JPS62205245A

JPS62205245A - 熱間鍛造用非調質鋼

Info

Publication number: JPS62205245A
Application number: JP4686286A
Authority: JP
Inventors: Kazue Nomura; 一衛野村
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 1986-03-04
Filing date: 1986-03-04
Publication date: 1987-09-09
Anticipated expiration: 2009-03-23
Also published as: JPH0621319B2

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、熱間Ｒ道後、焼入れ焼もどし等の熱処理を行
なわずに製造される機械Ｍ４造用の熱間鍛造用非調質鋼
にＯＱするものである。本発明は、特に、高強度と高靭
性が要求される自ａｍ用ステアリングナックル、ナック
ルアーム答の機械構造部品に適したものである。

［従来の技術］従来、ステアリングナックル等の自動車の足廻り部品に
使用されている鋼は、４強度および高靭性が！！！請さ
れる。そのため、炭ｊｌｉｍ（８４５Ｇ）あるいＧ、ｔ
　Ｃｒ鋼やＣｒ−ＭＯ鋼等の中炭素低合金鋼（ＳＣｒ４
４０．３０Ｍ４４０等）を熱間でプレス、ハンマー等に
より成形加工した後に、高強度高靭性を持たせるＩＣめ
に、焼入れ、焼もどし等の熱処理が行なわれている。し
かしこれらの熱処理を行なわないで６３めば、大幅なコ
ス１へ低減が図れると共に、省エネルギー等の社会的要
請にこたえることもでさ・る。このような意味から熱間
鍛造のままで使用することのでき焼入れ、焼もどし等の
熱処理を必要としない非調質鋼の開発が近年強く波望さ
れている。

そこで現在上記熱処理を行なわないで熱間鍛造のままで
使用できる熱闘鍛造用非調７１鋼の研究が盛んに試みら
れている。例えばＣを０．３０〜０゜５０％含有ブる中
炭素鋼にＶを添加した非調質鋼が提案されている。この
非調質鋼では、熱間鍛造された後に冷に１されると、■
の炭窒化物が析出し、■の炭窒化物がフェライト生地を
強化させることとなる。この強化作用によって、上記熱
処理を行なうことなく、熱間鍛造するのみで、強度を持
たせることができる。

［発明が解決しようとりる問題点］しかしながら、上記提案された熱間鍛造のままで使用す
る非調質鋼では、熱間鍛造が１１１０℃以−１−という
高調ｊ：”　４７　’：にわれイ）ことと、熱間鍜）へ
後の冷月１速度が遅いことしあり、組人４Ｉ：−ノエラ
イ１−とパーライト・との混合組織どなり、強度にを充
分確保しうるしのの靭性が低く、ぞのため自動車用ステ
アリングノ−ツクル等のように高強度および高靭性の双
方を必要とする機械構造部品と（）てＬη犀（）ｊｌｌ
るものではなかった。

Ｆ問題点を解決４るための手段１本発明ｔ、ｔ；　を記した実１ｎを鑑みなされたしのて
゛あり、その目的（ま、熱間鍛造のままで焼入れ焼らど
し処理することなく、熱間鍛造後焼入れ焼しどじ処理し
た中炭素低合金鋼と同等もしくは同等以上の強度および
靭性を確保し１ｑる熱間鍛造用非調質鋼を提供するにあ
る。

水元町名は上記目的の下に熱ｍ鍛造用非調質鋼について
鋭息研先した結果、第１に、靭性を向トさせるために低
炭素化すること、第２に、焼入れ性を向上させベイトナ
イト生成作用を持つＭｎｆｆ１を高めかつＭＯを添加す
ることにより、焼入れ廿を高め、熱間鍛造用非調質鋼の
組織を７１ライ１〜どベイトナイトとの混合組織、又は
ベイトナイト単独組織にすること、第３に、微細なＶ炭
窒化物を上記組織に析出させれば析出硬化を期待できる
ことにより、従来の非調質鋼に比べて高い靭性を有し、
熱間鍛造のままで、上記した従来の中炭素低合金鋼と同
等若しくは同等以上の強度および靭性を確保し得ること
を知見した。

本発明はこの知見に基づきなされたものである。

即ち本発明にかかる熱ｍ鍛造用非調質鋼は、１串％で、
Ｃ：０．１０〜０．２５％、Ｓ＋：Ｏ。

１０〜０．５０％、Ｍｎ：１．０〜２．５％、Ｍｏ　：
　０．１０−０．５０％、Ｖ：０．０５〜０゜３０％、
Ａｌ：０．０５％以下を含み、残りは実質的にＦｅより
なる鋼で、前記鋼を熱１ｊｊ鍛造した後、冷部すること
により、）Ｅライ１へとベイナイ１−との混合組織もし
くはベイナイト単独組織が形成されてなることを特徴と
するらのである。

