JPH0285320A - 高強度非調質温間鍛造品の製造方法 - 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】 皮栗上■■朋分互 本発明は高強度非調質温間鍛造品の製造方法に関し、詳
しくは、６００〜１０００℃の温度域での温間鍛造後に
調質処理を施さずして、高強度を有する温間鍛造品の製
造方法に関し、かかる温間鍛造品は、例えば、自動車に
おけるコネクティング・ロッドや等速ジヨイント等に好
適に用いられる。

従沸Ｊ刈り丑 従来、機械構造用鍛造品は、一般に、中炭素鋼又は低合
金鋼を素材とし、これを熱間鍛造した後、再加熱し、焼
入れ、焼もどし処理、即ち、ｖ４質処理を施し、目的、
用途に応じた強度及び靭性を付与して、使用に供されて
いる。しかし、上記調質処理には多量の熱エネルギーを
必要とすると共に、処理工程数の増加や仕掛り品の増大
等のために製造費用が高くならざるを得ない。

他方、近年、冷間鍛造用鋼及び冷間鍛造技術の進歩によ
って、機械構造用鍛造品の多くが冷間鍛造品に切り換え
られつつある。更に、最近においては、熱間鍛造よりも
寸法精度が高いと共に、熱エネルギーを節減し得ること
、また、冷間鍛造よりも素材鋼の変形抵抗が減少し、変
形能が向上すること等の利点のために、温間鍛造が種々
の鍛造品の製造に適用されるに至っている。

しかし、温間鍛造については、殆どの場合、温間鍛造後
の調質熱処理を前提として、鍛造条件の最適化が研究さ
れているのが現状であり、非調質鋼に適用する試みは、
従来、殆どなされていないが、そのような数少ない研究
の一つとして、特開昭６１−２６４１２９号公報に、Ｃ
量０．２５〜０゜６０％の鋼に所定量のＣ「及びＭｎを
添加してなる鋼材を熱間鍛造し、初析フェライト量とパ
ーライトラメラ−間隔を限定することによって、高強度
高靭性の熱間鍛造品を得る方法が提案されている。

しかし、かかる方法によっては、高強度高靭性を具備し
た温間鍛造品を安定して得ることは困難である。即ち、
上記初析フェライト量及びラメラ−間隔は、鋼材の成分
のほか、温間鍛造温度への加熱速度、温間鍛造速度、温
間鍛造後の冷却速度等の温間鍛造条件に大きく影響され
、特に、温間鍛造温度への加熱速度は、鋼材の結晶粒に
重要な影響を及ぼすので、高強度を得ようとする場合、
成分面のみならず、結晶粒度面での強度上昇効果を併せ
考慮する必要があるところ、前述した方法においては、
鍛造温度までの加熱に際しての結晶粒に対する加熱速度
の影響が考慮されていないので、Ｈｖ２７０以上の高強
度を得ることは、事実上、極めて困難である。

日が”しようとする課 そこで、本発明者らは、非調質で高強度の温間鍛造品を
得るべく、化学成分と共に、温間鍛造温度への加熱速度
、温間鍛造温度、その後の冷却速度及び温間鍛造品の初
析フェライト分率に着目して、鋭意研究した結果、高Ｃ
量の鋼材を用い、温間鍛造前後の加熱及び冷却速度を適
正な範囲に調整することによつ゛て、温間鍛造品の初析
フェライト分率を５％以下に保持すると共に、微細フェ
ライト・パーライト組織とすることによって、高強度の
非調質温間鍛造品を得ることができることを見出して、
本発明に至ったものである。

即ち、本発明は、６００〜１０００℃の温度域での温間
鍛造後に調質処理を施さずして、Ｈｖ２７０以上の高強
度を有する温間鍛造品の製造方法を提供することを目的
とする。

ｉ　を”するための 本発明による高強度非調質温間鍛造品の製造方法の第１
は、重量％にて （ａ）Ｃ　　　０．６０〜０．８０％、Ｓｉ１．０％以
下、 Ｍｎ　　　１〜２．５％、 Ｃｒ　　　０．１０〜１．０％、 Ａｌ　０．０１０〜０．０６％を含有し、更に、山）Ｐ
ｂ　　０．４０％以下、 Ｓ　　　０．１５％以下、及び Ｃａ　　０．ＯｆＯ％以下 よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有し
、 残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼を６００〜１００
０℃の温度に５０〜ｂ て急速加熱し、次いで、上記温度範囲で温間鍛造した後
、引き続いて３０℃／分以上の冷却速度にて冷却するこ
とによって、鋼組織の初析フェライト量が５％以下であ
って、且つ、硬度がＨｖ２７０以上であることを特徴と
する。

