JPS63199848A

JPS63199848A - 耐疲労性及び切削性にすぐれる熱間鍛造用非調質鋼

Info

Publication number: JPS63199848A
Application number: JP3404487A
Authority: JP
Inventors: Morifumi Nakamura; 中村　守文; Yoshitake Matsushima; 義武松島; Yoshiyuki Nakatani; 中谷　良行
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1987-02-16
Filing date: 1987-02-16
Publication date: 1988-08-18
Anticipated expiration: 2009-09-21
Also published as: JPH0674482B2

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】皇栗上■且亙圀互本発明は、耐疲労性及び切削性にすぐれ急熱間鍛造用非
調質鋼に関する。

ｌ米■辣街従来、各種の構造用部品は、多くの場合、機械構造用炭
素鋼や合金鋼を素材鋼とし、これを熱間鍛造した後、焼
入れ一焼戻し等の調質処理を施し、目的及び用途に応じ
て、強度特性を付与して製造されている。しかし、上記
熱処理のためには、多大の熱エネルギーを必要とすると
共に、処理工程数の増加や仕掛り品の増大等のために、
上記従来方法によれば、部品の製造費用が高くならざる
を得ない。

そこで、近年、鍛鋼品の製造において、製造工程の簡略
化、特に、焼入れ一焼戻し処理を省略するために、ＪＩ
Ｓ　Ｇ　４０５１に規定された機械構造用炭素鋼や、Ｊ
ＩＳ　Ｇ　４１０６に規定された機械構造用マンガン鋼
にｉｔのＶ％Ｎｂ、Ｔｉ等の析出硬化型合金元素を添加
してなる所謂熱間鍛造用の非調質鋼が注目されている。

この非調質鋼は、熱間鍛造時の加熱と鍛造及びその後の
冷却によって、調質処理をせずとも、そのままにて所要
の特性を得ることができるものであり、種々の構造用部
品の製造において、製造費用を大幅に低減し得ることか
ら、一部において既に実用化されている。

従来、このような非調質鍛造品は、通常、１１００〜１
３５０℃の温度から鍛造を開始し、９００〜１３００℃
の温度で鍛造を終了した後、大気中で放冷され、使用に
供されている。

しかし、上記したような従来の非調質鋼を鍛造品の製造
に用いる場合は、引張強さや硬さ等の静的強度において
は、画質品とほぼ同等の特性を得ることができるが、し
かし、疲労強度が低下する場合がある。即ち、調質鋼の
組織は、均一な焼戻しマルテンサイトやソルバイトであ
るのに対して、非調質鋼はその組織が粗いオーステナイ
トから変態したフェライト・パーライト組織である。他
方、疲労破壊は、ミクロ組織的に最も弱い部分で亀裂が
発生し、これが伝播することによって起こるが、非調質
鋼においては、フェライト部はＶの炭窒化物によって強
化されているものの、パーライト部に比べて弱いので、
疲労破壊の亀裂発生はフェライト部で生じる。従って、
鍛造用非調質鋼においては、化学成分の組合わせによっ
ては、フェライトが十分に強化されず、また、その面積
率が高くなって、低応力にて亀裂が発生しやすくなり、
調質鋼に比べて疲労強度が低くなるのである。

また、一般に、種々の構造用部品は、鋼材を熱間鍛造し
た後、この鍛鋼品を切削加工によって所要の形状に成形
加工することによって製造される。

しかし、鋼材として非調質鋼を用いた場合は、部品によ
っては、第１図に示すように、表層部の硬さが同じであ
っても、質量効果が小さいために、内部の硬さが調賞品
に比べて高くなり、切削性が低下する場合がある。これ
は強化機構の差異によるものである。

