WO1999045162A1

WO1999045162A1 - Aciers a forger a froid et leur procede de fabrication

Info

Publication number: WO1999045162A1
Application number: PCT/JP1999/001049
Authority: WO
Inventors: Masayuki Hashimura; Hideo Kanisawa; Makoto Okonogi
Original assignee: Nippon Steel Corporation
Priority date: 1998-03-04
Filing date: 1999-03-04
Publication date: 1999-09-10
Also published as: KR100349008B1; DE69931601T2; EP1045044B1; JP4119516B2; EP1045044A1; DE69931601D1; US6419761B1; KR20010012168A; EP1045044A4; JPH11246939A

Description

明細書冷間鍛造用鋼およびその製造方法技術分野

本発明は圧延ままで、または圧延、焼鈍後に冷間鍛造に供する構造用鋼とその製造方法に係わる。背景技術

構造用部材に用いられる鋼は必要な特性を付与するために多くの加工工程を経るが、表層を硬化させる高周波焼入れもその一つである。このような部材は多くの場合、表層硬度だけ高ければよいため、そのために工程が增えることはコスト増の要因となり、従来から問題視されていた。従来の構造用鋼の圧延まま材は冷却速度が遅いため、フヱライト ―パ一ライ卜組織を有することが多いが、表層硬度は低く、高周波焼入れレベルには到底到達しない。また、脱炭などの影響のため、表層硬度が内部硬度より軟質であることもしばしばである。一般の部材は必ずしも高周波焼入れによる C含有量に対応した最高硬さを必要としないが、焼準材以上の硬さを必要とする部材があるのも事実である。したがって、圧延ままでも内部より硬度の高い鋼を供給することが従来よりの課題であつた。

また、複雑な形状を必要とする場合には鍛造や切削工程を経る。熱間鍛造は鍛造時に加熱を必要とするうえ、加工精度に劣るため、より精度の良い冷間鍛造方法が指向されている。しかし、従来の圧延まま材では硬度が高すぎるため、冷間鍛造には不向きである。通常の冷間鍛造用鋼では、通常、セメンタイトを球状化することなどして軟質化することが一般的である。その焼鈍時間は 20時間程度と非常に長い時間を要する。

このように、冷間鍛造に供する炭素鋼レベルの炭素量を含有する鋼でも炭素を黒鉛化し、フヱライ卜 —グラフアイ卜の 2相組織とすることで、冷間加工性と被削性が向上することが、特開平 3 - 1404 1 1号公報などに見られる。しかし、そのような組織を実現するためにも長時間の焼鈍が必要であり、やはり生産能率とコストの点で問題があり、焼鈍時間の短縮が課題であった。

これまで、黒鉛化焼鈍の時間を短縮するためには Bを添加し、 BN を析出核として用いることが報告されている。しかし、このような特定の析出物を用いることは、焼鈍前に BN析出温度域での保温工程が必要となり、熱処理工程が余分に必要になる。また、圧延、熱間鍛造などでこの処理を兼ねて行うには、焼鈍に至るまで非常に厳密な温度制御を要し、事実上不可能である。

すなわち、 BNの析出温度は 850 ~ 900 °C程度と考えられるが、実際の圧延や熱間鍛造は 1000 °C以上で行われることが多い。そのため、このような黒鉛を含有する冷間鍛造用鋼を用いるには、その前ェ程の圧延や熱間鍛造を 1000 °C以下で行う必要があつた。このような温度での熱間加工はロールやポンチなどの工具の寿命を低下させる。また、このような工程上の制限が多くなることは、製造上の効率を低下させるので、製造コス卜の点からも避けるべきことである。このような鋼材製造や冷間鍛造の前工程の熱間鍛造などの観点からは、厳密な温度制御を必要とせずに短時間での焼鈍、钦化が可能な鋼材が要求されている。

また、短時間でグラフアイ卜の含有量を抑制することによって焼鈍時間を短縮させることも特開平 2 1 1 1842号公報などに見られる。しかし、グラフアイト含有率を抑制した結果として残留するセメンタイ卜量に比例して冷間鍛造性や切削性が損なわれるので根本的な解決には至っていなかった。

このように、従来の圧延まま材は、そのまま使用するには表層硬度が不足し、冷間鍛造や切削に供するには硬度が高すぎるという中途半端の特性を有することがしばしばである。また、製造する立場からはコス卜低減のために極力鋼種を統合して製造するという基本的な課題がある。そのため、圧延まま材でも十分な表層硬度を有し、また冷間鍛造に供する場合にはその焼鈍時間を短縮するとともに、焼鈍後には優れた冷間鍛造性を示す素材を提供することが課題であった O

さらに強度が必要な場合には、焼入れ性の向上のために黒鉛化を阻害せず焼入れ性を改善できる元素の添加が考えられる。特に、高周波焼入れによる表面硬度を必要とする場合には、焼入れ層の深さを深くする必要から、焼入れ性が重要な課題となる。しかし、通常の焼入れ性向上元素、例えば Cr， Mn， Moなどの元素は黒鉛化を阻害することから、その添加量に制限が加えられている。また、 BNを生成して黒鉛化焼鈍時間を短縮するような場合には、 Bは焼入れ性向上元素として用いることはできず、焼入れ深さを十分に確保できない o

このような状況で焼鈍時間を短縮した上で、焼鈍後の冷間鍛造性、焼入れ特性、被削性に優れた鋼が求められていた。

発明の開示

本発明は、鋼の化学成分とミク口組織を調整することで、圧延ままで表層硬度に優れるとともに、冷間鍛造や切削加工前の極めて短い軟質化焼鈍時間で優れた冷間鍛造性を付与できる鋼とその製造方法を提供するものである。

また、本発明は、焼鈍後の冷間鍛造用鋼であって、化学成分を調整することで、焼鈍時間の短縮を可能とした上で焼鈍後の冷間加工性と被削性に優れ、焼入れ焼き戻し後に優れた強度 · 靱性を有する冷間鍛造用鋼を提供しょうとするものである。

本発明は上記の課題を解決するためになされ、その要旨は、

( 1 ) 第 1 の発明として、重量％で、 C : 0. 1〜1.0 %、 Si : 0. 1 〜2.0 %、 Mn ： 0.01~1.50%、 P ： 0. 100 %以下、 S ： 0.500 %以下を含み、 sol. N ： 0.005%以下に制限し、残部は Feおよび不可避的不純物からなり、鋼中組織に占めるパ一ライ卜の比率（検鏡面におけるパーライ卜占有面積率 Z検鏡面積）が 120x ( C %) %以下

(但し、 100%以下。）、かつ最表層硬度がビッカース硬度 HVで 4 50x ( C %) 十 90以上である表層硬度と焼鈍による軟質化特性に優れた冷間鍛造用鋼。

( ) 第 2 の発明として、上記（ 1 ) 記載の化学成分に加え、 Cr： 0.01〜0. 70%、 Mo： 0.05〜 50%のうち 1種または 2種を含み、鋼中組織に占めるパ一ライトの比率（検鏡面におけるパ一ライ卜占有面積率 Z検鏡面積）が 120X ( C %) %以下、かつ最表層硬度がビッカース硬度 HVで 450 X ( C %) + 90以上である表層硬度と焼鈍による軟質化特性に優れた冷間鍛造用鋼。

( 3 ) 第 3 の発明として、上記（ 1 ) または（ 2 ) 記載の化学成分に加え、 Ti ： 0.01〜0.20%、 V ： 0.05〜0.50%, Nb： 0.01〜0. 10% 、 Zr： 0.01〜0.30%、 A1 ： 0.001〜0.050 %のうち 1種または 2種以上を含み、鋼中組織に占めるパーライ卜の比率（検鏡面におけるパ—ライ卜占有面積率/検鏡面積）が 120x ( C %) %以下、かつ最表層硬度がビッカース硬度 HVで 450 X ( C %) + 90以上である表層硬度と焼鈍による軟質化特性に優れた冷間鍛造用鋼。

( 4 ) 第 4 の発明として、上記（ 1 ) 〜（ 3 ) のいずれかに記載の化学成分に加え、 B ： 0.0001〜0.0060%を含み、鋼中組織に占めるパーライ卜の比率（検鏡面におけるパーライ卜占有面積率/検鏡面積）が 120 X ( C %) %以下、かつ最表層硬度がピツカ—ス硬度 HV で 450 x ( C %) + 90以上である表層硬度と焼鈍による軟質化特性に優れた冷間鍛造用鋼。

( 5 ) 第 5 の発明として、上記（ 1 ) ~ ( 4 ) のいずれかに記載の化学成分に加え、 pb： 0.01~0.30%、 Ca： 0.0001〜0.0020%、 Te：

