JPS61204353A

JPS61204353A - 温間鍛造のままで優れた強度靭性を有する鋼材

Info

Publication number: JPS61204353A
Application number: JP4554685A
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）本発明は温間鍛造のままで優れた強度靭性を有する鋼材
にかかわシ、さらＫ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、自動車用部品及びデルト、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、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
有し先ず、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「鉄鋼製造法第３分冊加工（２）Ｊ　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。とのように
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、熱間鍛造のま
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、鍛造のままで必ずしも十分
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、種々検討を行りた結果、’　５５
０〜７５０℃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
選択することにより、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シ、かかる鋼材を用い
れば、鍛造品に含有炭素量（ＣＳ）に応じて、２７＋１
０７ｘ〔Ｃｅｓ）ｋｇｆ／１１を以上高強度を付与し、
同時に２ｍＵ／ッ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（（Ｊ）Ｋ応シテ１３．９
−１２．１ｘ（ｃ％）蟻触Ｚ−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たもので
あって、その要旨とする所は、重量％として、Ｃ０．３
０〜０．６０％、Ｍｎ　　０％２〜３．０１ＳＡｊ　０
．００５〜０．１０　％を含有し、希土類元素０．ｏｏ
ｉ〜０．１５０チ、Ｃａ　　０．Ｏ０％〜０．０５０％
、Ｙ　　０．００１〜０．１０％、　Ｚｒ０．ｏｏｉ〜
０．１０　％のうち１種又は２種以上を含有し、ｓｌ０
．５％以下、Ｐ０．０２％以下、８０．０５−以下、Ｎ
０．ＯＬ１以下に制限し、又は、さらに（４）Ｂ０．ｏ
ｏｏｓ〜０．ｏｏｓｏチ、Ｔ１　０．００５〜０．０５
０チ又は（Ｂ）　Ｃｒ　３．Ｏｆｂ以下、Ｍｏ１．０％
以下、Ｎ１３．（ｌ以下、Ｃｕ２．０％以下、Ｎｂ０．
５％以下、Ｖ１．０１以下の１種又は２種以上の、（４
）（Ｂ）い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ｔ４−ライト分率が含
有炭素量＜ＣＳ＞の１．２倍以上、かつ平均セメンタイ
ト厚さが０．１３０　ｌＨＩ％以下の組織を有する事を
特徴とする温間鍛造のままで優れた強度靭性を有する鋼
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、かかる
温度域で鍛造を行う理由は鍛造温度が７５０℃を超える
と、鍛造品の強度の確保が困難となシ、また鍛造温度が
５５０℃を下回ると、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％未満では強度が不足し、また０、６チ
を超えると、靭性の劣化を招く九め、含有量を０．３〜
０．６チに定めた。

次に廊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．
２チ未満ではその効果は小さい。また３、０％を超える
と、ベイナイトするいはマルテンサイトを含む組織とな
シ、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′ｔ０．２〜３．０−とした。

また、Ｕは脱酸及び粒度調整のために添加するが、０．
ｏｏｓｓ未満ではその効果は不十分であシ、一方、０．
ｉ＊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．　ｏ　ｏ　ｓ〜０．１０チ
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２種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１ンと呼
ばれ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０．００１１未満ではその
効果は小さい、また、希土類元素０．１５０　％超、Ｃ
ａ０．０５０−超、Ｙ０．１０％超、　Ｚｒ　０．１０
％超を添加すると、これらの元素の酸化物、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
．１５０ｑ１１１Ｃａの含有量を０．００１〜０．ｏｓ
ｏチ、Ｙの含有量を０．００１−０．１０％、Ｚｒの含
有量を０．ｏｏｉ〜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、Ｓｔはフェライト地の固溶体硬化によシ靭性を劣
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ので、８１の含有量の上限を
０．５チとした。

また、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ＫＰが０．０２％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。

さらに８は鋼中でＭｎ　Ｓとして存在するが、鍛造加工
により伸長してセノ母し−ジ冒ン発生の原因になる。特
ＫＳが０．０５１を超えると１．セパレージ１ンの発生
頻度が増え、靭性の劣化が顕著と表るため、０．０５％
を上限とした。

また、Ｎは歪み時効及び窒化物の形成によシ、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、Ｎの含有量の上限を０．０１−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
Ｉ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れ性を向上させるが、０．
０００５−未満ではその効果は不十分であり、また０．
ｏｏｓｏｓ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．ｏｏ
ｏｓ〜０．００５０チとした。

次に、ＴＩはオーステナイト中で窒化物を形成すること
によシ、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
のためには０．ｏｏｓ％以上のＴ１が必要であシ、一方
０．ｏｓｏ＊を超えるＴＩを含有させると、窒化物の過
剰析出によシ靭性を劣化させるので、その含有量を０．
００５〜０．ｏｓｏ％とした。

