JPH0336232A

JPH0336232A - 強靭非調質鋼

Info

Publication number: JPH0336232A
Application number: JP16822689A
Authority: JP
Inventors: Naoki Iwama; 直樹岩間; Kazue Nomura; 一衛野村
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 1989-06-29
Filing date: 1989-06-29
Publication date: 1991-02-15

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］本発明は熱間鍛造後、焼入れ、焼もどし等の熱処理を行
わず非調質のままで引張強さ］１０ｋＨｆ／ｎ−以上、
シャルピー衝撃値８　ｋｇｆｍ／　ｃｎ＋？以」二の高
強度、高靭性を有し、特に高強度ど高靭性を必要とする
フォークリフトの爪、建設機械の油圧部品に用いられる
鋼として有用な強靭非調質鋼に関する。

［従来の技術］従来、フォークリフト用の爪や、建設機械の油圧部品の
中でも特に大型の部品、例えば部品の重量が３０ｋｇ以
上のもの、あるいは部品の断面積が１０　’ｍｍ２以上
のものについては、高強度と高靭性が要求され、焼入性
を上げるｔ：めＮ１、Ｃｒ！３よびＭｏを含有する機械
ｍ遠用合金鋼であるＳＮＣＭ４３９等か用いられ、熱間
鍛造により成形後、高強度、高靭性を付与させるため焼
入れ焼もどし等の熱処理（以下調質と称する。）が施さ
れていた。

しかしこれらの熱処理工程はかなり高価であり、熱処理
工程を省略できれば、大幅なコスト低減が図られ、省エ
ネルギーの社会的要請に応えることができる。そこで熱
間鍛造のままで使用することのできる非調質鋼の開発が
近年盛んに行なわれている。

例えば、Ｃを０．３０〜０．５０％含有する中炭素鋼、
あるいはＭｎ鋼に０．０３〜０．２０％のＶを添加しｔ
：フェライト−バーライＩ・型の非調質鋼が提案されて
いる。この非調質鋼は熱間鍛造後の冷却過程で■の炭窒
化物が析出し、このＶ炭窒化物がフェライト生地を強化
するものである。非調質鋼はこの強化作用によって、上
記熱処理を行うことなく、熱間鍛造後冷却するのみで、
強度を持たせることができるものである。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら従来開発された熱間鍛造のままで使用する
非調質鋼は、熱間鍛造が１１００℃以上という高温で行
なわれることと、熱間鍛造後の冷却速度が遅いこともあ
り、粗大なフェライト・バーライ１〜組織を有するのも
のであり、靭性が低く、また引張強さが１１０　ｋｇｆ
　／　ｎ＋ｍ２以上という強度を確保することは困難で
あり、ＳＮＣＭ４３９等の性能には遠く及ばない。

一方、Ｃ含有量を低下させるとともに合金元素を増加し
たベイナイト型の非調質鋼が提案されているが、強度お
よび靭性が不足し、未だ不十分な結果しか得られていな
い。特に、小さな部品では靭性が確保できるが、フォー
クリフ１〜用の爪や、建設機械の油圧部品の中でも特に
大型の部品、例えば部品の重量が３０ｋｇ以−にのもの
、あるいは部品の断面積が１０４ｒＩＩｌ＋１２以上の
ものについては、Ｎ、ＣｒおよびＭｏを含有する構造用
低合金鋼であるＳＮ０Ｍ４３９を調質したものを用いざ
るを得ない状況である。

本発明は従来の非調質鋼、特に大型の部品に用いられる
ものに関する前記のごとき問題点に鑑みてなされたもの
で、非調質でＳＮＣＭ４３９の調質鋼と同等かそれ以」
二の引張強さおよび衝撃値を得ることができ、強度およ
び靭性等の性能の高い一熱間鍛造用強靭非調質鋼を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］発明者等は現状のベイナイト型非調質鋼が何故強度およ
び靭性が出ないのかその原因について鋭意研究を重ねた
。その結果、ベイナイト鋼の場合、小型の部品であって
冷却速度が十分に速いと、強度および靭性ともに優れた
ものが得られるが、部品が大型になり冷却速度が遅くな
ると、ベイナイトラスの間隔が大きい粗い組織となり、
十分な強度と靭性が得られなくなることが判明した。