0.001〜0.100 %、 Se ： 0.01〜0.50%、 Bi ： 0· 01~ 0.50%を含み、鋼中組織に占めるパーライ卜の比率（検鏡面におけるパ一ライ卜占有面積率 Z検鏡面積）が 120 X ( C %) %以下、かつ最表層硬度がビッカース硬度 HVで 450 X ( C %) +90以上である表層硬度と焼鈍による軟質化特性に優れた冷間鍛造用鋼。

( 6 ) 第 6 の発明として、上記（ 1 ) 〜（ 5 ) のいずれかに記載の化学成分に加え、 Mg： 0.0005〜0.0200%を含み、鋼中組織に占めるパーライ卜の比率（検鏡面におけるパ一ライト占有面積率/検鏡面積）が 120x ( C %) %以下、かつ最表層硬度がビッカース硬度 HV で 450 X ( C %) + 90以上である表層硬度と焼鈍による軟質化特性に優れた冷間鍛造用鋼。

( 7 ) 第 7発明として、重量％で、 C ： 0.1~1.0 %、 Si : 0.1〜 2.0 %、 Mn： 0.01〜1.50%、 P ： 0.100 %以下、 S ： 0.500 %以下を含み、 sol. N ： 0.005%以下に制限し、残部は Feおよび不可避的不純物からなり、鋼中 Cが黒鉛として存在する比率（黒鉛率：黒鉛として析出した炭素量 Z鋼中炭素含有量）が 20%を越える組織を有し、黒鉛の平均粒径が 10 X ( C %) ^1/3 // m以下、かつ最大粒径が 20 / m以下である冷間加工性、被削性および高周波焼入れ性に優れた冷間鍛造用鋼。

( 8 ) 第 8発明として、上記（ 7 ) 記載の化学成分に加え、 Cr： 0. 01〜0.70%、 Mo： 0.05- 0.50%のうち 1種または 2種を含み、鋼中 cが黒鉛として存在する比率（黒鉛率：黒鉛として析出した炭素量 Z鋼中炭素含有量）が 20%を越える組織を有し、黒鉛の平均粒径が lOx ( C %) ^{1/ 3} m以下、かつ最大粒径が 20// m以下である冷間加工性、被削性および高周波焼入れ性に優れた冷間鍛造用鋼。

( 9 ) 第 9発明として、上記（ 7 ) または（ 8 ) 記載の化学成分に加え、 Ti ： 0.01〜0.20%、 V ： 0.05-0.50%、 Nb： 0.01〜0.10%、 Zr： 0.01〜0.30%、 A1 ： 0.001〜0.050 %のうち 1種または 2種以上を含み、鋼中 Cが黒鉛として存在する比率（黒鉛率：黒鉛として析出した炭素量/鋼中炭素含有量）が 20%を越える組織を有し、黒鉛の平均粒径が 10 X ( C %) ^{1/ 3} m以下、かつ最大粒径が以下である冷間加工性、被削性および高周波焼入れ性に優れた冷間鍛造用鋼。

(10) 第 10発明として、上記（ 7 ) 〜（ 9 ) のいずれかに記載の化学成分に加え、 B ： 0.0001〜0.0060%を含み、鋼中 Cが黒鉛として存在する比率（黒鉛率：黒鉛として析出した炭素量 Z鋼中炭素含有量）が 20%を越える組織を有し、黒鉛の平均粒径が 10 X ( C %) ^1/ ³ / m以下、かつ最大粒径が 20 / m以下である冷間加工性、被削性および高周波焼入れ性に優れた冷間鍛造用鋼。

(11) 第 11発明として、上記（ 7 ) 〜（10) のいずれかに記載の化学成分に加え、 Pb： 0.01〜0.30%、 Ca： 0.0001〜0.0020%、 Te： 0 .001〜0.100 % . Se ： 0.01〜0.50%、 Bi ： 0.01〜 0.50%を含み、鋼中 Cが黒鉛として存在する比率（黒鉛率：黒鉛として析出した炭素量/鋼中炭素含有量）が 20%を越える組織を有し、黒鉛の平均粒径が lOx ( C %) ^{1/ 3} m以下、かつ最大粒径が 20/ m以下である冷間加工性、被削性および高周波焼入れ性に優れた冷間鍛造用鋼。

(12) 第 12発明として、上記（ 7 ) 〜（11) のいずれかに記載の化学成分に加え、 Mg： 0.0005〜0.0200%を含み、鋼中 Cが黒鉛として存在する比率（黒鉛率：黒鉛として析出した炭素量 Z鋼中炭素含有量）が 20%を越える組織を有し、黒鉛の平均粒径が 10X ( C %) ³ / m以下、かつ最大粒径が 20 m以下である冷間加工性、被削性および高周波焼入れ性に優れた冷間鍛造用鋼。

(13) 第 13の発明として、上記（ 1 ) 〜 ( 6 ) のいずれかに記載の化学成分を有する鋼に対して、鋼中組織にしめるパーライ卜の比率

(検鏡面におけるパーライト占有面積率 Z検鏡面積）が 120x ( C %) %以下、かつ最表層硬度がピツカ—ス硬度 HVで 450 X ( C %) + 90以上となるようオーステナイ卜温度域またはオーステナイトーフェライ卜 2相域で圧延終了後、直ちに 1 °CZ s以上で急冷し、復熱温度を 650°C以下に制御する表層硬度と焼鈍による軟質化特性に優れた冷間鍛造用鋼の製造方法。図面の簡単な説明

図 1 は、パーラィトの比率測定方法の概要を示す図。

図 2 は、 0.20%クラスの実施例におけるパーライト面積率と軟化までの焼鈍時間の関係を示す図。

図 3 は、 0.35%クラスの実施例におけるパーライト面積率と軟化までの焼鈍時間の関係を示す図。

図 4 は、 0.45%クラスの実施例におけるパーライ卜面積率と軟化までの焼鈍時間の関係を示す図。

図 5 は、 0.55%クラスの実施例におけるパーライ卜面積率と軟化までの焼鈍時間の関係を示す図。

図 6 は、復熱温度と表層硬度の関係を示す図。

図 7 は、復熱温度とパーライト面積率の関係を示す図。

図 8 は、固溶窒素と軟質化までの焼鈍時間の関係を示す図。

図 9 は、 0.55% Cクラスの実施例に関する最大粒径と高周波加熱による硬化時間の関係を示す図。

図 10は、 0. 55 % C クラスの実施例に関する平均粒径と高周波加熱による硬化時間の関係を示す図。

図 11は、 0. 35 % C クラスの実施例に関する平均粒径と高周波加熱による硬化時間の関係を示す図。発明を実施するための最良の実施形態

以下に本発明を詳細に説明する。

先ず、本発明による冷間鍛造用鋼に用いる鋼組織とその含有量について説明する。

Cは、焼入れ焼き戻し後、部品としての強度を確保するために 0 . 1 %以上とする必要がある。上限値は焼き割れ発生を防止するために 1. 0 %とした。

Siは、鋼中の炭素活量を大きくすることにより、黒鉛化を促進する作用がある。その下限値は黒鉛化の観点から 0. 1 %以上が好ましい。また、 2. 0 %を越えるとフヱライ卜硬さが大きくなつたり、鋼の靱性が損なわれるなどの弊害が顕著となるので上限値を 2. 0 %とした。また、 Siは黒鉛化率を調整する元素として使用でき、含有量が低いほど焼鈍後の黒鉛化率が小さくなる。 Si量低減によって黒鉛化率を低下させると、フェライト相の硬さを低下させることから、規定範囲内であれば鋼材硬度が大きくなることはなく、冷間鍛造性能を低下させることはない。

Mnは、鋼中 Sを MnSとし固定 ' 分散させるために必要な量及びマトリックスに固溶させて焼入れ後の強度を確保するために必要な量を加算した量が必要であり、その下限値は 0. 01 %である。 Mn量が大きくなると素地の硬さが大きくなり冷間加工性が低下する。また、 Mnは黒鉛化阻害元素であり、添加量が増えると焼鈍時間が長くなる傾向があるので上限を 1. 50 %とした。

Pは、鋼中において素地の硬さが大きくなり、冷間加工性が低下するので、その上限を 0. 100 %とする必要がある。

Sは、 Mnと結合して MnS介在物として存在するが、冷間加工性の点からその上限値を 0. 500 %とする必要がある。

窒化物として存在しない固溶窒素はセメンタイ卜中に溶け込み、セメンタイ卜の分解を阻害することから、黒鉛化阻害元素となる。そのため、本発明では sol. Nによって規定する。すなわち、 sol. N が 0. 005 %超含まれると極端に黒鉛化に要する焼鈍時間が長くなり、かつ軟質化後の硬度が高くなるため、 sol. Nの上限を 0. 005 %とした。このことは、 sol. Nが Cの拡散を阻害して黒鉛化を遅くするとともに、フェライト硬度を高めるからである。

