JPS63206449A - 冷間圧造用低炭素鋼 - 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］ 未５０ＩＩｎ　＋ｉ冷Ｈ！ｉｒＦ浩ＩＴｌ？ｆＦ舟未Ｉ
ＷＩＪＷ１．−　大Ａ１．＝ｆｆしくは、冷間加工時の
変形抵抗か低く、かつ、浸炭焼入れ焼戻し後の靭性が高
く、耐遅れ破壊性に優れた冷間圧造用低炭素鋼に関する
。

［従来技術］ 一般に、ボルト、ネジ等の冷間圧造製品は、熱間圧延線
材および棒屓を脱スケール、潤滑皮膜処理後所定の径お
よび寸法まで冷間引抜き加工により製造される。

しかし、冷間加工率が大きいと、鋼材の加工硬化のため
に機械的性質、特に引張強さが」二昇し、伸びや絞りが
昔しく低下し、そのままでは変形抵抗が大きいため冷間
圧造成いは鍛造時の工具の寿命の低下を来したり、圧造
製品の割れ発生による不良率増加等が生じるので、中間
工程において軟化焼鈍或いは球状化焼鈍を行うことが必
要である。

また、熱ｕＵ圧延材、中間焼鈍材等の冷１ｊυ圧逍用線
材および棒鋼は、低い変形抵抗、高い延性をＴ了し、割
れ等の圧造欠陥のない良好な冷間圧造性が要求される。

そのため、鋼材の化学成分、特に、Ｉ〕、Ｓ、０等の不
純物を低減し、また、圧延方法の改善によって冷間圧造
性の良好な材料か製作されており、また、タッピングネ
ジ、ドライウオール等の小物の浸炭熱処理製品はＣ０．
１０〜０．３０ｗｔ％程度の低炭素鋼を冷間圧延後、必
要な耐摩耗性を付与するために浸炭或いは浸炭窒化を施
し、焼入れ焼戻しを実施している。

そして、この種の表面浸炭鋼は浸炭後Ａ３変態点以上に
加熱し、均一にオーステナイト組織とし、８８０℃前後
の温度で水中または油中に焼入れし、マルテンサイト組
織として表面浸炭部および芯部を硬化させた後、２８０
〜３９０℃の温度で焼戻しをし、表面浸炭部および芯部
に靭性を付与している。

しかして、浸炭熱処理材の表面硬化層の硬さと芯部の靭
性とは互いに相反する性質のものであり、上記説明した
焼戻し処理と密接な関係にあり、その温度に支配される
。

即ち、表面硬化層の硬さを確保するために血、焼戻し温
度を低くしなければならず、焼戻し温度か低いと芯部に
対する靭性の回復が不充分であり、表面は硬いが芯部は
靭性の劣化した乙のとなる。

また、芯部の靭性を向上させるには、焼戻し温度を高く
しなければならず、そして、焼戻し温度が高過ぎると表
面硬化層が軟化してしまい、芯部は高い靭性を有してい
るが表面が軟かく、浸炭の効果は失われてしまう。さら
に、浸炭存効深さととの関連もあるが、表面および芯部
の硬度或いは靭性のバランスも問題となる。

このような、表面硬度或いは芯部靭性のバランスが悪い
とタッピングネジ、ドライウオール等の打込み施行時の
打込み荷重、時間或いは施行時の頭飛び等の問題を起す
ことがあり、また、タブピングネジ等浸炭熱処理材の場
合には遅れ破壊特性が問題となることか多い。

この遅れ破壊の主原因は、殆ど鋼中に侵入した水素によ
るものであり、水素が鋼中に侵入する時期は、次の２つ
が考えられる。

（イ）線材、棒鋼の酸洗時或いは製品の電気めっき時等
の工程で侵入する。

（ロ）製品の仕様後の外部環境により侵入する。

そして、この（ロ）の場合は、腐蝕反応によって発生し
た水素が鋼中に侵入する場合であり、一般に、腐蝕性の
強い環境程遅れ破壊を生じ易くなるものであり、また、
材料の硬さ、強度も遅れ破壊性に大きく影響し、特に、
焼入れ焼戻し処理によって強度を高くした材料に遅れ破
壊特性が問題となっている。

