JPH0331442A - 強靭非調質鋼 - 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］ 本発明は熱間鍛造後、焼入れ、焼もどし等の熱処理を行
わず非調質のままで引張強さ１００　ｋｇｆ／鴎論２量
論２以上ルピー衝撃値８　ｋｇｆｓ／　ｃｍ”以上の高
強度、高靭性を有し、特に高強度と高靭性を必要とする
自動車の足廻り部品等に用いられる鋼として有用な強靭
非調質鋼に関する。

［従来の技術］ 従゛来、ステアリングナックル、アッパーアーム等の自
動車の足廻り部品または建設機械等の大形部品に用いら
れる鋼には、高強度と高靭性が要求され、機械構造用合
金鋼である３０Ｍ４４０あるいは５Ｃｒ４４０が用いら
れ、熱間鍛造により成形後、高強度、高靭性を付与させ
るため焼入れ焼もどし等の熱処理（以下調質と称する。

）が施されていた。

しかしこれらの熱処理工程はかなり高価であり、熱処理
工程を省略できれば、大幅なコス）・低減が図られ、省
エネルギーの社会的要請に応えることができる。そこで
熱間鍛造のままで使用することのできる非調質鋼の開発
が近年盛んに行なわれている。

例えば、Ｃを０．３０〜０．５０％含有する中成、Ａ鋼
、あるいはＭｎ鋼に０．０３〜０．２０％の■を添加し
たフェライト−パーライト型の非調質鋼が提案されてい
る。この非調質鋼は熱間鍛造後の冷却過程でＶの炭窒化
物が析出し、この■炭窒化物がフェライト生地を強化す
るものである。

［発明が解決しようとする課Ｎ］ しかしながら従来開発された非調質鋼は、粗大なフェラ
イト・パーライト組織を有するのものであり、靭性は中
炭素鋼の調質材と同等の性能が得られるが、３０Ｍ４４
０等の性能には遠く及ばない、一方、Ｃ含有量を低下さ
せるとともに合金元素を増加したベイナイト型の非りｌ
質鋼が提案されているが、強度および靭性が不足し、未
だ不十分な結果しか得られていない、特に、小さな部品
では靭性が確保できるが、大きな部品になると靭性が不
足するので、未だ実用化には至っていない。

本発明は従来の非調質鋼の前記のごとき問題点に鑑みて
なされたもので、非調質でＳＣＭ４４０まなは５Ｃｒ４
４０以上の引張強さおよび衝撃値を得ることができ、強
度および靭性等の性能の高い強靭非調質鋼を提供するこ
とを目的とする。

［課厘を解決するための手段］ 発明者等は現状のベイナイト型非調質鋼が何故強度およ
び靭性が出ないのかその原因について鋭意研究を重ねた
。その結果、ベイナイト鋼の場合。

小型の部品であって冷却速度が十分に速いと、強度およ
び靭性ともに優れたものが得られるが、部品が大型にな
り冷却速度が遅くなると、ベイナイトラスの間隔が大き
い粗い組織となり、十分な強度と靭性が得られなくなる
ことが判明した。

そこで、ベイナイトラス間隔の大きいベイナイト組織を
、細かい組織にするための種々の方策について研究を重
ねた。この粗い組織はベイナイトラスと末文りのオース
テナイトの混合組織からなるが、発明者等はＳｉ含有量
を０．１５％以下にすると、この未変態のオーステナイ
トが細かい炭化物とフェライトに分解し易くなり、ベイ
ナイトラス間隔の細かく詰まった組織が得られ、強度お
よび衝撃値を著しく改善出来ることを見出′だした。

さらに、Ｍｏと■についてはその合計の含有量が０．６
５％以上になると、Ｃの拡散を遅滞させて、ベイナイト
ラスの成長を妨げるので、ベイナイトラスが特にｍ細に
なることを知見した。また、Ｍ　＋１＋　Ｃｒの含有量
を一定の範囲にすると、空冷のような比較的遅い冷却速
度にてもベイナイト単相あるいはベイナイト上マルテン
サイト組織でかつベイナイト組織を７０％以上確保でき
ることを見出だした。