そこで、ベイナイトラス間隔の大きいベイナイト組織を
、細かい組織にするための種々の方策について研究を重
ねた。この粗い組織はベイナイトラスと未変態のオース
テナイトの混合組織からなるが、ＭｎおよびＣｒ含有量
を高めＢを添加することにより焼入性を向上させると、
この未変態のオーステナイトが細かい炭化物とフェライ
トに分解し易くなり、ベイナイトラス間隔の細かく詰ま
った組織が得られ５強度および衝撃値を著しく改善出来
ることを見出だした。さらに、Ｍｏを添加することによ
り、Ｃの拡散を遅滞させて、ベイナイトラスの成長を妨
げるので、ベイナイトラスが特に微細になることを知見
した。

本発明の強靭非調質鋼は前記のごとき知見に基づき完成
されたものであって、第１発明として重量比でＣ；０．
１０〜０．１５％、Ｓｉ；０．１０〜０５０％、Ｍｎ；
２．５０〜３．００％、Ｃｒ；１．００〜２．００％、
Ｍｏｎ０．２０〜１−．００％、Ａ１；００１０〜０．
０６０％、Ｔｉ；０．０１〜０，０５％、Ｂ、０．００
０５〜０．００４０％を含有し、残部がＦｅならび不純
物元素からなることを要旨とする。しかして、第２発明
は第１発明の切削性を改善するため、さらにＳｈｏ、０
４〜０１２％、ＰＩ）；Ｏ、ｏ　５〜０．３０％、（：
：ａ；０．０００５〜０．０１００％のうち１種または
２種以上を含有せしめたことを要旨とする。

［作用］本発明の強靭非調質鋼においては、低炭素化することに
よりマルテンサイトの生成を防止し靭性を向上させ、Ｍ
ｎ量、Ｃｒ量を高めＢを添加することにより焼入性を向
上させたので、ベイナイトラス間隔の細かく詰まった組
織が得られ、強度および衝撃値が著しく改善された。

さらに、Ｍｏを添加１．たので、Ｃの拡散を遅滞させて
、ヘイナイトラスの成長を妨げ、ベイナイトラスが特に
微細になり、部品が大型になっても強度および靭性の優
れｔ：ものとすることができる。

次に本発明にかかる強靭非調質鋼において、各添加元素
の作用と成分組成を限定した理由について説明する。

Ｃ・０１０〜Ｏ，］、５５％は非調質鋼の強度を確保するために必要な元素てあり
０．１０％未満であると強度が不足するので下限を０．
１０％とＩ−た。また、Ｃが０．１５％を越えるとマル
テンサイトが生威し靭性が低下するので、上限を０．１
５％とした。

Ｓｉ　０．１０〜０．５０％Ｓｉは製鋼時の脱酸剤として添加されるものであり、炭
化物を生威し難くする元素である。０゜１０％未満であ
ると、脱酸が不十分となるので、下限を０１０％とした
。また、０．５０％を越えて含有させると、オースイナ
イトがフェライトと炭化物に分解しなくなり、残留オー
ステナイト量が多くなるので、上限を０５５０％とした
。

Ｍｎ２５０〜３．００％Ｍｎは焼入れ性を向上させて熱間鍛造後の組織をベイナ
イト化するのに必要な元素である。Ｍｎが２．５０％未
満であると焼入れ性が不足しベイナイトにフェライトが
混在したり、ベイナイトラスが粗い組織となり、強度お
よび靭性が不足するので、下限を２．５０％とした。し
かし、３．００％を越えるど焼入れ性が向」ニし過ぎて
マルテンサイトが生成され、靭性が低下するので、」１
限を３００％とした。

Ｃ＋”１．００〜２．００％Ｃｒは焼入性を向上させ、熱間鍛造後の組織をベイナイ
ト化するのに必要な元素である。１．００％未満である
と前記効果が不充分であるので、下限を１００％とした
。しかし、２．００％を越えると焼入性が向上し過ぎて
マルテンサイト組織が生成！、て、靭性が低下するので
、上限を２．００％とした。

