JPS62199750A - 靭性の優れた非調質棒鋼およびその製造方法 - 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） 本発明は靭性の優れた非調質棒鋼およびその製造方法で
ある。更に詳しくは自動車用ゲルトやロッド等の製造に
用いられる素材棒鋼の製造方法に関し、冷間引き抜きあ
るいは冷間押し出し等の冷間加工を施すことによシある
いは熱間圧延のｔまで、従来の焼入れ焼戻し熱処理を行
なった調質材と同等以上の高強度と高靭性を有する非調
質棒鋼およびその製造方法に関するものである。

又、本発明は自動車および建設機械用のシャフトやビン
部品等の製造に用いられる素材棒鋼の製造方法に関し、
熱間圧延のままで、従来の焼入れ焼戻し熱処理を行なっ
た調質材と同等以上の高強度と高靭性を有する非調質棒
鋼およびその製造方法に関するものである。

（従来の技術） 自動車用ゲルトやロッド等の機械構造用部品は高強度と
ともに高靭性が要求される。従来これらの部品は中炭素
鋼あるいは中炭素低合金鋼棒鋼を素材として用い冷間あ
るいは熱間加工によシ成形後焼入れ焼戻し熱処理を行な
い強靭化する方法で製造されている。この熱処理を省略
し、冷間加工を施したままあるいは熱間圧延ままで高強
度かつ高靭性の非調質棒鋼の製造が可能【でなれば、省
エネルギーおよびコストの面でのメリットは極めて大き
い。

又自動車および建設機械用シャフトやピン部品等の機械
構造用部品は９０　ｋｇｆ／ｗ？以上の高強度とともに
高靭性が要求される。従来これらの部品は中炭素鋼ある
いは中炭素低合金鋼棒鋼を素材として用い切削して成形
後焼入れ焼戻し熱処理を行なう方法で製造されている。

この熱処理を省略し、熱間圧延ままで高強度かつ高靭性
の非調質棒鋼の製造が可能になれば、省エネルギーおよ
びコストの面でのメリットは極めて大きい。

熱間圧延ままで高強度かつ高靭性を有する非調質鋼の開
発は、棒鋼の分野のみならず薄鋼板や厚鋼板分野におい
てもさかんに行なわれている。例えば特公昭５８−２５
７０号のように、鋼板の分野においては、靭性に有害な
パーライトの析出を阻止しフェライト単相となるように
Ｃを０．２５　％以下に抑えた低炭素鋼にＮｂやＶを添
加してその炭窒化物の析出によシ強化し、さらにＡｒ　
３点直上あるいは二相域温度にて圧延を行なうことによ
シフ運用部品の製造においては、最終工程でその耐摩耗
性を向上させるため高周波焼入れ表面硬化処理を行なう
ことが必須とされており、そのためＣが従来材並の０．
３０〜０．５５％の中炭素鋼を素材として用いざるを得
ない。

中炭素非調質鋼の場合、強度が高く靭性の低いパーライ
トが主体の組織となるため、高強度は比較的容易に得ら
れるが高い靭性は得難い。例えばＩＩＲ開昭５９−９１
２２号、同５９−１７０２２２号等に見られるように、
強度が７０〜１００　ｋｇｆ／１ｗ？級の非調質鋼では
衝撃値（ｕＥ２０）はたかだか１０ｋｇｆ−ｍ／ｄと低
く、ＪＩＳ　Ｇ４０５１　に記載されている５４５Ｃ焼
入れ焼戻し材参考値の下根値（８ｋｇｆ　−ｍ／ｉ　）
にようやく到達する程度である。このような低靭性の問
題が中炭素非調質鋼実用化の障害となっている。

又強度は冷間加工を施した場合それによっても付加する
ことが可能であるが、靭性は冷間加工をと絢ｘＳＱ＼冷
間加工性（工具寿命や加工負荷）がｋｇｆ／−の冷間加
工性が良くしかも靭性の優れた素材棒鋼が要望されてい
た。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は中炭素鋼において熱間圧延ままで高強度かつ高
靭性で、しかも冷間加工を施しても低靭性とならない中
炭素非調質鋼とその製造方法を開示するものである。

