JPH08333628A - 耐摩耗性が優れた部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 急速加熱焼入による表面硬化が可能であり、
しかも優れた伸びフランジ特性を有する耐摩耗性部品の
製造方法を提供する。 【構成】 化学組成が重量％で、Ｃ：0.15〜0.33％、Ｓ
ｉ：0.01〜1.0 ％、Ｍｎ：0.2 〜1.0 ％、Ｐ：0.03％以
下、Ｓ：0.02％以下、sol Ａｌ：0.01〜0.1 ％、Ｃｒ：
0.15〜0.7 ％、Ｎ：0.01％以下を本質的成分として含
み、フェライトとベイナイトを主体とする混合組織から
なる熱延鋼板を素材として使用する。この鋼板に対し、
少なくとも伸びフランジ成形を受ける部位に対し、一次
加工を施した後、わずかな取り代のせん断加工による二
次加工を施す。これにより得られた素板をプレス成形し
た後、急速加熱焼入れを施す。一次加工もせん断加工に
より加工するとよく、二次加工の際の取り代は板厚の１
０％以上で板厚以下がよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、伸びフランジ加工に代
表されるプレス加工性に優れ、しかもプレス加工後の成
形品に急速加熱焼入れを施す、耐摩耗性が優れた部品の
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】オートマチック・トランスミッション
（ＡＴ）部品に代表される種々の耐摩耗性部品は、従来
は熱間鍛造、鋳造、焼結等により製造されていたが、近
年は軽量化、素材コストの低減等を目的として、熱延鋼
板をプレス成形し、その後に軟窒化、浸炭、浸窒等の表
面硬化処理を施して強度並びに耐摩耗性を付与する方法
によって製造されるようになってきた。尚、プレス用素
材として熱延鋼板が使用されるのは、この種の部品は、
通常、２〜６ｍｍ程度の比較的板厚の厚い素板が使用さ
れるからである。

【０００３】プレス成形においては、通常、抜き型と呼
ばれる金型を用いて、打ち抜き（せん断）加工により下
穴が形成された素板の製造が行われ、その後、該素板に
伸びフランジ加工に代表される強加工が施され、最終部
品形状に成形される。このため、熱延鋼板の材料特性と
しては伸びフランジ加工性が特に要求され、従来、加工
性の良好な軟鋼板が使用されてきた。もっとも、軟鋼で
は強度、硬さが不十分であるので、既述の通り、成形後
に軟窒化等の表面硬化処理が施される。

【０００４】また、近年、例えば特開昭５４−６５１１
８号公報に開示されているように、引張強さが４４０〜
５９０Ｎ／mm² の中強度ないし高強度鋼板の延性が改善
されたことに伴い、かかる鋼板が素板として用いられる
ようになってきた。かかる鋼板を使用した場合において
も、耐摩耗性を付与するために、通常、前記軟窒化等の
表面硬化処理が施される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】叙上のように、軟鋼板
を素板として用いた場合、強度、耐摩耗性を付与するた
めに、成形品に軟窒化等の表面硬化処理を施されるが、
内部強度が不足するため、剛性や捩じり強度が不足し、
また耐摩耗性も十分とはいえない。かかる欠点を補うに
は、板厚を大きくしたり、表面硬化層を厚く形成する必
要があり、所期の目的に反するようになる。一方、延性
が改善された中ないし高強度鋼板を用いれば、剛性や捩
じり強度は向上するが、耐摩耗性を確保するためには依
然として前記表面硬化処理が必要である。

【０００６】前記表面硬化処理は、成形品の全体に対し
てなされるために、処理の際に熱歪みが生じて、部品の
寸法精度が確保し難く、このためプレス等による手直し
が必要となる。また、溶接を必要とする部位では硬化部
を切削により削除する必要がある。

