JPS61174321A - 機械構造用鋼の球状化焼鈍法 - 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、機械構造用鋼の球状化焼鈍法に係り、特に冷
間鍛造に供される中炭素系機械構造用鋼の軟質化を目的
とする球状化焼鈍法の改良に関するものである。

（従来技術及び問題点） 従来、中炭素系機械構造用鋼は、冷間鍛造に際しその変
形抵抗を下げて、冷間鍛造性の向上をはかるため、軟質
化が行なわれ、その手段の一つとしてセメンタイトの球
状化焼鈍処理が行われている。

この球状化焼鈍処理は、たとえば特開昭５９−１３６４
２１号公報に見られるように、Ａ１点以上の温度に加熱
した後、１０℃／時程度の超低速で連続冷却するか、あ
るいはん点以上に加熱後、Ａ０点直下の温度に３時間以
上保定するという方法で行われている。

しかしながら、これでは処理時間が非常に長くなり工業
的に不利である。一方、焼鈍時間の短縮を目的として連
続冷却の冷却速度を高めたり、あるいはＡ１点直下の保
定時間を短（するような試みを行なうと、結果として強
度が増加し、いずれも軟質化の目的を達成できない。

ところで、一般に中炭素鋼の圧延材は、特開昭５９−１
３６４２１号公報にも見られるように、）ξ−ライト組
織ないしフェライト・パーライト組織となっている。従
って強度を低下させるためには、組織の大半を占めるパ
ーライトの強度を低下させることが必要である。

一般にパーライトの強度は、セメンタイト間隔に反比例
する関係があるので、球状パーライトの強度を低下させ
ることを考えると、そのためにはパーライトのセメンタ
イト間間隔を粗（することが必要になる。

しかるに、球状パーライトのセメンタイト間間隔は、オ
ーステナイトからパーライトが変態生成する温度で一義
的に決まり、高い温度で変態するほど粗くなる。ところ
がパーライト変態は、温度が高くなるほど進行が遅れ、
終了にきわめて長時間を要するようになる。

（問題点を解決するための手段・作用）そこで本発明者
らは、かかる従来の知見を種々解析して、中炭素系機械
構造用鋼についてその強度の支配因子を検討した結果、
Ａ＋点近傍の温度域でのパーライト変態を促進して、短
時間の球状化焼鈍により鋼材の軟質化をはかるための手
段として、従来の鋼に含まれる庵の一部をＣｒとおき変
えるとともに、球状化焼鈍条件として所定のものを選ぶ
ことによって、その達成が可能であるという全く新な知
見を得て本発明をなしたものである。

本発明は以上のような知見に基いてなされたものであっ
て、その要旨とする所は、重量％で・ＣＯ，３２〜０．
６５％、Ｓｉ０．０５％未満、庵とＣｒの合計量が０．
２〜１．３％の範囲で、Ｍｎ　０．２〜０．５％、Ｃｒ
　０．１〜０．９％、Ａｔ　Ｏ，００５〜０．１％を含
有し、且つＰを０．０２％未満、Ｓを０．０２％未満に
制限し、その他必要に応じて（Ａ）Ｎｉ１％以下、Ｃｕ
　１％以下、Ｍ。

０．３％以下の１種または２種以上あるいは（Ｂ）Ｔｉ
０．００２％〜０．０５％、Ｂ０．０００５〜０．０２
％の１種または２種の（Ａ）いずれかの群の一方又は両
方を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純よりなる鋼につ
いて、７３０〜８５０℃に２０秒〜３時間加熱した後、
（イ）０．５〜ｂ あるいは（ロ）６７０〜７２０℃の範囲の温度に５分〜
２時間保定した後放冷するか（イ）、（ロ）いずれかの
球状化処理を実施することを特徴とする機械構造用鋼の
球状化焼鈍法にある。

以下に本発明の詳細な説明する。

まず最初に本発明において球状化焼鈍とは、その引張強
度を２６＋６５ＸＣ％（Ｋ？／１１１１”）以下とする
処理を意味する。この式は、Ｃ量を０．２〜０．７％と
・変えて回帰させて求めたものであり、２６はフェライ
トとパーライトの強度に、また６５はＣ量即ちノミ−ラ
イト量にそれぞれ依存する項である。Ｃ量によって決ま
る開式の値を強度が超える場合には、球状化焼鈍により
軟質化したとは言えない。

