JPH02129341A - 冷間鍛造性及び高周波焼入性に優れた機械構造用炭素鋼 - 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、冷間鍛造性及び高周波焼入性に優れた機械構
造用炭素鋼で、特に冷間鍛造時の変形抵抗を低下させ鍛
造工具の寿命を向上させることを可能ならしめるととも
に高周波焼入性にも優れた機械構造用炭素鋼に関するも
のである。

〈従来の技術〉 冷間鍛造は、仕上寸法精度、材料歩留りに優れ、成形後
の切削加工が少ない等の利点からボルト・ナツトを始め
として、大型の自動車部品に至るまで適用されている塑
性加工方法である。

従来、冷間鍛造には、はとんどＣが０．４０％（−（％
以下間じ）以下の鋼材が用いられてきた。この理由は、
Ｃが０．４０％以上の鋼材においては冷間鍛造時の変形
抵抗が高く、また厳しい加工に耐え得る変形能に不足す
るためである。

しかし近年、機械部品の高強度化、特に焼入れ焼戻し後
の表面硬さに対する要請からＣが０．４０％以上の鋼材
について冷間鍛造が適用されつつある。

ところが、前述のようにこのような鋼材を用いた場合に
は変形抵抗の増加は不可避であり、工具寿命の著しい低
下あるいは変形荷重が鍛造機の能力以上となり、より大
型の鍛造機へのリプレースが必要となる等の状況を呈し
ている。

これらの点については従来から種々改善策が提案されて
いる。

例えば、特開昭６１−１１３７４４号公報では、Ｓｉ、
　Ｍｎ。

ＡＩを特定範囲内に制限し、さらにはＳ、Ｐ、ＮＯの上
限を制限することによって冷間鍛造時の変形抵抗を低減
し、焼入性をＣ及びＣｒの添加により補う方法が開示さ
れている。

しかしながら、本発明者らが検討したところによると、
上記の技術では低変形抵抗は実現されるにしても焼入性
、特に高周波焼入性に劣る等の問題があった。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明は、このような問題を解決し、冷間鍛造時の変形
抵抗を低減すると同時に高周波焼入性をも確保すること
が可能な機械構造用炭素鋼を提供することを目的とする
ものである。

〈課題を解決するための手段〉 この種鋼材はフェライト・パーライト組織では変形抵抗
が高いので球状化焼鈍を施した後冷間鍛造に供され、そ
の後高周波焼入れ及び焼戻しが実施される。

そこで本発明者らは球状化焼鈍状態における変形抵抗及
び高周波焼入性に対する各元素の影響を調査した結果、
本発明に至った。

すなわち本発明は、重量％で、Ｃ：０．４０〜０．６０
％、　Ｓｉ　：　０．０５％以下、　Ｍｎ　：　０，２
０〜０．６５％、Ｃｒ：０．３０％以下、　Ｔｉ　：　
　０．００５〜０．０５％、　　Ｂ　：　０．０００３
〜０、Ｏ０３０％、／Ｖ：０．０１〜０．０５％、さら
に必要に応じてＭｏ　：　０．０５〜０．２０％を含有
し、不純物としてのＳ：　０．０２％以下、　Ｏ：　０
．００２０％以下、　Ｎ　：　０．００７％以下に制限
され、残部は実質的にＦｅとその他の不可避的不純物か
らなることを特徴とする冷間鍛造性及び高周波焼入性に
優れた機械構造用炭素鋼である。

〈作　用〉 以下に本発明の組成割合の限定理由を述べる。

Ｃ：高周波焼入時の表面硬さ及び有効硬化深さを確保す
る上で有効な元素であって、積極的に活用するが、Ｏ．
４０％に満たないと機械部品として必要な強度を確保す
ることが困難である。また、０．６％を超えて含有する
と冷間鍛造時の変形抵抗が過大となり目的とする低変形
荷重が達成し得ないので上限は０．６％とする。

Ｓｉ：球状化焼鈍時にフェライト・マトリックス中に固
溶し冷間鍛造時の変形抵抗を上昇させるので極力低減す
ることが望ましいが、Ｏ．０５％まで許容される。

Ｍｎ：焼入性を確保する上で有用な元素であるが、球状
化焼鈍時には炭化物中に一部固溶する。このため０．２
０％未満では高周波焼入時に焼入性の不足を招くので０
．２０％以上とする。一方０．６５％を越えると変形抵
抗を増加せしめるので、Ｏ．６５％を上限とする。

Ｃ「：球状化焼鈍状態においては、炭化物中に固溶し炭
化物をｆｌ溶解性とするため高周波焼入性を劣化させる
。一方、微量の添加により球状化組織を向上し変形能を
向上させる効果がある。そこで、両者のバランスから０
．３０％を上限として添加とする。

Ｔｉ：Ｃ，Ｎと親和力が強く、それぞれと窒化物炭化物
を形成して、フェライト中の固溶Ｃ及びＮを低減する。

このため歪時効を抑制するので冷間鍛造時の変形抵抗を
低下させるとともに、Ｂの焼入性向上効果を有効に発揮
させることが可能であるが、ｏ、ｏｏｓ％未満ではこの
効果は小さく、また０、Ｏ５％を越えて含有すると巨大
な窒化物を形成する。これらは転勤疲労寿命に極めて有
害である。

