JPH07173531A - 降伏比に優れた熱間鍛造用高強度高靭性非調質鋼の製法 - Google Patents
降伏比に優れた熱間鍛造用高強度高靭性非調質鋼の製法Info
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- JPH07173531A JPH07173531A JP33172693A JP33172693A JPH07173531A JP H07173531 A JPH07173531 A JP H07173531A JP 33172693 A JP33172693 A JP 33172693A JP 33172693 A JP33172693 A JP 33172693A JP H07173531 A JPH07173531 A JP H07173531A
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Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 C,Si,Mn,Cr,Nb,Al,N等の
各含有量が特定されると共に、フェライト析出臨界冷却
速度を適正に調節してなる鋼材を使用し、該鋼材を熱間
鍛造後冷却して冷却後の組織を初析フェライトを含まな
いベイナイトまたはベイナイトとマルテンサイトとの混
合組織とし、次いで350〜600℃の温度範囲で焼戻
しすることにより、降伏比に優れた熱間鍛造用高強度高
靭性非調質鋼を製造する。 【効果】 焼入れ・焼戻しの調質処理を行なうことなく
非調質のままでも、従来の調質鋼と同等もしくはこれを
上回る強度と靭性を有し、且つ降伏比の非常に優れた熱
間鍛造用非調質鋼を提供できる。
各含有量が特定されると共に、フェライト析出臨界冷却
速度を適正に調節してなる鋼材を使用し、該鋼材を熱間
鍛造後冷却して冷却後の組織を初析フェライトを含まな
いベイナイトまたはベイナイトとマルテンサイトとの混
合組織とし、次いで350〜600℃の温度範囲で焼戻
しすることにより、降伏比に優れた熱間鍛造用高強度高
靭性非調質鋼を製造する。 【効果】 焼入れ・焼戻しの調質処理を行なうことなく
非調質のままでも、従来の調質鋼と同等もしくはこれを
上回る強度と靭性を有し、且つ降伏比の非常に優れた熱
間鍛造用非調質鋼を提供できる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、熱間鍛造後に焼入れ・
焼戻し等の熱処理を行なわなくとも、熱間鍛造・冷却・
焼戻しにより、自動車用部品や建設機械用部品等として
使用することのできる、降伏比に優れた熱間鍛造用高強
度高靭性非調質鋼を製造する方法に関するものである。
焼戻し等の熱処理を行なわなくとも、熱間鍛造・冷却・
焼戻しにより、自動車用部品や建設機械用部品等として
使用することのできる、降伏比に優れた熱間鍛造用高強
度高靭性非調質鋼を製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】自動車や建設機械等に用いられてる構造
用部品は、機械構造用炭素鋼や機械構造用合金鋼を素材
とし、必要な強度や靭性を与えるため熱間鍛造した後に
焼入れ・焼戻し処理(調質処理)を施すのが一般的であ
る。また近年では、上記の様な調質処理に要するエネル
ギーを節減すると共に仕掛かり品のコスト削減を図るた
め、たとえばJIS G 4051に規定される機械構
造用炭素鋼やJIS G4106に規定される機械構造
用マンガン鋼に、VやNb等の析出硬化型元素を添加し
た非調質鋼が開発され、自動車のエンジン部品や足回り
部品あるいは建設機械用部品等として用いられている。
用部品は、機械構造用炭素鋼や機械構造用合金鋼を素材
とし、必要な強度や靭性を与えるため熱間鍛造した後に
焼入れ・焼戻し処理(調質処理)を施すのが一般的であ
る。また近年では、上記の様な調質処理に要するエネル
ギーを節減すると共に仕掛かり品のコスト削減を図るた
め、たとえばJIS G 4051に規定される機械構
造用炭素鋼やJIS G4106に規定される機械構造
用マンガン鋼に、VやNb等の析出硬化型元素を添加し
た非調質鋼が開発され、自動車のエンジン部品や足回り
部品あるいは建設機械用部品等として用いられている。
【0003】これらの非調質鋼は、熱間鍛造後冷却して
フェライト・パーライト組織を形成し、VやNbの炭化
物や窒化物の析出強化によって所要の強度を得るもので
ある。ところがこれら公知の非調質鋼は、引張強さや硬
さの様な静的強度においては優れたものであるが、組織
が粗いオーステナイトから変態したフェライト・パーラ
イト組織を主体とするものであるから、靭延性が低いと
いう問題がある。
フェライト・パーライト組織を形成し、VやNbの炭化
物や窒化物の析出強化によって所要の強度を得るもので
ある。ところがこれら公知の非調質鋼は、引張強さや硬
さの様な静的強度においては優れたものであるが、組織
が粗いオーステナイトから変態したフェライト・パーラ
イト組織を主体とするものであるから、靭延性が低いと
いう問題がある。
【0004】そこで、この様な問題を解決するため、従
来の調質鋼と同等の強度と靭延性を備えた高靭性タイプ
の非調質鋼、例えば、引張強さが80kgf/mm2 級
で室温における2mmUノッチのシャルピー衝撃値が6
kgf・m/cm2 以上を示す鋼が開発され、一部では
実用化されている(例えば特開昭62−74055号公
報)。
来の調質鋼と同等の強度と靭延性を備えた高靭性タイプ
の非調質鋼、例えば、引張強さが80kgf/mm2 級
で室温における2mmUノッチのシャルピー衝撃値が6
kgf・m/cm2 以上を示す鋼が開発され、一部では
実用化されている(例えば特開昭62−74055号公
報)。
