JPH08209236A - 冷間加工に適した機械構造用鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】機械構造用鋼の製造において、冷間加工前の球
状化焼なまし処理を省いて、工程省略によるエネルギー
や処理時間を節約することを目的とした鋼材の製造方法
を提供する。 【構成】Ａｃ３以上に加熱した鋼をＡｒ１〜９５０℃の
間で仕上圧延を行い、微細なフェライト結晶粒とし冷間
加工性を向上させる。また圧延後の冷却途中でＡ「１〜
Ａｒ１−５０℃に１０分以上保持し、フェライト変態を
促進させることにより、フェライト面積率を増加させ、
硬さと変形抵杭を低下させる。また、ベイナイト発生の
抑制による冷間加工性を向上させる機械構造用鋼の製造
方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、歯車や軸など、冷間加
工によって機械部品を製造する際に、冷間加工の前に熱
処理を施すことなく、熱間加工のままで冷間加工に供す
ることのできる冷間加工性の優れた機械構造用鋼の製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、冷間加工により製造される機械部
品は、たとえば肌焼鋼の場合、クロム鋼等の鋼材を使用
して溶解→熱間加工→球状化焼なまし→冷間加工→焼な
らし→漫炭焼入れ焼戻し→仕上げ加工という工程からな
る方法が適用されていた。ここでいう熱間加工とは一般
に行われている熱間圧延、熱間鍛造を示すものである。

【０００３】上記工程において、冷間加工の前の球状化
焼なまし工程は、鋼材中に含有される炭化物を球状化し
て鋼材を軟化および高延性化させ、後段の冷間加工を容
易にするために行われる。すなわち、硬さが高いと冷間
加工用の型の寿命が短くなり、また延性が低いと、冷間
加工の途中で素材に割れが生じるからである。

【０００４】ところが球状化焼なまし工程は、１０〜２
０時間を要する効率の悪い熱処理であり、生産性の向上
および省エネルギーの点から、球状化焼なまし工程なし
で冷間加工に供することのできる機械構造用鋼の開発が
要望されていた。［０Ｏ０５】そこで従来は、これらの
問題を解決するために、低温圧延と圧延後の徐冷を組み
合わせることにより行ってきた。しかし、圧延後の徐冷
は０．１℃／ｓ以下のスピードで冷却する必要があり、
生産性が低く実用生産にはほとんど供されていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は熱間加工まま
で冷間加工性の優れた機械構造用鋼の製造方法を提供す
ることを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明はフェライト・パ
ーライト組織であるときには、フェライト粒が細かいほ
ど冷間加工性に優れることを見い出したことに由来す
る。すなわち仕上圧延を低温で行い、圧延後の冷却途中
でＡｒ１〜Ａｒ１−５０℃に１０分以上保持することに
より、フェライト結晶粒を細かくし、フェライト変態の
促進によるベイナイト発生を抑制させることにより冷間
加工性を向上させることにある。

【０００８】

【作用】本発明を以下に詳細に説明する。本発明の熱間
加工において加熱温度は、圧延時の温度を調節するもの
であるが、Ａｃ３以下では、仕上圧延時に低温になりす
ぎ、加工が困難となる。

【０００９】本発明の熱間加工において仕上温度は、圧
延後のフェライト結晶粒に影響を与えるものであり、未
再結晶温度で圧延することにより、オーステナイト粒内
に変形帯を導入しフェライト核発生場所を増加させ結晶
粒を微細にするものである。９５０℃以上ではオーステ
ナイト粒内に変形帯が導入されず圧延後のフェライト結
晶粒は大きくなってしまい、Ａｒ１未満では、歪の蓄積
から硬さは高くなってしまう。

【００１０】本発明の熱間加工において圧延後の冷却途
中での保持は、フェライト．パーライト変態温度域に変
態終了まで保持することにより、フェライト・パーライ
ト変態を促進させ、フェライト量の増加、ベイナイト発
生を抑制させるために行う。Ａｒ１より高い温度で保持
してもフェライト・パーライト変態は起こらず、その後
の冷却途中でベイナイト変態を起こすため、フェライト
量の増加、ベイナイト発生の抑制はできない。Ａｒ１−
５０℃より低い温度では保持前にベイナイト変態が始ま
っており、硬さの低下にはつながらない。また１０分未
満の保持時間では、フェライト・パーライト変態が十分
に終わっておらず、その後の冷却でベイナイトが発生す
る。なお保持時間は最低１０分である。

