JPH026828B2

JPH026828B2 -

Info

Publication number: JPH026828B2
Application number: JP60272391A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Koshizuka; Kimio Mine; Tomoo Tanaka
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1985-12-05
Filing date: 1985-12-05
Publication date: 1990-02-14
Also published as: JPS61235541A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は、非調質高強度靭性熱間加工鋼材に関
し、特に本発明は、機械構造用の非調質高強度高
靭性熱間加工鋼材に関するものである。（発明が解決しようとする問題点）自動車、建設機械等の部品として広く用いられ
ている機械構造用炭素鋼、合金鋼は通常、鍛造、
圧延などの熱間加工後、焼ならしあるいは焼入れ
焼もどし処理を行つて使用されている。このよう
な焼ならし、焼入れ焼もどしなどの調質処理は、
結晶粒を微細にし必要な強度靭性を確保するため
に重要である。しかし、最近、省エネルギーの観
点から、これら熱処理工程の省略が可能であれば
工業的利益は大であると考えられる。このような
意味から熱間加工のままで使用することができる
非調質熱加工鋼材の開発が要望されている。（問題点を解決するための手段）本発明は、上記従来要望されていた熱間加工の
ままで使用することができる非調質高強度靭性熱
間加工鋼材を提供することを目的とするものであ
り、特許請求の範囲記載の成分組成によつて前記
目的を達成することができる。すなわち、本発明
はＣ 0.35〜0.55％、Si 0.14超え〜0.60％未満、
Mn 1.2超え〜2.5％、Ｐ 0.02％以下、Ｓ 0.05
％以下、Al 0.005〜0.05％、Ｖ 0.08〜0.15％、
Ｎ 0.002〜0.008％未満およびCr 0.20〜0.60％を
含み、残部Feと不可避的不純物からなる熱間加
工のまま使用することを特徴とする非調質高強度
靭性熱間加工鋼材に関する。次に本発明を詳細に説明する。焼入れ焼もどし処理は強度が高く微細な組織を
生成させ、さらに炭（窒）化物の微細分散を可能
にし、鋼材に強靭性を付与する処理である。しか
し、熱間加工のまま使用する非調質熱間加工鋼材
では、高温加熱高温仕上による加工後の冷却速度
が遅いこともあり、組織が粗大であり、強度靭性
ともに低いという欠点があつた。そこで、本発明
者らは、このような非調質熱間加工鋼材の欠点を
補うべく種々の検討を行つた。本発明者らは、Ｖの析出硬化およびMn，Crの
母相強化を併せ利用することにより、調質処理材
と同等以上の強度を有し、しかも高靭化を達成す
ることができることを新規に知見して本発明を完
成した。ところで、、Ｖを添加し、高温から冷却中に析
出する炭（窒）化物の析出硬化を利用し強度上昇
を計る手法はすでに非調質低炭素低合金高張力鋼
で利用されている。母相と、整合性を有した析出
物の微細分散が強度増加と密接に関係することが
前記手法において利用されているのである。しか
し、Ｖを多量に添加すると、強度増加は著しい
が、靭性は逆に劣化するようになる。このような
炭（窒）化物形成元素を中炭素鋼に含有させて非
調質高強度熱間加工鋼材として利用することは引
張強度の点のみについてみると非常に容易なこと
である。しかし従来使用されている調質材の代替
として上記非調質鋼材を用いることは靭性と降伏
強さが低く、また降伏比（降伏強さ／引張強さ）
も低いという欠点があるため実用することはでき
なかつた。本発明者らは比較的多量のＶを添加し、さらに
Mn＋Crを添加し、析出硬化に加えて、母相の固
溶硬化により降伏強さの増加を試みた。その結
果、第１図に示すごとく降伏強さの増加ととも
に、衝撃値が増加することを見い出した。しかし
Ｖの多量添加のみでは、衝撃値は強度とともに低
減する。かかる本発明者らの試みにより衝撃値が
増加する理由は（Mn＋Cr）とＶの多量量添加の
相互作用によるものと考えられる。すなわち、粒
内フエライトの形成の促進と微細フエライト＋パ
ーライト組織とするため、Mn、Crによる変態点
の低下と共にフエライトの形成を促進するＶの多
量添加が必要条件である。本発明の主旨は、強度増加にかかわらず、靭性
の向上が得られる非調質熱間加工鋼材を提供する
ことであり、例えば第２図に示すように0.09％Ｖ
を含有し、Mn量を変化させてゆくと、1.0％以上
で著しい衝撃値の増加がみられ、1.5％Mn付近で
飽和する。2.5％Mn以上は靭性の劣化が著しい。
また、この範囲であれば、通常使用されるもつと
もおそい冷却条件（10℃／min）でも0.45％℃で
降伏強さ50Kgｆ／mm²以上が得られている。0.45％
Ｃの焼入れ焼もどし処理材（25φ）の降伏強さは
50Kgｆ／mm²以上であるから、本発明非調質熱間加
工鋼材は焼入れ焼もどし処理材の代替品として十
分利用することができることが判る。本発明は、このような知見をもとに構成された
ものであり、本発明の非調質熱間加工鋼材は熱間
加工のまま使用し、従来の調質処理構造用鋼材と
ほぼ、同等の強度と靭性を有する鋼材である。つぎに本発明非調質熱間加工鋼材の成分組成を
限定する理由を説明する。Ｃは強度とくに表面硬さを得るために0.35％が
必要であり、0.55％を超えると硬さが高くなりす
ぎ靭性が害されるので、Ｃは0.27超え〜0.55％の
範囲内にする必要がある。 Siは製鋼の脱酸剤および強度確保のため必要な
元素であり強度確保上0.14％超えの必要があり、
一方0.60％以上になると靭性が劣化するのでSiは
0.14超え〜0.60未満％の範囲内にする必要があ
る。 MnはＶとともに本発明の主要元素で靭性向上
のための元素であり、1.2％以下では靭性の著し
い向上が得られず、一方2.5％を超えると靭性が
かえつて劣化するのでMnは1.2超え〜2.5％の範
囲内にする必要がある。Ｐは鋼の材質を脆化させる元素であるので靭性
を確保するためには0.020％以下にする必要があ
り、0.015％以下のときさらによい結果が得られ
る。Ｓは靭性を劣化させるが、一方切削性を向上さ
せる元素であるので熱間加工鋼材としてはＳはあ
る程度含有されることが好ましいが、靭性も重視
する点からＳは0.05％以下にする必要がある。 Alは脱酸剤として添加するが、一方Alは鋼中
に金属Alとして残存するとＮと結合してAlNと
なり、結晶粒の微細化あるいは粗大化を左右する
作用を有する元素であり、Alが0.005％より少な
いと前記結晶粒を微細化する作用が少なく、一方
0.05％より多いと逆に結晶粒の粗大化を促進する
のでAlは0.005〜0.05％の範囲内にする必要があ
る。Ｖは強度靭性確保の主要元素であり、0.08％以
下では調質材の代替のための強度確保が困難であ
り、粒内フエライトの形成の度合も少なく靭性の
改善が少ない。また、0.15％を超えると強度増加
が著しく靭性も劣化するのでＶは0.08〜0.15％の
範囲内にする必要がある。ＮはAl、Ti，Nbと共存し結晶粒を微細化する
作用を有する元素であり、0.0020％より少ないと
前記微細化の作用が少なく、一方、0.0080％以上
だと機械的特性がかえつて劣化するのでＮは
0.0020〜0.0080％未満の範囲内にする必要があ
る。 Crは母相の強化とともにＶと複合添加して靭
性を向上させる元素であり、0.20％未満ではその
効果が少なく、0.60％以上ではコストアツプにな
るため上限とした。 NbおよびTiは、オーステナイト粒の微細化の
ために添加する元素である。次に本発明を実施例について説明する。実施例 1250℃に加熱して圧延により作製した50mm直径
の棒鋼の熱間加工のままの機械的性質と成分組成
を第１表に示す。