【0005】更に、引張強さ90kgf/mm2 以上の
高強度部品としては、例えば特開昭63−312949
号公報に開示されている様な高強度・高靭性タイプの非
調質鋼が提案されている。しかし、引張強さが90kg
f/mm2 以上の高強度・高靭性タイプの非調質鋼にな
ると、強度向上のため水冷処理が行なわれるので、焼入
れに伴う歪の発生や焼割れを起こすという問題があり、
従って空冷タイプの高強度高靭性非調質鋼が求められて
いる。またこれらの非調質鋼は、合金鋼を焼入れ・焼戻
し処理したものに比べると耐力比が低く、例えば引張強
さが焼入れ・焼戻し処理材と同程度のものでは十分な耐
力が得られず、高耐力が要求される部品材料としては適
性を欠く。
高強度部品としては、例えば特開昭63−312949
号公報に開示されている様な高強度・高靭性タイプの非
調質鋼が提案されている。しかし、引張強さが90kg
f/mm2 以上の高強度・高靭性タイプの非調質鋼にな
ると、強度向上のため水冷処理が行なわれるので、焼入
れに伴う歪の発生や焼割れを起こすという問題があり、
従って空冷タイプの高強度高靭性非調質鋼が求められて
いる。またこれらの非調質鋼は、合金鋼を焼入れ・焼戻
し処理したものに比べると耐力比が低く、例えば引張強
さが焼入れ・焼戻し処理材と同程度のものでは十分な耐
力が得られず、高耐力が要求される部品材料としては適
性を欠く。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の様な問
題点に着目してなされたものであって、その目的は、従
来の熱間鍛造用非調質鋼の欠点である靭性不足の問題を
解消し、熱間鍛造後空冷もしくは衝風冷却等の調整冷却
のままで高強度、高靭性を有し、且つ降伏比に優れた熱
間鍛造用高強度高靭性非調質鋼の製法を確立しようとす
るものである。
題点に着目してなされたものであって、その目的は、従
来の熱間鍛造用非調質鋼の欠点である靭性不足の問題を
解消し、熱間鍛造後空冷もしくは衝風冷却等の調整冷却
のままで高強度、高靭性を有し、且つ降伏比に優れた熱
間鍛造用高強度高靭性非調質鋼の製法を確立しようとす
るものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明に係る製法の構成は、 C:0.05〜0.30%、 Si:0.05〜2.0%、 Mn:0.3〜5.0%、 Cr:1.0〜3.0%、 Nb:0.01〜0.5%、 Al:0.01〜0.06%、 N:0.005〜0.02%、 を含有し、もしくはこれらに加えて Ni:0.2〜3.0%、 Mo:0.05〜1.0%、 V:0.03〜0.5%、 Ti:0.003〜0.2% よりなる群から選択される少なくとも1種の元素を含有
し、残部Feおよび不可避不純物からなり、且つ下記
(I)式または(II)式によって求められるフェライト
析出臨界冷却速度Vc1 またはVc2 が、熱間鍛造後の
800〜500℃間の平均冷却速度V以下となる様に成
分調節された鋼材を使用し、該鋼材を熱間鍛造後冷却し
て冷却後の組織を初析フェライトを含まないベイナイト
またはベイナイトとマルテンサイトとの混合組織とし、
次いで350〜600℃の温度範囲で焼戻しするところ
に要旨を有するものである。 Vc1 =10k1(℃/秒)……(I) Vc2 =10k2(℃/秒)……(II) 但し、k1=4.05-(4.5 ×%C+%Mn +0.8 ×%Cr +9 ×%N
b) k2=4.05-(4.5 ×%C+%Mn+0.8×%Cr+9 ×%Nb+0.5 ×%Ni+
1.6 ×%Mo) (%元素は、当該元素の鋼中の含有率を表わす)
のできた本発明に係る製法の構成は、 C:0.05〜0.30%、 Si:0.05〜2.0%、 Mn:0.3〜5.0%、 Cr:1.0〜3.0%、 Nb:0.01〜0.5%、 Al:0.01〜0.06%、 N:0.005〜0.02%、 を含有し、もしくはこれらに加えて Ni:0.2〜3.0%、 Mo:0.05〜1.0%、 V:0.03〜0.5%、 Ti:0.003〜0.2% よりなる群から選択される少なくとも1種の元素を含有
し、残部Feおよび不可避不純物からなり、且つ下記
(I)式または(II)式によって求められるフェライト
析出臨界冷却速度Vc1 またはVc2 が、熱間鍛造後の
800〜500℃間の平均冷却速度V以下となる様に成
分調節された鋼材を使用し、該鋼材を熱間鍛造後冷却し
て冷却後の組織を初析フェライトを含まないベイナイト
またはベイナイトとマルテンサイトとの混合組織とし、
次いで350〜600℃の温度範囲で焼戻しするところ
に要旨を有するものである。 Vc1 =10k1(℃/秒)……(I) Vc2 =10k2(℃/秒)……(II) 但し、k1=4.05-(4.5 ×%C+%Mn +0.8 ×%Cr +9 ×%N
b) k2=4.05-(4.5 ×%C+%Mn+0.8×%Cr+9 ×%Nb+0.5 ×%Ni+
1.6 ×%Mo) (%元素は、当該元素の鋼中の含有率を表わす)
【0008】本発明においては、更に他の成分として、
S:0.12%以下、Pb:0.3%以下、Ca:0.
01%以下、Te:0.3%以下、Bi:0.3%以下
よりなる群から選択される少なくとも1種の元素を含む
鋼材を使用することによって、優れた被削性を与えるこ
とができる。上記方法を実施するに当たり用いられる熱
間鍛造材としては、溶鋼から鋼塊もしくは鋼片を製造す
る際に、溶鋼の鋳込み後1500〜900℃の間を2℃
/分以上の冷却速度で冷却した非調質鋼棒を使用し、熱
間鍛造時の鋼材加熱温度を1300℃以下として熱間鍛
造を行ない、850〜1150℃の温度で鍛造を終了し
て所定形状に成形加工したものを使用するれば、本発明
の特徴を一層効果的に達成することができる。
S:0.12%以下、Pb:0.3%以下、Ca:0.