Crは、焼入れ性向上元素であるが、同時に黒鉛化阻害元素である。そのため、焼入れ性向上が必要な場合には 0. 01 %以上の添加を必要とする。しかし、多量に添加すると黒鉛化を阻害するので焼鈍時間が長くなるため、 0. 70 %を上限とした。

Moは、焼入れ後の強度を增加させるが、炭化物を生じやすく炭素の活量を低下させる元素で黒鉛化を阻害する元素である。そこで黒鉛化阻害効果が顕著となる 0. 50 %を上限とし、黒鉛の核生成を大きく阻害しない添加量にとどめた。ただし、他の焼入れ性向上元素に比べ黒鉛化阻害の程度が小さいので、焼入れ性を向上させるために規定した範囲内で Mo添加量を多くすればよい。

は、鋼中で TiNを形成し、ァ粒径を小さくする。黒鉛はァ粒界や析出物という、いわば格子の不均一部に析出する傾向にあり、 Ti の炭窒化物は黒鉛の析出核としての役割と、ァ粒径微細化による黒鉛析出核の創出という役割を担う。さらに、 Nを窒化物として固定するために sol. Nを低減させる。 Tiが、 0. 01 %未満ではその効果が小さく、 0. 20 %超ではその効果が飽和するとともに、多くの TiNが析出して機械的性質を損なう。

Vは、炭窒化物を形成し、ァ粒微細化と析出核の両面で黒鉛化焼鈍時間を短縮する。また、窒化物生成時に sol. Nを低減させる。 V が 0. 05 %未満ではその効果が小さく、 0. 50 %超ではその効果が飽和するとともに、多くの未溶解炭化物が残留するために機械的性質を損なう。

Nbは、炭窒化物を形成し、ァ粒微細化と析出核の両面で黒鉛化焼鈍時間を短縮する。また、窒化物生成時に sol. Nを低減させる。 Nb が 0. 01 %未満ではその効果が小さく、 0. 10 %超ではその効果が飽和するとともに、多くの未溶解炭化物が残留するために機械的性質を損なう。

Moは、焼入れ後の強度を增加させるが、炭化物が生じやすく炭素の活量を低下させる元素で黒鉛化を阻害する元素である。そこで、黒鉛化阻害効果が顕著となる 0. 5 %を上限とし、黒鉛の核生成を大きく阻害しない添加量にとどめた。ただし、他の焼入れ性向上元素に比べ、黒鉛化阻害の程度が小さいので、焼入れ性を向上させるために規定した範囲内で Mo添加量を多くすればよい。

Zrは、酸化物、窒化物、炭化物、硫化物を形成する。それらは析出核として黒鉛化焼鈍時間を短縮する。また、窒化物生成時には so 1. Nを低減させる。また、 MnSなどの硫化物の形状を球状化させ、機械的性質の圧延異方性を緩和することができる。さらに、焼入れ性も向上させることができる。 Zrが 0. 01 %未満ではその効果が小さく、 0. 30 %超ではその効果が飽和するとともに、多くの未溶解炭化物が残留するために機械的性質を損なう。

A1は、鋼を脱酸して圧延時の表面疵を防止するために 0. 001 %以上必要であり、脱酸の効果は 0. 050 %超で飽和し、アルミナ系介在物が増加するので上限を 0.050%とした。また、 A1Nとして析出した場合には黒鉛の析出核としての役割と、ァ粒径微細化による黒鉛析出核の創出という役割を担う。さらに、 Nを窒化物として固定するので sol. Nを低減させる。

Bは、 Nと反応してオーステナイ卜結晶粒界に BNとして析出するので sol. N低減に役立つ。また、 BNの結晶構造は黒鉛と同じく六方晶系てあり黒鉛の析出核となる。また、 sol. Bは焼入れ性を向上させる元素であり、焼入れ性を必要とする場合に添加することが望ましい。その下限値は 0.0001%とする必要がある。 BNを析出させる効果ゃ焼入れ性向上効果は 0.0060%超で飽和するので上限を 0.0060% とした。

Pbは、被削性向上元素である。被削性を必要とする場合には 0.01 %以上必要であり、 0.30%超では黒鉛化を阻害するとともに圧延疵などの製造上の問題を生じるため 0.30 %を上限とした。

Caは、 MnSの球状化による圧延異方性の緩和と被削性向上を必要とする場合に有効である。また、析出した Ca系介在物は黒鉛の析出核として作用する。その効果は 0.0001%未満では効果が小さく、 0. 0020%超では析出物によっては機械的性質を損なうおそれがあるため 0.0020%を上限とした。

Teは、被削性向上元素であるとともに、 MnSの球状化による圧延異方性の緩和に役立つ。 0.001%未満では効果が小さく、 0.100% 超では黒鉛化阻害や圧延疵などの問題を引き起こすので 0.100%を上限とした。

Seは、被削性向上に有効で、 0.01%未満ではその効果が小さく、 0.50%超ではその効果が飽和するので 0.50%を上限とした。

Biは、被削性向上に有効で、 0.01%未満ではその効果が小さく、 0.50%超ではその効果が飽和するので 0.50%を上限とした。 Mgは、 MgOなどの酸化物生成元素であるとともに、硫化物を生成する。 MgSは、 MnSなどと共存することも多く、このような酸化物、硫化物は黒鉛析出核になり、黒鉛の微細分散と焼鈍時間の短縮に有用である。その効果は Mg： 0. 0005 %未満では認められず、 0. 0200 %超では酸化物を多く生成し鋼の強度を低下させる。従って、 Mgの含有量は、 0. 0005〜0. 0200 %の範囲とした。

次に、本発明による冷間鍛造用鋼の圧延ままの状態の鋼組織について説明する。

冷間鍛造用鋼の表層は、変態点以上の温度から急冷することによつて硬度を増すことができるが、その表層の硬度は C量の影響を受ける。表層硬度が低すぎる場合には表層硬度を必要とする鋼には使用できないこととなる。たとえば、耐磨耗性を必要とする鋼では少なくとも一般焼準材ょりも大きな硬度とする必要がある。本発明では、 C量に応じてビッカース硬度 HVで 450 X ( C % ) + 90以上の硬さを有する鋼を提供できる。

鋼中組織に占めるパーライ卜の比率（検鏡面におけるパーライト占有面積率 Z検鏡面積）が 120 X ( C % ) %以下（ただし、 100 % 以下。なお、本発明においては、以下同様とする。）となるように規定した理由を述べる。本発明の成分系では鋼中の炭素が黒鉛化する場合、オーステナイ卜領域から大気放冷速度、または、それより速い速度で冷却すると、通常はセメンタイ卜を生成する。しかし、焼鈍後に優れた冷間加工特性を付与するには、焼鈍によって Cを黒鉛化する必要がある。焼鈍による黒鉛化の過程は、セメンタイ卜の分解一 Cの拡散—黒鉛核生成. ' 成長の順と考えられる。その際、セメンタイトの分解の観点から、セメンタイ卜の大きさが大きく、力、つエネルギー的に安定な形態、すなわち、 Cがラメラ上のパーライ卜を生成すると、セメンタイトの分解に多くの時間を要し、焼鈍時間を短縮することができない。

また、黒鉛の成長の観点からは Cの拡散によつて黒鉛を生成する際、 Cの拡散距離が短い場所の黒鉛が生成 · 成長する傾向にある。すなわち、旧パ一ライ卜付近に黒鉛を生成する傾向にある。このことは生成した黒鉛が粗大かつ不均一に分散することを意味し、焼鈍後の破壊までの変形量を小さくしたり、高周波焼入れによる黒鉛の分解と Cの拡散に時間がかかり、高周波焼入れによる硬化特性を低下させる。このように、本発明の鋼では焼鈍の時間短縮と焼鈍後に優れた変形特性を付与できるよう、パーライ卜の生成を極力抑制することが必要である。

次に、パ一ライ卜の比率測定方法の概要を図 1 に示す。パーライトの比率測定方法によるパーライ卜の比率の算出方法は以下の式による。

( P % ) = ∑ { ( P i % ) · 2 w · r i } ここで、 r i = i — l リ ' w ^ ι / w = R / n

( P % ) ：パーライトの比率

w ：測定代表幅

n ：分割数

( P i % ) ：測定場所のパーライトの比率

r ；：測定代表半径

i ：分割時の引数（内側から i = 1 ， 2 ， ■■· , n )

R ：棒鋼または線材の半径

こ、、め。

本方法は簡易的な方法であるが、分割数 nが大きければ wが小さくなるので、鋼のパーライトの比率を正確な面積率として算出できる。本発明では n ≥ 5 と規定する。具体的にはナイタ一ルェッチングした断面方向研磨検鏡サンプルを倍率 1000倍で光学顕微鏡にて 1 mm ピッチで表層から中心まで観察する（20mm線材では n = 10 ) 。視野内におけるパ一ライ卜を画像処理装置によって計測した面積率を測定し、その面積率を棒鋼または線材半径方向 1 mm幅の代表値 wとして断面内のパーライト面積占有率を算出する。

