JPH0156124B2

JPH0156124B2 -

Info

Publication number: JPH0156124B2
Application number: JP60013891A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Takahashi; Toshizo Tarui; Hiroshi Sato
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1985-01-28
Filing date: 1985-01-28
Publication date: 1989-11-29
Also published as: CA1276095C; GB2208654B; GB8816279D0; US4702778A; GB8601679D0; JPS61174322A; GB2170223B; GB2208654A; GB2170223A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は機械構造用鋼の圧延材軟質化法に係
り、特に冷間鍛造に供される中炭素機械構造用鋼
の軟質化法に関するものである。（従来の技術及び問題点）従来、中炭素系機械構造用鋼を用いて機械部品
を冷間鍛造によつて製造する際、その変形抵抗を
下げるために冷間鍛造に先立つて軟質化を目的と
したセメンタイトの球状化焼鈍処理が実施される
のが一般的である。ところが、この処理は10〜20
時間を要する処理であるため、生産性の向上ある
いは省エネルギーの観点から球状化焼鈍処理を省
略し得る軟質圧延材の開発は永年の課題であつ
た。これに対して、従来の知見としてたとえば「鉄
と鋼」Vol.70（1984）No.５、236頁には、現行の
JISに規定されたS45C、SCM435などの中炭素機
械構造用鋼を使用することを前提に、675℃近傍
での低温圧延とその後の恒温保定によつて軟質化
を図ることが提案されているが、このような低温
圧延では線材の表面疵の発生、あるいは圧延ロー
ルの耐久性低下という問題があり、満足すべき解
決手段とは言いがたい。一方、特開昭58−107416号公報には、1000℃以
上で30％以上圧延し、引き続き750〜1000℃の温
度範囲で50％以上仕上圧延した後、１℃／sec以
下で冷却して軟化させる技術、特開昭59−13024
号公報にはAr₁点以下Ar₁−50℃以上の温度範囲
で30％以上仕上圧延した後、Ac₁〜Ac₃に再加熱
し、炭化物を球状化させる技術、特開昭59−
126720、126721号公報にはAr₁点以下Ar₁−50℃
以上の温度範囲で80％以上の仕上圧延を行い、そ
の加工熱でAc₁〜Ac₃の温度範囲で仕上げ温度と
するか、またはそのまま冷却し炭化物を球状化さ
せる技術、さらには特開昭59−136421、136422、
136423号の各公報にはAr₁以下Ar₁−200℃以上の
温度範囲で10％以上の仕上圧延を行い、その加工
熱でAc₃点以下Ac₁−100℃以上の温度域に到達せ
しめた後、500℃まで100℃／分以下の冷却速度で
冷却させるか、またはAe₁点以下500℃以上で７
分以上保持させるか、Ac₁点以上Ac₃以下での圧
延を繰り返し炭化物を球状化させる技術がそれぞ
れ示されているが、これらはいずれも温度と圧下
率の仕上げ圧延条件を規制して軟質化または球状
化組織を得る技術であり、低温仕上圧延を必要と
する。従つて、表面疵の増大、圧延ロールの耐久
性低下という問題がある。ところで、一般に中炭素鋼の圧延材は、前記の
特開昭59−136421号公報にも見られるように、パ
ーライト組織ないしフエライト・パーライト組織
となつている。従つて、強度を低下させるために
は、組織の大半を占めるパーライトの強度を低下
させることが必要である。一般にパーライトの強
度はセメンタイト間隔に反比例する関係があるの
で、パーライトの強度を低下させることを考える
と、そのためにはパーライトのセメンタイト間間
隔を粗くすることが必要になる。しかるに、パーライトのセメンタイト間間隔
は、オーステナイトからパーライトが変態生成す
