JPH0331443A - 熱間鍛造用強靭非調質鋼 - 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１００ｋｇｆ／輪輸２以上
、シャルピー衝撃値１５　ｋｇｆｍ／　ａｍ”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に用いられる鋼として有用な熱間鍛
造用強靭非調質鋼に関する。

［従来の技術］ 従来、フォークリフト用の爪や、ステアリングナックル
、アッパーアーム等の自動車または建設機械等の部品に
用いられる鋼には、高強度と高靭性が要求され、５４５
ＣやＣｒあるいはＣ「とＭ。

を含有させた機械構造用合金鋼であるＳＣＭ４４０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、大幅なコスト低減が図られ、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％含有する中炭素鋼、
あるいはＭｎ鋼に０．０３〜０．２０％のＶ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。非調質鋼はこの強化作用によって、上記熱
処理を行うことなく、熱間鍛造後冷却するのみで、強度
を持なせることができるものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら従来開発された熱間鍛造のままで使用する
非調質鋼は、熱間鍛造が１１００℃以上という高温で行
なわれることと、熱間鍛造後の冷却速度が遅いこともあ
り、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、靭性が低く、また引張強さが１００ｋｇｆ／ｓ
ａ”以上という強度を確保することは困難であり、ＳＣ
Ｍ４４Ｑ等の性能には遠く及ばない、そのため、自動車
用の足回り部品の中でも特に強度および靭性の要求され
る部品、例えば寒冷地向けの部品や高性能車の部品等の
要求を満足することができなかった。

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または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熱間鍛造用強靭非調質鋼を
提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明者は上記目的の下に熱間鍛造用非調質鋼について
鋭意研究した結果、第１に靭性を向上させるなめに低炭
素化すること、第２に焼入れ性を向上させるためにベイ
ナイト生成作用を持つＭｎ量、Ｃｒ量を高め、かつＢを
添加することにより、熱間鍛造用非調質鋼の組織を強度
と靭性が優れたベイナイト組織にすることができ、従来
の非調質鋼に比べて許容される鍛造加熱温度範囲が広く
、かつ高い強度および靭性を有し、熱間鍛造のままで、
従来の中炭素低合金鋼と同等若しくは同等以上の強度お
よび靭性を確保し得ることを知見した。

さらに、靭性を従来の中炭素低合金鋼以上に向上させる
ために、残留オーストナイトを利用することに着想し、
Ｓｉ含有量を１％以上としＭｏを添加することにより、
ベイナイト組織中に１０％以上の残留オーストナイトを
安定化させるとともにベイナイトラス間隔を細かくした
ものである。

本発明の熱間鍛造用強靭非調質鋼、はこれらの知見と着
想に基づいてなされたものであって、第１発明として、
重量比にしてＣ；０．１０〜０．２０％、Ｓｉ；１．０
０〜２．００％、Ｍｎ；０．８５〜２．５０％、Ｃｒ；
０．５０〜１．５０％、ＭＯ：０．２０〜１．００％、
Ａ１．０．０１０〜０．０６０％、Ｔｉ；０．０１〜０
．０５％、Ｂ；０．０００５〜０．００４０％を含有し
、残部Ｆｅならびに不純物元素からなり、前記鋼を熱間
鍛造を施した後、空冷もしくは衝風冷却することにより
、ベイナイト組織中に残留オーステナイトが１０〜３０
％安定化された組織が生成されることを要旨とする。し
かして、第２発明は第１発明の切削性を改善するため、
第１発明にさらにＳ　；ｏ　、ｏ　４〜０．１２％、ｐ
ｂ；ｏ、ｏ５〜０．３０％、Ｃａ；０．０００５〜０．
０１００％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］ 本発明の熱間鍛造用強靭非調質鋼では、低炭素化するこ
とにより靭性を向上させ、Ｍｎ量、Ｃｒ量を高め、Ｂを
添加することにより強度と靭性が優れたベイナイト組織
を生成させ、広い鍛造加熱温度範囲において強度の安定
化を図ることができる。

また、Ｓｉ量を高めＭｏを添加したので、ベイナイト組
織中に１０％以上の残留オーステナイトを安定化させ、
かつベイナイトラス間隔を細かくして優れた靭性を確保
することができる。

次に本発明にかかる熱間鍛造用強靭非調質鋼の成分限定
理由について説明する。

Ｃ；０．１０〜０．２０％ Ｃは非調質鋼の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。

Ｓｉ；１．００〜２．００％ Ｓｉは残留オーステナイトを安定化させるために必要な
元素であり、１０％以上の残留オーステナイトを確保す
るためには１．００％は必要である。しかし、２．００
％を越えると逆に靭性が低下するので、上限を２．００
％とした。

