JPH042644B2

JPH042644B2 -

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Publication number: JPH042644B2
Application number: JP842082A
Authority: JP
Priority date: 1982-01-22
Filing date: 1982-01-22
Publication date: 1992-01-20
Also published as: JPS58126922A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は低炭素ボロン鋼を素材としてボルト
やこれに類する部品等の構造用部品を製造する方
法に関するものである。周知のように低炭素鋼にホウ素Ｂを小量添加す
れば、CrやMo等の高価な特殊元素を用いること
なく低コストで焼入れ性を著しく向上させること
ができ、そのため低炭素ボロン鋼は自動車構造用
部品、例えばボルト等に適した鋼材として注目さ
れ、最近では種々検討・実用化が図られている。
しかしながらボロン鋼はオーステナイト結晶粒の
粗大化温度が従来の他の鋼種、例えば通常の炭素
鋼やクロム鋼、クロムモリブデン鋼等と比較して
低いため、焼入加熱時に結晶粒度が粗大化し易
く、その結果靭性が低下してしまうおそれがあ
る。すなわち、本発明者等が第１表に示すような
組成の低炭素ボロン鋼およびクロム鋼について
850〜1200℃に種々温度を変えて１時間加熱処理
後水焼入れを施し、旧オーステナイト結晶粒度を
測定したところ、第１図に示す結晶粒粗大化曲線
が得られた。