（問題を解決するための手段） 本発明者らは中炭素鋼を用いて、強度が７０ｋｇｆ／ｍ
ｍ２以上でかつ靭性の優れた非調質鋼を目標に研究を行
なった結果 （ａ）　　圧延まま材の強度は炭素当量Ｃｅｑ　（＝％
Ｃ＋ＬＳｉ／７＋％Ｍｎ１５　＋％Ｃｒ／９　＋ｌ！ｖ
）を調整することによシ制御可能である。

（ｂ）　　圧延仕上げ温度を低下することによシ従来知
られてきたフェライトおよびノや一ライト結晶粒の微細
化による靭性向上効果の他に、ある特定温度以下とする
と微細フェライトの変態が促進さｈ−ｔｖＩ柿の忘いフ
ェライトの昼皐≠；色活に増加することによシ靭性向上
が期待できる。さらに圧延温度を低下させ、二相域圧延
となると圧延中に析出したフェライトが加工を受けるこ
とによυ靭性は低下してしまう。

（Ｃ）シかし中炭素普通鋼では前記特定温度域での仕上
圧延により靭性の高い微細フェライトの分率を増加させ
たとしてもフェライト分率の増加にともなってＣが過剰
となり、パーライト中のＣ量が増加してパーライトが脆
化するため、鋼材全体での靭性の向上は小さい。

（ｄ）　　Ｖは固溶した調音前記特定温度域にて仕上げ
圧延を行なうと、■が微細７エライ＋、の分率増加にと
もない発生する過剰なＣと反応し、靭性を損なわずに強
度を高める微細炭化物の析出が促進されることにより強
度の低下およびバーライの脆化を防止し、高強度であり
ながら低炭素鋼と同等程度まで靭性を向上させることが
可能となる。

等の知見を見いだした。

これより強度が７０ｋｇｆ／＋＋２以上でかつ常温で中
炭素非調質鋼に比べ靭性が飛躍的に高く、また中炭素調
質鋼と比較しても同等以上の、中炭素非調質鋼およびそ
の製造方法を発明するに至った。

以下本発明において、特許請求範囲の限定理由について
述べる。

まず鋼成分について、Ｃは強度および高周波焼入れ表面
硬化による耐摩耗性向上のために０．３０チ以上必要で
あるが、０．５５　％を越えると靭性執嶌ぴ冷間加工性
を損なうため、０．３０〜０．５５チとした。

Ｓｔは脱酸を促進し強度を上昇させるのに有効な元素で
あるが、靭性前〜Ｖ育澗珈Ｙ、壜を損なうため上限を０
．３０チとした。

凪は強度を上昇させかつ組織を微細にして靭性を上昇さ
せるのに有効な元素で、０．６０％未満ではその効果が
小さい。しかし２．０％を越えると靭性警１写袷濶加工
１を急に劣化させるので、　０．６０〜２．００％とし
た。

■は前記の如く本発明に重要な添加元素で０．６０チ未
満ではその効果は小さく、０．３０１以上ではその効果
は飽和するため、０．０６〜０．３０　％とした。

Ａｌは窒化物を形成し結晶粒を微細化する効果があシｓ
ｏｌ−Ａｌで０．０２０チ以上必要であるが、０、０６
０％を越えると被剛性を損なうため、０、０２０〜０．
０６０チとした。

ＮはＡｌの窒化物およびＶの炭窒化物形成のために必要
な元素で０．００２０％を下限とするが０．００７０チ
を越えると靭性を損なうことから、０．００２０〜０．
００７０チとした。

なおＶのかわシにＮｂを０．０１〜０．２０％を添加し
ても同様な効果を得られるが、同一の機械的性質を有す
る非調質鋼を製造する場合Ｎｂ添加鋼のほうがＶ添加鋼
に比較して成分的にコスト高につくことや加熱温度を上
昇させる必要がある等の欠点がある。