次に本発明の対象とする鋼の成分限定理由について述べ
る。

まず、Ｃは冷間鍛造後の焼入れ焼戻し処理に於いて、製
品に所要の強度を付与するために必須の元素であるが、
０．３２％未満では所要の強度を得られず、一方０．６
５％を超えても焼入れ・焼戻し後の強度はもはや増加し
ないので、０．３２〜０．６５％の範囲に限定した。

Ｓｉはその固溶体硬化作用によって、圧延材の強度を高
めるので、同溶体硬化の影響を無視できるようになる０
、０５％未満に含有量を限定した。また、このようにＳ
ｉを下げても、焼入処理時に要求される焼入性は低下し
ない。

次に庵とＣｒは、地とＣｒを複合添加し且つその含有量
を前記のように定めた点が本発明の最も重要な点である
。即ち、従来の中炭素機械構造用鋼である５４５Ｃ鋼は
、Ｃ０，４２〜０．４８％、Ｓｔ　Ｏ，１５〜０．３５
％、Ｍｎ　０．６０〜０．９０％を含むことが規定され
ているものであるが、その動量を減らし、代りにＣｒを
添加することによって、５４５Ｃ鋼に比ベフエライト変
態開始温度とともに、軟質化のボイ／トであるノーライ
ト変態の開始温度と終了温度が高くなる。

従ってこのような鋼は、５４５０に比べて高速で冷却し
ても同じ温度でパーライト変態させられる。

また、この鋼はパーライト変態温度が高温側ヘシフトす
るので、圧延後Ａｔ点近傍の温度に保定した場合にも、
短時間でパーライト変態を終了させることができる。

本発明者らは、たとえば圧延後直接７００℃に保定した
ときのパーライト変態時間は、８４５Ｃ鋼で１２０分を
要するのに対して、このように凪を減らし、Ｃｒを添加
した鋼では、わずか３分で変態が終了することを確認し
ている。

ここでＭｎとＣｒの添加量及びその合計量を、上記のよ
うに限定したのは以下の理由による。高温域のパーライ
ト変態を短時間で終了させるためには、できるだけ胤を
Ｃｒで置換した方が良いが、Ｍｎ０．２％未満では鋼中
のＳを十分に固定することができず、熱間脆性をおさえ
ることができない。

一方胤が０．５％を超えると、Ｃｒが添加されていても
高温でのパーライト変態を短時間に終了させることかで
きないので、胤量を０．２〜０．５％に限定した。

Ｃｒは高温でのパーライト変態の促進には不可決の元素
であるが、その添加量が０．１％未満では十分な効果を
発揮しない。一方０．９％を超えると鋼の焼入性を高め
、変態温度が逆に低下してくるので、０．１〜０．９％
に限定した。

更に廊とＣｒの合計量を０．３〜１．３％に限定したの
は、合計量が０．３％未満では鍛造後の焼入処理時の焼
入性を保証することができず、一方１．３％を超えると
、パーライト変態の終了に時間がかかりすぎるためであ
る。

Ａｔは鍛造後の焼入れ処理時のオーステナイト粒度の粗
大化を防止する目的で添加するもので、０．００５％未
満ではその効果がな（、一方０，１％を超えるとオース
テナイト粒粗大化抑制効果は飽和する上、むしろ冷間鍛
造性を劣化させるので、０．００５〜０．１チに限定し
た。

Ｐ、Ｓはいずれも冷間鍛造性に有害な元素である。いず
れも０．０２％を超えると悪影響が顕著になるので、こ
れ以下に限定した。

以上が本発明の対象とする鋼の基本成分であるが、本発
明においてはこの他、鋼の強度・靭性を向上させるため
、（Ａ）Ｎｉ１％以下、Ｃｕ　１％以下、Ｍｏ０．３％
以下の１種又は２種以上、また高温域のパーライト変態
促進のために、（Ｂ）　Ｔｉ　Ｏ，００２〜０．０５％
、Ｂｏ、０００５〜０．０２％の１種又は２種の（Ａ）
のいずれかの群の一方又は両方を含有せしめることもで
きる。

