JPH0225516A - 機械的特性のばらつきの小さい熱間鍛造非調質部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は機械的特性のばらつきの小さい熱ＩＪｆｆ鍛造
非調質部品の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 自動車、産業機械の分野で使用されている機械部品の多
くは機械構造用鋼を熱間鍛造により粗形材に加工後、焼
入焼戻処理（調質）切削加工の工程を経て製造されて来
たが、最近熱間鍛造後の調質処理を省略しても十分な強
度と、靭性等の機械的性質を確保出来るいわゆる熱間鍛
造用の非調質鋼が開発され、その実用化が広がりつつあ
る。

なお１本発明に係る先行技術としては本出願人が出願提
出（昭和６２年１１月６日）した特願昭６２−２７９０
５８号があるが、これは冷間又は熱間で鍛造した後に調
質処理を対象とする調質鋼に関わり、その焼入、焼戻し
調質処理の冷却時に冷却媒体として泡沫を用いるという
ものである。

［発明が解決しようとする課題ゴ ところでこの様な熱間鍛造後冷却されたままで使用され
る非調質部品は、形状の複雑さ、表面粗さの不均一さ、
スケールの付着状況の不均一さ等の影響により、冷却速
度が均一でなく、部品間に機械的特性の大きなばらつき
を生じていた。このため非調質鋼の実用化が阻害される
原因ともなっていた。

［課題を解決するたるための手段］ 本発明者らは上記の問題点を解決するため種々の研究を
重ね発明を完成した。即ち本発明は（］）１重量で Ｃ：　０．０２〜０．１５％、　Ｓｉ：０．１０〜：０
０％ｙＭｎ：０．５０〜３．００％、　Ｃｒ　：　０．
５０〜３．００％、　Ｔｉ　：　０．０１０〜０．０５
０％、　Ｂ　：　０．０００５〜０．００５０％、Ａｌ
：０．０１〜０．０５％、　　Ｎ　　：０．０１２０％
以下を含み残りは実質的に不可避の不純物とＦｅよりな
る熱間鍛造用非調質棒鋼を１３００℃以下の温度に加熱
し熱間鍛造を行いその後、水に発泡剤を添加して得られ
る含水量０．０１〜９０ｇ／１００ｍ　ｍの泡の中で冷
却することを特徴とするベーナイト組織を有する機械的
特性のばらつきの小さい熱間鍛造非調質部品の製造方法
である。

なお、さらに鍛造部品の靭性２強度を必要とする場合は
上記（１）項熱間鍛造用非調質棒鋼の成分ニｏ、ｓｏ％
以下（７）　Ｍ　ｏ　、　２　、０％以下＋７）Ｎｉ、
０．３０％以下の■又はＮｂを添加することが効果的で
ある。

（２）重量％で Ｃ：　０．１８〜０．５５％、　Ｓ　ｉ　：　０．１０
〜２．００％＋Ｍｎ：０．６０〜２．００％、Ｃｒ：：
００％以下、　Ｖ　：　０．０３〜０．２０％、　Ｓ　
：　０．０１〜０．１０％、　Ｎ　：　０．００３０−
０．０２０％。

Ａｌ：０．０１〜０．０６％。

を含み残りは実質的に不可避の不純物とＦｅよりなる熱
間鍛造用非調質棒鋼を１３００”Ｃ以下の温度に加熱し
熱間鍛造を行いその後、水に発泡剤を添加して得られる
含水量０．０１〜７０ｇ／ｌ、ＯＯ＋ａ　Ｑ　（７）泡
の中で冷却することを特徴とするフェライト・パーライ
ト組織を有する機械的特性のばらつきの小さい熱間鍛造
非調質部品の製造方法である。

なお、さらに鍛造部品の靭性と強度を必要とする場合は
、上記（２）項熱間鍛造用非調質鋼の成分１、ニー０．
０３−０．２０％Ｎｂ、　０．００５〜０．０７％Ｔｉ
（７）一種又は二種を添加することが効果的である。

［作用コ 以下に本発明の技術的構成要件について説明す机 化学成分は得られる非調質部品の機械的特性を左右する
重要な要件で、各元素は以下に述べる範囲に制御する必
要がある。まず、請求項（１）及び（２）の熱間鍛造用
非調質棒鋼の成分範囲について述べる。

Ｃは、得られる非調質部品の強度と靭性を調節するため
に必要で、０．０２％未満では所要の強度を得るため極
めて多量の合金元素の添加が必要で経済的に得策でない
。また０、１５％を越えて添加した場合部品の靭性が低
くなるため避けなければならない。

