JPH0229725B2

JPH0229725B2 - Kojinseinetsukantanzoyohichoshitsubokonoseizohoho

Info

Publication number: JPH0229725B2
Application number: JP9687886A
Authority: JP
Inventors: Yoshiro Koyasu; Hirotada Takada; Katsuyoshi Kikuchi
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-04-28
Filing date: 1986-04-28
Publication date: 1990-07-02
Anticipated expiration: 2006-04-28
Also published as: JPS62253725A

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］本発明は、高い靭性を有する熱間鍛造用の非調
質棒鋼の製造方法に関するものである。自動車あるいは産業機械用の機械部品は、機械
構造用炭素鋼等を所定の形状に熱間鍛造により成
型加工後、焼入・焼戻処理（調質熱処理）と切削
加工により製造されることが多い。この製造工程
において、熱間鍛造後の熱処理を省略することに
より、多大の省エネルギー、コスト低減という工
業的な利益を享受することができる。本発明は、
この熱間鍛造後の熱処理を省略しても高い靭性を
確保できる高靭性の熱間鍛造用の非調質棒鋼の製
造方法に関するものである。［従来の技術］上述の熱間鍛造後の熱処理を省略するため、機
械構造用炭素鋼等にＶ，Nb等の元素を少量添加
した、いわゆるマイクロアロイ型の非調質鋼が知
られている。しかしこの種の非調質鋼の熱間鍛造
ままの金属組織は、著しく結晶粒の粗大化したフ
エライト・パーライト組織であり、得られる非調
質鍛造部品の靭性は極めて低く、従つて適用でき
る範囲は、エンジン部品等の高い靭性を必要とし
ない分野に限られており、足回り部品等の重要な
部品へは適用できないというのが実状であつた。この欠点を解消するため少量のTiを添加し結
晶粒の粗大化を防止し靭性の改善を図ることが提
案されているが（例えば特開昭56−38448）、その
効果は必ずしも安定したものではなく万全の対策
とはなつていないのが実状である。［発明が解決しようとする問題点］本発明は上述の機械部品製造工程において、熱
間鍛造後の熱処理を省略しても、常に安定して高
い靭性が得られる熱間鍛造用非調質棒鋼の製造方
法に関するものである。［問題点を解決するための手段］本発明者らは上記の問題点を解決するため種々
研究を重ね本発明を完成した。即ち本発明は Ceq、＝Ｃ％＋1/7×Si％＋1/5×Mn％＋1/9×Cr％＋1.54×Ｖ％上式で示されるCeq.が0.70〜1.15の範囲で且つ
Ｃ：0.20〜0.50％，Si：0.10〜1.00％，Mn：0.60
〜2.00％，Cr：0.10〜1.00％，Ｖ：0.03〜0.20％，
Ti：0.01〜0.07％，Ｎ：0.0030〜0.020％，Al：
0.005〜0.050％を含み残りは実質的に不可避の不
純物とFeよりなる鋼を通常の方法で溶製し、連
続鋳造により、凝固点から1000℃までの温度範囲
を20℃／min以上の冷却速度となるような条件で
