WO1998013529A1

WO1998013529A1 - Acier non traite a chaud, de haute resistance et haute tenacite, presentant une excellente usinabilite

Info

Publication number: WO1998013529A1
Application number: PCT/JP1997/003380
Authority: WO
Inventors: Kazukuni Hase; Takashi Iwamoto; Yasuhiro Omori; Toshiyuki Hoshino; Tohru Hayashi; Keniti Amano; Toshio Fujita
Original assignee: Kawasaki Steel Corporation
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1997-09-24
Publication date: 1998-04-02
Also published as: KR19990071731A; US6162389A; CN1078912C; EP0884398B1; CN1209846A; EP0884398A4; DE69724595T2; DE69724595D1; EP0884398A1

Description

明細書被削性に優れた高 3鍍敲胜瞓質鋼技術分野

この発明は、熱間圧延された後、必要に応じて熱間あるレヽは冷間加工を施されてから、最細に切肖咖ェを行って翻される漏冓娜鋼にである、 m 圧延後切肖咖ェに先立って調質処理することなしに、高弓敏力 ^生で、しかも被削性に優れた特性を示す^ ^鋼に関するものである。背景技術

従来、高力高輒生を必要とされる漏冓¾品あるいは自動 β品には

、 JIS G4105で^^される i«ffiitffi合細： SCM435あるい ίお CM440が用いられている。通例では、（ E延および必要に応じて熱間又は冷間加工にょる献、② 弓および筝生を付与するための ¾A X«し等の調質処理、③切肖咖ェを順缶してとする。

上 l¾«t ¾tffl合糊で調質処理は要求される弓艘およ確生を満足するために必要な工程である。

ここに、調質処理、つまり讓理工程は時間およびコストを要する。そこで、調質処理を省略できればコストは畐に低減され、省エネルギーも達成できるため、種々の il^がなされている。

例えば、 C : 0. 3 〜0. 5 wt%の中炭素系 Μη含有鋼に、 0. 10wt%前後の Vを添加したフェライ卜一ノーライト型の質鋼が験されている。熱間圧延の冷却過程に V炭窒化物を析出し、フェライト地を強ィるとともに、パーライトの弓艘 ¾$^体の弓嫉上昇〖 j用しょうとするものである。

また、熱間鍛 i ffl鋼では、特公平 6— 63025号公報および特開平 4一 371547号公報に、 C： 0. 05~0· 3 の低炭素系鋼に Mn, Crまたは V等を添 Λ口したベィナイト型およびマノンサイト型の非調質鋼が、開示されている。

しかしながら、前者のフェライトーパーライ卜型非調質鋼では引張り強さと靱性とを両立することが困難である。なぜなら、パ一ライト中のセメンタイトとしてする 0. 3〜0, 5 wt%の Cは強度を上げる力靱性を下げるからである。また、フェライトーパ一ライト,«に V炭窒化物を析出させて ¾ /变上昇を図っているため、安定した樹生が得られる Mii^taaが限定される。したがって、圧延後もしくは熱間加工後に糊薩を制御しなくてはならず、工程が賺になる。なお、冷間 Ig&tなどの冷 ¾1Πェを施すことによって、 C を増加しなくても弓嫉は確保できる力、調質鋼と同等の筝胜は得られないという ί¾ がある。一方、後者の^平 6— 63025号公報にされた^ ^ナイト型質鋼は熱間^ tのままで ii 質鋼よりも献強さが不足する。そのため、献強さを上昇させるのに、熱間後に 200 -600 °Cの日 ?カ処理を施してから放 i rTることが必須である。したがって、 {¾質鋼のメリッ卜のひとつである省エネルギー効果をできない。また特開平 4— 371547号公報にされた高質鋼の S^t^法も娠し処理を ί£ ^とする点で省エネルギー効果を«できなレ、。さらに、この種で小さな部品を^ fるは、熱問^ t後のを速くできるので、十分な樹生を確保しぃ。しカゝし、大きな部品を難する：^ は熱間 I ^後のを速くするよう制御しなければ、十分な靱性を安定して確保できない。

なお、特開平 8—144019号おょひ词 9— 111336^^報には、力；遅いにも毕胜を義 U寻る、低 C一 Cu— B添 Λ赚が開示されている。しかしながら、機謹^品では、前述のように圧延 "« ^などの各種加工およひ H質処理後に、さらに切肖咖ェが施されることが多い。したがって、工業的に有用な材料とするには、高およひ ^生であるだけではなく、被削性にも優れることが肝要である。ところ力低 C—Cu— 13添カ繊は欄質で高靱性を ϋ ^ることを主目的とするため、漏苒造部品として実用、要とされる離の被削性を考盧したものではない。

さらに、特開昭 60— 92450号公報では Cuの析出強化により向上をはかった鋼が、開示されている。こは、窒ィ！ ^鋼に 0. 5 〜2 ％の01を添加し、窒化処理時に Cuを析出させることにより、高化を図ろうとするものである。しかしながら、これも被削性は考慮されていなレ、。また炭素量が 0. 05 X 3 ％であるため、の遅レヽ: * 才や^:物部品に適用したに、質量効果によって引張り強さが大きく低下することもになる。

そこで、この発明は、熱間あるいは冷間加工のままに供することのできる、大物部品に対しても高弓嫉かつ高樹生で、しカ被削性に優れる »質鋼を提供しょうとするものである。発明の開示

発明者らは、 R¾圧延もしくは熱間加工後の制¾}^fl¾¾処理などを行うことなしに、大物部品に対しても十分な引張り強さ、献強さおよ O通を確保し、さらに優れた被削性を有する 1 ^質鋼の糸!^を究明し、この発明をるに到った。すなわち、以下に^ T手段と効果を見いだした。 -

^素化による生向上

@Cuの析出およの固溶強化による鋼の弓¾¾上昇

( Mnおよび必要に応じて Nbまたは Bなどの添による高 ·高 |»|~生の呆 ®Cuと Sとの併用による被削性向上 .疲労保

とりわけ②と④に示されるように、 Cu添力!]が従来は相反する特性とされてレ、た高弓艘およひ被削性を両立させる効果があるというの W f^B見である。こ明は、 C ： 0. 05wt%未満、 Si ： 0. 005 〜2. 0 wt%、 Mn： 0. 5—5. 0 wt% 、 Ni ： 0· 1 〜10. 0wt%、 Cu： 1. 0超〜 4. 0 wt%、 A1 ： 0. 0002〜 . 0 wt%、 S ： 0. 005 ~0. 50wt%および N ： 0. 0010 ). 0200wt%を含む成分糸滅になることをとする質鋼である。さらに次にグノ^ "プ I、 Π、 IEおよひ Wの元素の 1 種または 2種以上およの組み合を含むことも可能である。

