JPS59215461A

JPS59215461A - 半熱間鍛造用鋼

Info

Publication number: JPS59215461A
Application number: JP8753783A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Takada; 高田　勝典; Kenji Isogawa; 礒川　憲二; Sadayuki Nakamura; 中村　貞行; Shigeo Matsuo; 松尾　茂雄
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1983-05-20
Filing date: 1983-05-20
Publication date: 1984-12-05
Also published as: JPH0512421B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、冷間貸性加工性に優れた機械構造用鋼に関
するものである。

一般に、機械構造用鋼としては、機械構造用炭素鋼鋼材
（ＳＣ材、５−ＣＫ材等）や、機械構造用低合金鋼鋼材
（ＳＣｒ材、ＳＣＭ材、ＳＭｎ材、ＳＮＣ材、ＳＮ０Ｍ
材、ＳＭｎＣ材等）などが知られているが、このような
従来の機械構造用鋼を素材として機械構造用鋼品を製造
するに際しては、上記素材を熱間鍛造したのち切削加工
したり、冷間鍛造→中間熱処理→冷間鍛造を必要に応じ
て繰返し行い、場合によっては最後に切削加工を施した
りするのが普通であった。

しかしながら、熱間鍛造を行う場合には、素材の加熱に
時間を要したり、素材表面に酸化スケールを生じて肌荒
れや脱炭を起したり、作業性が良くないなどの問題点を
有し、冷間鍛造、中間熱処理を行う場合には、重度の加
工が困難であると共に鍛造型の寿命が短かったり、中間
熱処理を伴うためにコスト高になったりするなどの問題
点を有していた。

そこで、上記素材に対して半熱間鍛造を行ったのち冷間
塑性加工することも考えられた。この半熱間鍛造は、熱
間鍛造における低い変形抵抗という特長と、冷間鍛造に
おける高い仕上り精度という特長を併せもつものであっ
て、さらには、素材の加熱温度が低いことによって素材
表面の肌荒れや脱ｔじがたいこと、仕上がり精度が高い
ためその後の部品に対する寸法出しくアイヨニング。

コイニング、サイジング等）の際の冷間加工率を低減で
きること、切削時の機械加工量が軽微ですむことなどの
特長を有している。また、冷間鍛造に比べると重度の加
工が可能であるため中間熱処理を省略することができ、
工程の省略化および省エネルら実姉できるという利点を
有している。

そして、半熱間鍛造材は、さらに冷間において仕上鍛造
、仕上成形、仕上機械加工が行われ、その後高周波焼入
等の表面硬化処理を施すことが多い。このとき、冷間加
工における加工量（例えば冷間塑性加工量）が多ければ
、仕上り寸法精度がより一層向上する。

しかしながら、従来の機械構造用鋼をそのまま半熱間鍛
造したのち冷間塑性加工を施すと、冷間塑性加工時に割
れや欠けを生じることが多く、また冷間塑性加工後に切
削加工を行う際の被削性が良くないという問題点を有し
ていた。

この発明は、上述したような従来の問題点に着目してな
されたもので、半熱間鍛造後の冷間塑性加工性に優れ、
さらには被削性にも優れた機械構造用鋼を提供すること
を目的とするものである。

すなわち、この発明による機械構造用鋼は、重量％で、Ｃ：０．１５〜１．２％。

Ｓｔ　：　０．０１〜０．２％、Ｍｎ：２％以下を基本
含有成分とする鋼において、（Ｎ）、（０）。

を満足する範囲に規制し、必要に応じて、焼入性を制御
して強度の向上をはかるために、Ｃｒ：０．２〜０．５
％、Ｂ：０．０Ｏ０５〜０．００５％の１種または２種
、基地の強度上昇をはかるために、Ｃｕ：０．５〜１．
５％。

Ｎｉ：０．３〜３％、Ｍｏ：０．０５〜０．５％の１種
または２種以上、＃候性の向」二をはかるために、Ｃｕ
：０．５〜１．５％、結晶粒の微細化および析出硬化に
よって強度の向上をはかるために、Ｖ：０．０３〜０．
５％。

