JPH02179841A

JPH02179841A - 高周波焼入用非調質鋼およびその製造方法

Info

Publication number: JPH02179841A
Application number: JP33191288A
Authority: JP
Inventors: Kazue Nomura; 一衛野村
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 1988-12-29
Filing date: 1988-12-29
Publication date: 1990-07-12

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］本発明は熱間圧延のままで、焼入れ焼もどし等の熱処理
を行うことなく、所望の強度、靭性を得ることができ、
さらに高周波焼入において１０＋＠ａｉ以上の表面硬化
能を有しているために、特に産業車両、建設機械等に用
いられるビン、シャフト等の機械構造部品に適した高周
波焼入用非調質鋼に関するものである。

［従来の技術］産業車両、建設機械等において、耐摩耗性、耐かじり性
あるいは疲労強度が要求されるビン類、シャフト類ある
いはロッド類等には、ＪＩＳ　　５４５Ｃ等の機械構造
用炭素鋼、ないしはＳＣＭ４３５等の機械構造用合金鋼
が広く使用されている。

これらの部品は、上記鋼種の圧延材もしくは荒加工品を
焼入れ焼もどし処理を行い、所定の強度、靭性を付与し
た後、機械加工により、所定の形状にした後、さらに必
要な部位に高周波焼入を施すことにより製造される。

ここで高周波焼入は部品の耐摩耗性、耐かじり性あるい
は疲労強度を向上させるための処理として必要なもので
あるが、その性能は硬化硬さと硬化深さによって支配さ
れる。硬化硬さについては、一般にＨｖ６００以上が必
要とされる。また、硬化深さは部品径の１０％以上が望
まれる。

特に硬化深さについては、部品径が小さい場合には問題
ないが、例えば１００１φ以上の大きな部品となると硬
化深さは１０−一以上求められることになり、３４５Ｃ
等の炭素鋼棹ては焼入性が不足しており、硬化深さの達
成は困難であるため、やむなく浅い硬化深さにて使用す
るか、あるいは高価なＳＣＭ４３５等の合金鋼を用いる
のが現状である。

［発明が解決しようとする問題点］そこで、焼入焼もどし処理を省略しても、所定の強度、
靭性が得られる非調質鋼の研究、開発が盛んに行なわれ
ており、一部実用化されている。

しかし、これら非調質鋼は、中炭素鋼、あるいは中炭素
マンガン鋼に適当量の■を添加したものであり、強度、
靭性については、焼入焼もどし材に比べて同程度確保さ
れているが、焼入性については、中炭素鋼、中炭素マン
ガン鋼と同程度であり、１０輪−以上という硬化深さを
達成するのは困難である。

焼入性を向上させるために、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ等を添加
する方法が考えられるが、熱間圧延のままでは、ベイナ
イト、マルテンサイト等の異常組織が生成され、靭性の
低下、あるいは硬さ増加による切削性の低下が生じ、実
用的ではない。

このような従来技術において、焼入焼もどしが省略でき
高周波焼入によって１０−一以上の深い硬化能が得られ
れば大幅なコスト低減が図られ、省エネルギー等の社会
的要請には応えることができる８本発明は従来の非調質
鋼の前記のごとき問題点に鑑みてなされたもので、熱間
圧延のままで充分な強度、靭性が得られ、さらに高周波
焼入時に優れた硬化深さが得られる高周波焼入用非調質
鋼を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］本発明者は従来の非調質鋼の焼入性について鋭意研究を
重ねた。その結果、Ｂ添加により焼入性を向上させるこ
とを着想した。ところでＢを添加した場合、Ｎが存在す
ると、Ｂと窒化物を作り易いので、従来は窒素量に応じ
たＴｉを添加してＴｉＮとしてＮを固定し、Ｂの添加を
有効活用していた。しかしながら、Ｂ添加の場合にこの
ような手法を取ると、粗大なＴｉＮの存在によって結晶
粒が粗大化してしまうという欠点がある。