また、本発明にかかる熱間鍛造用非調質鋼Ｒ鋼は、Ｓ　
：　０．０４〜０．１０％、Ｐｂ　：０．０５〜０゜３
０％のなかから選ばれる少なくと６１種を含イーＮづ“
ることし好ましい。このように含イｉ　′１Ｊ−れば、
熱間ｗ２造川非調質鋼の被削１１が向上し、切削が行な
われやＪいＩ械構造用鋼として適する。

次に本発明にかかる熱間鍛造用非調質鋼の成分組成を限
定する理由を説明する。

Ｃは強度を確保するために必要な元素であり０６１０％
未満であると、強度が不足する。又Ｃが０゜２５％を越
えると靭性が低下する。ＳｉＧ；ｊ脱酸補助剤として添
加されたしのであり、０．１０％は必要であり、又、０
．５０％を越えると′ｆＪＪ竹が低下でる。Ｍ　ｒｌは
焼入れ性を向−卜させて組織をベイナイト化づ“るのに
必要であり、１．０％未満であると焼入れ竹が不足しベ
イブイ１−の生成が難しくくＴす、強度が不足し、２．
５％を越えると焼入れ性が向上し過ぎてマルテンサイト
が生成され、靭性が低下する。ＭＯは組織をベイティ１
〜化するのに必要であり、又は時ダＪ硬化のためにも必
冴であり、０．１０％未満であるとベイトナイト化が不
充分となり、又、ＭＯはｔめて高価であり０．５０％を
越えるとロス１−高どなるからである。ｔよ熱間鍛造用
非調質鋼の基本元素であり、■の炭素窒素化物を形成し
て強度を確保するために０．０５％は必要であり、０．
３０％を越えるとコスト高となるからである。Ａ１は脱
酸剤として必要であるが、０．０５％よりも多いと靭性
を低下させる。

Ｓは被削性を改！！するので機械構造鋼としては０゜０
４〜０．１０％含有するのが好ましい。０．０４％未満
では被削性が不足し、０．１０％を越えると靭性が低下
する。又、Ｐｂは被削性を改善するのに０．０５〜０．
３０％含有するのが好ましく、０．０５％未満では被剛
性が不足し、０．３０％を越えると改善効果の向上が少
ないからである。

［発明の効果］本発明にかかる熱間鍛造用非調質鋼では、低炭素含有昂
であり、更にＭＯ及びＭｎにより焼入れ性が向上するた
め熱間鍛造後の自然冷却もしくはｖｆＪ風冷ｆＪＩのま
まで、組織はベイナイト単独組織、又はフェライトとベ
イナイトとの混合組織となり、そのため高い靭性を確保
できる。フェライトとベイナイ］−との混合組織となる
場合には、ベイナイ１〜は多いほうがこのましく、面積
率で５０〜１００％であることが好ましい。

本発明にかかる熱間鍛造用非調質鋼ぐは、■の炭窒化物
（ＶＮ、■Ｃなど）が上記したベイナイト単独組ｍ又は
フェライトとベイナイトとの混合組織に析出するため、
析出硬化により組織を強化するため高靭性と高強度を確
保しつる。

また１本発明にかかる熱間ｒｉＡ造用非調質鋼では、軟
窒化処理した場合に、軟窒化性がよく、λｒｆ　ｆｆ、
’ｉ間で深い軟窒化層を得ることができる。軟窒化性が
よい理由は、ＶはＮと強力な親和性を有するために、軟
窒化処理時にＮの鋼中への侵入を助長し、かつＶ窒化物
の生成により高い表面硬１（Ｉを（９ることができるた
めである。

ところで、一般に鋼は硬さが低い程、機械加工性が良好
であるが、強度は低くなるのが欠点である。この点本発
明にかかる熱間鍛造用非調質鋼銅では、時効処理（例え
ば軟窒化処理）により１、芯部硬さが上昇し、強度が一
層向上する。従って、軟窒化処理等の熱処理を行なう前
に切削等の機械加工を行ない、機械加工後に軟窒化処理
等の熱処理を行なえば時効硬化するため、機械加工性を
良好にしつつ強度も確保しうる。

［実施例］次に、本発明にかかる熱間鍛造用非調質鋼の特徴を従来
鋼、比較鋼と比べて実施例でもって明らかにする。本実
施例では、５Ｑｍｍ直径の棒鋼を１−２５０℃に加熱し
た後、約１１００℃で熱間鍛造を行い、これにより３０
ｍｍ直径の棒鋼を形成し、その後自然冷ｕｌ　Ｌ、た。

