JPS62253725A - 高靭性熱間鍛造用非調質棒鋼の製造方法 - 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、高い靭性を有する熱間鍛造用の非調質棒鋼の
製造方法に関するものである。

自動車あるいは産業機械用の機械部品は、機械構造用炭
素鋼等を所定の形状に熱間鍛造により成型加工後、焼入
・焼戻処理（調質熱処理）と切削加工により製造される
ことが多い。この製造工程において、熱間鍛造後の熱処
理を省略することにより、多大の省エネルギー、コスト
低減という工業的な利益を享受することができる。本発
明は。

この熱間鍛造後の熱処理を省略しても高い靭性を確保で
きる高靭性の熱間鍛造用の非調質棒鋼の製造方法に関す
るものである。

［従来の技術］ 上述の熱間鍛造後の熱処理を省略するため、機械構造用
炭素鋼等にＶ、Ｎｂ等の元素を少量添加した、いわゆる
マイクロアロイ型の非調質鋼が知られている。しかしこ
の種の非調質鋼の熱間鍛造ままの金属組織は、著しく結
晶粒の粗大化したフェライト・パーライト組織であり、
得られる非調質鍛造部品の靭性は極めて低く、従って適
用できる範囲は、エンジン部品等の高い靭性を必要とし
ない分野に限られており、足回り部品等の重要な部品へ
は適用できないというのが実状であった。。

この欠点を解消するため少量のＴｉを添加し結晶粒の粗
大化を防止し靭性の改善を図ることが提案されているが
（例えば特開昭５６−３８４４８）、その効果は必ずし
も安定したものではなく万全の対策とはなっていないの
が実状である。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上述の機械部品製造工程において、熱間鍛造後
の熱処理を省略しても、常に安定して高い靭性が得られ
る熱間鍛造用非調質棒鋼の製造方法に関するものである
。

［問題点を解決するための手段］ 本発明者らは上記の問題点を解決するため種々研究を重
ね本発明を完成した。即ち本発明はＣｅｑ、＝Ｃ％＋１
／７ＸＳｊ％＋１／５×Ｍｎ％＋１／９×Ｃｒ％＋１．
５４×Ｖ％ 上式で示されるＣｅｑ、が０．７０〜１．１５の範囲で
且つＣ：０．２０〜０．５０％、Ｓｉ：０．１０〜１．
００％、Ｍｎ：　０．６０〜２．００％、　Ｃｒ：０．
１０〜１．００％、Ｖ：　０．０３〜０．０５０用 ０．０２０　　％、　　Ａｌ　　：　　０．００５〜０
．０５０　　％を含み残りは実質的に不可避の不純物と
Ｆｅよりなる鋼を通常の方法で溶製し、連続鋳造により
、凝固点から１０００℃までの温度範囲を２０℃／ｍｉ
ｎ以上の冷却速度となるような条件で鋳片に鋳造冷却し
、その後、分塊圧延をすることなく、直径１００ｍｍ以
下の棒鋼に圧延することを特徴とする高靭性の熱間鍛造
用非ｉｌ質棒鋼の製造方法である。

本発明のポイントは、特定の範囲内に制限した化学成分
を有する溶鋼を鋳造する際、凝固後の冷却速度を大きく
とり且つその後分塊圧延をすることなく棒鋼に圧延する
ことにより、熱間鍛造の加熱時に生じる結晶粒の粗大化
を防止し、熱鍛まま使用する非調質鍛造部品において高
い靭性が安定して得られることを見出したことである。

本発明者らは次のような実験を行った。即ち０゜２５％
Ｃ，０，３３％Ｓｉ、１．４５％Ｍｎ、０．１２％Ｖ、
０．３５％Ｃｒ、０．０１９％ｐ、ｏ、ｏ。

２０％Ｓ、０．０１５％Ｔｉ、０．００６６％Ｎ。

０．０２２％Ａｌを含み（Ｃａｑ＝０．８１）残りは実
質不可避の不純物とＦｅよりなる鋼を真空溶解炉により
溶製した後、１０Ｋｇの鋼塊に鋳造した。鋳造する鋳型
は各種のものを準備して。