る温度で一義的に決まり、高い温度で変態するほ
ど粗くなる。従つて、圧延材を軟質化するために
は、圧延後徐冷するか、あるいは圧延後直ちにパ
ーライト変態が生じる温度範囲でできるだけ高い
温度に保定して、高温でパーライト変態させるこ
とが必要になる。ところが、パーライト変態は温
度が高くなるほど変態速度が遅くなり、終了に極
めて長時間を要するようになる。しかし、圧延材
を除冷するにしても、あるいは高温で保定するに
しても、設備上、生産上、徐冷速度あるいは保定
時間には自ずから限界が存在する。そこで、本発明者らはかかる従来の知見を種々
解析して、機械構造用炭素鋼の圧延材についてそ
の強度の支配因子を検討した結果、中炭素鋼の強
度の低下即ち軟質化に極めて有効な手段である所
のパーライトのセメンタイト間隔を粗くするこ
と、またさらに圧延材の軟質化のための最大のポ
イントである所の高い温度でのパーライト変態を
短時間で終了させることの両者を一挙に達成する
ためには、従来の鋼に含有されているMnの一部
をCrとおきかえるとともに、熱間圧延後の冷却
条件あるいは保定条件に適切なものを選べば良い
という全く新な知見を得て本発明をなしたもので
ある。（問題点を解決するための手段、作用）即ち、本発明は以上の知見に基いてなされるも
のであつて、その要旨とする所は、重量％で
C0.32〜0.65％、Si0.05％未満、MnとCrの合計量
が0.3〜0.9％の範囲でMn0.2〜0.5％、Cr0.1〜0.5
％、Al0.005〜0.1％を含有し、且つＰを0.02％未
満、Ｓを0.02％未満と制限し、その他必要に応じ
て(A)Ni1％以下、Cu1％以下、Mo0.3％以下の１
種または２種以上、あるいは(B)Ti0.002〜0.05％、
B0.0005〜0.02％、Nb0.005〜0.05％、V0.005〜
0.2％の１種または２種以上、の(A)、(B)の群の一
方または両方を含有し、残部はFeおよび不可避
不純物よりなる鋼について、熱間圧延後、３〜30
℃／分の冷却速度で徐冷する軟質化処理を施すこ
とを特徴とする機械構造用鋼の圧延材軟質化法で
あり、又、同じく熱間圧延後、直ちに670〜720℃
の範囲の温度に５〜60分保定した後放冷する、軟
質化処理を施すことを特徴とする機械構造用鋼の
圧延材軟質化法である。以下に本発明を詳細に説明する。まず最初に、本発明において軟質化とは、その
圧延材の引張強度を含有炭素量（Ｃ％）によつて
規定される強度30＋65×Ｃ％（Kg／mm²）以下とす
ることを意味する。この式はＣ量を0.2〜0.7％と
変えて回帰させて求めたものであり、30はフエラ
イトとパーライトの強度に、また65はＣ量即ちパ
ーライト量にそれぞれ依存する項である。Ｃ項に
よつて決まる同式の値を強度が超える場合には軟
質化とは言えない。次に、本発明の対象とする鋼の成分限定理由に
ついて述べる。まず、Ｃは冷間鍛造後の焼入れ・焼戻し処理に
於いて製品に所要の強度を付与するために必須の
元素であるが、0.32％未満では所要の強度が得ら
れず、一方0.65％を超えても焼入れ・焼戻し後の
強度はもはや増加しないので0.32〜0.65％の範囲
に限定した。また、Siはその固溶体硬化作用によつて圧延材
の強度を高めるので、固溶体硬化の影響を無視で
きるようになる0.05％未満に含有量を限定した。
また、このようにSiを下げても、焼入処理時に要
求される焼入性は低下しない。次にMnとCrに関してであるが、MnとCrを複
合添加し、且つその含有量を前記のように定めた
点が本発明の最も重要な点である。即ち、従来の機械構造用鋼であるS45C鋼は
C0.42〜0.48％、Si0.15〜0.35％、Mn0.60〜0.90％
を含むことが規定されているが、そのMn量を減
らし、代りにCrを添加することによつて、S45C
鋼に比べフエライト変態開始温度とともに軟質化
のポイントであるパーライト変態の開始温度と終
了温度が高くなる。従つて、このような鋼は
S45Cに比べて高速で冷却しても同じ温度でパー
ライト変態さられる。また、この鋼はパーライト
変態温度が高温側へシフトするので、圧延後A₁