【００１１】本発明の熱間加工後の冷却において過冷却
を起こしても、その後Ａｒ１〜Ａｒ１−５０℃に保持す
るため、過冷却したときに発生したベイナイトはＣの拡
散により一部炭化物が球状化する。

【００１２】本発明の熱間加工においてフェライト結晶
粒度は、冷間加工性に大きく影響を及ぼす因子であり、
フェライト結晶粒度が８番より小さくなると冷間加工性
が低下し、フェライト結晶粒度は１０番より大きくする
ことは難しい。

【００１３】本発明の熱間加工において好ましい塑性歪
すなわち加工率は２０〜８０％とする。加工率が２０％
未満であると塑性歪の蓄積が過小となり、冷却後の組織
が粗大なものになりやすく、一方８０％を超えると加工
発熱が顕著になり、塑性歪が解放されてしまうからであ
る。

【００１４】上記方法において製造された鋼材は組織が
微細でかつ硬さが低い（８０ＨＲＢ以下）ため球状化焼
なまし工程等の特別な熱処理エ程を追加することなく冷
間加工に供することが可能となる。

【００１５】

【実施例】本実施例に用いたＳＣＭ４２０（ＪＩＳ鋼）
の化学成分を表１に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】実施例に用いた鋼材は常法にて溶製され、
その後ビレット段階を経てφ２５の棒鋼（冷却速度：
１．０℃／ｓ）に圧延した。圧延後の徐冷は、圧延材を
短く切断しカバーで覆うことにより行った。各条件は表
２に示す。熱間加工材の冷鍛性評価は上記圧延材より試
験片を採取し、加工後の硬さおよび冷間据込み性試験に
よる限界圧縮率および引張試験による絞りにより行っ
た。すえ込み性試験のサイズは、高さ２２．５ｍｍ、直
径１５ｍｍである。また熱間加工後のフェライト結晶粒
度も測定した。

【００１８】上記測定結果は表２に示す。表２中のＮ
ｏ．７〜１３が本発明の実施例である。表からも明らか
なように、本発明例の熱間加工後の硬さは、圧延後に保
持を行っていない比較例であるＮｏ．１よりもかなり低
くなっている。また、冷間加工性を評価する絞りと限界
圧縮率も冷間加工が可能なレベルとなっている。また、
保持前に過冷却した場合（実施例Ｎｏ．１３）も、同様
の結果となっている。

【００１９】これに対し比較例Ｎｏ．２〜Ｎｏ．６は圧
延後保持を行っているが、圧延および保持条件が適切で
はない場合である。Ｎｏ．２は仕上温度が低い場合、Ｎ
ｏ．３は仕上温度が高い場合である。Ｎｏ．２は仕上げ
温度が低いのでフェェライト結晶粒は細かくなっている
が、硬さが非常に硬くなっている。仕上げ温度が高いＮ
ｏ．３は、結晶粒が粗いため冷間加工性が悪くなってい
る。また、Ｎｏ．４、５は、圧延後の保持温度を変化さ
せた場合であるが、フェライト結晶粒度は８番程度であ
るが、圧延後の組織で、ベイナイトが観察され硬さが高
くなってしまった場合である。Ｎｏ．６は、圧延後の保
持時間が５分と短く、フェライト・パーライト変態が十
分に行われず硬さが高くなった場合である。

【００２０】

【表２】

【００２１】

【発明の効果】以上の実施例より本発明は、仕上加工の
温度、加工率および圧延後の冷却途中での保持を最適に
することにより、熱間加工後８０ＨＲＢ以下の硬さにす
ることができ、熱間加工ままで優れた冷間加工性を有す
る鋼材の製造方法を可能にしたものであり、熱処理省略
による生産性向上、省エネルギー化と産業上の効果は極
めて顕著なものがある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機械構造用鋼を加熱温度：Ａｃ３以上、
   仕上温度：Ａｒ１〜９５０℃で圧延し、圧延後の冷却途
   中でＡｒ１〜Ａｒ１−５０℃に１０ｍｉｎ以上保持する
   ことにより、フェライト・パーライト組織とするととも
   に、フェライト結晶粒度を８番以上にすることを特徴と
   した冷間加工性の優れた機械構造用鋼の製造方法