本発明による高強度非調質温間鍛造品の製造方法の第２
は、重量％にて （ａｒｃ　　　０．６０〜０．８０％、Ｓｉ１．０％以
下、 Ｍｎ１〜２．５％、 Ｃｒ　　　０．１０〜１．０％１ ．１０．０１０〜０．０６％を含有し、更に、（ｂ）　
Ｐ　ｂ　　０．４０％以下、 Ｓ　　　０．１５％以下、及び Ｃａ　　０．０１０％以下 よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素と、 （ＣＩＮｂ　　０．１０％以下、 Ｔｉ０．１０％以下、及び Ｖ　　　０．１５％以下 よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素とを含有
し、 残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼を６００〜１００
０℃の温度に５０〜ｂ て急速加熱し、次いで、上記温度範囲で温間鍛造した後
、引き続いて３０℃／分以上の冷却速度にて冷却し、鋼
組織の初析フエライｌ−１が５％以下であって、且つ、
硬度がＨｖ２７０以上であることを特徴とする高強度非
調質温間鍛造品の製造方法。

先ず、本発明の方法において用いる鋼の化学成分につい
て説明する。

Ｃは、本発明の方法によって製造される温間鍛造品に機
械構造部品としての必要な強度を与えるために、０．６
０％以上を添加することが必要である。しかし、過多に
添加するときは、得られる温間鍛造品の靭性及び被削性
を低下させるので、Ｃ量の上限は０．８０％とする。

Ｓｉは、製鋼上、脱酸剤として必要であると共に、フェ
ライトを強化するためにも必要な元素である。しかし、
過多に添加するときは、ＳｉＯ□等の介在物が増加し、
鋼の靭性、温間鍛造成形性及び被削性を低下させるので
、添加量の上限を１．０％とする。

Ｍｎ及びＣｒは、温間鍛造後の鋼の顕微鏡組織において
、初析フェライト量を減少させ、且つ、フェライト・パ
ーライト組織を微細化するために、本発明において、必
須の元素であって、Ｍｎについては少なくとも１％、Ｃ
ｒについては少なくとも０．１０％の添加を必要とする
。しかし、これら元素を過多に添加することは、経済的
に不利であるのみならず、温間鍛造後に高周波焼入れす
るような場合に、鍛造品の焼き割れ感受性を増大させる
。従って、本発明の方法においては、これら元素の添加
量の上限は、Ｍｎについては２．５０％、Ｃｒについて
は１．０％とする。

Ａｌは、鋼の脱酸及び結晶粒の微細化のために０．０１
０％以上を添加することが必要であるが、０、０６０％
を越えて過多に添加するときは、被削性を劣化させるの
で、添加量は０．０１０〜０．０６０％の範囲とする。

本発明において用いる鋼は、その被削性を向上させるた
めに、更に、 Ｐｂ０．４０％以下、 Ｓ　　　０．１５％以下、及び Ｃａ０．０１０％以下 よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有す
る。しかし、これらの元素も、過多に添加するときは、
靭性や温間鍛造成形性を害する。

更に、本発明の方法においては、得られる温間鍛造品に
特に高い靭性が要求されるような場合には、上記した元
素に加えて、 Ｎｂ０．１０％以下、 Ｔｉ０．１０％以下、及び Ｖ　　　０．１５％以下 よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を綱に添
加して、結晶粒の微細化を図ることができる。これらの
元素も、過多に添加するときは、被削性を阻害する。

本発明の方法は、上記したような化学成分を有する鋼を
６００〜１０００℃の温度に５０〜ｂ度範囲で温間鍛造
した後、引き続いて３０℃／分以上の冷却速度にて冷却
することによって、鋼組織において初析フェライト量が
５％以下であり、且つ、硬度Ｈｖ２７０以上を有する温
間鍛造品を得るものである。

本発明の方法において、温間鍛造温度は、６００〜１０
００℃の範囲である。６００°Ｃよりも低いときは、温
間鍛造における鋼材の変形抵抗が大きく、所要の形状を
得るためには、過大な成形力を必要とし、工具寿命を劣
化させる。他方、１０００℃よりも高いときは、スケー
ル等の発生によって、寸法精度が劣化すると共に、温間
鍛造後、パーライト粒度が粗大化し、靭性を劣化させる
。

