JP2003253377A - Ｖ無添加型熱間鍛造用非調質鋼 - Google Patents
Ｖ無添加型熱間鍛造用非調質鋼Info
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- JP2003253377A JP2003253377A JP2002050523A JP2002050523A JP2003253377A JP 2003253377 A JP2003253377 A JP 2003253377A JP 2002050523 A JP2002050523 A JP 2002050523A JP 2002050523 A JP2002050523 A JP 2002050523A JP 2003253377 A JP2003253377 A JP 2003253377A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高価な元素であるVを添加することなく、熱間
鍛造後に焼入焼戻し処理を省略しても十分な強度が得ら
れる熱間鍛造用非調質鋼を提供することを目的とする。 【解決手段】熱間鍛造用非調質鋼を、重量基準でC ：
０．３〜０．６％，Si：０．０５〜２％，Mn：０．３〜
１．８％，P ：０．０３超〜０．２％，s-Al：０．００
５〜０．０４５％，N :０．０１０〜０．０２５％残部F
e及び不可避的不純物よりなり、熱間鍛造後の組織がフ
ェライト・パーライト組織であり、初析フェライト部の
硬さが２００〜２５０ＨＶであってSi，P，Nの含有量が
以下の式を満たすようにする。 0.2≦1/10Si(％)+3/5P(％)+6N(％)≦0.3
鍛造後に焼入焼戻し処理を省略しても十分な強度が得ら
れる熱間鍛造用非調質鋼を提供することを目的とする。 【解決手段】熱間鍛造用非調質鋼を、重量基準でC ：
０．３〜０．６％，Si：０．０５〜２％，Mn：０．３〜
１．８％，P ：０．０３超〜０．２％，s-Al：０．００
５〜０．０４５％，N :０．０１０〜０．０２５％残部F
e及び不可避的不純物よりなり、熱間鍛造後の組織がフ
ェライト・パーライト組織であり、初析フェライト部の
硬さが２００〜２５０ＨＶであってSi，P，Nの含有量が
以下の式を満たすようにする。 0.2≦1/10Si(％)+3/5P(％)+6N(％)≦0.3
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は非調質鋼に関し、
詳しくは高価なVを添加することなく熱間鍛造後に焼入
・焼戻しなどの熱処理を省略しても十分な強度が得られ
る熱間鍛造用非調質鋼に関する。
詳しくは高価なVを添加することなく熱間鍛造後に焼入
・焼戻しなどの熱処理を省略しても十分な強度が得られ
る熱間鍛造用非調質鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来機械構造部品は、通常熱間鍛造後に
焼入焼戻し処理、即ち調質処理を施して硬さを調整し、
その後に機械加工を施して最終の製品としていた。しか
しながらこの場合、必要な工程数が多くなるとともに製
品製造のための所要時間も長くなり、必然的に製造コス
トが高いものとなる。
焼入焼戻し処理、即ち調質処理を施して硬さを調整し、
その後に機械加工を施して最終の製品としていた。しか
しながらこの場合、必要な工程数が多くなるとともに製
品製造のための所要時間も長くなり、必然的に製造コス
トが高いものとなる。
【０００３】そこで近年このような調質処理を施さない
非調質鋼に対するニーズが高まって来ている。このよう
な非調質鋼、即ち熱間加工後に焼入・焼戻しなどの調質
処理の省略を目的とした非調質鋼として、中炭素鋼（C
含有量０．３〜０．５重量％以下同じ）に０．１％程度
のVを添加したフェライト＋パーライト型非調質鋼が機
械構造用部品に広く用いられるようになって来ている。
また更に省コスト化のニーズを背景に、このような非調
質鋼の用途も更に拡大している。
非調質鋼に対するニーズが高まって来ている。このよう
な非調質鋼、即ち熱間加工後に焼入・焼戻しなどの調質
処理の省略を目的とした非調質鋼として、中炭素鋼（C
含有量０．３〜０．５重量％以下同じ）に０．１％程度
のVを添加したフェライト＋パーライト型非調質鋼が機
械構造用部品に広く用いられるようになって来ている。
また更に省コスト化のニーズを背景に、このような非調
質鋼の用途も更に拡大している。
【０００４】このV添加型の非調質鋼の場合、Vがカーバ
イドないしナイトライドとして析出し、その析出硬化に
よって焼入焼戻し処理をしなくても所要の硬さを発現す
る。
イドないしナイトライドとして析出し、その析出硬化に
よって焼入焼戻し処理をしなくても所要の硬さを発現す
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのV添
加型非調質鋼において、添加元素としてのVは高価な元
素であり、非調質化により熱処理費は削減できるもの
の、素材費が従来の炭素鋼に比べて大幅に増大してしま
う。近年、機械構造部品を製造するに際しての更なる省
コスト化のニーズが増大しており、このようなニーズに
対してかかるV添加型非調質鋼では十分に応えることが
できない。
加型非調質鋼において、添加元素としてのVは高価な元
素であり、非調質化により熱処理費は削減できるもの
