JPH0512421B2

JPH0512421B2 -

Info

Publication number: JPH0512421B2
Application number: JP58087537A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Takada; Kenji Isogawa; Sadayuki Nakamura; Shigeo Matsuo
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1983-05-20
Filing date: 1983-05-20
Publication date: 1993-02-18
Also published as: JPS59215461A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は温度400〜900℃での半熱間鍛造および
冷間加工性に優れた半熱間鍛造用鋼に関する。一般に、機械構造用鋼としては、機械構造用炭
素鋼鋼材（SC材、Ｓ−CK材等）や、機械構造用
低合金鋼鋼材（SCr材、SCM材、SMn材、SNC
材、SNCM材、SMnC材等）などが知られてい
るが、このような従来の機械構造用鋼を素材とし
て機械構造用部品を製造するに際しては、上記素
材を熱間鍛造したのち切削加工したり、冷間鍛造
→中間熱処理→冷間鍛造を必要に応じて繰返し行
い、場合によつては最後に切削加工を施したりす
るのが普通であつた。しかしながら、熱間鍛造を行う場合には、素材
の加熱に時間を要したり、素材表面に酸化スケー
ルを生じて肌荒れや脱炭を起したり、作業性が良
くないなどの問題点を有し、冷間鍛造、中間熱処
理を行う場合には、重度の加工が困難であると共
に鍛造型の寿命が短かつたり、中間熱処理を伴う
ためにコスト高になつたりするなどの問題点を有
していた。そこで、上記素材に対して半熱間鍛造を行つた
のち冷間塑性加工することも考えられた。この半
熱間鍛造は、熱間鍛造における低い変形抵抗とい
う特長と、冷間鍛造における高い仕上り精度とい
う特長を併せもつものであつて、さらには、素材
の加熱温度が低いことによつて素材表面の肌荒れ
や脱炭が生じがたいこと、仕上り精度が高いため
その後の部品に対する寸法出し（アイヨニング、
コイニング、サイジング等）の際の冷間加工率を
低減できること、切削時の機械加工量が軽微です
むことなどの特長を有している。また、冷間鍛造
に比べると重度の加工が可能であるため中間熱処
理を省略することができ、工程の省略化および省
エネルギーが実現できるという利点を有してい
る。そして、半熱間鍛造材は、さらに冷間において
仕上鍛造、仕上成形、仕上機械加工が行われ、そ
の後高周波焼入等の表面硬化処理を施すことが多
い。このとき、冷間加工における加工量（例えば
冷間塑性加工量）が多ければ、仕上り寸法精度が
より一層向上する。しかしながら、従来の機械構造用鋼をそのまま
半熱間鍛造したのち冷間塑性加工を施すと、冷間
塑性加工時に割れや欠けを生じることが多く、ま
た冷間塑性加工後に切削加工を行う際の被削性が
良くないという問題点を有していた。本発明は、上述したような従来の問題点に着目
してなされたもので、半熱間鍛造後の冷間塑性加
工性に優れ、さらには被削性にも優れた機械構造
用鋼（半熱間鍛造用鋼）を提供することを目的と
するものである。すなわち、本発明による温度400〜900℃での半
熱間鍛造および冷間加工性に優れた半熱間鍛造用
鋼は、重量％で、Ｃ：0.15〜1.2％、Si：0.01〜0.17％、Mn：２
％以下、Al：0.01〜0.1％を含み、［Ｎ］，［Ｏ］，
Ｓ，Si含有量（重量％）を下式（［Ｏ］＋［Ｎ］／10）≦0.003 （Ｓ＋Si／10）≦0.03 を満足する範囲に規制し、残部実質的にFeより
なることを特徴としており、必要に応じて、強度
の向上をはかるために、Cr：0.2〜0.5％、Ni：
0.3〜３％、Mo：0.05〜0.5％の１種または２種以
上、焼入性向上や結晶粒の微細化および析出硬化
によつて強度の向上をはかるために、Ｂ：0.0005
〜0.005％、Ｖ：0.03〜0.5％、Ti：0.01〜0.1％，
Nb＋Ta：0.01〜0.5％の１種または２種以上を含
むようにしたことを特徴としており、温度400〜
900℃での半熱間鍛造およびその後の冷間加工性
に優れたものであることを特徴としている。ま
た、半熱間鍛造後の冷間加工性のほか、被削性に
も優れたものとするために、使用目的等に応じ
て、Pbを0.01％以上含有させて、｛（［Ｏ］＋［Ｎ］／10）＋（Ｓ＋Si／10）｝ ×Pb≦0.003 を満足する範囲に規制するようにしたことを特徴
としている。次に、本発明による半熱間鍛造用鋼の成分範囲