■が”ンしようとする口　声本発明者らは、従来の鍛造用非調質鋼において上記した
問題を解決するために鋭意研究した結果、Ａｌ添加量を
規制することによって、■の窒化物と固溶Ｎとによるフ
ェライトの強化を図り、同時に、所定の合金元素を添加
することによって、フェライトの強化とフェライト量の
減少を図り、かくして、調質品と同等の疲労強度を得る
ことができることを見出し、更にＡＩとＯとの含有量を
規制し、切削時の工具寿命を低下させる原因となるａｔ
ｚ（ｈ量を抑えることによって、被削性を向上させるこ
とができることを見出して、本発明に至ったものである
。

従って、本発明は、鍛造後の焼入れ焼戻し処理が不必要
であって、耐疲労性と切削性とにすぐれる新規な熱間鍛
造用非１１ｆ鋼を提供することを目的とする。

ユ　占を”するための本発明による。耐疲労性及び切削性にすぐれる熱間鍛造
用非調質鋼の第１は、重量％でＣ０．１０〜０．６０％、Ｓｉ０．０５〜１．００％、Ｍｎ　　ｏ、ａ　〜２．５％、Ｃｒ２．０％以下、Ｖ　　　０．０３〜０．３０％、Ｓ　　　０．１２％以下、／ｌ　　０．０２０％未満、Ｎ　　　０．００５〜０．０２０％、０　　０．００３０％以下、残部鉄及び不可避的不純物よりなり、且つ、■、Ｍ　ｎ
　％　Ｃｒ及びＳｆｉが（ｉ）Ｃ量が０．３５％未満のとき、式を満たし、（ｉｉ）Ｃ量が０．３５％以上のとき、を満たすことを
特徴とする。

先ず、本発明における鋼の化学成分について説明する。

Ｃは、パーライト量を増大させて、鍛鋼品の強度を高め
ると共に、■に炭化物を形成させ、析出硬化作用を発揮
させるために必須の元素である。

些かし、添加量が０．１０％よりも少ないときは、上記
した強化作用に乏しく、所要の強度を確保するためには
、多量のＭ　ｎ　ｓ　Ｃｒ　、Ｖ等を添加する必要を生
じて、鋼製造上、不利である。他方、添加量が０．６０
％を越えるときは、靭性を極端に低下させ、また、切削
性をも低下させる。従って、本発明においては、Ｃ量は
０．１０＝０．６０％の範囲とする。

Ｓｉは、脱酸のほか、鍛造、放冷後のフェライトを強化
するのに有効な元素であって、０．０５％以上を添加す
る必要があるが、過多に添加するときは、靭性及び切削
性を低下させるので、上限を１．０％とする。

Ｍｎは、脱酸及び脱硫元素として有効であって、鍛鋼品
の強度を増大させ、また、靭性を向上させるために必須
の元素である。かかる効果を有効に得るためには、０．
３％以上を添加することが必要である。しかし、過多に
添加するときは、被削性を低下させ、また、靭性をも却
って低下させるので、添加量の上限を２．５％とする。

Ｃｒも、Ｍｎと同様に、鍛鋼品の強度を増大させ、靭性
を向上させるために有用な元素であるが、２．０％を越
えて過多に添加するときは、ベイナイトが生成し、疲労
強度と靭性を低下させるので、添加量は２．０％以下と
する。

■は、鍛造後の冷却において、Ｃ及びＮと炭窒化物を形
成して、綱の強化を図る元素であるが、添加量が０．０
３％より少ないときは、かかる効果に乏しく、他方、０
．３０％を越える過多量の添加は、靭性を低下させると
共に、鋼製造上からも不経済であるので、添加量は０．
３０％以下とする。

Ｓは、切削性を向上させると共に、Ｍ　ｎ　Ｓを生成し
、鍛造後の冷却時に“フェライトの核生成を促進して、
組織を微細にして、縦目の靭性を向上させる。しかし、
０．１２％を越えて過多に含有されるときは、横目の靭
性が極度に低くなり、且つ、疲労強度も低下するので、
含有量の上限を０．１２％とする。

