JPH0499249A - 高強度非調質快削鋼 - Google Patents
高強度非調質快削鋼Info
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- JPH0499249A JPH0499249A JP2212107A JP21210790A JPH0499249A JP H0499249 A JPH0499249 A JP H0499249A JP 2212107 A JP2212107 A JP 2212107A JP 21210790 A JP21210790 A JP 21210790A JP H0499249 A JPH0499249 A JP H0499249A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/84—Controlled slow cooling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/60—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing lead, selenium, tellurium, or antimony, or more than 0.04% by weight of sulfur
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
(M東上の利用分野〕
この発明は、製造時の被削性と使用時の強度とを兼ねそ
なえていることが要求される自動車部品などの各種機械
構造物部品の素材として好適に利用される被削性と強度
とを兼ねそなえた高強度非調質快削鋼に関するものであ
る。 (従来の技術) 従来、焼入れ焼もどしを施さない非調質鋼の採用も広い
分野にわたって多く試みられてきており、従来の非調質
鋼は、主として中度素鋼の焼入れ焼もどし材の代替とし
て用いられてきたので、硬さもHRC25以下のものが
多く、切削加工は比較的容易であった。 また、被剛性をさらに改善する必要がある場合には、S
やpb等の被削性改善元素を適量添加することが行われ
ているが、この場合には硬さが低く切欠き感受性が小さ
いので強度の低下は起こらない。 (発明が解決しようとする課題) しかしながら、硬さがHRC25を超えるような高強度
域では、被剛性を改善するためにSやpb等を添加する
と疲れ強さが低下する傾向があられれるという問題点が
あり、このような問題点を解決することが課題となって
いた。 (発明の目的) この発明は、このような従来の課題にかんがみてなされ
たもので、被削性と強度との両方を兼ねそなえた高強度
非調質快削鋼を提供することを目的としている。
なえていることが要求される自動車部品などの各種機械
構造物部品の素材として好適に利用される被削性と強度
とを兼ねそなえた高強度非調質快削鋼に関するものであ
る。 (従来の技術) 従来、焼入れ焼もどしを施さない非調質鋼の採用も広い
分野にわたって多く試みられてきており、従来の非調質
鋼は、主として中度素鋼の焼入れ焼もどし材の代替とし
て用いられてきたので、硬さもHRC25以下のものが
多く、切削加工は比較的容易であった。 また、被剛性をさらに改善する必要がある場合には、S
やpb等の被削性改善元素を適量添加することが行われ
ているが、この場合には硬さが低く切欠き感受性が小さ
いので強度の低下は起こらない。 (発明が解決しようとする課題) しかしながら、硬さがHRC25を超えるような高強度
域では、被剛性を改善するためにSやpb等を添加する
と疲れ強さが低下する傾向があられれるという問題点が
あり、このような問題点を解決することが課題となって
いた。 (発明の目的) この発明は、このような従来の課題にかんがみてなされ
たもので、被削性と強度との両方を兼ねそなえた高強度
非調質快削鋼を提供することを目的としている。
(課題を解決するための手段〕
この発明に係わる高強度非調質快削鋼は、重量%で、C
:0.30〜0.45%、Si二〇、35〜0.70%
、Mn:0.80〜1.40%、Cr:0.30〜0.
