JPS5853709B2 - 鍛造ままの高強度鍛造用鋼 - Google Patents

鍛造ままの高強度鍛造用鋼

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JPS5853709B2
JPS5853709B2 JP54045114A JP4511479A JPS5853709B2 JP S5853709 B2 JPS5853709 B2 JP S5853709B2 JP 54045114 A JP54045114 A JP 54045114A JP 4511479 A JP4511479 A JP 4511479A JP S5853709 B2 JPS5853709 B2 JP S5853709B2
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steel
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less
forged
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敏男 酒井
鉄 大野
祐久 丹羽
功 町田
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、鍛造ままで高強度を有する鍛造用鋼、およ
び同時にすぐれた機械加工性を有する鍛造用鋼、に関す
る。
鍛造用鋼は、一般には熱間でプレス等によって成形加工
した後、機械加工によって仕上げられる鍛鋼品、例えば
船舶、自動車等の各種機械部品に広く用いられている。
かかる機械部品の素材としての鍛造用鋼には、強度、靭
性の如き機械的性質がすぐれていることとともに、素材
自体が安価で、しかも部品までの製造プロセスが簡易で
全製造コストの低いものが要求される。
鍛造品として代表的な量産品である自動車用部品につい
て述べると、近年燃費および動力性能の向上が強く要請
されており、台当りの部品重量の大きい鍛造品の高強度
化、軽量化が焦眉の課題となっている。
従来、自動車用鍛造品には、545C程度の中炭素鋼を
用い、鍛造成形後、焼入れ一焼もどし処理によって、H
RC15〜25程度に調整して使用している。
かかる従来の素材を用いる限り、部品の高強度化を計り
、その強度上昇分を軽量化に向けるには、焼もどし温度
の調整によって、高硬度化する外ない。
しかし、このような強化手段を採る場合、高硬度化に伴
う機械加工性の悪化が問題となる。
のみならず、鍛造成形後の焼入れ一焼もどしく調質)処
理には、専用のラインと加熱のための熱エネルギーを要
し、生産能率の低下とコストの上昇が避けがたい。
かかる難点は、自動車部品のような大量生産品において
は致命的なものと云って過言ではない。
上記の如き問題に対処するため、本発明者の1人は、先
に、焼入れ一焼もどしを必要とせず、弓張り強さ80
kg/ma (HRC22)級の強度を確保できる鍛鋼
品の製造方法を提案した(特願昭53−29681号)
この先願発明は、非調質で高強度の鍛鋼品の製造を可能
とするもので、前記のような量産品の製法として画期的
なものといえる。
しかし、その後、同じ(非調質で安価に製造できて、更
に高い強度(引張り強さでおよそ84ky/−以上、H
RCでおよそ24以上)をもつ鍛鋼品が要求されるに到
り、その素材となる鋼として、下記の組成をもつ鍛造用
鋼を開発した。
(1)C:0.30〜0.60% Si:0.60〜1.20% Mn : 0.60〜1.20% V : 0.03〜0.20% So1.A1: 0.02%を越え0.06%以下N:
0.008〜0.02% 残部Feおよび不可避の不純物。
(2)上記(1)の成分に加えて、更にCrO,50%
以下を含有する鋼。
(3)上記(1)の成分に加えて、更に S:0.13%以下 Pb:0.30%以下 Ca:0.01%以下 Te:0.10%以下 のうちの1種以上を含有する鋼。
(4)上記(2)の鋼に、(3)記載の成分の1種以上
を含有する鋼。
後述するとおり、これらの鋼は熱間鍛造後、空冷のまま
で、引張り強さ84ky/crA以上(HRC24以上
)の高強度を有する。
更に(3)および(4)の鋼は、被削性を改善する成分
を含むことにより、機械加工性にすぐれている。
以下、各成分の含有量を定めた理由を説明する。
C:Cは固溶強化とともに、■およびCr等と炭化物を
形成して鋼の強度を増す。
本発明の目的とする鍛造のままで引張り強さおよそ84
ky/m4以上の高強度鍛造品を得るには、0.30%
以上のCが必要である。
しかし、0.60%を超えると炭化物の過乗析出がおこ
り、必要以上に硬化して機械加工性が低下する。
Si:Si は脱酸効果の外に、フェライトを生成し
、フェライト地の強度を向上させる成分である。
前記先願発明では、被削性の面から、Si含有量を0.