鋳片に鋳造冷却し、その後、分塊圧延をすること
なく、直径100mm以下の棒鋼に圧延することを特
徴とする高靭性の熱間鍛造用非調質棒鋼の製造方
法である。本発明のポイントは、特定の範囲内に制限した
化学成分を有する溶鋼を鋳造する際、凝固後の冷
却速度を大きくとり且つその後分塊圧延をするこ
となく棒鋼に圧延することにより、熱間鍛造の加
熱時に生じる結晶粒の粗大化を防止し、熱鍛まま
使用する非調質鍛造部品において高い靭性が安定
して得られることを見出したことである。本発明者らは次のような実験を行つた。即ち
0.25％Ｃ，0.33％Si，1.45％Mn，0.12％Ｖ，0.35
％Cr，0.019％Ｐ，0.0020％Ｓ，0.015％Ti，
0.0066％Ｎ，0.022％Alを含み（Ceq＝0.81）残り
は実質不可避の不純物とFeよりなる鋼を真空溶
解炉により溶製した後、10Kgの鋼塊に鋳造した。
鋳造する鋳型は各種のものを準備して、凝固後第
１図又は第２図に表示のごとく種々の冷却速度で
鋳造した。得られた鋼塊は1200℃に加熱後直径30mmの丸棒
に鍛造した。この丸棒を1250℃で20分加熱後、一
つは水冷し他は大気中で自然冷却を行つた。水冷を行つた試験片より顕微鏡観察用試験片を
採取し旧オーステナイト結晶粒度を測定した。一
方自然冷却は熱間鍛造非調質鋼としての使われ方
のシユミレーシヨン試験を行つたもので、冷却後
の丸棒の長手方向に平行にJIS3号衝撃試験片を採
取し種々の温度で衝撃試験を行つた。第１図に鋼の凝固点から1000℃の間の平均冷却
速度と、再加熱後の旧オーステナイト結晶粒度の
関係、また第２図に同じく衝撃値との関係を示
す。これらの図から鋼の凝固後の冷却速度を20
℃／min以上にすることにより、熱間鍛造の加熱
温度域に再加熱した時の結晶粒の粗大化が防止さ
れその結果高い靭性が得られることがわかつた。工業的に凝固点から1000℃の温度範囲を20℃／
min以上の冷却速度で冷却するためには、連続鋳
造法を採用し、且つ鋳造の鋳型の断面の大きさを
ほぼ250×250mm以下にすればよい。更に本発明者等は凝固後の冷却速度を大きくす
るだけでは不十分で、鋳造冷却後、分塊圧延をす
ることなく製品圧延すなわち棒鋼圧延をする必要
があることを見出した。即ち0.45％Ｃ，0.22％Si，
1.10％Mn，0.11％Ｖ，0.33％Cr，0.016％Ｐ，
0.0025％Ｓ，0.013％Ti，0.0088％Ｎ，0.028％Al
を含み（Ceq＝0.91）残りは実質不可避の不純物
とFeよりなる鋼を転炉で溶製し、連続鋳造によ
り直径180mmの丸型鋼片を製造し冷却した。この
際凝固点から1000℃の範囲の冷却速度は39℃／
minとした。この鋼片から直ちに熱間棒鋼圧延に
より直径50mmの棒鋼としたものと（Ａ工程）、鋼
片を一度120×120mmの断面に熱間で分塊圧延し冷
却したのち改めて熱間棒鋼圧延により直径50mmの
棒鋼としたもの（Ｂ工程）とを製造した。この２
種類の棒鋼を1250℃の温度に20分加熱後大気中で
冷却し、冷却後、丸鋼の長手方向に平行にJIS3号
衝撃試験片を採取し、衝撃値、金属組織を検討し
た。その結果は第１表に示すごとく、鋼片を直ちに
棒鋼に圧延したもののほうが分塊圧延工程を経た
ものに比べ再加熱後の結晶粒は細かく、靭性も高
い値をしめすことが判明した。前述したごとく、従来熱間鍛造用非調質鋼の靭