Ｔ　ｉ　　：　０　、０１〜０　、１％、Ｎｂ＋Ｔａ：
０、Ｏ１〜０．５％の１種または２種以上、結晶粒度を
制御して強度の向」二をはかるために、Ａ文：０．０１
〜０．１％、Ｎ：０．０１０〜０．０３０％の１種また
は２種等を含有し、冷間での塑性加工性を改善しあるい
は強度の向上をはかるために、Ａｓ≦０．００５％、Ｓ
ｎ≦０．０１０％、ｓｂ≦０．００５％、Ｚｎ≦ｏ、ｏ
ｉｏ％に規制し、４００〜９００℃の温度域において半
熱間鍛造したことを特徴とし、半熱間鍛造後の冷間塑性
加工性に優れたものであることを特徴としている。また
、半熱間鍛造後の冷間塑性加工性のほか、被削性にも優
れたものとするために、使用目的等に応じて、Ｐｂを０
．０１％以上含有させて、を満足する範囲に規制するようにしたことを特徴とし、
さらに必要に応じて、介在物の形態を制御して被削性の
より一層の向上をはかるために、Ｃａ：Ｏ，０Ｏ０５〜
０．００５％、Ｚｒ：０．０２〜０．４％、Ｓｅ：０．
０１−０．３％、Ｔｅ：０．００１〜０．０５％の１種
または２種以上を含有させるようにしたことを特徴どし
ている。

次に、この発明による機械構造用鋼の成分範囲（重量％
）の限定理由について説明する。

Ｃ：Ｃは機械構造用部材あるいは製品として必要な強度を確
保するために添加する元素であるが、０．１５％未満で
は上記強度の確保が困難であり、また、冷間での塑性加
工性が比較的容易であるためこの発明のような特別な配
慮を施す必要がなく、１．２％を超えると靭性が劣化す
るので、０．１５〜１．２％の範囲とした。

Ｓｉ：Ｓｉは製鋼時に脱酸剤として作用すると共に、鋼の強度
を高めるのに有効な元素であり、このような効果を得る
ためにはｏ、ｏｉ％以上含有させることが必要であるが
、多すぎるとかえって靭性を劣化し、冷間での塑性加工
性を低下するので、０．２％以下とすることが必要であ
る。

Ｍｎ：Ｍｎは製鋼時に脱酸剤および脱硫剤として作用し、鋼の
焼入れ性を向」ニジて強度の改善をはかるのに有効な元
素であるが、多すぎると冷間加工性を害するので、２％
以下とする必要がある。

（０）、（Ｎ）：（０）、（Ｎ）含有量が多すぎると冷間塑性加る値で０
．００３以下とすることが必要である。

Ｓ、Ｓｔ：Ｓ、Ｓｔ含有量が多すぎると冷間塑性加工性を０．０３
以下とすることが必要である。

Ｐ　ｂ　：Ｐｂは鋼の被削性を向上さるのに有効な元素であるので
、使用目的等に応じて０．０１％以上含値が０．００３
を超えると冷間鍛造性と被削性の両方を満足させること
ができなくなるので、上記値が０．００３以下となるよ
うにすることが必要である。

Ｃｒ、Ｂ：Ｃｒ、Ｂは鋼の焼入性を制御してその強度を痛めるのに
有効な元素であり、このＣｒ、Ｂは冷間での塑性加工性
に対してはＳｉ、Ｓ、Ｍｎ。

（Ｎ）、（０）程悪影響を及ぼさないので、使用目的等
に応じてこれらの１種または２種を添加するのも良い。

この場合、Ｃｒは０．２％未満では上記した効果が十分
でなく、強度の確保があまり期待できず、０．５％を超
えると靭性が劣化し、かえって冷間での塑性加工性を低
下するので、０．２〜０．５％の範囲とするのが良い。

一方、Ｂは０．０００５％未満では上記した効果が十分
でなく、強度の確保があまり期待できず、０．００５％
を超えてもその効果はさほど」二昇しないので、０．０
００５〜０．００５％の範囲とするのが良い。

Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ：Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏはいずれも鋼の基地を強化して強度の
向上をはかるのに有効な元素であるので、これらの１種
または２種以上を適宜添加するのも良い。この場合、こ
のような効果を得るためには、Ｃｕは０．５％以」二、
Ｎｉは０．３％以上、Ｍｏは０．０５％以上添加するの
が良い。しかし、Ｃｕが１．５％を超えると熱間加工性
が劣化するので好ましくなく、Ｎｉが３％を超えるとそ
の効果が飽和しそれ以上の添加は実質的に意味がなく、
ＭＯが０．５％を超えると靭性が劣化するので好ましく
ない。

