JPS5946288B2 - 肌焼鋼の製造方法 - Google Patents

肌焼鋼の製造方法

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JPS5946288B2
JPS5946288B2 JP54083514A JP8351479A JPS5946288B2 JP S5946288 B2 JPS5946288 B2 JP S5946288B2 JP 54083514 A JP54083514 A JP 54083514A JP 8351479 A JP8351479 A JP 8351479A JP S5946288 B2 JPS5946288 B2 JP S5946288B2
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勝典 高田
光康 中倉
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は圧延後における品質のバラツキが少なく、か
つその後の浸炭処理または浸炭窒化処理などの高温にお
ける表面硬化処理においても結晶粒の粗大化あるいは混
粒などの異常組織が生成されない安定な特性を有する機
械構造用肌焼鋼の製造方法に関するものである。
通常SCr42O、SCM42Oなどの機械構造用肌焼
鋼は熱間圧延後に焼ならしまたは焼なまし処理が施され
組織の均質化をはかった後所定形状に加工され、そも後
浸炭または浸炭窒化処理が施され、各種部品に供されて
いる。
しかしながら近時省エネルギーの観点から圧延後の焼な
らしまたは焼なまし処理を省略し、熱間圧延のままで部
品加工に供することが検討されている。この場合、圧延
後の品質のバラツキが問題となるため比較的低温で圧延
するいわゆる制御圧延が好ましいことが提案されている
が、従来のJISに規定されている機械構造用肌焼鋼を
そのまま用いると、圧延後の品質は均質化されるが、そ
の後の表面硬化処理において結晶粒の粗大化あるいは混
粒などの異常組織が生成され、部品の品質特性が劣化す
るという問題が生じる。これは圧延温度が低いため微細
な結晶粒が得られる反面、その後の高温加熱により結晶
粒が成長しやすい状態にあるためである。したがって機
械構造用肌焼鋼の均質化処理の省略化についてはいまだ
検討の段階にある。そこで本発明者等は上記の技術的課
題を解決するために合金組成および圧延条件について種
々検討した結果限定された成分組成を有する合金を用い
て限定された条件で熱間圧延を行なうことにより、圧延
後の品質特性のバラツキが少なく、かつその後の表面硬
化処理においても結晶粒の粗大化に基づく異常組織の生
成がない低合金肌焼鋼が製造できることを見い出した。
すなわち本発明は N:0.007〜0.025%とAl:0.015〜0
.08%、Ti:0.01〜0.20%、V:0.01
〜0.20%、Nb:0.005〜0.20%から選ん
だ元素を少なくとも1種以上含有する機械構造用肌焼鋼
を用いて最終仕上げ加工率:15%〜30%、最終仕上
げ終止温度:750℃〜950℃の条件で熱間圧延を行
ない、そのまま500℃まで10’C / See以下
の冷却速度で冷却することを特徴とする均一な品質特性
を保有する肌焼鋼の製造方法である。
なお、本発明に用いる素材はJISに規定されている機
械構造用鋼のうち、肌焼鋼として用いられるいわゆるC
レベルが0.30%以下の低合金組成を主要成分として
これにNと、Al,Ti、V,Nbを有効に含有させた
ものであり、熱間圧延における最終仕上げ加工率、最終
仕上げ終止温度、および冷却速度を選ぶことによって、
圧延後の品質のバラツキが少なく、かつその後の表面硬
化処理においても結晶粒の粗大化による異常組織が生成
されない銅が得られる。以上のごとく本発明は熱間圧延
後焼ならしまたは焼なまし等の均質化処理を施す必要が
ない肌焼鋼を工業的に製造する方法を提供するものであ
って省エネルギー対策上きわめて有効な方法である。
本発明の製造法に適用される前記機械肌焼鋼の実施態様
項該当成分を例示すると次のとおりである。(1)
C:0.05〜0.30%、Si:0.10〜0.40
%、Mn: 0.30〜2.0%、N:0.007〜
0、025%とAl:0.015〜0.08%、Ti:
0.01〜0.20%、v:0.0i〜0.20%、N
b:0.005〜0.20%から選んだ元素を少くとも
1種以上を含有し、残部が実質的にFeからなる肌焼鋼
(1;) c : 0.05〜0.3、0%、Si:
0.10〜0.40%、Mn: 0.50〜1.0%、
Cr:0.80〜1、50%、N:0.007〜0.0
25%とAl:0.015〜0.08%、Ti:0.0
1〜0.20%、V : 0.01〜0.20%、Nb
:0.005〜0.20%、から選んだ元素を少くとも
1種以上含有し、残部が実質的にFeからなる肌焼鋼。
(山)C:0.05〜0.30%、 Si:0.10〜
0.40%、Mn: 0.50〜1.0%、Cr:0.