Ａｌは、脱酸元素として有用であるが、０．０２０％以
上を添加するときは、Ａｌ２Ｏ２を多量に生成して、切
削性を低下させることとなる。また、Ａｌは、Ｎとの親
和性が強いために、フェライトに析出するＶＮと固溶Ｎ
量を低減させ、その結果として、調賞品と同等の疲労強
度を得るには、その他の合金元素の多量添加を必要とす
る。従って、本発明においては、Ａｌは、０．０２０％
未満の範囲で添加する。

Ｎは、前述したように、■と炭窒化物を形成し、鋼を強
化し、疲労強度を向上させる元素である。

また、Ｎは、■やその他の炭窒化物生成元素と結合し、
オーステナイト結晶粒を微細化して、靭性を向上させる
。かかる効果を有効に得るためには、少なくとも０．０
０５％を含有させることが必要であるが、０．０２０％
を越えて過多に含有させても、効果の増大は期待できず
、他方において、靭性を低下させるので、含有量はｏ、
ｏｏｓ〜０．０２０％の範囲とする。

０は、０．００３０％を越えて過多に含有させる場合は
、Ａ１ｚ０３を多量に生成させて、切削性の低下を招く
ので、含有量の上限をｏ、　ｏ　ｏ　ａ　ｏ％とする。

本発明による熱間鍛造用非調質鋼は、前記した化学成分
に加えて、Ｎｂ及び／又はＴｉを含有することができる
。

Ｎｂ及びＴｉは、共に鍛造時のオーステナイト結晶粒の
成長を抑制する元素であって、これらの元素を添加する
ことよって、靭性を向上させることができる。かかる効
果を有効に得るためには、Ｎｂ及びＴｉ共に、それぞれ
０．００５％以上を添加する必要があるが、しかし、い
ずれの元素についても、ｏ、　ｏ　ｓ　ｏ％を越えて過
多に添加しても、粒成長の抑制効果が飽和するので、Ｎ
ｂ及びＴｉ共に、その添加量は、それぞれ０．０５０％
以下とする。

更に、本発明によれば、熱間鍛造用非調質鋼は、Ｎｂ及
び／又はＴｉと共に、又はこれら元素とは別に、Ｐｂ、
、Ｚｒ、Ｃａ及びＴｅよりなる群から選ばれる少なくと
も１種の元素を含有することができる。

Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃａ及びＴｅは、いずれも鍛造後の機械加
工時の被削性を向上させる元素である。

しかし、これらの元素を過多に添加しても、上記被削性
向上の効果の顕著な増大が認められないので、Ｐｂにつ
いては０．３０％、Ｚｒについては０゜２０％、Ｃａに
ついては０．０１％、また、Ｔｅについては０．１０％
を添加量の上限とする。

更に、本発明による熱間鍛造用非調質鋼は、上述した元
素を含有すると共に、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｒ及びＳ量が（ｉ）Ｃ量が０．３５％未満のとき、式（ｉｉ）Ｃ量が
０．３５％以上のとき、を満たすことが必要である。

■、Ｍｎ及びＣｒは、フェライトの強化又はフェライト
量の低減によって、疲労強度を向上させる元素であるが
、Ｓは、有効Ｍｎ量の低減とフェライト量の増大とによ
って、疲労強度を低下させる元素である。これらの元素
の疲労強度に及ぼす影響は、Ｃ量によっても異なるが、
いずれの場合も、本発明に従って、上記式を満足させる
ことによって、調賞品と同等以上の疲労強度を得ること
ができる。

３遭Ｆと九果以上のように、本発明の熱間鍛造用非調質鋼は、フェラ
イトが強化されていると共に、フェライト量が低減され
ており、かくして、熱間鍛造後、焼入れ一焼戻し処理を
要せず、放冷するのみにて、調質品と同等若しくはそれ
以上の疲労強度を有し、更に、従来の非調質鋼に比べて
一層すぐれる被削性を有し、従って、種々の構造用部品
を低度に製造することができる。

大立桝以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこ
れら実施例により何ら限定されるものではない。