I . W： 0. 5 wt%以下、 V： 0. 5 wt%以下およひ i ： 0. 1 wt%以下

I. Cr： 3. 0 wt%以下、 o： 1. 0 wt%以下、 Nb： 0. 15wt%以下および B： 0. 03wt %以下

1. Zr： 0. 1 wt%以下、 Mg： 0. 02wt。/。以下、 Hf ： 0. 1 wt。/。以下およ Ό¾ΕΜ ： 0. 02 wt%以下

W. P ： 0. 10wt%以下、 Pb： 0. 30wt%以下、 Co： 0. 10wt%以下、 Ca： 0. 02wt%以下、 Te： 0. 05wt%以下、 Se： 0. 10wt%以下、 Sb： 0. 05wt%以下およ D¾i ： 0. 30wt %以下

次に、この発明の ^匕学成分の限由にっレ、て説明する。

C： 0. 05wt%未満

Cは、含有量が 0. 05wt%以上になると、熱間圧延又は加工後のによってはパーライ卜相が析出して繊を損なうことがあるため、 0. 05wt%未満、好ましくは 0. 03wt%以下に制限する必要がある。

Si ： 0. 005 〜2. 0 wt%

Siは、謙および固溶強化を嫩呆するために少なくとも 0. 005 wt%を必要とし、一方廳 Uに含有すると革胜を低下させることから、上限 ίお. 0 wt%とした。

Mn： 0. 5 —5. 0 wt%

Mnは、 ^A L性を向上して強 (度を確保するために 0. 5 wt%以上 i 必要であり、一方 5. 0 wt%をこえると切肖 ij性力 S劣化することから、 0. 5 〜5. 0 机％の条搬1に限る。

Ni ： 0. 1 〜10. 0wt%

Niは、 3嫉およ OWfeを向上するのに ¾¾Jな成分であり、また Cu¾ ^有する場合に圧延時の熱間税制を防止するのに魏である力高価である上 »ljに含有させても、その効果が颇ロするため、 0. 1 〜10. 0wt%の漏に限定する。 Cu： 1. 0超〜 4. 0 wt%

Cuは、析出強化および Sと (7 ^合添加による被削性の向上を意図して添卩する力 \ その効果を発揮させるには 1. 0 wt%をこえる含有が必要であり、好ましくは 1. 5 ％以上の添ロカ S必要である。一方、 4. 0 wt%をこえると靱性が急激に低下するため、 1. 0超〜 4. 0 wt%の条姻とする。

S ： 0. 005 ~0. 50wt%

Sは、とくに Cuとの複合添 Λ卩にょり切肖 I胜を向上する成分であり、その効果を発揮させるには 0. 005 wt%以上、好ましくは 0. 010 wt%をこえる添 Λ11が必要である。しかし翻に添カロすると、清浙生およの低下を招くため、上限を 0. 50 wt%とする。

ここで、 Cuおよび Sカ¾削性に及ぼす影響を謙した実離果につレ、て詳しく述べる。

すなわち、表 1に示す種々の成分の鋼ブル一ムを ^造により複数製造し、各プノ!/" "ムを圧延により 100 ηιηι φの,としたのち、 800 —400 °Cの ¾Κ範囲を 0. 001 〜80°C/ sので?^]した。

力べして得られた棚のうち、 0. 1 °C/ sで [1した翻の被削性について評価した結果を図 1に。なお、被削性は、超硬工具を用いる外周旋削にて、旋肖 ljj¾¾200 m/rain 、切込み 2咖および送り ft). 25mm/Vev の条件で無潤滑の試験をし、工具の逃け磨耗量力 . 2 mmになるまでの累,削時間を工具-^ とした。なお、通常よく使われる «t苒 itffl鋼： JIS G4105 の SCM435QTによるェは 500si¾¾である。

また、この外周旋削^ ¾で形成される切り屑の形状を鹏し、言面した結果を図 2に^"。なお図 2におレ、て、長さが 5 mm以下に細かく »した良好な切り屑力生するを◎、細カゝレヽものの中に長さが 5 mmを超え 20nm以下の切屑が混在する ^"を〇、長さが 5議を超え 20mm以下の切屑の中に、長さ 20瞧を超える切屑が混在するを△、ほとんど 20mmを超える長!/、切り屑力'^ §生し賤性を阻害す〇 00 Ό 1010 Ό 刚0OO OZ ·'

CD

C? <=> o 。

LO O

CD

01

c^i ^^ υ

る場合を Xで表示した。

図 1および I2から、通才のほぼ 2倍の 1000 s以上の工具^^を有しかつ良好な切り屑処理性を得るには、 Cu>1.0 wt%かつ S≥0.005 wt%とすることが必要であること力 ljる。なお好ましい範囲は、 Cu≥l.5 wt%力つ S〉0.010 1%であり、さらに優れた被削性力場られる。

次に、 EE後のと引張り強さ (TS)との関係を、図 3に示す。すなわち、 Cuを 2.0 wt%含むは、後の冷 Sffi ^が約 5t:,s以下で、 TS≥900MPa となる。これは、冷鳩程で ~Cu力棚に析出し、 Cuが ^娘上昇に力に作用したためである。ここで、な謹の方法においては、 JE 後の冷は l :Zs以下である。したがって、この発明に従う鋼を删することによって、 Ι5ί後のをすることなく、高化を達成できることがわかる。さらに、 ί^¾¾1¾ ΐ / sの齢の弓艘上昇に及ぼす Cu勵口量の擁を、図 4に示す。図 4から、 Cu添加量が 1.0 %を超えると ATS (Cu»、加の場合との TS mが急激に大きくなることがわかる。さらに、 Cu≥l.5wt %とすればより大きな弓嫉上昇効果力寻られる。