の、素材費が従来の炭素鋼に比べて大幅に増大してしま
う。近年、機械構造部品を製造するに際しての更なる省
コスト化のニーズが増大しており、このようなニーズに
対してかかるV添加型非調質鋼では十分に応えることが
できない。
【０００６】そこでVの代わりにMn,Crの含有量を多くし
て、V添加型非調質鋼と同じ強度を得ようとする試みも
なされているが、この場合、硬さや引張強さは同等のも
のが得られたとしても、機械構造部品にとって最も重要
な特性である耐力がV添加型非調質鋼に比べて低下して
しまうといった問題があった。
て、V添加型非調質鋼と同じ強度を得ようとする試みも
なされているが、この場合、硬さや引張強さは同等のも
のが得られたとしても、機械構造部品にとって最も重要
な特性である耐力がV添加型非調質鋼に比べて低下して
しまうといった問題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のV無添加型熱間
鍛造用非調質鋼はこのような課題を解決するために案出
されたものである。而して請求項１のものは、重量基準
でC ：０．３〜０．６％，Si：０．０５〜２％，Mn：
０．３〜１．８％，P ：０．０３超〜０．２％，s-Al：
０．００５〜０．０４５％，N :０．０１０〜０．０２
５％残部Fe及び不可避的不純物よりなり、熱間鍛造後の
組織がフェライト・パーライト組織であり、初析フェラ
イト部の硬さが２００〜２５０ＨＶであってSi，P，Nの
含有量が以下の式を満たすことを特徴とする。0.2≦1/1
0Si(％)+3/5P(％)+6N(％)≦0.3
鍛造用非調質鋼はこのような課題を解決するために案出
されたものである。而して請求項１のものは、重量基準
でC ：０．３〜０．６％，Si：０．０５〜２％，Mn：
０．３〜１．８％，P ：０．０３超〜０．２％，s-Al：
０．００５〜０．０４５％，N :０．０１０〜０．０２
５％残部Fe及び不可避的不純物よりなり、熱間鍛造後の
組織がフェライト・パーライト組織であり、初析フェラ
イト部の硬さが２００〜２５０ＨＶであってSi，P，Nの
含有量が以下の式を満たすことを特徴とする。0.2≦1/1
0Si(％)+3/5P(％)+6N(％)≦0.3
【０００８】請求項２のものは、請求項１において、更
にCr：０．０５〜１％，Cu：０．０５〜１％，Ni：０．
０５〜１％を含有していることを特徴とする。
にCr：０．０５〜１％，Cu：０．０５〜１％，Ni：０．
０５〜１％を含有していることを特徴とする。
【０００９】請求項３のものは、請求項１において、更
にPb：≦０．３０％，S ：≦０．２０％，Te：≦０．３
０％，Ca：≦０．０１％，Bi：≦０．３０％の１種また
は２種以上を含有していることを特徴とする。
にPb：≦０．３０％，S ：≦０．２０％，Te：≦０．３
０％，Ca：≦０．０１％，Bi：≦０．３０％の１種また
は２種以上を含有していることを特徴とする。
【００１０】請求項４のものは、請求項２において、更
にPb：≦０．３０％，S ：≦０．２０％，Te：≦０．３
０％，Ca：≦０．０１％，Bi：≦０．３０％の１種また
は２種以上を含有していることを特徴とする。
にPb：≦０．３０％，S ：≦０．２０％，Te：≦０．３
０％，Ca：≦０．０１％，Bi：≦０．３０％の１種また
は２種以上を含有していることを特徴とする。
【００１１】
【作用及び発明の効果】本発明者等は、V無添加で鋼と
して必要な耐力を得るべく、その耐力に対する合金元素
の影響を詳細に研究した結果、安価な元素であるP，S
i，Nの含有量の増加が耐力向上に有効であること、特に
P含有量の増加が極めて有効であることを見出した。本
発明はこのような知見に基づいてなされたものである。
して必要な耐力を得るべく、その耐力に対する合金元素
の影響を詳細に研究した結果、安価な元素であるP，S
i，Nの含有量の増加が耐力向上に有効であること、特に
P含有量の増加が極めて有効であることを見出した。本
発明はこのような知見に基づいてなされたものである。
【００１２】一般にPは鋼を脆くする元素として考えら
れており、従来にあってはPをできるだけ少なくする方
向で鋼の製造が行われて来た。即ち常識としてPをでき
るだけ少なくするのが良いとされて来た。
れており、従来にあってはPをできるだけ少なくする方
向で鋼の製造が行われて来た。即ち常識としてPをでき
るだけ少なくするのが良いとされて来た。
【００１３】例えば焼入焼戻しした鋼は、組織が比較的
均一な組織となっており、どの部分もほぼ同等程度の強
度を有している。そこにPが含まれていると、Pが結晶粒
界に偏析してその結晶粒界が弱くなってしまう。そのた
めPを多く含んだ鋼は、Pが偏析した結晶粒界が他の部分
に対して局部的に弱い部位となり、そしてそのPの偏析
した結晶粒界を起点として破壊が生じ易い。
均一な組織となっており、どの部分もほぼ同等程度の強
度を有している。そこにPが含まれていると、Pが結晶粒
界に偏析してその結晶粒界が弱くなってしまう。そのた
めPを多く含んだ鋼は、Pが偏析した結晶粒界が他の部分
に対して局部的に弱い部位となり、そしてそのPの偏析
した結晶粒界を起点として破壊が生じ易い。
【００１４】しかるに非調質鋼における熱間鍛造後の組
織、即ち熱間鍛造ままの組織であるフェライト・パーラ
イト組織は、Pを比較的多く含有させることによって却