Ｍｏ□０．２０〜１．００％Ｍｏは焼入性を向上させ、熱間鍛造後の組織をベイナイ
ト化するとともにベイナイトラス間隔を細かくするため
に必要な元素である。ＭＯが０．２０％未満であるとヘ
イナイト化が不充分であり、また、たとえベイナイ■・
化してもベイナイトラス間隔が粗くなるので、下限を０
．２０％とした。

Ｍｏは高価な元素であり、１．００％を越えると前記効
果が飽和すると共にコスト高となるので、上限を１．０
０％とした。

Ａ１・０．０１０−０．０６０％Ａ１は強力な脱酸元素であるが、００１０％未満では脱
酸不足となるので、下限を００１０％とした。しかし、
０．０６０％を越えて含有させてもその効果が飽和する
ので、上限を０．０６０％とした。

Ｔｉ；０．０１〜０．０５％Ｔｉは強力な炭窒化物形成元素であり、遊ｘＮの固定に
有効な元素である。００１％未満では必要な効果が得ら
れないため、その下限を００１％とした。しかし、０．
０５％を越えて含有しても、その効果の向上が少ないた
め、」１限を００５％とした。

Ｂ・０．０００５〜０．００４０％Ｂは焼入性を向上させて熱間鍛造後の組織をベイナイト
組織とするために必要な元素であり、００００５％以下
では焼入性が不足してベイティ１−組織にフェライト組
織が混在した組織となり、強度が不足するノニめ、その
下限を０．０００５％と１、た。しかし、０．００４０
％を越えて含有してもその効果が少ないため、その」１
限を０．００４０％とした。

Ｓ；０．０４〜０．１２％Ｓは被削性を一層改善するため有効な元素であり、その
効果を得るためには００４％以上が必要である。しかし
、０．１２％を越えて含有させてもその効果が飽和し、
靭性を低下させるので上限を０．１２％とした。

Ｐｂ；０．０５〜０．３０％ｐｂは被削性を一層改善するため有効な元素であり、そ
の効果を得るためには０．０５％以上が必要である。し
かし、０，３０％を越えて含有させてもその被削性改善
の効果の向上が少なくなるので上限を０．３０％とした
。

Ｃａ；０．０００５〜０．０１００％Ｃａは被剛性を一層改善するため有効な元素であり、そ
の効果を得るためには０．０００５％以上が必要である
。しかし、０．０１００％を越えて含有させてもその被
削性改善の効果の向上が少なくなるので上限を０．０１
００％とした。

［実施例］本発明にかかる強靭非調質鋼の特徴を従来鋼、比較鋼と
比較して実施例でもって明らかにする。

第１表はこれら供試鋼の化学成分を示すものである。第
１表において、ＡｍからＦ鋼までは第１発明鋼、Ｇ鋼か
らＬ＃までは第２発明鋼である。

またＭ〜ＯＩＲは比較鋼であって、Ｍ鋼はＣ含有量が本
発明の組成範囲より多い比較鋼、ＮｉｌはＭ　ｎが本発
明の組成範囲よりも低い比較鋼、Ｇ鋼はＭＯが本発明の
組成範囲より低い比較鋼、Ｐ鋼は他の組成範囲は本発明
鋼と同じであるがＢを含有しない比較鋼である。Ｑ鋼は
ＳＮＣＭ４３９に相当する従来鋼である。

（以下余白）第１表の化学成分を有する供試鋼を高周波誘導炉で溶解
し、３００ｋＦｌ鋼塊を製造した。前記鋼塊を２００１
直径の棒鋼の圧延し、次いでこの棒鋼を１２００℃に加
熱し、］］００°Ｃで熱間鍛造を行い、１２０１直径に
鍛伸した後、空冷し、ついで切削により引張試験片（Ｊ
ＩＳ４号）、衝撃試験片（ＪＩＳＢ号）を作製し、引張
強さおよび衝撃値を測定した。なお、従来鋼であるＱ鋼
は熱間鍛造した後、８５０℃で４０分間加熱し、柚焼入
し、ついで５５０℃で９０分間焼もどしを施した。

第１表に示した発明鋼および比較鋼について、鍛造を施
したままの状態で、従来鋼については前記と同様の焼入
焼もどしを行った状態で、ドリル穿孔試験を行った。な
お、ドリルの材質は５ＫＨ９、ドリル回転数は１７１０
ｒｐｍ、切削曲なし、荷重７５ｋｇ、ドリルは５＋ｎ＋
ｎφストレー１〜シヤンクを用いた。測定した結果は第
１表に示したが、従来鋼の定荷重単位時間穿孔距離を１
００とし、それぞれの穿孔距離を整数比で示）７た。得
られた結果は第１表に示す。