本発明の強靭非調質鋼は前記のごとき知見に基づき完成
されたものであって、第１発明として、重及比でＣ；０
．１０〜０．２０％、Ｓ　ｉ；０．０２〜０．１５％、
Ｍｎ；２．００〜３．００％、Ｃｒ；１．００〜２．０
０％、Ｍｏ：０．５０〜１．００％、Ａ１；０．０１０
〜０．０６０％、Ｖ、０．１０〜０．５０％を含有し、
かつ ３．２０≦Ｍｎ％十Ｃｒ％≦４．２０ Ｍｏ％＋Ｖ％≧０．６５ の２式を満足し、残部がＦｅおよびその不純物元素から
なることを要旨とする。

しかして、第２発明は靭性をさらに向上させるため、第
１発明にさらにＮｉ；１．００％以下を添加するもので
あり、第３発明は結晶粒度を微細化しさらに靭性を向上
させるため、第１発明にさらにＮｂ；０．３０％以下ま
たはＴｉ；０．１０％以下のうち１！４または２種を添
加するものであり、第４発明は切削性を改善するために
、第１発明にさらにＳ　；ｏ　、ｏ　４〜０．１２％、
Ｐｂ；０．０５〜０．３０％およびＣａ；０．０００５
〜０．０　ｔｏＯ％のうち１種または２種以上を含有せ
しめたことを要旨とする。

［作用］ 本発明の強靭非調質鋼においては、Ｓｉ含有ｌを０．１
５％以下にしたので、部材の冷却速度が遅くても、未変
態のオーステナイトが側かい炭化物とフェライトに分解
し易くなり、ベイナイトラス間隔の細かく詰まった組織
が得られ、強度および衝撃値を著しく改善出来る。

また、Ｍｎ＋Ｃｒの含有量を３．２０≦Ｍｎ＋Ｃｒ≦４
．２０の範囲に規制することにより、ポリゴナルフェラ
イトを析出させず、かつマルテンサイトが３０％以下で
あるベイナイト士マルテンサイト組織とすることができ
る。

さらに、ＭｏとＶについてその合計の含有量を０．６５
％以上にしたので、Ｃの拡散を遅滞させて、ベイナイト
ラスの成長を妨げるので、ベイナイトラスが特に微細に
なり、部品が大型になっても強度および靭性の優れたも
のとすることができる。

次に本発明′にかかる強靭非調質鋼において、各添加元
素の作用と成分組成を限定した理由について説明する。

Ｃ：０．１０〜０．２０％ Ｃは強度を確保するために必要な元素であり、０．１０
％未満であると強度が不足するので、下限を０．１０％
とした。また、Ｃが０．２０％を越えると靭性が低下す
るので、上限を０．２０％とした。

Ｓ　ｉ；０．０２〜０．１５％ Ｓｉは製鋼時の脱酸剤として添加されるものであり、炭
化物を生成し難くする元素である。０゜０２％未満であ
ると、脱酸が不十分となるので、下限を０．０２％とし
た。また、０．１５％を越えて含有させると、炭化物が
分解し難くなり、残留オーステナイト量が多くなるので
、上限を０．１５％とした。

Ｍｎ；２．００〜３．００％ Ｍｎは強度と靭性を大きく支配する元素であり、２．０
０％未満では強度および靭性が不足するので、下限を２
．００％とした。また、３．００％を越えて含有させる
とマルテンサイトが多く生成され靭性が低下するので、
上限を３．００％とした。

Ｃｒ；１．００〜２．００％ Ｃｒは組織をベイナイト化し強度と靭性を付与するに必
要な元素である。１．００％未満であると画工効果が不
十分であるので、下限を１，００％とした。しかし、２
．００％を越えると、前記効果が飽和するとともに、コ
スト的に高くなるので、上限を２．００％とした。

