JPS61204352A

JPS61204352A - 温間鍛造ままの高強度非調質鋼材

Info

Publication number: JPS61204352A
Application number: JP4554585A
Authority: JP
Inventors: Tatsuro Ochi; 達朗越智; Toshihiko Takahashi; 高橋　稔彦; Shinichi Suzuki; 信一鈴木
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1985-03-07
Filing date: 1985-03-07
Publication date: 1986-09-10

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）本発明は温間鍛造ままの高強度非調質鋼材にかかわし、
さらにくわしくは、自動車用部品、及びがルト、歯車等
の鍛造品の製造に際して、５５０〜７５０℃の温度域で
の鍛造加工によシ非調質のままで、所定の材質特性を有
し、かつ軽切削において所定の形状をつくりこむことを
可能とした、温間鍛造用鋼として使用するのに適した鋼
材に関するものである。

（従来の技術）従来、自動車用部品及びがルト、歯車等の鍛造品は、熱
間鍛造あるいは冷間鍛造によシ製造されてきた。前者は
たとえば昭和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１熱間
鍛造圧延材を８００℃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及び寸法精度を
有しえず、鍛造後に調質工程及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日丸善株式
会社発行「鉄鋼創造法第３分冊加工（２）」１０４６〜
１０５９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
間で中間焼鈍を、さらに高強度高靭性を必要とする製品
については。

鍛造後調質工程を必要とする。このように従来の鍛造品
の製造方法は、熱処理工程、切削工程において多大なる
労力と時間を要した。

これに対して、先に本発明者らの一部は、熱間鍛造の！
１まで、所定の強度靭性の確保を目的とした非調質強靭
鋼を特開昭５６−３８４４８号公報において、提案した
。この技術は、鍛造品の製造工程において、焼き入れ焼
き戻し処理の省略をねらいとしたものであるが、現在一
部で既に実用化され、一応の成果を上げている。しかし
ながら、この非調質強靭鋼は、鍛造のｉｔで必ずしも十
分な靭性が付与出来ず、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
。

（発明が解決しようとする問題点）本発明の目的は、鍛造のままで所定の材質と形状の両者
を得ることができる高強度非調質鋼材を提供しようとす
るものである。

（問題点を解決するための手段）本発明者らは、従来の鍛造で必要とした熱処理工程、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
化を実現するために、種々検討を行った結果、５５０〜
７５０℃の温間温度域での鍛造を実施するための鋼材と
して特定の範囲の組成及び組織因子を有する鋼材を選択
することｋよし、鍛造のままで所定の材質と形状の両者
を同時に得ることが可能となし、かかる鋼材を用いれば
、鍛造品に含有炭素量（（１）Ｋ応じて、３３＋１０７
Ｘ（Ｃ係）　ｋｐｆ／μｍ”以上高強度を付与し、同時
に２ｍＵ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（Ｃ係）Ｋ応じて、１３．０−１
１．２　Ｘ　（Ｃ％　〕’Ｐｆｍ／ｃｒｔｔ’以上の高
靭性を温間鍛造のままで付与することが可能であるとい
う新規な知見を得て、本発明をなしたものである。

即ち、本発明は以上の知見にもとすいてなされ友もので
あって、その要旨とする所は、重責俤として、　Ｃ０．
３０〜０．６０％、Ｓｉ０．５超〜２．５％。

Ｍｒｓ　０．２〜３．０　Ｔｏ　、　Ａｌ０．００５〜
０．１０’１６を含有し、希土類元素０．００１〜０．
１５０１　、　Ｃａ　０．００１〜０．０５０憾、Ｔ　
０．ｏｏｉ〜０．ｌｏ＊　％　Ｚｒ　０．００１〜０．
１０１ｉのうち１種又は２種以上を含有し、Ｐ０．０２
１以下、Ｓ０．０５１以下、Ｎ　０．０１１以下に制限
し、又ハ、さらＫ（Ａ）Ｂ０．０００５〜０．００５０
憾、Ｔ１０．００５〜０．０５０１又は（Ｂ）　Ｃｒ　
３．０　ｆｂ以下、Ｎｏ　１．　Ｏ％以下、Ｎｉ　３．
　Ｏ％以下、Ｃｕ２．０１以下、Ｎｂ　０．５％以下。

