JPH0559964B2

JPH0559964B2 -

Info

Publication number: JPH0559964B2
Application number: JP15449387A
Authority: JP
Inventors: Hirotada Takada; Yoshiro Koyasu
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1987-06-23
Filing date: 1987-06-23
Publication date: 1993-09-01
Also published as: JPS64220A

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］本発明は、優れた機械的性質を有する機械構造
用熱間鍛造非調質部品の製造方法に関するもので
ある。産業用機械や自動車などに使用される機械部品
の多くは、熱間鍛造後、調質処理、即ち焼入、焼
戻を施して強度と靱性を付与されている。従つ
て、調質処理を省略してもなお、強度靱性を必要
とされるレベルに保ことができれば、コストの低
減を図ることができる。さらに、調質処理の省略
のみならず、鍛造に供される材料の製造工程が簡
略化されるならば、より大きなコスト切り下げを
実現することができる。本発明は、鍛造に供する鋼材製造の際の圧延工
程を省略することによつて、調質処理を省略可能
とする、低コストで強度靱性の高い機械構造用熱
間鍛造非調質部品の製造方法を提供するものであ
る。［従来の技術］一般に非調質鋼とは、熱間鍛造後、調質処理を
省略して使用される鋼を称するが、従来の非調質
鋼の一つに、Ｖ，Nbの炭窒化物を利用したもの
がある「鉄と鋼第58年（1972年）第13号
P.1759、］。これはNb，Ｖ炭窒化物の析出強化に
より強度を高めた鋼である。しかし、これらの非
調質鋼の金属組織は熱間鍛造温度域で粗大化して
しまうために靱性は低く、たとえば自動車の足周
り部品などの高靱性を必要とする部品には使用で
きないのが現状である。強度を低下させずに靱性を高めるためには、結
晶粒の微細化がほとんど不可欠であることは公知
であり、調質処理とは即ち、結晶粒の微細化処理
である。調質処理を施すことなく結晶粒を微細化するに
は、高温において溶解しない析出物を利用する方
法がある。この様な析出物としてTiが適当であ
ることは［特開昭56−38448号公報］に示されて
いるが、さらに、Tiの炭窒化物を有効に活用し
て、熱鍛時に結晶粒が粗大化しない棒鋼を製造す
る方法は［特願昭61−96878号公報］に明らかと
なつており、この方法により自動車の足周りの部
品などの、高靱性を要求する重要保安部品に非調
質鋼が適用可能となつた。［発明が解決しようとする問題点］ Tiは熱間鍛造非調質鋼の結晶粒を微細化する
のに適した添加元素であり、以上に見られる如
く、鍛造に供される鋼の製造方法を適正化するこ
とによつて、Tiのもつ結晶粒微細化能をより大
きく利用することができる。しかしながら、Tiの効果を最大限に発揮させ
るような成分、方法は、未だに探索し続けられて
おり、特に工業的に要求される機械的性質を低下
させることなく、大幅なコストダウンを実現する
方法への要求は益々大きくなつている。本発明が提供しようとするのは、従来以上の機
械的性質をもつ熱鍛非調質機械部品を、Ti炭窒
化物を最適に利用して、しかも非常に安価で製造
する方法である。［問題点を解決するための手段］本発明者らは種々の研究を重ね、最適条件で製
造することにより、熱間鍛造時のTi炭窒化物を
極力微細化し、熱間鍛造後の部品の結晶粒を微細
化し、同時に大幅なコストの低減をもたらす熱間
鍛造部品の製造方法を見出した。すなわち、重量％でＣ：0.18〜0.50％ Si：0.10〜1.00％ Mn：0.50〜2.00％ Cr：0.10〜1.00％Ｖ：0.20％以下 Ti：0.005〜0.05％ Al：0.005〜0.050％Ｎ：0.005〜0.025％を含み、残部がFe及び不可避不純物からなり、
かつ下記に示す炭素当量Ceq.が0.70％以上、1.15
％以下である鋼を通常の方法で溶製し、連続鋳造
機にて鋳造する際に、凝固点から1000℃までの冷
却速度が鋳片断面における平均値で20℃／min.
以上となるように鋳造した後、この鋳片を圧延工
程を経ることなしに、1280℃以下の温度に加熱
し、熱間鍛造により加工比６以上で機械部品に成
型した後、加工温度からAr₁変態点までの温度範
囲を0.5〜５℃／sec.の冷却速度で冷却し、調質処
理を施すことなく機械構造用熱間鍛造非調質部品
とする製造方法である。 Ceq.＝Ｃ＋Mn／５＋Si／７＋Cr／９＋1.54V 本発明の方法によれば、機械構造用部品の結晶
粒を微細化するTiの炭窒化物は熱間鍛造時には
微細に分散した状態で存在する。よつて、熱間鍛
造により作製した部品の結晶粒は、調質処理を省
略しても微細であり、強度、靱性が大きくなる。
しかも、圧延工程が無く、調質処理が省略可能な