Ｍｏ；０．５０〜１．００％ Ｍｏは組織をベイナイト化するのに必要な元素であり、
さらに強度と靭性を支配し、特に靭性を高める。前記効
果を得るためには、少なくとも０゜５０％以上添加する
必要がある。しかし、１．００％を超えて含有させても
、前記効果が飽和するとともに、コスト的に高くなるの
で、上限を１゜００％とした。

Ａｌ；０．０１０〜０．０６０％ ＡＩは強力な脱酸元素であるが、０．０１０％未満では
脱酸不足となるので、下限をｏ、ｏｔｏ％とした。しか
し、０．０６０％を越えて含有させてもその効果が飽和
するので、上限を０．０６０％とした。

ｖ；ｏ、ｉ　０〜０．５０％ ■はベイナイトラスを微細化して強度および靭性を得る
ために必要な元素である。０．１０％ではその効果が不
十分なので、下限を０．１０％とした。また、０．５０
％を越えて含有させても、その効果が飽和するとともに
、コスト高となるので、上限を０．５０％とした。

Ｎｉ；１．００％以下 Ｎｉは靭性を向上させるために有効な元素である。しか
し、１．００％を越えて含有させても、前記効果が飽和
するとともに、コスト高となるので、上限を１．００％
とした。

Ｎｂ、０．３０％以下、ＴｉＨｏ、１０％以下Ｎｂおよ
びＴｉは結晶粒度を微細化し靭性を向上させるために有
効な元素である。しかし、Ｎｂは０．３０％、Ｔｉは０
．１０％を越えて含有させても、前記効果が飽和すると
ともに、コスト高となるので、上限をＮｂは０．３０％
、Ｔｉは０．１０％とした。

Ｓ　；０　：０４〜０．１２％ Ｓは被剛性を改善するために有効な元素であり、必要に
応じて添加されるものである。前記効果を得るためには
少なくとも０．０４％以上の添加が必要である。しかし
、０．１２％を越えて含有させてもその効果が飽和し、
靭性を低下させるので上限を０．１２％とした。

Ｐｂ：０．０５〜０．３０％ Ｐｂは被剛性を改善するため必要な元素であり、必要に
応じて添加されるものである。前記効果を得るためには
少なくとも０．０５％以上の添加が必要である。しかし
、０．３０％を越えて含有させてもその被剛性改善の効
果の向上が少なくなるので上限を０．３０％とした。

Ｃａ；０．０００．５〜０．０１００％Ｃａは被剛性を
改善するため必要な元素であり、必要に応じて添加され
るものである。前記効果を得るためには９少なくとも０
．０００５％以上の添加が必要である。しかし、０．０
１００％を越えて含有させてもその被剛性改善の効果の
向上が少なくなるので上限を０．０１００％とした。

３．２０≦Ｍｎ％十Ｃｒ％≦４．２０ ！ＬｎとＣｒの含有量の合計は、ボリゴナル・フェライ
トを析出させず、かつマルテンサイトを３０％以下とす
る効果がある。Ｍｎ％＋Ｃ「％が３．２０末溝であると
、前記効果が得られないので、下限を３．２０とした。

また、Ｍｎ％＋Ｃ「％が４，２０を越えると、マルテン
サイトが３０％以上になるので、上限を４，２０とした
。

Ｍｏ％＋Ｖ％≧０．６５ Ｍｏ％＋Ｖ％はＣの拡散を遅滞させて、ベイナイトラス
の成長を妨げるので、ベイナイトラスを特に微細にする
効果がある。前記効果を得るためには、Ｍｏ％＋Ｖ％を
０．６５以上にする必要がある。