って耐力が向上し、しかもPをある程度多く含有させて
も衝撃値が大きく低下しないことが判明した。
織、即ち熱間鍛造ままの組織であるフェライト・パーラ
イト組織は、Pを比較的多く含有させることによって却
って耐力が向上し、しかもPをある程度多く含有させて
も衝撃値が大きく低下しないことが判明した。
【００１５】それは次のような理由によるものと考えら
れる。フェライト・パーライト組織の場合フェライトが
非常に軟らかく、このことが非調質鋼における耐力の低
さの原因となっている。即ち外力を加えたときフェライ
トが容易に変形を起こしてしまい、耐力値が低く出てし
まう。
れる。フェライト・パーライト組織の場合フェライトが
非常に軟らかく、このことが非調質鋼における耐力の低
さの原因となっている。即ち外力を加えたときフェライ
トが容易に変形を起こしてしまい、耐力値が低く出てし
まう。
【００１６】フェライト・パーライト組織の場合、耐力
を決定しているのはフェライトの軟らかさであり、結晶
粒界にPが存在していたとしても同部位が破壊の起点と
なり難く、フェライトの変形によって外力が吸収され
る。換言すればフェライト・パーライト組織の耐力を高
めるということは、フェライトの硬さを硬くすることに
等しい。
を決定しているのはフェライトの軟らかさであり、結晶
粒界にPが存在していたとしても同部位が破壊の起点と
なり難く、フェライトの変形によって外力が吸収され
る。換言すればフェライト・パーライト組織の耐力を高
めるということは、フェライトの硬さを硬くすることに
等しい。
【００１７】この場合において、本発明に従い一定量以
上に多く添加したPはフェライトに固溶し、フェライト
を強化する働きをなす。そしてこれにより従来のV無添
加型非調質鋼における弱点であった耐力を効果的に向上
せしめる。
上に多く添加したPはフェライトに固溶し、フェライト
を強化する働きをなす。そしてこれにより従来のV無添
加型非調質鋼における弱点であった耐力を効果的に向上
せしめる。
【００１８】その際粒界にPが存在していたとしても、
外力がフェライトの変形によって吸収されるため、粒界
のPが破壊起点となり難く、このためPを一定量以上含有
させたとしても、鋼の靭性がそのことによって直ちに損
われることはない。
外力がフェライトの変形によって吸収されるため、粒界
のPが破壊起点となり難く、このためPを一定量以上含有
させたとしても、鋼の靭性がそのことによって直ちに損
われることはない。
【００１９】但しフェライトの硬さが増大して一定に達
すると、その時点でPの存在する結晶粒界が弱点部とな
り、そこから変形ないし破壊が生じるようになってしま
う。本発明は、フェライトを硬くする一方で、その硬さ
の上昇を一定以下に抑える点を大きな特徴としている。
すると、その時点でPの存在する結晶粒界が弱点部とな
り、そこから変形ないし破壊が生じるようになってしま
う。本発明は、フェライトを硬くする一方で、その硬さ
の上昇を一定以下に抑える点を大きな特徴としている。
【００２０】本発明では、Pの他にSi，Nを多く含有させ
る。これらSi，Nもまたフェライトに固溶してこれを硬
くし、強化する働きをなす。しかしながら前述したよう
にフェライトの硬さが硬くなり過ぎると、フェライトが
変形することによって延性を得るということができなく
なってしまい、結晶粒界にPが偏析しているとそこから
変形ないし割れが発生するようになってしまう。即ちフ
ェライトの硬さがある一定以上の硬さになると急激に延
性が下がってしまう。
る。これらSi，Nもまたフェライトに固溶してこれを硬
くし、強化する働きをなす。しかしながら前述したよう
にフェライトの硬さが硬くなり過ぎると、フェライトが
変形することによって延性を得るということができなく
なってしまい、結晶粒界にPが偏析しているとそこから
変形ないし割れが発生するようになってしまう。即ちフ
ェライトの硬さがある一定以上の硬さになると急激に延
性が下がってしまう。
【００２１】そこで本発明ではP，Si，Nの固溶によって
フェライトを強化する一方で、そのフェライトの強化の
程度を一定以下に抑制することが肝要であり、そしてそ
のために1/10Si(％)+3/5P(％)+6N(％)で表わされる値を
０．２〜０.３とし且つフェライト硬さを２００〜２５
０ＨＶとする技術的思想を確立した。
フェライトを強化する一方で、そのフェライトの強化の
程度を一定以下に抑制することが肝要であり、そしてそ
のために1/10Si(％)+3/5P(％)+6N(％)で表わされる値を
０．２〜０.３とし且つフェライト硬さを２００〜２５
０ＨＶとする技術的思想を確立した。
【００２２】かかる本発明の非調質鋼は、高価な元素で
あるVを添加しないでも所望の耐力，靭性の得られるも
のであり、近年求められている更なる省コスト化に対し
て十分に応え得るものである。即ち本発明の非調質鋼を
用いることで、機械構造用部品を更に安価に且つ簡単に
製造できるようになる。
あるVを添加しないでも所望の耐力，靭性の得られるも
のであり、近年求められている更なる省コスト化に対し
て十分に応え得るものである。即ち本発明の非調質鋼を
用いることで、機械構造用部品を更に安価に且つ簡単に
製造できるようになる。
【００２３】本発明においては、上記成分に加えてCr，
Cu，Niのそれぞれを０．０５〜１％の範囲で含有させる