点近傍の温度に保定した場合にも短時間でパーラ
イト変態を終了させることができる。本発明者ら
は、たとえば圧延後直接700℃に保定したときの
パーライト変態時間は、S45C鋼で150分を要する
のに対して、このようにMnを減らし、Crを添加
した鋼ではわずか４分で変態が終了することを確
認している。ここでMnとCrの添加量及びその合計量を上記
のように限定したのは以下の理由による。高温域のパーライト変態を短時間で終了させる
ためには、できるだけMnをCrで置換した方が良
いが、Mn0.2％未満では鋼中のＳを十分に固定す
ることができず、熱間脆性をおさえることができ
ない。一方、Mnが0.5％を超えるとCrが添加され
ていても高温でのパーライト変態を短時間に終了
させることができないので、Mn量を0.2〜0.5％
に限定した。 Crは高温でのパーライト変態の促進には不可
欠の元素であるが、その添加量が0.1％未満では
十分な効果を発揮しない。一方、0.5％を超える
と鋼の焼入性を高め、変態温度が逆に低下してく
るので、0.1〜0.5％に限定した。更にMnとCrの合計量を0.3〜0.9％に限定した
のは、合計量が0.3％未満では鍛造後の焼入処理
時の焼入性を保証することができず、一方、0.9
％を超えるとパーライト変態の終了に時間がかか
りすぎるためである。また、Alは鍛造後の焼入れ処理時のオーステ
ナイト粒度の粗大化を防止する目的で添加するも
ので、0.005％未満ではその効果がなく、一方0.1
％を超えるとオーステナイト粒粗大化抑制効果は
飽和する上、むしろ冷間鍛造性を劣化させるの
で、0.005〜0.1％に限定した。Ｐ、Ｓはいずれも冷間鍛造性に有害な元素であ
る。いずれも0.02％を超えると悪影響が顕著にな
るので、これ未満に限定した。以上が本発明の対象とする鋼の基本成分である
が、本発明においては、この他、鋼の強度・靭性
を向上させるため、(A)Ni1％以下、Cu1％以下、
Mo0.3％以下の１種または２種以上、また高温域
のパーライト変態促進のため(B)Ti0.002〜0.05％、
B0.0005〜0.02％、Nb0.005〜0.05％、V0.005〜
0.2％の１種または２種以上、の(A)、(B)の群の一
方または両方を含有せしめることもできる。まず、(A)群のNiは靭性を向上させるとともに
焼入性を大きくして強度を向上させるために添加
されるが、１％を超えると焼入性が大きくなり過
ぎてて冷間鍛造性が悪くなるのでこれを上限とし
た。Cuも同様に靭性と焼入性を向上させるが、
１％を超えるとその効果は飽和するのでこれを上
限とした。また、Moは焼入性を向上し、強い焼
戻し軟化抵抗を有するが、0.3％を超えても添加
量に見合うだけの効果がないのでこれを上限とし
た。一方、(B)群のTi、Ｂ、Nb、Ｖはいずれも高温
域でのパーライト変態の促進を目的に添加され
る。すなわちTiとＢは組合せて添加する方が効
果的で、TiはAlと共にＮを固定してＢの焼入性
効果を十分に発揮させるために添加される。Ti
とＢの添加によつて鍛造後の焼入れ処理時の焼入
性を増加させると、MnとCrの合計量を減らすこ
とが可能となり、高温域でのパーライト変態は一
段と短時間に終了するようになる。Tiは0.002％
未満ではＮ固定効果が不十分であり、一方0.05％
を超えると冷間鍛造性に有害な粗大なTiNが生
成するので、0.002〜0.05％に限定した。Ｂは
0.0005％未満では焼入性増加効果は発揮せず、
0.02％を超えると粗大なＢ化合物を析出させて靭
性を劣化させるので、0.0005〜0.02％に限定し
た。Nb、Ｖはいずれも圧延後のオーステナイト
粒度を微細化させて変態を促進することを目的に
添加するが、それぞれ0.005％未満では微細化効
果が期待できず、一方Nbが0.05％、Ｖが0.2％を
それぞれ超えるとNb、Ｖの粗大な炭窒化物が析
出して靭性及び冷間鍛造性を劣化させるので、
Nbは0.005〜0.05％、またＶは0.005〜0.2％にそれ
ぞれ限定した。次に、本発明においては、軟質化処理として、
熱間圧延後、３〜30℃／分の冷却速度で徐冷する
か、あるいは、直ちに670〜720℃の範囲の温度に