Ｃｕ：Ｃｕは上記した強度向上の効果のほか、耐食φ耐候性の
向上にも寄与する元素である。そして、このような効果
を得るためには０．５％以上含有させるのが良い。しか
し、１．５％を超えると熱間加工性が劣化するので好ま
しくない。

Ｃａ、Ｚｒ、Ｓｅ、Ｔｅ：Ｃａ、Ｚｒ、Ｓｅ、Ｔｅはいずれも介在物の形態を制御
して被削性の向上をはかるのに有効な元素であるので、
これらの１種または２種以上を適宜添加するのも良い。

この場合、このような効果を得るためには、Ｃａは０．
０００５％以上、Ｚｒは０．０２％以上、Ｓｅは０．０
１％以上、ＴｅはＱ、００１５以上添加するのが良い。

しかし、Ｃａは０．００５％以」二加えてもその効果が
飽和し、実質的に意味がなく、Ｚｒは０．４％を超える
と靭性が劣化するので好ましくなく、Ｓｅは０．３％を
超えると靭性が劣化するので好ましくなく、Ｔｅは０．
０５％を超えると靭性が劣化するので好ましくない。

Ｖ、Ｔｉ　、Ｎｂ、Ｔａ：Ｖ、Ｔｉ　、Ｎｂ、Ｔａはいずれも結晶粒の微細化およ
び析出硬化によって強度の向上をはかるのに有効な元素
であるので、これらの１種または２種以上を適宜添加す
るのも良い。この場合、このような効果を得るためには
、■は０．０３％以上、Ｔｉは０．０１％以上、Ｎｂ＋
Ｔａは０．０１％以上添加するのが良い。しかし、■が
０．５％を超えると靭性が劣化するので好ましくなく、
Ｔｊが０．１％を超えると靭性が劣化するので好ましく
なく、Ｎｂ＋Ｔａか０．５％を超えると靭性が劣化する
ので好ましくない。

Ａ文　、Ｎ：Ａｎ、Ｎは結晶粒度を制御して強度の向上をはかるのに
有効な元素であるので、これらの１種または２種を適宜
添加するのも良い。この場合、このような効果を得るた
めには、ＡｆＬは０．０１％以上、Ｎは０．０１％以上
とするのが良い。しかし、ＡＭが０．１％を超えると靭
性が劣化し、Ｎが０．０３％を超えると健全な鋼材が得
られずかつ性加工性が劣化するので好ましくない。

Ａｓ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｚｎ：Ａｓ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｚｎはともに冷間での塑性加工性を
害するので、Ａｓについては０．００５％以下、Ｓｎに
ついては０．０１０％以下、ｓｂについは０．００５％
以下、Ｚｎについては０．０１０％以下に規制すること
がより望ましい。

次に、上記化学成分の鋼に対して、半熱間鍛造温度域を
４００〜９００　’０にしたのは、鍛造温度が４００°
Ｃよりも低いと被鍛造材の変形抵抗が大きくなり、重度
の加工が難かしくなると共に、鍛造型の寿命が低下する
ためであり、反対に９００°Ｃを超えると被鍛造材の表
面に脱炭や肌荒れを生じたり、仕上がり精度が低下した
りするためである。

また、半熱間鍛造における加工率は、３０〜７０％程度
とするのがより望ましい。

以下、実施例により説明する。

電気炉によって表１に示す化学成分の鋼を溶製したのも
２　、５１−ン鋼塊に造塊し、分塊圧延および製品圧延
を行って直径５０止の棒材を製造し、次いで切断して、
第１図に示すｄ１＝５０ｍｍ。

Ｈ＝２５ｍｍの供試材を作製した。

次に、直径４０ｍｍのパンチを有する鍛造プレスを用い
て第２図に示す形状に８５０℃で半熱間鍛造を行って直
径ｄ２＝４０ｍｍの孔２をあけ、次いで、第３図に示す
ように、外径部分をしご〈冷間アイヨニングを行い、こ
れによって各供試材に割れが発生する時点での限界冷間
加工率を求めた。

