JP3320958B2 - 被削性および耐焼割れ性に優れた機械構造用鋼材およびその製造方法 - Google Patents
被削性および耐焼割れ性に優れた機械構造用鋼材およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被削性および耐焼
割れ性に優れた機械構造用鋼に関し、特に高周波焼入れ
焼もどし後のねじり強度が1100MPa 以上を有し、自動車
用ドライブシャフト、等速ジョイント等に適用して好適
な機械構造用鋼材およびその製造方法に関する。
割れ性に優れた機械構造用鋼に関し、特に高周波焼入れ
焼もどし後のねじり強度が1100MPa 以上を有し、自動車
用ドライブシャフト、等速ジョイント等に適用して好適
な機械構造用鋼材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、自動車用ドライブシャフトや等速
ジョイント等の機械構造用部材は、熱間圧延棒鋼に熱間
鍛造、あるいはさらに焼きならし処理を施し、冷間切
削、冷間鍛造等により所定の形状に加工したのち、高周
波焼入れ焼もどしを行い、機械構造用部材としての重要
な特性であるねじり強度を確保しているのが一般的であ
る。
ジョイント等の機械構造用部材は、熱間圧延棒鋼に熱間
鍛造、あるいはさらに焼きならし処理を施し、冷間切
削、冷間鍛造等により所定の形状に加工したのち、高周
波焼入れ焼もどしを行い、機械構造用部材としての重要
な特性であるねじり強度を確保しているのが一般的であ
る。
【０００３】他方、近年環境問題から自動車部材に対し
て部品の軽量化の要求が強く、この点から自動車用部材
のねじり強度の上昇が要求されている。ねじり強度を上
昇させるためには、高周波焼入れによる焼入れ硬化深さ
の増加が考えられている。しかし、焼入れ硬化深さを増
加させるためには、高周波焼入れ条件の変更あるいは鋼
材の合金元素量を増加させることが考えられるが、いず
れも経済的に問題がある。
て部品の軽量化の要求が強く、この点から自動車用部材
のねじり強度の上昇が要求されている。ねじり強度を上
昇させるためには、高周波焼入れによる焼入れ硬化深さ
の増加が考えられている。しかし、焼入れ硬化深さを増
加させるためには、高周波焼入れ条件の変更あるいは鋼
材の合金元素量を増加させることが考えられるが、いず
れも経済的に問題がある。
【０００４】特開平４−218641号公報には、自動車用部
材のねじり強度と被削性、耐焼割れ性を同時に満足でき
るように合金元素量を限定する技術が提案されている。
しかしながら、化学組成のみの限定では被削性、耐焼割
れ性とねじり強度を同時に満足する化学組成の範囲は狭
く、また品質レベルも問題を残していた。
材のねじり強度と被削性、耐焼割れ性を同時に満足でき
るように合金元素量を限定する技術が提案されている。
しかしながら、化学組成のみの限定では被削性、耐焼割
れ性とねじり強度を同時に満足する化学組成の範囲は狭
く、また品質レベルも問題を残していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、自動車用部
材に用いられ、高周波焼入れ焼もどし後のねじり強度が
1100MPa 以上を有し、かつ被削性および耐焼割れ性を同
時に満足する機械構造用鋼材を提供することを目的とす
る。
材に用いられ、高周波焼入れ焼もどし後のねじり強度が
1100MPa 以上を有し、かつ被削性および耐焼割れ性を同
時に満足する機械構造用鋼材を提供することを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するため鋭意検討した結果、高周波焼入れ焼もど
し後の芯部（非硬化部）の強度を上げることがねじり強
度を上昇させることに極めて有利である点に着目した。
従来、鋼においては熱間圧延あるいは鍛造又は焼ならし
後の組織は、フェライト＋パーライトであった。そこで
芯部の強度を上げるために芯部の組織をフェライト＋ベ
イナイトあるいはフェライト＋パーライト＋ベイナイト
とすることに思い至った。一方、被削性は一般に硬さの
他にミクロ組織が影響することは知られていたが、本発
明者らはベイナイト相をわずかに含ませることにより、
被削性が顕著に向上することを見い出し、本発明を構成
したのである。
を解決するため鋭意検討した結果、高周波焼入れ焼もど
し後の芯部（非硬化部）の強度を上げることがねじり強
度を上昇させることに極めて有利である点に着目した。
従来、鋼においては熱間圧延あるいは鍛造又は焼ならし
後の組織は、フェライト＋パーライトであった。そこで
芯部の強度を上げるために芯部の組織をフェライト＋ベ