（重量％）の限定理由について説明する。Ｃは機械構造用部材あるいは製品として必要な
強度を確保するために添加する元素であるが、
0.15％未満では上記強度の確保が困難であり、ま
た、冷間での塑性加工性が比較的容易であるため
本発明のような特別な配慮を施す必要がなく、
1.2％を超えると靱性が劣化するので、0.15〜1.2
％の範囲とした。 Si： Siは製鋼時に脱酸剤として作用すると共に、鋼
の強度を高めるのに有効な元素であり、このよう
な効果を得るためには0.01％以上含有させること
が必要であるが、多すぎるとかえつて靱性を劣化
し、冷間での塑性加工性を低下するので、このよ
うな不具合をより一層軽減するために0.17％以下
とすることが必要である。 Mn： Mnは製鋼時に脱酸剤および脱硫剤として作用
し、鋼の焼入れ性を向上して強度の改善をはかる
のに有効な元素であるが、多すぎると冷間加工性
を害するので、２％以下とする必要がある。〔Ｏ〕，〔Ｎ〕：〔Ｏ〕，〔Ｎ〕含有量が多すぎると冷間塑性加工
性を害するので、（［Ｏ］＋［Ｎ］／10）で算出される
値で0.003以下とすることが必要である。Ｓ，Si：Ｓ，Si含有量が多すぎると冷間塑性加工性を害
するので、（Ｓ＋Si／10）で算出される値で0.03以下とすることが必要である。 Pb： Pbは鋼の被削性を向上さるのに有効な元素で
あるので、使用目的等に応じて0.01％以上含有さ
せる。しかし、Pb量が多く、｛（［Ｏ］＋［Ｎ］／10）＋（Ｓ＋Si／10）｝×Pbで
算出される値が0.003を超えると冷間鍛造性と被削性の両
方を満足させることができなくなるので、上記値
が0.003以下となるようにすることが必要である。 Cr： Crは鋼の焼入性を制御してその強度を高める
のに有効な元素であり、このCrは冷間での塑性
加工性に対してはSi，Ｓ，Mn，〔Ｎ〕，〔Ｏ〕程悪
影響を及ぼさないので、使用目的等に応じて添加
するのも良い。この場合、0.2％未満では上記し
た効果が十分でなく、強度の確保があまり期待で
きず、0.5％を超えると靱性が劣化し、かえつて
冷間での塑性加工性を低下するので、0.2〜0.5％
の範囲とするのが良い。Ｂ：Ｂは鋼の焼入性を制御してその強度を高めるの
に有効な元素であり、このＢは冷間での塑性加工
性に対してはSi，Ｓ，Mn，〔Ｎ〕，〔Ｏ〕程悪影響
を及ぼさないので、使用目的等に応じて添加する
のも良い。この場合、0.0005％未満では上記した
効果が十分でなく、強度の確保があまり期待でき
ず、0.005％を超えてもその効果はさほど上昇し
ないので、0.0005〜0.005％の範囲とするのが良
い。 Ni，Mo： Ni，Moはいずれも鋼の基地を強化して強度の
向上をはかるのに有効な元素であるので、これら
の１種または２種以上を適宜添加するのも良い。
この場合、このような効果を得るためには、Ni
は0.3％以上、Moは0.05％以上添加するのが良
い。しかし、Niが３％を超えるとその効果が飽
和しそれ以上の添加は実質的に意味がなく、Mo
が0.5％を超えると靱性が劣化するので好ましく
ない。Ｖ，Ti，Nb，Ta：Ｖ，Ti，Nb，Taはいずれも結晶粒の微細化お
よび析出硬化によつて強度の向上をはかるのに有
効な元素であるので、これらの１種または２種以
上を適宜添加するのも良い。この場合、このよう
な効果を得るためには、Ｖは0.03％以上、Tiは
0.01％以上、Nb＋Taは0.01％以上添加するのが
良い。しかし、Ｖが0.5％を超えると靱性が劣化
するので好ましくなく、Tiが0.1％を超えると靱
性が劣化するので好ましくなく、Nb＋Taが0.5
％を超えると靱性が劣化するので好ましくない。 Al： Alは結晶粒度を制御して強度の向上をはかる
のに有効な元素であるので、0.01％以上とする。
しかし、Alが0.1％を超えると靱性が劣化するの
で、0.01〜0.1％の範囲とする。また、Ｎが0.03％
を超えると健全な鋼材が得られずかつ（〔Ｏ〕＋〔Ｎ〕／10）が0.003を超えると冷間塑性
加工性が劣化するので好ましくない。上記化学成分の鋼は400〜900℃の温度範囲での
半熱間鍛造に適したものである。この場合、鍛造
温度が400℃よりも低いと被鍛造材の変形抵抗が
大きくなり、重度の加工が難かしくなると共に、
鍛造型の寿命が低下するため好ましくなく、反対
に900℃を超えると被鍛造材の表面に脱炭や肌荒
れを生じたり、仕上がり精度が低下したりするの
で好ましくない。また、半熱間鍛造における加工率は、30〜70％
程度とするのがより望ましい。以下、実施例により説明する。電気炉によつて表１に示す化学成分の鋼を溶製
したのち2.5トン鋼塊に造塊し、分塊圧延および
製品圧延を行つて直径50mmの棒材を製造し、次い
で切断して、第１図に示すd₁＝50mm、Ｈ＝25mmの
供試材を作製した。