【０００７】一方、耐摩耗性が必要とされる部位のみを
硬化させ、耐摩耗性を付与する方法として、高周波、電
子ビーム、レーザ等による急速加熱焼入法があり、かか
る方法により硬化処理を行うならば、処理により寸法精
度が許容外になるおそれもなく、また溶接時に硬化層を
除去する必要もなく、軟窒化等の表面硬化法に比して低
コストであるが、従来の鋼板では、加工性を考慮して炭
素含有量が０．１wt％程度以下と低く抑えられているの
で、急速加熱焼入を行っても必要とされる硬度ひいては
耐摩耗性が得られない。

【０００８】本発明はかかる問題に鑑みなされたもの
で、伸びフランジ特性等の成形加工性を損なうことな
く、急速加熱焼入れによる硬化が可能な耐摩耗性が優れ
た部品の製造方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の熱延鋼板素板の
製造方法は、化学組成が重量％で、Ｃ ：0.15〜0.33
％、Ｓｉ：0.01〜1.0 ％、Ｍｎ：0.2 〜1.0 ％、Ｐ ：
0.03％以下、Ｓ ：0.02％以下、 sol Ａｌ：0.01〜0.
1 ％、Ｃｒ：0.15〜0.7 ％、Ｎ ：0.01％以下を本質的
成分として含み、フェライトとベイナイトを主体とする
混合組織からなる熱延鋼板に対し、少なくとも伸びフラ
ンジ成形を受ける部位に対し、一次加工で概略の素板形
状を形成した後、二次加工として少なくとも伸びフラン
ジ成形を受ける部位にわずかな取り代のせん断加工を施
して最終の素板形状を形成し、該素板をプレス加工した
部品に急速加熱焼入れを施すことにより耐摩耗性を有せ
しめる。

【００１０】前記化学組成において、「本質的成分とし
て」とは添加元素の作用を損なうことなく、むしろ材質
特性を向上させることができる元素を必要に応じて含有
してもよいことを意味しており、具体的には本質的成分
の他に、更にＮｉ：0.3 ％以下、 Ｃｕ：0.5 ％以下、
Ｍｏ：0.05〜0.3 ％、Ｃａ：0.005 〜0.01％、Ｂ ：0.
0006〜0.0040％、Ｔｉ：0.01〜0.05％、のいずれか一種
又は二種以上を含有することができる。

【００１１】前記一次加工には、切削等の機械加工やレ
ーザ加工等のエネルギービーム加工を適用することがで
きるが、せん断加工（打ち抜き加工、シャー切断加工を
含む。以下同様）が経済性、生産性に優れ、好適であ
る。また、二次加工の際の一次加工後の寸法に対する取
り代は小さい程よいが、実用上、板厚の１０％以上、好
ましくは２０％以上で、板厚以下に設定するのがよい。

【００１２】前記所定の混合組織を得るには、前記化学
組成を有する鋼をＡr ₃ 点以上の仕上げ温度で熱間圧延
し、その後巻き取り温度までの平均冷却速度を２０〜８
０℃／sec になるように冷却した後、４００〜６００℃
で巻き取ればよい。

【００１３】

【作用】本発明にかかる熱延鋼板は、Ｃ：０．１５〜
０．３３wt％を含有する特定組成の材質であるため、溶
接性を劣化させることなく、焼入性を付与することがで
きる。従って、プレス加工後に部品を全体的あるいは部
分的に急速加熱焼入法により焼入硬化することができ、
必要な部位に耐摩耗性を付与することができる。

【００１４】前記鋼板の組織はフェライトとベイナイト
を主体とした混合組織であり、延性が劣化せず、良好な
伸びフランジ性が得られ、しかも、高強度である。尚、
ベイナイトの面積率は５〜７０％の範囲にあることが好
ましく、また組織中には面積率で２０％程度以下（好ま
しくは１０％以下）のパーライト（疑似パーライトを含
む）が含まれていてもよい。