【表】第１図から、クロム鋼の場合には850〜900℃の
温度範囲ではオーステナイト結晶粒が細粒であ
り、950℃程度以上から急激に粗大化されるのに
対し、ボロン鋼の場合には850℃から急激に結晶
粒が粗大化することが明らかである。上述のようにボロン鋼が比較的低温で結晶粒が
粗大化する原因は次のように考えられる。すなわ
ちボロン鋼の場合には、微量添加したＢをBNと
して析出させずに鋼中に固溶させて焼入性向上効
果を発揮させるため、Ti等の添加によつて鋼中
窒素をTiN等として固定させることが行なわれ
ており、そのため通常の焼入れ加熱温度範囲にお
ける結晶粒粗大化防止に効果がある。AlNの析
出が充分でないことが起因すると考えられる。上述のような特性のボロン鋼を素材とする製品
のオーステナイト結晶粒を微細化する方法として
は、前述のところから明らかなように焼入れ加熱
温度を低くして焼入加熱時の結晶粒粗大化を防止
する方法が考えられる。しかしながら素材の焼鈍
を省略して冷間鍛造等の冷間加工を行う場合に
は、素材としてC0.30％以下の低炭素ボロン鋼を
使用する必要があり、この場合には低炭素である
ためA₃変態点が高く、そのため素材を880℃程度
以下の低温から焼入れた場合には焼入れ不良が生
じてしまうから、このように焼入加熱温度を低温
とすることは実用上困難である。一方、焼入れ加熱時間を短縮することによつて
結晶粒の粗大化を防止することも考えられる。し
かしながら本発明者等が前記同様に第１表に示さ
れる組成のボロン鋼について焼入れ加熱温度を
880℃とし、種々加熱温度を変化させて焼入れる
実験を行つたところ、オーステナイト結晶粒度は
15分の短時間加熱でもASTM粒度番号で５以下
の粗粒となつてしまい、かつまた混粒傾向が認め
られた。したがつて加熱時間の短縮により結晶粒
粗大化を防止する方法も通常の炉加熱では実現困
難である。このほか、焼入加熱温度までの昇温速度を小さ
くすれば細粒を得やすくなる傾向が認められる
が、その影響を顕著ではなく、したがつて昇温速
度を小さくする方法は細粒化の目的に対し実用的
に充分な程度の効果を得ることは困難である。以上のようにボロン鋼、特にC0.30％以下の低
炭素ボロン鋼においては、焼入れ加熱時における
結晶粗大化を確実に防止して靭性低下を確実に防
止することは、熱処理条件の変更では達成困難で
あつた。この発明は以上のような事情に鑑みてなされた
もので、冷間鍛造等の冷間加工後焼入れ焼もどし
を行つて使用されるボルト等の部品にC0.30％以
下の低炭素ボロン鋼を適用するに際して、結晶粒
の粗大化を防止して、焼入れ後の旧オーステナイ
ト結晶粒度がASTM粒度番号で５以上の細粒を
確実に得ることを目的とするものである。本発明者等は上述の目的を達成するべく鋭意実
験・検討を重ねた結果、C0.30％以下の低炭素ボ
ロン鋼からなる素材を加工率（断面積比）で13％
以上の冷間鍛造等の冷間加工を行つた後に焼入れ
焼もどしを施すことによつて、ASTM粒度番号
で５以上の細粒が得られることを見出し、この発
明をなすに至つた。すなわちこの発明の製造方法
は、C0.15〜0.30％、Si0.15〜0.35％、Mn0.60〜
1.60％、C1.20％以下、B0.0005〜0.0030％、
Ti0.01〜0.04％、Al0.01〜0.04％を含有しかつ残
部Feおよび不可避的不純物よりなる鋼を素材と
し、かつ製品形状よりも大きい形状の素材を用
い、加工率13％以上で冷間鍛造等の冷間加工を施
した後、焼入れ焼もどしを施すことを特徴とする
ものである。以下この発明の方法についてさらに詳細に説明
する。先ずこの発明の方法で対象とする鋼の成分限定
理由について説明する。Ｃは焼入れ焼もどし後の強度を確保するために
少なくとも0.15％含有している必要がある。また
Ｃ含有量が増せばそれだけA₃変態点が低下する
から焼入加熱温度を低くすることによりより一層
の細粒化を図ることが可能であるが、Ｃ量が0.30
％を越えれば焼鈍を行なわずに冷間加工を行うこ
とが困難となり、またＢ添加による焼入性向上効
果も小さくなるから、上限を0.30％とした。 Siは溶鋼の脱酸に有効な元素であるが、過剰に
添加すれば介在物量が増大して製品の機械的性質
を低下させることから、適正な範囲を0.15〜0.35
％とした。 Mnは焼入性を向上させるに効果があるが、
0.60％未満ではその効果が充分ではなく、一方
Mnが過剰に含有されれば冷間加工性を損う。こ
の発明では加工率13％以上の冷間加工を行う必要
があるから、冷間加工性に問題のない範囲とし
て、0.60〜1.60％とした。 Crも焼入性を向上させる元素であるが、過剰
に含有されれば冷間加工性を損うから上限を1.20
％とした。 Ti、Alはともに鋼中のＮ、Ｏを固定し、Ｂを
鋼中に固溶させてＢ添加による顕著な焼入性向上
効果を発揮させる効果があるが、それぞれ0.01％
未満ではその効果が充分ではない。またTiは0.04
％を越えれば大型のTiNの析出が多くなつて製
品の機械的性質に悪影響を与えることから、Ti
の添加量を0.01〜0.04％とした。一方Alも0.04％
を越えればAl₂O₃等の粗大な介在物が多くなつて
機械的性質を損うから、0.01〜0.04％の範囲に規
制した。Ｂは前述のように鋼中に固溶して焼入性を顕著
に向上させる効果があるが、0.0005％未満ではそ
の効果が充分ではなく、一方0.0030％を越えて添
加してもそれ以上焼入性は向上せず、またFe₂B
による脆化や赤熱脆性を招くから、0.0005〜
0.0030％とした。次に上述のような成分範囲の鋼に冷間加工を加
えた場合の冷間加工率とオーステナイト結晶粒度
との関係について説明する。本発明者等は前記成分範囲の鋼として第１表に
ボロン鋼として示した組成の鋼を用意し、その鋼
に対して種々の加工率で冷間鍛造を施し、その
後、実用熱処理条件の範囲内で最も粗大化し易い
条件と考えられる熱処理、すなわち900℃×１時
間均熱処理を施し、焼入れした後の旧オーステナ
イト結晶粒度を調べたところ、第３図に示す結果
が得られた。第３図から明らかなように冷間加工
率が高くなるに従つて細粒化されて、特に冷間加
工率が13％以上であればASTM粒度番号で５以
上の細粒が得られることが確認された。このよう
に焼入れ加熱条件を結晶粒粗大化が生じ易い条件
としても、予め加工率13％以上の冷間鍛造等の冷
間加工を施しておくことによりASTM粒度番号
５以上の細粒を得ることが可能となるから、焼入
れ加熱温度は特に低温化する必要はなくなるが、
より一層の細粒化を図るためにはA₃変態点以上
の可及的に低温することが望ましい。なお焼入れ
後の焼もどし処理は、常法にしたがつてA₁変態
点未満の温度で行えば良い。なおこの発明の製造方法はボルトあるいはそれ
に類する製品に最も好適に適用されるが冷間鍛造
によつてボルトを製造する場合、通常は据込鍛造
が採用されるから、冷間加工率はボルト頭部で最
も高くなり、ボルト軸部が最も低くなるのが通常
である。このためボルト軸部の冷間加工率が13％
以上となるような加工を行えば製品全体の冷間加
工率が13％以上となり、その結果製品全体の旧オ
ーステナイト結晶粒度をASTM粒度番号５以上
に細粒化することができる。このようにボルト軸
部の冷間加工率（断面積比）を13％以上とするた
めには、素材として製品のボルトの軸部最大径の
1.07倍以上のものを用いれば良い。以下この発明の実施例を記す。実施例 C0.28％、Si0.23％、Mn1.06％、Cr0.15％、
B0.012％、Ti0.023％、Al0.03％、残部Feおよび
不可避的不純物よりなる低炭素ボロン鋼の外径12
mmの棒材（従来法）、および同じ成分の低炭素ボ
ロン鋼からなる外径13mmの棒材（本発明法）を用
いてそれぞれ呼び径12mmのボルトを冷間鍛造によ
り作成し、900℃において１時間均熱した後、焼
入れし、その後500℃において焼もどしを行つた。
焼入れ後のボルト軸の旧オーステナイト結晶粒度
を調べたところ、第２表に示す結果が得られた。