【表】

【表】次に、直径40mmのパンチを有する鍛造プレスを
用いて第２図に示す形状に850℃で半熱間鍛造を
行つて直径d₂＝40mmの孔２をあけ、次いで、第３
図に示すように、外径部分をしごく冷間アイヨニ
ングを行い、これによつて各供試材に割れが発生
する時点での限界冷間加工率を求めた。なお、こ
こでいう限界冷間加工率は、第２図の状態での上
端面の面積S₀と、第３図の状態での上端面の面積
S₁との比、すなわちS₀−S₁／S₀×100（％）で求めた。この結果を表２に示す。

【表】

【表】表２に示すように、従来の場合には限界冷間加
工率がいずれも30％以下であるのに対して、本発
明例の場合には限界冷間加工率がいずれも高い値
を示しており、半熱間鍛造後における冷間塑性加
工性に優れていることが明らかである。次に、供試材No.５に対し、半熱間鍛造温度を変
えて前記第１図→第２図と同様の半熱間鍛造を行
い、続いて前記第２図→第３図と同様の冷間アイ
ヨニングを行つて各供試材に割れが発生する時点
での限界冷間加工率を調べた。この結果を表３に
示す。

【表】表３に示すように、半熱間鍛造温度が高すぎて
も、また低すぎても限界冷間加工率が小さく、
400〜900℃の温度域において半熱間鍛造すること
により、その後の冷間塑性加工性を高めうること
が確認された。さらに、被削性を調べるために、表１に示すNo.
１，６〜９の供試鋼から直径25mmの圧延材を製作
し、長さ75mmに切断したのち、850℃で加工率50
％の据込み半熱間鍛造を行い、続いて加工率20％
の冷間据込み加工を行つたのち、ドリルによる穴
あけ加工を行つた。このときの穴あけ加工条件を
表４に示す。また、工具寿命結果を表５に示す。

