JPH02190442A - 温間鍛造用肌焼鋼 - 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、温間鍛造後の浸炭処理で内部結晶粒の粗大化
が起こらず、靭性の優れた肌焼鋼を与える温間鍛造用肌
焼鋼に関するものである。

［従来の技術］ 近年、機械構造用部品の製造において、工程の簡素化や
省エネルギー化を目的として、温間鍛造の採用が広がり
つつある。この温間鍛造とは、従来の熱間鍛造と冷間鍛
造のそれぞれの長所を取り入れた鍛造法である。温間鍛
造は、加工温度域が熱間鍛造に比べて低いためスケール
の生成や熱歪が少なく、冷間鍛造に近い寸法精度を得る
ことができる。また、冷間鍛造に比べると、鍛造後に組
織回復及び再結晶が起こるため、冷間鍛造で必須とされ
る鍛造後の焼きなまし処理を省略し得る、といった利点
を有している。

他方、歯車等の機械構造用部品については、耐摩耗性を
向上させるため成形後に浸炭処理が施されることが多い
。この浸炭処理は、９００℃近傍での長時間にわたる加
熱を要する処理であるから、部品内部で結晶粒が粗大化
して歪を発生させたり靭性を低下させる。そこで、こう
した問題を解決するための手段として、冷間鍛造用鋼の
場合と同様に、例えばＡＩ％Ｎｂ、Ｔｉ等の細粒化元素
と多量のＮを添加して窒化物や炭化物を生成させ、加熱
時の結晶粒の粗大化を防止する方法が提案されている。

（特開昭６０−２６２９４１、同６２−９９４１６、同
６３−４０４２等）。

しかしこれらの従来法では、８００℃程度以下で温間鍛
造した後９５０℃程度で浸炭処理を行なったときに、結
晶粒の粗大化を完全に阻止することができない、これは
、浸炭加熱時における初期粒度が粒度番号で１１．５番
以上の超微細粒となり、９５０℃付近の浸炭加熱時に結
晶粒が粗大化するためである。

そこでこのような結晶粒粗大化の問題を解消するため、
Ｃｕ、Ｎｉ、Ｎｂ等を微量添加し、初期粒を適度に成長
させておくことにより浸炭加熱時の結晶粒の粗大化を抑
制する方法も提案されたが、必らずしも満足のいく結果
は得られていなし） そこで最近では、温間鍛造後に焼きなまし処理を行ない
浸炭加熱時の結晶粒の粗大化を抑えたり、或は温間鍛造
温度を結晶粒の粗大化しない熱間鍛造温度域に近づける
等の方法が採用されている。しかしこの様な方法を採用
することは、即ち、先に示した温間鍛造の利点を著しく
損なうものであり、好ましい方法とは言えない。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、上記の様な従来の温間鍛造用肌焼鋼に指摘さ
れる問題を解消するためになされたものであって、たと
えば３００〜９５０ｔ：といった温度域で温間鍛造を行
なフた後９５０ｔ：程度の浸炭加熱処理を施した場合で
も内部結晶粒が粗大化せず、優れた靭性の肌焼鋼を与え
る様な温間鍛造用肌焼鋼を提供しようとするものである
。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決することのできた本発明の構成は 重量％で Ｃ：　　０．１０　　　ＮＯ，３０％ Ｓｉ：０．１　　　〜０．５　　　％ Ｍ　　ｎ　　：　　０．３　　　〜２．０　　　　％Ｃ
ｕ　　：　　０．１　　　〜０．５　　　　％Ｃｒ　　
：　　０．３　　〜２．０　　　　％Ａ　　１　　：　
　０．０１５　〜０．０７　　％Ｔ　　ｉ　　：　　０
．０１　　〜０．０８　　％Ｎ　　　　：　　０．００
４　〜０．０１８　　％を含有するほか、 Ｎ　ｉ　：　０．１〜０．５％ Ｎ　ｂ　：　０．０１〜０．０８％ の１種または２種を含みあるいはこれらに加えて更に靭
性改善成分として Ｍｏ：０．３％以下 Ｚ　ｒ　：　０．３％以下 Ｖ　　：０．３％以下 の１　ｆｆｆｉ以上を含み残部がＦｅ及び不可避不純物
からなるところに要旨を有するものである。

［作用］ 本発明において、温間鍛造用肌焼鋼の化学成分を上記の
様に定めた理由は次の通りである。

Ｃは、機械構造用部品として必要な強度を付与するため
に不可欠の成分であり、少なくとも０．１０％含有させ
なければならない、　０．１０％未満である場合は目標
レベルの強度が得られないばかりでなく、所定のＣ濃度
を得るための浸炭時間が非常に長くなる。しかしＣ量が
多過ぎる場合は、浸炭焼入れ後に実施される低温焼戻し
処理によっても内部靭性を十分に高めることができなく
なるので、０．３０％以下に抑えなければならない。

