JPH0215604B2

JPH0215604B2 -

Info

Publication number: JPH0215604B2
Application number: JP59112347A
Authority: JP
Inventors: Takashi Matsumoto; Kimihiro Shibata; Masahide Ike; Katsunori Takada; Kenji Isogawa
Original assignee: Daido Steel Co Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1984-05-31
Filing date: 1984-05-31
Publication date: 1990-04-12
Also published as: JPS60255957A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は、機械構造用部品のうち、とくに冷間
鍛造により製造される部品に適用される機械構造
用部品の製造方法に関するものである。（従来技術）従来、冷間鍛造するのに使用される機械構造用
鋼としては、炭素鋼（SC）、クロム鋼（SCr）、
クロムモリブデン鋼（SCM）、ニツケルクロムモ
リブデン鋼（SNCM）などがあり、例えば自動
車の操舵、駆動機構ののシヤフト類には廉価な炭
素鋼が多用されている。この冷間鍛造は、熱間鍛
造に比較して加工精度が高く材料歩留りも良いた
め、近年は素材成形に占めるその割合が増加する
傾向にある。そして、一般に、冷間鍛造に供され
る炭素鋼に対しては、セメンタイトを球状化して
高い変形能を与えるために、球状化熱処理（SA
処理）が施される。しかしながら、このような従来の冷間鍛造に使
用される機械構造用鋼を用いた機械構造用部品の
製造方法にあつては、球状化熱処理を行うために
A₁変態点直上で１時間程度の均熱保持をしたの
ち、引き続きA₁変態点直下へ10℃／hr程度の速
度で冷却することが必要とされ、球状化を行う際
の全熱処理理に10hr以上の時間が必要となつてい
たため、生産性が低いうえにエネルギー消費が膨
大なものになるという問題点があつた。（発明の目的）本発明は、このような従来の問題点に着目して
なされたもので、球状化熱処理のような長時間の
熱処理を必要とせず、しかも冷間鍛造の際におけ
る変形能が高く、冷間鍛造して製造される部品に
適した機械構造用部品の製造方法を提供すること
を目的としている。（発明の構成）本発明の第一発明による機械構造用部品の製造
方法は、重量％で、Ｃ：0.05〜0.2％未満、Si：
1.5超過〜３％、Mn：1.0超過〜２％、Cr：0.3〜
1.3％を基本成分とし、必要に応じて、焼入性向
上元素としてNi：２％以下、Mo：0.5％以下の
うちの１種または２種、同じく必要に応じて、結
晶粒微細化元素としてAl：0.1％以下、Nb：0.3
％以下、Ta：0.3％以下、Ti：0.3％以下、Zr：
0.1％以下、Ｎ：0.03％以下のうちの１種または
２種以上を含有し、残部Feおよび不純物からな
り、フエライト−オーステナイト二相温度域から
空冷あるいはそれ以上の冷却速度で冷却し、微細
なすなわちより好ましくは結晶粒度番号６番以
上、特に好ましくは７番か８番以上の微細なフエ
ライト−パーライト、フエライト−パーライト−
ベイナイト、あるいはフエライト−ベイナイト組
織を有する鋼素材を用いて冷間鍛造により製造す
るようにしたことを特徴としており、同一の目的
を達成する第二発明による機械構造用部品の製造
方法は、重量％で、Ｃ：0.05〜0.2％未満、Si：
1.5超過〜３％、Mn：1.0超過〜２％、Cr：0.3〜
1.3％を基本成分とし、必要に応じて、焼入性向
上元素としてNi：２％以下、Mo：0.5％以下の
うちの１種または２種、同じく必要に応じて、結
晶粒微細化元素としてAl：0.1％以下、Nb：0.3
％以下、Ta：0.3％以下、Ti：0.3％以下、Zr：
0.1％以下、Ｎ：0.03％以下のうちの１種または
２種以上を含有し、残部Feおよび不純物からな
り、冷間鍛造に先立つ素材圧延における仕上圧延