80〜1.50%、MO: 0.10−0.50%、N
:0.007〜0.025%とAI二 〇.015〜0
,08%、Ti: 0.010〜0.20%、V二0.
01〜0.20%、Nb: 0.005〜0.20%か
ら選んだ元素を少なくとも1種以上含有し、残部が実質
的にFeからなる肌焼鋼。6V) C : 0.05
〜0.30%、Si:0.10〜0.40%、Mn:
0.30〜1.0%、Ni: 1.50〜4,0%、C
r: 0.20〜1.50%、N:0.007〜0.0
25%とA1:0.015〜0,08%、Ti: 0.
010〜0.20%、V:0.01〜0.20%、Nb
:0.005〜0.20%から選んだ元素を少なくとも
1種以上含有し、残部が実質的にFeからなる肌焼鋼。
(V)C:0.05〜0.30%、Si:0.10〜0
.40%、Mn: 0.30〜1.0%、Ni:0.3
0〜2.0%、Cr: 0.30〜0.70%、MO:
0.10〜0.30%、N:0、007〜0.025%
とAl:0.015〜0.08%、Ti:0.010〜
0.20%、V : 0.01〜0.20%、Nb:0
.005〜0.20%から選んだ元素を少なくとも1種
以上を含有し、残部が実質的にFeからなる肌焼鋼であ
る。
次に本発明における製造方法の限定理由を以下に述べる
合成の成分組成 本発明における素材は従来から用いられている機械構造
用鋼を基本組成としているため、C、Si,Mn,Ni
,Cr,MOについては従来から定められている範囲内
とする。
なお、NおよびAI,Ti,V,Nbについては以下の
理由により限定した。N:0.007〜0.025% 結晶粒の成長を抑制する作用効果が大きいAI、Ti,
V,Nb等の微細な窒化物を鋼中に均一に形成させるた
めには少なくとも0.007%以上添加する必要がある
ただし多量に添加しても作用効果の増加は期待できず、
むしろ熱間加工性等が劣化するため0.025%以下に
限定した。Al,Ti,V,Nb: 少ナ<トも1種
以上上記元素はいずれもNと結合して、AIN、TiN
,VN,NbNを形成し、結晶粒成長を抑制する作用効
果があり、本発明の必須要件である。上記効果を得るた
めにはAIについては0.015%以上、Tiについて
は0.01%以上、Vについては0.01%以上、Nb
については0.005%以,k上の済加が必要である。
ただし必要以上に添加すると熱間加工性および靭性が低
下するためそれぞれAIについては0.08%以下、T
iについては0.20%以下、Vについては0.20%
以下、Nbについては0.20%以下が望ましい。最終
仕上加工率:15%〜30% 最終仕上げ加工率が低いと、圧延材の断面全体に亘り均
一な細粒が得られず、圧延材の品質のバラツキの原因と
なるばかりでなく、混粒に基づく異常組織の生成原因と
もなり得るので最終仕上げ圧延における加工率は少な《
とも15%以上とする必要がある。
しかし30%を超えると所定の寸法精度が得かた《なる
。最終仕上げ終止温度:750℃〜950℃最終仕上げ
終止温度が高いと、結晶粒の局部的な成長による品質の
バラツキが生じるため最終仕上げ終止温度は950℃以
下とする必要がある。
しかし750℃以下の場合加工ひずみが残留し、棒鋼等
から部品加工する場合ひずみが解放し部品の寸法精度が
得かた《なる。圧延後の冷却速度:500℃まで10℃
/Sec以下冷却速度が早すぎるとペイナイトまたはマ
ルテンサイト変態が生じ、硬さのバラツキおよび被削性
の劣化など好ましくない問題が生じるため、圧延終了後
500℃までは10℃/See以下の遅い速度で冷却し
、均一なフエライト+パーライト組織に調整する必要が
ある。
次に本発明製造法の実施について詳細に説明する。
実施例 1 第1表に示すごとき成分組成の供試材を製造し各種特性
値を調査した。
A1〜5はJIS−SCM42Oを基本組成としこれに
NとAlを添加した鋼であり、A6〜10は同様にNと
Nbを添加した鋼である。
上記供試材を用いて熱間圧延により直径50mmの棒材
を製造した。なお圧延条件は最終仕上げ加工率:20% 最終仕上げ終止温度:850℃ とし圧延後は1℃/ Secの冷却速度(500℃ま北
εでの平均冷却速度)で徐冷した。