【表】

【表】なお同表中に記載の熱間加工鋼材は何れも転炉
―連鋳―圧延の諸工程を経て製造したものであ
る。 No.１は本発明熱間加工鋼材であり、No.２，３は
比較鋼であり、鋼６は従来の焼入焼もどし処理を
行つた鋼（50φ鋼）である。本発明鋼材No.１〜３は比較鋼材No.２，３に較べ
強度靭性ともにすぐれていることがわかる。また従来鋼No.４と比較しても十分な性能を有し
ている。以上本発明により従来使用されている調質鋼に
優るとも劣らない高強度で高靭性の非調質高強度
靭性熱間加工鋼材を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は鋼の降伏強さと衝撃値との関係を示す
図、第２図Mn含有量と降伏強さ、衝撃値との関
係を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１Ｃ 0.35〜0.55％、Si 0.14超え〜0.60％未満、
Mn 1.2超え〜2.5％、Ｐ 0.02％以下、Ｓ 0.05
％以下、Al 0.005〜0.05％、Ｖ 0.08〜0.15％、
Ｎ 0.002〜0.008％未満およびCr 0.20〜0.60％を
含み、残部Feと不可避的不純物からなる熱間加
工のまま使用することを特徴とする非調質高強度
靭性熱間加工鋼材。