この際、ナイタールによるエッチングによってラメラ組織が認められるものをパ一ライトとした。この面積率が 120 X ( C % ) %を越えると焼鈍時間が極端に長くなる。この焼鈍時間への影響は素材 C量によって異なるが、 C量が多く、パーライト面積占有率が 120 X ( C % ) %以上であればコスト的に実用化できない。従って、パ —ライ卜の面積率の上限を 120 X ( C % ) %とした。但し、 100 % は超えない。

図 2〜図 5 にそれぞれ C量の異なる場合の焼鈍前パ一ライ卜面積率と焼鈍時間の関係を示す。 C量が低い方が容易に軟化するが、本発明の範囲外では極端に焼鈍時間が長くなることがわかる。

次に、本発明にかかる冷間鍛造用鋼の焼入れ後または焼鈍後の状態における鋼組織について説明する。

鋼中 Cは大部分がセメンタイトまたは黒鉛として存在するが、黒鉛は劈開性を有するので容易に変形できる。マトリックスが砍質であれば冷間鍛造性に優れ、切削時には内部潤滑材と破壊起点の両方の機能から被削性を向上させる。しかし、黒鉛の含有率が 20 %以下となると十分な変形 · 潤滑機能を発揮しなくなるので、 20 %超を下限とした。変形特性を優先する場合には黒鉛化率を大きくし、一方、良好な高周波焼入れ特性を確保するためには、意図的に Cの一部を黒鉛化させず一部をセメンタイ卜として残すことが有効である。

さらに、黒鉛の平均粒径が l O x ( C % ) ^{1 / 3} m以下、かつ最大粒径が 20 m以下とした理由は、高周波焼入れ特性に考慮した結果である。すなわち、高周波焼入れを行うと、その硬化特性は黒鉛中 Cの分解 · 拡散に支配される。その際、黒鉛粒径が大きいと分解 · 拡散に多くの熱量および時間が必要となり、高周波焼入れで安定した硬化層を得ることが困難であるためである。短時間に処理が終了する高周波焼入れによって含有 C量相当の硬化層を安定して得るためには、黒鉛の平均粒径が 10 X ( C % ) ^{1 / 3} m以下であること力必要で、これを越えると高周波焼入れ後も未溶解の黒鉛が多かったり、拡散途中の Cを含む層と、拡散した Cを未だ含まないフェライ卜の混合組織が多く含まれるので、硬化が困難なだけでなく、安定した硬化層を得ることができない。

図 10， 11に黒鉛の平均粒径と高周波焼入れによる硬化時間の関係を、図 9 に黒鉛の最大粒径と高周波焼入れによる硬化時間の関係を示す。

更に、本発明による冷間鍛造用鋼を圧延ままで使用する際の製造方法について説明する。

上述した鋼組成を有する鋼をォ一ステナイト温度領域で圧延した後においては、冷却速度が遅いとパーライ卜が多く生成し、軟化するまでの焼鈍時間が長くなる。また、表層硬度の点でも十分な硬度を示さないので、直接使用するには軟らかく、冷間鍛造するには硬すぎるという中途半端な鋼になる。従って、これらの問題を解消するには急冷することが望ましい。圧延終了から 500 °Cまでの表層冷却速度が 1 。 / s以上であれば、徐冷される内部より硬度を増すことができる。また、鋼断面のパ一ライ卜の面積率が 120 X ( C % ) %を超えないようにするためにも 1 °C / s以上の速度で冷却する必要がある。ー亘冷却した後、オーステナイト化温度まで再加熱して水冷するなどの手段によってパーライト量を減少させることもできるが、コストと手間の点でォンラインで処理することが望ましい。鋼内部の組織については、通常の焼入れのように急冷によって硬度を大きくすることが主目的ではなく、焼鈍時に分解が容易なようにパ一ライトを生成させないことが目的であるため、冷却能力を無理に大きくする必要はない。実際の鋼材製造においては 5〜 150mm の直径で成品出荷されることが多いため、それらを対象にパーライ卜の生成を抑制すればよい。換言すれば、必ずしもマルテンサイ卜組織である必要はなく、ペイナイ卜組織でもフヱライ卜、パーライト組織の鋼より軟化のための焼鈍時間が短くて済む。そのため具体的には、圧延直後の鋼材を圧延ライン最後部に設置したクーリング卜ラフゃ水槽などの冷却装置内を通過させる。

オンラインでは、鋼材は冷却装置を通過した後、大気中で冷却される。ここで重要なことは、表層はー亘冷却されても鋼材内部の熱により復熱することである。この復熱温度を 650 °C以下に抑制することが必要である。

復熱温度を 650 °C以上に復熱した場合、表層硬度は低下する。また一部では大気中での冷却中にパーライ卜を生成し、パーライト量を 120 X ( C % ) %にすることが困難になる。この冷却速度および復熱特性は圧延されている棒および線の直径の影響を大きく受けるが、冷却は水冷に限らず、油冷、風冷など冷却速度 1 °C / s以上、復熱 650 °C以下を実現できる冷却手段であればよい。

このように圧延後、圧延ライン中に取り付けた冷却装置によって直ちに冷却し、復熱温度を 650 °C以下に抑制することで、表層硬度を大きくし、さらにパ一ライト面積占有率を 120 X ( C % ) %以下にできる。

図 6 に復熱温度と表層硬度の関係を示す。図 6 に示すように、復熱が大きくなると表面硬さを確保できない。図 7 に復熱温度とパーラィト面積率を示す。図 7 に示すように、復熱温度が高くなるとパ一ライト面積率が增大することがわかる。このように、図 6 、図 7 から急冷後に復熱温度を抑制することが重要であることがわかる。

また、本発明により製造される焼鈍後に冷間加工に供するための冷間鍛造用鋼とする場合の焼鈍条件について述べる。

冷間加工に供するために本発明で規定した量の黒鉛を得るにはさらに焼鈍を必要とする。黒鉛は Fe - C系では鋼の安定相であるから、変態温度 A , 点以下で長時間保持すれば良い。ただし実用的には限られた時間内での黒鉛を析出する必要があるので、早く黒鉛が析出する温度 600〜7 10 °Cで保持することが好ましい。その際、保持時間は 1 〜50時間で黒鉛化を完了できる。

このような条件を採用することにより、本発明で規定したような、鋼中 Cが黒鉛として存在する比率が 20 %を越える組織で、かつ黒鉛の平均粒径が l O x ( C % ) ^{1 / 3} m以下、最大粒径が 20 m以下を有する組織を得ることができる。

実施例

く実施例 1 >

表 1〜 8 に示す化学成分を有する鋼を溶製した。本発明例はォーステナイ卜温度域で直径 50mmまたは直径 20mmに圧延後、直ちに水冷した。圧延温度はオーステナイ卜温度域である 800 ~ 1 100 °Cである。水冷には圧延ライン最後部に設置したクーリングトラフを用いた比較例を含む一部の試験片については 1200 °C以上で直径 50mmまたは直径 20mmに圧延後、空冷した。

それぞれの試験片から断面方向の光学顕微鏡用検鏡サンプルを採取し、鏡面に研磨した後ナイタールでエッチングした。 1000倍の倍率でパ—ライ卜と他の組織を分離し、パーライ卜の面積率を画像処理装置によって定量化した。その際、対象とした視野数は 50視野である。

このような熱処理材を 680°Cで焼鈍した。焼鈍時間 16時間までは 4時間ごと、 48時間までは 8時間ごと、それ以上では 24時間ごとに硬度を測定し、ピツカ一ス硬度は HV： 130 以下となるまでの焼鈍時間を測定した。また温度の測定は輻射温度計によつて鋼材表面の温度を測定した。冷速は冷却直前と復熱後の温度差を復熱に要した時間で除することで求めた。

表 1 ~ 6 に本発明例（ 1〜42) を、表 7 ~ 8 ( 43- 62) に比較例 ( 43〜62) を示す。本発明例はいずれも表層硬度が高く、軟化焼鈍時間も短い。しかし、比較例 43〜54に示すように、 sol. N量が規定範囲外であると軟質化のための焼鈍時間が長くなる。また、比較例 55〜59では冷却速度が不足したためにパーラィト分率が多くなり、焼鈍に時間がかかることがわかる。さらに比較例 60〜 62では復熱温度が高く、やはり焼鈍時間が長くなる。またこのように、冷速および復熱温度が本発明に規定した範囲外であると表層硬度が不足することがわかる。