上記温間鍛造温度域への加熱は、５０〜ｂを適正な範囲
に保持し、温間鍛造後のフェライト分率を適正に保持す
る。しかし、・加熱速度が３゜Ｏ℃／分を越えるときは
、上記温間鍛造温度に非常に短い時間で到達し、その結
果、結晶粒の成長が阻害され、微細粒となって、その後
の温間鍛造及び冷却に際して、鋼材の焼入性自体が低下
し、かくして、初析フェライト量が５％を越えることと
なり、温間鍛造品において、所要の強度を得ることがで
きない。一方、加熱速度が５０℃／分よりも遅いときは
、結晶粒が大きくなり、温間鍛造及び冷却に際して、初
析フェライト量が５％以下となって、高強度は得ること
ができるものの、衝撃値等の靭性が低下する。また、操
業面においても、加熱時間が長くなり、スケール発生を
生じるので、好ましくない。

上記温度範囲で温間鍛造した後、引き続いて３０℃／分
以上の冷却速度にて冷却する。この冷却速度も、初析フ
ェライト量を５％以下に抑えるためである。冷却速度が
３０℃／分よりも遅いときは、初析フェライト量が５％
よりも多くなり、所要の強度を得ることができない。

光皿■跋来 以上のように、本発明の方法によれば、機械構造用鋼に
所定量のＣ，Ｍｎ及びＣｒを添加し、これを所定の条件
下に温間鍛造することによって、初析フェライト量を５
％以下とした微細フェライト・パーライト組織を有せし
めて、強度Ｈｖ２７０以上の高強度非調質温間鍛造品を
得ることができる。

凛Ｊ１外 以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこ
れら実施例により何ら限定されるものではない。

実施例１ 第１表に示す化学成分を有する鋼を溶製し、３５龍径の
棒鋼に熱間圧延した後、これを長さ４５値に切断し、試
験片とした。これを８５０℃に加熱した後、空冷する焼
きならし処理を行なった。

この後、８００℃まで１００℃／分の速度で急速加熱し
、プレスにて６０％の圧縮率にて圧縮加工した後、６０
℃／分の速度で風冷した。また、温間鍛造温度域への加
熱速度の影響を調べるために、加熱速度が約り０℃／分
のエレマ炉による加熱も行なった。温間での圧縮荷重も
測定した。

得られた温間鍛造品については、冷却後の中心硬度及び
中心部における初析フェライト量を測定した。また、６
０％圧縮加工した試験片にドリル試験を行なって、その
際のトルク値から被削性を評価した。

また、前記３５ＩＩＩＩｌｌ径棒鋼を長さ６０ｃｍに切
断し、前記と同様に焼きならし処理を行なった後、８０
０℃まで１００℃／分の速度で急速加熱し、１５秒間保
持した後、６０℃／分の速度で冷却し、ＪＩＳ３号シャ
ルピー衝撃値試験片を削り出し、衝撃値を測定した。

以上の結果を第２表に示す。また、各鋼ごとに急速加熱
、温間鍛造、冷却後の硬度を第１図に示す。

第１表における本発明鋼は、従来の機械構造用硫黄快削
鋼５５５Ｃ３１である比較鋼Ｊに、所要硬度を得るため
に所定量のＣ％　Ｍ　ｎ及びＣｒを添加しく鋼Ｂ）、又
は硬度上昇に伴う被削性の低下を防ぐために、快削性元
素であるｐｂ又はＣａを添加しく鋼Ａ、Ｃ，Ｄ及びＥ）
、又は組織の微細化のためにＮ０．Ｔｉ又はＶを添加し
たものである（ＭＤ及びＥ）。

比較鋼Ｆは、Ｃ量が本発明で規定する範囲よりも少ない
ので、温間鍛造、放冷後に所要強度を得ることができな
い。初析フェライト量も５％を大幅に越えている。比較
鋼Ｇは、Ｃ量が本発明で規定する上限を越えている場合
を示し、温間鍛造時の圧縮荷重が極端に高（、工具寿命
を劣化させると共に、放冷後の硬度も不必要に高（、ド
リル試験等におけるトルク値が高く、被削性も劣化して
いる。靭性も低い。比較鋼Ｈは、Ｍｎ量が本発明で規定
する範囲を下回る場合を示し、放冷後に所要の硬度を得
ることができない。比較鋼Ｉは、Ｃｒ量が本発明で規定
する下限よりも低い場合を示し、比較鋼Ｈと同様に、放
冷後に所要の硬度を得ることができない。

