JPH01220A - 機械構造用熱間鍛造非調質部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、優れた機械的性質を有する機械構造用熱間鍛
造非調質部品の製造方法に関するものである。

産業用機械や自動車などに使用される機械部品の多くは
、熱間鍛造後、調質処理、即ち焼入、焼戻を施して強度
と靭性を付午されている。従って。

調質処理Ｖ省略してもなお１強度靭性を必要とされるレ
ベルに保ことができれば、コストの低減を図ることがで
きる。さらに、調質処理の省略のみならず、鍛造に供さ
れる材料の製造工程が簡略化されるならば、より大きな
コスト切り下げを実現することができる。

本発明は、鍛造に供する鋼材製造の際の圧延工程を省略
することによって、調質処理を省略可能とする、低コス
トで強度靭性の高い機械構造用熱間鍛造非調質部品の製
造方法を提供するものである。

［従来の技術］ 一般に非調質鋼とは、熱間鍛造後、調質処理を省略して
使用される鋼を称するが、従来の非調質鋼の一つに、Ｖ
、Ｎｂの炭窒化物を利用したものがある「鉄と鋼　第５
８年（１９７２年）第１３号Ｐ、１７５９゜］。これは
Ｎｂ、Ｖ炭窒化物の析出強化により強度を高めた鋼であ
る。しかし、これらの非調質鋼の金属組織は熱間鍛造温
度域で粗大化してしまうために靭性は低く、たとえば自
動車の足周り部品などの高靭性を必要とする部品には使
用できないのが現状である。

強度を低下させずに靭性を高めるためには、結晶粒の微
細化がほとんど不可欠であることは公知であり、調質処
理とは即ち、結晶粒の微細化処理である。

調質処理を施すことなく結晶粒を微細化するには、高温
において溶解しない析出物を利用する方法がある。この
様な析出物としてＴｉが適当であることは［特開昭５６
−３８４４８号公報コに示されているが、さらに、Ｔｉ
の炭窒化物を有効に活用して。

熱鍛時に結晶粒が粗大化しない棒鋼を製造する方法は［
特願昭６１−９６８７８号公報］に明らかとなっており
、この方法により自動車の足周りの部品などの、高靭性
を要求する重要保安部品に非調質鋼が適用可能となった
。

［発明が解決しようとする問題点］ Ｔｉは熱間鍛造非調質鋼の結晶粒を微細化するのに適し
た添加元素であり、以上に見られる如く、鍛造に供され
る鋼の製造方法を適正化することによって、Ｔｉのもつ
結晶粒微細化能をより大きく利用することができる。

しかしながら、Ｔｉの効果を最大限に発揮させるような
成分、方法は、未だに探索し続けられており、特に工業
的に要求される機械的性質を低下させることなく、大幅
なコストダウンを実現する方法への要求は益々大きくな
っている。

本発明が提供しようとするのは、従来以上の機械的性質
をもつ熱鍛非調質機械部品を、Ｔｉ炭窒化物を最適に利
用して、しかも非常に安価で製造する方法である。

［問題点を解決するための手段］ 本発明者らは種々の研究を重ね、最適条件で製造するこ
とにより、熱間鍛造時のＴｉ炭窒化物を極力微細化し、
熱間鍛造後の部品の結晶粒を微細化し、同時に大幅なコ
ストの低減をもたらす熱間鍛造部品の製造方法を見出し
た。すなわち。

重量％で Ｃ：０．１８〜０．５０％ Ｓｉ　：　０．１０〜１．００％ Ｍｎ　：　０．５０〜２．００％ Ｃｒ　：　０．１０〜１．００％ Ｖ：０．２０％以下 Ｔｉ　：　０．００５〜０．０５％ Ａ　Ｑ　：０．００５〜０．０５０％ Ｎ　　：０．００５〜０．０２５％ を含み、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、かつ下
記に示す炭素当量Ｃｅｑ、が０．７０％以上、　１．１
５％以下である鋼を通常の方法で溶製し、連続鋳造機に
て鋳造する際に、凝固点から１０００℃までの冷却速度
が鋳片断面における平均値で２０℃／ｗｉｎ、以上とな
るように鋳造した後、この鋳片を圧延工程を経ることな
しに、　１２８０℃以下の温度に加熱し。

熱間鍛造により加工比６以上で機械部品に成型した後、
加工温度からＡｒ、変態点までの温度範囲を０．５〜ｂ 施すことなく機械構造用熱間鍛造非調質部品とする製造
方法である。