そこでＡｌを使ってＮを固定することを考えた。

Ａｌを使ってＮを固定すると、ＡｌＮの存在によって結
晶粒の微細化が図られる。また、Ｂを添加する場合はＮ
量を低減するのが普通であるが、ＡｌによりＮを固定す
る場合は、Ｎをｆｌ極的に添加してＡｌＮ量を増加する
ことが必要である。一方、Ａｌに比べてＴｉの方がＮと
の結合力が強いので、Ｔｉは可及的に低減し、Ｔｉで固
定できなかったＮをＡｌで固定することが好ましい。

本発明は前記のごとき新たな知見に基づき、Ａ、Ｔｉ、
Ｂ、Ｎの最適の組成範囲の組み合わせを見出だすことに
より完成されたものである。さらに、所望の強度および
靭性を得るためには、所定の制御圧延が必要であること
を見出だした。

本発明の高周波焼入用非調質鋼は第１発明として、重量
比でＣ；０．３０〜０．６０％、Ｓｉ；０．１０〜０．
８０％、Ｍｎ；０．６０〜２．００％、Ｃｒ：０．６０
％以下、Ｖ：０．０５〜０．３０％、Ａｌ；Ｏ。

０３０〜０．１００％、Ｎ、０．００８０〜０．０２０
０％、Ｂ、０．０００５〜０．００５０％を含有し、残
部がＦｅおよび不純物元素からなることを要旨とする。

第２発明は第１発明にさらにＴｉ；０．００５へ０．０
２０％を含有し、第３発明は第１発明の切削性を改善す
るため、さらにＳ　；０　、ｏ　４〜０．１０％、ｐｂ
；ｏ、０５〜０．３０％、Ｃａ；Ｏ。

０００５〜０．００６０％のうち１種または２種以上を
含有したことを要旨とする。

また、本発明の高周波焼入用非調質鋼の製造方法は、第
１発明鋼〜第３発明鋼を１０００〜１３００℃に加熱し
たｆ＆、８００〜９００℃の温度域にて６０％以上の減
面率で熱間圧延し、８００℃から６００℃の間を１〜ｂことを要旨とする。

［作用］本発明鋼は適当量のＶを添加することにより、熱間圧延
のままでフェライト−パーライト組織が得られ、８４５
Ｃ材の焼入焼もどしと同程度の強度と靭性を得ることが
できる。

また、Ｂを添加したことにより、Ｓ０Ｍ４３５並の焼入
性が得られ、高周波焼入時の硬化深さが１０１以上とい
う優れた硬化能が確保される。この、Ｂの添加は、含有
されるＮが同時に添加されるＴｉおよびＡｌによりＴｉ
ＮおよびＡｌＮとして固定されるため、焼入硬化能の確
保のため極めて効果的に活用される。

しかも、Ｎを固定したＡｌＮは結晶粒を微細化するので
、強度および靭性を向上する。そこで、本発明では、従
来Ｂを添加した場合にＮを可及的に減少するのであるが
、積極的にＮを添加して結晶粒微細化に必要なＡｌＮ量
を確保している。そのため、本発明においてＡｌとＮと
の比率は３以上とすることが望ましい、さらに、Ｍｎが
焼入性を向上するので、Ｍｎの添加は焼入深さの１１整
をすることに役立つ。

本発明においては、フェライト−パーライト組織を得る
ことが前提となる。鋼材の焼入性を上げるためには、Ｃ
「、Ｍｏ、Ｎｉを添加するのが一般的であるが、これら
元素の添加により、熱間圧延のままではベイナイトある
いはマルテンサイトが出てしまう、そうすると、靭性が
低下したり、硬さが上がって切削性が劣化する０本発明
ではフェライト−パーライト組織が得られるが、焼入性
はＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏを添加したものと同程度である。

本発明においては、１０００〜１３００℃に加熱した後
、８００〜９００℃の温度域にて６０％以上の減面率で
熱間圧延し、８００℃から６００℃の間を１〜ｂ圧延によって、組織が微細化され所望の強度と靭性を確
保することができる。

次に、本発明の高周波焼入用非調質鋼の化学成分の組成
限定理由を説明する。

Ｃ；０．３０〜０．６０％Ｃは機械構造用部品としての強度を確保する上で、ある
いは高周波焼入硬さを確保する上で、必要不可欠な元素
であり、０．３０％以上の含有が必要である。しかし、
０．６０％を越えて含有されると靭性が低下するので、
上限を０．６０％とした。

