JPH07242990A - 冷間加工性と焼入れ性に優れた冷間鍛造用鋼 - Google Patents

冷間加工性と焼入れ性に優れた冷間鍛造用鋼

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JPH07242990A
JPH07242990A JP5256194A JP5256194A JPH07242990A JP H07242990 A JPH07242990 A JP H07242990A JP 5256194 A JP5256194 A JP 5256194A JP 5256194 A JP5256194 A JP 5256194A JP H07242990 A JPH07242990 A JP H07242990A
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昌 片山
Kenichiro Naito
賢一郎 内藤
Masahiro Toda
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷間加工性と焼入性に優れた冷間鍛造用鋼
で、冷間鍛造後に熱処理する機械部品材料を提供する。 【構成】 C:0.30〜0.70%、Si:0.30
〜1.1%、Mn:0.3〜0.8%、P:≦0.02
0%、S:≦0.025%、Al:0.01〜0.05
%、B:0.001〜0.005%、Pb:0.005
〜0.05%、を含み、残部はFe及び不可避的不純物
からなり、かつ、フェライト+セメンタイト+黒鉛の3
相組織を有し、3相組織に占める黒鉛の比率(黒鉛とし
て析出した炭素量/鋼中炭素含有量)が20〜70%で
ある冷間加工性と焼入性に優れた冷間鍛造用鋼。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は冷間加工性と焼入性に優
れた冷間鍛造用鋼で、冷間鍛造後に熱処理する機械部品
用材料に係わる。
【0002】
【従来の技術】現在最も広く使用されている冷間鍛造用
鋼について述べる。通常の冷間鍛造用鋼は圧延後にオフ
ラインで長時間焼鈍されている。圧延後のミクロ組織は
フェライト+パーライトの2相組織であるが、焼鈍後に
は球状セメンタイト組織となっている。鋼種は主として
機械構造用炭素鋼および機械構造用合金鋼である。例え
ば炭素含有量0.55%鋼の場合、フェライト+パーラ
イト組織の硬さはHV200程度であるが、球状セメン
タイト組織になるとその硬さはほぼHV155まで軟化
するために冷間加工性に優れている。冷間鍛造用鋼は冷
間加工後に焼入・焼戻されて使用されることが多い。球
状セメンタイトは焼入れ加熱時にオーステナイトに溶解
しやすく焼入性にも優れている。しかし、軟化の限界値
はHV155程度でさらに硬さを小さくするミクロ組織
が見出されることが期待されている。
【0003】一方、鋼中フェライト+パーライトをフェ
ライト+黒鉛の2相組織にすると、その硬さはHV11
0程度まで減少し冷間加工性が著しく向上することはよ
く知られている。例えば日本金属学会誌,No.2,v
ol.53(1989),P.206の研究論文に黒鉛
率を上げると、冷間加工性能は硫黄快削鋼のそれよりも
優れており、被削性と冷間加工性を兼ね備えた性能の得
られることが報告されている。工業的にも特公昭63−
9580号公報に見られるようにミクロ組織をフェライ
ト+黒鉛の2相にすると加工性の向上が著しいことが紹
介されている。
【0004】しかし、特開平2−111842号公報に
紹介されているようにフェライト+黒鉛の2相になる
と、冷間加工性は向上するものの焼入性が低下するため
に、ミクロ組織をフェライト+セメンタイト+黒鉛の3
相組織とすることが望ましいとされている。黒鉛は焼入
加熱時に分解速度が遅く十分にオーステナイト中に溶解
しないために焼入硬さが低い欠点がある。また、黒鉛が
分解すると空孔が残存するために機械的性質が低下す
る。すなわち焼入性が劣るとされている。セメンタイト
の黒鉛化を制御してセメンタイト組織を一部残存させて
いることが、冷間加工性と焼入性とを合わせ持つために
有効であるとしている。黒鉛化を制御するための工業的
な方法として熱間圧延後の焼鈍時間を調整することが提
案されている。焼鈍時間を調整することは焼鈍炉の操業
コストを増加させる。焼鈍時間一定の条件下で、鋼の化
学成分を調整することによりフェライト+セメンタイト
+黒鉛の3相組織を有する鋼を開発することが工業界か
ら強く望まれている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は焼鈍時間一定
の条件下で、鋼の化学成分を調整することによりフェラ
イト+セメンタイト+黒鉛の3相組織を有する鋼を開発
し、冷間加工性と焼入性に優れた冷間鍛造用鋼を提供せ
んとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は前記の課題を解
決するためになされ、その要旨は、化学成分値を重量%
表示として、C:0.30〜0.70%、Si:0.