圧延後の品質特性を調べるために棒材端部についてかた
さ測定を行なった。その結果を第2表に示した。同表に
みられるごとく圧延後のかたさのバラツキはいずれもき
わめて少な<HRB85〜92の範囲に入っている。
これは圧延条件をきびし《管理したためであり圧延後の
品質特性はきわめて安定している。次に上記棒材につい
てそのまま浸炭処理した時の結晶粒の粗大化傾向を調べ
た。
なお浸炭処理は930℃×5時間とした。浸炭処理後表
層および中心部における結晶粒の形態および粒径を測定
した。その結果を第3表に示した。同表にみられるごと
く八lまたはNbの添加量が少い供試材A1、A6にお
いては浸炭処理後の表層は混粒状態となったのにたいし
て0.015%以上のAIまたは0.005%以上のN
bを添加した供試材A2、3、4とA7、8、9はいず
れも混粒はみられず、粒度番号A7以上の微細な結晶粒
を示した。
ただし0.10%のAIを添加した供試材A5では表層
に混粒状態が認められた。この現象については解明され
ていないが、AI添加量を0.08%以下に抑えたもの
では混粒の発生を確実に抑制できることを確認している
。以上のどと《Nとともに適量のAlまたはNbを添加
したSCM42O系の素材を用いて、限定された条件で
熱間圧延を行なうことにより、圧延後の品質のバラツキ
が少なく、かつその後の表面硬化処理においても表面に
混粒が発生しない安定な特性を有するSCM42O系肌
焼鋼が製造できることを確認した。
実施例 2 実施例1においてはNとともに適量のAIまたはNbの
添加が、均質化処理(焼ならしまたは焼なまし)の省略
化にたいして効果があることを確認したが、これは限定
された圧延条件すなわち仕上げ加工率、終止温度等が前
提となっている。
そこで本実施例では第1表の供試材のうち安定な特性を
示した煮2および煮7を用いて、圧延終止温度の影響を
詳細に調べた。すなわち最終仕上げ加工率を20%とし
、終止温度を800〜1000℃まで種々に変えて直径
50mmの棒材を製造した。上記棒材についてフエライ
ト結晶粒度を測定した。その結果を第4表に示した。同
表にみられるごと<AlおよびNbを適量に添加した素
材であっても圧延終止温度が1000℃では圧延材のフ
エライト結晶粒度に大きなバラツキがみられる。
この結果は圧延材の硬さおよび衝繋値のバラツキとなっ
て現われるため好ましくない。一方圧延終止温度が95
0℃以下であれば、結晶粒のバラツキは著るしく少なく
なり、その温度が低いほど細粒化する傾向が認められる
。以上のごとくバラツキが少なく安定な品質特性を得る
ためには圧延時の終止温度を950℃以下−7におさえ
ることが絶対条件であることを確認した。実施例 3実
施例1および2においてはJIS SCM42O系を対象にして記述したが、このほかSC
r42O系、SMn42O系、SNCM22O系につい
ても同様な調査を行なった。
用いた素材の成分組成は第5表に示したものであり、N
とともにAI、Ti,V,.Nbから選んだ元素を適量
添加したSCr42O系、SMn42O系、SNCM2
2O系の素材である。
第5表の供試材を用いて最終仕上げ加工率25%、圧延
終止温度850℃の条件で直径60朋の棒材を製造した
上記の圧延棒材についてかたさ:のバラツキを調査した
。その結果を第6表に示した。同表にみられるごと<S
Cr42O系、 SMn42O系、SNC4l5系、SNCM42O系の
本発明用素材はいずれも圧延後の硬さのバラツキの範囲
はHRBIO以内に入っており、パラツキの程度として
はきわめて少《、安定な品質特性を示している。
次に上記圧延棒材を用いてそのまま930℃×5時間の
浸炭処理を施し、しかるのち結晶粒度の測定を行なった
その結果を第7表に示した。同表にみられるごと<SC
r42O系、SMn42O系、SNCM22O系の本発
明用素材は圧延後そのまま浸炭処理を施しても粗大結晶
粒はみられず、いずれも粒度番号&7以上の微細な結晶
粒度を示している。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 N:0.007〜0.025%とAl:0.015
    〜0.08%、Ti:0.01〜0.20%、V:0.
