JPS61166919A - 高靭性非調質温間鍛造品の製造方法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は高靭性非調質温間鍛造品の製造方法に係り、さ
らに詳しくは自動車用部品およびボルト、歯車等の鍛造
品の製造に際して、非調質のままで所定の材質特性、特
に優れた靭性を有し、かつ軽切削において所定の形状を
作り込むことを可能とした鍛造品の製造方法に関するも
のである。

（従来の技術ｐよび問題点） 従来、自動車用部品およびボルト、歯車等の鍛造品は通
常熱間鍛造あるいは冷間鍛造により製造されてさた。

前者は例えば昭和４２年６月３０日丸善株式会社発行、
「鉄鋼材料便覧」３４２〜３４６頁に見られるように、
熱間圧延材’１ｊ−８００Ｃ以上の高温で鍛造加工する
方法であるが、鍛造のままでは十分な材質特性および寸
法精朋を有し得す、鍛造後に調質工程および切削工程を
必要とする。一方、後者は例えば昭和５７年９月３０日
丸善床式会社発行、「鉄鋼製造法第３分冊加工（２１Ｊ
１０４６〜１０’！１９頁に見られるように、熱間圧延
材を常温で鍛造加工する方法であるが、鍛造時の加工負
荷低減、変形能の向上をはかるために球状化焼鈍あるい
は各工程間で中間焼鈍全、さらに高強度高靭性　１を必
要とする製品については鍛造後調質工程を必要とする。

このように従来のｗｉ造品の製造方法は熱処理工程、切
削工程において多大なる労力と時間ｔｍ要した。

これに対して、近年、熱間鍛造のままで所定の強度の確
保を可能とした熱間鍛造非調質鋼が特開昭５６−３８４
４８号公報により開示されている。

この技術は、鍛造品の製造工程における焼入部もどし処
理の省略をねらいとして鋼の成分膜、計が行なわれたも
のである。しかしながら、この熱間鍛造非調質鋼は必ず
しも十分な靭性が付与できず、また寸法精度も従来の熱
間鍛造と同等であるため、用途が限られているのが現状
である。

そこで、本発明者は従来の鍛造方法で必要とし良熱処理
工程、切削工程を省略あるいは簡略化し、省エネルギー
、低コスト化ｆｃ＊現するため、糧々検肘を行った結果
、特定の成分範囲の鋼材について適切な熱延条件によシ
圧延したの・ち温間温度域での鍛造ｔ−笑施することに
よプ、鍛造のままで所定の材質と形状との両者を同１時
に得ることが可能となり、かかる手法によれば鍛造品に
含有炭素量（０％）に応じて５０＋　４９　ｘ　ＣＯＸ
）　ｋｙｆ／ｄ以上の強度を付与し、同時に２　ｔｍ　
Ｕノツチシャルピー衝撃試験における２０℃での衝撃値
で含有炭素量（ＯＸ）に応じて９．９−７．２Ｘ（０％
）　吟ｆｍ／ｄ以上の高靭性を付与することかり能であ
るという新規な知見を得て本発明をなしたのである。

（問題点′ｔ−ｔｍするための手段、作用）即ち、本発
明の要旨は、重量％としてＣ＋：０．３０〜０．６０％
、Ｍｎ　：　０．２％〜３．０％、　ｈｔ　：　０．０
０５〜０．１０Ｘ、　またはこれにさらにＢ：０．０Ｏ
０５〜ｏ、　ｏ　ｏ　ｓ％ｅ　　Ｔｉ　：　０．００５
〜０．０５％を含有し、ｓｉ：ｏ、ｓ％以下、Ｐ：０．
０２涜以下、８：０．０２％以下、Ｎ：０．０１％以下
に制限し、さらに必要に応じてＯｙ　ｅ　３−０％Ｘ以
下ＭＯ：１．０％以下、Ｎｉ：３．ｐ％以下＊　Ｑｕ　
：　２ｅ　０％以下−Ｎｂ　：　、０−５　Ｘ以下、Ｖ
：１．ＯＸ以下の１櫨または２櫨以上を含有し、残部ｐ
ｅおよび不可避不純物からなる鋼材を、Ａ−ライト分率
が含有炭素量（ＯＸ）の１．２倍以上、かつセメンタイ
トの厚さがＯ，１３０μｍ以下になるように熱間圧延−
冷却した後、５５０〜７５０℃の温度域で鍛造加工する
ことを特徴とする特許性非調質温間鍛造品の製造方法で
ある。