Ｓｉ；０．１０〜０．８０％Ｓｉは製鋼時に脱酸剤として添加されるものであって、
０．１０％未満ではその作用が不足する。

しかし、０．８０％を越えて含有されると、靭性を著し
く低下させるので、上限を０．８０％とした。

Ｍｎ；０．６０〜２．００％Ｍｎはフェライト−パーライト組織の強度確保、Ｓの固
定として０．６０％以上の含有が必要である。しかし、
２．００％を越えて含有されると、焼入性が向上し過ぎ
て熱間圧延のままでベイナイト、マルテンサイト等を発
生させ、必要以上に強度を増加させ、また切削性を低下
させるので、その上限を２，００％とした。

Ｃｒ；０．６０％以下Ｃｒはフェライト−パーライト組織の強度確保のために
、添加しても良いが、０．６０％を越えると焼入性が向
上し過ぎて熱間圧延のままでベイナイト、マルテンサイ
ト等を発生させ、必要以上に強度を増加させ、また切削
加工性を低下させるので、上限を０．６０％とした。

Ｖ、０．０５〜０．３０％ ■は微細な炭化物を析出し必要な強度および靭性を得る
のに必要な元素である。０．０５％未満ではその効果が
不充分なので、下限を０．０５％とした。しかし、０．
３０％を越えて含有されせてもその効果が飽和するとと
もに、コスト高となるので、上限を０．３０％とした。

Ａｌ・０．０３０〜０．１００％ＡｌはＢと結合し易いＮをＡｌＮの形で固定し、Ｂの添
加効率を向上させるとともに、ＡｌＮによって結晶粒を
微細化するために必要な元素である。

前記効果を得るためには０．０３０以上含有されること
が必要である。しかし、０．１００％を越えて含有され
ると、Ａ　Ｉ２０　、量が多くなり、切削性を阻害する
ので、上限を０．１００％とした。

Ｎ・ｏ、ｏｏｓｏ〜０．０２００％ＮはＡｌと結合してＡｌＮを生成し、結晶粒を微細化す
るのに必要な元素であり、０．００８０％以上が含有さ
れることが必要である。しかし、０．０２００％を越え
て含有されると、靭性を低下するので、上限を０．０２
００％とした。

Ｔｉ・０．００５〜０．０２０％ＴｉはＢと結合し易いＮをＴｉＮの形で固定するととも
に、強度を向上させるのに必要な元素であり、この効果
を得るためには０．００５％以上の含有が必要である。

しかし、０．０２０％を越えて添加されると、粗大な窒
化物が形成されミクロ組織を粗くするので、上限を０．
０２０％とした。

Ｂ、０．０００５〜０．００５０％Ｂは焼入性を改善し高周波焼入時に硬化深さを確保する
ために必要な元素であり、この効果を得るためには０．
０００５％以上の添加が必要である。しかし、０．００
５０％を越えて添加してもその効果が飽和するので、上
限を０．００５０％とした。

Ｓ　、０．０４〜０．１０％、Ｐｂ；０．０５〜０．３
０％、Ｃａ；０．０００５〜０．００６０％ｓ、ｐｂお
よびＣａは鋼の切削性を改善する元素であり、この効果
を得るためには３０．０４％以上、Ｐｂ０．０５％以上
、ＣａＯ，０Ｏ０５％以上を添加する必要がある。しか
し、３０．１０％以上、Ｐ）１０．３０％以上、Ｃａ０
．００６０％以上を添加すると熱間加工性が劣化するの
で、上限をそれぞれ０．１０％、０．３０％および０．
００６０％とした。

加熱温度を１０００〜１３００℃としたのは１０００℃
未満では鋼中へのＶの固溶が十分でなく、かつ１３００
℃を超えると結晶粒の粗大化や一部溶解するためであり
、また本発明の制御圧延において、８００〜９００℃の
温度域で熱間圧延することとしたのは、８００°Ｃ未満
の温度では圧延が困難であり組織が不均一になるからで
あり、９００℃を越えると組織が微細化されないからで
ある。

