JPH03146618A

JPH03146618A - 冷間鍛造用鋼の製造方法

Info

Publication number: JPH03146618A
Application number: JP27988589A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Hoshino; 俊幸星野; Nobuhisa Tabata; 田畑　綽久; Shozaburo Nakano; 中野　昭三郎
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1989-10-30
Filing date: 1989-10-30
Publication date: 1991-06-21
Anticipated expiration: 2014-08-23
Also published as: JP2938101B2

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、冷間鍛造時の変形抵抗の低い冷間鍛造用鋼の
製造方法に関するものである。

〈従来の技術〉冷間鍛造は生産能率が高く、材料歩留り、仕上寸法精度
に優れることからボルト、ナツトを始めとして各種機械
部品の製造に広く用いら″れている加工方法である。

従来、冷間鍛造用鋼材としてはＣが０．４５重量％（以
下％と表示する）以下の、たとえばＪＩＳＳ４５Ｃを用
い、これに球軟化焼鈍を施して軟質化した後、冷間鍛造
に供せられるのが通例であった。

しか゛し、近年冷間鍛造用鋼としてＣが０．４５％より
高い鋼材を用いる例が増えつつある。これは、機械部品
としての機能を満足するために、焼入・焼戻後の表面高
度が従来以上の水準を求められるようになったためであ
る０周知のように焼入・焼戻後の表面硬度、換言すれば
焼戻しマルテンサイトの硬度はＣ量に依存する。

しかし、Ｃ量の増加は、冷間鍛造時の変形抵抗を増加さ
せ、冷間鍛造用金型の寿命を極度に低下させるばかりで
なく、鍛造荷重が増加することにより鍛造機の能力以上
となり従来の鍛造機では加工が困難となるような問題を
生じている。

このような問題を解決するために特開昭６１−１１３７
４４号公報では、Ｓｔ％Ｍｎ、　ＣｒさらにはＳ、ＰＳ
Ｎ。

０の化学組成を制限することによって変形抵抗の低減及
び変形能の向上を図っている。

しかしながら、本発明者らの検討によれば、上記方法は
冷間鍛造前に炭化物の球状化焼鈍を行うことを前提とし
ているが、球状化＆Ｉｌ織において化学成分を調整して
も変形抵抗の低減には限度があり、依然として変形抵抗
は高い。

〈発明が解決しようとする課題〉本発明の目的は、以上のような問題を解決し、冷間鍛造
時の変形抵抗が低く、かつ変形能が良好な鋼材を短時間
の焼鈍により得る方法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〉本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行
った結果、以下の知見を得るに至った。

すなわち、化学成分を調整し、焼鈍前の組織を熱間圧延
条件及び圧延後の冷却条件を特定の範囲に制御すること
により微細なフェライト＋パーライト組織又はベイナイ
ト、マルテンサイトもしくはそれらの混合組織とするこ
とにより、炭化物の黒鉛化が促進され、冷間鍛造性が飛
躍的に改善される。

すなわち、本発明は、重量％で、Ｃ：０．ｔ〜１．１％
、　Ｓｔ　：　　０．６−１．５％、　Ｍｎ　：　０．
２〜０．９％、Ｓ：０．００１〜０．０３％、　　Ｂ　
：　０．０００５〜０．００５％、　Ａｔ　７０．０１
〜０．１％を含有し、不純物としてのＰ：０．０２％以
下、　Ｎ　：　０．００７％以下、　Ｏ：　０．００３
％以下及びＣｒ：０．１０％以下に制限し、残部実質的
にＦｅからなる綱を、９００〜１１５０℃の温度域に加
熱し、熱間圧延、により棒鋼としたのち、圧延終了温度
から５００℃までを０．１〜３０’Ｃ／ｓの冷却速度で
冷却し、次いでへ０１点以下の温度で焼鈍し炭化物を黒
鉛化することを特徴とする冷間鍛造用鋼の製造方法であ
り、好ましくは圧延終了温度は８５０〜６５０　’Ｃの
温度範囲である。

〈作　用〉本発明者らは、従来の球状セメンタイトとフェライトよ
り構成される球状化＆［ｌ織よりも球状セメンタイトを
黒鉛化した黒鉛＋フェライトよりなる黒鉛化組織の方が
、冷間変形抵抗の低減に有効であるとの知見に基づき本
発明に至った。