時にAr₁変態点〜Ar₃変態点＋100℃の温度範囲で
少なくとも20％以上の圧下率を加えた後空冷また
はそれ以上の冷却速度だ冷却することによつて、
前記の熱処理材よりもさらに微細なフエライト−
パーライト、フエライト−パーライト−ベイナイ
ト、あるいはフエライト−ベイナイト組織を有す
る変態能のより一層の向上を図つた鋼素材を用い
て冷間鍛造により製造するようにしたことを特徴
としている。次に、本発明に係る機械構造用部品の製造方法
において用いられる冷間鍛造用鋼の成分範囲（重
量％）の限定理由について説明する。Ｃ：0.05〜0.2％未満Ｃは、機械構造用部品としての強度、特に焼入
れ硬さを確保するために有効な元素であり、強度
を考慮して下限は0.05％とした。また、十分に広
いフエライト−オーステナイト二相の温度範囲を
安定して得るために0.2％未満を上限とした。 Si：1.5超過〜３％ Siは、フエライト−オーステナイト二相の温度
範囲をより大きく広げるために有効な元素である
ので、1.5％超過の添加を必要とする。また、フ
エライト組織の強化にも有効な元素であるが、過
度の添加では変形抵抗の増大ならびに靭性の低下
を招くので、上限を３％とした。 Mn：1.0超過〜２％ Mnは、溶製時において脱酸、脱硫に有効な元
素であると同時に、焼入れ硬さを確保するために
も有効な元素である。そして、より十分な脱酸、
脱硫効果を得ると同時に焼入性をより一層向上さ
せるために、下限を1.0％超過とした。しかし、
過度に添加すると冷間鍛造性を低下させるので、
上限を２％とした。 Cr：0.3〜1.3％ Crは、焼入れ性を向上させるとともに黒鉛化
を防止するために有効な元素であり、このような
効果を得るために下限を0.3％とした。しかし、
靭性の低下を十分に考慮して上限を1.3％とした。 Ni：２％以下、Mo：0.5％以下のうちの１種ま
たは２種 Ni、Moは鍛造後の調質において焼入性をより
一層向上させて基地の強化をはかるのに有効な元
素であるので、必要に応じて上記基本成分に対し
てさらに添加するのもよいが、Ni含有量が２％
をこえ、Mo含有量が0.5％をこえると靭性が劣化
するので、Niは２％以下、Moは0.5％以下とし
た。 Al：0.1％以下、Nb：0.3％以下、Ta：0.3％以
下、Ti：0.3％以下、Zr：0.1％以下、Ｎ：0.03％
以下のうちの１種または２種以上 Al、Nb、Ta、Ti、Zr、Ｎは、炭窒化物の形
成により結晶粒を微細化し、冷間における変形態
を向上させるのに有効な元素であるので、必要に
応じてこれらの１種または２種以上を添加するの
も良い。しかし、Al含有量が0.1％をこえ、Nb含
有量が0.3％をこえ、Ta含有量が0.3％をこえ、
Ti含有量が0.3％をこえ、Zr含有量が0.1％をこえ
ると、炭窒化物が粗大化することにより、結晶粒
微細化効果がかえつて低下し、冷間における変形
能の低下を招くので、添加する場合はそれぞれ前
記した上限とする必要がある。また、Ｎ含有量が
0.03％をこえるとＮのブローホールによつて鋼塊
または鋳片の健全性が損なわれるので、Ｎの上限
は0.03％とした。そのほか、冷間における変形能を高めて冷間鍛
造性を向上させるために、［Ｏ］：0.003％以下、
Ｓ：0.02％以下に規制することも必要に応じて望
ましい。そして、このような成分調整した鋼を、フエラ
イト−オーステナイト二相温度域から空冷または
それ以上の速度で冷却し、微細なフエライト−パ
ーライト、フエライト−パーライト−ベイナイ
ト、あるいはフエライト−ベイナイト組織とする
ことにより、冷間における変形能に著しく優れた
機械構造用鋼を得ることができ、これを素材とし
て、アウターレース、ハウジングシヤフトなどの
等速ジヨイント部品や、リヤスピンドル、アクス
ルシヤフトなどのアクスル部品を球状化熱処理を
施すことなく冷間鍛造によつて加工することによ
り機械構造用部品を製造することが可能となる。また、前述のごとく成分調整した鋼を冷間鍛造
に先立つ素材圧延における仕上圧延時にAr₁変態
点〜Ar₃変態点＋100℃の温度範囲で少なくとも
20％以上の圧下率を加えた後空冷またはそれ以上