ことができ（請求項２）、このようになした場合パーラ
イトラメラ間隔を微細化し耐力を有効に向上させること
ができる。更にまたその他の成分としてPb：０．３０％
以下，S：０．２０％以下，Te：０．３０％以下，Ca：
０．０１％以下，Bi：０．３０％以下の１種または２種
以上を含有させることができ（請求項３，請求項４）、
これによって非調質鋼における被削性を効果的に高める
ことができる。
Cu，Niのそれぞれを０．０５〜１％の範囲で含有させる
ことができ（請求項２）、このようになした場合パーラ
イトラメラ間隔を微細化し耐力を有効に向上させること
ができる。更にまたその他の成分としてPb：０．３０％
以下，S：０．２０％以下，Te：０．３０％以下，Ca：
０．０１％以下，Bi：０．３０％以下の１種または２種
以上を含有させることができ（請求項３，請求項４）、
これによって非調質鋼における被削性を効果的に高める
ことができる。
【００２４】次に本発明における合金の化学成分の限定
理由を以下に詳述する。C :０．３〜０．６％Cは強度を
確保するのに有効な元素であり、このような効果を得る
ためには０．３％以上含有させることが必要である。但
し多過ぎると硬さが高くなり過ぎ、被削性が低下するの
で０．６％以下とする必要がある。
理由を以下に詳述する。C :０．３〜０．６％Cは強度を
確保するのに有効な元素であり、このような効果を得る
ためには０．３％以上含有させることが必要である。但
し多過ぎると硬さが高くなり過ぎ、被削性が低下するの
で０．６％以下とする必要がある。
【００２５】Si：０．０５〜２％Siは鋼溶製時において
脱酸作用を有しているとともに、フェライト中に固溶
し、フェライトの強度を有効に向上させる。これにより
Vの代替として耐力を向上させる働きがある。このよう
な効果を得るためには０．０５％以上含有させることが
必要である。但し含有量が多過ぎると被削性を劣化させ
たり、熱間鍛造時の加熱により表面で著しい脱炭が生じ
るので２％以下とする必要がある。
脱酸作用を有しているとともに、フェライト中に固溶
し、フェライトの強度を有効に向上させる。これにより
Vの代替として耐力を向上させる働きがある。このよう
な効果を得るためには０．０５％以上含有させることが
必要である。但し含有量が多過ぎると被削性を劣化させ
たり、熱間鍛造時の加熱により表面で著しい脱炭が生じ
るので２％以下とする必要がある。
【００２６】Mn：０．３〜１．８％Mnはパーライトラメ
ラ間隔を微細化し、耐力を向上させるのに有効で必要に
応じて含有させる。しかし多量に添加すると空冷でもベ
イナイトが発生して被削性を著しく低下させるため０．
３〜１．８％とする。
ラ間隔を微細化し、耐力を向上させるのに有効で必要に
応じて含有させる。しかし多量に添加すると空冷でもベ
イナイトが発生して被削性を著しく低下させるため０．
３〜１．８％とする。
【００２７】P：０．０３〜０．２％通常Pは粒界に偏析
して粒界強度を低下する脆化元素として知られており、
一般の鋼ではできるだけ低減することが望まれている。
しかしながらPの脆化について検討した結果、通常機械
構造用に用いられている３０ＨＲＣ以下の材料でフェラ
イト・パーライト組織を有する場合には、Pによる脆化
の影響が小さいことを見出した。これは適正量のP添加
は靭性を低下させることなく高強度化を達成できること
を意味している。このようなPの効果を得るためにP含有
量を０．０３〜０．２％に規定した。尚Pの望ましい含
有量範囲は０．０５超〜０．１５％である。
して粒界強度を低下する脆化元素として知られており、
一般の鋼ではできるだけ低減することが望まれている。
しかしながらPの脆化について検討した結果、通常機械
構造用に用いられている３０ＨＲＣ以下の材料でフェラ
イト・パーライト組織を有する場合には、Pによる脆化
の影響が小さいことを見出した。これは適正量のP添加
は靭性を低下させることなく高強度化を達成できること
を意味している。このようなPの効果を得るためにP含有
量を０．０３〜０．２％に規定した。尚Pの望ましい含
有量範囲は０．０５超〜０．１５％である。
【００２８】s-Al：０．００５〜０．０４５％s-Alは鋼
中のNと窒化物を形成して鋼中に微細に分散し、熱間鍛
造時の結晶粒成長を抑制する。このような効果を得るた
めにも０．００５％以上の添加が必要である。しかし多
量に添加してもその効果が飽和するので上限を０．０４
５％以下とした。
中のNと窒化物を形成して鋼中に微細に分散し、熱間鍛
造時の結晶粒成長を抑制する。このような効果を得るた
めにも０．００５％以上の添加が必要である。しかし多
量に添加してもその効果が飽和するので上限を０．０４
５％以下とした。
【００２９】N ：０．０１０〜０．０２５％NはAlと窒
化物を形成し、この窒化物の微細な析出により熱間鍛造
時の結晶粒成長を抑制する。またAlと窒化物を形成しな
いNもフェライトを固溶強化し、Vと同様に耐力を効果的
に向上させる。このような効果を得るためにも０．０１
０％以上の添加が必要である。但し多量に添加してもそ
の効果は飽和するので上限を０．０２５％とした。
化物を形成し、この窒化物の微細な析出により熱間鍛造
時の結晶粒成長を抑制する。またAlと窒化物を形成しな
いNもフェライトを固溶強化し、Vと同様に耐力を効果的
に向上させる。このような効果を得るためにも０．０１