以下に本発明の詳細な説明する。

最初に本発明において成分含有範囲を前記の如く限定し
た理由について説明する。

まず、０は鍛造品の強度を増加させるのに有効な元素で
あるが、０．３％未満では強度が不足し、また０、６％
を超えると靭性の劣化をまねくため、含有量を０．３〜
０．６％に定めた。

次に、Ｍｎは焼入性の増加によりパーライト量を増加さ
せ、鍛造品の強度を増加させるために添加するが、０．
２％未満ではその効果は小さい。また３゜ＯＸを超える
とベイナイト或はマルテンサイトを含む組織となり、温
間鍛造時の加工負荷の上昇を招く。そのためにＭｎの範
囲は０．２〜３．０％とした。

また、Ａｔは脱酸および粒度調整のために添加するが、
０．００５％未満ではその効果は不十分であり、一方０
．１％を超えるとその効果は飽和し、むしろ靭性を劣化
させるのでその含有量ｔ−０，００５〜０．１０％とし
た。

Ｓｉはフェライト地の固溶体強化により靭性を劣化させ
るので低い程望ましく、特に０．５％を超えると靭性の
劣化が著しくなる。そのため、ＳＩ　　の含有量の上限
を０．５Ｘとした。

Ｐは鋼中で粒界偏析や中心偏析を起こし、靭性劣化の原
因となる。特にＰが０．０２Ｘを超えると靭性の劣化が
顕著となるため、０．０２％を上限とした。

Ｓは鋼中でＭｎｆ９として存在するが、鍛造加工により
伸長してセパレーション発生の原因になる。

特にＳがｕ、ｏ２ｘｔ−超えるとノぞレーションの発生
頻度がふえるため、０．０２Ｘを上限とした。

Ｎは歪時効および窒化物の形成により靭性を劣化させる
。特にＮが０．０１％を超えると靭性の劣化が顕著とな
るため、０＝０１Ｘを上限とした。

以上が基本成分系で・あるが、この他、鋼材の焼入性を
増加させて鍛造品の頻度ｔ−増加させる目的でＢ、Ｔｉ
をそれぞれ含有させることができる。

まず、Ｂは微響曜加で焼入性を向上さぜるが、０．００
０５Ｘ未満ではその効果は不十分であり、また０、　０
０５　　％を超える量を含有させるとＢ化合物が大量に
生成し、靭性の劣化を招くので、その含有量を０．００
０５〜Ｏ，ＯＯ５％とした。

次に、Ｔｉはオーステナイト中で窒化物を形成すること
により固溶Ｎ′ｔ−低減し、ＢＮ、の形成を抑制して固
溶Ｂによる焼入性増加の効果を活かす効果があるが、そ
のためには０．００５％以上のＴｌ力；ノ必要であり、
一方ｏ、　ｏ　ｓ　ｏ％を超えるＴｌを含有させると窒
化物の過剰析出により靭性を劣化させるので、その含有
量ｔ−ｏ、ｏｏｓ〜０．０５０％とした。

また、本発明においてはＯｒ、　Ｍｏ、　Ｎｉ、　Ｏｕ
、　Ｎｂ。

Ｖの１種または２種以上を、焼入性の増加によりＡ−ラ
イト量を増加させ、鍛造品の強度を増加させるた、めに
必要に応じて添加することができる。

これらの内、　□ｒ、　ＭＯ，Ｎｉ、　□ｕについては
過剰添加を行うとベイナイト或はマルテンサイトを含む
組織となり、温間鍛造時の加工負荷の上昇を招くので、
　Ｑｒ、　Ｍｏ、　ＮｉおよびＱｕの含有量の上限をそ
れぞれ３．０％、１．０％、３．０％および２．０％と
した。また、Ｎｂ、　ｖについては過剰添加を行うと炭
窒化物を形成し、靭性の劣化を招くので、　Ｎｂ。

■の含有量の上限をそれぞれ０．５％および１．０％と
した。

次に本発明に訃いては、これらの鋼材をパーライト分率
が含有炭素量（０％）の１．２倍以上、かつセメンタイ
トの厚さが０．１３０μｍ以下になるように熱間圧延−
冷却した後、５５０〜７５０℃の温度域で鍛造するので
あるが、以下にその理由を述べる。