【００１５】また、前記鋼板に対し、少なくとも伸びフ
ランジ成形を受ける部位に対し、一次加工で概略の素板
形状を形成した後、最終の素板形状を二次加工であるせ
ん断加工により、わずかな取り代の下で行うので、二次
加工端面すなわちプレス加工用端面（せん断縁）に導入
される加工硬化層の領域や硬化度合いが軽減され、鋼板
が本来有している伸びフランジ性の劣化が抑制される。
このため、その後にバーリング加工等の強度のプレス加
工を施しても、フランジ部に割れが生じないようにな
る。

【００１６】前記取り代は小さい程よく、ごく僅かでも
大きな効果が得られるが、あまり小さいと金型の製作や
維持管理にコストがかかるようになるため、実用的には
板厚の１０％以上、好ましくは２０％以上に設定するの
がよい。もっとも、板厚より大きいと二次加工端面に大
きな加工硬化層が形成されるようになるので、板厚以下
に設定することが好ましい。

【００１７】尚、せん断加工における取り代とは、穴加
工を例にとれば、図１に示すように、抜き型と呼ばれる
金型の下型１に形成された抜き孔３に嵌入する上型（パ
ンチ）２の下面にかかる素材鋼板４の一次穴５の内周部
の大きさｄをいう。

【００１８】前記一次加工には、切削等の機械加工やレ
ーザ加工等のエネルギービーム加工を適用することがで
きるが、打抜き加工やシャー切断加工などのせん断加工
が経済性、生産性に優れ、好適である。

【００１９】ここで、本発明にかかる熱延鋼板の成分限
定理由について説明する。尚、単位はwt％である。

【００２０】Ｃ：０．１５〜０．３３％ Ｃは鋼板の強度を高める作用を有し、ベイナイトの低温
変態生成物を形成させるためにも必須の元素である。ま
た、焼入性を向上させる作用を有し、急速加熱焼入にも
有効に作用する。０．１５％（好ましくは０．２％）未
満ではかかる作用が過少になり、一方０．３３％を越え
ると、表面硬さはより上昇するものの、延性、伸びフラ
ンジ性、更に溶接性が劣化するようになる。好ましくは
０．３０％以下に止めるのがよい。

【００２１】Ｓｉ：０．０１〜１．０％ Ｓｉはフェライト及びベーナイトの混合組織を得るのに
有効であり、強度、延性を高める作用を有し、また溶鋼
の脱酸作用を有し、焼入性を向上させる。０．０１％
（好ましくは０．０５％）未満ではかかる作用が過少で
あり、一方１．０％を越えると熱間圧延時にＳｉスケー
ルが発生し易くなり、鋼板表面性状が劣化する。好まし
くは０．８％以下に止めるのがよい。

【００２２】Ｍｎ：０．２〜１．０％ Ｍｎは焼入性を向上させ、強度を高めると共に未変態の
オーステナイトをベイナイトに変態させる作用を有す
る。かかる作用を有効に発現させるには０．２％（好ま
しくは０．３％）以上の含有が必要である。一方、１．
０％を越えると強度が過大になり、延性が低下するよう
になる。好ましくは０．９％以下に止めるのがよい。

【００２３】Ｐ：０．０３％以下 Ｐは絞り加工時の遷移温度を上昇させるので少ないほど
好ましく、本発明ではその上限を０．０３％とする。

【００２４】Ｓ：０．０２％以下 Ｓは伸びフランジ性を劣化させるので少ないほど好まし
く、本発明ではその上限を０．０２％とする。

【００２５】sol Ａｌ：０．０１〜０．１％ Ａｌは鋼の脱酸剤として添加されるため鋼中に０．０１
％以上固溶される。しかし、多量の添加は鋼の清浄度を
損ない、靭性の低下を招来するので、０．１％以下に止
める。好ましくは０．０２〜０．０７％がよい。

【００２６】Ｃｒ：０．１５〜０．７％ Ｃｒは鋼の強度および焼入性を向上させる。０．１５％
未満ではかかる作用が過少であり、一方０．７％を越え
ると溶接性が悪化する。好ましくは０．２〜０．６％に
するのがよい。