イナイトあるいはフェライト＋パーライト＋ベイナイト
とすることに思い至った。一方、被削性は一般に硬さの
他にミクロ組織が影響することは知られていたが、本発
明者らはベイナイト相をわずかに含ませることにより、
被削性が顕著に向上することを見い出し、本発明を構成
したのである。
【０００７】すなわち、本発明の第１の発明は、mass％
で、Ｃ：0.25％以上0.35％未満、Si：0.05％以下、Mn：
0.65％以上1.70％以下、Ｐ：0.020 ％以下、Ｓ：0.005
％以上0.030 ％以下、Cr：0.15％以下、Mo：0.05％以上
0.50％以下、Ti：0.01％以上0.05％以下、Al：0.01％以
上0.05％以下、Ｎ：0.01％以下、Ｂ：0.0005％以上0.00
50％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からな
り、かつベイナイトを面積率で５〜30％含む組織からな
ることを特徴とする被削性および耐焼割れ性に優れた機
械構造用鋼材である。
で、Ｃ：0.25％以上0.35％未満、Si：0.05％以下、Mn：
0.65％以上1.70％以下、Ｐ：0.020 ％以下、Ｓ：0.005
％以上0.030 ％以下、Cr：0.15％以下、Mo：0.05％以上
0.50％以下、Ti：0.01％以上0.05％以下、Al：0.01％以
上0.05％以下、Ｎ：0.01％以下、Ｂ：0.0005％以上0.00
50％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からな
り、かつベイナイトを面積率で５〜30％含む組織からな
ることを特徴とする被削性および耐焼割れ性に優れた機
械構造用鋼材である。
【０００８】また、本発明の第２の発明は、mass％で、
Ｃ：0.25％以上0.35％未満、Si：0.05％以下、Mn：0.65
％以上1.70％以下、Ｐ：0.020 ％以下、Ｓ：0.005 ％以
上0.030 ％以下、Cr：0.15％以下、Mo：0.05％以上0.50
％以下、Ti：0.01％以上0.05％以下、Al：0.01％以上0.
05％以下、Ｎ：0.01％以下、Ｂ：0.0005％以上0.0050％
以下を含有し、さらにCu：1.0 ％以下、Ni：3.5 ％以
下、Ｖ：0.01％以上0.30％以下、Nb：0.005 ％以上0.05
0 ％以下のうちから選んだ１種又は２種以上を含有し、
残部Feおよび不可避的不純物からなり、かつベイナイト
を面積率で５〜30％含む組織からなることを特徴とする
被削性および耐焼割れ性に優れた機械構造用鋼材であ
る。
Ｃ：0.25％以上0.35％未満、Si：0.05％以下、Mn：0.65
％以上1.70％以下、Ｐ：0.020 ％以下、Ｓ：0.005 ％以
上0.030 ％以下、Cr：0.15％以下、Mo：0.05％以上0.50
％以下、Ti：0.01％以上0.05％以下、Al：0.01％以上0.
05％以下、Ｎ：0.01％以下、Ｂ：0.0005％以上0.0050％
以下を含有し、さらにCu：1.0 ％以下、Ni：3.5 ％以
下、Ｖ：0.01％以上0.30％以下、Nb：0.005 ％以上0.05
0 ％以下のうちから選んだ１種又は２種以上を含有し、
残部Feおよび不可避的不純物からなり、かつベイナイト
を面積率で５〜30％含む組織からなることを特徴とする
被削性および耐焼割れ性に優れた機械構造用鋼材であ
る。
【０００９】また、本発明の第３の発明は、mass％で、
Ｃ：0.25％以上0.35％未満、Si：0.05％以下、Mn：0.65
％以上1.70％以下、Ｐ：0.020 ％以下、Ｓ：0.005 ％以
上0.030 ％以下、Cr：0.15％以下、Mo：0.05％以上0.50
％以下、Ti：0.01％以上0.05％以下、Al：0.01％以上0.
05％以下、Ｎ：0.01％以下、Ｂ：0.0005％以上0.0050％
以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼
素材を熱間圧延および／または熱間鍛造により所定の形
状に熱間加工し、熱間加工終了後あるいは中間処理加熱
後 0.2〜2.0 ℃／sec の冷却速度で冷却することによ
り、ベイナイトを面積率で５〜30％含む組織とすること
を特徴とする被削性および耐焼割れ性に優れた機械構造
用鋼材の製造方法である。
Ｃ：0.25％以上0.35％未満、Si：0.05％以下、Mn：0.65
％以上1.70％以下、Ｐ：0.020 ％以下、Ｓ：0.005 ％以
上0.030 ％以下、Cr：0.15％以下、Mo：0.05％以上0.50
％以下、Ti：0.01％以上0.05％以下、Al：0.01％以上0.