Ｍｎ；０．８５〜２．５０％ Ｍｎは焼入れ性を向上させて熱間鍛造後の組織をベイナ
イト化するのに必要な元素である。Ｍｎが０．８５％未
満であると焼入れ性が不足しベイナイトにフェライトが
混在した組織となり、強度が不足するので、下限を０．
８５％とした。しかし、２．５０％を越えると焼入れ性
が向上し過ぎてマルテンサイトが生成され、靭性が低下
するので、上限を２．５０％とした。

Ｃｒ；０．５０〜１．５０％ Ｃｒは焼入性を向上させ、熱間鍛造後の組織をベイナイ
ト化するのに必要な元素である。０．５０％未満である
と前記効果が不充分であるので、下限を０．５０％とし
た。しかし、１．５０％を越えると焼入性が向上し過ぎ
てマルテンサイト組織が生成して、靭性が低下するので
、上限を１．５０％とした。

Ｍｏ；０．２０〜１．００％ Ｍｏは焼入性を向上させ、熱間鍛造後の組織をベイナイ
ト（するとともにベイナイトラス間隔を細かくするため
に必要な元素である０Ｍｏが０．２０％未満であるとベ
イナイト化が不充分であり、またベイナイト化してもベ
イナイトラス間隔を粗くなるので、下限を０．２０％と
した。Ｍｏは高値な元素であり、１．００％を越えると
前記効果が飽和すると共にコスト高となるので、上限を
１゜００％とした。

Ａ１．０．０１０〜０．０６０％ Ａ１は強力な脱酸剤として添加される元素であるが、０
．０１０％未満では脱酸不足となるので、下限を０．０
１０％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とともに、靭性が低下するので
、上限を０．０６０％とした。

Ｔｉ；０．０１〜０．０５％ Ｔｉは強力な炭窒化物形成元素であり、遊離Ｎの固定に
有効な元素である。０．０１％未満では必要な効果が得
られないため、その下限をｏ、０１％とした。しかし、
０．０５％を越えて含有しても、そり効果の向上が少な
いため、上限を０．０５％とした。

Ｂ　：Ｏ、ｏ　００５〜０．００４０％Ｂは焼入性を向
上させて熱間鍛造後の組織をベイナイト組織とするため
に必要な元素であり、０．０００５％以下では焼入性が
不足してベイナイト組織にフェライト組織が混在した組
織となり、強度が不足するため、その下限を０．０００
５％とした。しかし、０．００４０％を越えて含有して
もその効果が少ないため、その上限を０．００４０％と
した。

Ｓ；０．０４〜０．１２％ Ｓは被剛性を一層改善するため有効な元素であり、その
効果を得るためには０．０４％以上が必要である。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は被剛性を一層改善するため有効な元素であり、そ
の効果を得るためには０．０５％以上が必要である。し
かし、０．３０％を越えて含有され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
。

ＣａＨＯ，０００５〜０．０１００％ Ｃａは被剛性を一層改善するため有効な元素であり、そ
の効果を得るためには０．０００５％以上が必要である
。しかし、ｏ、ｏｔｏｏ％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ぐなるので上限を０．０１
００％とした。

本発明においてベイナイト組織中に残留するオーステナ
イトの量を１０〜３０％としたのは、靭性を向上させる
ためには１０％以上の残留オーステナイトが必要だから
であり、また残留オーステナイト量が３０％を越えると
耐力が不足するようになるからである。

［実施例］ 本発明にがかる熱問鍛遺用強靭非調質鋼の特徴を従来鋼
、比較鋼と比較して実施例でもって明らかにする。

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、Ａ＃ｌｌからＦ＃ｌまでは第１発明鋼、
Ｇ鋼からＬ鋼までは第２発明鋼である。

またＭ〜０鋼は比較鋼であって、Ｍ鋼はＳｉが本発明の
組成範囲よりも低い比較鋼、Ｎ鋼は他の組成範囲は本発
明鋼と同じであるがＭｏを含有しない比較鋼、０鋼はＣ
含有量が本発明の組成範囲より多い比較鋼である。ｐｍ
はＳＣＭ４４０に相当する従来鋼である。

（以下余白） 第１表の化学成分を有する供試−を高周波誘導１ 炉で溶解し、２０ｋｇ鋼塊を製造した。前記鋼塊を５０
ｍ＠直径の棒鋼に圧延し、次いでこの棒鋼を１２００℃
に加熱し、１１００℃で熱間鍛造を行い、３０曽輪直径
に鍛伸した後、空冷し、ついで切削により引張試験片（
ＪＩＳ４号）、衝撃試験片（ＪＩＳ３号）を作製し、引
張強さ、衝撃値、ミクロ組織を測定した。なお、従来鋼
であるＰ鋼は熱間鍛造した後、８５０℃で４０分間加熱
し、油焼入し、ついで５８０℃で９０分間焼もどしを施
した。