【００２７】Ｎ：０．０１％以下 Ｎは過度に含有すると加工性が劣化すると共にＢを添加
した場合にＢＮを形成し、焼入性を劣化させるので、
０．０１％以下に止める。

【００２８】本発明にかかる鋼板組成は以上の成分を本
質的成分として含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物か
らなるが、更に必要に応じて下記元素の一種又は二種以
上を含有することができる。

【００２９】Ｎｉ：０．３％以下 Ｎｉは強度や靭性、更に焼入性を向上させる作用を有し
ており、これらの特性が特に要求される場合に含有する
とよい。０．３％を越えるとかかる作用が得られないの
で、上限を０．３％とする。

【００３０】Ｃｕ：０．５％以下 ＣｕはＮｉと同様の作用があり、より一層の強度、焼入
性が要求される場合に含有される。しかし、過剰な添加
は熱間加工においてＣｕヘゲと呼ばれる表面欠陥が発生
し、製造困難になるので、上限を０．５％とする。

【００３１】Ｍｏ：０．０５〜０．３％ Ｍｏは焼入性および焼入後の靭性を向上させる。０．０
５％未満ではかかる作用が過少であり、一方０．３％を
越えると強度が過大になり延性が劣化する。好ましくは
０．０５〜０．２％がよい。

【００３２】Ｃａ：０．０００５〜０．０１％ Ｃａは硫化物を展伸状から球状にする形態制御を通じ
て、機械的性質の異方性を小さくし、延性及び靭性を改
善する作用を有する。０．０００５％未満ではかかる作
用が過少であり、一方０．０１％を越えると鋼中に非金
属介在物が増大し、延性や靭性が低下する。

【００３３】Ｂ：０．０００６〜０．００４０％ Ｂは焼入性を大幅に向上させ、所望の混合組織を得る上
で効果的である。０．０００６％未満ではかかる作用が
過少であり、一方０．００４０％を越えると延性、靭性
を損なう。

【００３４】Ｔｉ：０．０１〜０．０５％ Ｔｉは鋼中のＮを固定してＢ添加による焼入性を安定か
つ効果的に発現させる作用を有する。０．０１％未満で
はかかる作用が過少であり、一方０．０５％を越えると
靭性が劣化するようになる。

【００３５】

【実施例】以下、具体的な実施例を挙げて説明するが、
本発明の技術的範囲はかかる実施例により限定解釈され
るものでないことは勿論である。

【００３６】表１に示す化学組成を有する供試鋼を溶製
し、表２に示す熱延条件で熱間圧延して巻き取り、板厚
が２．６ｍｍの熱延鋼板を製造した。得られた熱延鋼板
について引張特性、限界穴拡がり率（λ）及びミクロ組
織を調査した。これらの結果を表２に併せて示す。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【表２】

【００３９】次に、前記鋼板を用いて、本発明法として
一次加工及び二次加工を施して形成したプレス加工用素
板と、従来法として一回の加工のみで形成した素板とを
製造した。本発明法による素板の形成に際しては、一次
加工として金型クリアランスが板厚の１０％とする打ち
抜き加工を行い、二次加工として金型クリアランスが板
厚の１５％、せん断による取り代が１ｍｍ（板厚の３８
％）とする打ち抜き加工を施して最終素板形状を得た。
一方、従来法による素板の形成に際しては、金型クリア
ランスが板厚の１０％とする打ち抜き加工を行い、最終
素板形状を得た。

【００４０】これらの素板を用いてピストンロックアッ
プを実機によりバーリング加工を含むプレス加工により
成形した。この部品は耐摩耗性が要求される自動車用高
強度駆動伝達部品の一つで、部品の中央部に成形難度の
高い伸びフランジ加工が施されるものである。そして、
得られた成形品を１５０ｋHzで９２５〜９８０℃の表面
温度に急速加熱し、５sec 保持後、水冷する高周波焼入
を施し、その表面硬さ( Ｈ_R Ｃ）を測定した。得られた
結果を表２に併せて示す。表中、プレス成形性の評価と
して記した○は欠陥の認められなかったもの、△はフラ
ンジ部に軽度の割れが認められたもの、×は同部に大き
な割れが認められたものを意味する。