比較例１０は、鋼種Ａを用いるが、加熱速度が本発明で
規定する範囲を越えて速い場合であって、結晶粒の微細
化に伴って、温間鍛造後の初析フェライト量が５％を越
えて析出し、硬度を満足しない。比較例１１は、比較例
１０と反対に、加熱速度が本発明で規定する下限値に満
たない場合であって、初析フェライト量は２．２％であ
るので、Ｈｖ２９８を有し、強度の点ではすぐれている
が、結晶粒が粗大化しており、靭性値が低下している。

比較例１２は、温間鍛造後の冷却速度が本発明で規定す
る下限値よりも小さい場合を示し、初析フェライト量が
５％を越えており、強度Ｈｖが２７Ｏに満たない。

比較例１３及び１４は、比較鋼Ｊを用いる方法を示し、
比較鋼Ｊは、Ｍｎ及びＣｒ量ともに、本発明で規定する
下限値よりも少ない。従って、比較例１３では、温間鍛
造条件は本発明の範囲にあるが、Ｈｖが２７０に満たな
い。比較例１４は、８３０　’Ｃで焼入れ後、６００℃
で焼もどししたときのＨｖと衝撃値、切削トルク値を示
し、焼もどし温度６００℃としてＨｖ２７０を得ること
ができるが、本発明の方法に比べて、焼入焼もどし処理
の工程骨だけ、製造費用が高くなり、不利である。

以上の結果から明らかなように、本発明の方法によれば
、温間鍛造後に調質処理を行なうことなしにて、従来の
調質鋼と同等の強度、靭性及び被削性を併せ有する高強
度非調質温間鍛造品を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１表に示す鋼種のそれぞれについて、８００℃で温間
鍛造、冷却した後の中心部の硬度を示すグラフである。 特許出願人　　株式会社神戸製鋼所 代理人　弁理士　　牧　野　逸　部 ！、、会かｄ 手続補正書（方式） ％式％ ２、発明の名称 高強度非調質温間鍛造品の製造方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　神戸市中央区脇浜町１丁目３番１８号名　称　
（１１９）株式会社神戸製鋼所４、代理人 住　所　大阪市西区新町１丁目８番１号補正 （１）明細書第１９頁ｌ のそれぞれについて、 及び比較鋼について、 の内容 ９行の「第１表に示す鋼種 」を「第１図は、本発明鋼 」と補正する。 以上 補正により増加する発明の数　なし 補正命令の日付　昭和６３年１２月２０日補正の対象　
明細書図面の簡単な説明の欄補正の内容　別紙のとおり

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％にて （ａ）Ｃ　０．６０〜０．８０％、 Ｓｉ　１．０％以下、 Ｍｎ　１〜２．５％、 Ｃｒ　０．１０〜１．０％、 Ａｌ　０．０１０〜０．０６％を含有し、更に、 （ｂ）Ｐｂ　０．４０％以下、 Ｓ　０．１５％以下、及び Ｃａ　０．０１０％以下 よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有し
   、 残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼を６００〜１００
   ０℃の温度に５０〜３００℃／分の速度にて急速加熱し
   、次いで、上記温度範囲で温間鍛造した後、引き続いて
   ３０℃／分以上の冷却速度にて冷却し、鋼組織の初析フ
   ェライト量が５％以下であつて、且つ、硬度がＨｖ２７
   ０以上である温間鍛造品を得ることを特徴とする高強度
   非調質温間鍛造品の製造方法。
2. （２）重量％にて （ａ）Ｃ　０．６０〜０．８０％、 Ｓｉ　１．０％以下、 Ｍｎ　１〜２．５％、 Ｃｒ　０．１０〜１．０％、 Ａｌ　０．０１０〜０．０６％を含有し、更に、 （ｂ）Ｐｂ　０．４０％以下、 Ｓ　０．１５％以下、及び Ｃａ　０．０１０％以下 よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素と、 （ｃ）Ｎｂ　０．１０％以下、 Ｔｉ　０．１０％以下、及び Ｖ　０．１５％以下 よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素とを含有
   し、 残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼を６００〜１００
   ０℃の温度に５０〜３００℃／分の速度にて急速加熱し
   、次いで、上記温度範囲で温間鍛造した後、引き続いて
   ３０℃／分以上の冷却速度にて冷却し、鋼組織の初析フ
   ェライト量が５％以下であつて、且つ、硬度がＨｖ２７
   ０以上である温間鍛造品を得ることを特徴とする高強度
   非調質温間鍛造品の製造方法。