０％以上の添加が必要である。但し多量に添加してもそ
の効果は飽和するので上限を０．０２５％とした。
【００３０】Cr：０．０５〜１％CrはMnと同様にパーラ
イトラメラ間隔を微細化し、耐力を有効に向上させる添
加元素である。また、スクラップを原料とした製鋼法で
は必然的にある程度のCrが不純物として混入し、添加す
るとしても不足分を添加するだけであり、経済的に有利
になる。
イトラメラ間隔を微細化し、耐力を有効に向上させる添
加元素である。また、スクラップを原料とした製鋼法で
は必然的にある程度のCrが不純物として混入し、添加す
るとしても不足分を添加するだけであり、経済的に有利
になる。
【００３１】本発明では不純物として混入するCrを強靭
化するに有効活用することを検討した。その結果、不純
物として混入するCrを０．０５％以下に精錬することは
著しいコストアップを招くため、Crを含有するとしても
０．０５％以上とした。また不純物として混入する場合
も、１％以上混入することは極めて稀であり、またMnと
同様に多量にCrを含有した場合、ベイナイトが発生して
被削性を著しく低下させるため、上限を１％とした。
化するに有効活用することを検討した。その結果、不純
物として混入するCrを０．０５％以下に精錬することは
著しいコストアップを招くため、Crを含有するとしても
０．０５％以上とした。また不純物として混入する場合
も、１％以上混入することは極めて稀であり、またMnと
同様に多量にCrを含有した場合、ベイナイトが発生して
被削性を著しく低下させるため、上限を１％とした。
【００３２】Cu：０．０５〜１％Ni：０．０５〜１％C
u，NiはMn，Crと同様にパーライト部のラメラ間隔を微
細化し、耐力を有効に向上させる。一方、過剰な添加は
ベイナイトの発生を招き、被削性を低下させる。またCr
と同様にこれらの元素はスクラップ原料中に多く含まれ
るようになって来ており、スクラップを原料とした製鋼
法では必然的にある程度含有される。
u，NiはMn，Crと同様にパーライト部のラメラ間隔を微
細化し、耐力を有効に向上させる。一方、過剰な添加は
ベイナイトの発生を招き、被削性を低下させる。またCr
と同様にこれらの元素はスクラップ原料中に多く含まれ
るようになって来ており、スクラップを原料とした製鋼
法では必然的にある程度含有される。
【００３３】このためCrと同様に不純物として混入する
これらの元素も強靭化のために有効活用することを検討
した。その結果、これらの元素を０．０５％以下に精錬
することは著しいコストの増加を招き、１％以上混入す
ることは極めて稀である。また前述したように多量の添
加はベイナイトの発生を招くためそれぞれの含有量を
０．０５〜１％とした。
これらの元素も強靭化のために有効活用することを検討
した。その結果、これらの元素を０．０５％以下に精錬
することは著しいコストの増加を招き、１％以上混入す
ることは極めて稀である。また前述したように多量の添
加はベイナイトの発生を招くためそれぞれの含有量を
０．０５〜１％とした。
【００３４】Pb：≦０．３０％，S ：≦０．２０％，T
e：≦０．３０％，Ca：≦０．０１％，Bi：≦０．３０
％のうちから選ばれる１種または２種以上Pb，S，Te，C
a，Biは何れも被削性を向上させるのに有効な元素であ
るので、鍛造品において被削性が要求される場合には必
要に応じてこれらのうちから選ばれる１種または２種以
上を適量添加するのも良い。しかしながら添加量が多過
ぎると熱間加工性や疲れ限度を低下させるので、添加す
るとしてもPbは０．３０％以下，Sは０．２０％以下，T
eは０．３０％以下，Caは０．０１％以下，Biは０．３
０％以下とする必要がある。
e：≦０．３０％，Ca：≦０．０１％，Bi：≦０．３０
％のうちから選ばれる１種または２種以上Pb，S，Te，C
a，Biは何れも被削性を向上させるのに有効な元素であ
るので、鍛造品において被削性が要求される場合には必
要に応じてこれらのうちから選ばれる１種または２種以
上を適量添加するのも良い。しかしながら添加量が多過
ぎると熱間加工性や疲れ限度を低下させるので、添加す
るとしてもPbは０．３０％以下，Sは０．２０％以下，T
eは０．３０％以下，Caは０．０１％以下，Biは０．３
０％以下とする必要がある。
【００３５】0.2≦1/10Si(％)+3/5P(％)+6N(％)≦0.3P
含有量の増加は耐力向上に非常に有効であるが、過剰に
添加すると著しい脆化を招くことがある。これは、P含
有量の増加とともに初析フェライト部の強度が増加し、
その強度がPによって低下している粒界破壊強度を超え
ると、粒界から破壊が生じるために著しい脆化が生じる
ことによる。このような現象を防止するため、初析フェ
ライト部が過剰に強化されないようにする必要がある。
前述したように初析フェライトを強化する元素はP以外
にもSi，Nがあり、そこでこれらの含有量が次式0.2≦1/
10Si(％)+3/5P(％)+6N(％)≦0.3を満たすようにする。
これによりP含有量増加による著しい脆化を防止するこ
とができる。
含有量の増加は耐力向上に非常に有効であるが、過剰に
添加すると著しい脆化を招くことがある。これは、P含
有量の増加とともに初析フェライト部の強度が増加し、
その強度がPによって低下している粒界破壊強度を超え