第１表に示した発明鋼および比較鋼について、鍛造を施
したままの状態で、従来鋼については前記と同様の焼入
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１７１０
ｒｐｍ、切削油なし、荷重７５ｋｇ、ドリルは５曽−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。得られた結
果は第１１！に示す。

第１表から知られるように、比較鋼であるＭ鋼はＳ；含
有量が低いので、ベイナイトラスが粗く、また、残留オ
ーステナイトの安定度が低く、そのため衝撃値が低い、
また、比較鋼のＮ鋼は、Ｍ。

を含有しないので、ベイナイトラスが粗く、そのため衝
撃値が低い、また、比較鋼である０鋼はＣ含有量が高い
ので、強度は充分であるが、衝撃値において劣る。

また、従来鋼であるＰ鋼は焼入焼もどしを行ったにも拘
わらず、引張強さが９８　ｋＨｆ／　ｍ１１２であり、
衝撃値は１０　、５　ｋｇ４ｍｌ　ｃｍ’であって所期
の値が得られていない。

これに対して本発明鋼であるＡ鋼〜Ｌ鋼では、残留オー
ステナイトが１０〜３０％の範囲にあり、引張強さは１
０２・〜１２１　ｋｇｆ／鴎１、衝撃値は１５　、２〜
１９　、３　ｋｇ４ｓ／　ａｍ２と、従来鋼と同等以上
の強さと靭性が確保されることが確認された。＝ｉな、
切削性にいても従来鋼番号１６に比べて、本発明鋼は非
常に良好で、特にＳ、Ｐｂ、Ｃａを添加した第２発明そ
の効果が大きく表れていることが明らかとなった。

［発明の効果］ 本発明の熱間鍛造用強靭非調質鋼は以上説明しｔように
、低炭素鋼にＭｎ、ＣｒおよびＢを添加することにより
、焼入性を向上させ、熱間鍛造後の空冷もしくは衝風冷
却により、ベイナイト組織とするものであり、さらにＳ
ｉ含有量を高めＭｏを添加することにより、残留オース
テナイトを安定化させてるとともにベイナイトラス間隔
を細かくして、強靭性を付与し、■を添加することによ
り、前記のベイナイト組織に炭窒化物を析出させたもの
であり、その結果非調質で１００　ｋｇｆ／　ｍ曽”の
引張強さと１５　ｋ１１ｔｓ／　ａｍ”以上のシャルピ
ー衝撃値を得ることができる０本発明の熱間鍛造用強靭
非調質鋼はこのように優れた引張強さと優れた靭性を有
する非調質鋼であり、自動車用の足回り部品の中でも特
に強度および靭性の要求される部品、例えば寒冷地向け
の部品や高性能車の部品等に極めて有用なものである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量比にしてＣ；０．１０〜０．２０％、Ｓｉ；
   １．００〜２．００％、Ｍｎ；０．８５〜２．５０％、
   Ｃｒ；０．５０〜１．５０％、Ｍｏ；０．２０〜１．０
   ０％、Ａｌ；０．０１０〜０．０６０％、Ｔｉ；０．０
   １〜０．０５％、Ｂ；０．０００５〜０．００４０％を
   含有し、残部Ｆｅならびに不純物元素からなり、前記鋼
   を熱間鍛造を施した後、空冷もしくは衝風冷却すること
   により、ベイナイト組織中に１０〜３０％の残留オース
   テナイトが安定化された組織が生成されることを特徴と
   する熱間鍛造用強靭非調質鋼。
2. （２）重量比にしてＣ；０．１０〜０．２０％、Ｓｉ；
   １．００〜２．００％、Ｍｎ；０．８５〜２．５０％、
   Ｃｒ；０．５０〜１．５０％、Ｍｏ；０．２０〜１．０
   ０％、Ａｌ；０．０１０〜０．０６０％、Ｔｉ；０．０
   ０１〜０．０５％、Ｂ；０．０００５〜０．００４０％
   を含有し、さらにＳ；０．０４〜０．１２％、Ｐｂ；０
   ．０５〜０．３０％、Ｃａ；０．０００５〜０．０１０
   ０％のうち１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅなら
   びに不純物元素からなり、前記鋼を熱間鍛造を施した後
   、空冷もしくは衝風冷却することにより、ベイナイト組
   織中に１０〜３０％の残留オーステナイトが安定化され
   た組織が生成されることを特徴とする熱間鍛造用強靭非
   調質鋼。