JPS6128742B2 - - Google Patents

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JPS6128742B2
JPS6128742B2 JP53097316A JP9731678A JPS6128742B2 JP S6128742 B2 JPS6128742 B2 JP S6128742B2 JP 53097316 A JP53097316 A JP 53097316A JP 9731678 A JP9731678 A JP 9731678A JP S6128742 B2 JPS6128742 B2 JP S6128742B2
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JP
Japan
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less
steel
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ferrite
high strength
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JP53097316A
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English (en)
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JPS5524953A (en
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Norioki Uehara
Kenji Isogawa
Ryoji Tanaka
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Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は鍛造または圧延などの熱間加工後フエ
ライト+パーライト組織が得られる冷却条件を選
んで冷却することにより焼入焼戻処理したものと
同等の高い強度が得られる非調質高強度鋼に関す
るものである。最近、自動車や機械産業等の業界
において、加工工程の省略、省エネルギー等によ
るコスト低減が強く要求されている。従来構造用
合金鋼を用いて高強度を要求される部品を製造す
る場合には一般に鍛造または圧延などの熱間加工
後、焼入焼戻処理が行われ所望の強度に調質して
製造されている。 本発明者等はこれら業界の要求に対処するため
加工工程の省略を前提にして素材の成分組成およ
び製造条件について種々検討した結果炭素量の比
較的高い(0.30〜0.60%)強靭鋼をベースに、該
鋼のフエライト+パライト組織中に微細な炭窒化
物を均一に析出させることにより、従来から用い
られている構造用合金鋼の焼入焼戻材に匹敵する
強度特性が得られることを見い出した。すなわち
本発明は、 (1) C:0.30〜0.60%、Si:0.10〜1.0%、Mn:
0.20〜1.70%、N:0.005〜0.025%に、さらに
Nb:0.20%以下、Ti:0.20%以下、Zr:0.20%
以下の1種または2種以上を含有し残部が実質
的にFeからなり、1000℃以上の温度に加熱し
て熱間加工を行つた後、フエライト+パーライ
ト組織が生成する条件で連続冷却するかまたは
該条件で等温変態させることにより、高強度が
得られることを特徴とする非調質高強度鋼。 (2) (1)項の鋼にさらにNi:3.50%以下、Cr:2.0
%以下、Mo:0.70%以下の1種または2種以
上を含有する非調質高強度鋼。 (3) (1)項の鋼にさらにS:0.15%以下、Pb:0.30
%以下、Ca:0.010%以下、Se:0.30%以下、
Te:0.30%以下、の1種または2種以上を含
有する非調質高強度鋼。 (4) (1)項の鋼にさらにNi:3.50%以下、Cr:2.0
%以下、Mo:0.70%以下の1種または2種以
上と、S:0.15%以下、Pb:0.30%以下、
Ca:0.010%以下、Se:0.30%以下、Te:0.30
%以下の1種または2種以上を含有する非調質
高強度鋼。 本発明において1000℃以上の温度に加熱し、そ
のままフエライト+パーライト組織の生成する条
件で連続冷却するかまたは該条件で等温変換させ