実化学成分

施

Να C Si Mn P S sol. N Cr Ti V Nb Zr Mo

1 発明例 0.51 1.23 0.32 0.023 0.017 0.0020

2 発明例 0.54 1.87 0.82 0.023 0.017 0.0021

3 発明例 0.56 1.43 1.21 0.008 0.008 0.0019 0.021

4 発明例 0.52 1.17 0.45 0.012 0.030 0.0042 0.20

5 発明例 0.51 1.23 0.32 0.023 0.017 0.0020 0.11

6 発明例 0.54 1.87 0.82 0.023 0.017 0.0021 0.022

7 発明例 0.56 1.43 1.21 0.008 0.008 0.0019 0.023

8 発明例 0.52 1.17 0.45 0.012 0.030 0.0042 0.035

9 発明例 0.51 1.16 0.45 0.027 0.028 0.0035 0.12

10 発明例 0.48 1.26 0.28 0.024 0.021 0.0019 0.11

11 発明例 0.54 1.82 0.54 0.024 0.021 0.0029 0.05

12 発明例 0.48 1.09 0.36 0.029 0.018 0.0037

13 発明例 0.51 1.29 0.38 0.021 0.015 0.0032

14 発明例 0.53 1.25 0.36 0.029 0.018 0.0037

化学成分復熱表層パ一ラ焼鈍焼鈍施区分ィ卜率時間硬さ

Να A1 B Pb Ca Te Se Bi Mg (。C ) (HV) (%) (hr) (HV)

1 発明例 0. 027 15 100 652 0 8 121

2 発明例 0. 023 8 489 429 0 8 124

3 発明例 0. 017 3 520 364 25 16 127

4 発明例 10 560 410 23 16 126

5 発明例 0. 027 3 510 319 12 8 121

6 発明例 0. 023 15 380 621 0 8 124

7 発明例 0. 017 8 490 510 11 8 127

8 発明例 8 420 565 7 8 126

9 発明例 0. 022 8 380 589 0 8 119

10 発明例 0. 034 0. 0021 5 510 405 10 16 126

11 発明例 0. 029 0. 13 5 410 425 32 16 127

12 発明例 0. 027 0. 0021 0. 0013 10 530 385 15 16 124

13 発明例 0. 021 0. 0025 0. 031 10 550 398 35 8 125

14 発明例 0. 023 0. 0024 0. 23 15 620 320 53 32 120

。

表 3

化学成分

施区分

Να C Si Mn P S sol. Cr Ti V Nb Zr Mo

15 発明例 0.32 1.23 0.42 0.013 0.027 0.0021

16 発明例 0.32 1.27 0.54 0.023 0.012 0.0022

17 発明例 0.26 1.83 0.51 0.003 0.015 0.0037

18 発明例 0.32 1.17 0.45 0.020 0.025 0.0012

19 発明例 0.25 1.20 0.60 0.026 0.020 0.0042 0.21

20 発明例 0.34 1.32 0.25 0.022 0.025 0.0032 0.25 0.022

21 発明例 0.35 1.21 0.36 0.019 0.022 0.0022 0.023

22 発明例 0.35 1.19 0.81 0.027 0.023 0.0038 0.035 0.25

23 発明例 0.23 1.16 0.52 0.028 0.023 0.0045 0.040

24 発明例 0.35 1.26 0.55 0.027 0.019 0.0025 0.048

25 発明例 0.31 1.26 0.75 0.028 0.025 0.0033 0.22

26 発明例 0.38 1.46 0.18 0.025 0.029 0.0015 0.10

27 発明例 0.32 1.31 0.91 0.030 0.022 0.0042

28 発明例 0.32 1.20 0.34 0.021 0.026 0.0042

29 発明例 0.33 1.26 0.36 0.028 0.018 0.0037

30 発明例 0.38 1.34 0.45 0.029 0.017 0.0026

化学成分冷却復熱表層パーラ焼鈍焼鈍施区分速度ィト率時間硬さ Να A1 Β Pb Ca Te Se Bi Mg (°C/ s ) (。C ) (HV) { % ) (hr) (HV)

15 発明例 0. 025 3 470 292 32 4 119

16 発明例 0. 022 3 390 385 12 4 125

17 発明例 0. 022 3 280 275 19 12 124

18 発明例 15 100 398 0 4 122

19 発明例 0. 021 15 100 310 0 4 128

20 発明例 0. 018 8 330 416 0 4 124

21 発明例 0. 030 3 390 402 2 4 118

22 発明例 0. 031 3 360 420 0 4 125

23 発明例 0. 029 3 480 295 5 4 126

24 発明例 0. 027 3 530 361 10 8 119

25 発明例 0. 017 3 480 311 9 8 120

26 発明例 0. 023 0. 0028 3 390 451 0 8 118

27 発明例 0. 026 0. 0025 0. 021 3 470 338 17 8 131

28 発明例 0. 022 0. 0022 0. 0016 3 610 306 25 16 125

29 発明例 0. 022 0. 0023 0. 25 3 500 318 17 8 109

30 発明例 0. 025 3 510 298 20 8 121

化学成分

施区分

Να C Si Mn P S sol. N Cr Ti V Nb Zr Ho

31 発明例 0.55 0.75 0.31 0.023 0.017 0.0020

32 発明例 0.44 0.65 0.72 0.023 0.017 0.0021

33 発明例 0.36 0.50 1.01 0.008 0.008 0.0019

34 発明例 0.22 0.42 0.52 0.012 0.030 0.0042

35 発明例 0.54 0.46 0.42 0.021 0.019 0.0022 0.25

36 発明例 0.54 0.21 0.51 0.024 0.021 0.0042 0.21 0.021

37 発明例 0.55 0.55 0.36 0.022 0.024 0.0022 0.025

38 発明例 0.48 0.64 0.24 0.024 0.021 0.0048 0.025 0.21

39 発明例 0.52 0.43 0.37 0.022 0.022 0.0035 0.031

40 発明例 0.65 0.51 0.38 0.017 0.012 0.0025 0.053

41 発明例 0.51 0.35 0.48 0.027 0.028 0.0035 0.12

42 発明例 0.48 0.65 0.19 0.024 0.021 0.0019 0.11

表 6

化学成分復熱賴パーラ焼鈍焼鈍施区分ィ卜率時間硬さ Να A1 Β Pb Ca Te Se Bi Mg (°C ) (HV) (% ) (hr) (HV)

31 発明例 0. 027 10 430 521 0 8 121

32 発明例 0. 023 15 100 521 0 8 124

33 発明例 0. 017 3 500 320 0 4 127

34 発明例 3 380 325 0 8 126

35 発明例 0. 029 10 370 596 0 12 125

36 発明例 0. 019 0. 0021 10 440 562 36 16 122

37 発明例 0. 029 8 430 545 37 12 120

38 発明例 0. 030 0. 0021 3 550 320 42 24 128

39 発明例 0. 036 0. 0025 3 560 410 45 16 124

40 発明例 0. 021 0. 0024 8 440 495 35 16 126

41 発明例 0. 022 3 470 452 31 16 119

42 発明例 0. 034 8 390 495 2 12 126

表 7

化学成分

/倫Jib J p

l υ_η ο ς

b(J IN I τ-i

1 v 1 u 例 0.55 1.23 0.34 0.019 0.017 0.0059

44 0.49 1.19 0.40 0.021 0.020 0.0070

0.35 1.18 0.35 0.021 0.026 0.0062

0.53 0.75 0.41 0.029 0.027 0.0057

47 0.46 0.69 0.41 0.022 0.021 0.0061

48 比校例 0.36 0.72 0.34 0.024 0.021 0.0057

49 比蛟例 0.58 1.28 0.50 0.021 0.026 0.0082 0.01

50 比较例 0.46 0.73 0.34 0.023 0.019 0.0059

51 比較例 0.36 0.72 0.34 0.024 0.021 0.0057

52 比较例 0.58 1.21 0.32 0.024 0.026 0.0068 0.11

53 比较例 0.48 1.06 0.35 0.021 0.022 0.0063 0.014

54 比較例 0.48 0.71 0.50 0.029 0.021 0.0065

55 比較例 0.53 1.12 0.36 0.022 0.027 0.0035

56 比較例 0.51 1.21 0.35 0.019 0.019 0.0038

57 比較例 0.54 1.87 0.82 0.023 0.017 0.0021

58 比較例 0.46 1.43 1.21 0.008 0.008 0.0019 0.021

59 比較例 0.35 1.23 0.42 0.021 0.016 0.0045

60 比較例 0.22 1.17 0.45 0.012 0.030 0.0042 0.20

61 比較例 0.51 1.23 0.32 0.023 0.017 0.0020 0.11

62 比較例 0.54 1.87 0.82 0.023 0.017 0.0021 0.022

表 8

化学成分冷却 —ラ焼鈍焼鈍復熱表眉

施区 k— 分 J R 速度ィト率時間硬さ

Να C/ s ) (°C ) (HV) (% ) (hr) (HV)