の冷却速度で冷却することによつて、前記の熱処
理材よりも微細なフエライト−パーライト、フエ
ライト−パーライト−ベイナイト、あるいはパー
ライト−ベイナイト組織とすることにより、冷間
における変形能をさらに向上させることができ、
冷間鍛造用として著しく優れた特性の機械構造用
鋼とすることができ、この機械構造用鋼を冷間鍛
造することによつて、特性の優れた機械構造用部
品を製造することができる。ここで、冷間鍛造に
先立つ素材圧延における仕上圧延時にAr₁変態点
〜Ar₃変態点＋100℃の温度範囲で少なくとも20
％以上の圧下率を加えることとしたのは、Ar₃変
態点＋100℃よりも高い温度で圧延しても微細な
組織を得ることができず、冷間鍛造性がかえつて
改善されなくなるためであに、またAr₁変態点よ
りも低い温度で圧延すると加工の影響が残り、同
様に冷間鍛造性が低下するためであり、さらに圧
下率を20％以上とすることによつて組織の微細化
をはかることができ、これにより冷間鍛造性を改
善することができるためであり、これよりも小さ
い圧下率ではほとんど効果がないためである。実施例１第１表に示す化学成分の鋼を溶製したのち造塊
し、鍛造によつて直径32mmの丸棒を製作した。次
いで、各丸棒に対して925℃×1hr加熱空冷の条件
で焼ならしを施し、次に各焼ならし材を直径25mm
に旋削加工したのち、同じく第１表に示す加熱、
均熱保持温度で1hr保持したあと空冷処理を行つ
た。続いて、それぞれの処理材より第１図ないし
第３図に示すような上、下底面に円錐状孔１ａを
有する円柱状Ｖ溝付圧縮試験片１（Ｄ＝14mm、Ｈ
＝21mm、θ＝30゜、d₁＝0.8mm、Ｒ＝0.15mm、α＝
120゜、d₂＝0.57mm）を作製し、アムスラー試験機
に上下端面拘束ダイスを取り付けて圧縮試験を行
い、冷間鍛造により機械構造用部品を得る際の模
擬実験を行つた。そして、圧縮試験の際に、Ｖ溝
１ｂ中にクラツクが発生したときの圧縮率を割れ
発生限界として変形能の評価を行つた。その結果
を炭素鋼S40C、S48Cの球状化熱処理材（SA）
の結果とともに同じく第１表に示す。

【表】第１表に示すように、化学成分がこの発明の範
囲内にある鋼種はいずれもフエライト−オーステ
ナイト二相温度域からの空冷により微細なフエラ
イト−パーライト組織となり、S40C、S48Cを上
回る変形能を示した。また、Si含有量が多すぎる
No.５およびCr含有量が多すぎるNo.７はこれより
も変形能が低いという結果になつた。実施例２次に、第１表に示す鋼種のうちNo.１（S40C）、
No.２（S48C）およびNo.３〜５、８〜10について、
実施例１と同じ条件の焼ならし材を直径25mmに加
工した後、第２表に示す焼入れ温度で1hr加熱し
たのち油冷する焼入れを行い、次いでNo.３〜５、
８〜10の鋼に対しては170℃に1hr加熱したのち空
冷する焼もどしを行い、No.１、No.２に対しては
600℃に1hr加熱したのち急冷する焼もどしを行つ
たのち硬さ測定、引張試験および衝撃試験を行つ
た。このとき、硬さ測定はロツクウエルＣスケー
ルで行い、引張試験はJIS4号試験片（縮小サイ
ズ）を用いて行い、衝撃試験はJIS3号シヤルピー
試験片を用いて行つた。これらの結果をNo.１
（S40C）、No.２（S48C）の調質材の結果と共に同
じく第２表に示す。

【表】

【表】この実施例においては焼入れ温度が二相温度域
であるため、焼入れ組織は微細なフエライト−マ
ルテンサイトあるいはベイナイトとなり、この発
明による鋼種No.３、４、８〜10では、引張強度、
衝撃値ともにS40C、S48Cの調質材を上回つた。
しかし、Siが３％をこえるNo.５においては衝撃値
がS40C、S48Cの調質材を下回つた。実施例３次に、第１表に示すこの発明によるNo.８〜10鋼
に対し、第３表に示したフエライト−オーステナ
イト二相温度域からの塩浴処理を施し、実施例１
の場合と同様の試験片による圧縮試験を行つて割
れ発生限界を測定した。その結果を同じく第３表
に示す。

【表】第３表に示すように、この実施例における処理
によつて、この発明の３鋼種（N6〜８）は微細