囚群のＮｉは、靭性な向上させるとともに焼入性を大き
くして、強度を向上させるために添加されるが、１％を
超えると焼入性が大きくなり過ぎて、冷間鍛造性が悪（
なるのでこれを上限とした。

Ｃｕも同様に靭性と焼入性を向上させるが、１チな超え
るとその効果は飽和するのでこれを上限とした。

また、Ｍｏは焼入性を向上し、強い焼戻し軟化抵抗を有
するが、０．３％を超えても添加量に見合うだけの効果
がないのでこれを上限とした。

一方（Ｂ）群のＴｉ、Ｂはいずれも高温域でのパーライ
ト変態の促進を目的に添加される。すなわちＴｉとＢは
組合せて添加する方が効果的で、ＴｉはＡｔと共にＮを
固定して、Ｂの焼入性効果を十分に発揮させるために添
加される。ＴｉとＢの添加によって、鍛造後の焼入れ処
理時の焼入性を増加させると、ＭｎとＣｒの合計量を減
らすことが可能となり、高温域でのノミ−ライト変態は
一段と短時間に終了するようになる。

Ｔｉは０．００２％未満ではＮ固定効果が不十分であり
、一方、０．０５％を超えると冷間鍛造性に有害な粗大
なＴｉＮが生成するので、０．００２〜０．０５％に限
定した。Ｂは０．０００５％未満では焼入性増加効果は
発揮せず、０．０２％を超えると粗大なり化合物を析出
させて靭性を劣化させるので、０．０００５〜０．０２
％に限定した。

次に本発明においては、軟質化処理のための球状化焼鈍
条件として、７３０〜８５０℃に２０秒〜３時間加熱し
た後、（イ）０．５℃／分〜３０℃／分の冷却速度で徐
冷するか、あるいは（ロ）６７０〜７２０℃の範囲の温
度に５分〜２時間保定した後放冷するか（イ）、（ロ）
いずれの処理を実施するものであって、（イ）、（ロ）
いずれの手段によっても、高温域でのパーライト変態を
短時間に終了せしめ、且つ引張強度を３０＋５７ＸＣ％
（Ｋｇ／ｒｔｍ２）以下とすることが可能である。

まず、加熱温度を７３０℃以上に限定したのは、７３０
℃より低い温度ではセメンタイトが十分にオーステナイ
トへ溶は込まないので、その後の冷却で球状パーライト
に変態させられないで、目標とする軟質度が得られない
ためである。一方、加熱温度が８５０℃を超えると、オ
ーステナイトから球状パーライトではなく、層状パーラ
イトが変態、生成して目標の軟質度が得られないので８
５０℃を上限とした。

加熱時間を２０秒〜３時間に限定したのも同じ理由で、
２０秒未満ではセメンタイトの溶は込みが不十分なため
、又３時間を超えると、球状ノ々−ライトを変態生成さ
せられないためである。

次に上記のごとき条件で加熱後、（イ）連続冷却により
徐冷を行なう場合は、その冷却速度が３０℃／分を超え
ると、球状パーライトの変態温度が下りすぎて軟質化で
きないのでこれを上限とした。軟質化の点からは、冷却
速度は小さい方がいいが、０．５℃／分より更に冷却速
度を下げても、強度はほとんど低下しないのでこれを下
限とした。この範囲の中でも、特に加熱温度７３０〜７
８０℃、冷却速度１〜ｂ しい条件である。

一方、（ロ）保定を行なう場合、保定温度の上限を７２
０℃に限定したのは、７２０℃を超えると球状パーライ
ト変態を終了させるのに２時間以上を要し現実的でない
ためである。しかし、６７０℃より下ではセメンタイト
間隔が細か（なって、目標の軟質度が得られない。また
、保定時間は５分未満ではパーライト変態が終了せず、
目標の軟質化に到達しないので５分保定を下限とした。

一方２時間を超えて保定しても軟質化はもはや進行しな
いので２時間を上限とした。

保定後は放冷な行なうものであるが、これは前記保定に
よってパーライト変態が完了するので、その後徐冷する
必要がないからである。

以下実施例により、本発明の効果をさらに具体的に説明
する。

実施例 第１表に供試材の化学組成、ならびに通常の熱間圧延で
１１ダ薗に仕上げた後、放冷した材料の焼鈍条件を示す
。同表中、試験番号ムｌ、４．７．８．１１．１４〜１
７．２７〜２９が本発明例で、その他は比較例である。