Ｖ　１．０　％以下（７）μｍ又は２ｍ以上の、（Ａ）
（Ｂ）イずれか一方又は両方を含有し、残部Ｆｅ及び不
可避的不純物からなり、同時にパーライト分率が含有炭
素量（Ｃ幅）の１．２倍以上、かつ平均セメンタイト厚
さが０．１３０１μｍ以下の組織を有する事を特徴とす
る温間鍛造ままの高強度非調質鋼材にある。以下に本発
明の詳細な説明する。

最初に、本発明において温間鍛造とは５５０〜７５０℃
の温度域において鍛造加工を実施することを指し、鍛造
温度の選定をこのようにしたのは、鍛造温度が７５０℃
を超えると、鍛造品の強度の確保が困難となし、また鍛
造温度が５５０℃を下向ると、鍛造品の靭性の確保が困
難となるからである。

次に、本発明において含有成分範囲を上記のごとく設定
した理由について説明する。

まず、Ｃ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係未満では強度が不足し、また０．６優
を超えると、靭性の劣化を招く念め、含有量を０．３〜
０．６係に定めた。

次に、Ｓｌは有効な固溶体硬化元素である。固溶体硬化
は温度依存性が大きい念め、温間域と常温では、固溶体
硬化による硬化式は常温の方が大きい。したがって、Ｓ
ｉの添加は鍛造時の加工負荷を押さえて、鍛造品の高強
度化をはかるために、有効な手段である。このよりなＳ
Ｉ　Ｋよる固溶体硬化の効果は、０．５優以下では小さ
く、鍛造品の強度不足の原因となるため、Ｓｉの含有量
の下限として、０．５１を超える量とした。一方、５１
ｔ−２，５係を超えて添加すると、鍛造時の変形能が低
下して割れが発生しゃすぐな夛、また鍛造品の靭性の劣
化も著しくなるため、Ｓｌの含有量の上限を２．５優と
した。

またＭｎは焼き入れ性の増加によシバ−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
．２１未満ではその効果は小さい。また３、　０１を超
えると、ベイナイトあるいはマルテンサイトを含む組織
とな〕、温間鍛造時の加工負荷の上昇を招く。そのため
に、Ｍａの範囲を０．２〜３、０１とした。

また、Ａｔは脱酸及び粒度調整のために添加するが、０
．　ｏ　ｏ　５４未満ではその効果は不十分であル、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、その含有量を０．００５〜０．１０
１とした。

次に本発明においては、希土類元素、Ｃａ、Ｙ、Ｚｒの
うち１種または２８１以上を必須元素として含有させる
。これらの元素の添加は、普通セパレージ璽ンと呼ばれ
ているシャルピー破面上の縦割れの発生の原因である伸
長ＭｎＳを球状化し、靭性の向上を計るのが目的である
。しかしながら、各元素とも０．Ｏ０．１未満ではその
効果は小さい。また、希土類元素０．１５０１超、Ｃａ
　０．０５０　％超、Ｙ　０．１０４超、Ｚｒ０．ｌ０
１ｉ超を添加すると、こわらの元素の酸化物、硫化物等
の介在物が粒界析出を起こすので、靭性に悪影響を及ぼ
す。以上の理由で、希土類元素の含有量を０．００１〜
０．１５０％、Ｃａの含有量を０．００１〜０．０５０
％、Ｙの含有量を０．００１〜０．１０９＆、　Ｚｒの
含有量を０．ＯＱ１〜０．１０％とした。なおここでい
う希土類元素とは、原子番号５７〜７１番の元素を指す
。

一方、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０．０２１を超えると靭性
の劣化が顕著となるため、０．０２１を上限とし友。

また、Ｓは鋼中でＮａｇとして存在するが、鍛造加工に
よシ伸長してモノ４レージ■フ発生の原因になる。特に
Ｓが０．０５１を超えると、セ・母し−シッンの発生頻
度が増え、靭性の劣化が顕著となるため、０．０５係を
上限とし友。