ところで、鋼中の炭化物を黒鉛化することについては、
被削性の改善を目的として、たとえば特開昭４９−６７
８１６号公報、特開昭４９−６７８１７号公報、特開昭
４９−１０３８１７号公報及び特開昭５０−１９１３号
公報に開示があるが、本発明者らの検討によればこれら
の綱では、冷間変形能が劣るとともに黒鉛化するために
極めて長時間を要し、工業的規模で実施することは困難
である。。

また組成及び熱間圧延条件も本発明とは異なり、本発明
とは明らかに別な技術である。

本発明は、前述したように、黒鉛化を促進するために化
学組成を調整し、焼鈍前の組織を熱間圧延条件及び圧延
後の冷却条件を特定の範囲に制御し微細なフェライト＋
パーライト組織又はベイナイト、マルテンサイトもしく
はそれらの混合組織とするものである。これらは特に熱
間圧延の低温仕上及び／又は圧延後の加速冷却によりＴ
→α変態変態度態核を増加させ、組織を＠細化させてい
る。

次にまず成分組成の限定理由を説明する。

ＣＡＲ械部品として９強度を確保する上で重要な元素で
あるが、０．４％未満では本発明を適用する効果が小さ
いので０．４％以上とする。また、１．１％を超えて添
加すると熱間圧延時の変形抵抗が増加し、熱間圧延が困
難となるので１．１％以下とする。

ＳＩ！黒鉛化を促進するとともに脱酸にも有用な元素で
あるので積極的に用いるが−１０，６％未満ではその効
果は小さく、また、１．５％を超えて添加してもその効
果が飽和するので０．６〜１．５％に限定する。

ｉｎ：焼入性を確保する上で有用な元素であるので積極
的に用いるが、０．２％未満の添加ではその効果が小さ
いので下限は０．２％とする。また、０．９％を超えて
添加すると黒鉛化を阻害するので０．９％以下の添加と
する。

Ｓ：被削性を向上させる元素であるので積極的に添加す
るが、０．００１％未満ではその効果が小さいので少な
くとも０．００１％以上は必要である。しかし０．０３
％を超えて含有すると冷間鍛造時の変形能を劣化させる
ので０．０３％以下とする。

Ｐ：冷間鍛造性を劣化させるとともに黒鉛化をも阻害す
るので極力低減することが望ましいが、０．０２％まで
許容される。

Ｂ：微量の添加により焼入性を向上させるので積極的に
用いるが、ｏ、ｏｏｏｓ％未満ではその効果は小さく　
０．００５％を超えて含有してもその効果が飽和するの
でｏ、ｏｏｏｓ〜０．００５％の範囲とする。

７Ｖ：脱酸に有効な元素であるとともに黒鉛化の促進に
有効な元素である。また、Ｂの焼入性向上効果を充分に
発揮するためには有用な元素であるので積極的に添加す
るが、０．０１％未満ではその効果は小さく、また０、
１％を超えて含有してもその効果が飽和するので０．Ｏ
１〜０．１％の範囲とする。

その他不純物としてのＮ、０、Ｃｒはそれぞれ０．００
７％以下、０．００３％以下、０．０１％以下に制限さ
れるが、その理由について以下に記す。

Ｎ：冷間鍛造時に動的歪時効の原因となり変形抵抗を増
加せしめるとともに、Ｂの焼入性向上効果を低減する元
素であるので、低減することが望ましいが０．００７％
まで許容される。

０：酸化物系介在物を増加させ、冷間鍛造時の変形能を
劣化させるので低減することが望ましいが、０．００３
％まで許容される。

Ｃｒ−強力な炭化物形成元素であり、黒鉛化を阻害する
ので極力低減すべきであるが、０．１０％まで許容され
る。

次に熱間圧延および圧延後の冷却条件について説明する
。

熱間圧延時の加熱温度を９００℃以上とするのは、この
温度未満では熱間圧延時の変形抵抗が過大となり熱間圧
延が困難となるためである。また、１１５０℃を超える
温度では、加熱時の１粒径が粗大となり過ぎ、変態前の
１粒径を細粒とすることが困難となり目標とする微５ｕ
ｔｓａが得難いので、上限を１１５０℃とする。