    01〜0.20%、Nb:0.005〜0.20%から
    選んだ元素を少なくとも1種以上含有する機械構造用肌
    焼鋼を用いて最終仕上げ加工率:15%以上30%以下
    、最終仕上げ終止温度:750℃以上950℃以下の条
    件で熱間圧延を行ない、そのまま500℃まで10℃/
    sec以下の冷却速度で冷却することを特徴とする均一
    な品質特性を保有する肌焼鋼の製造方法。 2 機械構造用肌焼鋼の成分組成がC:0.05〜0.
    30%、Si:0.10〜0.40%、Mn:0.30
    〜2.0%、N:0.007〜0.025%とAl:0
    .015〜0.08%、Ti:0.01〜0.20%、
    V:0.01〜0.20%、Nb:0.005〜0.2
    0%から選んだ元素を少なくとも1種以上含有し残部が
    実質的にFeからなることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の製造方法。 3 機械構造用肌焼鋼の成分組成がC:0.05〜0.
    30%、Si:0.10〜0.40%、Mn:0.50
    〜1.0%、Cr:0.80〜1.50%、N:0.0
    07〜0.025%とAl:0.015〜0.08%、
    Ti:0.01〜0.20%、V:0.01〜0.20
    %、Nb:0.005〜0.20%から選んだ元素を少
    なくとも1種以上含有し、残部が実質的にFeからなる
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の製造方法
    。 4 機械構造用肌焼鋼の成分組成がC:0.05〜0.
    30%、Si:0.10〜0.40%、Mn:0.50
    〜1.0%、Cr:0.80〜1.50%、Mo:0.
    10〜0.50%、N:0.007〜0.025%とA
    l:0.015〜0.08%、Ti:0.010〜0.
    20%、V:0.01〜0.20%、Nb:0.005
    〜0.20%から選んだ元素を少なくとも1種以上含有
    し残部が実質的にFeからなることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の製造方法。 5 機械構造用肌焼鋼の成分組成がC:0.05〜0.
    30%、Si:0.10〜0.40%、Mn:0.30
    〜1.0%、Ni:1.50〜4.0%、Cr:0.2
    0〜1.50%、N:0.007〜0.025%とAl
    :0.015〜0.08%、Ti:0.010〜0.2
    0%、V:0.01〜0.20%、Nb:0.005〜
    0.20%から選んだ元素を少なくとも1種以上含有し
    、残部が実質的にFeからなることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の製造方法。 6 機械構造用肌焼鋼の成分組成がC:0.05〜0.
    30%、Si:0.10〜0.40%、Mn:0.30
    〜1.0%、Ni:0.30〜2.0%、Cr:0.3
    0〜0.70%、Mo:0.10〜0.30%、N:0
    .007〜0.025%とAl:0.015〜0.08
    %、Ti:0.010〜0.20%、V:0.01〜0
    .20%、Nb:0.005〜0.20%から選んだ元
    素を少なくとも1種以上含有し、残部が実質的にFeか
    らなることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の製
    造方法。
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