ると、粒界から破壊が生じるために著しい脆化が生じる
ことによる。このような現象を防止するため、初析フェ
ライト部が過剰に強化されないようにする必要がある。
前述したように初析フェライトを強化する元素はP以外
にもSi，Nがあり、そこでこれらの含有量が次式0.2≦1/
10Si(％)+3/5P(％)+6N(％)≦0.3を満たすようにする。
これによりP含有量増加による著しい脆化を防止するこ
とができる。
【００３６】初析フェライト部硬さ２００〜２５０ＨＶ
フェライト・パーライト鋼では軟らかい初析フェライト
部より塑性変形が開始される。従って初析フェライト部
の硬さを上げることにより耐力を向上させることができ
る。このため初析フェライト部の硬さを２００ＨＶ以上
とする必要がある。しかしながら、初析フェライト部の
硬さが２５０ＨＶを超えると本発明の特徴であるP添加
によって、脆化した粒界の強度より初析フェライトの降
伏強度が高くなるため急激に靭性が低下する。このため
熱間鍛造後の初析フェライト部の硬さを２５０ＨＶ以下
とする必要がある。
フェライト・パーライト鋼では軟らかい初析フェライト
部より塑性変形が開始される。従って初析フェライト部
の硬さを上げることにより耐力を向上させることができ
る。このため初析フェライト部の硬さを２００ＨＶ以上
とする必要がある。しかしながら、初析フェライト部の
硬さが２５０ＨＶを超えると本発明の特徴であるP添加
によって、脆化した粒界の強度より初析フェライトの降
伏強度が高くなるため急激に靭性が低下する。このため
熱間鍛造後の初析フェライト部の硬さを２５０ＨＶ以下
とする必要がある。
【００３７】
【実施例】次に本発明の実施例を以下に詳述する。表１
に示す化学組成の鋼を溶製し、熱間鍛造を行って５０ｍ
ｍ角の鍛造素材とし、これを１２００℃で６０分加熱保
持した後、直径２２ｍｍの丸棒に熱間鍛造を行い、適当
な間隔をおいて地面に放置し室温まで放冷した。
に示す化学組成の鋼を溶製し、熱間鍛造を行って５０ｍ
ｍ角の鍛造素材とし、これを１２００℃で６０分加熱保
持した後、直径２２ｍｍの丸棒に熱間鍛造を行い、適当
な間隔をおいて地面に放置し室温まで放冷した。
【００３８】この直径２２ｍｍの丸棒材より試験片を切
り出し試験に供した。また一部の供試材についてドリル
加工能率を測定し、被削性の評価を行った。結果が表１
に併せて示してある。ここで表１中の硬さ（ＨＲＣ）は
各鍛造品の中心部の硬さをロックウェル硬度計で測定し
た結果を、フェライト硬さ（ＨＶ）は初析フェライト部
の硬さをマイクロビッカース硬さ計を用いて測定荷重１
０ｇで測定した結果を、また耐力は引張試験により０．
２％耐力を測定した結果を示している。
り出し試験に供した。また一部の供試材についてドリル
加工能率を測定し、被削性の評価を行った。結果が表１
に併せて示してある。ここで表１中の硬さ（ＨＲＣ）は
各鍛造品の中心部の硬さをロックウェル硬度計で測定し
た結果を、フェライト硬さ（ＨＶ）は初析フェライト部
の硬さをマイクロビッカース硬さ計を用いて測定荷重１
０ｇで測定した結果を、また耐力は引張試験により０．
２％耐力を測定した結果を示している。
【００３９】更に工具寿命は、表２に示す条件の下でド
リル試験を行って測定し、発明例No．１６を１００とし
た場合の相対的な値をドリル加工能率として表した。
尚、表１中の耐力比は０．２％耐力を引張強さで割った
値である。この耐力比は、その値が大きいほど製造性と
強度のバランスが優れていることを表している。耐力値
は引張強さが大きくなるほど、つまり硬さが硬くなるほ
ど高くなるが、この場合硬さが硬くなると機械加工がし
辛くなり製造性が低下する。この意味において硬さ、つ
まり引張強さに対して耐力の値が相対的に大きい材料が
強度及び製造性において優れているということになる。
その指標となるのが耐力比の値である。
リル試験を行って測定し、発明例No．１６を１００とし
た場合の相対的な値をドリル加工能率として表した。
尚、表１中の耐力比は０．２％耐力を引張強さで割った
値である。この耐力比は、その値が大きいほど製造性と
強度のバランスが優れていることを表している。耐力値
は引張強さが大きくなるほど、つまり硬さが硬くなるほ
ど高くなるが、この場合硬さが硬くなると機械加工がし
辛くなり製造性が低下する。この意味において硬さ、つ
まり引張強さに対して耐力の値が相対的に大きい材料が
強度及び製造性において優れているということになる。
その指標となるのが耐力比の値である。
【００４０】
【表１】
【００４１】尚試作した鋼には０．００２０％以下の酸
素，０．０２％以下のMoが不純物として含まれていた。
素，０．０２％以下のMoが不純物として含まれていた。
【００４２】
【表２】
【００４３】上記表１の結果は以下の点を示している。
即ち、本発明例のものはVを添加していないに拘らず、S
40Cに対してVを０．１％添加した従来のV添加型調質鋼
（従来鋼ａ）と同程度の耐力比，衝撃値が得られてい
る。更にまた快削元素を添加したNo.１７〜No.２０の発
明例は、同程度のNo.１６の発明例のものに比べて被削
性が改善されている。
即ち、本発明例のものはVを添加していないに拘らず、S
40Cに対してVを０．１％添加した従来のV添加型調質鋼
（従来鋼ａ）と同程度の耐力比，衝撃値が得られてい
る。更にまた快削元素を添加したNo.１７〜No.２０の発