【００４１】表２より、本発明成分範囲外の鋼板を用い
た試料No. ７〜１０、１７及び１８の比較例は組織が所
期のフェライト及びベイナイト混合組織になっておら
ず、一部マルテンサイトが生成しているものもあり、試
料No. １０を除き、限界穴拡がり率が６２％以下と悪
く、このため素板の成形に従来法を適用したものは成形
性が悪く、本発明法を適用したもの（No. ９及び１０）
でもプレス成形性が今一歩である。一方、試料１０は成
形性も良くないが、焼入性が悪く、表面硬度がＨ_RＣ４
２と低く、耐摩耗性が期待できない。

【００４２】また、鋼成分は本発明範囲内であるが、熱
延条件により所期の混合組織が得られていない試料No.
１９〜２２の比較例についても、限界穴拡がり率が５３
％以下と非常に悪く、このためプレス成形性が悪い。

【００４３】一方、鋼成分及び組織が本発明範囲内であ
るものの、素板の加工法が従来法の試料No. ５及び６の
比較例は、焼入性が良好であるものの、成形性に劣り、
高品質の部品が得られない。

【００４４】これらに対して、本発明実施例にかかる試
料No. １〜４、１１〜１６及び２３は、プレス成形性が
良好であり、また表面硬度がＨ_R Ｃ５０以上と高硬度が
得られており、焼入性に優れる。しかも引張強さが４９
０Ｎ／mm² 以上と良好な強度が得られている。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、Ｃを０．１５〜０．３
３％含有する特定組成であって、フェライト及びベイナ
イトを主体とする混合組織の熱延鋼板を用いて、しかも
一次加工後、わずかな取り代でせん断加工による二次加
工を施してプレス加工用素板を形成するので、二次加工
端面の加工硬化が軽減、抑制されるため、材料のもつ本
来の伸びフランジ性が損なわれず、比較的高Ｃ材のため
良好な焼入性を有するにも関わらず、良好なプレス成形
性が得られ、成形後の部品に急速加熱焼入を施すことに
より、加工度の高い耐摩耗性部品を容易に製造すること
ができる。また、素板の形成に際し、一次加工をせん断
加工とし、二次加工の取り代を板厚の１０％以上でかつ
板厚以下に設定することにより、良好な伸びフランジ性
を容易に確保することができ、また金型の製作、維持、
管理の各コストを低減することができ、工業的生産性に
優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】丸穴の打ち抜きによる二次加工の断面説明図で
ある。

【符号の説明】

１ 下型 ２ 上型 ４ 鋼板 ５ 一次穴 ｄ 取り代

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 化学組成が重量％で、 Ｃ ：0.15〜0.33％、Ｓｉ：0.01〜1.0 ％、 Ｍｎ：0.2 〜1.0 ％、Ｐ ：0.03％以下、 Ｓ ：0.02％以下、 sol Ａｌ：0.01〜0.1 ％、 Ｃｒ：0.15〜0.7 ％、Ｎ ：0.01％以下を本質的成分と
   して含み、フェライトとベイナイトを主体とする混合組
   織からなる熱延鋼板に対し、少なくとも伸びフランジ成
   形を受ける部位に対し、一次加工で概略の素板形状を形
   成した後、二次加工として少なくとも伸びフランジ成形
   を受ける部位にわずかな取り代のせん断加工を施して最
   終の素板形状を形成し、該素板をプレス加工した部品に
   急速加熱焼入れを施すことにより耐摩耗性を有せしめる
   ことを特徴とする耐摩耗性が優れた部品の製造方法。
2. 【請求項２】 一次加工としてせん断加工を適用すると
   共に二次加工の取り代を板厚の１０％以上で板厚以下に
   設定する請求項１に記載した耐摩耗性が優れた部品の製
   造方法。