さらに、Ｎは歪み時効及び窒化物の形成によ）靭性を劣
化させる。特にＮが０．０１１を超えると靭性の劣化が
顕著となるため、Ｎの含有量の上限を０．０１係とした
。

以上が基本成分系であるが、この他、鋼材の焼き入れ性
を増加させて鍛造品の強度を増加させる目的で、Ｂ、Ｔ
１をそれぞれ含有させることができる。

まず、Ｂは微量添加で焼き入九性を向上させるが、０．
０００５％未満ではその効果は不十分であし、また０．
　００５０優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０．０
００５〜０．００５０優とした。

次に、ＴＩはオーステナイト中で窒化物を形成すること
によし、固溶Ｎを低減し、ＢＮの形成を抑制して固溶Ｂ
による焼き入れ性増加の効果を活かす効果があるが、そ
のために／Ｉｉ０．ｏｏｓ優以上のＴＩが必要であし、
一方０．　ｏ　ｓ　Ｏ＊を超えるＴＩを含有させると、
窒化物の過剰析出によ〕靭性を劣化させるので、その含
有量を０．ＯＯ５〜０．０５０１とした。

又、本発明においては、　Ｃｒ、　Ｍｏ％Ｎｉ　、　Ｃ
ｕ。

Ｎｂ、Ｖの１種または２種以上を、焼き入れ性の増加に
よルバーライト量を増加させ、鍛造品の強度を増加させ
るために添加することができる。これらのうち、　Ｃｒ
、　Ｍ０．　Ｎｉ　、　Ｃｕについては、過剰添加を行
うと、ベイナイトあるいはマルテンサイトを含む組織と
な）、温間鍛造時の加工負荷の上昇を招くので、　Ｃｒ
、　Ｍ０．　Ｎｉ、及びＣｕの含有量の上限をそれぞれ
３．０％、１．０％、３．０１及び２、０優とした。ま
た、Ｎｂ、ＶＩＣ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、Ｖの含有量の
上限をそれぞれ０．５　％及び１．０％とした。

次に本発明において、上記の化学組成に加えて、その組
織因子を、パーライト分率含有炭素量（Ｃ優）の１．２
倍以上、かクセメンメイトの厚さ０．１３０μｍ以下と
限定した理由について述べる。

温間鍛造品の強度は、鍛造素材の／４′−ライト分率と
鍛造温度によって決まる。同一鍛造温度では、鍛造素材
のパーライト分率が大きい程、鍛造品強度は大きくなる
が、・ぐ−ライト分率が含有炭素量の１．２倍を下回る
と、強度の確保が困難となる。　゛また、温間鍛造品の
靭性は、鍛造素材のセメンタイトの厚さと鍛造温度によ
って決まる。同一鍛造温度では、鍛造素材のセメンタイ
トの厚さが薄い程、鍛造品の靭性は向上するが、セメン
タイトの厚さがＯｌｌ　３０＃ｍを超えるほど厚くなる
と、靭性の確保が困難となる。以上の理由で、本発明鋼
においては、パーライト分率を含有炭素量の１．２倍以
上、かつ七メンメイトの厚さを０．１３０μｍ以下に限
定した。なお、このような組織因子を満足するには１例
えばその手段の一つとして、熱間圧延−加速冷却を行う
ことが有効であるが、これにこだわるものではなく、か
かる組織因子を満たせるものであればいかなる製造手段
でも良い。

以上のような化学組成及び組織因子を有する鋼材’ｉ、
５５０〜７５０℃の温度域で鍛造加工することによって
得られる鍛造品は、炭素含有量に応じて、３３＋１０７
Ｘ（Ｃ％）ｋｐｆ／＋♂以上の強度と２　ｔａｘ　Ｕノ
ツチシャルピー衝撃試験における２０℃での衝撃値を１
３．０−１１．２　Ｘ　（Ｃ％］ｋＰｆｍ／＆ｒ？以上
とすることが出来るものであるが、強度靭性の優れた鍛
造品の製造にお込て、通常鍛造後に行なわれる焼き入れ
焼き戻し処理によって得られる焼き入れ焼戻し材の強度
と靭性は、はぼＣ量と焼戻し温度によって決まし、特に
高強度を要する鍛造品の製造に際しては、通常６００℃
程度の温度域で焼戻しが行なわれている。高強度高靭性
の鍛造用鋼として一般に用いられているＳＭｎ鋼の焼き
入れ焼戻し材（６００℃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Ｃ量に
ついて回帰分析すると、強度については、３３＋１０７
Ｘ（Ｃ％）　ｋｔｆ／ｍ”、２　ｗ　Ｕノツチシャルピ
ー衝撃試験における２０℃での衝撃値は１３．０−１１
．２　Ｘ　（Ｃ’４　〕ｋＰｆｍ／ｃｙ？となるので、
これらの数式をもって、Ｃ量に対応して要求される鍛造
品の強度と靭性の指標とした。