本発明において圧延まま材の強度はＣｅｑ−％Ｃ＋％Ｓ
ｉ／７＋％Ｍｎ１５＋４Ｃｒ／９＋％Ｖで示される炭素
当量と相関関係があシ、７０〜９０　ｋｇｆ／−とする
ためには炭素当量が０．６０〜０．９０未満必要である
。又９０ｋｇｆ／ｍｍ２以上とするためには炭素当量が
０．９０以上必要である。

炭素当量の式かられかるように、Ｃｒも強度を向上させ
るのに有効な元素であシ、Ｃｒの添加は本発明の妨げと
ならないが、Ｍｎの５／９の効果しかなく、コスト的に
見合わないため、望ましくは０，０１〜０．５０％の範
囲で補助的に添加するべきである。

本発明は前記のように、従来知られているフェライト結
晶粒を微細化することＫよる靭性向上だけでなくフェラ
イトの分率を増加させることによる大幅な靭性向上が大
きな特徴である。上記の成分範囲の鋼では制御圧延を行
なわないと、そのフェライト分率は含有炭素量が（％Ｃ
）の場合０．５−０．６３Ｘ（％Ｃ）以下であるが、特
定温度域での制御圧延を行なうと０．５−０．６３　Ｘ
　（％Ｃ）を上回シこの時靭性が大幅に向上することか
らフェライト分率の下限値を０．５−０．６３　Ｘ　（
％Ｃ）とした。この際フェライト粒度はＡ７〜９から屋
１０以上Ａ　１２程度まで微細化して靭性向上に寄与し
ておシ、フェライト粒度の下限値を扁１０とした。また
硬質組織であるベイナイトあるいはマルテンサイトの発
生は靭性および冷間加工性を劣化させるため、フェライ
ト−パーライト組織であることとした。

ここで、フェライト粒度はＪＩＳ　Ｇ　０５５２　箇比
較法に準じ測定した粒度番号であシ、フェライト分率は
光学顕微鏡機能を備えた画像解析装置（商品名：日本レ
ギュレーター株式会社製のＬＵＺＥＸ５００　）でパー
ライト組織と混在しているフェライト組織占有量を測定
し表わす。

圧延および冷却条件について以下にのべる。加熱温度は
特に限定しないが、■を鋼中に固溶させ所定の効果を出
させることが重要であシ、■添加鋼で一般に適用されて
いる１０００℃以上、望ましくは１０５００以上とすべ
きである。

最終仕上げ圧延温度を６５０〜８００℃としたのは、前
記のフェライト分率を増加させる特定温度範囲にあたシ
、本発明の成分の鋼では６５０℃未満では二相域圧延に
かかるため靭性は逆に低下し、８００℃を越えるとフェ
ライト分率増加の効果は急に小さくなるためである。

さらに圧延後の冷却速度であるが、前記のように本発明
鋼はフェライト−パーライト組織であることが重要であ
シ、ベイナイトあるいはマルテンサイトが析出すると靭
性を劣化させることから、ベイナイトあるいはマルテン
サイトの析出を阻止すべぐ２゜Ｏ℃／Ｂｅｃ以下とした
。

（実施例） 以下に本発明の実施例をもって説明する。

実施例−（Ａ） 第１表に供試材の成分を示す。供試材はすべて転炉で溶
製しＲＨ処理後連続鋳造によシ鋳造したもので、１２０
ｍ角鋼片から３０ｍ丸棒鋼に圧延した。供試材は圧延ま
まあるいは熱処理を施された後、引張試験および常温で
のシャルピーＵノツチ伽撃試験によシ評価された。第２
表にこれらの結果を示す。番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。同表にさらに
フェライト粒度および含有炭素量に応じたフェライト分
率の目標値とその実測値も併せ示した。なお比較例１１
および１２は調質鋼として一般に使用されているＪＩＳ
　５４５ＣおよびＳＣＭ　４３５規格鋼であシ熱処理方
法はＪＩＳ　Ｇ４０５１および４１０５を参考とした。

