JPH06235043A

JPH06235043A - 強靱非調質圧延棒鋼

Info

Publication number: JPH06235043A
Application number: JP4219593A
Authority: JP
Inventors: Naoki Iwama; 直樹岩間; Katsumi Bando; 克己坂東; Kazue Nomura; 一衛野村
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 1993-02-05
Filing date: 1993-02-05
Publication date: 1994-08-23

Abstract

(57)【要約】【目的】通常の圧延方法による諸特性の優れた有用な
非調質圧延棒鋼。【構成】重量比にして、C:0.10〜0.30% 、Si:0.10 〜
0.50% 、Mn:1.50 〜2.50% 、Cr:0.30 〜1.50% 、Mo:0.0
5 〜0.30% 、V:0.05〜0.30% を含有し、かつMn(%)+Cr
(%) ≧2.50、Mo(%)+V(%)≧0.20であり、残部はFeならび
に不純物元素からなる。必要に応じてS:0.04〜0.12% 、
Pb:0.05 〜0.30% 、Ca:0.0005 〜0.0100% のうち１種ま
たは２種を含有してもよい。さらに必要に応じてNi:0.2
0 〜2.00% を含有してもよい。【効果】制御圧延や制御冷却を施さなくても通常の熱
間圧延後自然空冷したのみの非調質で優れた強靱性が得
られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【００１０】

【産業上の利用分野】本発明は、制御圧延や制御冷却を
施さなくても通常の圧延後自然空冷したままで、引張強
さ９００Ｎ／ｍｍ²以上、シャルピー衝撃値８０Ｊ／ｃ
ｍ²以上の高強度、高靱性が得られる特徴を有し、特に
高強度と高靱性を必要とする建設機械のロッド軸、ピ
ン、シャフト類等に用いられる鋼として有用な強靱非調
質圧延棒鋼に関する。

【００２０】

【従来の技術】従来、建設機械のロッド軸、ピン、シャ
フト類等の大型部品に用いられる鋼には、高強度と高靱
性が要求され、機械構造用合金鋼であるＳＣＭ４４０あ
るいはＳＣｒ４４０が用いられ、熱間圧延にて所定の寸
法の棒鋼とした後、高強度、高靱性を付与させるため、
焼入焼もどし等の熱処理（以下、調質と称する。）が施
されいた。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、熱間圧延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Ｖ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Ｖの炭窒化物が析出し、この
炭窒化物がフェライト生地を強化するものである。

【００３０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来開
発された非調質鋼は調質鋼に比べて靱性が劣るため、制
御圧延、制御冷却等により組織を微細化し、靱性を向上
させる手法が用いられるが、この制御圧延、制御冷却
は、圧延工程における生産性の低下やコストアップを招
くため、生産性やコストの面で問題となっている。ま
た、従来の非調質鋼を制御圧延により製造しても、強
度、靱性ともにＳＣＭ４４０やＳＣｒ４４０等の合金鋼
と同等以上のものは、現段階では得られていない。

【００４０】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、制御圧延や制御冷却を
施さなくても通常の熱間圧延後自然空冷したのみの非調
質で、ＳＣＭ４４０またはＳＣｒ４４０と同等以上の引
張強さおよび衝撃値を得ることができる強靱非調質圧延
棒鋼を提供することを目的とする。

【００５０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
のもとに、非調質圧延棒鋼について鋭意研究を重ねた結
果、ベイナイトラスを細かくしたベイナイト組織にする
と優れた強度、靱性を示し、そのためにはＭｏとＶの複
合添加が極めて有効であることを見い出した。また、ラ
スの微細なベイナイトであれば、制御圧延、制御冷却等
を施さなくても十分な靱性が確保されることも確認し
た。そして、Ｍｎ（％）＋Ｃｒ（％）の量を２．５０以
上とすることによって十分な焼入性を確保することによ
り、安定してベイナイト組織が得られるようにして本発
明の完成に到ったものである。