以下に１本発明の効果を実施例によし、さらに具体的に
示す。

（実施例）第１表の組成を有する鋼材を第１図に示す熱延条件で、
１５０ｍｍ厚から４０■厚まで熱間圧延を行い、熱間圧
延材よシ３０ｍ径Ｘ３０ｍ＋長の素材を採取し、５６０
℃〜７１０℃の温度域で減面率６０％の温間押出しを行
い、得られ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、本発明で
規定する含有炭素量に応じたパーライト分率及び強度、
靭性の下限を実測値と合わせて示した。記号に丸印を付
しであるのが本発明例であし、それ以外は比較例である
。

同表から明らかなように、本発明の鋼はいずれも鍛造後
、含有炭素量（Ｃチ）に応じて、３３　＋　１０７　Ｘ
　（Ｃ％　）　’ｆｌｆ／ｍ”以上の強度と１３．０−
１１．２　Ｘ　（：　Ｃ％　’３ｋｙｆｍ／ｄ以上の靭
性（２ＵＥ２０）を有することがわかる。

一方、比較例１．４，６はＣ，Ｓｉ或いはＭｎの含有量
がそれぞれ本発明の範囲を下回った場合であし、ともに
強度が不足している。比較例５と２０はＳｉ或いはＣの
含有量がそれぞれ本発明の制限範囲を上回った場合であ
し、所定の靭性が得られない。なお、比較例Ｓ　（Ｓｔ
過剰添加鋼）では。

鍛造時に割れが発生した。また比較例９，２９゜３１．
３３，３６，３８及び４０は、焼入性の増加に有効な元
素であるＭｎ　、　Ｃｒ　、　Ｍｏ　、　Ｖ　、　Ｎｉ
　。

Ｃｕ　、　Ｎｂの含有量がそれぞれ本発明の範囲を上回
った場合であし、いずれも所定の靭性が得られていない
。なおＭｎ　、　Ｃｒ　、　Ｍｏ　、　Ｎｉ　、　Ｃｕ
の過剰添加鋼は熱間圧延のまま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髪と
した。比較例１４は、ＲＥＭ　、　Ｃａ　、　Ｙ　、　
Ｚｒをいずれも含有しない場合であし、また比較例４２
゜４３．４４，４５はそれぞれＲＥＭ　、　Ｃａ　、　
Ｙ　、　Ｚｒが本発明の範囲を上回った場合であ）、い
ずれも所定の靭性が得られていない。比較例１０，１１
゜１８は、Ｐ、Ｓ、Ｎの含有量が、それぞれ本発明の範
囲を上回った場合、また１２，１３はＡｔの含有量が本
発明の範囲を下回った場合及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。次に、比較例２
３．２４はＢ　、　ＴＩの含有量が、それぞれ本発明の
範囲を上回った場合であし、いずれも所定の靭性が得ら
れていない。次に比較例３と７は鋼材組成は本発明の範
囲を満足しているが、組織因子が本発明の範囲（熱間圧
延材のパーライト分率が含有炭素量（Ｃｑｂ）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
分率が本発明の範囲を下回っている九め強度が不足して
おし、また比較例７ではセメンタイトの厚さが本発明の
範囲を下回っているため、所定の靭性が得られていない
。