本発明の実施例■、■、■、■、■、■はいずれも圧延
ままで７０〜９０ｋｇｆ／−の強度とともに１８　ｋｇ
ｆ−ｍ／ａｒｔ２以上の衝撃値を達成している。

比較例５は従来非調質鋼の圧延条件であシ、仕上げ温度
が高いためフェライト結晶粒が大きいとともにフェライ
ト分率が小さく、靭性が劣化している。比較例８はＶの
添加がないため、同じく比較例９はＮ過多のため、靭性
が劣化している。比較Ｎ施例１０は炭素当量過多のため
、強度が過大で冷間加工に向かない。

第２表には本発明の実施例■、■、■、■、■。

■に関して減面率１５％の冷間引き抜きを行なった場合
の冷間加工材の強度と靭性を併せて示しであるが、いず
れも９０　ｋｇｆ／ｍｍ２以上の強度とともＩｃ　１２
　ｋｇｆ−ｍ７ｃｍ”以上の衝撃値を確保している。

これを比較例１１および１２である５４５ＣおよびＳＣ
Ｍ４３５調質鋼と比較すると、本発明鋼は８４５Ｃ調質
鋼と比較して強度靭性いずれも高（、８０Ｍ４３５調質
銅と比較すると強度は低いが靭性はほぼ同等であシ、従
来これら調質鋼で製造されてきた機械構造用部品の非調
質化が可能であることがわかる。

第１図は本発明鋼の代表例として実施例■の圧延まま材
の組織を示す顕微鏡写真を示し、そのフェライト粒度お
よびフェライト分率を示したものである。第２図は前記
供試材記号Ｃを用いた場合の圧延最終仕上げ温度とフェ
ライト粒度、フェライト分率および圧延まま材の引張強
度、衝撃値の関係す例を示す図である。本発明である最
終仕上げ温度６５０〜８００℃の範囲でフェライト分率
は急激に増加するとともにフェライト粒は微細となり、
それによシ衝撃値は急激に向上するが強度の低下はほと
んどなく、この実施例の目的の強度７０〜９０　ｋｇｆ
／ｍ”　、衝撃値１５　ｋｇｆ−ｍ７２以上の材質が圧
延ままで得られる。

なお、第１図、第２図のフェライト粒度測定及びフェラ
イト分率測定は、前記した方法で行なった。

実施例−（Ｂ） 第３表に供試材の成分を示す。供試材はすべて転炉で溶
製しＲＨ処理後連続鋳造によシ鋳造したもので、１２０
−角鋼片から３０−丸棒鋼に圧延した。供試材は圧延ま
まあるいは熱処理を施された後、引張試験および常温で
のシャルピーＵノツチ衝撃試験によシ評価された。第２
表にこれらの結果を示す。番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。同表にさらに
７工２イト粒度および含有炭素量に応じたフェライト分
率の目標値とその実測値も併せ示した。なお比較例１０
および１１は調質鋼として一般に使用されているＪＩＳ
　５４５Ｃおよび８０Ｍ４４０規格鋼であシ熱処理方法
はＪＩＳＧ４０５１および４１０５　を参考とした。

この実施例■、■、■、■、■はいずれも圧延ままで９
０　ｋｇｆ／ｍｍ２以上の強度とともに１５　ｋｇｆｍ
Ａ−Ｉｒｉ２以上の衝撃値を達成している。比較例４は
従来非調質鋼の圧延秦件であシ、仕上げ温度が高いため
フェライト結晶粒が大きいとともにフェライト分率が小
さく、靭性が劣化している。比較例７はＶの添加がない
ため、同じく比較例８はＮ過多のため、靭性が劣化して
いる。比較寒施例９は炭素滴量過小のため、強度が不足
している。比較彎掬例１゜オヨヒ１１ハ５４５Ｃオヨヒ
ＳＣＭ４４０ｖ！４質１１１テアルが、本発明鋼は８４
５Ｃ調質鋼と比較して強度靭性いずれも高く、８０Ｍ４
４０調質鋼と比較すると強度は低いが靭性は同等以上で
ある。