Ｓｉは、鋼の脱酸元素として作用するほか、機械構造用
部品としての要求強度を確保するための焼入れ性向上元
素及び固溶強化元素として重要な成分であり、０．１％
以上含有させなければならな′い。しかし多過ぎると珪
酸塩系の不純介在物量が増大し、温間加工性が悪化する
ばかりでなく、温間鍛造後の硬度が高まり、その後の仕
上冷間加工性や切削加工性が低下し、更には、浸炭後の
内部硬度が高くなって内部靭性が乏しくなるので添加量
の上限を０．５％とする。

Ｍｎは脱酸効果及び焼入れ性向上効果を有しており、こ
れらの効果を有効に発揮させるには、少なくとも０．３
％の添加が必要である。しかし多過ぎると、温間鍛造後
の冷却時にベイナイトやマルテンサイト組織が生成し、
その後の仕上冷間加工や切削加工性が低下すると共に、
微細なベイナイト組織の生成により浸炭時の結晶粒が粗
大化して内部靭性が悪くなるので、添加量の上限を２．
０％とする。

Ｃｒは、焼入れ性を向上させ、強度及び靭性をバランス
よく高める効果を有し、この様な効果を有効に発揮させ
るには、０．３％以上を添加することが必要である。し
かし多過ると温間鍛造時の変形抵抗が高くなり、金型寿
命を短縮すると共に、鍛造後の冷却時にベイナイト組織
を生成させ、その後の仕上冷間加工性や切削加工性を阻
害するので、添加量は２．０％以下とする。

Ｃｕは所定量のＴｉと、Ｎｌ及び／又はＮｂとの複合効
果により初期粒を適度に成長させ、浸炭処理時の結晶粒
の粗大化を防止するのに必要な元素であフて、０．１％
以上添加しなければならない。こうした効果はＣｕの添
加量を増やすにつれて増大するが０．５％を超えると熱
間脆性が悪くなり鋼塊を製造する際に割れが発生し易く
なるため０．５％を上限とした。

Ｔｉは窒素及び酸素と結合して適量の酸化物や窒化物を
生成し、結晶粒の粗大化を防止する作用があり、こうし
た効果を有効に発揮させるには０．０１％以上含有させ
なければならない、しかしその効果は０．０８％で飽和
し、それ以上加えても素材コストが高くなるだけである
ので、Ｏ，Ｏａ％を上限とした。

Ｎは、浸炭加熱時における結晶粒の粗大化を防止するの
に有効な元素であり、０．００４％以上含有させなけれ
ばならなず、より好しいのは０．００９％以上である。

しかし０．０１８％を超えると、初期粒が微細になり過
ぎて浸炭後の結晶粒が粗大化するので上限を０．０１８
％とした。

Ａｌは脱酸成分として作用するほか、窒素と結合してＡ
ＩＮを生成し、浸炭加熱時の結晶粒の粗大化を防止する
作用があり、こうした作用を有効に発揮させるには、０
．０１５％以上添加しなければならない。しかし多過ぎ
ると、Ａｌ２Ｏ，等の非金属介在物量の増大及びそれに
伴なって靭性の低下といった弊害が現われてくるので上
限を０．０７％と定めた。

Ｎｉは、所定のＣｕおよびＴｉとの複合効果によフて初
期粒を適度に成長させ、浸炭後の結晶粒の粗大化を防止
する作用があり、こうした作用を有効に発揮させるには
０．１％以上添加しなければならない。しかしその効果
は０．５％で飽和しそれ以上加えても素材コストが高く
なるだけであるので、上限を０．５％とした。

Ｎｂは、Ｔｉと同様Ｎや酸素と結合して炭化物や窒化物
を析出し、結晶粒の粗大化を防止する効果がある。こう
した効果は０．０１％以上添加することによって有効に
発揮されるが、その効果はＯ，Ｏａ％で飽和し、それ以
上加えても素材コストが高くなるだけであるので、上限
は０．０８％とした。

本発明に係る温間鍛造用肌焼鋼の必須成分は上記の通り
であるが、これらに加えて少量のＭＯを添加すると靭性
を更に高めることができ、またＺｒやＶを少量添加する
と結晶粒の粗大化が更に抑えられ、靭性が一段と改善さ
れる。しかしＭ。

が０．３％を超えると温間鍛造後の冷却時にベイナイト
やマルテンサイト組織が生成し、その後の仕上冷間加工
や切削加工性が低下すると共に、微細なベイナイト組織
の生成により浸炭時の結晶粒が粗大化して内部靭性が悪
くなる。また、Ｚｒ及び■が夫々０．３％を超えるとそ
の効果は飽和し、それ以上加えても素材コストが高くな
るだけであるのでこれらは夫々０．３％以下に抑えなけ
ればならない。