実施例１第１表に示す化学組成を有する本発明鋼１〜６及び比較
鋼７〜１２を高周波炉にて溶製し、直径５０龍の丸棒に
圧延した後、２５０ｇ＋＋長さに切断した。これを更に
１２５０℃に加熱し、ハンマーにて直径３５１１の丸棒
に鍛伸した。鍛造の終了温度は約１１５０℃であって、
その後、放冷した。

但し、比較鋼１２は５５５Ｃ鋼であって、熱間鍛造後、
再加熱して、焼入れ焼戻し処理を施した。

このようにして得たそれぞれの丸棒の中央部から長さ方
向にＪＩＳ　ｄ号試験片及び回転曲げ疲労試験片（平行
部の直径８鶴）を採取し、引張強さ及び疲労限度を求め
た。結果を第１表に示す。

本発明鋼は、比較ｗ４１２の焼入れ焼戻し材と比較して
、引張強さは同等であるが、疲労限度は同等芳しくはそ
れ以上である。一方、比較鋼７及び８は、Ａｌ量が過多
であり、比較鋼９は本発明で規定する値よりもＶｅｑが
低く、また、比較鋼１０はＡｌ量が多く、且つ、Ｖｅｑ
が低い。比較鋼１１はＮ量が本発明で規定するよりも低
い。この結果として、同−Ｃ量の綱について比較すると
、本発明鋼及び比較鋼は、引張強さについては同等であ
るが、本発明鋼によれば、疲労強度が高いことが明らか
である。

実施例２第２表に示す化学組成を有する本発明鋼１３及び１４、
及び比較鋼１５〜１８を高周波炉にて溶製し、１１５１
角のビレットに鍛造し、これを１７０龍長さに切断した
。これを更に１２５０℃に加熱し、ハンマーにて直径８
０ｍｍの丸棒に鍛伸し、鍛造の終了温度を約１１５０℃
として、その後、放冷した。但し、比較鋼１９は５５５
Ｃｍであって、熱間鍛造後、再加熱して、焼入れ焼戻し
処理を施した。

このようにして得たそれぞれの丸棒について、端面より
１００鰭の位置にて切断し、断面の硬さを測定すると共
に、超硬工具による旋削試験を行なって、切削性を評価
した。結果を第２表に示す。