第３図は本発明鋼の代表例として実施例■の圧延まま材
の組織を示す顕微鏡写真を示し、そのフェライト粒度お
よびフェライト分率を示したものである。

第４図は前記供試材記号Ｂを用いた場合の圧延最終仕上
げ温度とフェライト粒度、フェライト分率および圧延ま
ま材の引張強度、衝撃値の関係根側を示す図である。本
発明である最終仕上げ温度６５０〜８００℃の範囲でフ
ェライト分率は急激に増加するとともにフェライト粒は
微細となシ、それによシ衝撃値は急激に向上するが強度
の低下はほとんどなく、この実施例の目的の強度９０ｋ
ｇｆ／ｍ２以上、衝撃値ｉ　ｓ　ｋｇｆ’／ｉ以上の材
質が圧延ままで得られる。

明耐（Ｌ、の１３”　＋、Ｅ’：：”：′：ｆ、に変更
なし）なお、第３図、第４図のフェライト粒度測定及び
フェライト分率測定は、前記した方法で行なった。

（発明の効果） 以上に説明したように本発明は鋼材成分・金属組織およ
び圧延方法を限定することにより、従来の中炭素非調質
棒鋼に見られた低靭性という問題を解決し、冷間加工性
のために７０　ｋｇｆ　／■２以上の強度とするととも
に衝撃値が１５ｋｐｆ−■揖２以上という優れた靭性を
有する中炭素非調質棒鋼およびその製造方法を確立した
工業的に極めて価値の高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例（Ａ）−■鋼の金属組織を示す
顕微鏡写真。 第２図は圧延最終仕上げ温度とフェライト粒度、フェラ
イト分率および圧延まま材の引張強度、衝撃値の関係を
示す図、 第３図は本発明の実施例（ロ）−■の鋼の金属組織明Ｍ
Ｊｖの？Φ刀（内容に変更なし） 金示す顕微鏡写真、 第４図は圧延最終仕上げ諷度とフェライト粒度、フェラ
イト分率および圧延まま材の引張強度、衝撃値の関係を
示す図である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ０．３０〜０．５５％、 Ｓｉ０．３０％以下、 Ｍｎ０．６０〜２．００％、 Ｖ０．０６〜０．３０％、 ｓｏｌ−Ａｌ０．０２０〜０．０６０％、 Ｎ０．００２０〜０．００７０％ を含有し、 さらに％Ｃ＋％Ｓｉ／７＋％Ｍｎ／５＋％Ｃｒ／９＋％
   Ｖの値が０．６０以上の成分で、同時にフェライト粒度
   がＮｏ．１０以上でかつフェライト分率が含有炭素量（
   ％Ｃ）に応じて０．５−０．６３×（％Ｃ）以上である
   フェライト−パーライト組織を有することを特徴とする
   、引張強度が７０ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上でかつ常温での
   シャルピー衝撃値が１５ｋｇｆｍ／ｃｍ＾２以上である
   靭性の優れた非調質棒 。
2. （２）Ｃ０．３０〜０．５０％、 Ｓｉ０．３０％以下、 Ｍｎ０．６０〜２．００％、 Ｖ０．０６〜０．３０％、 ｓｏｌ−Ａｌ０．０２０〜０．０６０％、 Ｎ０．００２０〜０．００７０％ を含有し、 さらに％Ｃ＋％Ｓｉ／７＋％Ｍｎ／５＋％Ｃｒ／９＋％
   Ｖの値が０．６０〜０．９０未満からなる成分で、引張
   強度が７０〜９０ｋｇｆ／ｍｍ＾２でかつ常温でのシャ
   ルピー衝撃値が１８ｋｇｆｍ／ｃｍ＾２以上であること