熱間圧延の減面率を６０％以上としたのは、減面率が６
０％未満であると組織が微細化されないからである。さ
らに熱間圧延後に８００℃から６００℃の間の冷却速度
を１〜ｂ１℃より低いと充分な強度が得られないからであり、８
０℃を越えるとベイナイトが発生し切削性が劣化するか
らである。

［実施例］次に、本発明の特徴を従来鋼、比較鋼と比べて実施例で
以て明らかにする。

第１表はこれら供試鋼の化学成分を示すものである。

〈以下余白）第１表において、Ａ〜Ｊ鋼は本発明鋼であって、Ａ−Ｄ
ｌは第１！明、Ｅ　−Ｆ　Ｍ　ハ第２　発明、Ｇ〜Ｊ鋼
は第３発明鋼である。また、Ｋ〜Ｍ鋼は比較鋼であって
、Ｉ（鋼はＡｌが本発明の組成範囲より低い比較鋼、Ｌ
鋼はＮが本発明の組成範囲より低い比較鋼、Ｍ＃ｌはＢ
を含有しない比較鋼である。

ＮｍはＳ４５Ｃ相当の従来鋼、Ｏ＃ｌはＳ　ＣＭ　４３
５相当の従来鋼である。

第１表に示す本発明鋼および比較鋼については、直径２
００１１ＩＩの丸棒を１２５０℃に加熱後、８５０℃に
て直径１２０ｍｍの丸棒に熱間圧延後、８゜０℃から６
００℃の間を２０℃／分の冷却速度で冷却した。また、
従来鋼Ｎ鋼および０鋼は直径１２０曽−に圧延した丸棒
を８８０℃にて加熱後、油浴中へ焼入れを行い、続いて
５８０’Ｃにて焼もどしを行った。各供試材の表面より
３ｏｌの位置よりＪＩＳＪ号試験片およびシャルピーＪ
ＩＳＢ号試験片を採取し試験に供した。続いて各供試鋼
について１１０＋＊ｍな切削し高周波焼入を行い５表面
硬さおよび硬化深さを測定した。得られた結果は第２表
に示した。なお、高周波焼入条件は電力２００に一１電
圧６４０■、周波数５に１−１ｚ、送り２゜５Ｒ１１１
１／秒、焼入後の焼もどしは１８０℃×２時間であり、
各供試鋼につき同一条件で行った。

（以下余白〉第２表から知られるように、比較例であるに＃ｌはＡｌ
含有量が低いために窒素が固定されずＢ添加の効果が削
減されて衝撃値が低くかつ焼入硬化深さが十分でない、
また、比較例であるＬ鋼はＮが本発明の組成範囲より低
いため、硬化深さは得られるものの結晶粒が微細化され
ずに引張強さ、衝撃値および表面硬さが不十分である１
Ｍ鋼はＢを含有しない比較鋼であるが、焼入性が十分で
ないため、硬化深さが不足する。従来鋼のＮ鋼は焼入性
の不足のため硬化深さが不十分である。

これに対して、本発明鋼であるＡ〜Ｊ鋼は、引張強さは
ほぼ従来鋼の０鋼（ＳＣＭ４３５）に匹敵し、衝撃値は
従来鋼の０鋼にやや劣るものの６〜８　ｋｇｆｍ／　ｃ
＋ｅ’が得られており、また表面硬さはＨｖ６１０〜７
８０であってＯｆＲに優り、さらに硬化深さは０鋼並の
１２．５ｍｍが得られ、全体的には０鋼に匹敵するかそ
れより優る高周波焼入特性の得られることが確認された
。