この棒鋼から引張試験片ＬＪＩＳ４号）オヨヒ衝撃試験
片（Ｊ　１８３号）を作製した。そして本発明ｍ（Ｎｏ
、１〜Ｎ０゜６）の試験片について、０．２％耐力、引
張り強さ、伸び、衝撃ｆｆｌ　、成分組成ならびにミク
ロ＃１織を調べ、これを表に示１゛。

表にしめすようにＮ０１１〜Ｎ０１６にかかる本発明鋼
の化学組成は、Ｃが０．１０〜０．２５％の範囲であり
、低炭糸化がはかられており、ベイナイト化促進作用を
もつＭｎが１．０〜２．５％の範囲であり、１同じくベ
イナイト化促進作用をもつＭＯが０．１０へ−０，５０
％の範囲である。

また、比較ｍ（ＮＯ，７〜Ｎｏ、１０）および従来鋼（
ＮＯ３１１〜Ｎｏ、１２）についても同様に引張試験片
および衝撃試験片を作製し、０゜２％耐力、引張り強さ
、伸び、ＷＪ撃値、ミクロ組織を調べ、これを表に示す
。なお、比較鋼は、本発明鋼と成分組成が異なるものを
１本発明鋼と同様に約１２５０℃に加熱した後約１１０
０℃で熱間鍛造を行い、これにより３０ｍｍ直径の棒鋼
に形成し、その後自然冷却して形成した。比較鋼として
のＮ０９７はＭＯが含まれておらず、Ｎ０１８はＧ　ｌ
ｆｉ　０６３１％と多く、Ｎｏ、９はＭｎが２゜７５％
と多く、Ｎｏ、１０は前述した中炭素鋼にＶを添加した
非調質鋼であり、Ｃ／ｆｉ０．４５％と多く、かつＭＯ
が含まれていない点が主な相違点である。従来鋼として
のＮｏ、１１は、炭＊ｍ５４５Ｃの組成であり、本発明
鋼と同じ条件で熱間鍛造して３０ｍｍ直径の棒鋼を形成
した後、８６０℃で４０分間加熱し、その状態から油冷
（焼入れ）し、さらに焼きもどし、のために５８０℃で
９０分間加熱しこの状態から水冷して形成した。Ｎｏ、
１１の組織は不完全焼入れ焼きもどし組織である。また
、従来鋼としてのＮＯ，ｉ２は、８０Ｍ４４０の組成で
あり、本発明と同じ条件で熱間鍛造して３０ｍｍ直径の
棒鋼を形成した後、８５０℃で４０分間加熱し、その状
態から油冷（焼入れ）し、さらに焼き戻しのために６５
０　”Ｃで９０分間加熱してこの状態から油冷したもの
である。

Ｎｏ、１２の組織は、完全焼入れ焼きもどし組織である
。

表に示すように本発明鋼Ｎｏ、１〜Ｎｏ、６はベイナイ
ト率が９０％以上となったフェライトとベイナイトとの
混合組織、又は、ベイナイト単独Ｉ］織であり、低炭素
のためパーライトは生じておらず、又、引張り強さは７
０ｋｇｆ／ｍｍ２を確保し高強度であり、かつその衝撃
値は９．８〜１８、Ｉｋｇｆ／ｃｍ２である。故に本発
明＆１Ｉ（ＮＯ，１〜Ｎｏ、６）は、比較鋼Ｎｏ、７〜
Ｎｏ。

１０（ｍ撃値０．７〜９．８ｋｇｆｍ／ｃｍ”　。

引張り強さ６０ｋＯｆ／ｍｍＺ以上）にくらべ衝撃直が
高く、したがって本発明鋼は高強度と靭性にずぐれてい
ることがわかる。なお、比較鋼としてのＮｏ、９は、引
張り強さは１３０．５ｋｇｆ／　ｍ　ｒｎ　２と高いが
、衝撃値が０．７ｋｇｆｍ／ｃｍ２と著しく低い。又、
比較鋼としてのＮ０８８は、ベイナイト単独組織となり
引張り強さ９８゜８ｋｏｆ／ｍｍｚを確保するものの、
０％が高いため衝撃値が５．ｌｋｑｆｍ／ｃｍ２と低い
。又、比較鋼としてのＮ００７は、衝撃値が９．８ｋｇ
ｆ″ｍ／Ｃｍ２を確保しうるものの、引張り強さが６５
．１ｋｇｆｍ／ｍｍ２と低い。