［実施例］ 第１表に示す化学成分の鋼材を溶製し、直径２２１Ｉｌ
ｆｆｉの棒状に熱間圧延した後、直径２０ＩｌｌＩ１１
×長さ３０ＩＩＩＩ１１に機械加工して供試材とした。

これを３００〜９５０℃に加熱して温間据込加工を行な
い、次いで９００〜９５０℃で３時間浸炭処理を行なっ
た。該浸炭処理時における粒成長の程度を確認するため
、加熱初期のオーステナイト結晶粒を調べた。この初期
粒度は、温間鍛造後の供試材を９００℃に加熱した直後
に水焼入れを行なって調べた。また浸炭処理後の結晶粒
度も同様にして調べた。

初期粒度を第２表に、また浸炭処理後の結晶粒度を第３
表に夫々−括して示す。また浸炭処理材の内部衝撃特性
を第４表に示す。

第 表 浸炭処理材の内部衝撃値 （ｋｇｆ−＋ｎ／ｃｍ’１ 上記実験結果より次の様に考えることができる。

ｆＪ４Ｎｏ、１〜１０は本発明の規定要件を満たす実施
例であり、いずれの鍛造温度でも初期結晶粒度は過度に
微細化しておらず、浸炭処理材の結晶粒は粒度ＮＯ６６
以上の微細粒であり、いずれも高い内部衝撃値が得られ
ている。

これに対しｆｉＮｏ、１１〜１５は本発明で規定する要
件のいずれかを欠く比較例であり、下記の様な問題があ
る。

鋼Ｎｏ、１１゜ １２：Ｎｏ、１１はＣｕ量が不足 し、Ｎｏ、１２はＴｉ量が不足する 比較例であり、特に７５０℃以下 の鍛造温度で初期結晶粒が微細と なり、浸炭処理後の結晶粒が粗大 化して内部衝撃値が低くなってい る。

鋼Ｎｏ、１３　：　Ｎ量が不足する比較例であり、結晶
粒の粗大化を抑制するのに必要 な窒化物量が少ないため、９００ ℃の浸炭加熱温度で結晶粒は粗大 化しており、内部靭性が乏しい。

鋼Ｎｏ、１４：Ｎ量が規定範囲を超える比較例であり、
窒化物の量が多過るため初 期結晶粒が微細となって浸炭処理 後の結晶粒が粗大化し、内部衝撃 性が低くなっている。

鋼Ｎｏ、１５：本発明で必須とされるＮｉ及びＮｂ両者
の含有率が不足する比較 例であり、初期結晶粒が微細で あって浸炭処理後の結晶粒が粗大 化し、内部靭性が劣悪になってい る。

［発明の効果］ 以上の様に本発明の温間鍛造用肌焼鋼は、所定量のＣｕ
とＴｉ及び所定量のＮｉとＮｂを単独あるいは複合で添
加して浸炭加熱時の初期粒を適度に成長させることによ
り、温間鍛造後に焼なまし等の熱処理を施さなくとも浸
炭処理後の結晶粒を粒度Ｎｏ、６以上の整細粒とするこ
とができ、強度及び靭性の共に優れた浸炭成品を得るこ
とができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で Ｃ：０．１６〜０．３０％ Ｓｉ：０．１〜０．５％ Ｍｎ：０．３〜２．０％ Ｃｕ：０．１〜０．５％ Ｃｒ：０．３〜２．０％ Ａｌ：０．０１５〜０．０７％ Ｔｉ：０．０１〜０．０８％ Ｎ：０．００４〜０．０１８％ を含有するほか、 Ｎｉ：０．１〜０．５％ Ｎｂ：０．０１〜０．０８％ の１種または２種を含み残部がＦｅ及び不可避不純物か
   らなることを特徴とする耐粗粒化性に優れた温間鍛造用
   肌焼鋼。
2. （２）重量％で Ｃ：０．１０〜０．３０％ Ｓｉ：０．１〜０．５％ Ｍｎ：０．３〜２．０％ Ｃｕ：０．１〜０．５％ Ｃｒ：０．３〜２．０％ Ａｌ：０．０１５〜０．０７％ Ｔｉ：０．０１〜０．０８％ Ｎ：０．００４〜０．０１８％ を含有するほか、 Ｎｉ：０．１〜０．５％ Ｎｂ：０．０１〜０．０８％ の１種または２種を含み、 その他、更に Ｍｏ：０．３％以下 Ｚｒ：０．３％以下 Ｖ：０．３％以下 の１種以上を含有し、残時がＦｅ及び不可避不純物から
   なることを特徴とする耐粗粒化性に優れた温間鍛造用肌
   焼鋼。