JPH10298703A - 降伏比、耐久比に優れたベイナイト型高強度高靭性熱間鍛造用非調質鋼 - Google Patents

降伏比、耐久比に優れたベイナイト型高強度高靭性熱間鍛造用非調質鋼

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JPH10298703A
JPH10298703A JP10329197A JP10329197A JPH10298703A JP H10298703 A JPH10298703 A JP H10298703A JP 10329197 A JP10329197 A JP 10329197A JP 10329197 A JP10329197 A JP 10329197A JP H10298703 A JPH10298703 A JP H10298703A
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less
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steel
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Tatsuo Fukuzumi
達夫 福住
Mitsuki Minoguchi
光樹 蓑口
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Mitsubishi Steel Muroran Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱間鍛造後空冷のままで優れた強度、靭
性が得られると共に優れた降伏比、耐久比が得られる熱
間鍛造用ベイナイト型非調質鋼を提供する。 【解決手段】 重量%で、C:0.20〜0.45%、
Si:0.02〜0.10%、Mn:1.50〜2.5
0%、Ni:0.30%以下、Cr:1.00%以下、
Mo:0.20%以下、V:0.05〜0.50%、A
l:0.010〜0.050%、N:0.005〜0.
025%を含有し、あるいはさらにTi:0.005〜
0.030%、Nb:0.005〜0.100%のうち
1種または2種、または/およびS:0.01〜0.1
0%、Pb:0.01〜0.30%、Ca:0.000
5〜0.01%、Zr:0.01〜0.20%、Te:
0.002〜0.15%、Bi:0.04〜0.20%
のうち1種または2種以上を含有し、残部がFeおよび
不可避的な不純物からなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は低Si化することに
より熱間鍛造後空冷のままで優れた強度、靭性が得られ
ると共に優れた降伏比、耐久比が得られる熱間鍛造用ベ
イナイト型非調質鋼に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、自動車用部品、機械構造用部品等
には熱間鍛造後、焼入れ・焼戻しを施した調質鋼が使用
されることが多い。近年においては、製造コストの低減
の点から熱間鍛造後の焼入れ・焼戻しを省略した非調質
鋼の使用が広がってきている。初期に登場したフェライ
ト−パーライト型非調質鋼は低温衝撃値および最大引張
強度が小さく、それらを改善するためにベイナイト型非
調質鋼が開発されている。
【0003】しかし、ベイナイト型非調質鋼は調質鋼に
比べて降伏比、耐久比が劣り、引張強度が上昇してもそ
の割りに降伏強度、疲労強度が低くなっていた。そのた
めベイナイト型非調質鋼の降伏比及び耐久比を上昇させ
るため、いろいろな手段が提案されている。
【0004】例えば、熱間鍛造し、空冷の後、焼戻しを
施す方法、あるいは、熱間鍛造した後の冷却速度を制御
する方法が提案されている。
【0005】しかしながら、このような降伏比、耐久比
の改善方法では、熱間鍛造後の焼戻し工程が必要なこ
と、また、冷却速度を制御する装置が必要なことから、
製造コストが増えてしまう。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、熱間鍛造後