05％以下、Ｎ：0.01％以下、Ｂ：0.0005％以上0.0050％
以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼
素材を熱間圧延および／または熱間鍛造により所定の形
状に熱間加工し、熱間加工終了後あるいは中間処理加熱
後 0.2〜2.0 ℃／sec の冷却速度で冷却することによ
り、ベイナイトを面積率で５〜30％含む組織とすること
を特徴とする被削性および耐焼割れ性に優れた機械構造
用鋼材の製造方法である。
【００１０】また、本発明の第４の発明は、前記鋼素材
が、mass％で、Ｃ：0.25％以上0.35％未満、Si：0.05％
以下、Mn：0.65％以上1.70％以下、Ｐ：0.020 ％以下、
Ｓ：0.005 ％以上0.030 ％以下、Cr：0.15％以下、Mo：
0.05％以上0.50％以下、Ti：0.01％以上0.05％以下、A
l：0.01％以上0.05％以下、Ｎ：0.01％以下、Ｂ：0.000
5％以上0.0050％以下を含有し、さらにCu：1.0 ％以
下、Ni：3.5 ％以下、Ｖ：0.01％以上0.30％以下、Nb：
0.005 ％以上0.050 ％以下のうちから選んだ１種又は２
種以上を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる
鋼素材であることを特徴とする請求項３記載の被削性お
よび耐焼割れ性に優れた機械構造用鋼材の製造方法であ
る。
が、mass％で、Ｃ：0.25％以上0.35％未満、Si：0.05％
以下、Mn：0.65％以上1.70％以下、Ｐ：0.020 ％以下、
Ｓ：0.005 ％以上0.030 ％以下、Cr：0.15％以下、Mo：
0.05％以上0.50％以下、Ti：0.01％以上0.05％以下、A
l：0.01％以上0.05％以下、Ｎ：0.01％以下、Ｂ：0.000
5％以上0.0050％以下を含有し、さらにCu：1.0 ％以
下、Ni：3.5 ％以下、Ｖ：0.01％以上0.30％以下、Nb：
0.005 ％以上0.050 ％以下のうちから選んだ１種又は２
種以上を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる
鋼素材であることを特徴とする請求項３記載の被削性お
よび耐焼割れ性に優れた機械構造用鋼材の製造方法であ
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明鋼材は、高周波焼入れ焼も
どし後のねじり強度が1100MPa 以上で、被削性として工
具寿命が5000mm以上、焼割れ発生率が10％未満を満足す
るものである。以下、本発明について詳しく述べる。ま
ず、組成の限定理由について説明する。
どし後のねじり強度が1100MPa 以上で、被削性として工
具寿命が5000mm以上、焼割れ発生率が10％未満を満足す
るものである。以下、本発明について詳しく述べる。ま
ず、組成の限定理由について説明する。
【００１２】Ｃ：0.25％以上0.35％未満 Ｃは高周波焼入れ性への影響が最も大きい元素であり、
焼入れ硬化層の硬さおよび深さを高めて、ねじり強度を
高周波焼入れ焼もどし後に1100MPa 以上を確保するのに
有用である。その効果を得るためには少なくとも0.25％
以上必要である。一方、0.35％以上添加すると被削性が
低下し、耐焼割れ性も低下する。したがってＣ量は0.25
％以上0.35％未満とする。
焼入れ硬化層の硬さおよび深さを高めて、ねじり強度を
高周波焼入れ焼もどし後に1100MPa 以上を確保するのに
有用である。その効果を得るためには少なくとも0.25％
以上必要である。一方、0.35％以上添加すると被削性が
低下し、耐焼割れ性も低下する。したがってＣ量は0.25
％以上0.35％未満とする。
【００１３】Si：0.05％以下 Siはフェライトに固溶し、強化する元素であり、本発明
では可能な限り低減する。フェライトの軟化のために許
容できる上限は0.05％であり、Siは0.05％以下とする。
Siを低減することによりフェライト相は軟化し被削性が
向上する。さらに第２相のベイナイト相による被削性向
上効果は、第１相のフェライト相が十分に軟質な時にそ
の効果が発揮される。
では可能な限り低減する。フェライトの軟化のために許
容できる上限は0.05％であり、Siは0.05％以下とする。
Siを低減することによりフェライト相は軟化し被削性が
向上する。さらに第２相のベイナイト相による被削性向
上効果は、第１相のフェライト相が十分に軟質な時にそ
の効果が発揮される。
【００１４】Mn：0.65％以上1.70％以下 Mnは焼入れ性の向上に有用な元素であり、同時に鋼中の
Ｓを固定して熱間脆性を防止する元素である。その効果
を得るためには少なくとも0.65％以上必要だが、1.70％
を超えて添加すると、パーライト分率が増加し被削性が