温間鍛造品の強度は圧延材のパーライト分率と鍛造温度
によって決まり、圧延材のパーライト分率が大きい程、
また鍛造温度が低い程鍛造品強度は大きくなり、パーラ
イト分率が含有炭素量の１．２倍を下回ったり、鍛造温
度が７５０℃を超えたりするとげｙ度の確保が困難とな
る。また、温間鍛造品の靭性は鍛造用素材のセメンタイ
トの厚さと鍛造温度によって決まり、セメンタイトの厚
さが薄い程、また鍛造温度が高い根向上し、セメンタイ
トの厚さが０．１３０μｍを超える程厚くなったり、鍛
造温度が５５０Ｃｔ下回ったりすると鍛造品の靭性を確
保することが出来ない。したがって熱間圧延材の、Ｊ−
ライト分率を含有炭素ｆ（０％）の１．２倍以上、セメ
ンタイトの厚さｔ−０，１３０μｍ以下、鍛造温度を５
５０〜７５０ｃの範囲とした。

ここで、熱間圧延−冷却の条件は熱間圧延材が上記の組
織因子を満たせばいかなる条件でも良いが、たとえばそ
の手段の一つとして、圧延後に加速冷却を行なうことが
有効である。

以上のような工程　によって得られる鍛造品は０％に応
じて５０＋４９ＸＣＯ％）　ｋｙｆ／−以上の強度と２
■Ｕノツチシヤルピー衝撃試験における２０℃での衝撃
値９．９−７．２Ｘ（０％’）Ｗｆｍ／ａＡ以上の高靭
性とすることが出来るのであるが、強度および衝撃値を
このように表示したのは次のような理由による。強度と
靭性を兼ねそなえた鍛造品は、通常鍛造加工後に焼入、
焼戻し処理が行なわれるが、焼入、焼戻し材の強度と靭
性はほぼ０量と焼戻し温度によって決まり、高靭性鍛造
品の裏道に際しては通常６５０℃程度の比較的高温域で
焼戻しがなされている。鍛造用鋼の代表例である各種Ｓ
Ｏ材の焼入、焼戻し材（６５０℃焼戻し）の強度と靭性
をその化学組成と合わせて第１表に示すが、これらの値
をＯｆについて＠帰分析すると、強度については５０　
＋　４９　Ｘ　（ＯＸ　）　”ｉｆ　／　ｄ　＊２　＝
　Ｕノツチシャルピー衝撃試験における２０℃での衝撃
値については９．９−７．２（０％〕ｋｇ　ｆ　ｍ　／
　ｃｄ　　となり、これらの数式をもって０Ｊｉ（に対
応して袈求される鍛造品の強度と靭性の指標とした。

以下、本発明の効果を実施例によりさらに具体的に示す
。

（実施例） 第２表の組成を有する鋼材を＃ｃ１図に示す熱延条件で
１５０ｍ厚から４０■厚まで熱間圧延を行い、熱間圧延
材より３０ｗ径Ｘ３０■長の素材を採取し、５１Ｏ℃〜
７９０Ｃの温度域で減面率６ＯＮの温間押出しを行い、
得ら几た鍛造品の強度と靭性の評価を行った。これらの
結果を第２表に示す、なお第２表には熱延条件および本
発明で規定する含有炭素量に応じたパーライト分率、強
度、靭性の下限を実測値と合わせて示した。記号に丸印
を付しであるのが実施例であり、それ以外は比較例であ
る。

本発明法によれば、鍛造品に含有炭素量（０％）に応じ
て５０＋４９Ｘ（０％〕ｋｑｆ／−以上の強度と９．９
−７．２　Ｘ　（ＯＸ）　ｋｙｆｍ／ｌｒｉ以上の高靭
性（！ｖＥ□。）が付与し得ることがわかる。

一方、比較型１と５はＣ或いはＭｎの含有量がそれぞれ
本発明の要件とする範囲を下回った場合であり、ともに
強度が不足している。比較例４と３７はＢｉ或いは０の
含有量が本発明の要件とする範囲を・上回った場合であ
り、所定の靭性が得られていない。また、比較例１２，
１８．２０．２２゜３１．３３および３５は焼入性の増
加に有効な元素であるＭｎ、　Ｏｒ、　ＭＯ，Ｖ、　Ｎ
ｉ、　　Ｏｕ、　ＮｂＯ含有量がそれぞれ本発明の要件
とする範囲を上回った場合であり、いずれも所定の靭性
が得られていない。