01%以下、Te:0.3%以下、Bi:0.3%以下
よりなる群から選択される少なくとも1種の元素を含む
鋼材を使用することによって、優れた被削性を与えるこ
とができる。上記方法を実施するに当たり用いられる熱
間鍛造材としては、溶鋼から鋼塊もしくは鋼片を製造す
る際に、溶鋼の鋳込み後1500〜900℃の間を2℃
/分以上の冷却速度で冷却した非調質鋼棒を使用し、熱
間鍛造時の鋼材加熱温度を1300℃以下として熱間鍛
造を行ない、850〜1150℃の温度で鍛造を終了し
て所定形状に成形加工したものを使用するれば、本発明
の特徴を一層効果的に達成することができる。
【0009】
【作用】上記の様に本発明では、鋼材の化学成分を特定
すると共に、特に熱間鍛造後の800〜500℃の間の
平均冷却速度Vを基準にして、前記(I),(II)式で
求められるフェライト析出臨界冷却速度Vc1 またはV
c2 が該冷却速度V以下となる様に成分調整された鋼材
を使用し、これを熱間鍛造後冷却することによって冷却
後の組織を初析フェライトを含まないベイナイトまたは
ベイナイトとマルテンサイトの混合組織とし、その後加
熱あるいは鍛造品の自熱を利用した焼戻しを350〜6
00℃の温度範囲で行なうことにより、高強度且つ高靭
性でしかも高い降伏比を有する熱間鍛造用非調質鋼を得
ることに成功したものである。まず、本発明において鋼
材の化学成分を定めた理由を明確にする。
すると共に、特に熱間鍛造後の800〜500℃の間の
平均冷却速度Vを基準にして、前記(I),(II)式で
求められるフェライト析出臨界冷却速度Vc1 またはV
c2 が該冷却速度V以下となる様に成分調整された鋼材
を使用し、これを熱間鍛造後冷却することによって冷却
後の組織を初析フェライトを含まないベイナイトまたは
ベイナイトとマルテンサイトの混合組織とし、その後加
熱あるいは鍛造品の自熱を利用した焼戻しを350〜6
00℃の温度範囲で行なうことにより、高強度且つ高靭
性でしかも高い降伏比を有する熱間鍛造用非調質鋼を得
ることに成功したものである。まず、本発明において鋼
材の化学成分を定めた理由を明確にする。
【0010】C:0.05〜0.30% Cは素材の焼入性を高め熱間鍛造・冷却後の組織をベイ
ナイトまたはベイナイトとマルテンサイトとの混合組織
にすると共に、必要な強度を確保するのに必須の元素で
あり、少なくとも0.05%以上含有させなければなら
ない。しかし過度に含有させると、靭性が低下するばか
りでなく、被削性にも悪影響が表われてくるので0.3
0%以下に抑えなければならない。
ナイトまたはベイナイトとマルテンサイトとの混合組織
にすると共に、必要な強度を確保するのに必須の元素で
あり、少なくとも0.05%以上含有させなければなら
ない。しかし過度に含有させると、靭性が低下するばか
りでなく、被削性にも悪影響が表われてくるので0.3
0%以下に抑えなければならない。
【0011】Si:0.05〜2.0% Siは、溶製時の脱酸と必要な強度を確保するのに有用
な元素であり、特にマトリックス中に固溶して耐力や疲
労強度を向上させる。これらの効果は0.05%以上含
有させることによって有効に発揮されるが、過度に添加
すると被削性を大幅に悪化させるので、2.0%を上限
とする。
な元素であり、特にマトリックス中に固溶して耐力や疲
労強度を向上させる。これらの効果は0.05%以上含
有させることによって有効に発揮されるが、過度に添加
すると被削性を大幅に悪化させるので、2.0%を上限
とする。
【0012】Mn:0.3〜5.0% Mnは、Siと同様溶製時の脱酸元素として有効に作用
するほか、焼入性を上げて強度を高める作用を有してお
り、C量が上記の様に定められた条件の下で引張強さ8
0kgf/mm2 以上の高強度を得るには、Mnを0.
3%以上含有させなければならない。しかし5.0%を
超えて添加してもそれ以上の強度向上効果が得られず、
むしろ被削性に及ぼす悪影響が顕出してくるので、5.
0%を上限とする。
するほか、焼入性を上げて強度を高める作用を有してお
り、C量が上記の様に定められた条件の下で引張強さ8
0kgf/mm2 以上の高強度を得るには、Mnを0.
3%以上含有させなければならない。しかし5.0%を
超えて添加してもそれ以上の強度向上効果が得られず、
むしろ被削性に及ぼす悪影響が顕出してくるので、5.
0%を上限とする。
【0013】Cr:1.0〜3.0% Crは、Mnと同様に焼入性を高めて必要な強度を確保
するのに必須の元素であり、1.0%以上添加する必要
がある。しかしその効果は3.0%以上で飽和するの
で、それ以上の添加は経済的に無駄である。
するのに必須の元素であり、1.0%以上添加する必要
がある。しかしその効果は3.0%以上で飽和するの
で、それ以上の添加は経済的に無駄である。
【0014】Nb:0.01〜0.5% Nbは、炭化物または窒化物形成元素としてオーステナ
イト結晶粒を微細化する作用を発揮するほか、添加Nb
の一部は固溶して熱間鍛造後の冷却時の焼入性を増大さ
せる作用も有しており、これらの効果は0.01%以上
添加することによって有効に発揮される。しかしそれら
の作用は0.5%で飽和するので、それ以上の添加は経
済的に無駄である。
イト結晶粒を微細化する作用を発揮するほか、添加Nb
の一部は固溶して熱間鍛造後の冷却時の焼入性を増大さ
せる作用も有しており、これらの効果は0.01%以上
添加することによって有効に発揮される。しかしそれら
の作用は0.5%で飽和するので、それ以上の添加は経
済的に無駄である。
【0015】Al:0.01〜0.06% Alは、溶製時に脱酸元素として作用するほか、窒化物
を生成してオーステナイト結晶粒を微細化するうえでも
有効な元素であり、これらの効果を有効に発揮させるに
は0.01%以上添加しなければならない。しかし過多
に含有させるとオーステナイト結晶粒がかえって粗大化
し靭性を悪化させるので0.06%を上限とする。