の焼戻し工程や冷却速度の制御を行わなくとも、良好な
降伏比及び耐久比が得られるベイナイト型高強度高靭性
熱間鍛造用非調質鋼を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、従来技術で
は達成が困難であった熱間鍛造後、空冷したままでも良
好な降伏比及び耐久比が得られる高強度高靭性熱間鍛造
用非調質鋼について研究した結果、以下の知見を得て本
発明に到達した。
【0008】従来のベイナイト型非調質鋼は熱間鍛造
後、空冷したままでは、良好な降伏比及び耐久比が得ら
れていなかった。その原因はベイナイト型非調質鋼の一
部のミクロ組織が島状マルテンサイト−残留オーステナ
イト混合組織(以下、M−A)が存在することによるも
のであることをつきとめた。
【0009】そして、Siの添加量を減少させると熱間
鍛造後、空冷したままのベイナイト型非調質鋼のM−A
量が減少することをつきとめた。
【0010】以上の知見から、Siの添加量を減少させ
ることによりM−A量を減少させることで、熱間鍛造
後、空冷したままで良好な降伏比及び耐久比が得られる
ことを確認し、本発明に到達した。
【0011】すなわち、本発明の第1発明は重量%で、
C:0.20〜0.45%、Si:0.02〜0.10
%、Mn:1.50〜2.50%、Ni:0.30%以
下、Cr:1.00%以下、Mo:0.20%以下、
V:0.05〜0.50%、Al:0.010〜0.0
50%、N:0.005〜0.025%を含有し、残部
がFeおよび不可避的な不純物からなることを特徴とす
る降伏比、耐久比に優れたベイナイト型高強度高靭性熱
間鍛造用非調質鋼で、第2発明は、さらにTi:0.0
05〜0.030%、Nb:0.005〜0.100%
のうち1種または2種を含有させることにより炭窒化物
を析出させ、靭性、降伏比、耐久比をさらに向上させた
もので、第3、第4発明は第1発明鋼並びに第2発明鋼
にそれぞれさらにS:0.01〜0.10%、Pb:
0.01〜0.30%、Ca:0.0005〜0.01
%、Zr:0.01〜0.20%、Te:0.002〜
0.15%、Bi:0.04〜0.20%のうち1種ま
たは2種以上を含有させることにより被削性を向上させ
たものである。
【0012】次に、本発明の上記組成について限定理由
を説明する。
【0013】C:Cは強度を確保するために必要な元素
で0.20%以上の含有とする。しかし、0.45%を
超える多量の含有は靭性を低下させる。従って、Cの含
有量は0.20〜0.45%の範囲とした。
【0014】Si:Siは本発明において最も重要な元
素で、その含有により熱間鍛造後、空冷したままのベイ
ナイト鋼のM−A量が変化する。M−Aはベイナイト組
織中の炭素濃縮層のC濃度が高い場合、また、冷却速度
が速い場合に発生し易い。また、Si含有量の増加は炭
素濃縮層のC濃度を高める方向に働く。すなわち、Si
含有量の増加はM−A量を増加させる。0.10%を超
える含有はM−A量を増加させ、良好な降伏比、耐久比
が得られない。また、0.02%未満の含有では強度が
大きく低下する。従って、Siの含有量は0.02〜
0.10%の範囲とした。
【0015】Mn:Mnは焼入れ性を確保し、熱間鍛造
後、空冷したままのミクロ組織をベイナイト化させるの
に必要な元素で1.50%以上の含有を必要とする。し
かし、2.50%を超える含有は靭性を低下させる。従
って、Mnの含有量は1.50〜2.50%の範囲とし
た。
【0016】Ni、Cr、Mo:Ni、Cr、Moは焼
入れ性を確保する元素である。しかし、Crは1.00
%を越える含有では靭性を低下させるとともにコスト高
となる。また、Ni、Moも多量の場合にはコスト高と
なる。従って、Niの含有量は0.30%以下、なお、
好ましい範囲は0.01〜0.20%である。Crの含
有量は1.00%以下、なお、好ましい範囲は0.05
〜0.50%である。Moの含有量は0.20%以下、
なお、好ましい範囲は0.01〜0.15%である。
【0017】V:Vは強度を確保するために必要な元素
で、0.05%以上の含有を必要とする。しかし、0.