なお、Ｍｎ、　ｏｒ、　ＭｏＨＮｉｓ　○Ｕの過剰添加
鋼は熱間圧延のま壕でベイナイト又はマルテンサイト組
織を呈し、鍛造時に大きな加工負荷を必要とした。

比較例１３，１４．２６はＰ、Ｓ、Ｎの含有量がそれぞ
れ本発明の要件とする範囲を上回った場合、また比較例
１５．１６は人ｔの含有量が本発明の要件とする範囲を
下回った場合および上回った場合であるが、いずれも所
定の靭性が得られていない。比較例２４〜２５はＢ、Ｔ
ｉの含有量がそれぞれ本発明の要件とする範囲を上回っ
た場合であシ、いずれも所定の靭性が得られていない。

比較例３と９は鋼材組成は本発明の要件を満足している
が、組織因子が本発明の要件（熱間圧延材のパーライト
分率が含有炭素ｆ（０％）の１．２倍以上、かつセメン
タイトの厚さが０．１３０μｍ以下）を満していない場
合である。比較例３ではパーライト分率が本発明の要件
とする範囲を下回っているため強度が不足しており、ま
た比較例９ではセメンタイトの厚さが本発明の要件とす
る範囲を下回ってい、るため所定の靭性が得られていな
い。比較例１１と２９は鋼材組成および組織因子は本発
明の要件を満足しているが、鍛造温度の要件（５５０〜
７５０℃）１ｒ：満たしていない場合であり、比較１例
１１では本発明の要件とする範囲を超える温度で鍛造を
行ったために強度が不足し、比較例２９では本発明の要
件に満たない温度域で鍛造を行つたために所定の靭性が
得られていない。

（発明の効果） 以上述べたごとく、本発明法によれば鍛造のままで優れ
た強度と靭性を鍛造品に付与することが可能であシ、同
時に鍛造後の冷却過橿で変態点を経過しないので良好な
寸法精度が得られ、従来法で必要とした熱処理工程や切
削工程の省略ま次は簡略化が可能となり、産業上の効果
は極めて顕著なものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の熱延条件を示す図である。 代理人　弁理士　秋　σく　政　光 他２名 ７？１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％として ０：０．３０〜０．６０％、 Ｍｎ：０．２〜３．０％、 Ａｌ：０．００５〜０．１０％、 を含有し、 Ｓｉ：０．５％以下、 Ｐ：０．０２％以下、 Ｓ：０．０２％以下、 Ｎ：０．０１％以下、 に制限し、さらに必要に応じて Ｃｒ：３．０％以下、 Ｍｏ：１．０％以下、 Ｎｉ：３．０％以下、 Ｃｕ：２．０％以下、 Ｎｂ：０．５％以下、 Ｖ：１．０％以下 の１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避
   不純物からなる鋼材を、パーライト分率が含有炭素量（
   Ｃ％）の１．２倍以上、かつセメンタイトの厚さが０．
   １３０μｍ以下になるように熱間圧延−冷却した後、５
   ５０〜７５０℃の温度域で鍛造加工することを特徴とす
   る高靭性非調質温間鍛造品の製造方法。
2. （２）重量％として ０：０．３０〜０．６０％、 Ｍｎ：０．２〜３．０％、 Ａｌ：０．００５〜０．１０％、 を含有し、 Ｓｉ：０．５％以下、 Ｐ：０．０２％以下、 Ｓ：０．０２％以下、 Ｎ：０．０１％以下 に制限し、さらに Ｂ：０．０００５〜０．００５０％、 Ｔｉ：０．００５〜０．０５０％ を含有し、さらに必要に応じて Ｃｒ：３．０％以下、 Ｍｏ：１．０％以下、 Ｎｉ：３．０％以下、 Ｃｕ：２．０％以下、 Ｎｂ：０．５％以下、 Ｖ：１．０％以下 の１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避
   不純物からなる鋼材を、パーライト分率が含有炭素量（
   Ｃ％）の１．２倍以上、かつセメンタイトの厚さが０．
   １３０μｍ以下になるように熱間圧延−冷却した後、５
   ５０〜７５０℃の温度域で鍛造加工することを特徴とす
   る高靭性非調質温間鍛造品の製造方法。