50%までに規制した。
本願発明は、先願発明の鍛造品よりも更に高強度の鋼を
得んとするものであり、この場合、強化成分として又厳
しい鍛造条件を必要とせずに安定した品質を得るために
はSiの増量が最も効果的であることがわかった。
即ち、Siを0.60%以上1.20%まで含有させる
ことにより、鍛造のままで84ky/ma(HRC24
)級の高強度が確保できる。
この高強度化によって、被削性の低下は避けられないが
、特に高能率の機械加工が要求される場合には、後述の
被削性向上成分を添加すればよい。
しかし、1.20%をこえるSiは切削性の低下と靭性
劣化を招く。
Mn :Mnは鋼の焼入性を増し、空冷程度の冷却速度
で高強度化させるために必須の成分である。
0.60%未満では、この効果が乏しく、1.20%を
こえると他の強化成分との相互作用によって鍛造品の寸
法次第では空冷時の質量効果が問題になる。
■:Vは、後述するNとともに本発明鋼の大きな特徴を
なすものである。
即ちVは、オーステナイトからフェライトへの変態の際
に炭窒化物VN(C)を析出させる。
この炭窒化物は、フェライト変態の核として働き、生地
を微細なフェライト−パーライト組織となす。
これによって鍛造のままで、高い強度と靭性を保つこと
が可能となる。
かかる効果を得るには0.03%以上の■が必要である
が、0.20%をこえる量を含有させても価格の上昇を
招くだけで効果の増大は期待できない。
Sol、A1 : Sol、AIは脱酸の対校度調整に
より鍛造ままで必要な強靭性を付与するために0.02
%を越えて含有することが必要である。
しかし0.06%を超える量は不必要で、むしろ被削性
に悪影響を及ぼす。
N:Nは前述の■と結合して、炭窒化物を析出し、結晶
粒の微細化を促し、鋼の強靭化に寄与する。
このような効果を期待するには、通常不純物として混入
する程度のN量では足りない。
本発明では、Nを積極的に添加して、0.008〜0.
02%の範囲に調整ある。
o、oos%未満では、上記炭窒化物の析出量が不足し
、又、0.02%をこえると靭性低下等の悪影響が生じ
る。
Cr:Cr は焼入性の向上、その他鋼の性質改善に広
汎な効果をもつ。
本発明の鋼は、Crを含有しなくても、従来の鍛造用鋼
にないすぐれた性質をもつが、特殊な用途向げに更にそ
の特性を上げる必要がある時には0.5%までのCrを
含有させることができる。
0.5%をこえるCr量は性質改善の上からは必要なく
、むしろ鋼の価格を上げることになって好ましくない。
上記各成分の総合的な効果によって、本発明の鋼は、鍛
造−放冷のままで、即ち、焼入れ一焼もどしの調質処理
や焼ならしなどの熱処理を施すことなく、高い強度と靭
性とを備えた製品となる。
☆☆ 高強度化に伴う被削性の低下が問題になる場合、
たとえば自動車部品の如く、量産品で製造能率の向上が
望まれる場合には、上記基本組成に加えて被削性改善成
分を含有させるのが良い。
被削性改善成分としては、S、Pb、Ca、Teを単独
又は2種以上複合して用いるのがよい。
これら成分の含有量は、鋼の基本的な性質に及ぼす影響
を考慮して、Sは0.13%以下、pbは0.30%以
下、Caは0.01%以下、Teは0.10%以下とす
る。
この範囲であれば、強度、靭性に格別の悪影響を与えな
い。
本発明鋼を素材とする製品の鍛造は、通常の工程で行う
ことができる。
即ち、1250℃〜1100’Cでプレス等による鍛造
成形を行う。
鍛造終了後は、そのまま放冷するだゆで、必要な強度は
得られる。
勿論、鍛造終了後の冷却速度を調整して、製品の強度を
調整することも可能である。
しかし、従来品のように、鍛造後の調質(焼入れ一焼も
どし)処理や焼なましなどの熱処理は不必要であるから
、生産性の向上とコストの低減効果は著しいものがある
実施例 第1表に示す組成の鋼を溶製し、それぞれ30fx40
(m)の試験片を採取した。
これらを中炭素鋼の鍛造温度に相当する1250で30
分間加熱し、大気中放冷した後の硬化特性を第2表に示
す。
第1.2表中1〜33鋼は本発明によるもの、34鋼は
従来の中炭素鍛造用鋼(JISG4051)、35鋼は
前述の先願発明に係る素材鋼、に相当する。
第2表の結果から、本発明鋼では、鍛造温度から空冷さ
れたままでHRC24〜29の高い硬度が得られ、しか
も、表面と芯部での硬さの差が非常に小さいことがわか
る。
一方、従来鋼34は、表面部の硬さもHRC18と低い
が、特に芯部の硬化が殆んど期待できない。
このことは、従来鋼が鍛造後の調質処理を必須とするの
に対して、本発明鋼が鍛造−放冷のままで高強度を持つ
という特性の差を和実に示して(・る。
第3表には、第1表に示した本発明鋼28と、比較材と
して用いた従来材の中炭奏鋼34を用い機械的性質の比
較を行なったものである。
ここで、各々の素材処理条件又は熱処理条件を説明する
本発明鋼28は30fの圧延素材を1250℃に加熱し
内外温度が均一な状態に至るまで保持した後、大気放冷
し、この時の硬さがHRC28〜29に処理された丸棒
素材料JIS 4号の引張試験片と被テスト部が8f
平滑形状を持つ回転曲げ疲労試験片を製作しテストに供
した。
一方従来材の34は現在実用されている鍛造後焼入十焼
戻しを施している部材と同条件での機械的性質を確認す
るため、3J’圧延素材を850°Cにて約30分間加