を生成してオーステナイト結晶粒を微細化するうえでも
有効な元素であり、これらの効果を有効に発揮させるに
は0.01%以上添加しなければならない。しかし過多
に含有させるとオーステナイト結晶粒がかえって粗大化
し靭性を悪化させるので0.06%を上限とする。
【0016】N:0.005〜0.02% Nは、窒化物形成元素と結合しオーステナイト結晶粒を
微細化する作用があり、その効果を有効に発揮させるに
は0.005%以上添加しなければならない。しかし
0.02%を超えて添加してもそれ以上の効果は得られ
ず、むしろ窒化物系介在物量の増大により靭性に悪影響
が表われてくるので0.02%を上限とする本発明にお
ける必須の構成元素は上記の通りであり、残部はFeと
不可避不純物からなるものであるが、更に他の元素とし
て下記の様にNi,Mo,V,Tiの1種以上を適量含
有させることによって靭性や強度を一層高めたり、ある
いはS,Pb,Ca,Te,Biの1種以上を適量含有
させることによって被削性を高めることも有効である。
微細化する作用があり、その効果を有効に発揮させるに
は0.005%以上添加しなければならない。しかし
0.02%を超えて添加してもそれ以上の効果は得られ
ず、むしろ窒化物系介在物量の増大により靭性に悪影響
が表われてくるので0.02%を上限とする本発明にお
ける必須の構成元素は上記の通りであり、残部はFeと
不可避不純物からなるものであるが、更に他の元素とし
て下記の様にNi,Mo,V,Tiの1種以上を適量含
有させることによって靭性や強度を一層高めたり、ある
いはS,Pb,Ca,Te,Biの1種以上を適量含有
させることによって被削性を高めることも有効である。
【0017】Ni:0.2〜3.0%,Mo:0.05
〜1.0%,V:0.03〜0.5%,Ti:0.00
3〜0.2%の1種以上 Niは、焼入性を高めると共に靭性を向上させるのに有
効な元素であり、それらの効果は0.2%以上添加する
ことによって有効に発揮される。しかし、その効果は
3.0%で飽和するのでそれ以上の添加は無駄である。
MoもNiと同様良好な焼入性を与えると共に靭性を高
める作用があり、それらの効果は0.05%以上添加す
ることによって有効に発揮される。しかし、その効果は
1.0%で飽和するため、それ以上の添加は無駄であ
る。Vは炭化物または窒化物を形成してオーステナイト
結晶粒を微細化し靭性向上に寄与すると共に強度を高め
る作用も有しており、これらの効果は0.03%以上の
添加で有効に発揮される。しかし、それらの効果は0.
5%で飽和する。Tiは、加熱時のオーステナイト結晶
粒の成長を抑制すると共に、Sとの複合含有により組織
を微細化し、靭性を大幅に改善する。こうした効果は
0.003%以上添加することによって有効に発揮され
るが、0.2%を超えて過多に添加してもそれ以上の効
果は得られないので0.2%を上限とする。
〜1.0%,V:0.03〜0.5%,Ti:0.00
3〜0.2%の1種以上 Niは、焼入性を高めると共に靭性を向上させるのに有
効な元素であり、それらの効果は0.2%以上添加する
ことによって有効に発揮される。しかし、その効果は
3.0%で飽和するのでそれ以上の添加は無駄である。
MoもNiと同様良好な焼入性を与えると共に靭性を高
める作用があり、それらの効果は0.05%以上添加す
ることによって有効に発揮される。しかし、その効果は
1.0%で飽和するため、それ以上の添加は無駄であ
る。Vは炭化物または窒化物を形成してオーステナイト
結晶粒を微細化し靭性向上に寄与すると共に強度を高め
る作用も有しており、これらの効果は0.03%以上の
添加で有効に発揮される。しかし、それらの効果は0.
5%で飽和する。Tiは、加熱時のオーステナイト結晶
粒の成長を抑制すると共に、Sとの複合含有により組織
を微細化し、靭性を大幅に改善する。こうした効果は
0.003%以上添加することによって有効に発揮され
るが、0.2%を超えて過多に添加してもそれ以上の効
果は得られないので0.2%を上限とする。
【0018】S:0.12%以下,Pb:0.3%以
下,Ca:0.01%以下,Te:0.3%以下,B
i:0.3%以下の1種以上 これらの元素はいずれも被削性向上元素であり、各々上
記の範囲で含有させることによって被削性を改善するこ
とができるが、夫々上限値を超えてもそれ以上の被削性
改善効果は得られず、むしろ靭性劣化の問題が生じてく
るので、上記の様に各々の上限値を定めた。
下,Ca:0.01%以下,Te:0.3%以下,B
i:0.3%以下の1種以上 これらの元素はいずれも被削性向上元素であり、各々上
記の範囲で含有させることによって被削性を改善するこ
とができるが、夫々上限値を超えてもそれ以上の被削性
改善効果は得られず、むしろ靭性劣化の問題が生じてく
るので、上記の様に各々の上限値を定めた。
【0019】本発明では上記化学成分の要件を満たす鋼
材を使用し、これを熱間鍛造後冷却して所定の金属組織
を得た後、再加熱もしくは当該鍛造品の自熱を利用した
焼戻しを行なって非調質鋼を得るものであるが、本発明
で意図する高レベルの降伏比と強度および靭性を得るに
は、熱間鍛造後の800〜500℃間の平均冷却速度V
を基準にして、前記(I)式または(II)式で求められ
るフェライト析出臨界冷却速度Vc1 またはVc2 が上
記平均冷却速度V以下となる様に鋼材の化学成分(C,
Mn,Cr,Nb,NiおよびMoの含有量)を調整
し、熱間鍛造・冷却後の組織を、初析フェライトを含ま
ないベイナイトまたはベイナイトとマルテンサイトとの
混合組織とし、その後の焼戻しを350〜600℃の温
度範囲で行なう必要がある。
材を使用し、これを熱間鍛造後冷却して所定の金属組織
を得た後、再加熱もしくは当該鍛造品の自熱を利用した
焼戻しを行なって非調質鋼を得るものであるが、本発明
で意図する高レベルの降伏比と強度および靭性を得るに
は、熱間鍛造後の800〜500℃間の平均冷却速度V
を基準にして、前記(I)式または(II)式で求められ