70%、V:0.05〜0.35%、S:0.03〜0
.15%、Pb:0.03〜0.35%でかつSrPb
:0.05%以上およびSrPb/4 : 0 、15
%以下、Ca : 0.0003〜0.0050%、A
!;L:0.010%以下、O:0.0015〜0.0
030%、残部Feおよび不可避的不純物よりなり、熱
間鍛造等の熱間加工−空冷後の組織がフェライト+パー
ライトであってフェライト面積率が10〜40%である
構成としたことを特徴としており、このような高強度非
調質快削鋼に係わる発明の構成を前述した従来の課題を
解決するための手段としている。 次に、この発明に係わる高強度非調質快削鋼の化学成分
組成(重量%)および組織の駆足理由について説明する
。 C:0.30〜0.45% Cは熱間鍛造等の熱間塑性加工−空冷後の硬さを決足す
る主要元素であり、所望の硬さを得るためには0.30
%以上とすることが必要であるが、過剰に含有させると
パーライトの面8I率が増加して靭性が低下し、切欠き
感受性が増大することから0.45%以下とした。 Si:0.35〜0.70% Siは通常において脱酸元素として用いられるが、本発
明鋼では酸化物の組成を調整して被削性を改善するため
に積極的に含有させる。 この場合、酸化物が強度に影響せずして被削性の改善に
有効であるためには、その融点が低いことが必要である
。このような意味からは本発明鋼の成分ではSr含有量
を0.35〜0.70%の範囲とすることが重要である
。そして、これよりもSi含有量が少ないとアルミナよ
りの介在物となり、被剛性の改善効果が小さいものとな
る。また、Si含有量が上記よりも多いとAl含有量を
少なくすることが困難であり、この場合もアルミナより
の介在物になるという傾向があって被剛性の改善効果は
小さいものとなるので、Si含有量は0.35〜0.7
0%の範囲とした。 Mn+0.80〜1.40% Mnはフェライト+パーライト組織の靭性を改善するの
にきわめて有効な元素であり、このためには0.80%
以上含有させることが必要であるが、多量に含有すると
空冷であってもベイナイトを生成して靭性を低下させる
ようになるので、0.80〜1.40%の範囲とするの
が最適である。 Cr:0.30〜0.70% Crはフェライト−パーライト組織の靭性な改善するの
に有効な元素であり、このためには0゜30%以上含有
させることが必要であるが、多量に含有させるとベイナ
イトを生成して靭性を低下させやすくなるので、0.3
0〜0.70%の範囲とするのがよい。 V:0.05〜0.35% ■はフェライトおよびパーライト中のフェライトの硬さ
を増大させるのに有効な元素であり、非調質鋼の主要元
素である。そして、目標硬さと材料の大きさ(冷却速度
に影響する)によりV含有量を調節することが必要であ
るが、0.05〜0635%の範囲であれば通常の部品
の要求を満たすことが可能であり、また、被削性や靭性
に及ぼす影響も比較的小さい。 S:0.03〜0.15% Sは鋼中のMnと結合してM n S介在物となること
により被削性を改善するが、多量に含有すると強度や靭
性を低下するので、0.03〜0.15%の範囲とする
ことが好ましい。 Pb:0.03〜0.35% Pbは鋼中で金属鉛粒として析出して被削性を改善する
が、Pb単独での最適含有量は0.03〜0.35%で
ある。 S+Pb:0.05%以上 被剛性に及ぼすSとPbの影響は、厳密には、加工の様
式によって異なるが、これらの元素の効果が顕著である
ドリル力ロエなどでは、重量%で同量の場合、その効果
は類似している。そして、S+Pbが0.05%以上で
あれば被削性改善の効果が顕著である。 S+Pb/4:0.15%以下 SおよびPbは上記したように被削性改善の効果が顕著
であるが、本発明鋼の成分で疲れ強さに及ぼすSl!l
:Pbの影響を調査した結果、Sはpbの4倍の有害度
を示した。したがって、s+pb/4の値が0.15%
を超えると疲れ強さに対する悪影響が顕著になるので、
S + P b/4の値で0.15%以下とした。 Ca:0.0003〜0.0050% CaはSiと同様に酸化物の組成を制御して被削性を改
善するのに有用な元素である。この場合、Caの適正含
有量は0やAfL、S i含有量によって異なるが、本
発明鋼の成分組成範囲では0.0003〜0.0050
%が最適である。 Ai:0.010%以下 Anは強力な脱酸元素であるが、多量に含有するとSi
やCaの含有量を調整してもすべてアルミナよりの介在
物になって、被剛性の改善が得がたくなるので、o、o
io%以下とすることが必要である。 0:0.0015〜0.0030% 0含有量はRH脱ガスなどの製鋼設備の充実等によって
年々低くなっているが、被削性を改善するために酸化物
の組成を調整するという点からは、0含有量には適正範
囲がある。そして、0含有Jiが0.0015%よりも
少ないと被削性を改善するのに十分な量の酸化物が得ら
れなくなり、0.003%を超えると巨大な酸化物が生
成する確率が増加して疲れ強さに悪い影響を与えるので
、O含有量は0.0015〜0.0030%の範囲とし