Ｓｉは脱酸と強度の調節に必要な元素で脱酸のため０．
１０％以上必要である。又：Ｏθ％をこして添加した場
合強度が高くなり過ぎるので避けなければならない。

Ｍｎは鋼の脱酸及び焼入性を調節し、得られる部品の強
度と靭性に影響を与える元素であり、０゜６０％未満で
はその効果が十分ではなく、一方３．００％を越えると
、製造上の困難性が増すと共に。

強度が高くなり過ぎ更に被削性も劣化するので避けなけ
ればならない。

ＣｒはＭｎと同様に焼入性を調節し、得られる部品の強
度と靭性に影響を与える元素であり、０．５％未満では
その効果が十分でなく又３．００％を越して添加しても
強度が高くなり過ぎるだけなので避けなければならない
。

Ｔｉは鋼中のＮを固定しＢを有効に働かすために必要で
、ｏ、ｏｔｏ％未満ではその効果が十分ではなく、また
０、０５％を越して添加した場合、それ以上の効果が得
られないばかりか、靭性が低下するので避けなければな
らない。

Ｂは鋼の焼入性を向上させ高価な合金元素を節約せしめ
るための元素でｏ、ｏｏｏｓ％未満では効果が十分得ら
れず又ｏ、ｏｏｓ％を越えた場合、不経済であり且つ靭
性を損うので避けなければならない。

Ａｌは鋼の脱酸及び結晶粒の粗大化防止に必要な元素で
０．０１％未満では脱酸の効果が十分でなく、又Ｏ，Ｏ
Ｓ％を越えて添加してもそれ以上の効果が得られないた
め請求の範囲から除いた。

Ｎは鋼中のＢと化合してＢの焼入向上効果裂損うので低
く抑える必要があり、その限界は０．０１２０％であり
この量を越えた場合靭性が低下するので避けなければな
らない。

ＭｏはＣｒと同様強度靭性を調節するために添加するも
ので、このため０．５０％以下を添加する。

Ｎｉは主として靭性の向上を図るため添加するものでこ
のために必要な量は２．０％以下である。

Ｖ、Ｎｂは結晶粒の粗大化抑制、析出硬化に寄与し材料
の強度と靭性を調節するための元素で、０．３％以下添
加する。

次に請求項（３）及び（４）の熱間鍛造用非調質棒鋼に
ついての成分範囲の限定理由を延べる。

Ｃは非調質部品の強度と靭性を支配する元素で０．１８
％未満では必要な強度が得られず、又００５５％を越え
ると、必要以上に強度が高くなりすぎ且つ靭性も低下す
るので避けなければならない。

Ｓｉは鋼の脱酸および強度の調整に必要な元素で、０．
１０％未満では、十分な脱酸効果が得られず、又２．０
０％を越すと１強度が高くなり過ぎると共に、表面の脱
炭が顕著になるので避けなければならない。

Ｍｎは鋼の脱酸及び焼入性を調節し、得られる部品の強
度と靭性に影響を与える元素であり、０゜６０％未満で
はその効果が十分ではなく、一方２．００％を越えると
、製造上の国璽性が増すと共に、強度が高くなり過ぎ更
に被削性も劣化するので避けなければならない。

ＣｒはＭｎと同様に焼入性を調節し、得られる部品の強
度と靭性に影響を与える元素であり、：００％を越して
添加しても強度が高くなり過ぎるだけなので避けなけれ
ばならない。

Ｓは被削性を付与する元素で、０．０１％未満ではその
効果が十分ではなく、又０．１０％を越して添加すると
靭性の低下、材質特性の異方性が増すので避けなければ
ならない。

ＮはＶＮあるいはＡＩＮとして存在し熱間鍛造時の結晶
粒の粗大化の抑制、あるいは鍛造冷却時に析出し、部品
の強度、靭性に影響を与える元素である。　０．００３
０％未満ではその効果が期待できず又０．０２０％以上
添加しても、それ以上の効果が得られず製造上の困難さ
が増すだけなので特許請求の範囲から除いた。

Ａｌは鋼の脱酸及び結晶粒の粗大化防止に必要な元素で
０．０１％未満では脱酸の効果が十分でなく、又０．０
６％を越えて添加してもそれ以上の効果が得られないた
め請求の範囲から除いた。

■は熱間鍛造後の冷却過程で析出し、硬さを上げて部品
の強度を確保するために必要な元素で０゜０３％未満で
は効果が十分ではなく、一方０．２０％を越して添加す
ると、強度が上がり過ぎ靭性が劣化するので避けなけれ
ばならない。

Ｎｂは結晶粒の粗大化抑制、析出硬化に寄与し材料の強
度と靭性を調節するための元素で、０．０３％未満の添
加ではその効果が認められず一方０．２０％を越えて添
加しても、硬くなり過ぎて靭性を損うだけなので避けな
ければならない。