また、では、が遅くなるほど糸 MJ^¾化し弓 I張り強さが低下する傾向にあるため、誦賴部と内部との間でが生じ、問題であった。この傾向は、とくに大径の齢に麟であるため、大径の翻では冷を！ ¾ するがあった。この点、図 3に示したように、この発明に従って Cuを添加した鋼は、冷 ¾5i度にほとんど依存しない。そのため、 ■の径差による弓^差、そして放冷時に生じる表層と内部との冷 ¾¾¾¾差に起因した径方向の弓 I張り強さのばらつきの発生を、ともに回避できる。

A1 :0.0002〜1.0 wt%

Aiは、 M^Iとして働く他、 Nととも ( ΙΝを形成してをる作用を^ Tる。このためには、 0.0002wt%J¾±の含有が^であるが、 1.0 〖％をこえるとアルミナ系介在物が増えて、靭性を損なうこと力、 0.0002〜1.0 ^%の範囲とする。

N： 0.0010-0.0200%

Nは、 A1ととも ( INを形成して析出し、結晶お减長を抑制するピンニンダサイトとして、繊を微細化し靱性を向上する働きがある。すなわち、 0.0010wt% 未満では、 A1Nの析出による効果が十分に得られず、一方 0.0200%をこえると、効果力ることに加えて、固溶 Nがむしろ鋼材の靱性を低下することになるため、 0.0010〜0.0200%の範囲とする。

また、この発明においては、上言成分に、以下に示す化学成分を添力 P1"ることによって、さらなる強度向上あるいは、製品に仕上げる際の切削加工における切削性の向上を達成することがきる。

まず、弓鍍向上を «Λるために、 W:0.5 wt%以下、 V： 0.5 wt%以下および Ti： 0.1 wt%以下の 1種または 2種を、添力 Ofることカ洧利である。

W： 0.5 wt %以下

Wは、固溶による強化に加えて、 Cと反応し T1Cを析出し弓嫉の上昇に械に作用するが、、 0.5 wt%をこえて添カロすると、急、激な靱 '性低下をまねくため、 0.5 wt%以下とする。

V： 0.5 wt%以下

Vは、 V(C, N)を析出強化に利用するとともに、オーステナイト ¾ 析出した V(C, N)をフェライト 4«として利用することによって、繊の翻化および靱性の向上を可能とする。しかし、 0.5wt%をこえると、効果が^ ί口する上、連鶴 ijれ等の問題も引き起こされるため、 0.5 w 以下の範囲とする。

Ti： 0.1 wt%以下

は、析出 3虽化に加えて、 Cもしくは Nを固定して靱性を向上し、また fl兑酸剤として機能する。一方、に添力 ΠΤると、 «な TiNを析出し、却つ T 生を低下することになるから、 0.1 wt%を上限とする。

次に、 ' λれ性を向上して嫉を上昇させるために、 Cr： 3.0 w〖％以下、 Mo： 1.0 wt%以下、 Nb： 0.15wt%以下および B： 0.03wt%以下の 1種または 2種以上を、添力 ITTることカ审利である。

Cr： 3.0 wt%以下

Crは、弓娘上昇に棚であるが、翻に添力ると靱性を低下するため、 3.0 wt%以下とする。

Mo： 1.0 wt%以下

Moは、显および高温での弓嫉を上昇するのに棚であるが、であることから 1.0 wt %以下の範囲で添力 ITTる。

Nb： 0.15wt%以下

Nbは、向上、析出 S虽化および靱性向上のために有効な成分であるが、 0. 15wt%をこえると、熱間 |¾性を阻針ることから、 0.15wt%以下とする。

B： 0.03wt%J¾T

Bは、； ¾ れ性を向上する成分であるが、 0.03wt%をこえて含有しても、その効果するため、 0.03wt%以下とする。

さらに、 « ^分として作用するとともに、結晶粒を微細化し T¾¾性を向上するために、 Zr： 0.1 wt%以下、 Mg： 0.02wt%以下、 Hf ： 0.1 wt%以下おょ M ： 0.02wt %以下の 1種または 2 を、 ¾¾ΤΤることカ利である。

Zr： 0.1 wt%以下

Zrは、賺剤であるとともに結晶粒を翻化して ¾¾、鞔性を向上するのに有効であるが、 0.1 wt%をこえると、その効果カ衡口するため、 0.1 wt%以下とする。

Mg:0.02w 以下

Mgは、 «^IJであるとともに結晶粒を ma化して弓艘、靱性を向上するのに有効であるが、 0.02wt%をこえると、その効果が口するため、 0.02wt%以下とする。

Hf ： 0.】 wt %以下 Hfは、結晶粒を删化して、靱性を向上するのに摘であるが、 0.1 wl % をこえると、その効果力飽和するため、 0.1 wt%以下とする。

REM :0.02wt%以下

REMは、結晶粒を删化して弓艘、靱性を向上するのに ¾であるが、 0.02wt %をこえると、その効果が ISi口するため、 0.02wt%以下とする。

そして、切削性のさらなる向上を tt^るために、 P： 0.10wt%以下、 Pb： 0.30 wt OT, Co： 0.10wt%OT Ca： 0.02wl%以下、 Te： 0.05wt%以下、 Se： 0.10 wt%以下、 Sb： 0.05wt%以下および: Bi： 0.30wt %以下の 1種または 2¾¾上を含することが^？きる。

P： 0.10wt J¾T

Pは、切肖 I胜の向上を目的として添力 ITTることが可能であるが、靱性あるいは耐疲労性に悪纖をおよぼすため、 0. 〖％以下に制限する' がある。

Pb： 0.30wt %以下

Pbは、力 ¾く、切削時嚷材の発熱により溶 H$Tると液删滑作用を発揮して被削性を向上させる元素であるが、 0.30wt%をこえると、その効果は麟口する上、耐齢性が低下するため、 0.30w〖％以下とする。

Co： 0.10wt%以下、 Ca： 0.02wt%以下、 Te： 0.05wt%以下、 Sb： 0.05wt%以下、 Bi： 0.3 wt%以下

Co, Ca, Te, Sbおよび: Biは、 Pbと同じく被削性を向上させる成分であり、一方、翻に添加してもその効果〖纖口する上、耐疲労性の低下を招くため、それぞれ Co： 0.10wt%以下、 Ca： 0.02wt%以下、 Te： 0.05wt%OT Sb： 0.05wt%以下および i： 0.3 wt%以下とする。