又、本発明においては、Ｃｒ％Ｍｏ％Ｎｉ　、　Ｃｕ、
　Ｎｂ。

■の１種または２′ｓ以上を、焼き入れ性の増加によシ
・々−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、　
Ｍｏ５Ｎｉ　、　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シ、
温間鍛造時の加工負荷の上昇を招くので、Ｃｒ　、　Ｍ
ｏ　、　Ｎｉ　、及びＣｕの含有量の上限をそれぞれ３
．０％、１．０％、３．０チ及び２．０％とした。また
、Ｎｂ５Ｖ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％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、ノ苧−ライト分率含有炭素量（Ｃ％）の１．
２倍以上、かつセメンタイトの厚さ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、
鍛造素材のパー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、・母−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０．１３０μ鵠
　を超えるほど厚くなると、靭性の確保が困難となる０
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、かつセメンタイトの厚さを
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Ｋは、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。

以上のよう々化学組成及び組織因子を有する鋼材を、５
５０〜７５０℃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、２７＋１０７Ｘ
（Ｃ％）ｋｇｆ／−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℃での衝撃値を１３．９−１２
．ＬＸ（Ｃ％〕’Ｋｌｆｍ／ｄ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いて
、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き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り、高強度高靭性鍛造品の
製造に際しては、通常６５０℃程度の比較的高温域で焼
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（６
５０℃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、２７＋１０７Ｘ　（Ｃ％〕ゆｆ
／ｗ？、２露Ｕノツチシヤルピー衝撃試験における２０
℃での衝撃値は１３、９−１２．　Ｉ　Ｘ　（ｃ％　）ｋｙｆｍ／ｃｙ
ｔ？とナルノテ、コレラの数式をもって、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、本発明の効果を実施例によシ、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、
１５０ｍ厚から４０ｍ５厚まで熱間圧延を行い、熱間圧
延材よシ３０１１Ｉｌｌ径Ｘ３０ｗ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シ、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（Ｃｔｓ）に応じて、２７　＋　１０７
　Ｘ　ＣＣ％）ｋｇｆ／−以上の強度と、１３．９−１
２．Ｉ　Ｘ　（：Ｃ％〕ｋｇｆｍ／ｅ−以上の靭性（２
０Ｅ２０）を有することがわかる。

一方、比較例１と５は、Ｃ或は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）、ともに強度が不足
している。比較例４と２０は、ｓｉ或はＣの含有量が本
発明の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８．２９．３１．３３．３６．
３８及び４０は焼入性の増加に有効な元素であるＭｎ　
、　Ｃｒ　、　Ｍｏ　。

ＶＳＮｉ　、　ＣｕＳＮｂの含有量が、それぞれ本発明
の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。なお、Ｍｎ　ｓ　Ｃｒ　ｓ　Ｍｏ　ＳＮ
１、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
荷を必要とした。比較例１３は、ＲＥＭ　、　Ｃａ　。

Ｙ、　Ｚｒをいずれも含有しない場合であシ、また、比
較例１４．４２．４３．４４は、それぞれＲ腹、Ｃａ％
ＹＳＺｒが本発明の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９．１０．１８
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、比較例１１．１２はＡノの含有量が、
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
２３．２４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り、いずれも所定の靭性が得られ
ていない。

次に比較例３と６は、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
０．１３０μ濯以下）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
ため強度が不足しておシ、また比較例６では、セメンタ
イトの厚さが本発明の範囲を下回りているため、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シ、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り、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ｇ奇へ〇　（ｈと）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％として、Ｃ０．３０〜０．６０％、、Ｍｎ
０．２〜３．０％、Ａｌ０．００５〜０．１０％を含有
し、希土類元素０．００１〜０．１５０％、Ｃａ０．０
０１〜０．０５０％、Ｙ０．００１〜０．１０％、Ｚｒ
０．００１〜０．１０％のうち１種又は２種以上を含有
し、Ｓｉ０．５％以下、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
間鍛造のままで優れた強度靭性を有する鋼材。
（２）重量％として、Ｃ０．３０〜０．６０％、Ｍｎ０
．２〜３．０％、Ａｌ０．００５〜０．１０％を含有し
、希土類元素０．００１〜０．１５０％、Ｃａ０．００
１〜０．０５０％、Ｙ０．００１〜０．１０％、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％、Ｔｉ０．０
０５〜０．０５０％を含有し、Ｓｉ０．５％以下、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のままで優れた強度靭
性を有する鋼材。
（３）重量％として、Ｃ０．３０〜０．６０％、Ｍｎ０
．２〜３．０％、Ａｌ０．００５〜０．１０％を含有し
、希土類元素０．００１〜０．１５０％、Ｃａ０．００
１〜０．０５０％、Ｙ０．００１〜０．１０％、Ｚｒ０
．００１〜０．１０％のうち１種又は２種以上を含有し
、Ｓｉ０．５％以下、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０．１３０μ
ｍ以下の組織を有する事を特徴とする温間鍛造のままで
優れた強度靭性を有する鋼材。
（４）重量％として、Ｃ０．３０〜０．６０％、Ｍｎ０
．２〜３．０％、Ａｌ０．００５〜０．１０％を含有し
、希土類元素０．００１〜０．１５０％、Ｃａ０．００
１〜０．０５０％、Ｙ０．００１〜０．１０％、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％、Ｔｉ０．０
０５〜０．０５０％を含有し、Ｓｉ０．５％以下、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のままで優れた強度靭性を有する鋼
材。