【表】性向上のため、少量のTiを添加する方法が提案
されていたが、その効果が安定して得られなかつ
た。これは鋳造後の冷却速度がコントロールされ
ておらず、大型鋼塊法で製造したり、あるいは連
続鋳造方法を採用し比較的、断面の小きな鋳片に
鋳造しても、製品圧延に至までに一度分塊圧延を
行つていたことなどが大きな理由であることが本
発明者らの研究結果によつて明かとなつた。次にＣ：0.20〜0.50％，Si：0.10〜1.00％，Ｖ：
0.03〜0.20％，Mn：0.60〜2.00％，Cr：0.10〜
1.00％，Ti：0.01〜0.07％，Ｎ：0.003〜0.020％，
Al：0.005〜0.050％を含み残りは実質的に不可避
の不純物と、Feからなる鋼を真空溶解により溶
製し、凝固後1000℃までを50℃／minの冷却速度
で冷却し鋼塊を製造した。この鋼塊を1200℃に加熱後熱間鍛造により直径
30mmの丸棒とした。この丸棒を1250℃で20分加熱
後大気中で放冷し、その後丸棒の断面の硬さを測
定した。硬さは第３図に示すごとく次式のCeqとの関係
で表されることを見出した。 Ceq.＝Ｃ％＋1/7×Si％＋1/5×Mn％ 1/9×Cr％＋1.54×Ｖ％自動車、産業機械用の機械部品の硬さ範囲は、
一般にビツカース硬さで210から310の範囲である
ので、Cep.で0.7％から1.15％の範囲で必要な硬
さが確保できることを見出して、発明を完成し
た。［作用］以下に本発明の構成技術の作用について述べ
る。Ｃは非調質鍛造品のフエライト・パーライト組
織をコントロールすると共にＶと結びついて析出
硬化し部品の強度を高めるために必要な元素で、
その量が0.20％未満では必要な強度を得るための
合金元素の量が多くなり不経済であり、0.50％を
超えた場合、強度が高くなりすぎて靭性が損われ
るため請求の範囲から除いた。 Siは脱酸剤として0.10％以上必要であり、一方
1.00％を超すと必要以上に硬くなりすぎるので
1.00％を上限とした。 Mnは脱酸及びＣ，Si，Crと共に非調質鍛造製
品の強度を支配する元素であり、且つ鋼中のＳと
結びついて鋼の熱間加工時の脆化を防止するとと
もに、製品の被削性を支配する重要な元素であ
り、そのため0.60％以上必要であり、一方2.00％
を超すと製造上の困難さが増大し、且つ、かえつ
て被削性が低下するため避けなければならない。 Crは上述のMnと同様に非調質鍛造製品の強度
を向上する元素で、0.10％未満ではその効果が十
分でなく、1.00％を超して添加しても、経済的で
ないため請求の範囲からは除いた。Ｖは熱間鍛造後の冷却中に鋼中炭素と結びつい
て析出し強度を向上せしめる元素であり、0.03％
未満ではその効果は得られず、一方0.20％を超し
て添加しても、徒に硬くなり過ぎるだけであるの
で0.20％を上限した。Ｃ，Si，Mn，Cr，Ｖは何れも鍛造ままの非調
質鍛造製品の強度を上げる元素であり、その添加
量はCep.の式で算出した値で、0.70以上、1.15以
下でなければならない。これは自動車あるいは産
業機械等で使われる機械部品の硬さが、ビツカー
ス硬さで210から310の範囲であるため定めたもの
であり、従つてCeq.が0.70未満では必要な硬度が
得られず、また一方Ceq.が1.15を超すと硬くなり
すぎるため避けなければならない。 TiとＮは鋼中に窒化物を生成せしめ熱間鍛造
加熱時、鋼材の結晶粒の粗大化を防止するために
必要な元素である。このためのTi量は0.01％未満
ではその効果が得られず、又0.07％を超えて添加
されると却つてて靭性が低下するので0.07％を上
限とした。一方Ｎは0.003％未満では結晶粒の粗
大化防止効果が得られず、0.020％を超えると靭
性が低下するので避けなければならない。 Alは鋼の脱酸に必要で0.005未満では効果が得
られず、又0.05％を超して添加してもそれ以上の
効果が得られないので請求範囲から除いた。尚被削性を向上せしめる必要がある場合良く知
られている被削性向上元素であるＳ，Pb，Bi，
