、Cとともに、Nb、Tiと結合して、炭窒化物を形成しやすい。本発明では、これらの窒化物および炭窒化物は浸炭加熱時のオーステナイト粒の粗大化防止に有効である。しかし、Nの含有量が0.004%未満では、安定してオーステナイト粒の粗大化を防止できない。一方、Nの含有量が0.025%を超えると、製鋼工程において量産で安定して製造することが難しい。したがって、Nの含有量を0.004〜0.025%とした。N含有量の好ましい下限は0.010%であり、好ましい上限は0.020%である。
Pは、粒界偏析して粒界を脆化させやすい元素のため、0.025%を超えて含まれると、疲労強度を低下させる。したがって、Pの含有量を0.025%以下とした。P含有量の好ましい上限は0.020%である。
Oは、Alと結合して硬質な酸化物系介在物を形成しやすく、曲げ疲労強度を低下させてしまう。特に、Oの含有量が0.002%を超えると、疲労強度の低下が著しくなる。したがって、Oの含有量を0.002%以下とした。なお、不純物元素としてのOの含有量は0.001%以下にすることが好ましく、製鋼工程でのコスト上昇をきたさない範囲で、できる限り少なくすることがさらに望ましい。
Cuは、焼入れ性を高める効果があり、より疲労強度を高めるために有効な元素であるので、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Cuの含有量が0.4%を超えると、熱間延性を低下させて、熱間加工性の低下が顕著となる。したがって、含有させる場合のCu含有量を0.4%以下とした。なお、含有させる場合のCuの含有量は0.3%以下であることが好ましい。
Niは、焼入れ性を高める効果があり、より疲労強度を高めるために有効な元素であるので、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Niの含有量が1.5%を超えると、焼入れ性の向上による疲労強度を高める効果が飽和するだけでなく、冷間鍛造後の被削性の低下が顕著になる。したがって、含有させる場合のNiの含有量を1.5%以下とした。なお、含有させる場合のNiの含有量は0.8%以下であることが好ましい。
Bは、焼入れ性を高める効果があり、より疲労強度を高めるために有効な元素であるので、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Bの含有量が0.005%を超えると、焼入れ性の向上による疲労強度を高める効果が飽和するだけでなく、粗大なBNの形成により疲労強度の低下を招くおそれがある。したがって、含有させる場合のBの含有量を0.005%以下とした。なお、含有させる場合のBの含有量は0.003%以下であることが好ましい。
Tiは、C、Nと結合してTiC、TiN、Ti(C、N)を形成しやすく、前述したAlNによる浸炭加熱時のオーステナイト粒粗大化防止を補完するのに有効な元素であるので、必要に応じて含有させてもよい。また、鋼がBを含む場合は、Tiは、Nと結合してTiNまたはTi(C、N)を生成することによりBNの生成を抑制し、Bの焼入れ性向上効果の確保に有効である。しかしながら、Tiの含有量が0.06%を超えると、オーステナイト粒粗大化防止の効果がむしろ低下する。したがって、含有させる場合のTiの含有量を0.06%以下とした。なお、含有させる場合のTi含有量の好ましい上限は0.05%である。
Nbは、C、Nと結合してNbC、NbN、Nb(C、N)を形成しやすく、前述したAlNによる浸炭加熱時のオーステナイト粒粗大化防止を補完するのに有効な元素であるので、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Nbの含有量が0.08%を超えると、オーステナイト粒粗大化防止の効果がむしろ低下する。したがって、含有させる場合のNbの含有量を0.08%以下とした。なお、含有させる場合のNb含有量の好ましい上限は0.05%である。
C含有量が0.1〜0.25%の熱間圧延材(熱間圧延まま材)の焼鈍は一般に、加熱温度を700〜750℃とし、その後、徐冷する方法で行われる。この条件で焼鈍を行った後の組織には、焼鈍前にパーライトおよびベイナイトであった部分にセメンタイトの大半が残存する。そのため、焼鈍前の組織制御が重要である。
X=[100/(100−フェライト分率)]×C・・・(1)
ここで、式(1)中のCは、鋼中のC含有量(質量%)を表す。
・製造された鋳片を分塊圧延し、鋼片を製造する。このとき、鋳片に加熱温度1250〜1300℃、かつ、加熱時間8時間以上の加熱を施してから分塊圧延し、一旦、100℃以下まで冷却して鋼片を得る。
・得られた鋼片を熱間圧延して、冷間鍛造用熱間圧延棒鋼または線材を製造する。このとき、鋼片の加熱温度:950〜1050℃、かつ、加熱時間:2時間以上の加熱を施してから熱間圧延する。また、熱間圧延の仕上げ加工温度を850〜950℃、仕上げ加工での減面率を40%以上とし、かつ仕上げ加工圧延後の冷却速度について、850〜680℃の間の平均冷却速度を1.0〜0.6℃/秒、680〜550℃の間の平均冷却速度を0.4〜0.2℃/秒として、550℃以下まで冷却する。
表1に示す化学組成を有する鋼Aおよび鋼Bを70トン転炉で成分調整した後、連続鋳造を行って、400mm×300mm角の鋳片(ブルーム)を得て、600℃まで冷却した。なお、連続鋳造の凝固途中の段階で圧下を加えた。上記の鋼Aおよび鋼Bはいずれも、化学組成が本発明で規定する範囲内にある鋼である。
母材材質:超硬P20種グレード、
コーティング:なし。
<旋削加工条件>
周速:150m/分、
送り:0.20mm/rev、
切り込み:0.8mm、
潤滑:水溶性切削油を使用。
表4に示す化学組成を有する鋼C〜Nを70トン転炉で成分調整した後、連続鋳造を行って、400mm×300mm角の鋳片(ブルーム)を得て、600℃まで冷却した。なお、連続鋳造の凝固途中の段階で圧下を加えた。
Claims (3)
- 質量%で、
C:0.1〜0.25%、
Si:0.01〜0.5%、
Mn:0.5〜1.5%、
S:0.003〜0.05%、
Cr:0.7〜2.0%、
Mo:0.4%以下(0%を含む)、
Al:0.02〜0.10%および
N:0.004〜0.025%、
を含有するとともに、
残部がFeおよび不純物からなり、不純物中のPおよびOがそれぞれ、
P:0.025%以下および
O:0.002%以下、
である化学組成を有し、
組織が、
フェライト・パーライトまたはフェライト・パーライト・ベイナイトからなり、
フェライト分率が68〜80%、パーライト分率が20〜30%、ベイナイト分率が10%以下、かつ下記の式(1)で示されるX値が0.50〜0.80であり、さらに、
セメンタイト中のMn、CrおよびMoの合計濃度が2.8〜4.5%である、
ことを特徴とする冷間鍛造用熱間圧延棒鋼または線材。
X=[100/(100−フェライト分率)]×C・・・(1)
ここで、式(1)中のCは、鋼中のC含有量(質量%)を表す。 - Feの一部に代えて、質量%で、
Cu:0.4%以下、Ni:1.5%以下およびB:0.005%以下のうちの1種、または2種以上を含有する、
ことを特徴とする請求項1に記載の冷間鍛造用熱間圧延棒鋼または線材。 - Feの一部に代えて、質量%で、
Ti:0.06%以下およびNb:0.08%以下のうちの1種、または2種を含有する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の冷間鍛造用熱間圧延棒鋼または線材。
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