従って、高強度の調質鋼においては、焼戻し温度をでき
るだけ高くし、例えば、４００℃以上の温度とすること
によって遅れ破壊特性の改善を図ることが一般的に行な
イつれている。

しかし、タッピングネジは低炭素鋼であるために、焼戻
し温度が４００℃以上では製品として必要とする表面硬
度が得られないので、２８０〜３９０℃の温度で焼戻し
を行っているが、この温度範囲は高強度調質鋼、特に、
低合金鋼の焼入れ焼戻し処理材の低温焼戻し脆化域であ
り、かつ、遅れ破壊特性の悪化温度域でもあり、炭素鋼
においては低温焼戻し脆化は顕著には現われ難いが、同
温度域における焼戻し処理は靭性に良好であるはずがな
く、遅れ破壊特性については低合金鋼と同様に顕著に悪
化する。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上記に説明した従来技術における低炭素鋼の種
々の問題点に鑑み、本発明者が鋭意研究を行い、検討を
重ねた結果、線材、棒鋼の変形抵抗および変形能の向上
、即ち、冷間圧造性を改善するために、加工硬化を増大
させるＣ、Ｓｉ含有量を低下し、また、胴中のＰｌＳ、
Ｏ等の不純物元素を低減して鋼の清浄化を図り、特に、
Ｐ、Ｓについては粒界の脆化を低減し、耐遅れ破壊性を
向上させるため含有量を低く抑え、また、Ｃ含有量低下
により冷間圧造性の改善を図ると共に浸炭焼入れにおけ
る焼入れ性の確保のためＭｎ含有量を増加させて水、曲
回れの焼入れによってら充分焼入れを行えるよう焼入れ
性を安定させ、浸炭熱処理品の硬度のバラツキを減少さ
せることができる冷間圧造用低炭素鋼を開発したのであ
る。

［問題点を解決するための手段］ 本発明７こ係る冷〃）１圧造ｍ低炭素調は、（１）　Ｃ
０．０５〜０．１ｈｔ％、Ｓｉ　０．１０ｗｔ％以下、
〜Ｉｎ　０．９０〜１．８０ｗｔ％、Ａ　Ｉ　０．００
５〜０．０５ｗｔ％、Ｐ　０．００８ｗｔ％以下、Ｓ　
０．００８ｗｔ％、０５０ｐｐｍ以下 を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなることを
特徴とする冷間圧造用低炭素鋼を第１の発明とし、 （２）　Ｃ０．０５〜０．１６ｗｔ％、Ｓｉ　０．１０
ｗｔ％以下、Ｍｎ　（１，９（１〜１．８Ｑｗｔ％、Ａ
　Ｉ　０．００５〜０．０Ｆｎｔｔ％、Ｐ　０．００８
ｗｔ％以下、Ｓ　０．００８ｗｔ％以下、０５０ｐｐｍ
以下、Ｔ　ｉ　０．０１〜０．０５ｗｔ％、１３０．０
００５〜０．００５ｖｔ％ を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなることを
特徴とする冷間圧造用低炭素鋼を第２の発明とする２つ
の発明よりなるものである。

本発明に係る冷［用圧造用低炭素調について以下詳細に
説明する。

先ず、本発明に係る冷間圧造用低炭素鋼の含有成分およ
び含有割合について説明する。

Ｃは芯部を６含めて焼入れ性を向上させ、浸炭熱処理後
の強度を維持するのに必要な元素であり、含有量が０．
０５ｗｔ％未満ではこのような効果は少なく、また、０
．１６ｗ１％を越えて含有されると冷間圧造時の変形抵
抗が過大になり工具寿命に悪影響を与える。よって、Ｃ
含有量は０．０５〜０．１６ｖｔ％とする。