50%を超える含有は靭性を低下させるとともにコスト
高となる。従って、Vの含有量は0.05〜0.50%
の範囲とした。
【0018】Al:AlはNと結合してAlNを生成
し、オーステナイト結晶粒度を細粒化する作用を有する
元素であり、0.010%未満の含有ではその作用が十
分ではない。一方、0.050%を超える含有は被削性
に有害なAl23の生成を助長する。従って、Alの含
有量は0.010〜0.050%の範囲とした。
【0019】N:Nは窒化物を生成し、オーステナイト
結晶粒度を細粒化する作用を有する元素であり、0.0
05%未満の含有では、その作用が十分ではない。一
方、0.025%を超える含有ではその作用が飽和して
しまう。従って、Nの含有量は0.005〜0.025
%の範囲とした。
【0020】Ti、Nb:TiとNbはC、Nと結合し
て炭窒化物を生成し、オーステナイト結晶粒度を細粒化
する作用を有する元素であり、Ti、Nbともに0.0
05%未満の含有ではその作用が十分ではない。一方、
Tiは0.030%を超える含有、Nbは0.100%
を超える含有では粗大な炭窒化物を形成し、靭性を低下
させる。従って、Tiの含有量は0.005〜0.03
0%、Nbの含有量は0.005〜0.10%の範囲と
した。
【0021】S、Pb、Ca、Zr、Te、Bi:S、
Pb、Ca、Zr、Te、Biは被削性の向上に効果が
ある元素で、必要に応じて単独あるいは重複して含有さ
せることができる。その効果を得るにはそれぞれ0.0
1、0.01、0.0005、0.01、0.002、
0.04%以上の含有が必要である。しかし、それぞれ
0.10、0.30、0.01、0.20、0.15、
0.20%を超える含有は靭性を低下させる。従って、
Sの含有量は0.01〜0.10%、Pbの含有量は
0.01〜0.30%、Caの含有量は0.0005〜
0.01%、Zrの含有量は0.01〜0.20%、T
eの含有量は0.002〜0.15%、Biの含有量は
0.04〜0.20%の範囲とした。
【0022】
【発明の実施の形態】つぎに実施例を比較鋼と対比して
説明する。
【0023】実施例1 表1に示す化学組成の鋼を20kgf真空溶解炉で溶
解、作製した鋼塊を80mm角棒に鍛伸した。80mm
角棒を長さ150mmに切断、1200℃に加熱して4
0mm角棒に熱間鍛造した。鍛造終了後は室温まで空冷
した。得られた鍛造材よりJIS4号引張試験片および
JIS3号シャルピー衝撃試験片をL方向、1/4Dの
部位より機械加工により採取した。引張試験片について
は室温にて、シャルピー衝撃試験片については室温及び
−40℃にて試験を実施した。試験結果を表2に示す。
【0024】
【表1】
【0025】
【表2】
【0026】表1において1〜20鋼は本発明鋼であ
り、1〜6鋼は第1発明鋼、7、8鋼は第2発明鋼、9
〜14鋼は第3発明鋼、15〜20鋼は第4発明鋼であ
る。また、21〜25鋼は比較鋼である。
【0027】表2に示す結果から明らかなように比較鋼
である21〜25鋼を本発明鋼と比較すると、21、2
2鋼はSi含有量が高いため、M−A量が増加し、降伏
比が劣るものであり、23鋼はC含有量が高いため衝撃
値が劣るものである。24、25鋼はそれぞれMn含有
量が低いためミクロ組織がベイナイト組織ではなくフェ
ライト+パーライト組織になっているため、降伏比は高
いが低温衝撃値が劣るものである。
【0028】実施例2 表3に示す化学組成の鋼を65mm丸棒に熱間圧延した
後、1200℃に加熱し、1100℃の温度で図1に示
す形状に鍛造し、室温まで空冷した。得られた鍛造材よ
りJIS4号引張試験片、JIS3号シャルピー衝撃試
験片および小野式回転曲げ試験片を機械加工により採取
した。引張試験については室温にて、シャルピー衝撃試
験片については室温及び−40℃にて試験を実施した。
また、小野式回転曲げ試験片については小野式回転曲げ
疲労試験により107回の疲労強度を求め、耐久比を計
算した。また、鍛造材を用いて実体耐久試験を行った。
これらの試験結果を表4に示す。
【0029】
【表3】
【0030】
【表4】
【0031】表4より比較鋼と本発明鋼を比較すると引