   を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の靭性およ
   び冷間加工性の優れた非調質棒鋼。
3. （３）Ｃ０．３５〜０．５５％、 Ｓｉ０．３０％以下、 Ｍｎ０．６０〜２．００％、 Ｖ０．０６〜０．３０％、 ｓｏｌ−Ａｌ０．０２０〜０．０６０％、 Ｎ０．００２０〜０．００７０％ を含有し、 さらに％Ｃ＋％Ｓｉ／７＋％Ｍｎ／５＋％Ｃｒ／９＋％
   Ｖの値が０．９０以上である成分から成り、引張強度が
   ９０ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上でかつ常温でのシャルピー衝
   撃値が１５ｋｇｆｍ／ｃｍ＾２以上であることを特徴と
   する特許請求の範囲第（１）項記載の靭性の優れた非調
   質棒鋼。
4. （４）Ｃ０．３０〜０．５５％、 Ｓｉ０．３０％以下、 Ｍｎ０．６０〜２．００％、 Ｖ０．０６〜０．３０％、 ｓｏｌ−Ａｌ０．０２０〜０．０６０％、 Ｎ０．００２０〜０．００７０％ を含有し、 さらに％Ｃ＋％Ｓｉ／７＋％Ｍｎ／５＋％Ｃｒ／９＋％
   Ｖの値が０．６０以上の成分を有する鋼片を加熱し、つ
   づく熱間圧延において最終仕上げ温度を６５０〜８００
   ℃で行い、圧延後５００℃までを２．０℃／ｓｅｃ以下
   の冷却速度で冷却し、冷却後の金属組織をフェライト粒
   度がＮｏ．１０以上でかつフェライト分率が含有炭素量
   （％Ｃ）に応じて０．５−０．６３×（％Ｃ）以上であ
   るフェライト−パーライト組織とすることを特徴とする
   、圧延ままで引張強度が７０ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上でか
   つ常温でのシャルピー衝撃値が１５ｋｇｆ・ｍ／ｃｍ＾
   ２以上である靭性および冷間加工性の優れた非調質棒鋼
   の製造方法。
5. （５）Ｃ０．３０〜０．５０％、 Ｓｉ０．３０％以下、 Ｍｎ０．６０〜２．００％、 Ｖ０．０６〜０．３０％、 ｓｏｌ−Ａｌ０．０２０〜０．０６０％、 Ｎ０．００２０〜０．００７０％ を含有し、 さらに％Ｃ＋％Ｓｉ／７＋％Ｍｎ／５＋％Ｃｒ／９＋％
   Ｖの値が０．６０〜０．９０未満からなる成分を有する
   鋼片を処理する圧延ままで引張強度が７０〜９０ｋｇｆ
   ／ｍｍ＾２でかつ常温でのシャルピー衝撃値が１８ｋｇ
   ｆ・ｍ／ｃｍ＾２以上であることを特徴とする特許請求
   の範囲第（４）項記載の靭性のおよび冷間加工性の優れ
   た非調質棒鋼の製造方法。
6. （６）Ｃ０．３５〜０．５５％、 Ｓｉ０．３０％以下、 Ｍｎ０．６０〜２．００％、 Ｖ０．０６〜０．３０％、 ｓｏｌ−Ａｌ０．０２０〜０．０６０％、 Ｎ０．００２０〜０．００７０％ を含有し、 さらに％Ｃ＋％Ｓｉ／７＋％Ｍｎ／５＋％Ｃｒ／９＋％
   Ｖの値が０．９０以上である成分を有する鋼片を処理す
   る圧延ままで引張 強度が９０ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上でかつ常温でのシャル
   ピー衝撃値が１５ｋｇｆｍ／ｃｍ＾２以上であることを
   特徴とする特許請求の範囲第（４）項記載の靭性の優れ
   た非調質棒鋼の製造方法。