明例は、同程度のNo.１６の発明例のものに比べて被削
性が改善されている。
【００４４】これに対して比較例のものは以下のような
問題点を有している。先ず比較例Ａのものは、1/10Si
(％)+3/5P(％)+6N(％)で表される値が本発明の下限値
０．２０より低く、またこれに伴って初析フェライト部
の硬さが本発明の下限値である２００よりも低く、その
結果として０．２％耐力及び耐力比が低くなっている。
問題点を有している。先ず比較例Ａのものは、1/10Si
(％)+3/5P(％)+6N(％)で表される値が本発明の下限値
０．２０より低く、またこれに伴って初析フェライト部
の硬さが本発明の下限値である２００よりも低く、その
結果として０．２％耐力及び耐力比が低くなっている。
【００４５】また比較例Ｂのものは、Cの含有量が本発
明の範囲を超えて低く、このため硬さが１２．２と低
く、機械構造用鋼としては適さないものとなっている。
次に比較例Ｃのものは、逆にCの含有量が本発明の範囲
を超えて高過ぎるため硬さが硬く、被削性の点で問題が
あるとともに衝撃値も著しく低くなっている。
明の範囲を超えて低く、このため硬さが１２．２と低
く、機械構造用鋼としては適さないものとなっている。
次に比較例Ｃのものは、逆にCの含有量が本発明の範囲
を超えて高過ぎるため硬さが硬く、被削性の点で問題が
あるとともに衝撃値も著しく低くなっている。
【００４６】比較例Ｄのものは、Siの含有量が本発明の
範囲を超えて多く、そのため硬さが硬くなっており、ま
たこれに伴って衝撃値が１２．３と低くなっている。比
較例Ｅ，ＦのものはMn，Crの含有量が高過ぎ、このため
熱間鍛造後空冷ままでもベイナイトが発生し、硬さが４
０弱程度と著しく硬く、また衝撃値も低くなっている。
範囲を超えて多く、そのため硬さが硬くなっており、ま
たこれに伴って衝撃値が１２．３と低くなっている。比
較例Ｅ，ＦのものはMn，Crの含有量が高過ぎ、このため
熱間鍛造後空冷ままでもベイナイトが発生し、硬さが４
０弱程度と著しく硬く、また衝撃値も低くなっている。
【００４７】比較例Ｇ，ＨのものはP含有量が高過ぎ、
また比較例Ｈでは1/10Si(％)+3/5P(％)+6N(％)が０．３
を超えているため衝撃値が低下している。次に比較例
Ｉ，Ｊのものは、Cu，Niの含有量が高過ぎるために熱間
鍛造後空冷ままでもベイナイトが発生し、硬さが著しく
硬く、また衝撃値も低くなっている。
また比較例Ｈでは1/10Si(％)+3/5P(％)+6N(％)が０．３
を超えているため衝撃値が低下している。次に比較例
Ｉ，Ｊのものは、Cu，Niの含有量が高過ぎるために熱間
鍛造後空冷ままでもベイナイトが発生し、硬さが著しく
硬く、また衝撃値も低くなっている。
【００４８】比較例Ｋのものは、s-Alの含有量が低過ぎ
るために熱間鍛造時に結晶粒が粗大化し、衝撃値が低く
なっている。次に比較例Ｌのものは、Nの含有量が低過
ぎるために熱間鍛造時に結晶粒が粗大化し、衝撃値が低
くなっている。
るために熱間鍛造時に結晶粒が粗大化し、衝撃値が低く
なっている。次に比較例Ｌのものは、Nの含有量が低過
ぎるために熱間鍛造時に結晶粒が粗大化し、衝撃値が低
くなっている。
【００４９】また比較例Ｍのものは、合金組成について
は本発明の範囲内にあるものの1/10Si(％)+3/5P(％)+6N
(％)が０．３を超えているため、即ちフェライトが硬く
なり過ぎているため、耐力比は高い値が出ているものの
衝撃値が低くなっている。また比較例Ｎ，Ｏ，Ｐのもの
は、快削元素を過剰に添加しているため衝撃値が低くな
っている。
は本発明の範囲内にあるものの1/10Si(％)+3/5P(％)+6N
(％)が０．３を超えているため、即ちフェライトが硬く
なり過ぎているため、耐力比は高い値が出ているものの
衝撃値が低くなっている。また比較例Ｎ，Ｏ，Ｐのもの
は、快削元素を過剰に添加しているため衝撃値が低くな
っている。
【００５０】以上のように本発明においては、1/10Si
(％)+3/5P(％)+6N(％)の値を０．２〜０．３として初析
フェライト部の硬さを２００〜２５０ＨＶとすることで
良好な結果が得られる。尚図１に示しているように上記
式で表される値と初析フェライト部の硬さとの間には相
関があり、上記式で表される値を０．２〜０．３とする
ことで初析フェライト部硬さ２００〜２５０ＨＶが得ら
れる。
(％)+3/5P(％)+6N(％)の値を０．２〜０．３として初析
フェライト部の硬さを２００〜２５０ＨＶとすることで
良好な結果が得られる。尚図１に示しているように上記
式で表される値と初析フェライト部の硬さとの間には相
関があり、上記式で表される値を０．２〜０．３とする
ことで初析フェライト部硬さ２００〜２５０ＨＶが得ら
れる。
【００５１】以上本発明の実施例を詳述したがこれはあ
くまで一例示であり、本発明はその主旨を逸脱しない範
囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。
くまで一例示であり、本発明はその主旨を逸脱しない範
囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。
【００５２】
【発明の効果】本発明の非調質鋼は、高価な元素である
Vを添加しないでも所望の耐力，靭性の得られるもので
あり、近年求められている更なる省コスト化に対して十