Ｓｉは焼戻し軟化抵抗性、焼入れ性を向丘さけ、強度を
高（する元素であり、また、フェライト地を硬化させ冷
間加工性に悪影響を与える元素で６あり、さらに、本発
明に係る冷間圧造用低炭素鋼においては冷間加工性の優
れていることが重要であるので、この点からもＳｉ含有
量の少ないことが望ましく、また、Ｓｔは浸炭性にも負
の要因となる。よって、Ｓｉ含有竜は０．１０ｗｔ％以
下とする。

Ｍｎは焼入れ性を向上させ靭性を保ちながら強度上昇に
必要な元素であり、かつ、Ｃ含有量を低下させた分の焼
入れ性を補うのに必要な元素でもあり、含有量が０．９
ｈｔ％未満では浸炭焼入れ後の硬度を維持する効果が少
なく、また、１．８０ｖｔ％を越えて含有されるとこの
ような効果は飽和し、偏析が発生し易くなり、さらに、
冷間圧造時の変形抵抗が上昇が著しくなり、工具寿命に
悪影響を及はすようになる。よって、Ｍｎ含有量は０，
９０〜１．８ｆ）＋ｖｔ％とする。

Ａｌは脱酸および胴中のＮの固定と結晶粒度調整のため
に有効な元素であり、含有量が０．００Ｆｎｔ％未満で
はこのような効果は少なく、また、脱酸時に生成するＡ
　１２０３系介在物は冷間圧造時の割れの原因ともなる
ので、０．０５ｗｔ％を越えるような多量の含有は必要
がなく、さらに、低いＡｔ含有屯は本発明に係る冷間圧
造用低炭素鋼においては大切なことである。よって、Ａ
ｌ含＜Ｔ量は０．００５〜０．０５ｔｖｔ％とする。

Ｐは含有量か閣内方が冷間圧造時の変形抵抗が低くなり
、また、強度および耐摩耗性を浸炭処理によって達成す
る場合、粒界の結合を弱くするＰ析出物が少なくなり、
耐遅れ破壊性が向上する。

よって、Ｐ含を量は少ない方が望ましく、０．００３宙
を詩ＬＳＩ下鼾十スの＃（）ｌ）？イ　上田トけｎｎｎ
只ｗ＋％以下とする。

Ｓは鋼中においてＭｎＳを形成し、冷間圧造時の割れ発
生の起点となり、変形能を劣化させるので少ない方が好
ましく、さらに、耐遅れ破壊性の面からもＭｎＳはマト
リックスと局部電池を形成し易く、耐遅れ破壊性を劣化
させるので０．００３ｗｔ％以下とするのが良いが、実
用上は０．００８ｗｔ％以下とする。

０はＡ１、Ｓｉと結合して酸化物となり、また、］゛ｉ
酸ｉ酸化中のＯが多いと巨大化する傾向にあるので少な
い方が好ましく、ＯはＡｌ、Ｓｉおよび１゛ｉによる複
合脱酸によって低水準に維持する。

よって、０含有量は５０ｐｐｍ以下とする。

ＴＩ、Ｂは賛の焼入れ性を向上させるのに有効な元素で
あり、Ｔｉは鋼中のＮを固定し、■３の焼入れ性向上を
補うと共にＴｉＮとなって結晶粒粗大化防止に寄与し、
耐遅れ破壊性を向上させる。

Ａ＋含有量との関係もあるが、Ｔｉ含有量はその下限は
０．０１ｗｔ％程度の少量でよく、また、０．０５ｖｔ
％を越えるように含有量が多くなり過ぎると炭窒化物の
生成量も増大して粗大化し、鋼の冷間圧造性を阻害する
。よって、１゛ｉ含有量は０．０１〜０．０５ｗｔ％と
する。