て得られる高強度鋼も本発明の範囲に入る。 次に本発明の特徴について述べる。本発明鋼は
炭素量が比較的高い(0.30%〜0.6%)強靭鋼に
おいてNb、TiおよびZr等の元素を微量添加した
ものでありこれらの炭窒化物をフエライト中に析
出させることにより高強度の得られる非調質高強
度鋼である。 すなわち、炭素量が0.30〜0.60%の強靭鋼に
Nb、TiおよびZr含有させ熱間加工の際に1000℃
以上に加熱してこれらの微量添加元素を基地のオ
ーステナイト組織中に十分固溶させ、その後の冷
却条件を制御(冷却速度、等温変態)することに
よりNb(C、N)等をフエライト+パーライト
組織中に十分析出させることにより従来鋼の焼入
焼戻材に匹敵する高強度が得られる。したがつて
焼入焼戻処理が不要となるため経済的効果が大で
ある。また非調質であることから従来鋼で生じて
いた焼むら等による機械的性質のバラツキの少い
部品が得られるという特徴もある。このほかに
Ni、Cr、Moを添加することにより強度および靭
性がさらに優れた高強度鋼が得られるため必要に
応じて適量添加することが望ましい。さらに被削
性改善元素であるS、Pb、SeおよびTe等を微量
添加し被削性を向上させることも可能であり、自
動車産業等において重要部品とされているコンロ
ツド、ハブキヤリア、その他の足まわり部品の生
産において、省エネルギー、工程省略および被削
性向上という効果による価値は大なるものであ
る。 次に本発明非調質高強度鋼の成分組成範囲、熱
間加工加熱温度および熱間加工後の冷却条件に対
する限定理由を以下に述べる。 C:0.30〜0.60% 高強度鋼としての鋼全体の強度を保持するため
0.30%以上含有する必要がある。しかしながら本
発明鋼はNb、Ti、Zrなどの炭窒化物の析出硬化
により高強度を得るものであり、C%が高くなる
とフエライト量が減少し、そのため析出による硬
度上昇が少くなるため0.60%以下に限定した。 Si:0.10〜1.0% 溶製時の脱酸用として必須元素であるほかフエ
ライト強度を増加させるために0.10%以上含有す
る必要がある。しかしながら多量に含有すると
Sio等の介在物が増加し、清浄度を害する要因と
なるので1.0%以下に限定した。 Mn:0.20〜1.70% 溶製時の脱酸用として必須元素であるほかフエ
ライト強度を増加させるために0.20%以上含有す
る必要がある。しかしながら多量に含有した場合
冷却時にペイナイト組織が生じ易く、フエライト
組織中に炭窒素化物を析出硬化させる本発明鋼に
は好ましくないため1.70%以下に限定した。 N:0.005〜0.025% 析出硬化元素であるNb、Ti、およびZrと結合
してきわめて硬い窒化物をフエライト中に形成さ
せるために必須の元素であり、少くとも0.005%
以上含有する必要がある。しかしながら多量に含
有するとプローホール等の原因となるほか、熱間
加工性が低下するため、0.025%以下に限定し
た。 Nb、Ti、Zr:0.20%以下 いづれも析出硬化元素として本発明鋼の必須元
素である。しかしながら多量に含有すると鋼の被
削性を害すると共に経済性をも考慮して0.2%以
下に限定した。 Ni:3.50%以下、Cr:2.0%以下、Mo:0.70%以
下 これらの元素は本発明非調質高強度鋼の強靭化
元素であり、その成分範囲は、鋼の使用目的に応
じて適当量含有することが望ましいが、いづれの
元素も多量に含有するとペイナイト組織を生じ易
くなるため、Ni:3.50%以下、Cr:2.0%以下、
Mo:0.70%以下に限定した。 S:0.15%以下、Ca:0.010%以下、Pb、Se、
Te:0.30%以下 いづれも被削性を向上させるために効果的な元
素であり鋼の使用目的形状等に応じて適宜含有す
ることが望ましい。しかしながらいづれの元素も
多量に含有すると熱間加工性が低下するためS:
0.15%以下、Ca:0.010%以下、Pb、Se、Teはそ
れぞれ0.30%以下に限定した。 熱間加工の加熱温度:1000℃以上 析出硬化元素であるNb、Ti、Zr等を一且オー
ステナイト組織中に固溶させるためには1000℃以
上の温度に一定時間加熱する必要がある。したが
つて熱間加工の加熱温度を1000℃以上に限定し
た。 熱間加工後の冷却条件、フエライト+パーライ
ト組織の生成する条件で連続冷却するかまたは該
条件で等温変態させる。 Nb、Ti、Zr等の微細な炭窒化物を基地中に均
一に析出させることにより焼入焼戻材に匹敵する
強度が得られるが、上記の炭窒化物を充分に析出