なフエライト−ベイナイト組織となり、いずれも
炭素鋼SA処理材と同等以上の変形能を示した。実施例４次に、第１表に示すこの発明によるNo.４、10鋼
の直径27.1mm、29.9mm、32.3mmの丸棒材に対し、
第４表に示す圧延温度および圧下率で圧延を施し
て直径を25mmとした後、実施例１と同様の試験片
を作製して圧縮試験を行うことにより割れ発生限
界を測定した。その結果を同じく第４表に示す。

【表】第４表に示すように、素材圧延における仕上圧
延時にAr₁変態点〜Ar₃変態点＋100℃の温度範囲
で20％以上の圧下率を加えた場合に、その後の冷
間塑性加工における割れ発生限界が大きくなり、
冷間塑性加工性を向上させることができることが
確かめられた。（発明の効果）以上説明してきたように、本発明による機械構
造用部品の製造方法は、重量％で、Ｃ：0.05〜
0.2％未満、Si：1.5超過〜３％、Mn：1.0超過〜
２％、Cr：0.3〜1.3％を基本成分とし、必要に応
じて、Ni：２％以下、Mo：0.5％以下のうちの
１種または２種、同じく必要に応じて、Al：0.1
％以下、Nb：0.3％以下、Ta：0.3％以下、Ti：
0.3％以下、Zr：0.1％以下、Ｎ：0.03％以下のう
ちの１種または２種以上を含有し、残部Feおよ
び不純物からなり、フエライト−オーステナイト
二相温度域からの空冷あるいはそれ以上の冷却速
度での冷却を行うことにより、もしくは、冷間鍛
造に先立つ素材圧延における仕上圧延時にAr₁変
態点〜Ar₃変態点＋100℃の温度範囲で少なくと
も20％以上の圧下率の加えた後空冷またはそれ以
上の冷却速度での冷却を行うことにより、フエラ
イト−パーライト、フエライト−パーライト−ベ
イナイト、あるいはフエライト−ベイナイトの微
細組織を有する鋼素材を用いて冷間鍛造により機
械構造用部品を製造するようにしたものであるこ
とから、冷間鍛造の際において高い変形能が得ら
れ、しがつて従来のような処理時間が長くかつ莫
大なエネルギーを必要とする球状化熱処理を施す
ことなく、冷間鍛造の際における変形能が著しく
良好であつて冷間鍛造性にすぐれたものであり、
アウターレース、ハウジングシヤフトなどの等速
ジヨイント部品や、リヤスピンドル、アクスルシ
ヤフトなどのアクスル部品などの各種機械構造用
部品の冷間鍛造による製造が容易に可能であり、
寸法精度が高く歩留りが良好である冷間鍛造の各
種機械構造用部品への適用範囲を著しく拡大する
ことができるという非常に優れた効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図は本発明の実施例
において使用した圧縮試験片の各々全体説明図、
Ｖ溝部拡大説明図、センター孔部拡大説明図であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】１重量％で、Ｃ：0.05〜0.2％未満、Si：1.5超
過〜３％、Mn：1.0超過〜２％、Cr：0.3〜1.3％
を基本成分とし、残部Feおよび不純物からなり、
フエライト−オーステナイト二相温度域から空冷
またはそれ以上の冷却速度で冷却し、微細なフエ
ライト−パーライト、フエライト−パーライト−
ベイナイト、あるいはフエライト−ベイナイト組
織を有する鋼素材を用いて冷間鍛造により製造す
ることを特徴とする機械構造用部品の製造方法。２重量％で、Ｃ：0.05〜0.2％未満、Si：1.5超
過〜３％、Mn：1.0超過〜２％、Cr：03〜1.3％
を基本成分とし、Ni：２％以下、Mo：0.5％以
下のうちの１種または２種を含有し、残部Feお
よび不純物からなり、フエライト−オーステナイ
ト二相温度域から空冷またはそれ以上の冷却速度
で冷却し、微細なフエライト−パーライト、フエ
ライト−パーライト−ベイナイト、あるいはフエ
ライト−ベイナイト組織を有する鋼素材を用いて
冷間鍛造により製造することを特徴とする機械構
造用部品の製造方法。３重量％で、Ｃ：0.05〜0.2％未満、Si：1.5超
過〜３％、Mn：1.0超過〜２％、Cr：0.3〜1.3％
を基本成分とし、Al：0.1％以下、Nb：0.3％以
下、Ta：0.3％以下、Ti：0.3％以下、Zr：0.1％