熱保持後、油焼入れを行ないその後直ちに560℃にて
60分間保持した後、油冷する焼戻し処理を施し、素材
の芯部硬さがHRC20を目標に調整したものから、本
発明鋼と同様な試験片を製作しテストに供した。
本発明鋼の機械的性質は第3表から明らかなように鍛造
空冷のままでHRC28〜29の硬さが内外部均等化さ
れて満足できるため、従来材の通常用いられている鍛造
後の焼入れ焼戻し硬さHRC20前後のものに比し、引
張強さ及び0.2%耐久で約20〜25%の強度上昇が
可能であり、又回転的げで代表される両捩りの疲労強度
の許容応力についても約25%の上昇が可能である。
尚、伸びならびに絞りの性能については、本発明鋼の鍛
造後大気放冷による製造手法のため焼入れ焼戻し品に比
べ約60%低下する問題があるが、これらは特殊用途部
材を除き一般的には特に問題がないことがいえる。
よって本発明鋼は、鍛造空冷製法のままでも、従来材の
強度レベルを十分上廻る優れた高強度性能を有し、部材
の軽量、コンパクト化に対し極めて有効であることが確
認できた。
第4表は、第1表の発明鋼7〜10,12〜13.26
〜33と従来材の34を用い切削加工性の比較を行なっ
たもので、素材処理条件としては、本発明鋼の場合、溶
製した素材を1250℃に加熱後スエ込鍛造にて、(6
0X30tに成形後的1ooo℃の温度から大気放冷し
表面及び芯部の硬さがHRC22〜27のものを用いた
一方、従来材はJ50素材を発明鋼と同様にf60Xt
30にスエ込鍛造で成形し、850℃×30分焼入れ後
560℃X60分焼戻しの調質処理を施したもので、そ
の時の硬さはHRC21〜22である。
次に切削テストとしては高硬度材の加工で最も対処の困
難なドリル穿孔性について下記のテスト条件と判定基準
をもとにその特性を調べた。
即ち、 工具:5KH9j10ドリル 切削速度:3orrL/緬 送り速度: 0.40 aml rev 穴深さ:30關貫通 の条件にて、工具が溶損するまでの総切削時間を判定基
準として両者の切削加工性を評価し、その結果を第4表
に示した。
本発明鋼の切削加工性は、第4表の結果から明らかのよ
うに、従来材の調質処理品に対しHC硬さで約1〜5ポ
イントも高硬度であるにもかがわらず、工具溶損寿命ま
での判定で約3〜4倍と極めて優れた切削加工性を有す
ることが証明できた。
この事は本発明鋼の特徴である鍛造温度からの空冷過程
で微細なV化合物の析出によりフェライト+パーライト
組織での高硬度化が計れることに起因するもので、調質
材のベイナイト組織に対しフェライト+パーライト組織
が切削加工性の面で優れていることは、金属組織学上か
らも周知の通りである。
以上、詳述した如く、本発明鋼は従来より用いられてい
る中炭素鋼の成分に鍛造後の空冷過程でマトリックスを
析出硬化させるための合金元素としてV元素を微量添加
し、更に強度、切削加工性等の見地から、Si 、 A
I 、N等を適度に調整した化学成分仕様のもので12
50℃〜1100℃の鍛造温度から大気放冷したままで
HRC20〜30程度の従来材の調質処理を上廻る高硬
度が容易に得られ、かつ切削加工性も従来の調質材に比
し格段に優れた特徴を有することから、特に自動車用鍛
造部材等で要求されている軽量、コンパクト化への対応
が可能な、高強度素材として、極めて好適である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 I C:0.30〜0.60%、Si:0.60〜1
    .20%、Mn : 0.60−1.20%、V:0.
    03〜0.20%、SOl、A1 : 0.02%を
    越え0.06%以下、N:0.008〜0.02%、残
    部Feおよび不可避的不純物から成る鍛造ままの高強度
    鍛造用鋼。 2 C:0.30−0.60%、Si:0.60〜1
    .20%、Mn : 0.60〜1.20%、V:0.
    03〜0.20%、Sol、Al: 0.02%を越え
    0.06%以下、N : 0.008〜0.02%、C
    r:0.5%以下、残部Feおよび不可避的不純物から
    成る鍛造ままの高強度鍛造用鋼。 3 C:0.30−0.60%、Si:0.60〜1
    .20%、Mn : 0.6 C)−1,20%、V:
    0.03〜0.20%、Sol、A1: 0.02%を
    越え0.06%以下、N:0.008〜0.02%、お
    よびS:0.13%以下、Pb : 0.30%以下、
    Ca:0.01%以下、Te:0.10%以下のうちの
    1種以上、残部Feおよび不可避的不純物から成る鍛造
    ままの高強度鍛造用鋼。 4 C:0.30〜0.60%、Si:0.60〜1
    .20%、Mn : 0.60〜1.20%、V:0.
    03〜0,20%、Sol、Al :0.02%を越え
    0.06%以下、N : 0.008〜0.02%、C
    r:0.50%以下、およびS:0.13%以下、pb
    :o、30%以下、Ca:0.01%以下、Te:0.
    10%以下のうちの1種以上、残部Feおよび不可避的
    不純物から成る鍛造ままの高強度鍛造用鋼。
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