43 比較例 0. 028 10 450 586 0 120 138

44 比较例 0. 019 0. 0026 10 550 546 0 120 141

45 比较例 J 0. 021 6 560 405 10 120 145

46 比較例 0. 028 8 540 486 10 120 145

47 比較例 0. 019 8 500 456 40 120 141

48 比较例 0. 021 0. 0024 10 450 385 55 120 135

49 比較例 0. 010 10 450 367 25 120 150

50 比較例 0. 019 10 570 341 20 120 141

51 比較例 0. 021 0. 0024 10 570 345 15 120 135

52 比較例 0. 015 10 400 520 0 120 152

53 比較例 0. 027 0. 0021 10 420 512 0 120 148

54 比較例 0. 021 0. 0021 10 440 465 16 32 148

55 比較例 0. 028 0. 0025 0. 5 770 265 86 48 125

56 比較例 0. 027 0. 0028 0. 5 700 253 90 32 126

57 比較例 0. 023 0. 5 780 243 82 120 124

58 比較例 0. 017 0. 5 760 225 75 70 127

59 比較例 0. 024 0. 5 770 205 36 48 124

60 比較例 2 780 211 36 120 126

61 比較例 0. 027 2 750 254 92 72 151

62 比較例 0. 023 2 720 259 81 96 164

<実施例 2 >

表 9〜16に示す化学成分を有する鋼を溶製し、 750 ~ 850 °Cで直径 50mmまたは直径 30mmに圧延した。比較例を含む一部の試験片については 1200 °C以上で鍛造した。実施例となる圧延材は圧延直後に 8 00〜900 °Cからオンライン水冷装置によって水冷した。また鍛造材は加熱炉により 850 °Cまで加熱し、本発明例は水冷し、比較例は空冷または水冷した。空冷することにより黒鉛粒径が大きくなる。その際の試験片サイズは直径 30mm、長さ 40mmである。このように冷却した熱処理材を再度 680 °Cに加熱し、焼鈍した。黒鉛化率は J I S G 12 1 1に基づいて測定した o

また研磨試料を作成し、黒鉛粒径については 50視野を 400倍以上の倍率で画像処理装置によって測定した。黒鉛化焼鈍後、硬度測定、切削試験と高周波焼入れ試験を行った。切削試験は直径 3 0の高速度鋼ドリルによる孔あけ加工で、切削条件は切削速度を変化させ、工具寿命 1000mm以上となるドリル周速度、いわゆる VL 1000 ( m Z mi n )を被削性の指標とした用いた。なお送り量は 0. 33mm/ rev で水溶性油を用いた湿式切削である。

その結果を表 17〜19に示す。

焼鈍前後の硬さおよび高周波焼入れによる焼入れ時間を示す。本発明例（ 1〜59 ) は焼入れ前は HV ： 120 前後、焼入れ後は HV： 600 前後まで硬化することができる。高周波加熱による焼入れ性の評価には変態点自動測定装置（フォーマスタ）を用いた。フォーマスタでは高周波によって 1000 °Cまで加熱、急冷した場合、黒鉛は拡散時間が遅いので、高周波焼入れ後の硬度にばらつきを生じる。そこで、加熱時間を変化させて急冷することで、焼入れによる硬度ばらつきがなくなるまでの時間を測定し、それによつて焼入れ性の良否を評価した。試験片サイズは直径 3 mm、長さ 10mmである。ここで 5点の硬度ばらつき力 HV： 200 以下となったときに、硬度のばらつきがないものと見なした。

本発明例は短時間の焼鈍で十分に軟化し、被削性に優れる。被削性 VL1000 = 150 m / min は試験装置の限界であり、さらに向上する可能性を秘めている。また軟質にも関わらず、高周波焼入れによつてばらつきなく硬化した。その時間は 3秒とフォーマスタ試験の制御可能な最短時間の加熱でも十分にばらつきなく高周波焼入れできた。これらの傾向は Ti, Crなどの元素を添加してもその基本特性は変わらず、さらに被削性や焼入れ性が必要な場合には必要に応じてそれら元素を添加できる。

比較例 57〜70は sol. N量の本発明で規定した量を越える試験材、黒鉛粒径が規定量を越える試験材である。 sol. Nの効果をさらに明確にするために、 sol. Nと黒鉛焼鈍時間および硬さへの影響を図 8 に示す。図 8 中の円内の番号は実施例番号で、そのとき得られた硬さを付記した。

sol. Nを低減すると HV： 120 以下にするのに必要な焼鈍時間を極端に短くすることができる。一般に、 C量によって鋼材の硬さは影響を受けるが、黒鉛を生成することでフライ卜硬さの影響が顕著になる。いずれの C量でも sol. Nを多く含む場合には焼鈍時間 120 時間と長くしても硬度が十分に下がっていない。例え、 total— N が同レベルでも sol. N量によって大きく変化することがわかる（実施例： 7 , 26、比較例： 57， 60) 。

また、 sol. Nを低減させることで最低硬さも低くすることができ、 sol. N含有量の多い鋼より軟質にすることができる。このように、添加元素に若干の違いはあるが、 sol. N量の規定を越える場合には焼鈍時間が長くなることがわかる。また、比較例 65〜67のように焼鈍を途中で打ち切ると、黒鉛率が不足するので焼鈍後の硬度が十分に低下せず冷間鍛造性に劣る。また、硬度が高いと被削性も低下する。例え、焼鈍時間を長くし、コスト上不利な処理を敢えて行つても、黒鉛粒径が本発明で規定した範囲内にあるように十分に微細でなければ高周波焼入れ時に硬度のばらつきを生じゃすい。

比較例 68 ~ 71は最大粒径が大きく、高周波焼入れによつて Cの拡散が困難なため均一な硬さを得るには加熱時間を要する。

比較例 71〜73に見られるように、平均粒径が大きい場合もばらつきを解消するためには高周波焼入れ加熱時間を長くする必要がある。このことは、高周波による全体加熱と同じになり、硬化層厚さの制御が困難で焼き割れを生じやすくする。