るフェライト析出臨界冷却速度Vc1 またはVc2 が上
記平均冷却速度V以下となる様に鋼材の化学成分(C,
Mn,Cr,Nb,NiおよびMoの含有量)を調整
し、熱間鍛造・冷却後の組織を、初析フェライトを含ま
ないベイナイトまたはベイナイトとマルテンサイトとの
混合組織とし、その後の焼戻しを350〜600℃の温
度範囲で行なう必要がある。
【0020】ここで、800〜500℃間の平均冷却速
度Vを基準として定めたのは、多くの実験結果からフェ
ライト析出臨界冷却速度Vc1 ,Vc2 の関係を整理し
た結果より、上記温度範囲において最も対応がとれると
の確認結果に基づくものである。またフェライト析出臨
界冷却速度Vc1 またはVc2 は、前記(I),(II)
式に示す如く鋼材の化学成分によって決まってくるもの
であるが、これらVc 1 またはVc2 が上記平均冷却速
度Vを超えると、熱間鍛造・冷却後の組織が初析フェラ
イトやパーライトを含むものとなり、本発明で意図する
様な冷却後の金属組織が得られなくなり、その後の焼戻
し条件を適正に設定しても十分な靭性と降伏比を有する
非調質鋼が得られない。
度Vを基準として定めたのは、多くの実験結果からフェ
ライト析出臨界冷却速度Vc1 ,Vc2 の関係を整理し
た結果より、上記温度範囲において最も対応がとれると
の確認結果に基づくものである。またフェライト析出臨
界冷却速度Vc1 またはVc2 は、前記(I),(II)
式に示す如く鋼材の化学成分によって決まってくるもの
であるが、これらVc 1 またはVc2 が上記平均冷却速
度Vを超えると、熱間鍛造・冷却後の組織が初析フェラ
イトやパーライトを含むものとなり、本発明で意図する
様な冷却後の金属組織が得られなくなり、その後の焼戻
し条件を適正に設定しても十分な靭性と降伏比を有する
非調質鋼が得られない。
【0021】また熱間鍛造・冷却後に行なわれる焼戻し
は、再加熱もしくは当該鍛造品の自熱を利用して行なわ
れるもので、該焼戻しの処理温度は、得られる非調質鋼
の降伏比や強度・靭性に顕著な影響を及ぼす。即ち、焼
戻し時の温度が350℃未満の低温域では、転移の移動
を阻止する析出物の生成量が少ないため降伏強度を十分
に高めることができず、一方600℃を超える高温で焼
戻しを行なうと、本発明で定める前述の様な低炭素鋼で
は十分な強度と靭性が得られず、高強度・高靭性化の目
的が果たせなくなる。
は、再加熱もしくは当該鍛造品の自熱を利用して行なわ
れるもので、該焼戻しの処理温度は、得られる非調質鋼
の降伏比や強度・靭性に顕著な影響を及ぼす。即ち、焼
戻し時の温度が350℃未満の低温域では、転移の移動
を阻止する析出物の生成量が少ないため降伏強度を十分
に高めることができず、一方600℃を超える高温で焼
戻しを行なうと、本発明で定める前述の様な低炭素鋼で
は十分な強度と靭性が得られず、高強度・高靭性化の目
的が果たせなくなる。
【0022】しかしながら、前述の如く熱間鍛造後の8
00〜500℃の間の平均冷却速度Vを基準にしてフェ
ライト析出臨界冷却速度Vc1 またはVc2 がV以下と
なる様に成分調整した鋼材を用いて熱間鍛造後冷却する
と、冷却後の組織は、初析フェライトを含まないベイナ
イトもしくはベイナイトとマルテンサイトとの混合組織
となり、且つこれを350〜600℃の温度域で焼戻し
処理すると、降伏比、強度、靭性の全てにおいて優秀な
非調質鋼を得ることができる。尚、焼戻し処理時間は特
に制限はされないが、一般的なのは1〜3時間程度であ
る。
00〜500℃の間の平均冷却速度Vを基準にしてフェ
ライト析出臨界冷却速度Vc1 またはVc2 がV以下と
なる様に成分調整した鋼材を用いて熱間鍛造後冷却する
と、冷却後の組織は、初析フェライトを含まないベイナ
イトもしくはベイナイトとマルテンサイトとの混合組織
となり、且つこれを350〜600℃の温度域で焼戻し
処理すると、降伏比、強度、靭性の全てにおいて優秀な
非調質鋼を得ることができる。尚、焼戻し処理時間は特
に制限はされないが、一般的なのは1〜3時間程度であ
る。
【0023】尚、本発明で使用する上記熱間鍛造材とし
ては、溶鋼から鋼塊もしくは鋼片を製造する際に、溶鋼
の鋳込み後1500〜900℃の間を2℃/分の冷却速
度で冷却した非調質鋼棒を使用し、熱間鍛造時の鋼材加
熱温度を1300℃以下として熱間鍛造を行ない、85
0〜1150℃の温度で鍛造を終了して所定形状に成形
加工したものを使用することが望まれる。しかして、上
記温度範囲における冷却速度が2℃/分未満の低速にな
ると、硫化物や酸化物が凝集粗大化して微細な結晶組織
が得られなくなり、鍛造材の靭性が急激に悪くなる傾向
があるからである。
ては、溶鋼から鋼塊もしくは鋼片を製造する際に、溶鋼
の鋳込み後1500〜900℃の間を2℃/分の冷却速
度で冷却した非調質鋼棒を使用し、熱間鍛造時の鋼材加
熱温度を1300℃以下として熱間鍛造を行ない、85
0〜1150℃の温度で鍛造を終了して所定形状に成形
加工したものを使用することが望まれる。しかして、上
記温度範囲における冷却速度が2℃/分未満の低速にな
ると、硫化物や酸化物が凝集粗大化して微細な結晶組織
が得られなくなり、鍛造材の靭性が急激に悪くなる傾向
があるからである。
【0024】また、鍛造加熱時の温度が1300℃を超
える高温になると、矢張り結晶粒が粗大化して靭性に悪
影響が現れてくる。更に、鍛造仕上げ温度が1150℃
を超える高温になると、結晶粒が粗大化して靭性に悪影
響が現れ、また850℃未満の低温では、鍛造時の変形
抵抗が大きくなって金型寿命を大幅に短縮させることに
なるので実用的でなくなる。
える高温になると、矢張り結晶粒が粗大化して靭性に悪
影響が現れてくる。更に、鍛造仕上げ温度が1150℃
を超える高温になると、結晶粒が粗大化して靭性に悪影
響が現れ、また850℃未満の低温では、鍛造時の変形
抵抗が大きくなって金型寿命を大幅に短縮させることに
なるので実用的でなくなる。
