JPS61264129A - 高強度高靭性非調質熱間鍛造品の製造方法 - 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、高強度高靭性非調質熱間鍛造品の製造方法に
関し、詳しくは、熱間鍛造後に調質熱処理を行なわずし
て、すぐれた強度と靭性を有する機械構造用非調質鍛造
品の製造方法に関する。

（従来の技術） 従来、機械構造用熱間鍛造品は、一般に、中炭素鋼又は
低合金鋼素材を熱間鍛造した後、再加熱し、焼入れ、焼
戻し、即ち、調質処理を施し、目的、用途に応じた強度
及び靭性を付与して、使用に供されている。しかし、上
記調質処理には多大の熱エネルギー費用を要すると共に
、処理工程の増加、仕掛り品の増大等のために製造費用
が高くならざるを得ない。

そこで、近年、機械構造用熱間鍛造品の製造において、
製造工程を簡略化、特に、熱間鍛造後の調質熱処理を省
略するために、種々の非調質型熱間鍛造用鋼や、また、
非調質熱間鍛造品の製造方法が提案されている。このよ
うな従来の非調質型熱間鍛造用鋼の多くは、中炭素鋼に
微量のＶ、Ｎｂｓ　Ｔｉ、Ｚｒ等の所謂析出硬化型合金
元素を添加した析出硬化型非調質型鋼であって、熱間鍛
造後の冷却工程においてこれら元素を析出させ、その析
出硬化によって高強度を得ようとするものである。

例えば、特公昭５８−２２４３号公報には、中炭素鋼に
微量のＶを添加し、これを１１００℃以上の温度に加熱
して型打鍛造し、この後、５００℃まで１０〜ｂ ことにより、フェライト中に微細なＶ炭窒化物を析出さ
せたフェライト・パーライト組織からなる非調質鍛造品
の製造方法が記載されている。しかし、このような析出
硬化型非調質鋼を用いる場合は、上記析出硬化型合金元
素を熱間鍛造前に十分に鋼中に固溶させるために、鋼を
上記のように１０００〜１１００℃又はそれ以上の高温
に加熱することが必要であり、この結果、鍛造品におい
て結晶粒組織が著しく粗大化するので、十分な靭性を得
ることができない。

このような問題を解決するために、素材鋼や鍛造方法に
関して、析出硬化型元素の添加量をできる限り少なくす
る（例えば、特開昭５５−８２７５０号公報）、低Ｃ高
Ｍｎ化する、（例えば、特開昭５４−１２１２２５公報
）、析出物の種類を制御する（例えば、特開昭５６−３
８４４８号公報）、制御冷却により結晶粒を微細化する
（例えば、特開昭５６−１６９７２３公報）等の方法が
従来より提案されているが、いずれによっても、強度及
び靭性に共にすぐれる非調質熱間鍛造品を得ることは、
尚、容易ではない。

（発明の目的） 本発明者らは、上記した問題を解決するために、析出硬
化型元素を用いることなく、熱間鍛造後に調質処理を行
なわずして、高強度高靭性である非調質熱間鍛造品を得
るべく鋭意研究した結果、機械構造用炭素鋼にＭｎ及び
Ｃｒを所定量添加した綱を所定の低い温度範囲に熱間鍛
造前に加熱して、オーステナイト結晶粒の粗大化を防止
すると共に、熱間鍛造後の冷却によって、鍛造品におけ
る初析フェライト量を減少させ、且つ、パーライト組織
を微細化することによって、熱間鍛造後に非調質にて強
度及び靭性に共にすぐれる鍛造品を得ることができるこ
とを見出して、本発明に至ったものである。

（発明の構成） 本発明による高強度高靭性非調質型鍛造用鋼の製造方法
は、重量％で Ｃ０．２５〜０．６０％、 Ｓｉ０．１０〜１．００％、 Ｍｎ　　１．００〜２．００％及び Ｃｒ　　０．３０〜１．００％ を含有する鋼をＡｃ、変態点以上であって、且つ、１０
５０℃以下の温度に加熱して熱間鍛造を行なった後、冷
却して、鋼組織を、初析フェライト量をＦ（％）とする
とき、 Ｆ≦８５−１０００％（％） （但し、０％は鋼における重量％による含有量を示す。