低下する。したがってMn量は0.65％以上1.70％以下とす
る。好ましくは0.65〜1.3 ％である。
Ｓを固定して熱間脆性を防止する元素である。その効果
を得るためには少なくとも0.65％以上必要だが、1.70％
を超えて添加すると、パーライト分率が増加し被削性が
低下する。したがってMn量は0.65％以上1.70％以下とす
る。好ましくは0.65〜1.3 ％である。
【００１５】Ｐ： 0.020％以下 Ｐは焼入れ時のオーステナイト粒界に偏析して焼割れ性
を助長する。したがってその含有量は極力低下させるべ
きであり、上限は0.020 ％とする。 Ｓ： 0.005％以上 0.030％以下 Ｓは鋼中でMnS を形成し被削性を向上させる。そのため
には0.005 ％以上が必要である。一方、MnS は亀裂の起
点となりやすく、強度、靱性の低下を招くため、Ｓの上
限は 0.030％とする。
を助長する。したがってその含有量は極力低下させるべ
きであり、上限は0.020 ％とする。 Ｓ： 0.005％以上 0.030％以下 Ｓは鋼中でMnS を形成し被削性を向上させる。そのため
には0.005 ％以上が必要である。一方、MnS は亀裂の起
点となりやすく、強度、靱性の低下を招くため、Ｓの上
限は 0.030％とする。
【００１６】Cr：0.15％以下 Crは、パーライトラメラーの層状化を促進し被削性を低
下させる有害な元素である。さらにCrは高周波焼入れ前
の加熱時にセメンタイト中に濃縮しこれを安定化させ、
高周波焼入れ前の加熱でもオーステナイトに固溶しない
残留炭化物を形成し、これが疲労亀裂、とくにねじり疲
労亀裂の起点となり疲労強度を低下させるので、その含
有量は極力低下させるべきであるが、0.15％まで許容で
きる。Cr含有量は0.15％以下を上限としたが、望ましく
は0.05％以下の範囲とする。
下させる有害な元素である。さらにCrは高周波焼入れ前
の加熱時にセメンタイト中に濃縮しこれを安定化させ、
高周波焼入れ前の加熱でもオーステナイトに固溶しない
残留炭化物を形成し、これが疲労亀裂、とくにねじり疲
労亀裂の起点となり疲労強度を低下させるので、その含
有量は極力低下させるべきであるが、0.15％まで許容で
きる。Cr含有量は0.15％以下を上限としたが、望ましく
は0.05％以下の範囲とする。
【００１７】Mo：0.05％以上0.50％以下 Moは焼入れ性向上に有用であるばかりでなく、ベイナイ
トの生成を促進し被削性を向上させる。そのためには0.
05％以上必要である。一方、過剰な添加は硬質なベイナ
イトが多量に生成し被削性を低下させるので、上限は0.
50％とする。ベイナイト生成のためには0.05〜0.25％が
好適である。
トの生成を促進し被削性を向上させる。そのためには0.
05％以上必要である。一方、過剰な添加は硬質なベイナ
イトが多量に生成し被削性を低下させるので、上限は0.
50％とする。ベイナイト生成のためには0.05〜0.25％が
好適である。
【００１８】Ti：0.01％以上0.05％以下 TiはＮと結合し窒化物を形成し、焼入れ性向上に有用な
フリーＢを確保するのに必要である。そのためには0.01
％以上必要である。一方、過剰に添加すると靱性を阻害
するため上限は0.05％とする。Ｎ含有量との関係で通常
の溶製法であれば、Tiは0.01〜0.03％が好適である。
フリーＢを確保するのに必要である。そのためには0.01
％以上必要である。一方、過剰に添加すると靱性を阻害
するため上限は0.05％とする。Ｎ含有量との関係で通常
の溶製法であれば、Tiは0.01〜0.03％が好適である。
【００１９】Al：0.01％以上0.05％以下 Alは強力な脱酸元素であり、鋼中のＯ低減のために必須
である。添加量としては、0.01％以上の添加が必要であ
るが、0.05％を超えて添加すると巨大なアルミナを形成
するため、これが疲労破壊の起点となり疲労強度を低下
させるので、Alは0.05％を上限とする。
である。添加量としては、0.01％以上の添加が必要であ
るが、0.05％を超えて添加すると巨大なアルミナを形成
するため、これが疲労破壊の起点となり疲労強度を低下
させるので、Alは0.05％を上限とする。
【００２０】Ｎ：0.01％以下 ＮはTiと結合しTiN を形成し、高周波加熱時のオーステ
ナイト粒径を細粒化することにより疲労強度を向上させ
るのに有用である。しかし0.01％を超えると粗大なTiN
を形成し疲労強度を低下させるとともに、BNを形成し焼
入れ性に有効なフリーＢ量を低下させる。したがって上
限は0.01％とした。オーステナイト粒細粒化のために
は、Ti量との関係で0.0040〜0.0080％が好適である。
ナイト粒径を細粒化することにより疲労強度を向上させ
るのに有用である。しかし0.01％を超えると粗大なTiN
を形成し疲労強度を低下させるとともに、BNを形成し焼