Ｂは低いＳｉ含有量と低いＣ含有量による焼入れ性を補
助する元素であり、浸炭熱処理による芯部の強度増加に
極めて有効であり、含有量か０．０００５ｗｔ％未満で
はこのような効果は少なく、また、０．００５ｗｔ％を
越えて含有されるとこの効果は飽和してしまう。このよ
うに、Ｂ含６１７には歩積であってもこれらの効果は発
揮され、従って、Ｃ含有量は０．０００５〜０．００５
ｗｔ％とする。

なお、Ｂが含有されても鋼の冷間加工性には全く関係が
な（、焼入れ性を向上させる分だけＣ含有量を低くする
ことが可能となり、さらに、冷間加工性が改善されるこ
とになる。

［実　施　例コ 次に、本発明に係る冷間圧造用低炭素鋼の実施例を説明
する。

実施例 第１表に示す含有成分および含有割合の低炭素恥を転炉
溶製により製造した。

第１表において、Ａ、Ｂは冷間加工性および耐遅れ破壊
性に優れた本発明に係る冷間圧造用低次′５ｊＩｊｉで
あり、Ｃ−Ｆは比較鋼である。

このようにして得られた鋼を、５　、５１１１ｍφ線材
に熱間圧延後、機械加工によりＨ／Ｄ　＝　１　、５　
（ＩＩは試料高さ、Ｄは線径、この時は５．５關φ）の
圧縮試験用試料を作成した。これらの試料片を用い拘束
治具を備えたプレスにより拘束圧縮試験を実施した。

第１図に結果を示す。

第１図中における変形抵抗について次式により算出した
。

変形抵抗（ｋｇ／ｍｍ”）−Ｐ／（ＡｏＸ　ｒ）Ｐ・・
・　圧縮荷重（Ｔｏｎ） Ａｏ””　初期断面積（２３，７５ｍｍ）ｆ・・・　拘
束係数 この第１図から明らかなように全歪域に亙って本発明に
係る冷間圧造用低炭素鋼Ａ、Ｂは、比較ａｃ−Ｆに比べ
て低い値を示す。

これは、変形抵抗への寄与率が最ら大きいＣ含有量の低
いことが影響していると考えられる。

さらに、固溶強化元素のＳｉ含有量の低いことも付随的
に寄与しているといえる。

即ち、本発明に係る冷間圧造用低次Ｊ［Ａ、ＢではＢの
方か変形抵抗が低いが、これはＣ，Ｍｎ含有量がＡに比
べて低いためである。

また、本発明に係る冷間圧造用低炭素鋼Ａ、　Ｂ共に変
形抵抗が低いということは、冷間圧造時、例えば、ボル
ト成形時やタッピングネジの成形時の成形荷重か低いと
いうことにつながり、その結果、成形工具寿命の改善が
期待できる。

比較鋼ＥはＣ含有量か低く、Ｓｉ含有量ら低いが、変形
抵抗が高い。これはＭｎ含有量が１．９２ｗｔ％と非常
に高いためである。

比較ａｐはＣ，Ｍｎ含有量共に本発明に係る冷間圧造用
低炭素１１１１１Ａに近いが、Ｓｉ含有量が高いので変
形抵抗が高い。

第２図は５　、５　ｍ＋＋φ線材を機械加工により４０
１１１１のしさに切断後、男顔を片（１１１１０−２５
ｍｍの属人に機械旋削した試料片（５，０ｍｍφＸ４０
ｍｍ）を浸炭焼入れ焼戻しく条件：９００℃×２０′−
油焼入れ、３２０℃×４０′焼戻し）を行ったものの浸
炭層より芯部に至る横断面の硬度分布を示したものであ
る。