以上述べたごとく、本発明の鋼は、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し、同時
に鍛造後の冷却過程で変態点を経過しないので、良好な
寸法精度が得られ、この結果、従来必要とした熱処理工
程や切削工程の省略又は簡略化が可能となし、産業上の
効果は極めて顕著なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例における熱延条件を示す図である。第１図蒔Ｌ’ｆ　　（ｈｒ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％として、Ｃ０．３０〜０．６０％、Ｓｉ０
．５超〜２．５％、Ｍｎ０．２〜３．０％、Ａｌ０．０
０５〜０．１０％を含有し、希土類元素０．００１〜０
．１５０％、Ｃａ０．００１〜０．０５０％、Ｙ０．０
０１〜０．１０％、Ｚｒ０．００１〜０．１０％のうち
１種又は２種以上を含有し、Ｐ０．０２％以下、Ｓ０．
０５％以下、Ｎ０．０１％以下に制限し、残部Ｆｅ及び
不可避的不純物からなり、同時にパーライト分率が含有
炭素量（Ｃ％）の１．２倍以上、かつ平均セメンタイト
厚さが０．１３０μｍ以下の組織を有する事を特徴とす
る温間鍛造ままの高強度非調質鋼材。
（２）重量％として、Ｃ０．３０〜０．６０％、Ｓｉ０
．５超〜２．５％、Ｍｎ０．２〜３．０％、Ａｌ０．０
０５〜０．１０％を含有し、希土類元素０．００１〜０
．１５０％、Ｃａ０．００１〜０．０５０％、Ｙ０．０
０１〜０．１０％、Ｚｒ０．００１〜０．１０％のうち
１種又は２種以上を含有し、さらにＢ０．０００５〜０
．００５０％、Ｔｉ０．００５〜０．０５０％を含有し
、Ｐ０．０２％以下、Ｓ０．０５％以下、Ｎ０．０１％
以下に制限し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、
同時にパーライト分率が含有炭素量（Ｃ％）の１．２倍
以上、かつ平均セメンタイト厚さが０．１３０μｍ以下
の組織を有する事を特徴とする温間鍛造ままの高強度非
調質鋼材。
（３）重量％としてＣ０．３０〜０．６０％、Ｓｉ０．
５超〜２．５％、Ｍｎ０．２〜３．０％、Ａｌ０．００
５〜０．１０％を含有し、希土類元素０．００１〜０．
１５０％、Ｃａ０．００１〜０．０５０％、Ｙ０．００
１〜０．１０％、Ｚｒ０．００１〜０．１０％のうち１
種又は２種以上を含有し、Ｐ０．０２％以下、Ｓ０．０
５％以下、Ｎ０．０１％以下に制限し、さらにＣｒ３．
０％以下、Ｍｏ１．０％以下、Ｎｉ３．０％以下、Ｃｕ
２．０％以下、Ｎｂ０．５％以下、Ｖ１．０％以下の１
種又は２種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物
からなり、同時にパーライト分率が含有炭素量（Ｃ％）
の１．２倍以上、かつ平均セメンタイト厚さが０．１３
０μｍ以下の組織を有する事を特徴とする温間鍛造まま
の高強度非調質鋼材。
（４）重量％として、Ｃ０．３０〜０．６０％、Ｓｉ０
．５超〜２．５％、Ｍｎ０．２〜３．０％、Ａｌ０．０
０５〜０．１０％を含有し、希土類元素０．００１〜０
．１５０％、Ｃａ０．００１〜０．０５０％、Ｙ０．０
０１〜０．１０％、Ｚｒ０．００１〜０．１０％のうち
１種又は２種以上を含有し、さらにＢ０．０００５〜０
．００５０％、Ｔｉ０．００５〜０．０５０％を含有し
、Ｐ０．０２％以下、Ｓ０．０５％以下、Ｎ０．０１％
以下に制限し、さらにＣｒ３．０％以下、Ｍｏ１．０％
以下、Ｎｉ３．０％以下、Ｃｕ２．０％以下、Ｎｂ０．
５％以下、Ｖ１．０％以下の１種又は２種以上を含有し
、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、同時にパーラ
イト分率が含有炭素量（Ｃ％）の１．２倍以上、かつ平
均セメンタイト厚さが０．１３０μｍ以下の組織を有す
る事を特徴とする温間鍛造ままの高強度非調質鋼材。