Se： 0.10wt%OT

Seは、 Mnと^し TMnSeを形成し、これがチップブレイカーとして作用することにより被削性を改善する。し;^し、 0. I0wl%を超える添加は耐疲労性に悪澎響を及ぼすため、 0.10^%以下とする。なお、以上の添加成分は 0. OOlwi %の微量添加でもその効果を発揮する。この発明の非調質鋼は、 ± zBした城に成分調整をすることによって、圧延後あるいは熱間加工後の冷が小さい場合でも、被削性に優れた高弓艘かつ離性の難力られる。したがって、 ffi^件あるいは熱間加工後の冷却条件を厳密に制御する必要はなく、機械用鋼の通常の圧件およびき fc¾の通常の条件に従つて^ tすればよレ

例えば、上述したに成分調整した熱間圧¾^を、 1200 に加謝あ 1000〜1200での温度 ¾ の熱間圧延または熱間鍛造により所定の犬を得た後、放冷または徐冷により目的とする 14を得ること力 r'きる。

次に、熱間 EE®もしくは熱間腿後は、特別な処理をとしないが、熱間圧延もしくは熱間 ^^後に室温まで冷却したのちに 300で以上 800で未満の温 J ¾ で 30 s以上の再加»§を行うことにより、弓嫉上昇を図ることも可能である。また、した鉢舰に敝讓した鋼を熱間！後に室温まで糊したのち、冷間加工用途としてすることも可能である。ここで、冷間加工とは、冷 msm. 冷間伸線およ TO間多 ¾tのいずれでも良ぐ特にはしない。

さらに、高い靱性が要求される齢には、冷間加工後に 300で以上 800 未満の温度 «30s以上保持してもよい。

さらにまた、自動車部品の分野で通常行われる^ [L理（浸炭れ処理、浸炭窒ィ! ^理、窒 i«Sおよ理などを施して切肖 ijfる用途に対しても、弓艘、靱性、疲朔嫉に優れることから、 ¾i¾g¾a、摺動^ aおよとしても、それぞれ画可能である。

図面の簡単な説明

図 1〖 !:具寿命におよぼす Cu量の影響を示すグラフである。

図 2は切り屑 S性におよぼす Cu量および S量の影響を示すグラフである。図 3は引張り強さにおよぼす E 後の冷の影響を示すグラフである。図 4は強度上昇におよぼす Cu量の影響を示すグラフである。発明を実施するための最良の形態

(難例 1 )

表 2〜 5に示す種々の化学誠を ¾ る鋼ブ "ムを、により複数製造した。次いで、各力ムを熱間により 40卿 φ、 200 讓およ tAOO 画 φ の謂として、その後 800 -400 X：のの冷 ¾¾¾¾を 0. 1 Z sまたは 0. 5 Z sで冷却した。また、 800 〜400での温度域での冷が 0. 002 〜0. 01 で/ sとなる、徐冷もした。さらに、 40腿 φに I£®した翻の" ^^は、 IE® 後に 800 〜400での ί¾¾¾ 5Τ:Ζ 5の力随冷却を行った。さらに、これら, の一部に関しては、 550 で 40min保持する理を実砲した。

さらに、表 5における型の非調質鋼である鋼 54およびについては、発明鋼と同様に、圧延後に 0. 5 :/rain 、 0. l minおよび 0. 002 :Zminの速度で冷却し、 J IS調質鋼である鋼 56〜58は ΙΒί後に 880でで 1時間の加熱を行って力ら 60°Cの油中でれし、次いで 580でで 1時間の ' し処理を行った。

かくして得られた棚の機械的 14質について調査した結果を表 6および表 7に示す。

ここで、引張識は、棚賴から直径の 1/4位動ゝら採取した引張 ¾m ( J IS 4号）を用いて、降伏強さ（YS) 、引張強さ (TS)、伸び (El)および被り（RA) を求めた。衝纖は、謹 ¾ から直径の 1/4位置から採取した衝觸 ( J IS 3号）を採取し、言^^ ^(TCにおける衝賴直 (uE_{Z 0}) を求めた。疲労 « 比は、回転曲け験片 C IS 1号平滑試謝†) を用いて、回転数 4000rpm とした【表 2】鋼記号 r Si Mn u Al vノ TUi 備 *

1 0.008 0.27 2.07 0.015 2.20 1 18 o n 034 0 00リ1 R u. υ ώ o 胡n Vi 1

2 0.046 0.27 2.06 0.016 2.13 1.15 0.034 n 0023 0 0020

3 0 01] 1.68 2 OR 0 020 2.18 0

4 0.011 0.32 0.78 0 018 2 11 1 1 Q n

5 0 012 0.33 4. go 0.022 2.22 1 21 n Q02fi u 〃

6 0.012 0.25 1.98 0.007 1.97 0.94 0.041 0.0030 0.0022

7 0.008 0.18 2.05 0.41 2.18 1.21 0.033 0.0021 0.002!

8 0.008 0.26 2.51 0.018 1.13 1.06 0.036 0.0028 0.0023

9 0.009 0.24 1.98 0.021 3.82 1.08 0.041 0.0029 0.0022 n

10 0.007 0.25 1.88 0.019 2.15 0.30 0.021 0.0024 0.0021 n

11 0.009 0.27 1.92 0.021 2.06 9.80 0.033 0.0026 0.0026

12 0.008 0.28 1.75 0.032 2.11 1.82 0.001 0.0025 0.0028

13 0.010 0.26 1.88 0.024 2.08 1.33 0.88 0.0028 0.0027 ,/

14 0. Oil 0.24 1.81 0.022 1.87 1.42 0.033 0.0162 0.0026

15 0.012 0.28 1.92 0.048 2.37 1.06 0.008 0.0028 0.0033 1!

16 0.009 0.24 1.83 0.024 2.22 1.42 0.032 0.0081 V ： 0.12 0.0029 ,1

17 0.015 0.26 2.14 0.014 1.99 2.08 0.033 0.0026 W： 0.02 0.0031 n

o

i

s

〇

s

g ώ ≤ Q

2 ― ― ― ―

..

Ό d....