【0025】本発明では、上記の様な条件で熱間鍛造を
行なった成形加工材を使用し、これを前述の条件で冷却
後再加熱もしくは自熱を利用した焼戻しを所定条件で行
なうことによって、焼入れ・焼戻しの調質処理を行なう
ことなく非調質のままで従来の調質鋼と同等もしくはこ
れを上回る強度と靭性を有し且つ降伏比の非常に優れた
熱間鍛造用鋼を提供し得ることになった。
行なった成形加工材を使用し、これを前述の条件で冷却
後再加熱もしくは自熱を利用した焼戻しを所定条件で行
なうことによって、焼入れ・焼戻しの調質処理を行なう
ことなく非調質のままで従来の調質鋼と同等もしくはこ
れを上回る強度と靭性を有し且つ降伏比の非常に優れた
熱間鍛造用鋼を提供し得ることになった。
【0026】
【実施例】次に本発明の実施例を示すが、本発明はもと
より下記実施例によって制限を受けるものではなく、前
後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施
することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の
技術的範囲に含まれる。
より下記実施例によって制限を受けるものではなく、前
後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施
することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の
技術的範囲に含まれる。
【0027】実施例1 表1に示す化学組成の鋼を150Kg容量のVIF溶製
炉で溶製した後、溶鋼から鋼塊を製造する時の1500
℃から900℃までの間の冷却速度を、気水噴霧と冷却
水シャワーにより変化させて得た各鋼塊を1250℃に
加熱し、鍛造終了温度を1150℃として直径50mm
の丸棒に鍛伸した。得られた各丸棒を75mmの長さに
切断した後、1150〜1350℃に加熱し、鍛造終了
温度を1050〜1250℃として直径25mmまで熱
間鍛造し、空冷処理した。その後、更に500℃で2時
間の焼戻し処理を行なった後、切削加工によって引張試
験片およびJIS 3号衝撃試験片を切り出し、室温で
物性試験を行なった。結果を表2に示す。
炉で溶製した後、溶鋼から鋼塊を製造する時の1500
℃から900℃までの間の冷却速度を、気水噴霧と冷却
水シャワーにより変化させて得た各鋼塊を1250℃に
加熱し、鍛造終了温度を1150℃として直径50mm
の丸棒に鍛伸した。得られた各丸棒を75mmの長さに
切断した後、1150〜1350℃に加熱し、鍛造終了
温度を1050〜1250℃として直径25mmまで熱
間鍛造し、空冷処理した。その後、更に500℃で2時
間の焼戻し処理を行なった後、切削加工によって引張試
験片およびJIS 3号衝撃試験片を切り出し、室温で
物性試験を行なった。結果を表2に示す。
【0028】
【表1】
【0029】
【表2】
【0030】表1,2からも明らかである様に、本発明
の好適要件を満たす条件で鍛造を行なったもの(No.
1〜3)は、引張強度、衝撃値および降伏比のいずれに
おいても高い値が得られている。これに対し、鋼塊の冷
却条件、鍛造時の加熱温度、および鍛造終了温度のいず
れかが本発明の好適要件を外れるもの(No.4,5)
は、衝撃値および降伏比が明らかに低い結果を示してい
る。
の好適要件を満たす条件で鍛造を行なったもの(No.
1〜3)は、引張強度、衝撃値および降伏比のいずれに
おいても高い値が得られている。これに対し、鋼塊の冷
却条件、鍛造時の加熱温度、および鍛造終了温度のいず
れかが本発明の好適要件を外れるもの(No.4,5)
は、衝撃値および降伏比が明らかに低い結果を示してい
る。
【0031】実施例2 150kg容量のVIF炉を用いて表3に示す鋼を溶製
した後、溶鋼から鋼塊を製造する時の1500℃から9
00℃までの間の冷却速度を2.25℃/分として製造
した鋼塊を1250℃に加熱し、鍛造終了温度を115
0℃として直径50mmの丸棒に鍛伸した。次いで、こ
の丸棒を75mmの長さに切断した後、1250℃に加
熱し仕上がり温度1150℃で直径25mmまで熱間鍛
造してから空冷した。このときの800〜500℃の間
の平均冷却速度は1.2℃/秒一定とした。その後50
0℃で2時間の焼戻し処理を行ない、切削加工によって
引張試験片およびJIS 3号に規定する衝撃試験片を
切り出して室温で物性試験を行なった。用いた鋼材のフ
ェライト析出臨界冷却速度と鍛造・冷却後の金属組織、
並びに物性試験結果を表4に示す。
した後、溶鋼から鋼塊を製造する時の1500℃から9
00℃までの間の冷却速度を2.25℃/分として製造
した鋼塊を1250℃に加熱し、鍛造終了温度を115
0℃として直径50mmの丸棒に鍛伸した。次いで、こ
の丸棒を75mmの長さに切断した後、1250℃に加
熱し仕上がり温度1150℃で直径25mmまで熱間鍛
造してから空冷した。このときの800〜500℃の間
の平均冷却速度は1.2℃/秒一定とした。その後50
0℃で2時間の焼戻し処理を行ない、切削加工によって
引張試験片およびJIS 3号に規定する衝撃試験片を
切り出して室温で物性試験を行なった。用いた鋼材のフ
ェライト析出臨界冷却速度と鍛造・冷却後の金属組織、
並びに物性試験結果を表4に示す。
【0032】
【表3】
【0033】
【表4】
【0034】表3,4において供試鋼A〜Jは、化学成
分、熱間鍛造後の冷却条件、冷却後の金属組織のいずれ
も規定要件を満たす実施例であり、引張強さ、衝撃値、
降伏比のいずれにおいても従来の焼入れ・焼戻し処理材
(調質材:供試鋼X,Y)と同等もしくはそれ以上の値
が得られている。また供試鋼Zは従来の非調質鋼であ
り、C量が多過ぎると共にCr量が不足し、また金属組
織がフェライトとパーライトからなるものであって、本
発明の実施例に比べると引張強さ、衝撃値、降伏比のい
ずれも低い。供試鋼K〜Rは本発明で規定するいずれか