また従来鋼としてのＮｏ、１１では、引張り強さ番よ７
８．０ｋｏｆ／ｍｍ２　、　衝撃値９．５ｋｇｆ’ｍ／
Ｃｍ”　であり、又Ｎ０．１２では、引張り強さ８５．
１ｋｇｆ／ｍｒｒｒ２　、　衝撃値１７．３ｋＧ　ｆ　
ＩＴＩ　／　Ｇ　ｒｒｌ　２である。故に、本発明鋼（
Ｎｏ。

１〜Ｎｏ、６）は、焼入れ、焼きもどしといった熱処理
を施した従来鋼（Ｎｏ、１１およびＮ０９１２）と同等
の引張り強さおよび衝撃値、即ち強度および靭性を持つ
ことがわかる。

また、本発明鋼および従来鋼について、Ｎ２：Ｈ１＝１
：１のガス組成の条件の６とで５７０℃で５Ｒ間軟窒化
処理を行い、窒化層の深さを測定し、その結果を第１図
に示した。第１図に示すように本発明鋼では窒化層は従
来鋼（ＮＯ，，１１およびＮＯ，１２）に比較して硬さ
く０．０２ｍｍ深さ）はＨｖ５００〜５４０であり硬く
、また窒化層の深さも０．１〜０．２ｍｍと深い。従っ
て本発明鋼は窒化されやすいものである。さらに上記軟
窒化処理後の芯部の硬さを測定し、その結果を第２図に
示す。第２図に示すように本発明鋼（Ｎｏ、１、Ｎｏ、
２、Ｎｏ、４）ｔ’Ｇ；を軟窒化処］！Ｉ！１１２の芯
部の硬さは、軟窒化処理前に比べて向、トしているが、
従来鋼（Ｎｏ、１１およびＮ００１２）では軟窒化処理
前Ｉ前と軟窒化処理後とでは芯部の硬さはほとんど変ら
ない。従って、軟窒化処理を施こせば、本発明鋼では強
度は一層向上するものである。また、時効温度（５時間
保持）を種々変化さＶて、その時効温度と硬さとの関係
について測定し、その結果を第３図に示す。第３図に示
づ°ように硬さは従来鋼では一定であるが、本発明鋼（
Ｎｏ、１＞では時効温度６００℃程度で硬さが急激に上
昇する。その理由は固溶状態のＭＯ１■が時効により微
妙なＭＯ１■の炭窒化物として析出し、強度が向上する
ためである。

ここで、一般に鋼は硬さが低い程、切削性等の機械加工
性が良好であるが、強度は低くなるのが欠点である。例
えば第３図においで本発明鋼（ＮＯ６１）は従来鋼（Ｎ
ｏ、１２）より硬さが低いだめ、切削性等の機械加］：
性が良好である。また本発明鋼では時効処理（例えば軟
窒化処理）により、芯部硬さが上昇し、本発明は従来鋼
と、同等又は同等以上の強度を有することとなる。従っ
て本発明鋼では軟窒化処理等の熱処理を行なう前に切削
等の機械加工を行ない、機械加工後に軟窒化処理を行な
えば、軟窒化処理と併μて必然的に時効処理が行なわれ
るため、本発明鋼は機械加工性が良好でかつ高強度であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は窒化層の硬さ分布を示すグラフ、第２図は軟窒
化処理による芯部硬さの変化を示すグラフ、第３図は時
効温度と硬さの関係を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％で、Ｃ：０．１０〜０．２５％、Ｓｉ：０
．１０〜０．５０％、Ｍｎ：１．０〜２．５％、Ｍｏ：
０．１０〜０．５０％、Ｖ：０．０５〜０．３０％、Ａ
ｌ：０．０５％以下を含み、残りは実質的にＦｅよりな
る鋼で、前記鋼を熱間鍛造した後、冷却することにより
、フェライトとベイナイトとの混合組織もしくはベイナ
イト単独組織が形成されてなることを特徴とする熱間鍛
造用非調質鋼。
（２）重量％で、Ｃ：０．１０〜０．２５％、Ｓｉ：０
．１０〜０．５０％、Ｍｎ：１．０〜２．５％、Ｍｏ：
０．１０〜０／５０％、Ｖ：０．０５〜０．３０％、Ａ
ｌ：０．０５％以下を含み、更に、Ｓ：０．０４〜０．
１０％、Ｐｂ：０．０５〜０．３０％のなかから選ばれ
る少なくとも１種を含み、残りは実質的にＦｅよりなる
鋼で、前記鋼を熱間鍛造した後、冷却することにより、
フェライトとベイナイトとの混合組織もしくはベイナイ
ト単独組織が形成されてなることを特徴とする熱間鍛造
用非調質鋼。