【表 4】

C Si Mn s し u Nl Al N

備考

42 0.058 0.26 2.02 0.015 2.08 1.06 0.040 0.0028 0.0021 mm

43 0.012 0.003 2.09 0.017 2.17 1.10 0.030 0.0031 0.0081 /;

44 0.010 2.10 2.04 0.021 2.02 1.03 0.032 0.0029 0.0022 tt

45 0.018 0.32 0.42 0.031 2.18 1.28 0.051 0.0028 0.0021 "

46 0.020 0.33 5.20 0.041 1.94 1.27 0.048 0.0033 0.0021 n

47 0.022 0.42 1.88 0.023 2.23 0.08 0.021 0.0031 0.0028

48 0.011 0.28 2.03 0.017 0.85 0.99 0.029 0.0041 0.0031 It

49 0.012 0.31 2.06 0.019 4.21 1.48 0.055 0.0033 0.0026 〃

50 0.014 0.25 2.06 0.002 2.10 1.05 0.038 0.0031 0.0029 ft

51 0.021 0.48 1.83 0.054 2.38 9.40 0.0008 0.0030 0.0092 〃

52 0.012 0.23 2.10 0.092 2.33 1.37 1.10 0.0029 0.0031 〃

53 0.013 0.05 1.89 0.024 2.13 1.23 0.021 0.0230 0.0029

【表 5】

鋼記号 C Si n S Cu Ni Al N その他備考

54 0. 020 1. 24 I. 53 0. 055 0. 45 0. 02 0. 002 0. 0030 Ti： V Nb 0. 012 , 比較例

Cr： P

55 0. 450 0. 25 1. 35 0. 045 0. 02 0. 03 0. 001 0. 0031 V： 0. 120, P 0. 015 ，,

56 0. 350 0. 22 0. 75 0. 012 0. 02 0. 04 0. 035 0. 0028 Cr： 1. 10 , P 0. 012, Mo 0. 21

57 0. 420 0. 25 0. 85 0. 018 0. 01 0. 03 0. 025 0. 0032 Cr： 1. 09 , P 0. O i l , Mo 0. 23

58 0. 420 0. 23 0. 87 0. 106 0. 01 0. 05 0. 026 0. 0027 Cr： 1. 07 , P 0. 010, Ho

注） 54および 55は従来型非調質鋼、 56, 57および 58は HS 調質銅

ときの疲労 ¾ ^と引張り強さとの比で表した。なお、被削性は、図 1に示した実験と同様の条件 I鞭し、切り屑処理性は、図 2に示した離と同様の条件で評価した。結果を表 6および 7に示す。

表 6および 7に示す通り、この発明に従う鋼は、 IE®サイズおょ»間 ΙΗί後の? ^¾¾にかかわらず、 TS≥827 MPaなる高カ^ ί寻られた。さらに高弓娘であっても Ε 1≥ 19 %および" RA≥60 %と延性も十分に高い値を確保できた。 uE₂₀も 121 J /cm²以上と極めて良好な靱性カ ¾|保できた。

また、被削性は、 «型の非調質鋼である鋼 54およ 55よりも優れた結果を示した。とりわけ、） »J57と 58とのからわかるように、型調質鋼では快削成分を励 tTTることにより疲労 P腺比が低下するのに対し、発明鋼では微細な Cuを析出させているため、快削成分の添加によって疲労赚比カ氐下することはなく、高い疲^ ^比力られた。

次に、 ItTOIである 42は、 C量がこの発明の上限をこえたため、靱性カ ¾ 下した。同様に謝 3は、 Si量がこの発明の TP艮より低いため、〇量が多くなり疲労赚比力 ¾くなった。麵 4は、 Si量がこの発明の上限より高いため都性が低くなった。鋼 45は、 Mn量がこの発明の TP艮より低く弓艘か足した。鋼 46は、 Mn量がこの発明の上限より高いため靱性力^ ί氐くなった。麵 7は、 Ni量がこの発明の下限より低く應中に熱間脆性が生じた。鋼 48は、 Cu量がこの発明の TP艮より低く弓艘カ坏足し、外周旋削時の切り屑鍵性が不良である。鋼 49は、 Cu量がこの発明の上限より高く靱性カ ¾くなった。鋼 50は、 S量がこの発明の TP艮より低く被肖 I胜および切肖 I拠理性に劣る。鋼 51は、 A1量がこの発明の下限より低ぐ脱酸不足で疲労限度比が低い。鋼 52は、 A1量がこの発明の上限より高く靱性が低い。鋼 53は、 N量がこの発明の上限より高く靱性が低い。

また、型の非調質鋼である鋼 55の ¾¾、延性およは、依存 '|±カ大きい。 Τ¾わち、フェライ卜一パーライトである鋼 55は、 ί^¾ϊ¾¾が速い齢でも TSは 745MPaと低ぐ冷 iffii^が遅くなるとさらに低くなる。また、【表 6】網圧延熱間圧延後 YS 了 S El A 疲労工具切屑記サイズ冷却速度再加熱限度寿命処理備考号 (mra φ ) CC/ s ) (MPa) (MPa) (X) (%) (J/ ) 比 (s) 性

1 40 0. 5 - 741 918 26 72 209 0. 53 2855 ◎ 発明例

1 40 0. 5 550 で' 40 763 942 24 68 200 0. 53 2450 ◎

1 40 5 550 ¾, 40πήη 764 938 24 68 202 0. 52 2260 ◎ tl

1 200 0. 1 ― 745 920 26 72 208 0. 53 2720 ◎ n

1 400 0. 01 738 916 26 72 210 0. 53 2835 ◎ fl

1 400 0. 002 - 729 911 26 72 211 0. 53 2975 ◎ n

2 200 0. 1 ― 743 941 24 68 200 0. 51 2580 ◎

3 200 0. 1 ― 762 964 23 67 192 0. 52 2965 ◎ n

4 200 0. 1 ― 684 845 27 73 235 0. 51 2805 ◎ n

5 200 0. 1 一 837 1059 21 63 158 0. 53 3090 ◎ n

6 200 0. 1 ― 695 869 27 73 227 0. 54 1885 O n

7 200 0. 1 757 912 26 72 211 0. 53 5745 ◎ H

8 200 0. 1 一 667 827 28 75 242 0. 53 1950 ◎ "