［発明の効果］本発明の高周波焼入用非調質鋼およびその製造方法は以
上説明したように、Ｂを添加して高周波焼入による硬化
深さを確保するとともに、ＮをＡｌＮとして固定しＢの
添加の効果を有効活用する一方、Ｎを積極的に添加して
結晶粒微細化に必要なＡｌＮ量を確保し、さらに本発明
方法による制御圧延により組織が微細化され所望の強度
と靭性が確保される。そのため、本発明鋼はＳＣＭ４３
５等の高価なｆｉ械楕遣用低合金鋼に匹敵するかむしろ
それより優る高周波焼入硬化能を有するとともに、十分
な強度と靭性を具備し、産業車両、建設機械に用いられ
るビン、シャフト等の機械構造部品に極めて有用な材料
である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量比でＣ；０．３．〜０．６０％、Ｓｉ；０．
１０〜０．８０％、Ｍｎ；０．６０〜２．００％、Ｃｒ
；０．６０％以下、Ｖ；０．０５〜０．３０％、Ａｌ；
０．０３０〜０．１００％、Ｎ；０．００８０〜０．０
２００％、Ｂ；０．０００５〜０．００５０％を含有し
、残部がＦｅおよび不純物元素からなることを特徴とす
る高周波焼入用非調質鋼。
（２）重量比でＣ；０．３０〜０．６０％、Ｓｉ；０．
１０〜０．８０％、Ｍｎ；０．６０〜２．００％、Ｃｒ
；０．６０％以下、Ｖ；０．０５〜０．３０％、Ａｌ；
０．０３０〜０．１００％、Ｎ；０．００８０〜０．０
２００％、Ｂ；０．０００５〜０．００５０％、Ｔｉ；
０．００５〜０．０２０％を含有し、残部がＦｅおよび
不純物元素からなることを特徴とする高周波焼入用非調
質鋼。
（３）重量比でＣ；０．３０〜０．６０％、Ｓｉ；０．
１０〜０．８０％、Ｍｎ；０．６０〜２．００％、Ｃｒ
；０．６０％以下、Ｖ；０．０５〜０．３０％、Ａｌ；
０．０３０〜０．１００％、Ｎ；０．００８０〜０．０
２００％、Ｂ；０．０００５〜０．００５０％を含有し
、さらにＳ；０．０４〜０．１０％、Ｐｂ；０．０５〜
０、３０％、Ｃａ；０．０００５〜０．００６０％のう
ち１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不純
物元素からなることを特徴とする高周波焼入用非調質鋼
。
（４）重量比でＣ；０．３０〜０．６０％、Ｓｉ；０．
１０〜０．８０％、Ｍｎ；０．６０〜２．００％、Ｃｒ
；０．６０％以下、Ｖ；０．０５〜０．３０％、Ａｌ；
０．０３０〜０．１００％、Ｎ；０．００８０〜０．０
２００％、Ｂ；０．０００５〜０．００５０％を含有し
、残部がＦｅおよび不純物元素からなる鋼を１０００〜
１３００℃に加熱した後、８００〜９００℃の温度域に
て６０％以上の減面率で熱間圧延し、８００℃から６０
０℃の間を１〜８０℃／分にて冷却することを特徴とす
る高周波焼入用非調質鋼の製造方法。
（５）重量比でＣ；０．３０〜０．６０％、Ｓｉ；０．
１０〜０．８０％、Ｍｎ；０．６０〜２．００％、Ｃｒ
；０．６０％以下、Ｖ；０．０５〜０．３０％、Ａｌ；
０．０３０〜０．１００％、Ｎ；０．００８０〜０．０
２００％、Ｂ；０．０００５〜０．００５０％、Ｔｉ；
０．００５〜０．０２０％を含有し、残部がＦｅおよび
不純物元素からなる鋼を１０００〜１３００℃に加熱し
た後、８００〜９００℃の温度域にて６０％以上の減面
率で熱間圧延し、８００℃から６００℃の間を１〜８０
℃／分にて冷却することを特徴とする高周波焼入用非調
質鋼の製造方法。
（６）重量比でＣ；０．３０〜０．６０％、Ｓｉ；０．
１０〜０．８０％、Ｍｎ；０．６０〜２．００％、Ｃｒ
；０．６０％以下、Ｖ；０．０５〜０．３０％、Ａｌ；
０．０３０〜０．１００％、Ｎ；０．００８０〜０．０
２００％、Ｂ；０．０００５〜０．００５０％を含有し
、さらにＳ；０．０４〜０．１０％、Ｐｂ；０．０５〜
０．３０％、Ｃａ；０．０００５〜０．００６０％のう
ち１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不純
物元素からなる鋼を１０００〜１３００℃に加熱した後
、８００〜９００℃の温度域にて６０％以上の減面率で
熱間圧延し、８００℃から６００℃の間を１〜８０℃／
分にて冷却することを特徴とする高周波焼入用非調質鋼
の製造方法。