Ｃｅｑ、＝Ｃ＋Ｍｎ１５＋ＳＬ／７＋Ｃｒ／９＋１．５
４Ｖ本発明の方法によれば、機械硝造用部品の結晶粒を
微細化するＴｉの炭窒化物は熱間鍛造時には微細に分散
した状態で存在する。よって、熱間鍛造により作製した
部品の結晶粒は、調質処理を省略しても微細であり１強
度、靭性が大きくなる。

しかも、圧延工程が無く、調質処理が省略可能なため、
製造コストは従来の非調質鋼に比べて、格段に安くでき
る。

すなわち、本発明である熱間鍛造用非調質鋼の製造方法
は、鋼の成分を所定の範囲に限定し、かつ、鋳造から鍛
造までの圧延工程を全く省略することを特徴とするもの
である。

また、本発明の鋼に被削性向上の為に、必要に応じＳ　
：　０．０８％以下、Ｐｂ：０．３０％以下、Ｂｉ：０
゜３０％以下、Ｃａ　：　０．０１％以下のうち一種以
上を含んでも、靭性を低下させることはない。

［作用］ 次に、本発明である機械構造用熱間鍛造非調質部品の製
造方法の限定理由を示す。

ＣはパーライトあるいはＶの炭化物を構成し、機械構造
用部品としての強度を確保する上で重要な元素であるが
、その量が０．１８％未満では強度を得ることが困難で
あり、そのため他の合金元素が多く必要となるので不経
済である。しかし、０．５０％を越えると硬度が高くな
りすぎる為１機械構造用鋼には不適当となる。

ＳＬは鋼の脱酸を行なうのに必要であり、また固溶強化
元素としても重要である。　０．１０％未満では脱酸作
用が不足するが、１．００％を越えると硬くなりすぎる
。

Ｍｎは組織を微細化し強化元素として働く。０．５０％
未満では強度が不足するが、２．００％を越えると靭性
の低下を招く。

Ｃｒも組織を微細化し、強度、靭性をともに高める。し
かし、０．１０％未満ではその作用は期待できない。ま
た、１．００％を越えた場合コストが高くなる為、これ
を限定する。

■は炭窒化物として析出強化の作用をする元素であり、
その効果は大きいが、その量が多いと硬くなり過ぎるた
め、０．２０％以下に限定する。

ＴｉはＮとともに本発明に不可欠の元素であり、炭窒化
物として結晶粒を微細化する。その効果は０．００５％
未満では不足である。また、０．０５％を越えるとむし
ろ靭性を劣化させる。

ＡＱは脱酸剤として作用するほか、炭窒化物として結晶
粒を微細化する。０．００５％未満の量では脱酸の効果
が不足し、また過剰に添加しても、効果が飽和してしま
うので、上限をｏ、ｏｓｏ％とする。

ＮはＴ　ｉｔ　Ａ　Ｑと結合し結晶粒を微細化するのに
必要であり、十分な効果を期待するには、　０．００５
％以上が必要である。しかし、　０．０２５％を越えて
添加しても大きな効果は望めない。

炭素当量Ｃｅｑ、は機械構造用鋼として必要とされる硬
さ、すなわちビッカース硬度で２１０から３１０を得る
ために限定するものであり、この硬度を得るためのＣｅ
ｑ、は０．７０％以上、　１．１５％以下である。

鋳造時の冷却速度は、結晶粒を微細化するＴｉ析出物を
熱間鍛造時に細かく分散させる上で重要であり、凝固点
から１０００℃までの冷却速度が動片断面における平均
値で２０℃／ｗｉｎ、以上とする必要がある。２０℃／
ｓｉｎ、未満の時には、加熱時の結晶粒が粗大化し、靭
性が低下する場合がある。

圧延工程の省略は１本発明においては二つの意味で不可
欠の要素である。すなわち、一つには分塊圧延、あるい
は製品圧延を省略するため、Ｔｉ炭窒化物は大きく成長
することがなく、鍛造時の鋼の結晶粒粗大化を防止する
効果が大きくなるということである。第２点としては、
圧延工程を省略することにより、多大なコストダウンが
図れることである。

熱間鍛造温度を１２８０℃以下の温度に限定したのは、
高い靭性を確保するためである。　ｔｚａｏ℃を越える
温度で加工した場合、結晶粒の一部が粗大化し、安定し
た靭性値を得ることができなくなる場合がある。