上記の理由により０．０１〜０．０５％の範囲とする。

Ｂ：焼入性に有用な元素であるので積極的に添加するが
、Ｏ．０００３％未満ではその効果は小さく、一方０．
００３０％を越えて添加するとその効果が飽和するので
０．０００３〜０．００３０％に限定する。

ＡＩ脱酸材として有用であるばかりでなく、Ｎとの親和
力が強＜Ａｌ１１を形成する。このためＢの焼入性向上
効果を有効に発揮させるので積極的に添加するが、Ｏ．
０１％未満ではその効果は小さく、一方０．０５％を越
えて含有すると固溶体強化により変形抵抗を増大させる
ので、Ｏ．０２〜０．０５％に限定される。

ＳＯ３はＭｎＳ系の介在物を形成し冷間変形能を劣化さ
せるので低減することが望ましく、Ｏ．０２％以下とす
る。

Ｏ：０は鋼中のＡＩ、　Ｍｎ、　Ｓ＋等と酸化物を形成
し、冷間鍛造性及び転勤疲労寿命特性を劣化させるので
、Ｏ．００２０％以下に限定する。

Ｎ：フェライト中に固溶して歪時効を生じ、変形抵抗を
増大させるとともに、Ｂと反応してＢＮを形成し、Ｂの
焼入性向上効果を低減するので極力低減することが望ま
しいが、Ｏ．００７％以下で許容される。

さらに本発明はＭｏを添加できるが、以下に限定理由を
述べる。

門ｏ：焼入性を向上さセる元素であるが、極めて高価で
ある。そのため、Ｂの焼入性向上効果によっても焼入性
が不充分な用途に用いる。この時、添加量としては０．
０５％未満では焼入性向上への効果が小さいので、Ｏ．
０５％以上添加する必要があるが、Ｏ．２０％を越えて
含有すると加工硬化が大きく冷間鍛造時の変形抵抗を増
加させるので、上限を０．２０％とする。

〈実施例〉 以下実施例に即して本発明を説明する。

表１に示す成分組成の鋼材に球状化焼鈍を施し、１５Ｉ
Ｉ１１１φＸ２２．５＋ｎｍｌ＋の円柱型試験片を機械
加工により作成し、圧縮試験を実施した。また、３０ａ
ｍφ×１００ｍｍ１！、の試験片を作製し１５ｋｌｌｚ
の高周波焼入を行い、その後１５０’ＣＸ（ｉｏａｍの
焼戻を行い、（１ν≧３９２となる表面よりの距離を有
効硬化深さとした。

これらの結果を表１に付記する。

表１の１〜１２は本発明例であり、有効硬化深さは２．
３３〜３．１３悶、変形抵抗は７３．８〜８０．１ｋｇ
ｆ／−の値となっている。

１３〜２４は比較例であり、変形抵抗は本発明側程度の
値となっているが、有効硬化深さは１．７４〜２、１２
ｍｍと本発明例に比較して劣っている。１９〜２４は変
形抵抗が８２．５〜９０．３ｋｇｆ／ｍｊと本発明例よ
りも高い値となっている。

すなわち本発明例は変形抵抗及び高周波焼入性の両者に
優れていることが分かる。

〈発明の効果〉 かくして本発明によれば、変形抵抗が小さく冷間鍛造性
に優れ、かつ高周波焼入性にも優れた鋼材を容易に得る
ことができ、工業的に安定した高品質の機械部品の製造
に寄与するところ大である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量％で、Ｃ：０．４０〜０．６０％、Ｓｉ：０．
   ０５％以下、Ｍｎ：０．２０〜０．６５％、Ｃｒ：０．
   ３０％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％、Ｂ：０．
   ０００３〜０．００３０％、Ａｌ：０．０１〜０．０５
   ％を含有し、不純物としてのＳ：０．０２％以下、Ｏ：
   ０．００２０％以下、Ｎ：０．００７％以下に制限され
   、残部は実質的にＦｅとその他の不可避的不純物からな
   ることを特徴とする冷間鍛造性及び高周波焼入性に優れ
   た機械構造用炭素鋼。 ２、重量％で、Ｃ：０．４０〜０．６０％、Ｓｉ：０．
   ０５％以下、Ｍｎ：０．２０〜０．６５％、Ｃｒ：０．
   ３０％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％、Ｂ：０．
   ０００３〜０．００３０％、Ａｌ：０．０１〜０．０５
   ％、Ｍｏ：０．０５〜０．２０％を含有し、不純物とし
   てのＳ：０．０２％以下、Ｏ：０．００２０％以下、Ｎ
   ：０．００７％以下に制限され、残部は実質的にＦｅと
   その他の不可避的不純物からなることを特徴とする冷間
   鍛造性及び高周波焼入性に優れた機械構造用炭素鋼。