させるためには冷却後フエライト+パーライト組
織が得られるような冷却条件を選ぶ必要がある。 次に本発明非調質高強度鋼の特徴を実施例によ
り詳細に説明する。 実施例 1 塩基性電気炉により第1表に示すごとき成分組
成の本発明非調質高強度鋼および比較鋼である従
来の構造用合金鋼(S45C相当)を溶製し110mm角
鋼片に分塊したのち50mmの丸棒に圧延した。
【表】
【表】 これらの鋼の成分組成の影響を調査するため第
1表の供試材のうち本発明鋼(No.1〜7)およ
び比較鋼(No.12)をもちいて1100℃に加熱後30
℃/minの冷却速度で徐冷しフエライト+パーラ
イト組織とした後その試料を用いてかたさ試験
(JIS Z 2245)を行つた、その結果を第2表に
示す。
【表】
【表】 同表にみられるごとく熱間加工温度に相当する
高温加熱処理を施すことにより析出硬化元素であ
るNb、Ti、Zrのうちいづれかの元素を含む本発
明鋼(No.1〜7)は比較鋼(No.12)に比べて極
めて高い硬さが得られることを示している。この
うち特に本発明鋼(No.5〜7)が高い硬さを示
すのは、フエライト強化元素であるNi、Cr、Mo
の添加によるものである。 次に種々の加工処理条件によるかたさの影響を
調べるために本発明鋼(No.1)および比較鋼
(No.12)を用いて、各々の条件によつて加工処
理した場合のかたさおよび顕微鏡組織の検鏡結果
を第3表に示す。
【表】
【表】 同表からわかるとおり900℃の加熱温度では冷
却後のかたさがHRC21程度であり比較鋼と大差
ない。これはNbが基地に充分固溶せず冷却過程
でNb(CN)の析出が生じないためである。これ
に対して1000℃以上に加熱した場合、いづれも
HRC27以上のかたさを示しており比較鋼にくら
べてきわめて高い。すなわち、熱間加工における
加熱温度は1000℃以上にすることが必要であるこ
とを示している。 また同じく本発明鋼を1000℃以上に加熱した後
そのまま冷却した処理B、C、Dと1000℃以上に
加熱後鍛造加工(50φ→25φ)を行つた処理Fと
では、冷却後の硬さに差のないことが認められ
る。 次にやはり本発明鋼を1100℃で加熱後冷却した
処理Cと600℃×20分の等温変態を行つた処理E
とでは冷却後の硬さに差のないことがわかる。以
上の結果から鍛造または圧延などの熱間加工温度
を利用して、その後の冷却条件を適当に選ぶこと
により高強度が確保できることを示している。ま
た熱間加工後の冷却条件は連続冷却または等温変
態のどちらを採用しても高強度が得られることを
示している。またさらに、本発明鋼において炭窒
化物を充分に析出させるためには、冷却後フエラ
イト+パーライト組織が得られるような冷却条件
を選ぶ必要のあることがわかる。 次に本発明鋼と比較鋼鋼の機械的性質を調査す
るために第1表の供試材のうちNo.1、5、8、
10、12鋼を用いて引張試験(JIS4号試験片)およ
びシヤルビー衝撃試験(JIS3号試験片)を行つ
た。なお上記供試材のうち本発明鋼においては
1100℃に加熱後徐冷(35℃/minの冷却速度)し
比較鋼においては、焼入焼戻処理(850℃水冷→
600℃×2hr空冷)を施しそれぞれの試験に供し
た。その結果を第4表に示す。
【表】 同表にみられるとおり本発明鋼の加熱後徐冷材
は、比較鋼の焼入焼戻材と同等またはそれ以上の
機械的性質を示している。 すなわち本発明鋼は、鍛造または圧延などの熱
間加工を施した後に冷却速度を適当に選んで徐冷
することにより90Kg/mm2以上の引張強さが得られ
ることを示している。これは通常の焼入焼戻しを
行つた従来鋼の機械的性質に比べてさほど劣るこ
となく使用が可能であることがわかる。次に本発
明鋼と比較鋼の被削性を調べるために第1表の供
試材のうちNo.1、8、9、10、11、12を用いて
第5表に示す切削条件によつて切削試験を行つ
た。なお供試材のうちNo.1、8、9、10、11の
本発明鋼は、すべて1100℃に加熱して鍛造(50φ
→25φ)を行なつた後徐冷(35℃/minの冷却速
度)し、一方比較鋼(No.12)は焼入焼戻し処理
(850℃水冷→600℃×2hr空冷)を施して切削試験
(工具寿命試験)に供した。その切削試験結果を
第2図に示す。 同図より明らかなように本発明鋼(No.1)
は、比較鋼(No.12)に比べて高速側でやつ劣る
傾向はあるが、大差はないものと云える。 一方被削性改善元素を添加した本発明鋼
(No.8、9、10、11)は比較鋼(No.12)に比べ