圧延終了後の５００℃までの冷却速度を０．１〜３０’
Ｃ／　ｓとするのは、０．１℃／　ｓ未満の冷却速度で
冷却しても黒鉛化の促進に効果が認められないためであ
り、一方、３０℃／ｓを超える冷却速度では硬度が上昇
しすぎて切断性が劣化するからである。

冷却速度は好ましくは０．１〜５　’Ｃ／　ｓである。

また、冷却停止温度を５００℃とするのは、これを上田
る温度では変態が終了せず、目的とする微細組織が得ら
れないため黒鉛化の促進効果が不充分なためである。

また、焼鈍温度をＡｃｎ点以下とするのは、＾Ｃ１点を
超える温度域では部分的にγ化が進行し、黒鉛化を阻害
するのでＡＣ１点以下とする。

また、圧延終了温度は６５０〜８５０℃とするのが好ま
しい、これは８５０℃を超える温度域においては黒鉛化
の促進効果が小さく、一方６５０℃を下田る温度では熱
間圧延時の変形荷重が高くなり圧延が困難となるためで
ある。

〈実施例〉以下に実施例に即して本発明を説明する。

表２に示す化学成分の鋼を１８０シ転炉により溶製後、
真空脱ガス連続鋳造によりブルームとした後、熱間圧延
により１５（Ｉｎφビレットとした。さらに、これらの
ビレットを表２に示す熱間圧延条件および冷却条件によ
り５０ｍｍφの棒鋼とした。

これら棒鋼にＡｃ、点以下である７００℃において５〜
１５ｈｒの焼鈍を施した後、１５ｍ−Ｘ２２．５ｍＨの
円柱型試験片を作製し、端面完全拘束の条件下で圧縮試
験を実施し、加工時の冷間変形抵抗及び限界圧縮率を求
めた。ここで、限界圧縮率は試験片に割れの発生し始め
る圧縮率とした。また、焼鈍後のミクロ組織を観察し黒
鉛粒数及び炭化物数を画像解析装置により計数し、黒鉛
粒数／（黒鉛粒数＋炭化物数）　ｘｌｏｏ（％）を黒鉛
化率として定量化した。

これらの結果を表２に付記する１表２により明らかな通
り、本発明に合致するＡ−Ｅの成分の鋼は、本発明の熱
間圧延条件及び冷却条件により棒鋼とすることにより５
〜１５ｈの焼鈍により黒鉛化が迅速に進行するのに対し
、Ｆ−Ｊの鋼では本発明の熱間圧延条件及び冷却条件に
よって棒鋼とし焼鈍を施しても黒鉛化は全く進行しない
。

また、この結果冷間加工時の変形抵抗は黒鉛化した材料
の方が、同−Ｃ量で比較すると約１０％以上も低く、限
界圧縮率も高く変形能にも優れていることが理解される
。

また、表３にはＢ綱を用いて本発明範囲の圧延・冷却と
本発明外の条件により圧延・冷却し、焼鈍を施した場合
を示すが、本発明の条件を逸脱する場合には黒鉛化の進
行が著しく遅いことが理解される。

〈発明の効果〉本発明により冷間変形抵抗が低く、かつ変形能の優れた
冷間鍛造用鋼材を短時間の焼鈍により得ることが可能で
あり、冷間！２造による機械部品の製造に資すること大
である。

Claims

【特許請求の範囲】１、重量％で、Ｃ：０．４〜１．１％、Ｓｉ：０．６〜
１．５％、Ｍｎ：０．２〜０．９％、Ｓ：０．００１〜
０．０３％、Ｂ：０．０００５〜０．００５％、Ａｌ：
０．０１〜０．１％を含有し、不純物としてのＰ：０．
０２％以下、Ｎ：０．００７％以下、Ｏ：０．００３％
以下及びＣｒ：０．１０％以下に制限し、残部実質的に
Ｆｅからなる鋼を、９００〜１１５０℃の温度域に加熱
し、熱間圧延により棒鋼としたのち、圧延終了温度から
５００℃までを０．１〜３０℃／ｓの冷却速度で冷却し
、次いでＡｃ＿１点以下の温度で焼鈍し炭化物を黒鉛化
することを特徴とする冷間鍛造用鋼の製造方法。２、圧延終了温度が８５０〜６５０℃の温度範囲である
ことを特徴とする請求項１記載の冷間鍛造用鋼の製造方
法。