） であると共に、パーライト・ラメラ間隔をＤ（μｍ）と
するとき、 Ｄ≦０．２０（μｍ） であるフェライト・パーライト組織とすることを特徴と
する。

先ず、従来の機械構造用炭素鋼（Ｓ２８Ｃ−Ｓ５８Ｃ）
及びこれらに所定量のＭｎ及びＣｒを添加した鋼を８０
０〜１０００℃に加熱した後、０〜５０％圧延し、放冷
する熱間鍛造シミュレーションを施して、厚さ１５鶴の
板材を製作し、これら熱間鍛造シミュレーション処理材
から得た試験片についての引張強さとシャルピー衝撃値
との関係を第１図に示す。これより、上記機械構造用炭
素鋼は、Ｍｎ及びＣｒの添加によって、同一強度での靭
性が改善されることが見出された。因に、本発明による
鋼は、引張強さをＴ　Ｓ　（ｋｇｆ／ｍｍ２）　、シャ
ルピー衝撃値をＣＩ　Ｖ　（ｋｇｆ／ｍｍ”）　とする
とき、（ＴＳ）・　（Ｃ１ｙ）　ｌ／２が２３０以上で
あって、強度・靭性にすぐれることが第１図に示されて
いる。

次に、上記熱間鍛造シミュレーション処理材における初
析フェライト量及びパーライト・ラメラ間隔と、強度・
靭性バランスとの関係を第２図に示す。即ち、Ｍｎ及び
Ｃｒの添加によって靭性が改善された上記処理材の顕微
鏡組織は、初析フェライト量をＦ（％）とするとき、 Ｆ≦８５−１０００％（％） （但し、０％は鋼における重量％にょる含有量を示す。

） を満足しており、Ｆが少ないことが理解される。

また、パーライト・ラメラ間隔りが０．２０μｍよりも
小さいことが見出された。

即ち、本発明によれば、従来の機械構造用炭素鋼に所定
量のＭｎ及びＣｒを添加してなる鋼を素材鋼として用い
ると共に、この鋼の熱間鍛造後の冷却によって、鍛造品
の顕微鏡組織におけるフェライト量Ｆを所定値以下に抑
え、且つ、パーライト・ラメラ間隔りを０．２０．ｃｔ
ｍよりも小さくすることによって、非調質にて強度・靭
性バランスにすぐれた熱間鍛造品を得ることができるの
である。

次に、本発明の方法において用いる綱の化学成分の限定
理由を説明する。

Ｃは、本発明による熱間鍛造品に機械構造部品として必
要な強度を与えるために、０．２５％以上を添加するこ
とが必要である。しかし、過多に添加するときは、靭性
及び被削性を害するので、添加量の上限を０．６０％と
する。

Ｓｉは、製鋼上、脱酸剤として必要であると共に、フェ
ライトを強化するためにも必要な元素である。このよう
な効果を有効に得るために、本発明においては、０．１
０％以上を添加することが必要であるが、過多に添加す
るときは、ＳｉＯ□等の介在物が増加し、靭性及び被削
性を低下させるので、添加量の上限を１．００％とする
。

Ｍｎ及びＣｒは、前記したように、熱間鍛造後の初析フ
ェライト量及びパーライト・ラメラ間隔を所定の範囲と
するために、本発明の方法で用いる鋼における必須の元
素であり、Ｍｎについては少なくとも１．００％、Ｃｒ
については少なくとも０．３０％を添加することが必要
である。しかし、これら元素を過多に添加することは、
経済的に不利であるのみならず、鍛造後に高周波焼入れ
等を施すような部品においては、焼き割れ感受性を増大
させるので、添加量の上限は、Ｍｎについては２．００
％、Ｃｒについては１．００％とする。

Ａβは、鋼の脱酸及び結晶粒の微細化のために０、０１
０％以上を添加することが必要であるが、０．０６０％
を越えるときは鋼の被削性が劣化する。

従ッテ、ＡＩＤ添加量は０．０１０−０．０６０％の範
囲とする。

尚、本発明においては、必要に応じて、結晶粒の微細化
のために、上記した元素に加えて、用いる素材鋼に Ｔｉ０．１％以下及び Ｎｂ０．１％以下 よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を添加す
ることができる。また、被削性を向上させるために、 Ｓ　　　０．１５％以下、 Ｐｂ０．３０％以下、 Ｃａ０．０２０％以下、 Ｓｅ０．３０％以下、 Ｔｅ０．３０％以下、 Ｂｉｏ、１ｏ％以下及び Ｃｅ０．２０％以下 よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を添加す
ることもできる。

次に、本発明の方法における鍛造条件について説明する
。

本発明の方法によれば、上記した元素を含有すル１４　
ヲＡ　Ｃ３変態点以上であって、且つ、１０５０℃以下
の温度に加熱して熱間鍛造を行なった後、自然冷却又は
加速冷却して、初析フェライト量をＦ（％）とするとき
、 Ｆ≦８５　１４０Ｃ％Ｃ％）　　　　（１）（但し、０
％は鋼における重量％にょる添加量を意味する。） ラメラ間隔をＤ（μｍ）とするとき、 Ｄ≦０．２０　　（μｍ）　　　　　　　（２）を満足
するフェライト・パーライト組織とすることが必要であ
る。