尚、旋削試験の条件は以下のとおりである。

使用工具　　：Ｐｌｏ切削速度　　：１５０鶴／分送り　　　　　：　０．２５　ｍ／ｒｅｖ。

切込み　　　：工、５鰭切削油　　　：なしく乾式）％式％第２表に示す結果から、本発明鋼１３は、比較鋼１５〜
１７に比べてすぐれた切削性を有しており、焼き入れ一
焼戻し材と同等であるまた、切削性を更に向上させるた
めに、Ｓ量を同量添加した本発明鋼１４も、Ｓ量が同等
である比較鋼１８よりも切削性にすぐれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の熱間鍛造用非調質鋼の鍛鋼品における
硬さ分布を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％でＣ０．１０〜０．６０％、Ｓｉ０．０５〜１．００％、Ｍｎ０．３〜２．５％、Ｃｒ２．０％以下、Ｖ０．０３〜０．３０％、Ｓ０．１２％以下、Ａｌ０．０２０％未満、Ｎ０．００５〜０．０２０％、Ｏ０．００３０％以下、残部鉄及び不可避的不純物よりなり、且つ、Ｖ、Ｍｎ、
Ｃｒ及びＳ量が（ｉ）Ｃ量が０．３５％未満のとき、式Ｖｅｑ＝Ｖ＋（Ｍｎ／５）＋（Ｃｒ／４）−（１１Ｓ／
５）≧０．２５を満たし、（ｉｉ）Ｃ量が０．３５％以上のとき、Ｖｅｑ＝Ｖ＋（Ｍｎ／３）＋（Ｃｒ／４）−（６Ｓ／５
）≧０．２５を満たすことを特徴とする耐疲労性及び切
削性にすぐれる熱間鍛造用非調質鋼。
（２）重量％で（ａ）Ｃ０．１０〜０．６０％、Ｓｉ０．０５〜１．００％、Ｍｎ０．３〜２．５％、Ｃｒ２．０％以下、Ｖ０．０３〜０．３０％、Ｓ０．１２％以下、Ａｌ０．０２０％未満、Ｎ０．００５〜０．０２０％、Ｏ０．００３０％以下を含有し、更に、（ｂ）Ｎｂ０．００５〜０．０５０％、及びＴｉ０．０
０５〜０．０５０％よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有し
、残部鉄及び不可避的不純物よりなり、且つ、Ｖ、Ｍｎ、
Ｃｒ及びＳ量が（ｉ）Ｃ量が０．３５％未満のとき、式Ｖｅｑ＝Ｖ＋（Ｍｎ／５）＋（Ｃｒ／４）−（１１Ｓ／
５）≧０．２５を満たし、（ｉｉ）Ｃ量が０．３５％以上のとき、Ｖｅｑ＝Ｖ＋（Ｍｎ／３）＋（Ｃｒ／４）−（６Ｓ／５
）≧０．２５を満たすことを特徴とする耐疲労性及び切
削性にすぐれる熱間鍛造用非調質鋼。
（３）重量％で（ａ）Ｃ０．１０〜０．６０％、Ｓｉ０．０５〜１．００％、Ｍｎ０．３〜２．５％、Ｃｒ２．０％以下、Ｖ０．０３〜０．３０％、Ｓ０．１２％以下、Ａｌ０．０２０％未満、Ｎ０．００５〜０．０２０％、Ｏ０．００３０％以下を含有し、更に、（ｂ）Ｐｂ０．３０％以下、Ｚｒ０．２０％以下、Ｃａ０．０１％以下、及びＴｅ０．１０％以下よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有し
、残部鉄及び不可避的不純物よりなり、且つ、Ｖ、Ｍｎ、
Ｃｒ及びＳ量が（ｉ）Ｃ量が０．３５％未満のとき、式Ｖｅｑ＝Ｖ＋（Ｍｎ／５）＋（Ｃｒ／４）−（１１Ｓ／
５）≧０．２５を満たし、（ｉｉ）Ｃ量が０．３５％以上のとき、Ｖｅｑ＝Ｖ＋（Ｍｎ／３）＋（Ｃｒ／４）−（６Ｓ／５
）≧０．２５を満たすことを特徴とする耐疲労性及び切
削性にすぐれる熱間鍛造用非調質鋼。
（４）重量％で（ａ）Ｃ０．１０〜０．６０％、Ｓｉ０．０５〜１．００％、Ｍｎ０．３〜２．５％、Ｃｒ２．０％以下、Ｖ０．０３〜０．３０％、Ｓ０．１２％以下、Ａｌ０．０２０％未満、Ｎ０．００５〜０．０２０％、Ｏ０．００３０％以下を含有し、更に、（ｂ）Ｎｂ０．００５〜０．０５０％、及びＴｉ０．０
０５〜０．０５０％よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素と、（ｃ）Ｐｂ０．３０％以下、Ｚｒ０．２０％以下、Ｃａ０．０１％以下、及びＴｅ０．１０％以下よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素とを含有
し、残部鉄及び不可避的不純物よりなり、且つ、Ｖ、Ｍｎ、
Ｃｒ及びＳ量が（ｉ）Ｃ量が０．３５％未満のとき、式Ｖｅｑ＝Ｖ＋（Ｍｎ／５）＋（Ｃｒ／４）−（１１Ｓ／
５）≧０．２５を満たし、（ｉｉ）Ｃ量が０．３５％以上のとき、Ｖｅｑ＝Ｖ＋（Ｍｎ／３）＋（Ｃｒ／４）−（６Ｓ／５
）≧０．２５を満たすことを特徴とする耐疲労性及び切
削性にすぐれる熱間鍛造用非調質鋼。