の要件を欠く比較例であり、以下に示す如くいずれも性
能に問題がある。
分、熱間鍛造後の冷却条件、冷却後の金属組織のいずれ
も規定要件を満たす実施例であり、引張強さ、衝撃値、
降伏比のいずれにおいても従来の焼入れ・焼戻し処理材
(調質材:供試鋼X,Y)と同等もしくはそれ以上の値
が得られている。また供試鋼Zは従来の非調質鋼であ
り、C量が多過ぎると共にCr量が不足し、また金属組
織がフェライトとパーライトからなるものであって、本
発明の実施例に比べると引張強さ、衝撃値、降伏比のい
ずれも低い。供試鋼K〜Rは本発明で規定するいずれか
の要件を欠く比較例であり、以下に示す如くいずれも性
能に問題がある。
【0035】供試鋼K〜P:フェライト析出冷却速度V
c1 ,Vc2 は熱間鍛造後の平均冷却速度(800〜5
00℃間)V以下であり、組織にはいずれもフェライト
が含まれていないが、供試鋼KはC量が不足し、供試鋼
NはCr量が不足し、また供試鋼OはNb量が不足する
ため、特に引張強さが低く、降伏比も十分でない。供試
鋼LはC量が過多であるため衝撃値が低い。供試鋼Mと
Pは引張強さ、衝撃値、降伏比のいずれにおいても比較
的良好な結果が得られているが、供試鋼MはMn量が規
定範囲を超え、また供試鋼PはNb量が規定範囲を超え
て多量添加しているにもかかわらずそれに見合った物性
向上効果は得られておらず、鋼材コストの上で不利であ
る。しかもこれらはの元素は、過剰添加すると被削性を
大幅に低下させ生産性を悪化させることも確認されてい
る。供試鋼Q,Rは、平均冷却速度Vに対してフェライ
ト析出臨界冷却速度Vc1,Vc2 が大きく、熱間鍛造
・冷却後の組織が適正でないため、特に衝撃値が極めて
低い。
c1 ,Vc2 は熱間鍛造後の平均冷却速度(800〜5
00℃間)V以下であり、組織にはいずれもフェライト
が含まれていないが、供試鋼KはC量が不足し、供試鋼
NはCr量が不足し、また供試鋼OはNb量が不足する
ため、特に引張強さが低く、降伏比も十分でない。供試
鋼LはC量が過多であるため衝撃値が低い。供試鋼Mと
Pは引張強さ、衝撃値、降伏比のいずれにおいても比較
的良好な結果が得られているが、供試鋼MはMn量が規
定範囲を超え、また供試鋼PはNb量が規定範囲を超え
て多量添加しているにもかかわらずそれに見合った物性
向上効果は得られておらず、鋼材コストの上で不利であ
る。しかもこれらはの元素は、過剰添加すると被削性を
大幅に低下させ生産性を悪化させることも確認されてい
る。供試鋼Q,Rは、平均冷却速度Vに対してフェライ
ト析出臨界冷却速度Vc1,Vc2 が大きく、熱間鍛造
・冷却後の組織が適正でないため、特に衝撃値が極めて
低い。
【0036】実施例3 表3に示したもののうち供試鋼Iを、150kg容量の
VIF溶製炉で溶製した後、1500℃から900℃ま
での間の冷却速度を2.25℃/分として直径50mm
の丸棒に鍛伸した。この鍛伸材を75mmに切断した
後、1250℃に加熱し同温度で直径25mmまで熱間
鍛造してから空冷し、更に100〜650℃で2時間焼
戻し処理した。得られた焼戻し材の物性を前記と同様の
方法で測定し、図1に示す結果を得た。図1からも明ら
かである様に、化学成分等において規定要件を満たす鋼
材を使用した場合でも、焼戻し処理温度が350℃未満
では衝撃値および耐力比が不十分であり、一方600℃
を超えると衝撃値および引張強さが急激に悪化すること
が分かる。
VIF溶製炉で溶製した後、1500℃から900℃ま
での間の冷却速度を2.25℃/分として直径50mm
の丸棒に鍛伸した。この鍛伸材を75mmに切断した
後、1250℃に加熱し同温度で直径25mmまで熱間
鍛造してから空冷し、更に100〜650℃で2時間焼
戻し処理した。得られた焼戻し材の物性を前記と同様の
方法で測定し、図1に示す結果を得た。図1からも明ら
かである様に、化学成分等において規定要件を満たす鋼
材を使用した場合でも、焼戻し処理温度が350℃未満
では衝撃値および耐力比が不十分であり、一方600℃
を超えると衝撃値および引張強さが急激に悪化すること
が分かる。
【0037】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、焼
入れ・焼戻しの調質処理を行なうことなく非調質のまま
でも、従来の調質鋼と同等もしくはこれを上回る強度と
靭性を有し、且つ降伏比の非常に優れた熱間鍛造用非調
質鋼を提供し得ることになった。
入れ・焼戻しの調質処理を行なうことなく非調質のまま
でも、従来の調質鋼と同等もしくはこれを上回る強度と
靭性を有し、且つ降伏比の非常に優れた熱間鍛造用非調
質鋼を提供し得ることになった。
【図1】熱間圧延・冷却後に行なわれる焼戻し処理時の
温度が物性に与える影響を示す実験結果のグラフであ
る。
温度が物性に与える影響を示す実験結果のグラフであ
る。
Claims (6)
- 【請求項1】C:0.05〜0.30%(重量%を意味
する、以下同じ)、 Si:0.05〜2.0%、 Mn:0.3〜5.0%、 Cr:1.0〜3.0%、 Nb:0.01〜0.5%、 Al:0.01〜0.06%、 N:0.005〜0.02%、 を含有し、残部Feおよび不可避不純物からなり、且つ
下記(I)式によって求められるフェライト析出臨界冷
却速度Vc1 が、熱間鍛造後の800〜500℃間の平
均冷却速度V以下となる様に成分調節された鋼材を使用
し、該鋼材を熱間鍛造後冷却して冷却後の組織を初析フ
ェライトを含まないベイナイトまたはベイナイトとマル
テンサイトとの混合組織とし、次いで350〜600℃
の温度範囲で焼戻しすることを特徴とする降伏比に優れ
た熱間鍛造用高強度高靭性非調質鋼の製法。 Vc1 =10k1(℃/秒)……(I) 但し、k1=4.05-(4.5 ×%C+%Mn +0.8 ×%Cr +9 ×%N
b) (%元素は、当該元素の鋼中の含有率を表わす) - 【請求項2】 鋼材が、更に他の成分として、S:0.