【００６０】すなわち、本発明の第１発明は重量比にし
て、Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：０．１０〜０．
５０％、Ｍｎ：１．５０〜２．５０％、Ｃｒ：０．３０
〜１．５０％、Ｍｏ：０．０５〜０．３０％、Ｖ：０．
０５〜０．３０％を含有し、かつＭｎ（％）＋Ｃｒ
（％）≧２．５０、Ｍｏ（％）＋Ｖ（％）≧０．２０で
あり、残部がＦｅおよび不純物元素からなり、制御圧延
や制御冷却を施さなくても通常の熱間圧延後自然空冷し
たのみで優れた強靱性を示す強靱非調質圧延棒鋼であ
り、第２発明は、被削性を改善するために、第１発明に
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種以上を含有させたものであり、第３、
第４発明は、靱性を一層向上させるために、第１、第２
発明にさらに、Ｎｉ：０．２〜２．０％を含有させたも
のである。

【００７０】

【作用】次に本発明の強靱非調質圧延棒鋼における成分
組成の限定理由を以下に説明する。Ｃ；０．１０〜０．３０％Ｃは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０．３０％を越えると靱性が低下す
るので、上限を０．３０％とした。

【００８０】Ｓｉ；０．１０〜０．５０％Ｓｉは製鋼時の脱酸剤として添加されるものであり、
０．１０％以上含有させることが必要である。しかし、
０．５０％を越えて含有させると靱性が低下するので、
上限を０．５０％とした。

【００９０】Ｍｎ；１．５０〜２．５０％Ｍｎは焼入性を向上させて組織をベイナイト化するのに
必要な元素である。Ｍｎの含有が１．５０％未満である
と、焼入性が不足してベイナイトの生成が不十分とな
り、強度が不足するので、下限を１．５０％とした。し
かし、２．５０％を越えて含有させると、焼入性が向上
し過ぎてマルテンサイトが生成され、強度が極端に高く
なり過ぎるとともに靱性が低下するので、上限を２．５
０％とした。

【０１００】Ｃｒ；０．３０〜１．５０％ＣｒはＭｎと同様に組織をベイナイト化するのに必要な
元素である。０．３０％未満の含有では前記効果が不十
分であるので、下限を０．３０％とした。しかし、１．
５０％を越えて含有させると、前記効果が飽和するとと
もにコスト的に高くなるので、上限を１．５０％とし
た。

【０１１０】Ｍｏ；０．０５〜０．３０％Ｍｏは組織をベイナイト化するのに必要な元素であると
ともに、ベイナイトラスを微細化して靱性を向上させる
のに極めて有効な元素である。Ｍｏが０．０５％未満で
あると前記効果が不十分であるので、下限を０．０５％
とした。しかし、Ｍｏは高価な元素であり、０．３０％
を越えると前記効果が飽和するとともにコスト高となる
ので、上限を０．３０％とした。

【０１２０】Ｖ；０．０５〜０．３０％ＶはＭｏと同様にベイナイトラスを微細化して靱性を向
上させるのに極めて有効な元素である。０．０５％未満
ではその効果が不十分なので、下限を０．０５％とし
た。しかし、０．３０％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になるので、上限を０．３
０％とした。

【０１３０】Ｓ；０．０４〜０．１２％Ｓは被削性を一層改善するために有効な元素であり、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
するとともに靱性が低下するので、上限を０．１２％と
した。

【０１４０】Ｐｂ；０．０５〜０．３０％Ｐｂは被削性を一層改善するために有効な元素であり、
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被削性改善の
効果は少なくなるので、上限を０．３０％とした。

【０１５０】Ｃａ；０．０００５〜０．０１００％Ｃａは被削性を一層改善するために有効な元素であり、
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被
削性改善の効果は少なくなるので、上限を０．０１００
％とした。

【０１６０】Ｎｉ；０．２〜２．０％Ｎｉは焼入性を一層向上させ、かつ靱性を改善するのに
有効な元素である。前記効果を得るためには、少なくと
も０．２０％以上を含有させる必要がある。しかし、
２．０％を越えて含有させても前記効果が飽和し、コス
ト高になるので、上限を２．０％とした。