被削性が特に優れていることが認められる。 すなわち切削加工を要する複雑な形状の部品に
たいしては、被削性改善元素を添加した第3また
は第4発明鋼を適用することが望ましい。
【表】 以上のように本発明鋼は、自動車あるいは産業
機械などに広く使われている構造用鋼に、特定の
微量元素を添加させた鋼であり、1000℃以上に加
熱して熱間加工を施した後、冷却方法を制御する
ことによつて高い引張強さが得られる非調質の高
強度鋼であり機械的性質および被削性の面でも従
来鋼と比較して大差のないものである。したがつ
て量産のおこなわれる自動車産業、機械産業等に
おいては、熱処理工程省略によるメリツトは大き
く、これらの産業における工業的価値は極めて大
きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明鋼と比較鋼を使用した場合の
製造工程図、第2図は、本発明鋼および比較鋼の
工具寿命曲線図。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 C:0.30〜0.60%、Si:0.10〜1.0%、Mn:
    0.20〜1.70%、N:0.005〜0.0025%にさらに
    Nb:0.20%以下、Ti:0.20%以下、Zr:0.20%以
    下の1種または2種以上を含有し残部が実質的に
    Feからなり、1000℃以上の温度に加熱して、熱
    間加工を行つた後、フエライト+パーライト組織
    が生成する条件で連続冷却するかまたは該条件で
    等温変態させることにより高強度が得られること
    を特徴とする非調質高強度鋼。 2 C:0.30〜0.60%、Si:0.10〜1.0%、Mn:
    0.20〜1.70%、N:0.005〜0.025%、を基本成分
    とし、さらにNi:3.50%以下、Cr:2.0%以下、
    Mo:0.70%以下の1種または2種以上とさらに
    Nb:0.20%以下、Ti:0.20%以下、Zr:0.20%以
    下の1種または2種以上を含有し残部が実質的に
    Feからなり、1000℃以上の温度に加熱して熱間
    加工を行つた後フエライト+パーライト組織が生
    成する条件で連続冷却するかまたは該条件で等温
    度変態させることにより、高強度が得られること
    を特徴とする非調質高強度鋼。 3 C:0.30〜0.60%、Si:0.10〜1.0%、Mn:
    0.20〜1.70%、N:0.005〜0.025%を基本成分と
    し、さらにS:0.15%以下、Pb:0.30%以下、
    Ca:0.010%以下、Se:0.30%以下、Te:0.30%
    以下、の1種または2種以上とさらにNb:0.20
    %以下、Ti:0.20%以下、Zr:0.20%以下の1種
    または2種以上を含有し残部が実質的にFeから
    なり、1000℃以上の温度に加熱して熱間加工を行
    つた後、フエライト+パーライト組織が生成する
    条件で連続冷却するかまたは該条件で等温度変態
    させさせることにより高強度が得られることを特
    徴とする非調質高強度鋼。 4 C:0.30〜0.60%、Si:0.10〜1.0%、Mn:
    0.20〜1.70%、N:0.005〜0.025%、を基本成分
    とし、さらにNi:3.50%以下、Cr:2.0%以下、
    Mo:0.70%以下の1種または2種以上と、S:
    0.15%以下、Pb:0.30%以下、Ca:0.010%以
    下、Se:0.30%以下、Te:0.30%以下の1種ま
    たは2種以上と、さらにNb:0.20%以下、Ti:
    0.20%以下、Zr:0.20%の1種または2種以上を
    含有し残部が実質的にFeからなり、1000℃以上
    の温度に加熱して熱間加工を行つた後、フエライ
    ト+パーライト組織が生成する条件で連続冷却す
    るかまたは該条件で等温変態させることにより高
    強度が得られることを特徴とする非調質高強度
    鋼。
JP9731678A 1978-08-11 1978-08-11 Not thermally refined high strength steel Granted JPS5524953A (en)

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