これらの材料を用いて、引張試験はＪＩＳ１４Ａ号試験
片で行ない、冷鍛性の評価は、１４１ＺＩＩｍ１１Ｘ　
２１　ｗｓの試験片を真否２の圧縮試験を行なったとき
の割れ発生の有無で求め、○印は割れが発生しながった
場合、ｘ印は割れが発生したことを示す。また、焼入・
焼戻後の靭性値は、９００℃に３θ分加熱後、油焼入れ
し、次に６００℃に１時間焼戻した材料をＪＩＳ　３号
試験を用いて、２０℃で衝撃試験を行ない求めたもので
ある。これらの試験結果を第１表に併記する。

本発明のものは、いずれも３０＋５７Ｘ　０％（Ｋｑ／
Ｉ１１つの目標強度を十分に下回っている。これに対し
、比較例である扁２は、加熱後の冷却速度が太きすぎた
ために、セメンタイト間隔が細かくなって、またＡ３で
は加熱温度が高すぎたために層状パーライトが生成して
、いずれも軟質化されなかった。

また比較例であるＡ５．９．１２は、いずれも保定条件
が不適切、すなわちム５では保定時間が短かすぎ、ム９
は保定温度が高すぎ、／Ｉ＆１２は温度が低すぎるため
にいずれも目標強度を下回ることが出来なかった。

一方、比較例である屋６．１０，１３は、いずれも加熱
条件が不適切な場合の例で、ムロは時間が短かすぎ、Ａ
ＩＯは逆に長すぎ、４１３は温度が低すぎたためいずれ
も軟質化されていない。

比較例であるＩ＆１８〜２６は、鋼材組成が不適切。

な例で、ＡｌＢ、１９．２０はいずれも廊が多すぎ、し
かもＩ＆１８．１９ではＣｒが含有されていないために
軟質化されていない。また扁２０はＡｔが多すぎるため
に冷間鍛造性も良くなかった。Ａ２１はＣｒが多すぎて
軟質化されていない。ム２２では軟質化は十分達成され
ているが、廊とＣｒの合計量が少ないために焼入性が不
足し、鍛造後の焼入・焼戻処理で、必要な強度を確保で
きなかった。

墓２３はＳｉ量が多くて軟質化できなかった例である。

煮２４は凪とＣｒの合計量が多すぎて軟質化されていな
い例である。墓２５と２６は、ＰｌＳの含有量が高すぎ
て冷間鍛造性、製品化された後の靭性が劣ることを示す
例である。

（発明の効果） 以上の実施例か−らも明らかなごとく、本発明は鋼材組
成と焼鈍条件とを最適に選択することによって、中炭素
系機械構造用鋼の球状化焼鈍時間の１　　短縮と冷間鍛
造性の確保、製品の強靭性の確保を両立させることを可
能にしたものであり、産業上の効果は極めて顕著なもの
がある。

手続補正書（自発） 昭和６０年４月２６日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 重量％でＣ０．３２〜０．６５％、Ｓｉ０．０５％未満
   、ＭｎとＣｒの合計量が０．３〜１．３％の範囲でＭｎ
   ０．２〜０．５％、Ｃｒ０．１〜０．９％、Ａｌ０．０
   ０５〜０．１％を含有し、且つＰを０．０２％未満、Ｓ
   を０．０２％未満、 その他必要に応じて（Ａ）Ｎｉ１％以下、Ｃｕ１％以下
   、Ｍｏ０．３％以下の１種または２種以上あるいは（Ｂ
   ）Ｔｉ０．００２％〜０．０５％、Ｂ０．０００５〜０
   ．０２％の１種または２種の（Ａ）、（Ｂ）いずれかの
   群の一方又は両方を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純
   よりなる鋼について、７３０〜８５０℃に２０秒〜３時
   間加熱した後、（イ）０．５〜３０℃／分の冷却速度で
   徐冷するか、あるいは（ロ）６７０〜７２０℃の範囲の
   温度に５分〜２時間保定した後放冷するか（イ）、（ロ
   ）いずれかの球状化処理を実施することを特徴とする機
   械構造用鋼の球状化焼鈍法。