入れ性に有効なフリーＢ量を低下させる。したがって上
限は0.01％とした。オーステナイト粒細粒化のために
は、Ti量との関係で0.0040〜0.0080％が好適である。
【００２１】Ｂ：0.0005％以上0.0050％以下 Ｂは、焼入れ性を高め高周波焼入れ時の焼入れ深さを高
めることによりねじり強度を高める。そのためには0.00
05％以上の添加が必要であるが、0.0050％を超えると靱
性を低下させるため上限は0.0050％とした。 Cu： 1.0％以下 Cuは焼入れ性向上および被削性向上に有用な元素であ
る。しかし 1.0％を超えて添加すると熱間脆性を引き起
こすので、Cu含有量は 1.0％を上限とする。なお、好ま
しい含有量は 0.4〜1.0 ％である。
めることによりねじり強度を高める。そのためには0.00
05％以上の添加が必要であるが、0.0050％を超えると靱
性を低下させるため上限は0.0050％とした。 Cu： 1.0％以下 Cuは焼入れ性向上および被削性向上に有用な元素であ
る。しかし 1.0％を超えて添加すると熱間脆性を引き起
こすので、Cu含有量は 1.0％を上限とする。なお、好ま
しい含有量は 0.4〜1.0 ％である。
【００２２】Ni： 3.5％以下 Niは焼入れ性向上に有用な元素である。しかし 3.5％を
超えて添加すると被削性を低下させるので、Niの含有量
は 3.5％以下とする。なお、好ましい含有量は0.5〜2.0
％である。 Ｖ：0.01％以上0.30％以下 Ｖは炭窒化物を形成し、オーステナイト粒を微細化させ
て強度向上に寄与する。そのためには0.01％以上が必要
である。一方、過剰に添加すると粗大な析出物を形成し
靱性を阻害するため上限は0.30％とする。
超えて添加すると被削性を低下させるので、Niの含有量
は 3.5％以下とする。なお、好ましい含有量は0.5〜2.0
％である。 Ｖ：0.01％以上0.30％以下 Ｖは炭窒化物を形成し、オーステナイト粒を微細化させ
て強度向上に寄与する。そのためには0.01％以上が必要
である。一方、過剰に添加すると粗大な析出物を形成し
靱性を阻害するため上限は0.30％とする。
【００２３】Nb： 0.005％以上0.050 ％以下 Nbは炭窒化物を形成し、オーステナイト粒を微細化させ
て疲労強度向上に寄与する。そのためには 0.005％以上
が必要である。一方、過剰に添加すると粗大な析出物を
形成し靱性を阻害するため上限は 0.050％とする。次
に、組織の限定について説明する。
て疲労強度向上に寄与する。そのためには 0.005％以上
が必要である。一方、過剰に添加すると粗大な析出物を
形成し靱性を阻害するため上限は 0.050％とする。次
に、組織の限定について説明する。
【００２４】ベイナイトは面積率で５〜30％含有するこ
とが必要である。本発明では熱間圧延あるいは鍛造後ま
たは焼ならし後の組織をベイナイト＋フェライト、フェ
ライト＋パーライ＋ベイナイトとする。ベイナイト相の
存在により被削性が飛躍的に増大する。この理由につい
て、本発明者らは次のように考えている。切削時の切屑
は剪断において発生したボイドの拡大、連結により母材
から分離して形成される。そしてボイドの発生はフェラ
イト・パーライト鋼においては、フェライトとパーライ
トの界面や、パーライト中のフェライトとセメンタイト
との界面で起こる。しかしながら、パーライト地中のセ
メンタイトはラメラー状に規則的に配列しているためそ
の効果が小さいのに対して、ベイナイト相はパーライト
相に比べて炭化物が不揃いになって、炭化物とフェライ
ト相の界面が切削時のボイド発生サイトとして最も有効
に作用するため、鋼中にベイナイト相が存在する場合に
は被削性が飛躍的に向上するのである。被削性に効果を
及ぼすためには、ベイナイトは面積率で５％以上の存在
が必要である。しかし30％を超えると硬さの上昇が大き
く、被削性はかえって低下するため、ベイナイトの比率
は面積率で５〜30％の範囲とする。
とが必要である。本発明では熱間圧延あるいは鍛造後ま
たは焼ならし後の組織をベイナイト＋フェライト、フェ
ライト＋パーライ＋ベイナイトとする。ベイナイト相の
存在により被削性が飛躍的に増大する。この理由につい
て、本発明者らは次のように考えている。切削時の切屑
は剪断において発生したボイドの拡大、連結により母材
から分離して形成される。そしてボイドの発生はフェラ
イト・パーライト鋼においては、フェライトとパーライ
トの界面や、パーライト中のフェライトとセメンタイト
との界面で起こる。しかしながら、パーライト地中のセ
メンタイトはラメラー状に規則的に配列しているためそ
の効果が小さいのに対して、ベイナイト相はパーライト
相に比べて炭化物が不揃いになって、炭化物とフェライ
ト相の界面が切削時のボイド発生サイトとして最も有効
に作用するため、鋼中にベイナイト相が存在する場合に
は被削性が飛躍的に向上するのである。被削性に効果を