第１表から知られるように、比較鋼であるＭ鋼はＣ含有
量が高いので引張強さは１３０　ｋ）（ｆ　／　ｍｍ？
と優れているが衝撃値は５　、２　ｋｇｆｍ／　ｃｍ２
ど低く靭性において劣る。Ｎ鋼はＭｎ含有量が低いので
、焼入性におとり、そのため引張強さが９８ｋＨｆ／ｍ
ｍ２と低い。また、比較鋼の０鋼は、Ｍｏの含有量が低
いので、衝撃値が３　、９　ｋｇｆｍ／　ｃｍ２と靭性
に劣る。また、比較鋼であるＰ鋼はＢを含有していない
ので、引張強さが９４　ｋＨｆ／　ｍｍ２、衝撃値が５
４　ｋＢｆｍ／　ｃｍ２と強度および靭性において劣る
。また、従来鋼であるＱ鋼は焼入焼もどしを行ったにも
拘わらず、引張強さが１０８　ｋｇｆ　／　ｍｍ２であ
り、衝撃値は７　、５　ｋＨｆ／　ｃｎ２であって所期
の値が得られていない。

これに対して本発明鋼であるＡ鋼〜Ｌ鋼では、引張強さ
は１１３〜１２５　ｋｇｆ／　＋ｎｍ２、衝撃値は８　
、４〜１１　、２　ｋｇｆｍ／　ｃｍ２と、非調質で従
来鋼であるＳＮＣＭ４３９ど同等あるいはそれ以上の強
さと靭性が確保されることが確認された。まｆ：：、切
削性についても従来鋼のＱ鋼に比べて、本発明４鋼は非常に良好で、特にＳ、Ｐｌｌ、Ｃａを添加した第
２発明においてその効果が大きく表れていることが明ら
かとなった。

［発明の効果］本発明の熱間鍛造用強靭非調質鋼は以上説明したように
、低炭素鋼のＭ　ｎ含有量およびＣｒ含有量を高めＢを
添加することにより、焼入性を向上させ、熱間鍛造後の
空冷もしくは衝風冷却により、ベイナイト組織とするも
のであり、これにさらにＭｏを添加することによって、
強靭性を付与したものであり、その結果、部品の重量が
３０ｋＩＩＩ以上のもの、あるいは部品の断面積がＩ　
Ｑ　４１２以上のものについても、非調質で１１０　ｋ
Ｂｆ／　ｍｍ２の引張強さど８ｋｇｆｍ／ｅｍ２以上の
シャルビ・−衝撃値を得ることができる。本発明の強靭
非調質鋼はこのように優れた引張強さと優れた靭性を有
する非調質鋼であり、フォークリフト用の爪や、建設機
械の油圧部品の中でも特に大型の部品等に極めて有用な
ものである。

５

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量比でＣ；０．１０〜０．１５％、Ｓｉ；０．
１０〜０．５０％、Ｍｎ；２．５０〜３．００％、Ｃｒ
；１．００〜２．００％、Ｍｏ；０．２０〜１．００％
、Ａｌ；０．０１０〜０．０６０％、Ｔｉ；０．０１〜
０．０５％、Ｂ；０．０００５〜０．００４０％を含有
し、残部がＦｅならび不純物元素からなることを特徴と
する強靭非調質鋼。
（２）重量比でＣ；０．１０〜０．１５％、Ｓｉ；０．
１０〜０．５０％、Ｍｎ；２．５０〜３．００％、Ｃｒ
；１．００〜２．００％、Ｍｏ；０．２０〜１．００％
、Ａｌ；０．０１０〜０．０６０％、Ｔｉ；０．０１〜
０．０５％、Ｂ；０．０００５〜０．００４０％を含有
し、さらにＳ；０．０４〜０．１２％、Ｐｂ；０．０５
〜０．３０％、Ｃａ；０．０００５〜０．０１００％の
うち１種または２種以上を含有し、残部がＦｅならび不
純物元素からなることを特徴とする強靭非調質鋼。