9 200 0. 1 ― 987 1234 19 60 121 0. 54 4530

― ◎

10 200 0. ] 717 885 27 73 221 0. 52 2890 ◎ u

11 200 0. 1 ― 807 1022 21 63 171 0. 52 2900 ® it

12 200 0. 1 745 897 27 73 216 0. 53 3320 ◎ If

13 200 0. 1 704 891 27 73 219 0. 53 3035 ◎ "

14 200 0. 1 一 706 872 28 75 226 0. 52 2870 ◎ a

11

15 40 0. 5 一 758 960 22 65 194 0. 53 3950 ◎ !1

15 200 0. 1 一 753 953 22 65 196 0. 51 4010 ◎ n

15 400 0. 002 ― 747 946 22 65 199 0. 51 3985 ◎ n

16 200 0. 1 ― 761 951 21 63 197 0. 53 3170 ◎ "

17 200 0. 1 ― 736 932 22 65 204 0. 52 2485 ◎ )1

11

18 40 0. 5 ― 726 931 24 68 204 0. 52 2965 ◎ n

18 200 0. ― 725 929 24 68 205 0. 54 2965 ◎

18 400 0. 002 717 919 24 68 208 0. 52 2870 ◎ 1!

19 200 0. 1 一 750 937 23 67 202 0. 51 3200 ◎

20 200 0. 1 一 770 951 24 68 197 0. 53 3485 ◎

21 200 0. 1 - 753 941 23 67 200 0. 52 3085 ◎ n

22 200 0. 1 一 773 931 23 67 204 0. 53 3345 ◎ "

23 200 0. 1 一 808 997 20 62 180 0. 51 3170 ◎ it

24 200 0. 1 ― 751 939 23 67 201 0. 53 2930 ◎ n

25 200 n l 0/ Jl 10

26 40 0. 5 755 956 24 68 255 0. 54 3585 © 11

26 200 0. 1 750 949 26 72 248 0. 55 365S ®

26 400 0. 002 743 940 25 70 236 0. 55 3745

27 200 0. 1 722 903 27 73 262 0. 55 3210 ®

28 200 0. 1 718 909 27 73 271 0. 55 3095 ®

29 200 0. 1 756 933 26 72 249 0. 56 2955 ® n 【表 7 】

to

靱性は冷の速レ齢でも 38 J /cm²禾 fitであり、冷の遅胎は 28 J /cm²程度にとどまる。

この点、 1；瞧 54は、弓艘と鄉性のバランス力いずれの冷でも！;瞧 55 に比べて良好であるが、の調質鋼 56, 57および発明鋼に比べると各特性とも低いレベルにある。すなわち、縣型の非調質鋼である鋼 54ぉょ 55は、的の速い小さい部品に翻できる可能 t4はあるものの、冷の遅い大きい部品には不向きであることがわかる。これに対して、発明鋼の質あるいは靱性は冷依存性カ顺めて小さい。したがって、部品犬が化した齢、例えば大断面職となった場合でも、 ¾έ¾型の調質鋼よりも優れた力られる。つまり十分な弓嫉、延性およ Ό¾性が得られる上に、さらに良好な被削性と切屑処理性を均等に付与できるのである。

例 2)

表 2〜 5に示した複数種の化学糸誠をる鋼プリ ~ムを、それぞれ wi によりした。次いで、各フ ^ "ムを 1150°Cに加熱した後、熱間により 20 0 删 φの,とした後、 120(TCに加熱してから熱間^ にて 30顧 Φに成形し、その後 800 〜500 の^ ¾を 0. 05〜 5 :Z sのでした。これらの棒鋼の Η¾5は、 550 :で 40min職する讓理を難した。また、鋼 56およ ϋ¾7については、後に 900 で 1時間の加熱を行ってから 60での油中で焼入れし、次レで 570でで 1時間の焼戻し処理を行つた。

カゝくして得られた謹の i l^ について調査した結果を、表 8に示す。ここで、

雄例 1と同様の条件で行った。被削性は、ドリル切削纖にてドリルが漏するまでの総穴開さで議した。その切削条件は、 5圃 d)のノヽイスドリルを用いて、回 2000rpra、送り S). 15腿/ rev 、穴開 W ^さ 15nmZ個の条件で行った。切り屑処理性は、図 2に示した鐘と同様の方法 i した。

表 8に示す通り、この発明に従う鋼は、熱間參髓後の冷 ¾5 にカゝかわらず、【表 8】

^ FU11& ifi後 Pi 加熱 YS S E 1 'r' ')

記冷却速度 ti命 fji.l ¾ -

(て/ s) ( Pa) (MPa) (Ϊ) (Ϊ) (J/cn²) (s) 性

1 0.05 747 926 26 72 146 6203 ◎ ¾ m m

1 0.5 742 930 26 72 1 4 6180 ◎

1 0.5 550 "C, 40min 771 962 23 67 133 597·) ◎

1 5 ― 746 934 25 70 143 6153 ©

n

15 0.05 752 953 24 68 136 9530

n ◎ 発明例

15 0.5 756 960 23 67 134 9600 ◎

15 5 749 958 23 67 13.1 95S0 ◎

15 5 550 Τ:, 40min 782 991 21 fi3 122 9910 ®

16 0.1 749 941 24 68 140 7131 ® "

16 0.5 752 944 23 67 139 7108 ◎

16 5 744 936 23 67 142 7169 ◎

IS 0.05 731 942 23 67 140 6665 ◎ ¾明例

IS 0.05 782 986 20 62 !24 6367

Q Q ◎

18 5 727 936 24 68 142 6707 ◎ "

