JPH0331444A

JPH0331444A - 熱間鍛造用強靭非調質鋼

Info

Publication number: JPH0331444A
Application number: JP16794889A
Authority: JP
Inventors: Naoki Iwama; 直樹岩間; Kazue Nomura; 一衛野村
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 1989-06-29
Filing date: 1989-06-29
Publication date: 1991-02-12

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９０ｋｇｆ／ｍ―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ＣｒとＭ。

を含有させた機械構造用合金鋼である８０Ｍ４４０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■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■の炭窒化物
が析出し、このＶ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、熱同鍛造後冷却するのみで、強度
を持た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９０　ｋ、ｆ／・
鋤２以上という強度を確保することは困難であり、８０
Ｍ４４０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８０Ｍ４４０または５Ｃｒ４
４０と同等またはそれ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ために低炭
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、第３にベイナイト組織は冷却
速度の差により強度が変化しやすいが、微細なＶ炭窒化
物を上記組織に析出させれば、その析出硬化により、強
度の安定化を図ることができ、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させ
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％、
Ａｌ：０．０１０〜０．０６０％、Ｖ：０．１０〜０．
５０％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、ベイナイト組織の中に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　；０　、ｏ　
４〜０．１２％、Ｐｂ；０．０５〜０．３０％、ＣＪＬ
；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、
■を添加することにより、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含有量
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
の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％Ｍｅ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。Ｍ。

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。

ＣｒＨｏ、５０〜１．５０％Ｃ「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
ト化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。Ｍｏ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が粗くなるので、下限を０．２０％
とした。Ｍｏは高価な元素であり、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。

Ａｌ；０．０１０〜０．０６０％ＡＩは強力な脱酸剤として添加される元素であり、０．
０１０％未満では充分な効果が得られないので、その下
限を０．０１０％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。

Ｖ　；　０　、１０〜０　、５０　％ ■は微細な炭化物を析出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。

Ｓ　；０　、ｏ　４〜０６１２％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；０．０００５〜０．０１００％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、０．０１００％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ｏ、ｏｉ
ｏｏ％とした。

本発明においてベイナイト組織中に残留するオ−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１本発明にかかる熱間鍛造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鋼からＦ鋼までは第１発明鋼、Ｇ鋼か
らＬ鋼までは第２発明鋼である。

またＭ−Ｐ鋼は比較鋼であって、Ｍ鋼はＣ含有量が本発
明の組成範囲より多い比較鋼、Ｎ鋼はＳｉが本発明の組
成範囲よりも低い比較鋼、０鋼はＭｏ含有量が本発明の
組成範囲より低い比較鋼、Ｐ鋼はＶ含有量が本発明の組
成範囲より低い比較鋼である。Ｑ鋼は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鋼を高周波誘導炉で溶解
し、２０ｋｇ鋼塊を製造した。前記鋼塊を５０−一直径
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、３０ｗｈｍ直径に鍛伸
した後、空冷し、ついで切削により引張試験片（ＪＩＳ
Ｊ号）、衝撃試験片（ＪＩＳ３号）を作製し、引張強さ
、衝撃値、残留オーステナイトを測定した。なお、従来
鋼であるＱ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。

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１
７１０ｒｐｍ、切削油なし、荷重７５ｋｇ、ドリルは５
−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１０
０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１表に示す。

第１表から知られるように、比較鋼であるＭｊＩｌはＣ
含有量が高いので引張強さはし１２６　ｋｇｆ／　ｍｌ
Ｉ２と優れているが衝撃値は２　、３　ｋｇｆ輸／ｃｍ
’と低く靭性において劣る。Ｎ鋼はＳｉ含有１が低いの
で、残留オーステナイトが少なく、また、その安定度が
低いため衝撃値が７　、９　ｋｇ４ｗｒ／　ａｍ２と低
い、また。

比較鋼のＱ鋼は、Ｍｏの含有量が低いので、ベイナイト
ラスが粗く、そのため衝撃値が３゜９ｋｇｆｓ／ｃ−２
と低い、また、比較鋼であるＰ鋼は■含有量が低いので
、引張強さが８４ｋｇｆ／ａｓ”、衝撃値が２　、１　
ｋｇｔｅａ／　ｃｍ”と強度および靭性において劣る。

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９５ｋｇｆ／ｍｍ”であり、衝撃値
は１０　、３　ｋｇｒａ７　ａｍ”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９
２〜１０３ｋｇｆ／−−２、衝撃値は１５゜３〜１９．
８ｋｇｆ鋤／ｃ−２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。また、切削性について
も従来鋼のＱ鋼に比べて、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たように
、低炭素鋼にＭｎ、Ｃｒ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Ｓｉ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９０　ｋｇｆ／曽鍮２の引張強さと１５
ｋｇｒｍ／Ｃｍ”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持重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

【特許請求の範囲】

（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％、Ｖ；０．１０
〜０．５０％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、ベイナイト組織の中に１０〜３
０％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）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％、Ｖ；０．１０
〜０．５０％を含有し、さらにＳ；０．０４〜０．１２
％、Ｐｂ；０．０５〜０．３０％、Ｃａ；０．０００５
〜０．０１００％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、
ベイナイト組織の中に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。