鍛造前の加熱温度は、均一なオーステナイト組織を得る
ために、Ａｃ３変態点以上の温度とすることが必要であ
る。他方、鍛造前の加熱温度は、結晶粒の粗大化を避け
るために、１０５０℃以下とする必要がある。即ち、１
０５０℃よりも高温に加熱するときは、結晶粒の粗大化
が著しく、強度は向上しても、それ以上に靭性が低下す
るからである。

本発明の方法において、上記（１）及び（２）の条件を
満足する必要があることは、前述したとおりであり、か
かる条件を満足することによって、強度及び靭性のいず
れにもすぐれた非調質熱間鍛造品を得ることができる。

尚、熱間鍛造後の冷却に関して、大型部品の場合は、熱
間鍛造後に自然冷却するときは、所要の顕微鏡組織を得
ることが困難な場合もある。このような場合には、熱間
鍛造後、自然冷却でなく、加速冷却を行なうことにより
、顕微鏡組織を上記条件を満足するように制御して、高
強度高靭性非調質鍛造品を得ることができる。

（発明の効果） 以上のように、本発明によれば、所定量のＭｎ及びＣｒ
を所定量添加した機械構造用鋼を鍛造前所定の低い温度
範囲に加熱することによって結晶粒の粗大化を防止し、
更に、熱間鍛造後の冷却において、初析フェライト量を
減少させ、且つ、パーライト組織を微細化させるので、
高強度高靭性非調質型鍛造用鋼を得ることができる。

（実施例） 以下に本発明の実施例を挙げるが、本発明はこれら実施
例によって何ら制限されるものではない。

実施例 第１表に示す化学組成を有する鋼を８００〜１２００℃
に加熱し、０〜５０％圧延後、放冷する熱間鍛造シミュ
レーション処理を施して、厚さ１５ｆｉの板材を製作し
た。

本発明ｆｉｌＡは、従来の機械構造用炭素鋼である比較
ｍＤにＭｎ及びＣｒを所定量添加して、本発明による化
学成分組成を与えたものである。比較鋼Ｂは、Ｃ量が本
発明で規定する範囲を越えて添加されたもので、このＣ
量の増加によって、初析フェライトを減少させて、高強
度を得ようとするものである。更に、鋼Ｃは、Ｓ４５Ｃ
ｍにＶを添加した析出硬化型非調質鋼である。

上記の本発明鋼及び比較鋼からなる上記熱間鍛造シミュ
レーション処理板材の機械的性質は、上記板材から圧延
方向に平行にＪＩＳ　ｄ号引張試験片及びＪＩＳ　ａ号
衝撃試験片を採取し、室温における引張及び衝撃試験を
行なって評価した。結果を第１図及び第２表に示す。尚
、比較鋼りについては、標準的な調質処理として、８５
０℃加熱後水冷、６００℃で焼戻しを行なった場合につ
いても、その機械的性質を第２表に示す。

以上の結果から明らかなように、本発明によれば、従来
の機械構造用炭素鋼や、或いはこれに多量のＣを添加し
てなる比較鋼、■添加によって析出硬化型非調質鋼とし
た高強度鋼に比べて、すぐれた強度と靭性とを併せ有す
る非調質熱間鍛造品を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、機械構造用鋼におけるＭｎ及びＣｒの添加量
と、非調ｆ熱間鍛造品における引張強さ及び衝撃値との
関係を示すグラフ、第２図は、熱間鍛造品における強度
・靭性バランスと初析フェライト面積率、最小パーライ
ト・ラメラ間隔及びＣ含有量との関係を示すグラフであ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で Ｃ０．２５〜０．６０％、 Ｓｉ０．１０〜１．００％、 Ｍｎ１．００〜２．００％及び Ｃｒ０．３０〜１．００％ を含有する鋼をＡｃ＿３変態点以上であつて、且つ、１
   ０５０℃以下の温度に加熱して熱間鍛造を行なつた後、
   冷却して、鋼組織を、初析フェライト量をＦ（％）とす
   るとき、 Ｆ≦８５−１４０Ｃ％（％） （但し、Ｃ％は鋼における重量％による含有量を示す。 ） であると共に、パーライト・ラメラ間隔をＤ（μｍ）と
   するとき、 Ｄ≦０．２０（μｍ） であるフェライト・パーライト組織とすることを特徴と
   する高強度高靭性非調質熱間鍛造品の製造方法。