た。 組Ia:フェライト+パーライトで且つフェライト面積
率が10〜40% MnとCrを含有する中炭素の鋼を高温から空冷すると
、一般にフェライト+パーライト組織あるいはフェライ
ト+パーライト+ベイナイト組織になる。この場合、ベ
イナイトはパーライトよりも靭性に優れているが、中炭
素のベイナイトは十分な靭性がないこと、およびフェラ
イト面積率を著しく減少させて全体としての靭性を低下
させることとなるので好ましくない、そして、フェライ
ト面積率が大きくなると靭性は向上するが、硬さが低下
し、逆に小さくなると靭性が低下するので、フェライト
面積率は10〜40%の範囲とするのが適正である。こ
のフェライト面積率は、化学成分組成、#l造加熱温度
、fR造温度、鍛造終止温度、冷却速度等により変化す
るが1本発明鋼の成分組成範囲であれば通常の非調質鍛
造条件でフェライト面積率は上記の範囲に入る。 (発明の作用) この発明に係わる高強度非調質快削鋼は、上述した化学
成分組成および組織を有するものであり、 ■マトリックスの靭性向上と ■介在物の影響低減と をはかるため、 ■に関してはCとMnおよびCrのバランスの最適値を
決定するとともに、 ■に関しては有害度を考慮した適量範囲の決定と、少量
で被削性を改善できる最適組成を見い出すこと により、被剛性と強度の両方を兼ねそなえた高強度非調
質快削鋼となる。 (実施例) !$1表に示す化学成分組成の鋼をアーク炉にて溶製し
たのち造塊し、熱間圧延により150mm角のビレット
を製造した。 次いで、熱間鍛造により直径25mmと50mmの丸棒
を製造した。 そして、直径20mmの丸棒はミクロ組織およびフェラ
イト面積率の測定と疲れ試験(小野式回転曲げ疲労試験
)に用い、直径50mmの材料はドリル加工と超硬によ
る被削性試験に用いて、ミクロ組織、フェライト面8I
″4.疲れ強さ、被削性を調べた。これらの結果を第2
表に示す、なお、fJ112表のドリル加工性および超
硬旋削性は、比較例No、 7を100(基準)とする
比率で評価した。 第1表および第2表に示すように、Siを積極的に添加
しないと共に被削性改善元素も含有させない比較@No
、7の鋼を基準とした場合において、CとMnおよびC
rのバランスを最適範囲内に設足すると共にSi 、C
a、A文、0量を適切な範囲にして酸化物の組成を制御
し、Sおよびpb含有量をも適切に制御するとともにフ
ェライト面積率を10〜40%の範囲とした本発明鋼N
o、 1〜6はいずれも基準の比較鋼No、 7に比
べて疲れ@度がかなり高く、ドリル加工性および超硬旋
削性に示す被削性が著しく良好であって、高強度非調−
買の快削鋼となっていることが認められた。 これに対して、本発明を満足しない比較鋼No。 8〜llではCとMnおよびCrのバランスが適切なも
のとはなっておらず、Si、Ca、AM。 0による酸化物の組成の制御が積極的になされていない
ことから、疲れ限度および被削性とも本発明鋼に比べて
かなり劣ったものとなっていることが認められた。
:0.30〜0.45%、Si二〇、35〜0.70%
、Mn:0.80〜1.40%、Cr:0.30〜0.
70%、V:0.05〜0.35%、S:0.03〜0
.15%、Pb:0.03〜0.35%でかつSrPb
:0.05%以上およびSrPb/4 : 0 、15
%以下、Ca : 0.0003〜0.0050%、A
!;L:0.010%以下、O:0.0015〜0.0
030%、残部Feおよび不可避的不純物よりなり、熱
間鍛造等の熱間加工−空冷後の組織がフェライト+パー
ライトであってフェライト面積率が10〜40%である
構成としたことを特徴としており、このような高強度非
調質快削鋼に係わる発明の構成を前述した従来の課題を
解決するための手段としている。 次に、この発明に係わる高強度非調質快削鋼の化学成分
組成(重量%)および組織の駆足理由について説明する
。 C:0.30〜0.45% Cは熱間鍛造等の熱間塑性加工−空冷後の硬さを決足す
る主要元素であり、所望の硬さを得るためには0.30
%以上とすることが必要であるが、過剰に含有させると
パーライトの面8I率が増加して靭性が低下し、切欠き
感受性が増大することから0.45%以下とした。 Si:0.35〜0.70% Siは通常において脱酸元素として用いられるが、本発
明鋼では酸化物の組成を調整して被削性を改善するため
に積極的に含有させる。 この場合、酸化物が強度に影響せずして被削性の改善に
有効であるためには、その融点が低いことが必要である
。このような意味からは本発明鋼の成分ではSr含有量
を0.35〜0.70%の範囲とすることが重要である
。そして、これよりもSi含有量が少ないとアルミナよ
りの介在物となり、被剛性の改善効果が小さいものとな
る。また、Si含有量が上記よりも多いとAl含有量を
少なくすることが困難であり、この場合もアルミナより
の介在物になるという傾向があって被剛性の改善効果は
小さいものとなるので、Si含有量は0.35〜0.7
0%の範囲とした。 Mn+0.80〜1.40% Mnはフェライト+パーライト組織の靭性を改善するの
にきわめて有効な元素であり、このためには0.80%