加工比は、鋳片の金属組織を均質なものとするため６以
上が必要である。６未満の場合、鋳造時にできる、気孔
などの欠陥が残る可能性がある。

加工温度からＡｒＬ変態点までの温度範囲の冷却速度は
部品の硬さを左右する。

０．５℃／ｓｅｅ、未満の時、所定の硬さに達しないこ
とがあり、ｉた５℃／ｓｅｅ、を越える冷却速度の時に
は、硬くなりすぎる可能性があるので、これを限定した
。

［実施例］ 第１表に示すような成分をもつ鋼を１５０を転炉により
溶製し、鋳造断面大きさ３５０　Ｘ　５６０＋＊ｍおよ
び。

１２０　Ｘ　１２０＋＊ｍの連続鋳造機に注ぎ分けた。

凝固点から１０００℃までの断面内平均冷却速度は、３
５０　Ｘ　５６０ｍｍの鋳片において、約９℃／ｗｉｎ
であり、１２０　Ｘ　１２０ｍｍの鋳片で約６０℃／＋
ｍｉｎ、である。

３５０　Ｘ　５６０＋＋＋ｍ断面の鋳片は１６２　Ｘ　
１６２ｍｍに分塊圧延したあと、１２０＋＊ｍφの棒鋼
に圧延した。圧延をしていない１２０　Ｘ　１２０ａ＋
ｍの鋳片と、圧延工程を経た１２０■ｍφの棒鋼をそれ
ぞれ１２５０℃に加熱し、鍛造により大型自動車用車軸
とした。

この車軸の中央部分はウェブの厚さ９ｍｍ、高さ５０ｍ
禦、フランジ幅５０ｍｍのＩ型のビームであり、ピン部
に近い端部ではウェブ厚さ３１ｍ＋ｓ、高さ４８＋＋＋
ｍ、フランジ幅は４８ａ＋園である。１２０　Ｘ　１２
０ｍｍの鋳片から加工しても、加工比は中央部で８、端
部で９以上である。鍛造直後からＡｒ１変態点までの冷
却速度は。

最も幅の狭いフランジ部で２℃／ｓｅａ、、他の部位で
も０．８℃／ｓｅｃ、以上であった。

鍛造後、車軸の長手方向から衝撃試験片、および引張試
験片を採取し、衝撃値、強さについて試験した。その結
果は第２表に示した。

また、１２０　Ｘ　１２０ｍｍ鋳片°と、１２０＋ｍｍ
φ捧鋼をそれぞれ１２５０℃に加熱、水焼き入れし、６
００℃で焼き戻し、旧オーステナイト結晶粒度をＪＩＳ
に準じて測定した。この結果も、第２表に合せて示した
。

この結果から分かるように、鋳造時の冷却速度が大きく
、圧延を施していない鋳片を１２５０℃に加熱した際の
オーステナイト結晶粒度番号は約＃９であって、圧延を
施した棒鋼の結晶粒度番号＃４より非常に微細となって
いる。また、鍛造後の衝撃値と強さも、圧延を施してい
ない鋳片を鍛造したものの方が、より優れている。

［発明の効果コ 以上、本発明の方法により、鍛造後の調質処理を省略し
てもなお機械的性質の優れた機械構造用熱間鍛造部品を
安価で製造することができる。

特許出願人　　新日本ＩＰ鐵株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 重量％で Ｃ：０．１８〜０．５０％ Ｓｉ：０．１０〜１．００％ Ｍｎ：０．５０〜２．００％ Ｃｒ：０．１０〜１．００％ Ｖ：０．２０％以下 Ｔｉ：０．００５〜０．０５％ Ａｌ：０．００５〜０．０５０％ Ｎ：０．００５〜０．０２５％ を含み、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、かつ下
   記に示す炭素当量Ｃｅｑ．が０．７０％以上、１．１５
   ％以下である鋼を通常の方法で溶製し、連続鋳造機にて
   鋳造する際に、凝固点から１０００℃までの冷却速度が
   ２０℃／ｍｉｎ．以上となるように鋳造し冷却後、この
   鋳片を圧延工程を経ることなしに、１２８０℃以下の温
   度に加熱し、熱間鍛造により加工比６以上で機械部品に
   成形した後、加工温度からＡｒ＿１変態点までの温度範
   囲を０．５〜５℃／ｓｅｃ．の冷却速度で冷却し、調質
   処理を施すことのない機械構造用熱間鍛造非調質部品の
   製造方法。 Ｃｅｑ．＝Ｃ＋Ｍｎ／５＋Ｓｉ／７＋Ｃｒ／９＋１．５
   ４Ｖ