ｌｌｌ後後第１図は第２図に表示のごとく種々の冷却速
度で鋳造した。

得られた鋼塊は１２００℃に加熱後直径３０ｍ＠の丸棒
に鍛造した。この丸棒を１２５０℃で２０分加熱後、一
つは水冷し他は大気中で自然冷却を行った。

水冷を行った試験片より頴＊鏡観祭用試験片を採取し旧
オーステナイト結晶粒度を測定した。一方自然冷却は熱
間鍛造非調質鋼としての使われ方のシュミレーション試
験を行ったもので、冷却後の丸棒の長手方向に平行にＪ
Ｉ３３号衝撃試験片を採取し種々の温度で衝撃試験を行
った。

第１図に鋼の凝固点から１０００℃の間の平均冷却速度
と、再加熱後の旧オーステナイト結晶粒度の関係、また
第２図に同じく衝撃値との関係を示す。これらの図から
鋼の凝固後の冷却速度を２０℃／ｍｉｎ以上にすること
により、熱間鍛造の加熱温度域に再加熱した時の結晶粒
の粗大化が防止されその結果高い靭性が得られることが
わかった。

工業的に凝固点から１０００℃の温度範囲を２０℃／ｍ
ｉｎ以上の冷却速度で冷却するためには、連続鋳造法を
採用し、且つ鋳造の鋳型の断面の大きさをほぼ２５０Ｘ
２５０ｍｍ以下にすればよい。

更に本発明者等は凝固後の冷却速度を大きくするだけで
は不十分で、鋳造冷却後、分塊圧延をすることなく製品
圧延すなわち棒鋼圧延をする必要があることを見出した
。即ち０．４５％Ｃ，Ｏ。

２２％Ｓｉ、１．１０％Ｍｎ、０．１１％Ｖ、０．３３
％Ｃｒ、０．０１６％Ｐ、０．００２５％Ｓ、０゜０１
３％Ｔｉ、０．００８８％Ｎ、０．０２８％Ａｌを含み
（Ｃｅｑ：０．９１）残りは実質不可避の不純物とＦｅ
よりなる鋼を転炉で溶製し、連続鋳造により直径１８０
ｍｍの丸型鋼片を製造し冷却した。この際凝固点から１
０００℃の範囲の冷却速度は３９℃／ｍｉｎとした。こ
の鋼片から直ちに熱間棒鋼圧延により直径５０ｍｍの棒
鋼としたものと（Ａ工程）、鋼片を一度１２０Ｘ１２０
ｍｍの断面に熱間で分塊圧延し冷却したのち改めて熱間
棒鋼圧延により直径５０ＩＩＩ１１の棒鋼としたもの（
Ｂ工程）とを製造した。この２種類の棒鋼を１２５０℃
の温度に２０分加熱後大気中で冷却し、冷却後、丸鋼の
長手方向に平行にＪＩ８３号衝撃試験片を採取し、衝撃
値、金属組織を検討した。

その結果は第１表に示すごとく、鋼片を直ちに棒鋼に圧
延したもののほうが分塊圧延工程を経たものに比べ再加
熱後の結晶粒は細かく、靭性も高い値をしめすことが判
明した。

前述したごとく、従来熱間鍛造用非調質鋼の靭第　　１
　　表　　製造工程と材質特性性向上のため、少量のＴ
１を添加する方法が提案されていたが、その効果が安定
して得られなかった。これは鋳造後の冷却速度がコント
ロールされておらず、大型鋼塊法で製造したり、あるい
は連続鋳造方法を採用し比較的、断面の小さな鋳片に鋳
造しても、製品圧延に至までに一度分塊圧延を行ってい
たことなどが大きな理由であることが本発明者らの研究
結果によって明かとなった。

次にＣ：０．２０〜０．５０％、Ｓｉ：　０．１０〜１
．００％、　Ｖ　：　０．０３〜０．２０％、Ｍｎ：０
゜６０〜２．００％、Ｃｒ：　０．１０〜１．００％。

Ｔｉ：０．０１〜０．０７％、Ｎ：０．００３〜０゜０
２０％、　Ａｎ　：　０．００５〜０．０５０％を含み
残りは実質的に不可避の不純物と、Ｆｅからなる鋼を真
空溶解により溶製し、凝固後１０００℃までを５０℃／
ｍｉｎの冷却速度で冷却し鋼塊を製造した。