表 9

化学成分

施区分

C Si Mn Ρ S sol. Ν total Ν Cr Ti V Nb Zr Μο Να

1 発明例 0.51 1.23 0.32 0.023 0.017 0.0020 0.0025

2 発明例 0.54 1.87 0.82 0.023 0.017 0.0029 0.0035

3 発明例 0.56 1.43 1.21 0.008 0.008 0.0019 0.0026

4 発明例 0.52 1.17 0.45 0.012 0.030 0.0032 0.0036

5 発明例 0.54 1.20 0.30 0.021 0.019 0.0022 0.0042 0.25

6 発明例 0.54 1.22 0.35 0.024 0.021 0.0018 0.0052 0.21 0.021

7 発明例 0.55 1.21 0.32 0.022 0.024 0.0022 0.0062 0.015

8 発明例 0.55 1.19 0.41 0.024 0.021 0.0038 0.0068 0.025 0.21

9 発明例 1.丄 b Ό. OU U. υίά U. UUOO U. 丄

10 発明例 0.65 1.26 0.35 0.017 0.012 0.0025 0.0057 0.053

11 発明例 0.51 1.16 0.45 0.027 0.028 0.0035 0.0045 0.12

12 発明例 0.48 1.26 0.28 0.024 0.021 0.0019 0.0047 0.11

13 発明例 0.54 1.82 0.54 0.024 0.021 0.0029 0.0032

14 発明例 0.52 1.09 0.36 0.029 0.018 0.0037 0.0055

15 発明例 0.51 1.29 0.38 0.021 0.015 0.0032 0.0050

16 発明例 0.53 1.25 0.36 0.029 0.018 0.0037 0.0047

17 発明例 0.54 1.31 0.46 0.027 0.012 0.0017 0.0026

18 発明例 0.54 1.31 0.46 0.027 0.012 0.0017 0.0036

19 発明例 0.52 1.20 0.32 0.015 0.010 0.0027 0.0060

表 10

化学成分

黒鉛率平均最大 k-^. J A 1 D 10 X C ^1/3

Λ D I D d I c Dl (%) 粒径粒径

Mn

1 明例 0.027 79 4.2 7.99 13.2

0.023 85 4.5 8.14 11.5

3 発明例 0.017 82 5.5 8.24 10.6

4 発明例 82 4.8 8.04 14.2

5 発*明 J例 J 0.029 72 4.2 8.14 12.6

6 発明例 0.019 85 5.9 8.14 8.9

7 発明例 0.029 82 5.0 8.19 12.5

8 発明 J例 J 0.030 76 4.6 8.19 10.3

9 発明 J例 0.036 73 4.1 8.04 14.3

10 発明例 0.021 85 3.9 8.66 14.5

11 発明例 0.022 86 4.8 7.99 13.5

12 発明例 0.034 0.0021 93 4.2 7.83 12.6

13 発明例 0.029 0.13 91 4.6 8.14 14.5

14 発明例 0.027 0.0021 0.0013 86 5.0 8.04 18.3

15 発明例 0.021 0.0025 0.031 88 4.7 7.99 12.0

16 発明例 0.023 0.0024 0.23 79 5.8 8.09 11.9

17 発明例 0.027 0.30 86 5.5 8.14 13.5

18 発明例 0.017 0.0060 86 5.5 8.14 13.5

19 発明例 0.0045 86 5.5 8.04 13.5

表 11

化学成分

倫 J Γ P c total N Cr Ti V Nb Zr Mo Ni

20 発明例 0.32 1.23 0.42 0.013 0.027 0.0021 0.0036

21 発明例 0.32 1.27 0.54 0.023 0.012 0.0022 0.0040

22 発明例 0.26 1.83 0.51 0.003 0.015 0.0037 0.0048

23 発明例 0.32 1.17 0.45 0.020 0.025 0.0012 0.0020

24 発明例 0.25 1.20 0.60 0.026 0.020 0.0032 0.0042 0.21

25 発明例 0.34 1.32 0.25 0.022 0.025 0.0032 0.0065 0.25 0.022

26 発明例 0.35 1.21 0.36 0.019 0.022 0.0023 0.0065 0.023

27 発明例 0.35 1.19 0.81 0.027 0.023 0.0038 0.0055 0.035 0.25

28 発明例 0.23 1.16 0.52 0.028 0.023 0.0041 0.0050 0.040

29 発明例 0.35 1.26 0.55 0.027 0.019 0.0025 0.0046 0.048

30 発明例 0.31 1.26 0.75 0.028 0.025 0.0033 0.0047 0.22

31 発明例 0.38 1.46 0.18 0.025 0.029 0.0015 0.0040 0.10

32 発明例 0.24 1.32 0.50 0.026 0.025 0.0039 0.0038

33 発明例 0.32 1.31 0.91 0.030 0.022 0.0042 0.0051

34 発明例 0.32 1.20 0.34 0.021 0.026 0.0042 0.0055

35 発明例 0.33 1.26 0.36 0.028 0.018 0.0037 0.0057

36 発明例 0.38 1.34 0.45 0.029 0.017 0.0026 0.0036

37 発明例 0.32 1.24 0.32 0.022 0.012 0.0030 0.0045

O z\ 挲

表 13

化学成分

施区分 c Si Mn ρ S sol. Ν total Cr Ti V Nb Zr Mo Να

38 発明例 0.55 0.75 0.31 0.023 0.017 0.0020 0.0032

39 発明例 0.44 0.65 0.72 0.023 0.017 0.0021 0.0034

40 発明例 0.36 0.50 1.01 0.008 0.008 0.0019 0.0025

41 発明例 0.22 0.42 0.52 0.012 0.030 0.0042 0.0056

42 発明例 0.54 0.46 0.42 0.021 0.019 0.0022 0.0038 0.25

43 発明例 0.54 0.21 0.51 0.024 0.021 0.0032 0.0052 0.007

44 発明例 0.55 0.55 0.36 0.022 0.024 0.0022 0.0061 0.025

45 発明例 0.55 0.64 0.24 0.024 0.021 0.0048 0.0078 0.025 0.21

46 発明例 0.52 0. ο7 U. υυ Ό

47 発明例 0.65 0.51 0.38 0.017 0.012 0.0025 0.0051 0.053

48 発明例 0.51 0.35 0.48 0.027 0.028 0.0035 0.0045 0.12

49 発明例 0.48 0.65 0.19 0.024 0.021 0.0019 0.0056 0.11

50 発明例 0.54 0.78 0.62 0.024 0.021 0.0029 0.0043

51 発明例 0.52 0.25 0.25 0.029 0.018 0.0037 0.0062

52 発明例 0.51 0.35 0.54 0.021 0.015 0.0032 0.0055

53 発明例 0.33 0.45 0.27 0.029 0.018 0.0037 0.0058

54 発明例 0.44 0.32 0.29 0.027 0.012 0.0027 0.0064 0.11

55 発明例 0.54 0.62 0.29 0.027 0.012 0.0021 0.0048

56 発明例 0.52 0.32 0.29 0.027 0.012 0.0024 0.0058 0.010

表 14

化学成分

黒鉛率平均最 λ 施区分 10 X C ^1/3

A1 Β Pb Ca Te Se Bi Mg (%) 粒径粒径 Να

38 発明例 0.027 79 4.7 8.19 12.5

39 発明例 0.023 85 4.0 7.61 13.1

40 発明例 82 3.6 7.11 10.5

41 発明例 0.017 92 3.5 6.04 10.2

42 発明例 0.029 72 4.9 8.14 11.3

43 発明例 0.019 85 5.6 8.14 11.8

44 発明例 0.029 82 5.8 8.19 14.5

45 発明例 0.030 76 5.5 8.19 13.0

46 発明例 0.036 73 4.6 8.04 12.7

47 発明例 0.021 85 4.2 8.66 14.5

48 発明例 0.022 86 4.3 7.99 12.5

49 発明例 0.034 0.0021 93 4.4 7.83 13.6

50 発明例 0.029 0.13 91 5.2 8.14 15.2

51 発明例 0.027 0.0021 0.0013 86 5.4 8.04 14.4

52 発明例 0.021 0.0025 33 4.3 7.99 11.9

53 発明例 0.023 0.0024 46 4.1 6.91 12.0

54 発明例 0.027 67 4.8 7.61 14.3

55 発明例 0.027 0.0035 86 4.8 8.14 14.3

56 発明例 0.0041 86 4.8 8.04 14.3

表 15

化学成分

施区分 c Si Mn P S sol. N total N Cr Ti V Nb Zr Mo

Να

57 比較例 0.55 1.23 0.34 0.019 0.017 0.0059 0.0068

58 比較例 0.49 1.19 0.40 0.021 0.020 0.0070 0.0091

59 比較例 0.52 1.20 0.29 0.015 0.012 0.0068 0.0095

60 比較例 0.35 1.18 0.35 0.021 0.026 0.0062 0.0075

61 比較例 0.35 1.21 0.31 0. Oil 0.019 0.0082 0.0105

62 比較例 0.53 0.75 0.41 0.029 0.027 0.0057 0， 0067

比較例 Λ U. Ρ Λ

63 4 λ0 u. by U.4 Λ U. \1Δί· W. Π u. Λ uΛuβoΙ V. U

64 比較例 0.36 0.72 0.34 0.024 0.021 0.0057 0.0069

65 比較例 0.58 0.35 0.50 0.021 0.026 0.0082 0.0124 0.01

66 比較例 0.46 0.38 0.34 0.023 0.019 0.0059 0.0079

67 比較例 0.36 0.40 0.34 0.024 0.021 0.0057 0.0084

68 比較例 0.55 1.21 0.32 0.024 0.026 0.0068 0.0083 0.11

69 比較例 0.44 1.06 0.35 0.021 0.022 0.0063 0.0092 0.014

70 比較例 0.47 0.71 0.50 0.029 0.021 0.0065 0.0087

71 比較例 0.53 1.12 0.36 0.022 0.027 0.0035 0.0045

72 比較例 0.51 1.21 0.35 0.019 0.019 0.0038 0.0058

73 比較例 0.36 1.22 0.35 0.014 0.022 0.0037 0.0049

表 16

実化学成分

干 ^ ： ft 大施区分 lOx C ^{1 3}

A1 Β Pb Ca Te Se Bi Mg oJ ¾I 住住 Να

57 比較例 65 3.4 8.19 13.8

58 比較例 u. uiy U. 58 3.2 7.88 11.7

59 比較例 52 3.4 8.19 14.8

60 比較例 55 4.2 7.05 8.7

61 比較例 54 4.7 7.05 12.7

62 比較例 48 4.6 8.09 10.5

63 比較例 42 4.5 7.72 12.9

64 比較例 0.021 0.0024 41 4.7 7.11 13.8

65 比較例 0.010 15 4.4 8.34 10.5

66 比較例 0.019 18 4.5 7.72 12.5

67 比較例 0.021 0.0024 16 1.5 7.11 10.0

68 比較例 0.015 85 4.3 8.19 25.1

69 比較例 0.027 0.0021 64 4.6 7.61 26.9

70 比較例 0.021 0.0021 79 3.6 7.78 31.0

71 比較例 0.028 0.0025 78 9.1 8.09 21.6

72 比較例 0.027 0.0028 89 9.4 7.99 14.8

73 比較例 0.022 0.0021 45 7.7 7.11 18.8

表 17

18

焼鈍硬さ

区分被削性焼鈍時間加熱時間硬さ

(HV)

発明例 150 6 1 19 3 446 発明例 150 6 120 3 450 発明例 150 6 118 3 521 発明例 150 6 125 3 385 発明例 150 t) 131 3 450 発明例 150 b 125 3 461 発明例 150 6 109 3 463 発明例 150 6 121 3 501 発明例 150 6 121 3 501 発明例 150 8 121 3 681 発明例 150 8 124 3 592 発明例 150 8 127 3 450 発明例 150 8 126 3 392 発明例 150 12 125 3 681 発明例 150 8 122 3 702 発明例 150 12 120 3 721 発明例 150 6 128 3 681 発明例 150 6 124 3 677 発明例 150 8 126 3 730 発明例 150 8 119 3 624 発明例 150 16 126 3 623 発明例 150 16 127 3 592 発明例 150 8 124 3 681 発明例 Ι οϋ 0 l D 3 b o3 発明例 150 8 120 3 693 発明例 150 8 123 3 672 発明例 150 8 123 3 672 発明例 150 8 123 3 672 表 19