以下、Ｎ：0.03％以下のうちの１種または２種以
上を含有し、残部Feおよび不純物からなり、フ
エライト−オーステナイト二相温度域から空冷ま
たはそれ以上の冷却速度で冷却し、微細なフエラ
イト−パーライト、フエライト−パーライト−ベ
イナイト、あるいはフエライト−ベイナイト組織
を有する鋼素材を用いて冷間鍛造により製造する
ことを特徴とする機械構造用部品の製造方法。４重量％で、Ｃ：0.05〜0.2％未満、Si：1.5超
過〜３％、Mn：1.0超過〜２％、Cr：0.3〜1.3％
を基本成分とし、Ni：２％以下、Mo：0.5％以
下のうちの１種または２種、Al：0.1％以下、
Nb：0.3％以下、Ta：0.3％以下、Ti：0.3％以
下、Zr：0.1％以下、Ｎ：0.03％以下のうちの１
種または２種以上を含有し、残部Feおよび不純
物からなり、フエライト−オーステナイト二相温
度域から空冷またはそれ以上の冷却速度で冷却
し、微細なフエライト−パーライト、フエライト
−パーライト−ベイナイト、あるいはフエライト
−ベイナイト組織を有する鋼素材を用いて冷間鍛
造により製造することを特徴とする機械構造用部
品の製造方法。５重量％で、Ｃ：0.05〜0.2％未満、Si：1.5超
過〜３％、Mn：1.0超過〜２％、Cr：0.3〜1.3％
を基本成分とし、残部Feおよび不純物からなり、
冷間鍛造に先立つ素材圧延における仕上圧延時
に、Ar₁変態点〜Ar₃変態点＋100℃の温度範囲で
少なくとも20％以上の圧下率を加えた後、空冷ま
たはそれ以上の冷却速度で冷却し、微細なフエラ
イト−パーライト、フエライト−パーライト−ベ
イナイト、あるいはフエライト−ベイナイト組織
を有する鋼素材を用いて冷間鍛造により製造する
ことを特徴とする機械構造用部品の製造方法。６重量％で、Ｃ：0.05〜0.2％未満、Si：1.5超
過〜３％、Mn：1.0超過〜２％、Cr：0.3〜1.3％
を基本成分とし、Ni：２％以下、Mo：0.5％以
下のうちの１種または２種を含有し、残部Feお
よび不純物からなり、冷間鍛造に先立つ素材圧延
における仕上圧延時に、Ar₁変態点〜Ar₃変態点
＋100℃の温度範囲で少なくとも20％以上の圧下
率を加えた後、空冷またはそれ以上の冷却速度で
冷却し、微細なフエライト−パーライト、フエラ
イト−パーライト−ベイナイト、あるいはフエラ
イト−ベイナイト組織を有する鋼素材を用いて冷
間鍛造により製造することを特徴とする機械構造
用部品の製造方法。７重量％で、Ｃ：0.05〜0.2％未満、Si：1.5超
過〜３％、Mn：1.0超過〜２％、Cr：0.3〜1.3％
を基本成分とし、Al：0.1％以下、Nb：0.3％以
下、Ta：0.3％以下、Ti：0.3％以下、Zr：0.1％
以下、Ｎ：0.03％以下のうちの１種または２種以
上を含有し、残部Feおよび不純物からなり、冷
間鍛造に先立つ素材圧延における仕上圧延時に、
Ar₁変態点〜Ar₃変態点＋100℃の温度範囲で少な
くとも20％以上の圧下率を加えた後、空冷または
それ以上の冷却速度で冷却し、微細なフエライト
−パーライト、フエライト−パーライト−ベイナ
イト、あるいはフエライト−ベイナイト組織を有
する鋼素材を用いて冷間鍛造により製造すること
を特徴とする機械構造用部品の製造方法。８重量％で、Ｃ：0.05〜0.2％未満、Si：1.5超
過〜３％、Mn：1.0超過〜２％、Cr：0.3〜1.3％
を基本成分とし、Ni：２％以下、Mo：0.5％以
下のうちの１種または２種、Al：0.1％以下、
Nb：0.3％以下、Ta：0.3％以下、Ti：0.3％以
下、Zr：0.1％以下、Ｎ：0.03％以下のうちの１
種または２種以上を含有し、残部Feおよび不純
物からなり、冷間鍛造に先立つ素材圧延における
仕上圧延時に、Ar₁変態点〜Ar₃変態点＋100℃の
温度範囲で少なくとも20％以上の圧下率を加えた
後、空冷またはそれ以上の冷却速度で冷却し、微
細なフエライト−パーライト、フエライト−パー
ライト−ベイナイト、あるいはフエライト−ベイ
ナイト組織を有する鋼素材を用いて冷間鍛造によ
り製造することを特徴とする機械構造用部品の製
造方法。