30〜1.1%、Mn:0.3〜0.8%、P:≦0.
020%、S:≦0.025%、Al:0.01〜0.
05%、B:0.001〜0.005%、Pb:0.0
05〜0.05%、を含み、残部はFe及び不可避的不
純物からなり、かつ、フェライト+セメンタイト+黒鉛
の3相組織を有し、3相組織に占める黒鉛の比率(黒鉛
として析出した炭素量/鋼中炭素含有量×100)が2
0〜70%である冷間加工性と焼入性に優れた冷間鍛造
用鋼。 C:0.30〜0.70%、Si:0.30〜1.1
%、Mn:0.3〜0.8%、P:≦0.020%、
S:≦0.025%、Al:0.01〜0.05%、
B:0.001〜0.005%、Pb:0.005〜
0.05%、Mo:0.01〜0.03%、を含み、残
部はFe及び不可避的不純物からなり、かつ、フェライ
ト+セメンタイト+黒鉛の3相組織を有し、3相組織に
占める黒鉛の比率(黒鉛として析出した炭素量/鋼中炭
素含有量×100)が20〜70%である冷間加工性と
焼入性に優れた冷間鍛造用鋼である。
【0007】即ち、本発明者らは種々検討を重ねた結
果、焼鈍中にセメンタイトが分解して黒鉛が析出する過
程で、黒鉛化を抑制するインヒビターとして微量の鉛が
有効であることを見出し、焼鈍時間を変化させることな
く、鉛含有量を調整することによりフェライト+セメン
タイト+黒鉛の3相組織に占める黒鉛の比率を制御する
ことに成功して本発明をなした。
【0008】
【作用】以下に本発明を詳細に説明する。第1の発明に
ついては、C含有量は焼入・焼戻し後、部品としての強
度を確保するために0.30%以上でなければならな
い。上限値は焼き割れ発生を防止するために0.70%
とした。Siは鋼中の炭素活量を大きくすることにより
黒鉛化を促進する作用があり必須の元素であり、その下
限値は0.30%でなければならない。1.1%を超え
るとフェライト相に固溶して素地の硬さが大きくなり冷
間加工性が低下するので上限値を1.1%に限定した。
Mnは鋼中硫黄をMnSとして固定・分散させるために
必要な量及びマトリックスに固溶させて焼入れ後の強度
を確保するために必要な量を加算した量が必要であり、
その下限値は0.3%である。Mn含有量が大きくなる
素地の硬さが大きくなり冷間加工性が低下するので上限
を0.8%とした。
【0009】Pは鋼中において粒界に燐化合物として析
出して黒鉛の核発生サイトとなり、黒鉛化を促進するも
のの平均黒鉛粒径を大きくするので、その上限を0.0
20%としなければならない。SはMnと結合してMn
S介在物として存在する。冷間加工性の点からその上限
値を0.025%とした。
【0010】Alは鋼を脱酸して圧延時の表面疵を防止
するために0.01%以上必要であり、脱酸の効果は
0.05%で飽和し、アルミナ系介在物が増加するので
上限を0.05%とした。BはNと反応してオーステナ
イト結晶粒界にBNとして析出する。BNの結晶構造は
黒鉛と同じく六方晶系であり黒鉛の析出核となる。黒鉛
を析出させるためにその下限値は0.001%でなけれ
ばならない。黒鉛を析出させる効果は0.005%で飽
和するので上限を0.005%とした。
【0011】Pbはメカニズムは明らかでないが極く微
量の添加で黒鉛が析出する過程で黒鉛化を抑制する作用
がある。すなわち黒鉛化に対する極めて有効なインヒビ
ターである。黒鉛化を抑制する元素はCr,Mnなど他
にもあるが、加工性など他の性質に影響を及ぼすために
使用が難しい。Pbは添加量が少ない上に介在物として
存在するために加工性、機械的性質、焼入性など他の性
質に影響を与えない。Pb含有量が0.005%未満で
は黒鉛化を抑制する作用が認められないので下限値を
0.005%とした。また、0.05%添加すると、黒
鉛化は100%抑制されるので上限値を0.05%とし
た。
【0012】フェライト+セメンタイト+黒鉛の3相組
織に占める黒鉛の比率(黒鉛として析出した炭素量/鋼
中炭素含有量×100)を規定した理由について述べ
る。黒鉛の比率が20%未満になると、冷間加工性の低
下が著しくなるために下限値を20%とした。また、7
0%を超えると焼入れ性の低下が著しいので上限値を7
0%とした。
【0013】次に第2の発明の成分などの限定理由につ
いて述べると、C,Si,Mn,P,S,Al,B,P
bについては第1の発明と全く同じである。Moは焼入