産業上の利用可能性

本発明による冷間緞造用鋼は優れた表面硬度を有し、かつ優れた変形特性と被削性を有すると同時に、圧延ままで、または、短時間焼鈍の状態で使用可能であり、しかも、 Cを鋼中に保持しているために熱処理によつて強度を著しく向上させることができ、容易かつ高能率で機械部品を製造可能にしている。さらに本発明による冷間鍛造用鋼は軟質化の焼鈍時間を短縮できる。

Claims

請求の範囲

1. 重量％で、

C ： 0.1〜 1.0 %、

Si ： 0.1-2.0 %、

Mn： 0.01〜1.50%、

P ： 0.100 %以下、

S ： 0.500 %以下、

を含み、 sol. N ： 0.005%以下に制限し、残部は Feおよび不可避的不純物からなり、鋼中組織にしめるパーライ卜の比率（検鏡面におけるパ一ライ卜占有面積率 Z検鏡面積）力 < 120x ( C %) %以下（但し、 100%以下。）、かつ最表層硬度がビッカース硬度 HVで 450 ( C %) +90以上であることを特徴とする表層硬度と焼鈍による軟質化特性に優れた冷間鍛造用鋼。

2. 請求項 1記載の化学成分に加え、 Cr： 0.01〜0.70%、 Mo： 0. 05〜0.50%のうち 1種または 2種を含み、鋼中組織にしめるパーラィトの比率（検鏡面におけるパーライト占有面積率 Z検鏡面積）が

120 X ( C %) %以下、かつ最表層硬度がピツカ—ス硬度 HVで 450 X ( C %) 十 90以上であることを特徴とする表層硬度と焼鈍による軟質化特性に優れた冷間鍛造用鋼。

3. 請求項 1 または請求項 2 に記載の化学成分に加え、 Ti ： 0.01 〜0.20%、 V ： 0.05-0.50%、 Nb： 0.01〜0.10%、 Zr： 0.01〜0· 30 %、 A1 ： 0.001〜0.050 %のうち 1種または 2種以上を含み、鋼中組織にしめるパ一ライ卜の比率（検鏡面におけるパ一ライト占有面積率 Ζ検鏡面積）が 120x ( C %) %以下、かつ最表層硬度がビッカース硬度 HVで 450 x ( C %) + 90以上であることを特徴とする表層硬度と焼鈍による钦質化特性に優れた冷間鍛造用鋼。

4. 請求項 1 ないし請求項 3 のいずれかに記載の化学成分に加え、 B ： 0.0001-0.0060%を含み、鋼中組織にしめるパーライ卜の比率（検鏡面におけるパ一ライ卜占有面積率 Z検鏡面積）が 120 X ( C % ) %以下かつ、最表層硬度がビッカース硬度 HVで 450 X ( C % ) + 90以上であることを特徴とする表層硬度と焼鈍による軟質化特性に優れた冷間鍛造用鋼。

5. 請求項 1 ないし請求項 4 のいずれかに記載の化学成分に加え、 Pb： 0. 01-0.30%、 Ca： 0. 0001〜0. 0020%、 Te ： 0. 001〜0· 100 %、 Se： 0.01-0.50%、 Bi ： 0.01〜0.50%を含み、鋼中組織にしめるパーライ卜の比率（検鏡面におけるパーライト占有面積率/検鏡面積）が 120 X ( C %) %以下、かつ最表層硬度がピツカ—ス硬度で 450 X ( C % ) 十 90以上であることを特徴とする表層硬度と焼鈍による軟質化特性に優れた冷間鍛造用鋼。

6. 請求項 1 ないし請求項 5 のいずれかに記載の化学成分に加え、 Mg： 0.0005〜0.0200%を含み、鋼中組織にしめるパーライ卜の比率（検鏡面におけるパーライト占有面積率 Z検鏡面積）が 120x ( C % ) %以下、かつ最表層硬度がビッカース硬度 HVで 450 X ( C % ) 十 90以上であることを特徴とする表層硬度と焼鈍による軟質化特性に優れた冷間鍛造用鋼。

7. 重量％で、

C ： 0. 1〜 1.0 %、

Si ： 0.1〜2.0 %、

Mn： 0. 01〜： L 50%、

P ： 0.100 %以下、

S ： 0.500 %以下、

を含み、 sol. N ： 0.005%以下に制限し、残部は Feおよび不可避的不純物からなり、鋼中 Cが黒鉛として存在する比率（黒鉛率：黒鉛として析出した炭素量 Z鋼中炭素含有量）が 20%を越える組織を有し、黒鉛の平均粒径が 10 X ( C %) ^1/3 / m以下、かつ最大粒径が m以下であることを特徴とする冷間加工性、被削性および高周波焼入れ性に優れた冷間鍛造用鋼。

8. 請求項 7 の化学成分に加え、 Cr： 0.01〜0.70%、 Mo ： 0.05〜 0.50%のうち 1種または 2種を含み、鋼中 Cが黒鉛として存在する比率（黒鉛率：黒鉛として析出した炭素量 Z鋼中炭素含有量）が 20 %を越える組織を有し、黒鉛の平均粒径が 10 X ( C % ) ^1/3 / m以下、かつ最大粒径が 20 m以下であることを特徴とする冷間加工性、被削性および高周波焼入れ性に優れた冷間鍛造用鋼。

9. 請求項 7 または請求項 8記載の化学成分に加え、 Ti ： 0.01〜 0. 20% ^ V ： 0.05-0.50%. Nb： 0. 01〜0. 10%、 Zr： 0. 01〜0.30% 、 A1 ： 0.001〜0.050 %のうち 1種または 2種以上を含み、鋼中 C が黒鉛として存在する比率（黒鉛率：黒鉛として析出した炭素量 Z 鋼中炭素含有量）が 20%を越える組織を有し、黒鉛の平均粒径が 10 X ( C %) ^{1/ 3} m以下、かつ最大粒径が m以下であることを特徵とする冷間加工性、被削性および高周波焼入れ性'に優れた冷間鍛造用鋼。

10. 請求項 7 ないし請求項 9 のいずれかに記載の化学成分に加え、 B ： 0.0001〜0.0060%を含み、鋼中 Cが黒鉛として存在する比率

(黒鉛率：黒鉛として析出した炭素量 Z鋼中炭素含有量）が 20%を越える組織を有し、黒鉛の平均粒径が lOx ( C %) ^1/3 m以下、かつ最大粒径が 20/i m以下であることを特徴とする冷間加工性、被削性および高周波焼入れ性に優れた冷間鍛造用鋼。

11. 請求項 7 ないし請求項 10のいずれかに記載の化学成分に加え、 Pb： 0. 01〜0.30%、 Ca： 0. 0001- 0. 0020%、 Te： 0. 001-0. 100 %、 Se ： 0.01〜0.50%、 Bi ： 0.01~0.50%を含み、鋼中 Cが黒鉛として存在する比率（黒鉛率：黒鉛として析出した炭素量 Z鋼中炭素含有量）が 20%を越える組織を有し、黒鉛の平均粒径が 10X ( C % ) ^{1 /3} /z m以下、かつ最大粒径が 20 m以下であることを特徴とする冷間加工性、被削性および高周波焼入れ性に優れた冷間鍛造用鋼

12. 請求項 7 ないし請求項 11のいずれかに記載の化学成分に加え、 Mg： 0.0005〜0.0200%を含み、鋼中 Cが黒鉛として存在する比率

(黒鉛率：黒鉛として析出した炭素量 Z鋼中炭素含有量）が 20%を越える組織を有し、黒鉛の平均粒径が lOx ( C %) ^1/3 u m以下、かつ最大粒径が 20 m以下であることを特徴とする冷間加工性、被削性および高周波焼入れ性に優れた冷間鍛造用鋼。

13. 請求項 1 ないし請求項 6 のいずれかに記載の化学成分を有する鋼に対して、鋼中組織にしめるパーライ卜の比率（検鏡面におけるパーライト占有面積率/検鏡面積）が 120x ( C %) %以下、かっ最表層硬度がビッカース硬度 HVで 450 X ( C %) + 90以上となるようオーステナィ卜温度域またはオーステナイト — フェライト 2相域で圧延終了後、直ちに 1 °C/ s 以上で急冷し、復熱温度を 650°C 以下に制御することを特徴とする表層硬度と焼鈍による軟質化特性に優れた冷間鍛造用鋼の製造方法。