なお、ここでいう限界冷間加工率は、第２図の状態での
上端面の面積ＳＯと、第３図の状態での上０１００（％）で求めた。この結果を表２に示す。

表　　　　　　２表２に示すように、従来の場合には限界冷間加工率がい
ずれも３０％以下であるのに対して１本発明例の場合に
は限界冷間加工率がいずれも高い値を示しており、半熱
間鍛造後における冷間塑性加工性に優れていることが明
らかである。

次に、供試材Ｎｏ、　５に対し、半熱間鍛造温度を変え
て前記第１図→第２図と同様の半熱間鍛造を行い、続い
て前記第２図→第３図と同様の冷間アイヨニングを行っ
て各供試材に割れが発生する時点での限界冷間加工率を
調べた。この結果を表３に示す。

表　　　　　３表３に示すように、半熱間鍛造ｊ度が高すぎても、また
低すぎても限界冷間加工率が小さく、４００〜９００°
Ｃの温度域において半熱間鍛造することにより、その後
の冷間塑性加工性を高めうることが確認された。

さらに、被削性を調べるために、表１に示すＮｏ、　　
ｌ　、　６〜９の供試鋼から直径２５＋ｎｍの圧延材を
製作し、長さ７５ｍｍに切断したのち、８５０°Ｃで加
工率５０％の据込み半熱間鍛造を行い、続いて加工率２
０％の冷間据込み加工を行ったのち、ドリルによる穴あ
け加工を行っ仇。このときの穴あけ加工条件を表４に示
す。また、工具寿命結果を表５に示す。

表　　　　　４表５に示すように、ｐｂを適量含有する場合には工具寿
命を延長させることができるが、Ｐｂ含有量が多すぎる
Ｎｏ、　９の場合には被削性は良好であるものの冷間塑
性加工性を悪化するので好ましくない。

以上説明してきたように、この発明によれば、重量％で
、Ｃ：０．１５〜１．２％、Ｓｉ：０．０１〜０．２％、Ｍｎ：２％以下を基本含有
成分とする機械構造用鋼において、（Ｎ）、（０）、Ｓ
、Ｓｉ　、Ｐｂ含有量を規制し、必要に応じてＣｒ、Ｂ
、Ｃｕ、Ｎｉ　、Ｍｏ　。

Ｃａ、Ｚｒ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｖ’、Ｔｉ、Ｎｂ。

Ｔａ　、Ａｎ＠を含有サセ、４００〜９００’Ｃ！（７
）温度域において半熱間鍛造するようにしたから、半熱
間鍛造後の冷間塑性加工性に優れ、さらには被削性にも
優れた機械構造用鋼を提供することができ、半熱間鍛造
−気間塑性加工を行う部品や、冷間塑性加工後にさらに
切削を行う部品、例えば等速ジヨイント外輪、ラック、
コンロッド、キヤ。

リヤスピンドル等の各種構造用部材や製品を高精度でか
つ割れ等の不具合を発生することなく、しかも金型寿命
を著しく低下することなく製造することが可能であると
いう著大なる効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図はこの発明の実施例において成
形加工を行った様子を示す各々素材の側面図、半熱間鍛
造後の側面図、冷間アイヨニング後の側面図である。特許出願人　　大同特殊鋼株式会社代理人弁理士　小　　塩　　　豊必ｑｑｑ−

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％で、Ｃ：０．１５〜１．２％、Ｓｉ：０．０１〜０．２％、Ｍｎ：２％以下を基本含有
成分とする機械構造用鋼において、（Ｎ）、（０）、Ｓ
、Ｓｔ含有量（重量％）を下式を満足する範囲に規制し、４００〜９００’Ｏの温度域
において半熱間鍛造したことを特徴とする冷間塑性加工
性に優れた機械構造用鋼。
（２）重量％で、Ｃ：Ｏ，１５〜１．２％、Ｓｉ：０．０１〜０．２％、Ｍｎ：２％以下を基本含有
成分とする機械構造用鋼において、を満足する範囲に規
制し、４００〜９００℃の温度域において半熱間鍛造し
たことを特徴とする冷間塑性加工性および被削性に優れ
た機械構造用鋼。