22 0.05 768 938 23 67 142 7541 ©

22 0.5 771 941 24 68 140 7517 ◎

22 5 765 932 24 68 144 7590 ◎

23 0.05 794 98S 20 62 123 6791 ◎

23 0.5 788 983 21 C3 125 6S26

； ◎

26 0.05 732 935 25 70 143 8274 ◎ 発明例

26 0.5 735 939 24 68 1 1 8239 ◎

26 5 729 931 24 68 144 8309 ◎

28 0.05 719 908 27 73 152 7213 ◎

28 0.5 721 908 26 72 152 7213 ◎ -

28 5 715 904 26 72 154 7244 ◎

30 0.05 743 906 26 72 153 7112 ◎ ¾明例

i

30 5 746 904 26 72 154 7127 ◎

38 0.05 701 902 28 75 155 67S2 ◎

38 0.5 704 910 26 72 152 6722 ◎

38 5 699 901 27 73 155 6790 ◎

40 0.05 745 945 22 65 139 6243 ◎

40 0.5 7-17 948 23 67 133 6223 ◎

i

54 D.05 552 802 20 59 62 比 «例

54 0.5 569 810 !9 5S fiC 4 SO

5-1 5 601 883 21 60 66 533

55 0.05 505 713 21 59 30 6

55 0.5 5.'il 7-12 21 61 1 6(i0

55 5 551 70B 2 :| (i 1 ■i ϋ 672

5(i 0.05 Q: 900 T 570 705 912 1 1； 7!) ;i 0

5li 0.5 570'C 802 911 1 'J 6 \ 82 \ Λ li 5 Q: 900t, T 570 7!)H 9 IS 1 X li 01 Ί 1 % Δ

0.05 Γι70ΐ: . n:i 10 1 7 (il) 1に' 111

Γι7 fl.5 5701： X71 10；!：! I 'J (Ί liH 1 U Λ

57 5 1): 900C. T Γ,70Τ XI) 'J 11]：1.s 1 ? lj 7：！ i M\ Λ TS≥832 Paなる高弓嫉が得られた。力、つ高 5¾gであっても El≥21 %および ¾A≥62 %と延性も十分に高い値を確保でき、靱性も 122 J /cm²以上と極めて良好である。さらに、ドリル被削性も従来型の非調質鋼である鋼 54および鋼 55よりも極めて良好であった。

一方、 ^型の非調質鋼である鋼 55の ¾¾、延性およ 0¾性は、 ± !した熱間 E 後と同様に依存' 14が'大きい。すなわち、フェライ卜一パーライト繊である!:瞧 55は、冷«¾が速い i駘でも TSは 766MPaと低く、 ¾¾¾ 度が遅くなるとさらに低くなる。また、靱性は冷の速レ胎でも 40 J /cm ²離であり、 ^の遅い i胎は 30 J Zcm²離にとどまる。

この点、 1：瞧 54は、弓娘と靱性のバランスがいずれのでも]:瞧 55 に比べて良好であるが、型の調質鋼である鋼 56, 57および発明鋼に比べると

^^ とも低いレベルにある。すなわち、 1；,55およて^ 54は、 m ^ s. の速レ vj、さい咅¾¾に劃できる可肯はあるものの、の遅い大きい口には不向きであることがわかる。これに対して、発明鋼の機賺 I生質あるいは靱性は ί^ΙΪΙ¾依存性力酒めて小さぐ音! ^口 ^ 化した齢、例えば大断面形状となった場合でも十分な強度、延性および靱性を均等に付与できるのである。

(雄例 3)

表 2〜 5に示した複数種の化学舰をる鋼力 ~ムを、それぞれ連によりした。次いで、各フ ! /"ムを 120(TCに加熱した後熱間 IB により 60薩 φの,としたのち、冷間^ i装置を用いた前甲し出しにより 30〜50ΜΠ Φの棒鋼に成形した。ここで、棚の内纖 ϋれを ϋ¾した。また、これら棚の^^に関しては、 550でで 40min する熱 MSを実施した。

力くして得られた棚から、引張言 (J IS4号）およ確耨»^ (J IS3号 ) を採取し、それぞれについて調査した結果を、表 9および表 10に示す。なお、被削性は、ドリル切削纖にてドリルか ¾員するまでの総穴開さでした。その切削条件は、 4麗 Φのハイスドリルを用いて、回 1500rpm 【表 9】鍛 i¾ 加工率割れ熱処理 YS TS El RA uEzo K Uルサイ生、率 * 命備考

(ιηιηφ) (κπιφ) (%) 1%) 焼入れ焼き戻し (MP a) (MPa) (¾) (J/cm²

60 50 31 767 1065 21 60 165 5100 発明例 60 40 56 863 1182 18 52 123 4594

60 30 75 928 1289 16 47 114 4215

60 30 75 550"C, 40min保持 809 1108 28 71 180 4901

15 60 50 31 783 1058 21 60 168 9967 発明例 60 40 56 876 1217 17 51 110 11462

60 30 75 944 1312 16 47 106 12359

60 30 75 550 :, 40rain保持 843 1154 27 69 163 10876

16 60 50 31 787 1063 21 60 166 8135 発明例 60 40 56 867 1212 17 51 112 9274

60 30 75 941 1297 16 47 111 9925

60 30 75 550X:, 40min保持 810 1129 28 71 172 8635

18 60 50 31 766 1055 22 62 169 6239 発明例 60 40 56 860 1192 18 52 119 5521

60 30 75 961 1329 16 47 126 4951

60 30 75 550で.40min保持 851 1183 26 68 152 5563

22 60 50 31 765 1069 22 62 164 6489 発明例 60 40 56 878 1230 17 51 118 5643

60 30 75 964 1337 15 45 102 5191

60 30 75 550 , 40nin保持 849 1163 26 68 160 5967

23 60 50 31 794 1097 21 60 154 5852 発明例 60 40 56 918 1272 16 49 118 5045

60 30 75 987 1349 15 45 109 4758

60 30 75 550X:, 40min保持 829 1147 25 66 166 5598

26 60 50 31 799 1103 22 62 151 6971 発明例 60 40 56 921 1269 15 47 121 6062

60 30 75 988 1357 14 44 111 5668

60 30 75 550で, 40min保持 853 1167 24 64 158 6590

切

屑理【表 1 0】

pa u γς

丄华執 F] PA

ί m m 刀 u)F 20 切屑

サイサイズ備 ( Φ) (πιιπ ) (%) 焼入れ焼き戻し (MPa) (MPa) (%) (¾) (I/cm^z) §理

60 30 75 0 932 1284 21 55 115 4920 Q

60 30 75 0 一 550* , 40nin保持 818 1117 26 68 176 5655 Q

30 60 50 31 0 799 1087 25 67 157 5926 発 60 40 56 0 y I u 1 ώ U 1 D 1 110 5109 / 60 30 75 u 976 1348 21 55 107 477Q p / 60 30 75 0 ― 550t:, 40min保持 838 1146 26 68 166 5623 /

DU o u 0」褂 868 1203 19 54 115 5131 ;