ため、製造コストは従来の非調質鋼に比べて、格
段に安くできる。すなわち、本発明である熱間鍛造用非調質鋼の
製造方法は、鋼の成分を所定の範囲に限定し、か
つ、鋳造から鍛造までの圧延工程を全く省略する
ことを特徴とするものである。また、本発明の鋼に被削性向上の為に、必要に
応じＳ：0.08％以下、Pb：0.30％以下、Bi：0.30
％以下、Ca：0.01％以下のうち一種以上を含んで
も、靱性を低下させることはない。［作用］次に、本発明である機械構造用熱間鍛造非調質
部品の製造方法の限定理由を示す。ＣはパーライトあるいはＶの炭化物を構成し、
機械構造用部品としての強度を確保する上で重要
な元素であるが、その量が0.18％未満では強度を
得ることが困難であり、そのため他の合金元素が
多く必要となるので不経済である。しかし、0.50
％を越えると硬度が高くなりすぎる為、機械構造
用鋼には不適当となる。 Siは鋼の脱酸を行うのに必要であり、また固溶
強化元素としても重要である。0.10％未満では脱
酸作用が不足するが、1.00％を越えると硬くなり
すぎる。 Mnは組織を微細化し強化元素として働く。
0.50％未満では強度が不足するが、2.00％を越え
ると靱性の低下を招く。 Crも組織を微細化し、強度、靱性をともに高
める。しかし、0.10％未満ではその作用は期待で
きない。また、1.00％を越えた場合コストが高く
なる為、これを限定する。Ｖは炭窒化物として析出強化の作用をする元素
であり、その効果は大きいが、その量が多いと硬
くなり過ぎるため、0.20％以下に限定する。 TiはＮとともに本発明に不可欠の元素であり、
炭窒化物として結晶粒を微細化する。その効果は
0.005％未満では不足である。また、0.05％を越
えるとむしろ靱性を劣化させる。 Alは脱酸剤として作用する他、炭窒化物とし
て結晶粒を微細化する。0.005％未満の量では脱
酸の効果が不足し、また過剰に添加しても、効果
が飽和してしまうので、上限を0.050％とする。ＮはTi，Alと結合し結晶粒を微細化するのに
必要であり、十分な効果を期待するには、0.005
％以上が必要である。しかし、0.025％を越えて
添加しても大きな効果は望めない。炭素当量Ceq.は機械構造用鋼として必要とされ
る硬さ、すなわちビツカース硬度で210〜310を得
るために限定するものであり、この硬度を得るた
めのCeq.は0.70％以上、1.15％以下である。鋳造時の冷却速度は、結晶粒を微細化するTi
析出物を熱間鍛造時に細かく分散させる上で重要
であり、凝固点から1000℃までの冷却速度が鋳片
断面における平均値で20℃／min.以上とする必
要がある。20℃／min.未満の時には、加熱時の
結晶粒が粗大化し、靱性を低下する場合がある。圧延工程の省略は、本発明においては二つの意
味で不可欠の要素である。すなわち、一つには分
塊圧延、あるいは製品圧延を省略するため、Ti
炭窒化物は大きく成長することがなく、鍛造時の
鋼の結晶粒粗大化を防止する効果が大きくなると
いうことである。第２点としては、圧延工程を省
略することにより、多大なコストダウンが図れる
ことである。熱間鍛造温度を1280℃以下の温度に限定したの
は、高い靱性を確保するためである。1280℃を越
える温度で加工した場合、結晶粒の一部が粗大化
し、安定した靱性値を得ることができなくなる場
合がある。加工比は、鋳片の金属組織を均質なものとする
ため６以上が必要である。６未満の場合、鋳造時
にできる、気孔などの欠陥が残る可能性がある。加工温度からAr₁変態点までの温度範囲の冷却
速度は部品の硬さを左右する。 0.5℃／sec.未満の時、所定の硬さに達しないこ
とがあり、また５℃／sec.を越えると冷却速度の
時には、硬くなりすぎる可能性があるので、これ
を限定した。［実施例］第１表に示すような成分をもつ鋼を150t転炉に
より溶製し、鋳造断面大きさ350×560mmおよび、
120×120mmの連続鋳造機に注ぎ分けた。凝固点から1000℃までの断面内平均冷却速度
は、350×560mmの鋳片において、約９℃／minで
あり、120×120mmの鋳片で約60℃／min.である。 350×560mm断面の鋳片は162×162mmに分塊圧延
したあと、120mmφの棒鋼に圧延した。圧延をし
ていない120×120mmの鋳片と、圧延工程を経た
120mmφの棒鋼をそれぞれ120℃に加熱し、鍛造に
より大型自動車用車軸とした。この車軸の中央部分はウエブの厚さ９mm、高さ
50mm、フランジ幅50mmのＩ型のビームであり、ピ
ン部に近い端部ではウエブ厚さ31mm、高さ48mm、
フランジ幅は48mmである。120×120mmの鋳片から
加工しても、加工比は中央部で８、端部で９以上
である。鍛造直後からAr₁変態点までの冷却速度
は、最も幅の狭いフランジ部で２℃／sec.、他の
部位でも0.8℃／sec.以上であつた。鍛造後、車軸の長手方向から衝撃試験片、およ
び引張試験片を採取し、衝撃値、強さについて試
験した。その結果は第２表に示した。また、120×120mm鋳片と、120mmφ棒鋼をそれ