この鋼塊を１２００℃に加熱後熱間鍛造により直径３０
ｍｍの丸棒とした。この丸棒を１２５０℃で２０分加熱
後大気中で放冷し、その後丸棒の断面の硬さを測定した
。

硬さは第３図に示すごとく次式のＣｅｑとの関係で表さ
れることを見出した。

Ｃｅｑ、＝Ｃ％＋１／７×Ｓｉ％＋１／５×Ｍｎ％＋１
／９×Ｃｒ％＋１．５４×Ｖ％ 自動車、産業機械用の機械部品の硬さ範囲は、一般にビ
ッカース硬さで２１０から３１０の範囲であるので、Ｃ
ｅｑ、で０．７％から１．１５％の範囲で必要な硬さが
確保できることを見出して１発明を完成した。

［作用］ 以下に本発明の構成技術の作用について述べる。

Ｃは非調質鍛造品のフェライト・パーライト組織をコン
トロールすると共にＶと結びついて析出硬化し部品の強
度を高めるために必要な元素で、その量が０．２０％未
満では必要な強度を得るための合金元素の量が多くなり
不経済であり、０゜５０％を超えた場合１強度が高くな
りすぎて靭性が損われるため請求の範囲から除いた。

Ｓｉは脱酸剤として０．１０％以上必要であり、一方１
．ＯＯ％を超すと必要以上に硬くなりすぎるので１．０
０％を上限とした。

Ｍｎは脱酸及びＣ，Ｓｉ、Ｃｒと共に非調質鍛造製品の
強度を支配する元素であり、且つ鋼中のＳと結びついて
鋼の熱間加工時の脆化を防止するとともに、製品の被削
性を支配する重要な元素であり、そのため０．６０％以
上必要であり、一方２゜００％を超すと製造上の困難さ
が増大し、且つ、かえって被削性が低下するため避けな
ければならない。

Ｃｒは上述のＭｎと同様に非ＦＪＩ質鍛造製品の強度を
向上する元素で、０．１０％未満ではその効果が十分で
なく、１．００％を超して添加しても、経済的でないた
め請求の範囲からは除いた。

■は熱間鍛造後の冷却中に鋼中炭素と結びついて析出し
強度を向上せしめる元素であり、０．０３％未満ではそ
の効果は得られず、一方０．２０％を超して添加しても
、徒に硬くなり過ぎるだけであるので０．２０％を上限
とした。

Ｃ，Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖは何れも鍛造ままの非調質鍛
造製品の強度を上げる元素であり、その、添加量はＣｅ
ｑ、の式で算出した値で、０．７０以上。

１．１５以下でなければならない。これは自動車あるい
は産業機械等で使われる機械部品の硬さが、ビッカース
硬さで２１０から３１０の範囲であるため定めたもので
あり、従ってＣｅｑ、が０．７０未満では必要な硬度が
得られず、また一方Ｃｅｑ、が１．１５を超すと硬くな
りすぎるため避けなければならない。

ＴｉとＮは鋼中に窒化物を生成せしめ熱間鍛造加熱時、
鋼材の結晶粒の粗大化を防止するために必要な元素であ
る。このためのＴｉ量は０．０１％未満ではその効果が
得られず、又０．０７％を超えて添加されると却ってて
靭性が低下するので０゜０７％を上限とした。一方Ｎは
０．００３％未満では結晶粒の粗大化防止効果が得られ
ず、０．０２０％を超えると靭性が低下するので避けな
ければならない。

Ａｌは鋼の脱酸に必要で０．００５％未満では効果が得
られず、又０．０５％を超して添加してもそれ以上の効
果が得られないので請求範囲から除いた。

尚被剛性を向上せしめる必要がある場合良く知られてい
る被削性向上元素であるＳ、Ｐｂ、Ｂｉ。

Ｃａ等添加しても何等本発明の効能は損われない。

次に鋳造する際、凝固後の速度をコントロールすること
が本発明の技術上の重要なポイントの一つである。凝固
後１０００℃までの温度範囲を２０℃／１Ｉｉｎ以上の
速度で冷却しないと、鍛造ままの非調質部品の結晶粒が
粗大化し靭性が低くなるので避けなければならない。