Ca等添加しても何等本発明の効能は損われない。次に鋳造する際、凝固後の速度をコントロール
することが本発明の技術上の重要なポイントの一
つである。凝固後1000℃までの温度範囲を20℃／
min以上の速度で冷却しないと、鍛造ままの非調
質部品の結晶粒が粗大化し靭性が低くなるので避
けなければならない。また上記のごとき条件下で冷却を行い鋳造とし
ても、製品圧延前に熱間での分塊圧延工程を通す
とやはり有効な結晶粒微細化効果が得られないの
で避けなければならない。［実施例］以下に本発明の実施例を挙げて更に詳しく本発
明を説明する。 (1) 第２表に示す化学成分を有する鋼を転炉で溶
製し、8t鋼塊（凝固後1000℃までの平均冷却速
度４℃／min）、350×560mm断面の連鋳片（同
９℃／min）、及び160×160mm断面の連鋳片
（同45℃／min）に鋳造し冷却した。8t鋼塊お
よび350×560mmの連鋳片は160×160mmの鋼片に
熱間で分塊圧延後冷却し、改めて加熱し直径70
mmの棒鋼に圧延した。又160×160mmの連鋳片の
一つは120×120mmの鋼片に熱間で分塊圧延し冷
却後、又他方は分塊圧延することなく加熱し直
径70mmの棒鋼に圧延した。この直径70mmの棒鋼
を熱間鍛造によりトラツク用の前車軸に鍛造成
型し、鍛造後大気中で自然冷却した。この鍛造
ままの車軸の中央部より軸方向に平行に衝撃試
験片、引張試験片等を採取し材質を検討した。
その結果は第３表に示すごとく、本発明方法に
よる本発明例のNo.４は、比較例のNo.１〜３に比
べ車軸は高い靭性を有していることが分かる。 (2) 第４表に示す化学成分を有する鋼を転炉で溶
製し、200×200mm断面の連鋳片（1000℃までの
平均冷却速度31℃／min）、及び160×160mm断
面の連鋳片（同47℃／min）に鋳造冷却した。
200×200mmの連鋳片の一つは160×160mmの鋼片
に熱間で分塊圧延後冷却し、又他方は分塊圧延
することなく、それぞれ加熱し直径85mmの棒鋼
に圧延した。一方160×160mmの連鋳片は分塊圧
延することなく加熱し直径85mmの棒鋼に圧延し
た。これらの直径85mmの棒鋼を熱間鍛造により
トラツク用の前車軸に鍛造成型し、鍛造後大気
中で自然冷却した。この鍛造ままの車軸の中央
部より軸方向に平行に衝撃試験片、引張試験片
等を採取し材質を調査した。結果は第５表に示
すごとく、本発明になる熱間鍛造ままの本発明
例No.６と７は比較例のNo.５に比べて車軸は極め
て高い靭性を有してことが分かる。［発明の効果］以上述べたごとく本発明の非調質棒鋼の製造方
法は、熱間鍛造後大気中で自然冷却することによ
り、従来行つていた焼入・焼戻処理を行うことな
くビツカース硬さで210から310の範囲で、高い靭
性を有する機械部品が得られ、自動車の足回り部
品等の重要保安部品に適用することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は凝固後1000℃までの平均冷却速度と再
加熱後のオーステナイト結晶粒度との関係を示す
図である。第２図は凝固後1000℃までの平均冷却
速度と衝撃値との係を示す図である。第３図は
Ceq.と硬さの関係を示す図である。

【表】

Claims

【特許請求の範囲】１下式で示されるCeq.が0.70から1.15の範囲でＣ：0.20〜0.50％ Si：0.10〜1.00％ Mn：0.60〜2.00％ Cr：0.10〜1.00％Ｖ：0.03〜0.20％ Ti：0.01〜0.07％Ｎ：0.0030〜0.020％ Al：0.005〜0.050％を含み残りは実質的に不可避の不純物とFeより
なる鋼を通常の方法で溶製し、連続鋳造により、
凝固点から1000℃の温度範囲を20℃／min以上の
冷却速度となるような条件で鋳片に鋳造冷却し、
その後、分塊圧延を行うことなく、直径100mm以
下の棒鋼に圧延することを特徴とする高靭性熱間
鍛造用非調質棒鋼の製造方法。 Ceq＝Ｃ％＋1/7×Si％＋1/5×Mn％＋1/9×Cr％＋1.54×Ｖ％