12%以下、Pb:0.3%以下、Ca:0.01%以
下、Te:0.3%以下、Bi:0.3%以下よりなる
群から選択される少なくとも1種の元素を含むものであ
る請求項1記載の製法。 - 【請求項3】 溶鋼から鋼塊もしくは鋼片を製造する際
に、溶鋼の鋳込み後1500〜900℃の間を2℃/分
以上の冷却速度で冷却した非調質鋼棒を使用し、熱間鍛
造時の鋼材加熱温度を1300℃以下として熱間鍛造を
行ない、850〜1150℃の温度で鍛造を終了して所
定形状に成形加工したものを使用する請求項1または2
に記載の製法。 - 【請求項4】C:0.05〜0.30%、 Si:0.05〜2.0%、 Mn:0.3〜5.0%、 Cr:1.0〜3.0%、 Nb:0.01〜0.5%、 Al:0.01〜0.06%、 N:0.005〜0.02% を含有すると共に、 Ni:0.2〜3.0%、 Mo:0.05〜1.0%、 V:0.03〜0.5%、 Ti:0.003〜0.2% よりなる群から選択される少なくとも1種の元素を含有
し、残部Feおよび不可避不純物からなり、且つ下記
(II)式によって求められるフェライト析出臨界冷却速
度Vc2 が、熱間鍛造後の800〜500℃間の平均冷
却速度V以下となる様に成分調節された鋼材を使用し、
該鋼材を熱間鍛造後冷却して冷却後の組織を初析フェラ
イトを含まないベイナイトまたはベイナイトとマルテン
サイトとの混合組織とし、次いで350〜600℃の温
度範囲で焼戻しすることを特徴とする降伏比に優れた熱
間鍛造用高強度高靭性非調質鋼の製法。 Vc2 =10k2(℃/秒)……(II) 但し、k2=4.05-(4.5 ×%C+%Mn+0.8×%Cr+9 ×%Nb+0.5
×%Ni+1.6 ×%Mo) (%元素は、当該元素の鋼中の含有率を表わす) - 【請求項5】 鋼材が、更に他の成分としてS:0.1
2%以下、Pb:0.3%以下、Ca:0.01%以
下、Te:0.3%以下、Bi:0.3%以下よりなる
群から選択される少なくとも1種の元素を含むものであ
る請求項3記載の製法。 - 【請求項6】 溶鋼から鋼塊もしくは鋼片を製造する際
に、溶鋼の鋳込み後1500〜900℃の間を2℃/分
以上の冷却速度で冷却した非調質鋼棒を使用し、熱間鍛
造時の鋼材加熱温度を1300℃以下として熱間鍛造を
行ない、850〜1150℃の温度で鍛造を終了して所
定形状に成形加工したものを使用する請求項4または5
に記載の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33172693A JPH07173531A (ja) | 1993-10-29 | 1993-12-27 | 降伏比に優れた熱間鍛造用高強度高靭性非調質鋼の製法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5-272748 | 1993-10-29 | ||
| JP27274893 | 1993-10-29 | ||
| JP33172693A JPH07173531A (ja) | 1993-10-29 | 1993-12-27 | 降伏比に優れた熱間鍛造用高強度高靭性非調質鋼の製法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07173531A true JPH07173531A (ja) | 1995-07-11 |
Family
ID=26550357
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33172693A Withdrawn JPH07173531A (ja) | 1993-10-29 | 1993-12-27 | 降伏比に優れた熱間鍛造用高強度高靭性非調質鋼の製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07173531A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113957206A (zh) * | 2021-10-08 | 2022-01-21 | 南京钢铁集团冶金铸造有限公司 | 制取CrNiMo合金钢锻圆的黑皮调质工艺 |
| CN114480788A (zh) * | 2021-12-23 | 2022-05-13 | 江苏理研科技股份有限公司 | 一种非调质钢的控制冷却工艺 |
| CN115491605A (zh) * | 2022-09-27 | 2022-12-20 | 东风商用车有限公司 | 热锻用贝氏体钢、制造热锻零部件的工艺、装置及系统 |
| CN118835176A (zh) * | 2024-07-03 | 2024-10-25 | 郑州煤机格林材料科技有限公司 | 一种27SiMn钢及锻后的热处理生产方法 |
-
1993
- 1993-12-27 JP JP33172693A patent/JPH07173531A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113957206A (zh) * | 2021-10-08 | 2022-01-21 | 南京钢铁集团冶金铸造有限公司 | 制取CrNiMo合金钢锻圆的黑皮调质工艺 |
| CN114480788A (zh) * | 2021-12-23 | 2022-05-13 | 江苏理研科技股份有限公司 | 一种非调质钢的控制冷却工艺 |
| CN115491605A (zh) * | 2022-09-27 | 2022-12-20 | 东风商用车有限公司 | 热锻用贝氏体钢、制造热锻零部件的工艺、装置及系统 |
| CN118835176A (zh) * | 2024-07-03 | 2024-10-25 | 郑州煤机格林材料科技有限公司 | 一种27SiMn钢及锻后的热处理生产方法 |
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