また上記のごとき条件下で冷却を行い鋳造しても、製品
圧延前に熱間での分塊圧延工程を通すとやはり有効な結
晶粒微細化効果が得られないので避けなければならない
。

［実施例コ 以下に本発明の実施例を挙げて更に詳しく本発明を説明
する。

（１）第２表に示す化学成分を有する鋼を転炉で溶製し
、８を鋼塊（凝固後１０００℃までの平均冷却速度４℃
／ｍｉｎ）、３５０Ｘ５６０ｍａ＋断面の連鋳片（同９
℃／ｍｉｎ）　、及び１６０Ｘ１６０ｍｍ断面の連鋳片
（同４５℃／ｍｉｎ）に鋳造し冷却した。８を鋼塊およ
び３５０Ｘ５６０ｍｍの連鋳片は１６０Ｘ１６０ｍｍの
鋼片に熱間で分塊圧延後冷却し、改めて加熱し直径７０
！ＩＩ＋の棒鋼に圧延した。

又１６０Ｘ１６０ｍｍの連鋳片の一つは１２０Ｘ１２０
ｍｍの鋼片に熱間で分塊圧延し冷却後、又他方は分塊圧
延することなく加熱し直径７０ｍｍの棒鋼に圧延した。

この直径７０ｍｍの棒鋼を熱間鍛造によりトラック用の
前車軸に鍛造成型し、鍛造後大気中で自然冷却した。こ
の鍛造ままの車軸の中央部より軸方向に平行に衝撃試験
片、引張試験片等を採取し材質を検討した。その結果は
第３表に示すごとく、本発明方法による本発明例のＮ　
ｏ　４は、比較例のＮｏ１〜３に比べ車軸は高い靭性を
有していることが分かる。

（２）第４表に示す化学成分を有する鋼を転炉で溶製し
、２００Ｘ２００ｍｍ断面の連鋳片（１０００℃までの
平均冷却速度３１℃／ｍｉｎ）　、及び１６０Ｘ１６０
ｍｍ断面の連鋳片（同４７℃／ｍ１ｎ）に鋳造冷却した
。２００Ｘ２００ｍｍの連鋳片の一つは１６０Ｘ１６０
ｍ＊の鋼片に熱間で分塊圧延後冷却し、又他方は分塊圧
鋸することなく、それぞれ加熱し直径８５ｍｍの棒鋼に
圧延した。一方１６０Ｘ１６０ｍ＋ａの連鋳片は分塊圧
延することなく加熱し直径８５ｍｍの棒鋼に圧延した。

これらの直径８６ｍｍの棒鋼を熱間鍛造によりトラック
用の前車軸に鍛造成型し、鍛造後大気中で自然冷却した
。

この鍛造ままの車軸の中央部より軸方向に平行に衝撃試
験片、引張試験片等を採取し材質を調査した。結果は第
５表に示すごとく１本発明になる熱間鍛造ままの本発明
例Ｎｏ６と７は比較例のＮｏ５に比べて車軸は極めて高
い靭性を有してことが分かる。

［発明の効果］ 以上述べたごとく本発明の非調質棒鋼の製造方法は、熱
間鍛造後火気中で自然冷却することにより、従来行って
いた焼入・焼戻処理を行うことなくビッカース硬さで２
１０から３１０の範囲で、高い靭性を有する機械部品が
得られ、自動車の足回り部品等の重要保安部品に適用す
ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は凝固後１０００℃までの平均冷却速度と再加熱
後のオーステナイト結晶粒度との関係を示す図である。 第２図は凝固後１０００℃までの平均冷却速度と衝撃値
との係を示す図である。 第３図はＣｅｑ、と硬さの関係を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 下式で示されるＣｅｑ．が０．７０から１．１５の範囲
   で Ｃ：０．２０〜０．５０％ Ｓｉ：０．１０〜１．００％ Ｍｎ：０．６０〜２．００％ Ｃｒ：０．１０〜１．００％ Ｖ：０．０３〜０．２０％ Ｔｉ：０．０１〜０．０７％ Ｎ：０．００３０〜０．０２０％ Ａｌ：０．００５〜０．０５０％ を含み残りは実質的に不可避の不純物とＦｅよりなる鋼
   を通常の方法で溶製し、連続鋳造により、凝固点から１
   ０００℃の温度範囲を２０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度と
   なるような条件で鋳片に鋳造冷却し、その後、分塊圧延
   を行うことなく、直径１００ｍｍ以下の棒鋼に圧延する
   ことを特徴とする高靭性熱間鍛造用非調質棒鋼の製造方
   法。 Ｃｅｑ＝Ｃ％＋１／７×Ｓｉ％＋１／５×Ｍｎ％＋１／
   ９×Ｃｒ％＋１．５４×Ｖ％