分に応え得るものである。即ち本発明の非調質鋼を用い
ることで、機械構造用部品を更に安価に且つ簡単に製造
できるようになる。
Vを添加しないでも所望の耐力，靭性の得られるもので
あり、近年求められている更なる省コスト化に対して十
分に応え得るものである。即ち本発明の非調質鋼を用い
ることで、機械構造用部品を更に安価に且つ簡単に製造
できるようになる。
【図１】本発明の実施例において得られた1/10Si(%)+3/
5P(%)+6N(%)と初析フェライト部硬さとの関係を比較例
及び従来鋼のそれと併せて示した図である。
5P(%)+6N(%)と初析フェライト部硬さとの関係を比較例
及び従来鋼のそれと併せて示した図である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 紅林 豊
愛知県名古屋市南区大同町二丁目30番地
大同特殊鋼株式会社技術開発研究所内
(72)発明者 山田 雄一
神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産
自動車株式会社内
(72)発明者 宮澤 智則
神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産
自動車株式会社内
(72)発明者 岡田 義夫
神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産
自動車株式会社内
(72)発明者 板倉 浩二
神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産
自動車株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】重量基準でC ：０．３〜０．６％Si：０．
０５〜２％Mn：０．３〜１．８％P ：０．０３超〜０．
２％s-Al：０．００５〜０．０４５％N :０．０１０〜
０．０２５％残部Fe及び不可避的不純物よりなり、熱間
鍛造後の組織がフェライト・パーライト組織であり、初
析フェライト部の硬さが２００〜２５０ＨＶであってS
i，P，Nの含有量が以下の式を満たすことを特徴とする
Ｖ無添加型熱間鍛造用非調質鋼。0.2≦1/10Si(％)+3/5P
(％)+6N(％)≦0.3 - 【請求項２】 請求項１において、更にCr：０．０５〜
１％Cu：０．０５〜１％Ni：０．０５〜１％を含有して
いることを特徴とするＶ無添加型熱間鍛造用非調質鋼。 - 【請求項３】 請求項１において、更にPb：≦０．３０
％S ：≦０．２０％Te：≦０．３０％Ca：≦０．０１％
Bi：≦０．３０％の１種または２種以上を含有している
ことを特徴とするＶ無添加型熱間鍛造用非調質鋼。 - 【請求項４】 請求項２において、更にPb：≦０．３０
％S ：≦０．２０％Te：≦０．３０％Ca：≦０．０１％
Bi：≦０．３０％の１種または２種以上を含有している
ことを特徴とするＶ無添加型熱間鍛造用非調質鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002050523A JP3898530B2 (ja) | 2002-02-26 | 2002-02-26 | Ｖ無添加型熱間鍛造用非調質鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002050523A JP3898530B2 (ja) | 2002-02-26 | 2002-02-26 | Ｖ無添加型熱間鍛造用非調質鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003253377A true JP2003253377A (ja) | 2003-09-10 |
| JP3898530B2 JP3898530B2 (ja) | 2007-03-28 |
Family
ID=28662732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002050523A Expired - Fee Related JP3898530B2 (ja) | 2002-02-26 | 2002-02-26 | Ｖ無添加型熱間鍛造用非調質鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3898530B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006153188A (ja) * | 2004-11-30 | 2006-06-15 | Nsk Ltd | 車輪支持用転がり軸受装置 |
| KR101459775B1 (ko) * | 2008-06-23 | 2014-11-10 | 현대자동차주식회사 | 자동차 부품용 비조질강 및 이를 이용한 스핀들 너클제조방법 |
-
2002
- 2002-02-26 JP JP2002050523A patent/JP3898530B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3898530B2 (ja) | 2007-03-28 |
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