Ｔｉも結晶粒の粗大化抑制、析出硬化に寄与し材料の強
度と靭性を調節するための元素で、　　０．００５％未
満の添加ではその効果が認められず一方０２０７％を越
えて添加しても、硬くなり過ぎて靭性を損うだけなので
避けなければならない。

請求項（１）〜（４）における部品の鍛造時の加熱温度
が１３００℃を越した場合、著しい結晶粒の粗大化が生
じ靭性が劣化するとともに、焼入性が大きくなり、１ｉ
！さのばらつきの原因となるので避けなければならない
。

鍛造後の冷却を含水量０．０１〜９０ｇ／１００ｍ　Ｑ
　（請求項：２）、及び０．０１〜１０ｇ／　１００閣
Ｑ（請求項３，４）の泡の巾で行うことにより機械的特
性のばらつきが小さくなる理由はっぎのことによること
を見出し発明を完成した。

第１は冷却媒体である泡が適度な流動性を有し、被熱処
理材の断面形状が異なるようなことがあっても、熱容量
が大きく放熱量の大きい部位は消費泡量も多く、他の部
位に比べより多くの泡沫が供給されることにより、結果
として冷却速度が従来の熱処理方法のように被熱処理材
の外観形状の変化の影響を受は難いことである。

第２には泡沫冷却が沸騰伝熱であるため、被熱処理材が
高温の場合にあっては冷水や熱水を使用する従来の冷却
法と同様に、被熱処理材と冷却媒体の間に蒸気膜が介在
することに変りはないが。

泡沫冷却はその蒸気膜（境界膜）厚さが著しく厚くなる
ことにより、均一冷却が得られるということである。

従って泡沫冷却は、被熱処理材の表面性状、特にスケー
ルの厚さや、その付着状態あるいは凹凸等の表面粗さの
影響を受は難く均一冷却出来るということを見出し発明
を成し遂げた。

そこで請求項（１）、（２）の冷却媒体である泡沫の含
水量は０．０１〜９０ｇ／１００ｍ　Ｑの範囲で使用す
る必要がある。この含水量範囲は２０〜７０ｍｍφの丸
棒の空気中での自然冷却から温水、冷水中で冷却した場
合に得られる冷却速度を得る条件である。

温水、冷水中で冷却した場合にえられる冷却速度を得る
場合、泡沫を攪拌したり、泡沫を被冷却物に直接噴射し
て泡の供給量を増したりすることにより達成できる。

ここで含水量０．０１ｇ／１００ｍλ未満では冷却速度
が遅すぎて必要な強度が得られないし、一方９０ｇ／１
００ｍｕを越えた場合冷却速度が大きすぎて、強度が高
くなり過ぎ、靭性が劣化するので避けなければならない
。

又、請求項（３）　、　（４）の冷却媒体である泡沫の
含水量は０．０１〜７０ｇ／１００■Ωの範囲で使用す
る必要がある。この含水量範囲は２０〜７０■踵φの丸
棒を空気中で自然冷却あるいは空気中で若干の強制冷却
を行った場合に得られる冷却速度を得る条件である。

ここで含水量０．０１ｇ／ＬｏｏＩ！Ｑ未満では冷却速
度が遅すぎて必要な強度が得られないし、一方７０＆／
１００ｍ息を越えた場合冷却速度が大きすぎて、強度が
高くなり過ぎ、靭性が劣化するので避けなければならな
い。

泡沫冷却を行うための発泡剤として界面活性剤あるいは
水溶性ポリマーを使用する必要がある。

これ１１発泡剤として界面活性剤を使用すると界面活性
剤が気液表面に吸着し表面張力を低下させると共に表面
粘度を増加させ、泡沫生成時の発泡性。

泡の大きさあるいは均一性、安定性等を改善し、又水溶
性ポリマーを使用すると、これらが主として気液表面の
表面粘性あるいは表面弾性を向上させ、安定な泡沫を生
成することによるものである。

界面活性剤としては、脂肪酸塩類、高級アルコール硫酸
エステル類等の気液表面に吸着して表面活性を低下させ
る水可溶性の有機系化合物を使うことができる。

又水溶性ポリマーとしては澱粉類あるいはポリビニール
アルコール等の天然あるいは合成の水可溶性ポリマーを
使うことが出来る。

［実施例］ 以下に本発明の実施例を挙げて更に本発明について説明
する。なお、実施例の（１）〜（３）は請求項（１）、
（２）のもので、実施例（４）〜（６）は請求項（３）
。

（４）の対応である。

実施例１ 第１表に示す化学成分を有する鋼を通常の方法で直径７
０ｍｍの圧延棒鋼とした。この棒鋼を第２表に示す条件
で自動車の軸部品に鍛造した。得られた部品の硬さを測
定しその結果を第２表に示した。表かられかるごとく本
発明方法によると得られた非調質鍛造部品の硬さのばら
つきが極めて小さくなっている。