［実施例］ 本発明の実施例を比較鋼およ・び従来鋼と比較して説明
し、本発明の特徴を明らかにする。

第１表はこれら供試鋼の化学成分を示すものである。第
１表において、Ｎｏ、１〜Ｎｏ、１５は本発明鋼であっ
て、Ｎｏ、１〜Ｎｏ、４は第１発明、Ｎｏ、５〜Ｎｏ、
６は第２発明、Ｎｏ、　７〜Ｎｏ、　９は第３発明鋼、
Ｎｏ、　１０〜Ｎｏ、　１５は第４発明鋼である。また
、Ｎｏ、１６〜Ｎｏ、２０は比較鋼であって、Ｎｏ、１
６はＳｉが本発明の組成範囲より高い比較鋼、Ｎｏ、１
７はＭｎが本発明の組成範囲より低い比較鋼、Ｎｏ、１
８鋼はＣｒが本発明の組成範囲より低い比較鋼、Ｎｏ、
１９はＭｏが本発明の組成範囲より低い比較鋼、Ｎｏ、
２０は■が本発明の組成範囲にり低い比較鋼である。Ｎ
ｏ。

２１はＳＣＭ４４０に相当する従来鋼である。

（、以下余白） 第１表に示す本発明鋼、比較鋼および従来鋼のうち、Ｎ
ｏ、１〜Ｎｏ、２０については、直径２００躊醜の丸棒
を１２５０℃に加熱後、１１５０℃にて直径１２０１の
丸棒に鍛造後、室温まで自然冷却した。また、Ｎｏ、２
１の従来鋼は直径１２０ｍ鴎の丸棒を８８０℃にて加熱
後、油浴中へ焼入れを行い、続いて５００℃にて焼もど
しを行った。

各供試材の中心部よりＪＩＳＪ号試験片およびシャルピ
ーＪＩＳ３号試験片を採取し試験に供した。

第１表に試験結果を示す。

また、各供試材についてミクロ組織を調査し、ベイナイ
ト・ラスの間隔について測定した。ベイナイト・ラスの
間隔の測定は、倍率１０００倍の光学顕微鏡にて各試料
１００視野の測定を行い、その平均値をもって測定値と
した。

また、第１表に示した発明鋼および比較鋼について、鍛
造を施した才まの状態で、従来鋼については焼入焼もど
しを行った状態で、ドリル穿孔試験を行った。なお、ド
リルの材質は５ＫＨ９、ドリル回転数は１７１　Ｑｒｐ
＋ｓ、切削油なし、荷重７５ｋｇ、ドリルは５−一φス
トレートシャンクを用いた。測定した結果は第１表に示
したが、従来鋼の定荷重単位時間穿孔距離を１００とし
、それぞれの穿孔距離を整数比で示した。

第１表から知られるように、Ｓｉ含有量の高かった比較
鋼であるＮｏ、１６では、未変態オーステナイトの炭化
物とフェライトへの変態が妨げられるため、ベイナイト
ラスの間隔が粗く、靭性において劣る。また、Ｍｎまた
はＣ「含有量の低かった比較鋼であるＮｏ、１７および
１８では、焼入性の不足により、ボリゴナルフェライト
が析出し、またベイナイトの間隔が粗いため、強度およ
び靭性が不十分である。Ｎｏ、１９およびＮｏ、２０は
Ｍｏまたは■の含有量が低いので、Ｃの拡散が遅延され
ず、ベイナイトラスの間隔が粗くなっているため、靭性
が所期の値に達していない、また、従来鋼であるＮｏ、
２１は焼入、焼もどし処理により、ソルバイト組織を呈
しており、良好な強度、靭性を呈している。

これに対して本発明鋼であるＮｏ、１〜Ｎｏ、　　１５
では、Ｓｉ含有量を規制し、所望のＭｎ、Ｃｒ、Ｍｏお
よび■を添加したので、ベイナイトラスの間隔が十分に
微細であり、大型の部材で冷却速度が遅くても、引張強
さが１００　ｋｇｆ／　ａｍ”以上、衝撃値が８　、０
　ｋｇｆ・ＩＩ／ａｍ”以上が得られ、本発明の効果が
確認された。また、被剛性については被剛性元素を添加
した第４発明鋼であるＮｏ、１０〜１５が第１〜第３発
明鋼に比較して優れた被剛性を示すことが確認できた。