及ぼすためには、ベイナイトは面積率で５％以上の存在
が必要である。しかし30％を超えると硬さの上昇が大き
く、被削性はかえって低下するため、ベイナイトの比率
は面積率で５〜30％の範囲とする。
【００２５】本発明鋼材の溶製方法は、常法にしたがっ
て製造すればよく特に限定しない。溶製方法は、転炉あ
るいは電気炉で溶製し、ＲＨ脱ガス等の真空脱ガス、取
鍋での精錬などを付加してもよい。溶鋼は連続鋳造法あ
るいは造塊法で凝固させ、凝固させた後、熱間圧延ある
いは熱間・温間鍛造を経て所定形状の素材とする。これ
ら素材は、必要により焼ならし、球状化焼鈍、軟化焼鈍
などの中間熱処理を施され、切削、鍛造、転造などの冷
間加工により所望の形状に仕上げられる。
て製造すればよく特に限定しない。溶製方法は、転炉あ
るいは電気炉で溶製し、ＲＨ脱ガス等の真空脱ガス、取
鍋での精錬などを付加してもよい。溶鋼は連続鋳造法あ
るいは造塊法で凝固させ、凝固させた後、熱間圧延ある
いは熱間・温間鍛造を経て所定形状の素材とする。これ
ら素材は、必要により焼ならし、球状化焼鈍、軟化焼鈍
などの中間熱処理を施され、切削、鍛造、転造などの冷
間加工により所望の形状に仕上げられる。
【００２６】本発明では、熱間圧延あるいは熱間鍛造後
または焼ならし等のオーステナイト化後の冷却は、鋼材
の組織を所定のベイナイト量とするため、 0.2℃／sec
〜2.0 ℃／sec 範囲の冷却速度とする。特に太径の棒鋼
では冷却を調整した加速冷却を行うのが好適である。こ
の冷却条件の範囲を下回ると、ベイナイト相の形成が少
なく、またこれら冷却速度より速いと硬化相が出現し被
削性が低下する。
または焼ならし等のオーステナイト化後の冷却は、鋼材
の組織を所定のベイナイト量とするため、 0.2℃／sec
〜2.0 ℃／sec 範囲の冷却速度とする。特に太径の棒鋼
では冷却を調整した加速冷却を行うのが好適である。こ
の冷却条件の範囲を下回ると、ベイナイト相の形成が少
なく、またこれら冷却速度より速いと硬化相が出現し被
削性が低下する。
【００２７】
（実施例１）表１に示す化学組成の鋼を、転炉で溶製
し、連続鋳造により 400×540mm のブルームにした後、
熱間圧延により 150mm角ビレットとした。このビレット
を1030℃に加熱後、熱間圧延により25mmφの直棒とし
た。圧延後、空冷（ 0.7℃／min）とした。冷却後の直
棒の組織中ベイナイト相の比率を表２に示す。この直棒
を用いて、下記に示す試験を実施し、その結果を表２に
示す。
し、連続鋳造により 400×540mm のブルームにした後、
熱間圧延により 150mm角ビレットとした。このビレット
を1030℃に加熱後、熱間圧延により25mmφの直棒とし
た。圧延後、空冷（ 0.7℃／min）とした。冷却後の直
棒の組織中ベイナイト相の比率を表２に示す。この直棒
を用いて、下記に示す試験を実施し、その結果を表２に
示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【表２】
【００３０】（１）被削性試験 この直棒から被削性試験片を採取した。被削性試験は、
ＳＫＨ４、４mmφのドリルを用いて、1500rpm の条件で
12mm長さの穿孔を行い、切削不能になるまでの総穴明け
長さ（mm）を工具寿命として求め評価した。 （２）ねじり強さ試験 直棒から平行部20mmφの平滑丸棒ねじり試験片を作製
し、これに周波数15kHzの高周波焼入れ装置を用いて焼
入れし、 170℃×30分の焼もどし処理を施しねじり試験
を行った。高周波焼入れ焼もどし後の焼入れ深さは３mm
とした。ねじり試験は、500kgf・ｍのねじり試験機を用
いて、最大ねじり剪断強度を求めねじり強度とした。
ＳＫＨ４、４mmφのドリルを用いて、1500rpm の条件で
12mm長さの穿孔を行い、切削不能になるまでの総穴明け
長さ（mm）を工具寿命として求め評価した。 （２）ねじり強さ試験 直棒から平行部20mmφの平滑丸棒ねじり試験片を作製
し、これに周波数15kHzの高周波焼入れ装置を用いて焼
入れし、 170℃×30分の焼もどし処理を施しねじり試験
を行った。高周波焼入れ焼もどし後の焼入れ深さは３mm
とした。ねじり試験は、500kgf・ｍのねじり試験機を用
いて、最大ねじり剪断強度を求めねじり強度とした。
【００３１】（３）焼割れ性試験 耐焼割れ性は、上記の25mmφの直棒から、表面に軸方向
のＶ字溝を付けた丸棒（20mmφ）を加工し、（２）と同
様の高周波焼入れを行った後に、丸棒のＣ断面10箇所を
研磨観察し、その割れの発生個数で評価した。鋼１、
２、３、４、11、12は本発明例である。比較例の鋼５、
６、７、８、10に比べ、ベイナイト相の比率が本発明範
囲内となることにより被削性が高いことがわかる。比較
例の鋼８は本発明範囲に比べＣ量が高く、ねじり強度の
改善が著しくなく、しかも耐焼割れ性が劣化し、被削性