実施例２ 第３表に示す化学成分を有する鋼を通常の方法で一辺が
６５ｍ＠の圧延角鋼とした。この角鋼を第４表に示す条
件で自動車の足回り部品に鍛造した。

得られた部品の硬さを測定しその結果を第４表に示した
。表かられかるごとく本発明方法によると得られた非調
質鍛造部品の機械的性質のばらつきが極めて小さくなっ
ている。

実施例３ 第５表に示す化学成分を有する鋼を通常の方法で直径８
０ｍｍの圧延棒鋼とした。この棒鋼を第６表に示す条件
で自動車の足回り部品に鍛造した。

得られた部品の硬さを測定しその結果を第６表に示した
。表かられかるごとく本発明方法によると得られた非調
質鍛造部品の機械的性質のばらつきが極め℃小さくなっ
ている。

実施例４ 第７表に示す化学成分を有する鋼を通常の方法で直径７
０ｍｍの圧延棒鋼とした７この棒鋼を第８表に示す条件
で自動車の軸部品に鍛造した。得られた部品の硬さを測
定しその結果を第８表に示した。表かられかるごとく本
発明方法によると得られた非調質鍛造部品の硬さのばら
つきが極めて小さくなっている。

実施例５ 第９表に示す化学成分を有する鋼を通常の方法で直径５
０ｍｍの圧延棒鋼とした。この棒鋼を第１０表に示す条
件で自動車の推進軸の部品に鍛造した。

得られた部品の硬さを測定しその結果を第１０表に示し
た０表かられかるごとく本発明方法によると得られた非
調質鍛造部品の機械的性質のばらつきが極めて小さくな
っている。

実施例６ 第１１表に示す化学成分を有する鋼を通常の方法で直径
８０ｍｍの圧延棒鋼とした。この棒鋼を第１２表に示す
条件で自動車の足回り部品に鍛造した。

得られた部品の硬さを測定しその結果を第１２表に示し
た０表かられかるごとく本発明方法によると得られた非
調質鍛造部品の機械的性質のばらつきが極めて小さくな
っている。

［発明の効果コ 以上詳しく述べた如く本発明方法により、熱間鍛造後冷
却したままで用いる熱間鍛造非調質部品の機械的特性の
ばらつきを極めて小さくすることができ、非ｉｌｌ質鋼
化が推進できる。

特許出願人　　新日本製鐵株式会社

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：０．１０〜１．００
   ％、Ｍｎ：０．６０〜３．００％、Ｃｒ：０．５０〜３
   ．００％、Ｔｉ：０．０１〜０．０５０％、Ｂ：０．０
   ００５〜０．００５０％、Ａｌ：０．０１〜０．０５％
   、Ｎ：０．０１２０％以下を含み残りは実質的に不可避
   の不純物とＦｅよりなる熱間鍛造用非調質棒鋼を１３０
   ０℃以下の温度に加熱し熱間鍛造により機械部品の形状
   に加工を行いその後、水に発泡剤を添加して得られる含
   水量０．０１〜９０ｇ／１００ｍｌの泡の中で冷却する
   ことを特徴とする、ベーナイト組織を有する、機械的特
   性のばらつきの小さい熱間鍛造非調質部品の製造方法。
2. （２）熱間鍛造用非調質棒鋼が、さらに０．５０％以下
   のＭｏ、２．０％以下のＮｉ、０．３０％以下のＶ又は
   Ｎｂを含む請求項（１）に記載の機械的特性のばらつき
   の小さい熱間鍛造非調質部品の製造方法。
3. （３）重量％で、 Ｃ：０．１８〜０．５５％、Ｓｉ：０．１０〜２．００
   ％、Ｍｎ：０．６０〜２．００％、Ｃｒ：１．００％以
   下、Ｖ：０．０３〜０．２０％、Ｓ：０．０１〜０．１
   ０％、Ｎ：０．００３０〜０．０２０％、Ａｌ：０．０
   １〜０．０６％、を含み残りは実質的に不可避の不純物
   とＦｅよりなる熱間鍛造用非調質棒鋼を１３００℃以下
   の温度に加熱し熱間鍛造を行いその後、水に発泡剤を添
   加して得られる含水量０．０１〜７０ｇ／１００ｍｌの
   泡の中で冷却することを特徴とするフェライト・パーラ
   イト組織を有する機械的特性のばらつきの小さい熱間鍛
   造非調質部品の製造方法。
4. （４）熱間鍛造用非調質棒鋼が、さらに０．０３〜０．
   ２０％Ｎｂ、０．００５〜０．０７％Ｔｉの一種又は二
   種を含む請求項（３）に記載の機械的特性のばらつきの
   小さい熱間鍛造非調質部品の製造方法。