れ性倍数が高く黒鉛化を阻害しない元素である。Moは
炭化物を生成しやすく炭素の活量を低下させる元素であ
るから黒鉛化を阻害する元素であると考えられるが、請
求範囲の成分系では理由は不明であるが黒鉛化を阻害し
ない。焼入れ後の強度を増加させるためには下限値を
0.01%とすることが必要であり、焼入性効果の飽和
点が0.03%であるところから、上限値を0.03%
とした。
【0014】ここで本発明鋼の製造手段について言及す
る。本発明鋼は通常の製造法及び圧延工程で容易に製造
できる。圧延終了直後にそのライン上に設置されている
水冷却装置により鋼材表面に均一に散水して急冷却し、
その後に加熱炉で焼鈍する方法である。圧延後の冷却開
始温度は780℃、冷却終了温度は200℃で平均冷却
速度は8℃/sである。焼鈍温度は680℃である。
【0015】
【実施例】次に実施例により本発明の効果をさらに具体
的に示す。表1に供試鋼の化学成分を、表2にミクロ組
織と冷間加工性及び焼入硬さを示す。
【0016】
【表1】
【0017】
【表2】
【0018】フェライト+セメンタイト+黒鉛の3相組
織に占める黒鉛の比率は、黒鉛として析出した炭素量を
鋼中炭素含有量で除すことにより求めた。黒鉛として析
出した炭素量は黒鉛と化学炭素(セメンタイト)を電解
抽出する方法により定量できる。冷間鍛造性は冷間据え
込み試験により評価した。試験条件は次の通りである。 試験片形状:20mmφ×30mmh、試験片の状態:
フェライト−黒鉛組織、圧縮率:40〜65%まで5%
刻みで6段階、試験の繰り返し数:10回、割れ発生率
が50%未満となる最大圧縮率を限界圧縮率とし、その
値の大小により冷間鍛造性の良否を判断した。焼入性は
黒鉛の析出した丸棒を825℃×60minで焼入れし
硬さを測定することにより判定した。本発明鋼の冷間鍛
造性を示す限界圧縮率は比較鋼のそれとほぼ同等であ
り、焼入硬さはHV40−HV60程度高い冷間加工性
と焼入性に優れた冷間鍛造用鋼である。
【0019】
【発明の効果】以上の実施例からも明らかなごとく本発
明によれば、冷間加工性と焼入性のいずれの性質にも著
しく優れている冷間鍛造用鋼を提供することが可能であ
り、産業上の効果は極めて顕著なものがある。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】C :0.30〜0.70% Si:0.30〜1.1% Mn:0.3〜0.8% P :≦0.020% S :≦0.025% Al:0.01〜0.05% B :0.001〜0.005% Pb:0.005〜0.05% を含み、残部はFe及び不可避的不純物からなり、 かつ、フェライト+セメンタイト+黒鉛の3相組織を有
    し、3相組織に占める黒鉛の比率(黒鉛として析出した
    炭素量/鋼中炭素含有量)が20〜70%である冷間加
    工性と焼入性に優れた冷間鍛造用鋼。
  2. 【請求項2】C :0.30〜0.70% Si:0.30〜1.1% Mn:0.3〜0.8% P :≦0.020% S :≦0.025% Al:0.01〜0.05% B :0.001〜0.005% Pb:0.005〜0.05% Mo:0.01〜0.03% を含み、残部はFe及び不可避的不純物からなり、 かつ、フェライト+セメンタイト+黒鉛の3相組織を有
    し、3相組織に占める黒鉛の比率(黒鉛として析出した
    炭素量/鋼中炭素含有量)が20〜70%である冷間加
    工性と焼入性に優れた冷間鍛造用鋼。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1999045162A1 (fr) * 1998-03-04 1999-09-10 Nippon Steel Corporation Aciers a forger a froid et leur procede de fabrication
US6419761B1 (en) 1998-03-04 2002-07-16 Nippon Steel Corporation Steels for cold forging and process for producing the same

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