【表】

【表】表５に示すように、Pbを適量含有する場合に
は工具寿命を延長させることができるが、Pb含
有量が多すぎるNo.９の場合には被削性は良好であ
るものの冷間塑性加工性を悪化するので好ましく
ない。以上説明してきたように、本発明によれば、重
量％で、Ｃ：0.15〜1.2％、 Si：0.01〜0.17％、Mn：２％以下、Al：0.01〜
0.1％、必要に応じてPb：0.01％以上を含有する
鋼において、［Ｎ］，［Ｏ］，Ｓ，Si，Pb含有量を
規制し、さらに必要に応じてCr，ni，Mo，Ｂ，
Ｖ，Ti，Nb，Ta等を含有させることとしたか
ら、温度400〜900℃での半熱間鍛造およびその後
の冷間加工性に優れ、さらには被削性にも優れた
半熱間鍛造用鋼を提供することができ、半熱間鍛
造後に冷間塑性加工を行う部品や、冷間塑性加工
後にさらに切削を行う部品、例えば等速ジヨイン
ト外輪、ラツク、コンロツド、ギヤ、リヤスピン
ドル等の各種構造用部材や製品を高精度でかつ割
れ等の不具合を発生することなく、しかも金型寿
命を著しく低下することなく製造することが可能
であるという著大なる効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図は本発明の実施例にお
いて成形加工を行つた様子を示す各々素材の側面
図、半熱間鍛造後の側面図、冷間アイヨニング後
の側面図である。