張強さ、衝撃値は同等であるが、降伏比、耐久比、耐久
回数が本発明鋼の方が優れていることが判る。
【0032】
【発明の効果】以上の実施例からも判るように、本発明
鋼は低Si化することにより熱間鍛造後、空冷したまま
でも良好な降伏比、耐久比が得られる。従来の方法では
熱間鍛造後に冷却速度を制御することや冷却完了後焼戻
しを施すことにより降伏比、耐久比を向上させていた
が、それらの必要がなくなりコストを改善、工程の短縮
に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例2で製造した熱間鍛造品の形状を示す図
である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 必須成分として、重量%でC:0.20
    〜0.45%、Si:0.02〜0.10%、Mn:
    1.50〜2.50%、Ni:0.30%以下、Cr:
    1.00%以下、Mo:0.20%以下、V:0.05
    〜0.50%、Al:0.010〜0.050%、N:
    0.005〜0.025%を含有し、残部がFeおよび
    不可避的な不純物からなることを特徴とする降伏比、耐
    久比に優れたベイナイト型高強度高靭性熱間鍛造用非調
    質鋼。
  2. 【請求項2】 必須成分として、重量%でC:0.20
    〜0.45%、Si:0.02〜0.10%、Mn:
    1.50〜2.50%、Ni:0.30%以下、Cr:
    1.00%以下、Mo:0.20%以下、V:0.05
    〜0.50%、Al:0.010〜0.050%、N:
    0.005〜0.025%を含有し、さらにTi:0.
    005〜0.030%、Nb:0.005〜0.100
    %のうち1種または2種を含有し、残部がFeおよび不
    可避的な不純物からなることを特徴とする降伏比、耐久
    比に優れたベイナイト型高強度高靭性熱間鍛造用非調質
    鋼。
  3. 【請求項3】 必須成分として、重量%でC:0.20
    〜0.45%、Si:0.02〜0.10%、Mn:
    1.50〜2.50%、Ni:0.30%以下、Cr:
    1.00%以下、Mo:0.20%以下、V:0.05
    〜0.50%、Al:0.010〜0.050%、N:
    0.005〜0.025%を含有し、さらにS:0.0
    1〜0.10%、Pb:0.01〜0.30%、Ca:
    0.0005〜0.01%、Zr:0.01〜0.20
    %、Te:0.002〜0.15%、Bi:0.04〜
    0.20%のうち1種または2種以上を含有し、残部が
    Feおよび不可避的な不純物からなることを特徴とする
    降伏比、耐久比に優れたベイナイト型高強度高靭性熱間
    鍛造用非調質鋼。
  4. 【請求項4】 必須成分として、重量%でC:0.20
    〜0.45%、Si:0.02〜0.10%、Mn:
    1.50〜2.50%、Ni:0.30%以下、Cr:
    1.00%以下、Mo:0.20%以下、V:0.05
    〜0.50%、Al:0.010〜0.050%、N:
    0.005〜0.025%を含有し、さらにTi:0.
    005〜0.030%、Nb:0.005〜0.100
    %のうち1種または2種を含有し、さらにS:0.01
    〜0.10%、Pb:0.01〜0.30%、Ca:
    0.0005〜0.01%、Zr:0.01〜0.20
    %、Te:0.002〜0.15%、Bi:0.04〜
    0.20%のうち1種または2種以上を含有し、残部が
    Feおよび不可避的な不純物からなることを特徴とする
    降伏比、耐久比に優れたベイナイト型高強度高靭性熱間
    鍛造用非調質鋼。
JP10329197A 1997-04-21 1997-04-21 降伏比、耐久比に優れたベイナイト型高強度高靭性熱間鍛造用非調質鋼 Pending JPH10298703A (ja)

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