も低下している。Ｃ量が低い比較例、鋼９は、ねじり強
度が著しく低下している。Si量が高い鋼10は、ベイナイ
ト相の比率には変化ないものの、被削性が低下してい
る。
のＶ字溝を付けた丸棒（20mmφ）を加工し、（２）と同
様の高周波焼入れを行った後に、丸棒のＣ断面10箇所を
研磨観察し、その割れの発生個数で評価した。鋼１、
２、３、４、11、12は本発明例である。比較例の鋼５、
６、７、８、10に比べ、ベイナイト相の比率が本発明範
囲内となることにより被削性が高いことがわかる。比較
例の鋼８は本発明範囲に比べＣ量が高く、ねじり強度の
改善が著しくなく、しかも耐焼割れ性が劣化し、被削性
も低下している。Ｃ量が低い比較例、鋼９は、ねじり強
度が著しく低下している。Si量が高い鋼10は、ベイナイ
ト相の比率には変化ないものの、被削性が低下してい
る。
【００３２】（実施例２）表３に示す化学組成の鋼を、
転炉で溶製し、 400×540mm のブルームにした後、熱間
圧延により25mmφの丸棒とした。熱間圧延終了後 1.4〜
3.0 ℃／sec の加速冷却を行い素材とした。これらの素
材を用い、実施例１と同様の試験を実施し、その結果を
表４に示す。
転炉で溶製し、 400×540mm のブルームにした後、熱間
圧延により25mmφの丸棒とした。熱間圧延終了後 1.4〜
3.0 ℃／sec の加速冷却を行い素材とした。これらの素
材を用い、実施例１と同様の試験を実施し、その結果を
表４に示す。
【００３３】この結果から、組成を本発明範囲とするこ
とで、被削性、ねじり強度、耐焼割れ性も優れている。
圧延後の冷却条件によってベイナイト相比率が変化する
が、本発明範囲外のベイナイト量では被削性が劣る。
とで、被削性、ねじり強度、耐焼割れ性も優れている。
圧延後の冷却条件によってベイナイト相比率が変化する
が、本発明範囲外のベイナイト量では被削性が劣る。
【００３４】
【表３】
【００３５】
【表４】
【００３６】
【発明の効果】本発明によれば、高周波焼入れ焼もどし
後のねじり強度も高く、しかも被削性と耐焼割れ性を同
時に兼ね備えた鋼材が得られ、産業上の利用価値は大で
ある。
後のねじり強度も高く、しかも被削性と耐焼割れ性を同
時に兼ね備えた鋼材が得られ、産業上の利用価値は大で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大森 靖浩 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎 製鉄株式会社 技術研究所内 (56)参考文献 特開 平８−232043（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−127844（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−340924（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−209223（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−318146（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−218641（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−118794（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−111401（ＪＰ，Ａ) 特許2979987（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60
Claims (4)
- 【請求項１】 mass％で、Ｃ：0.25％以上0.35％未満、
Si：0.05％以下、Mn：0.65％以上1.70％以下、Ｐ：0.02
0 ％以下、Ｓ：0.005 ％以上0.030 ％以下、Cr：0.15％
以下、Mo：0.05％以上0.50％以下、Ti：0.01％以上0.05
％以下、Al：0.01％以上0.05％以下、Ｎ：0.01％以下、
Ｂ：0.0005％以上0.0050％以下を含有し、残部Feおよび
不可避的不純物からなり、かつベイナイトを面積率で５
〜30％含む組織からなることを特徴とする被削性および
耐焼割れ性に優れた機械構造用鋼材。 - 【請求項２】 mass％で、Ｃ：0.25％以上0.35％未満、
Si：0.05％以下、Mn：0.65％以上1.70％以下、Ｐ：0.02
0 ％以下、Ｓ：0.005 ％以上0.030 ％以下、Cr：0.15％
以下、Mo：0.05％以上0.50％以下、Ti：0.01％以上0.05
％以下、Al：0.01％以上0.05％以下、Ｎ：0.01％以下、
Ｂ：0.0005％以上0.0050％以下を含有し、さらにCu：1.