本発明に係る冷間圧造用低炭素ＭＡＳＢは、比較ｊ１４
ｃ、　Ｄに比べ低い芯部硬度を示している。これはＣ含
有量が低いことが大きく寄与しているといえる。即ち、
比較鋼に比べ芯部硬度が低いことは内部の靭性自体が高
いことを意味している。一方、表面硬度はＨｖで５２５
〜５５０前後を示し各調はそれほど差がなく高い値を示
している。

本発明に係る冷間圧造用低炭素鋼は比較鋼に比べ、表面
が充分に高く、かつ、内部靭性が高いことにより、例え
ば、タブピングネジまたはドライウオール等に成形、熱
処理後、締付は使用する際、比較鋼に比べ施行時の頭飛
びや使用中の遅れ破壊の危険が少なくなる。

第２表に常温、蒸留水中で実施した促進式遅れ破壊試験
の結果を、示す。

この遅れ破壊試験には低荷重型テコ式遅れ破壊試験機を
使用し、試料片は第３図に示す形状のものを５．５＋ｎ
ｍφ線材より機械加工により作成後、浸炭焼入れ焼戻し
処理を実施した。

この結果より、本発明に係る冷１川圧造用低炭素屓は比
較鋼に比べ、切欠き強さ、１００時間遅れ破壊強さ共高
い値を示し優れていることがわかる。

これは本発明に係る冷間圧造用低炭素鋼は、芯部硬度が
低く、さらに、低いＰ含有量、低いＳ含有量とすること
により、結晶粒界の析出不純物か低減され、粒界強度が
高められていることも寄与している。特に、本発明に係
る冷間圧造用低炭素ｆ４ＢはＴｉを含有しているため組
織か微細になり、より一層優れた値を示している。

比較ｗ４Ｃは通常の１−’、Ｓ含ｆ［のレベルの結果で
あるが、非常に低い値を示している。

比較鋼り、Ｅは低いＰ含有量、低いＳ含有量であるが、
それほど優れた値を示しておらず、即ち、比較鋼りはＣ
含有量が高いので芯部硬度が高（なり過ぎて靭性が不足
している。

比較鋼Ｅは低いＣ含有量であるが〜１ｎ含６ｍが高いの
で、同様に芯部硬度が高くなり靭性が不足し、これか遅
れ破壊強度等にら影響していると考えられる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係る冷間圧造用低炭素鋼
は、上記の構成であるがら、冷間加工性、耐遅れ破壊性
に優れ、浸炭焼入れ焼戻しにより胴材の表層部は硬度が
高く耐摩耗性を存し、芯部は良好な靭性を存し、例えば
、タッピングネジやドライウオール等の冷間成形時の工
具寿命を向上できるという優れた効果を存するしのであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は拘束圧縮試験における変形抵抗を示す図、第２
図は浸炭焼入れ焼戻し鋼＋４の硬度分布を示す図、第３
図は遅れ破壊試験に供する浸炭処理材の形状を示す図で
ある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ０．０５〜０．１６ｗｔ％、Ｓｉ０．１０ｗｔ
   ％以下、Ｍｎ０．９０〜１．８０ｗｔ％、Ａｌ０．００
   ５〜０．０５ｗｔ％、Ｐ０．００８ｗｔ％以下、Ｓ０．
   ００８ｗｔ％、Ｏ５０ｐｐｍ以下 を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなることを
   特徴とする冷間圧造用低炭素鋼。
2. （２）Ｃ０．０５〜０．１６ｗｔ％、Ｓｉ０．１０ｗｔ
   ％以下、Ｍｎ０．９０〜１．８０ｗｔ％、Ａｌ０．００
   ５〜０．０５ｗｔ％、Ｐ０．００８ｗｔ％以下、Ｓ０．
   ００８ｗｔ％以下、Ｏ５０ｐｐｍ以下、Ｔｉ０．０１〜
   ０．０５ｗｔ％、Ｂ０．０００５〜０．００５ｗｔ％ を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなることを
   特徴とする冷間圧造用低炭素鋼。