以上含有させることが必要であるが、多量に含有すると
空冷であってもベイナイトを生成して靭性を低下させる
ようになるので、0.80〜1.40%の範囲とするの
が最適である。 Cr:0.30〜0.70% Crはフェライト−パーライト組織の靭性な改善するの
に有効な元素であり、このためには0゜30%以上含有
させることが必要であるが、多量に含有させるとベイナ
イトを生成して靭性を低下させやすくなるので、0.3
0〜0.70%の範囲とするのがよい。 V:0.05〜0.35% ■はフェライトおよびパーライト中のフェライトの硬さ
を増大させるのに有効な元素であり、非調質鋼の主要元
素である。そして、目標硬さと材料の大きさ(冷却速度
に影響する)によりV含有量を調節することが必要であ
るが、0.05〜0635%の範囲であれば通常の部品
の要求を満たすことが可能であり、また、被削性や靭性
に及ぼす影響も比較的小さい。 S:0.03〜0.15% Sは鋼中のMnと結合してM n S介在物となること
により被削性を改善するが、多量に含有すると強度や靭
性を低下するので、0.03〜0.15%の範囲とする
ことが好ましい。 Pb:0.03〜0.35% Pbは鋼中で金属鉛粒として析出して被削性を改善する
が、Pb単独での最適含有量は0.03〜0.35%で
ある。 S+Pb:0.05%以上 被剛性に及ぼすSとPbの影響は、厳密には、加工の様
式によって異なるが、これらの元素の効果が顕著である
ドリル力ロエなどでは、重量%で同量の場合、その効果
は類似している。そして、S+Pbが0.05%以上で
あれば被削性改善の効果が顕著である。 S+Pb/4:0.15%以下 SおよびPbは上記したように被削性改善の効果が顕著
であるが、本発明鋼の成分で疲れ強さに及ぼすSl!l
:Pbの影響を調査した結果、Sはpbの4倍の有害度
を示した。したがって、s+pb/4の値が0.15%
を超えると疲れ強さに対する悪影響が顕著になるので、
S + P b/4の値で0.15%以下とした。 Ca:0.0003〜0.0050% CaはSiと同様に酸化物の組成を制御して被削性を改
善するのに有用な元素である。この場合、Caの適正含
有量は0やAfL、S i含有量によって異なるが、本
発明鋼の成分組成範囲では0.0003〜0.0050
%が最適である。 Ai:0.010%以下 Anは強力な脱酸元素であるが、多量に含有するとSi
やCaの含有量を調整してもすべてアルミナよりの介在
物になって、被剛性の改善が得がたくなるので、o、o
io%以下とすることが必要である。 0:0.0015〜0.0030% 0含有量はRH脱ガスなどの製鋼設備の充実等によって
年々低くなっているが、被削性を改善するために酸化物
の組成を調整するという点からは、0含有量には適正範
囲がある。そして、0含有Jiが0.0015%よりも
少ないと被削性を改善するのに十分な量の酸化物が得ら
れなくなり、0.003%を超えると巨大な酸化物が生
成する確率が増加して疲れ強さに悪い影響を与えるので
、O含有量は0.0015〜0.0030%の範囲とし
た。 組Ia:フェライト+パーライトで且つフェライト面積
率が10〜40% MnとCrを含有する中炭素の鋼を高温から空冷すると
、一般にフェライト+パーライト組織あるいはフェライ
ト+パーライト+ベイナイト組織になる。この場合、ベ
イナイトはパーライトよりも靭性に優れているが、中炭
素のベイナイトは十分な靭性がないこと、およびフェラ
イト面積率を著しく減少させて全体としての靭性を低下
させることとなるので好ましくない、そして、フェライ
ト面積率が大きくなると靭性は向上するが、硬さが低下
し、逆に小さくなると靭性が低下するので、フェライト
面積率は10〜40%の範囲とするのが適正である。こ
のフェライト面積率は、化学成分組成、#l造加熱温度
、fR造温度、鍛造終止温度、冷却速度等により変化す
るが1本発明鋼の成分組成範囲であれば通常の非調質鍛
造条件でフェライト面積率は上記の範囲に入る。 (発明の作用) この発明に係わる高強度非調質快削鋼は、上述した化学
成分組成および組織を有するものであり、 ■マトリックスの靭性向上と ■介在物の影響低減と をはかるため、 ■に関してはCとMnおよびCrのバランスの最適値を
決定するとともに、 ■に関しては有害度を考慮した適量範囲の決定と、少量
で被削性を改善できる最適組成を見い出すこと により、被剛性と強度の両方を兼ねそなえた高強度非調
質快削鋼となる。 (実施例) !$1表に示す化学成分組成の鋼をアーク炉にて溶製し
たのち造塊し、熱間圧延により150mm角のビレット
を製造した。 次いで、熱間鍛造により直径25mmと50mmの丸棒
を製造した。 そして、直径20mmの丸棒はミクロ組織およびフェラ
イト面積率の測定と疲れ試験(小野式回転曲げ疲労試験
)に用い、直径50mmの材料はドリル加工と超硬によ
る被削性試験に用いて、ミクロ組織、フェライト面8I
″4.疲れ強さ、被削性を調べた。これらの結果を第2
表に示す、なお、fJ112表のドリル加工性および超
硬旋削性は、比較例No、 7を100(基準)とする