【表】

【表】ぞれ1250℃に加熱、水焼き入れし、600℃で焼き
戻し、旧オーステナイト結晶粒度をJISに準じて
測定した。この結果も、第２表に合せて示した。この結果から分かるように、鋳造時の冷却速度
が大きく、圧延を施していない鋳片を1250℃に加
熱した際のオーステナイト結晶粒度番号は約＃９
であつて、圧延を施した棒鋼の結晶粒度番号＃４
より非常に微細となつている。また、鍛造時の衝
撃値と強さも、圧延を施していない鋳片を鍛造し
たものの方が、より優れている。［発明の効果］以上、本発明の方法により、鍛造後の調質処理
を省略してもなお機械的性質の優れた機械構造用
熱間鍛造部品を安価で製造することができる。

Claims

【特許請求の範囲】１重量％でＣ：0.18〜0.50％ Si：0.10〜1.00％ Mn：0.50〜2.00％ Cr：0.10〜1.00％Ｖ：0.20％以下 Ti：0.005〜0.05％ Al：0.005〜0.050％Ｎ：0.005〜0.025％を含み、残部がFe及び不可避不純物からなり、
かつ下記に示す炭素当量Ceq.が0.70％以上、1.15
％以下である鋼を通常の方法で溶製し、連続鋳造
機にて鋳造する際に、凝固点から1000℃までの冷
却速度が20℃／min.以上となるように鋳造し冷
却後、この鋳片を圧延工程を経ることなしに、
1280℃以下の温度に加熱し、熱間鍛造により加工
比６以上で機械部品に成形した後、加工温度から
Ar₁変態点までの温度範囲を0.5〜５℃／sec.の冷
却速度で冷却し、調質処理を施すことのない機械
構造用熱間鍛造非調質部品の製造方法。 Ceq.＝Ｃ＋Mn／５＋Si／７＋Cr／９＋1.54V。