Claims

【特許請求の範囲】１重量％で、Ｃ：0.15〜1.2％、Si：0.01〜0.17％、Mn：２
％以下、Al：0.01〜0.1％を含み、［Ｎ］，［Ｏ］，
Ｓ，Si含有量（重量％）を下式（［Ｏ］＋［Ｎ］／10）≦0.003 （Ｓ＋Si／10）≦0.03 を満足する範囲に規制し、残部実質的にFeより
なることを特徴とする温度400〜900℃での半熱間
鍛造および冷間加工性に優れた半熱間鍛造用鋼。２重量％で、Ｃ：0.15〜1.2％、Si：0.01〜0.17％、Mn：２
％以下、Al：0.01〜0.1％、およびCr：0.2〜0.5
％、Ni：0.3〜３％、Mo：0.05〜0.5％の１種ま
たは２種以上を含み、［Ｎ］，［Ｏ］，Ｓ，Si含有量
（重量％）を下式（［Ｏ］＋［Ｎ］／10）≦0.003 （Ｓ＋Si／10）≦0.03 を満足する範囲に規制し、残部実質的にFeより
なることを特徴とする温度400〜900℃での半熱間
鍛造および冷間加工性に優れた半熱間鍛造用鋼。３重量％で、Ｃ：0.15〜1.2％、Si：0.01〜0.17％、Mn：２
％以下、Al：0.01〜0.1％、およびＢ：0.0005〜
0.005％、Ｖ：0.03〜0.5％、Ti：0.01〜0.1％，Nb
＋Ta：0.01〜0.5％の１種または２種以上を含み、
［Ｎ］，［Ｏ］，Ｓ，Si含有量（重量％）を下式（［Ｏ］＋［Ｎ］／10）≦0.003 （Ｓ＋Si／10）≦0.03 を満足する範囲に規制し、残部実質的にFeより
なることを特徴とする温度400〜900℃での半熱間
鍛造および冷間加工性に優れた半熱間鍛造用鋼。４重量％で、Ｃ：0.15〜1.2％、Si：0.01〜0.17％、Mn：２
％以下、Al：0.01〜0.1％、およびCr：0.2〜0.5
％、Ni：0.3〜３％、Mo：0.05〜0.5％の１種ま
たは２種以上、さらにＢ：0.0005〜0.005％、
Ｖ：0.03〜0.5％、Ti：0.01〜0.1％，Nb＋Ta：
0.01〜0.5％の１種または２種以上を含み、［Ｎ］，
［Ｏ］，Ｓ，Si含有量（重量％）を下式（［Ｏ］＋［Ｎ］／10）≦0.003 （Ｓ＋Si／10）≦0.03 を満足する範囲に規制し、残部実質的にFeより
なることを特徴とする温度400〜900℃での半熱間
鍛造および冷間加工性に優れた半熱間鍛造用鋼。５重量％で、Ｃ：0.15〜1.2％、Si：0.01〜0.17％、Mn：２
％以下、Al：0.01〜0.1％を含み、Pb：0.01％以
上でかつ［Ｎ］，［Ｏ］，Ｓ，Si，Pb含有量（重量
％）を下式（［Ｏ］＋［Ｎ］／10）≦0.003 （Ｓ＋Si／10）≦0.03 ｛（［Ｏ］＋［Ｎ］／10）＋（Ｓ＋Si／10）｝ ×Pb≦0.003 を満足する範囲に規制し、残部実質的にFeより
なることを特徴とする温度400〜900℃での半熱間
鍛造および冷間加工性ならびに被削性に優れた半
熱間鍛造用鋼。６重量％で、Ｃ：0.15〜1.2％、Si：0.01〜0.17％、Mn：２
％以下、Al：0.01〜0.1％、およびCr：0.2〜0.5
％、Ni：0.3〜３％、Mo：0.05〜0.5％の１種ま
たは２種以上を含み、Pb：0.01％以上でかつ
［Ｎ］，［Ｏ］，Ｓ，Si，Pb含有量（重量％）を下
式（［Ｏ］＋［Ｎ］／10）≦0.003 （Ｓ＋Si／10）≦0.03 ｛（［Ｏ］＋［Ｎ］／10）＋（Ｓ＋Si／10）｝ ×Pb≦0.003 を満足する範囲に規制し、残部実質的にFeより
なることを特徴とする温度400〜900℃での半熱間
鍛造および冷間加工性ならびに被削性に優れた半
熱間鍛造用鋼。７重量％で、Ｃ：0.15〜1.2％、Si：0.01〜0.17％、Mn：２
％以下、Al：0.01〜0.1％、およびＢ：0.0005〜
0.005％、Ｖ：0.03〜0.5％、Ti：0.01〜0.1％，Nb
＋Ta：0.01〜0.5％の１種または２種以上を含み、
Pb：0.01％以上でかつ［Ｎ］，［Ｏ］，Ｓ，Si，Pb
含有量（重量％）を下式（［Ｏ］＋［Ｎ］／10）≦0.003 （Ｓ＋Si／10）≦0.03 ｛（［Ｏ］＋［Ｎ］／10）＋（Ｓ＋Si／10）｝ ×Pb≦0.003 を満足する範囲に規制し、残部実質的にFeより
なることを特徴とする温度400〜900℃での半熱間
鍛造および冷間加工性ならびに被削性に優れた半
熱間鍛造用鋼。８重量％で、Ｃ：0.15〜1.2％、Si：0.01〜0.17％、Mn：２
％以下、Al：0.01〜0.1％、およびCr：0.2〜0.5
％、Ni：0.3〜３％、Mo：0.05〜0.5％の１種ま
たは２種以上、さらにＢ：0.0005〜0.005％、
Ｖ：0.03〜0.5％、Ti：0.01〜0.1％，Nb＋Ta：
0.01〜0.5％の１種または２種以上を含み、Pb：
0.01％以上でかつ［Ｎ］，［Ｏ］，Ｓ，Si，Pb含有
量（重量％）を下式（［Ｏ］＋［Ｎ］／10）≦0.003 （Ｓ＋Si／10）≦0.03 ｛（［Ｏ］＋［Ｎ］／10）＋（Ｓ＋Si／10）｝ ×Pb≦0.003 を満足する範囲に規制し、残部実質的にFeより
なることを特徴とする温度400〜900℃での半熱間
鍛造および冷間加工性ならびに被削性に優れた半
熱間鍛造用鋼。