５〜60分保定した後放冷するのであるが、そのい
ずれの手段によつても高温域でのパーライト変態
を短時間に終了せしめ、且つ引張り強度30＋65×
Ｃ％（Kg／mm²）以下とすることが可能である。まず、熱間圧延後の冷却速度を３〜30℃／分で
徐冷するのは、30℃／分より速く冷却するとパー
ライト変態温度が下がり、軟質化が達成されない
ためである。冷却速度は遅い方が有利であるが、
３℃／分より遅いと設備上、生産性上実用的でな
いのでこれを下限とした。冷却温度範囲は特に限
定しないが、650〜750℃の範囲をここに限定した
冷速で冷却すれば十分である。一方、熱間圧延後直ちに670〜720℃の範囲の温
度に５〜60分保定しても軟質化できるが、保定温
度が720℃を超えると変態終了に長時間を要し、
実用的でないのでこれを上限とした。また、670
℃より低い温度ではパーライト部の強度が上が
り、軟質材を得ることができないのでこれを下限
とした。５分より短い保定はパーライト変態を終
了させられず、また670〜720℃の温度範囲内のパ
ーライト変態は60分以内に充分に終了するので、
保定時間を５〜60分に限定した。保定後は放冷を
行うのであるが、これは前記の保定によつてパー
ライト変態が完了し、その後徐冷する必要がない
からである。なお、圧延条件は特に限定しないが、ほぼ1050
℃程度以下の熱延開始温度が望ましく、特に変態
促進に有利なオーステナイト粒細粒化の観点から
は900℃以下の低温仕上げが望ましい。ただし、
先にも述べた通り、750℃以下に下げるのは表面
疵の発生あるいはロール耐久性の低下という問題
があるので好ましくない。以下、実施例により本発明の効果をさらに具体
的に説明する。（実施例）第１表に供試材の化学組成ならびに通常の熱間
圧延で11φmmに仕上げた後の冷却条件等を示す。
同表中試験番号No.１、３、５、７〜９、11〜13、
23〜29が本発明例で、その他は比較例である。こ
れらの材料を用いて、引張試験はJIS14A号試験
片で行ない、冷鍛性の評価は11φmm×21mmの試験
片の真歪２の圧縮試験を行なつたときの割れ発生
の有無で求め、〇印は割れが発生しなかつたこ
と、×印は割れが発生したことを示す。また、焼
入・焼戻後の靭性値は、900℃に30分加熱後油焼
入れし、次に600℃に１時間焼戻した材料をJIS3
号試験片を用いて20℃で衝撃試験を行ない求めた
ものである。これら試験の結果を第１表に併記す
る。

【表】

Claims

【特許請求の範囲】１重量％でC0.32〜0.65％、 Si0.05％未満、 MnとCrの合計量が0.3〜0.9％の範囲で Mn0.2〜0.5％ Cr0.1〜0.5％ Al0.005〜0.1％を含有し、且つＰを0.02％未満、Ｓを0.02％未満
と制限し、その他必要に応じて (A) Ni1％以下、Cu1％以下、Mo0.3％以下の１
種または２種以上、あるいは (B) Ti0.002〜0.05％、B0.0005〜0.02％、
Nb0.005〜0.05％、V0.005〜0.2％の１種または
２種以上、の(A)、(B)の群の一方または両方を含有し、残部は
Feおよび不可避不純物よりなる鋼について、熱
間圧延後、３〜30℃／分の冷却速度で徐冷する軟
質化処理を施すことを特徴とする機械構造用鋼の
圧延材軟質化法。２重量％でC0.32〜0.65％、 Si0.05％未満、 MnとCrの合計量が0.3〜0.9％の範囲で Mn0.2〜0.5％ Cr0.1〜0.5％ Al0.005〜0.1％を含有し、且つＰを0.02％未満、Ｓを0.02％未満
と制限し、その他必要に応じて (A) Ni1％以下、Cu1％以下、Mo0.3％以下の１
種または２種以上、あるいは (B) Ti0.002〜0.05％、B0.0005〜0.02％、
Nb0.005〜0.05％、V0.005〜0.2％の１種または
２種以上、の(A)、(B)の群の一方または両方を含有し、残部は
Feおよび不可避不純物よりなる鋼について、熱
間圧延後、直ちに670〜720℃の範囲の温度に５〜
60分保定した後放冷する、軟質化処理を施すこと
を特徴とする機械構造用鋼の圧延材軟質化法。