【表】第２表から明らかなように、軸部加工率が０
％の場合と比較して軸部加工率が17％の場合には
焼入れ後の旧オーステナイト結晶粒度が著しく大
きくなり、ASTM粒度番号で６以上の細粒とな
ることが確認された。以上の説明で明らかなようにこの発明の製造方
法によれば、低炭素ボロン鋼を用いてボルト等の
部品を製造するにあたつて、焼入れ加熱前に加工
率13％以上の冷間鍛造等の冷間加工を施しておく
ことにより、焼入れ後の旧オーステナイト結晶粒
としてASTM粒度番号５以上の細粒を確実かつ
容易に得ることができ、したがつて確実かつ容易
に靭性の優れたボルト等の製品を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の通常のボロン鋼およびクロム鋼
におけるオーステナイト結晶粒粗大化曲線を示す
線図、第２図は従来のボロン鋼における焼入加熱
時間とオーステナイト結晶粒度との関係を示す線
図、第３図は焼入加熱前の冷間鍛造における加工
率とオーステナイト結晶粒度との関係を示す線図
である。

Claims

【特許請求の範囲】

１ C0.15〜0.30％（重量％、以下同じ）、Si0.15
〜0.35％、Mn0.60〜1.60％、Cr1.20％以下、
B0.0005〜0.0030％、Ti0.01〜0.04％、Al0.01〜
0.04％を含有しかつ残部Feおよび不可避的不純物
からなる鋼を素材とし、かつその素材の形状を製
品形状よりも大きいものとし、その素材に13％以
上の加工率で冷間加工を施した後、焼入れ焼もど
しすることを特徴とする低炭素ボロン鋼部品の製
造方法。