60 30 75 0 961 1329 17 49 106 4646 /

CO 60 30 75 0 550で， 40min保持 835 1143 24 64 167 5403 o

60 40 5.6 0 930 1276 17 51 114 4396 Q 60 30 75 0 993 1372 15 45 101 4089 60 30 75 0 550"C, 40min保持 842 1152 22 61 164 4868 ©

57 60 50 31 25 669 1049 12 27 28 98 Δ 比

60 40 56 35 741 1163 11 24 25 39 △ I 60 30 75 70 798 1251 10 23 23 12 Δ 60 30 75 70 865t:x30rain 600'CXlh 834 980 12 40 59 87 Δ

一

一、送り動. 10讓/ rev、穴開 ^さ個の条件で行った。切り屑処理性は、図 2に示した雄と同様の方法 ^ffiした。

さらに、型の調質鋼である鋼 57については、冷間艦後に、 865 で 1時間の加熱を行ってから 6(T の油中でれし、次いで 600 で 1時間の焼もどし処理を施したのち、 ^^性質について同様に議した。この I鞭結果についても、表 10に示す。なお、表 9および表 10において、鋼 1〜40は、この発明に従う鋼であり、表 10における鋼 57は〗 ISに規定の機^^用合麵である。

表 9および 10に示す通り、本発麵では、比棚の鋼 57で発生した冷間職による割れ《|gめられず、また被削性および切屑処理性も良好であった。このことから、本発明鋼は、冷間^ ^醜としても魏できることがわかる。

さらに、本発欄では、冷間 $^後に«理を ίΤΤことによって、 TSを著しく低下させることなく、を改善できるため、鞠性が重視される用途では、冷間加工後に讓理をことが好ましい。産業上の利用可倉鼪

以 ±3ίベたように、この発明によれば、 Βί^Χは加工後の調質処理を原則として' とせずに、さらに IBSあるいは熱間加工後に冷の制御も行うことなしに、熱間または冷間加工まま材において、 TS≥827MPaの高 3娘と _UE₂₀ ≥ 101 J /cm² の應性とを良好な被削性に併せて得ることが能である。従って、この発明の非調質鋼は、 «の非 »鋼より大品に翻される:^でも、優れたと靱' Ι4Λランスをるため、高弓嫉かつ ^性をとする自動車用保^ ¾品、シャフト類、ばね類部品、 »J部品およ習動部品など、各種機械部品に広く活用することができる。

Claims

請求の範囲

1. C： 0.05wt %未満、 Si： 0.005〜2.0 wt %、 Mn： 0.5〜5.0 wt%、 Ni： 0.1 〜10.0wt%、

Cu： 1.0超〜4.0 wt%、 A1： 0.000ト 1.0 wl%、 S： 0.005〜0.50wt%および N： 0.0010〜0.0200wt% を含む/ になることを!!^とする非調質鋼。

2, 請求項 1において、さらに

W： 0.5 t %以下、 V： 0.5 wt %以下および

Ti： 0.1 wt%以下

の 1種または 2種以上を含有する組成になる非調質鋼。

3. 請求項 1または 2において、さらに

Cr： 3.0 w 以下、 Mo： 1.0 wt%以下、

Nb： 0.15wt%以下および B： 0.03wt%以下

の 1種または 2 上を含る糸誠になる非調質鋼。

4. 請求項 1または 2において、さらに

Zr： 0.1 t% T> Mg： 0.02wt%以下、

Hf ： 0.1 wt%以下および脑： 0.02wt%以下の 1種または 2種以上を含るになる非調質鋼。

5. 君冑求項 1または 2において、さらに

Cr： 3.0 wt%J¾下、 Mo： 1.0 \^1%以下、

Nb： 0.15wt %以下および B： 0.03wt %以下

の 1種または 2種以上および

Zr： 0.1 wt%以下、 Mg： 0.02wt%以下、

Hf ： 0.1 wt%以下およぴ： 0.02wt%以下の 1種または 2種以上を含 ¾^る«になる非調質鋼。

6. Ϊ胄求項 1または 2において、さらに

P： 0. ％以下、 Pb： 0.30wt %OT,

Co： 0.10wt%以下、 Ca： 0.02wt%以下、

Te： 0.05wt%以下、 Se： 0.10 ％以下、

Sb :0.05wt %以下および i： 0.30wt %以下

の 1種または 2種 1:を含る; Mになる非調質鋼。

7. 請求項 1または 2において、さらに

Cr： 3.0 wi%以下、 Mo： 1.0 wt%以下、

Nb： 0.15wt%J¾下および B： 0.03wt%以下

の 1種または 2種以上を含有し、さらに

P： 0.10wt%OT, Pb： 0.30wt%OT,

Co： 0.10wt%以下、 Ca： 0.02wt%以下、

Te： 0.05wt%OT Se： 0.10wt%以下、

Sb： 0.05wt %以下および: Bi： 0.30wt %以下

の 1種または 2種 R を含る IB ^になる非調質鋼。

8. 請求項 1または 2において、さらに

Zr： 0. I wt %以下、 Mg： 0.02wt %以下、

Hf ： 0.1 wt%以下および ¾EM ： 0.02wt%以下の 1種または 2種以上を含有し、さらに

P： 0.10 t %以下、 Pb： 0.30wt %以下、

Co： 0.10wt%以下、 Ca： 0.02wt%以下、

Te： 0. Oowt OT, Se： 0. ％以下、

Sb： 0.05wt%以下および： 0.30wt%以下

の 1種または 2種以上を含有する組成になる非調質鋼。

9. 請求項 1または 2において、さらに

Cr： 3.0 wt%以下、 Mo： 1.0 wt%J¾T,

Nb： 0.15wt%以下および B： 0.03wt%以下

の 1種または 2種以上を含有し、さらに

Zr： 0.1 wt %以下、 Mg： 0.02wt %以下、

Hf ： 0.1 wt%以下および ¾Μ ： 0.02wt%以下の 1種または 2種以上を含有し、さらに

P： 0.10wt%以下、 Pb： 0.30wl%以下、

Co： 0.10wt%以下、 Ca： 0.0'2wt%以下、

Te： 0.05wt%以下、 Se： 0.10wt% 下、

Sb： 0.05wt%J¾下および： 0.30wt%以下

の 1種または 2種以上を含るになる非調質鋼。