比率で評価した。 第1表および第2表に示すように、Siを積極的に添加
しないと共に被削性改善元素も含有させない比較@No
、7の鋼を基準とした場合において、CとMnおよびC
rのバランスを最適範囲内に設足すると共にSi 、C
a、A文、0量を適切な範囲にして酸化物の組成を制御
し、Sおよびpb含有量をも適切に制御するとともにフ
ェライト面積率を10〜40%の範囲とした本発明鋼N
o、 1〜6はいずれも基準の比較鋼No、 7に比
べて疲れ@度がかなり高く、ドリル加工性および超硬旋
削性に示す被削性が著しく良好であって、高強度非調−
買の快削鋼となっていることが認められた。 これに対して、本発明を満足しない比較鋼No。 8〜llではCとMnおよびCrのバランスが適切なも
のとはなっておらず、Si、Ca、AM。 0による酸化物の組成の制御が積極的になされていない
ことから、疲れ限度および被削性とも本発明鋼に比べて
かなり劣ったものとなっていることが認められた。
この発明に係わる高強度非調質快削鋼は、上述した成分
組成および組織を有するものであり、CとMnおよびC
rのバランスの最適値を決定することによってマトリッ
クスの靭性向上をはかると共に、S l 、 Ca 、
A l * 0量を適正範囲にすることによって酸化
物の組成を制御して被剛性が良好なものとなるようにし
、さらには被削性をより一層改善するs、pb量を強度
に悪影響を及ぼさない範囲に制限して含有させるように
しているので、良好なる被剛性と強度とを兼ねそなえた
非調質鋼であるという著大なる効果がもたらされる。 特許出願人 大同特殊鋼株式会社
組成および組織を有するものであり、CとMnおよびC
rのバランスの最適値を決定することによってマトリッ
クスの靭性向上をはかると共に、S l 、 Ca 、
A l * 0量を適正範囲にすることによって酸化
物の組成を制御して被剛性が良好なものとなるようにし
、さらには被削性をより一層改善するs、pb量を強度
に悪影響を及ぼさない範囲に制限して含有させるように
しているので、良好なる被剛性と強度とを兼ねそなえた
非調質鋼であるという著大なる効果がもたらされる。 特許出願人 大同特殊鋼株式会社
Claims (1)
- (1)重量%で、C:0.30〜0.45%、Si:0
.35〜0.70%、Mn:0.80〜1.40%、C
r:0.30〜0.70%、V:0.05〜0.35%
、S:0.03〜0.15%、Pb:0.03〜0.3
5%でかつS+Pb:0.05%以上およびS+Pb/
4:0.15%以下、Ca:0.0003〜0.005
0%、Al:0.010%以下、O:0.0015〜0
.0030%、残部Feおよび不可避的不純物よりなり
、熱間加工−空冷後の組織がフェライト+パーライトで
あってフェライト面積率が10〜40%であることを特
徴とする高強度非調質快削鋼。
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
JP2212107A JP2885905B2 (ja) | 1990-08-10 | 1990-08-10 | 高強度非調質快削鋼 |
US07/742,125 US5102479A (en) | 1990-08-10 | 1991-08-08 | High strength non-heat refining free cutting steels |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2212107A JP2885905B2 (ja) | 1990-08-10 | 1990-08-10 | 高強度非調質快削鋼 |
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JP2885905B2 JP2885905B2 (ja) | 1999-04-26 |
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ID=16616997
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2212107A Expired - Fee Related JP2885905B2 (ja) | 1990-08-10 | 1990-08-10 | 高強度非調質快削鋼 |
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-
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- 1990-08-10 JP JP2212107A patent/JP2885905B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1991
- 1991-08-08 US US07/742,125 patent/US5102479A/en not_active Expired - Lifetime
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