【０１７０】Ｍｎ（％）＋Ｃｒ（％）≧２．５０Ｍｎ、Ｃｒはともに焼入性を上げて組織をベイナイト化
するのに必要な元素である。このため、組織を一様にベ
イナイト化するためには、Ｍｎ（％）＋Ｃｒ（％）≧
２．５０とする必要があり、Ｍｎ（％）＋Ｃｒ（％）＜
２．５０であると、ベイナイト以外に初析フェライトや
パーライトが生成し、強度が不足するため、Ｍｎ（％）
＋Ｃｒ（％）≧２．５０とした。

【０１８０】Ｍｏ（％）＋Ｖ（％）≧０．２０ＭｏとＶの複合添加は、Ｃの拡散を遅滞させてベイナイ
トラスの成長を妨げるので、ラス間隔を特に微細化する
効果がある。前記効果を得るためには、Ｍｏ（％）＋Ｖ
（％）≧０．２０とする必要がある。

【０１９０】

【実施例】次に本発明を比較鋼および従来鋼と対比し
て、その特徴を実施例でもって明らかにする。表１は実
施例に用いた供試材の化学成分を示すものである。

【０２００】

【表１】

【０２１０】表１において、１〜１２鋼は本発明鋼であ
り、１〜３鋼は第１請求項、４〜６鋼は第２請求項、７
〜９鋼は第３請求項、１０〜１２鋼は第４請求項に該当
する鋼である。また、１３〜１７鋼は本発明の化学組成
を部分的に満足しない比較鋼であり、１８鋼はフェライ
ト・パーライト型の従来の非調質鋼、１９鋼は従来鋼で
あるＳＣＭ４４０である。

【０２２０】表１に示した供試材のうち、１〜１７鋼に
ついては、２．３トンの鋼塊を分塊圧延にて１６０×１
６０ｍｍ断面とし、引き続き１１５０℃に加熱後、１１
００〜１０５０℃にて直径８０ｍｍの丸棒に圧延し、室
温まで自然空冷して試験材とした。フェライト・パーラ
イト型の従来の非調質鋼である１８鋼については、２．
６トンの鋼塊を分塊圧延にて１６０×１６０ｍｍ断面と
し、引き続き１１５０℃に加熱後、１１００〜１０００
℃にて粗圧延、１０００〜９００℃にて仕上げ圧延の制
御圧延によって直径８０ｍｍの丸棒とし、室温まで自然
空冷して試験材とした。また、ＳＣＭ４４０である１９
鋼は、熱間圧延にて製造した直径８０ｍｍの丸棒を、８
８０℃にて加熱後、油浴中にて焼入れを行い、続いて５
８０℃にて焼もどしを行い試験材とした。そして、各供
試材の断面中心部よりＪＩＳ４号引張試験片およびＪＩ
Ｓ３号シャルピー試験片を採取し、試験に供した。ま
た、各供試材について、ミクロ組織を調査し、ベイナイ
トラスの間隔を測定した。ベイナイトラスの間隔の測定
は、倍率１０００倍の光学顕微鏡にて各試料１００視野
を測定する方法で行い、その平均値をもって測定値とし
た。

【０２３０】さらに、各供試材についてドリル穿孔試験
を行った。試験片のサイズは幅６０ｍｍ、厚さ３０ｍｍ
で、試験条件として、ドリルの材質はＳＫＨ９、ドリル
回転数は１７１０ｒ．ｐ．ｍ、切削油なし、荷重７５Ｋ
ｇ、ドリルは５ｍｍφストレートシャンクを用いた。測
定した結果は、従来鋼である１９鋼の定荷重単位時間穿
孔距離を１００とし、それぞれの穿孔距離を整数比とし
て示し、被削性を評価した。これらの結果を表２に示し
た。

【０２４０】

【表２】

【０２５０】表２から明らかなように、比較鋼である１
３鋼は、Ｃ含有量が高かったため、引張強さが高く、衝
撃値および被削性において劣るものである。１４鋼およ
び１５鋼は、Ｍｎ（％）＋Ｃｒ（％）がそれぞれ２．１
３、２．０２と２．５０より低いため、初析フェライト
が混在したミクロ組織となって、引張強さが劣るもので
ある。１６鋼および１７鋼は、Ｍｏ（％）＋Ｖ（％）が
それぞれ０．１７、０．１４と０．２０より低いため、
ラス間隔の粗い組織となり、衝撃値において劣るもので
ある。また従来鋼である１８鋼は、制御圧延を行ったに
もかかわらず引張強さ、衝撃値ともに低い。１９鋼につ
いては、焼入焼もどし処理により、焼もどしマルテンサ
イト組織となり、良好な強度、靱性を呈している。