［発明の効果］ 本発明の強靭非調質鋼は以上説明したように、Ｓ；含有
量を０．１５％以下に規制することにより、部材の冷却
速度が遅くても、未変態のオーステナイトを細かい炭化
物とフェライトに分解し易くし、ベイナイトラス間隔の
細かく詰まった組織として、強度および衝撃値を著しく
改善出来る。また、Ｍｎ十〇ｒの含有量を３．２０≦Ｍ
ｎ＋Ｃｒ≦４．２０の範囲に規制することにより、マル
テンサイトが３０％以下であるベイナイト＋マルテンサ
イト組織とすることができ、さらにＭｏとＶについてそ
の合計の含有量を０．６５％以上とすることにより、ベ
イナイトラスの成長を妨げて、ベイナイトラスが微細な
組織が得られ、部品が大型になっても非調質で強度およ
び靭性の優れたものとすることができるので、自動車の
足回り部品および建設機械等の大型部品として極めて有
用である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）重量比でＣ；０．１０〜０．２０％、Ｓｉ；０．
   ０２〜０．１５％、Ｍｎ；２．００〜３．００％、Ｃｒ
   ；１．００〜２．００％、Ｍｏ；０．５０〜１．００％
   、Ａｌ；０．０１０〜０．０６０％、Ｖ；０．１０〜０
   ．５０％を含有し、かつ ３．２０≦Ｍｎ％＋Ｃｒ％≦４．２０ Ｍｏ％＋Ｖ％≧０．６５ の２式を満足し、残部がＦｅおよび不純物元素からなる
   ことを特徴とする強靭非調質鋼。 （２）重量比でＣ；０．１０〜０．２０％、Ｓｉ；０．
   ０２〜０．１５％、Ｍｎ；２．００〜３．００％、Ｃｒ
   ；１．００〜２．００％、Ｍｏ；０．５０〜１．００％
   、Ａｌ；０．０１０〜０．０６０％、Ｖ；０．１０〜０
   ．５０％、Ｎｉ；１．００％以下を含有し、かつ３．２
   ０≦Ｍｎ％＋Ｃｒ％≦４．２０ Ｍｏ％＋Ｖ％≧０．６５ の２式を満足し、残部がＦｅおよび不純物元素からなる
   ことを特徴とする強靭非調質鋼。 （３）重量比でＣ；０．１０〜０．２０％、Ｓｉ；０．
   ０２〜０．１５％、Ｍｎ；２．００〜３．００％、Ｃｒ
   ；１．００〜２．００％、Ｍｏ；０．５０〜１．００％
   、Ａｌ；０．０１０〜０．０６０％、Ｖ；０．１０〜０
   ．５０％を含有し、さらにＮｂ；０．３０％以下および
   Ｔｉ；０．１０％以下のうち１種または２種を含有し、
   かつ ３．２０≦Ｍｎ％＋Ｃｒ％≦４．２０ Ｍｏ％＋Ｖ％≧０．６５ の２式を満足し、残部がＦｅおよび不純物元素からなる
   ことを特徴とする強靭非調質鋼。 （４）重量比でＣ；０．１０〜０．２０％、Ｓｉ；０．
   ０２〜０．１５％、Ｍｎ；２．００〜３．００％、Ｃｒ
   ；１．００〜２．００％、Ｍｏ：０．５０〜１．００％
   、Ａｌ；０．０１０〜０．０６０％、Ｖ；０．１０〜０
   ．５０％を含有し、さらにＳ；０．０４〜０．１２％、
   Ｐｂ；０．０５〜０．３０％およびＣａ；０．０００５
   〜０．０１００％のうち１種または２種以上を含有し、
   かつ ３．２０≦Ｍｎ％＋Ｃｒ％≦４．２０ Ｍｏ％＋Ｖ％≧０．６５ の２式を満足し、残部がＦｅおよび不純物元素からなる
   ことを特徴とする強靭非調質鋼。