【０２６０】これに対して発明鋼である１鋼〜１２鋼で
は、Ｍｎ（％）＋Ｃｒ（％）とＭｏ（％）＋Ｖ（％）を
適切な値に制約した結果、ラス間隔の微細なベイナイト
組織となり、通常の圧延ままで、引張強さ９００Ｎ／ｍ
ｍ²以上、シャルピー衝撃値８０Ｊ／ｃｍ²以上が得ら
れ、本発明の効果が確認された。また、被削性について
は、特に快削元素を添加した第２、第４発明鋼である４
鋼〜６鋼、１０鋼〜１２鋼において優れていることが確
認できた。

【０２７０】

【発明の効果】本発明の強靱非調質圧延棒鋼は以上説明
したように、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖを適量添加し、Ｍｎ
（％）＋Ｃｒ（％）≧２．５０、Ｍｏ（％）＋Ｖ（％）
≧０．２０とすることにより、制御圧延や制御冷却を施
さなくても通常の熱間圧延後自然空冷したのみで優れた
強靱性を示すものであり、建設機械のロッド軸、ピン、
シャフト類等に用いられる鋼として極めて有用である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比にして、Ｃ：０．１０〜０．３０
％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０％、Ｍｎ：１．５０〜
２．５０％、Ｃｒ：０．３０〜１．５０％、Ｍｏ：０．
０５〜０．３０％、Ｖ：０．０５〜０．３０％を含有
し、かつＭｎ（％）＋Ｃｒ（％）≧２．５０、Ｍｏ
（％）＋Ｖ（％）≧０．２０であり、残部がＦｅおよび
不純物元素からなり、制御圧延や制御冷却を施さなくて
も通常の熱間圧延後自然空冷したのみで優れた強靱性を
示す強靱非調質圧延棒鋼。
【請求項２】重量比にして、Ｃ：０．１０〜０．３０
％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０％、Ｍｎ：１．５０〜
２．５０％、Ｃｒ：０．３０〜１．５０％、Ｍｏ：０．
０５〜０．３０％、Ｖ：０．０５〜０．３０％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、かつＭｎ（％）＋Ｃ
ｒ（％）≧２．５０、Ｍｏ（％）＋Ｖ（％）≧０．２０
であり、残部がＦｅおよび不純物元素からなり、制御圧
延や制御冷却を施さなくても通常の熱間圧延後自然空冷
したのみで優れた強靱性を示す強靱非調質圧延棒鋼。
【請求項３】重量比にして、Ｃ：０．１０〜０．３０
％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０％、Ｍｎ：１．５０〜
２．５０％、Ｃｒ：０．３０〜１．５０％、Ｍｏ：０．
０５〜０．３０％、Ｖ：０．０５〜０．３０％を含有
し、さらにＮｉ：０．２０〜２．００％を含有し、かつ
Ｍｎ（％）＋Ｃｒ（％）≧２．５０、Ｍｏ（％）＋Ｖ
（％）≧０．２０であり、残部がＦｅおよび不純物元素
からなり、制御圧延や制御冷却を施さなくても通常の熱
間圧延後自然空冷したのみで優れた強靱性を示す強靱非
調質圧延棒鋼。
【請求項４】重量比にして、Ｃ：０．１０〜０．３０
％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０％、Ｍｎ：１．５０〜
２．５０％、Ｃｒ：０．３０〜１．５０％、Ｍｏ：０．
０５〜０．３０％、Ｖ：０．０５〜０．３０％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種以上とＮｉ：０．２０〜２．００％
を含有し、かつＭｎ（％）＋Ｃｒ（％）≧２．５０、Ｍ
ｏ（％）＋Ｖ（％）≧０．２０であり、残部がＦｅおよ
び不純物元素からなり、制御圧延や制御冷却を施さなく
ても通常の熱間圧延後自然空冷したのみで優れた強靱性
を示す強靱非調質圧延棒鋼。