0 ％以下、Ni：3.5 ％以下、Ｖ：0.01％以上0.30％以
下、Nb：0.005 ％以上0.050 ％以下のうちから選んだ１
種又は２種以上を含有し、残部Feおよび不可避的不純物
からなり、かつベイナイトを面積率で５〜30％含む組織
からなることを特徴とする被削性および耐焼割れ性に優
れた機械構造用鋼材。 - 【請求項３】 mass％で、Ｃ：0.25％以上0.35％未満、
Si：0.05％以下、Mn：0.65％以上1.70％以下、Ｐ：0.02
0 ％以下、Ｓ：0.005 ％以上0.030 ％以下、Cr：0.15％
以下、Mo：0.05％以上0.50％以下、Ti：0.01％以上0.05
％以下、Al：0.01％以上0.05％以下、Ｎ：0.01％以下、
Ｂ：0.0005％以上0.0050％以下を含有し、残部Feおよび
不可避的不純物からなる鋼素材を熱間圧延および／また
は熱間鍛造により所定の形状に熱間加工し、熱間加工終
了後あるいは中間処理加熱後 0.2〜2.0 ℃／sec の冷却
速度で冷却することにより、ベイナイトを面積率で５〜
30％含む組織とすることを特徴とする被削性および耐焼
割れ性に優れた機械構造用鋼材の製造方法。 - 【請求項４】 前記鋼素材が、mass％で、Ｃ：0.25％以
上0.35％未満、Si：0.05％以下、Mn：0.65％以上1.70％
以下、Ｐ：0.020 ％以下、Ｓ：0.005 ％以上0.030 ％以
下、Cr：0.15％以下、Mo：0.05％以上0.50％以下、Ti：
0.01％以上0.05％以下、Al：0.01％以上0.05％以下、
Ｎ：0.01％以下、Ｂ：0.0005％以上0.0050％以下を含有
し、さらにCu：1.0 ％以下、Ni：3.5 ％以下、Ｖ：0.01
％以上0.30％以下、Nb：0.005 ％以上0.050 ％以下のう
ちから選んだ１種又は２種以上を含有し、残部Feおよび
不可避的不純物からなる鋼素材であることを特徴とする
請求項３記載の被削性および耐焼割れ性に優れた機械構
造用鋼材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25225795A JP3320958B2 (ja) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | 被削性および耐焼割れ性に優れた機械構造用鋼材およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25225795A JP3320958B2 (ja) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | 被削性および耐焼割れ性に優れた機械構造用鋼材およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0987801A JPH0987801A (ja) | 1997-03-31 |
| JP3320958B2 true JP3320958B2 (ja) | 2002-09-03 |
Family
ID=17234718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25225795A Expired - Fee Related JP3320958B2 (ja) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | 被削性および耐焼割れ性に優れた機械構造用鋼材およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3320958B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5821794B2 (ja) * | 2012-07-18 | 2015-11-24 | 新日鐵住金株式会社 | 焼入れ鋼材およびその製造方法ならびに焼入れ用鋼材 |
| CN112458362A (zh) * | 2020-11-02 | 2021-03-09 | 中国神华能源股份有限公司神朔铁路分公司 | 一种机车用13b型锻造钩尾框及其生产方法 |
-
1995
- 1995-09-29 JP JP25225795A patent/JP3320958B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0987801A (ja) | 1997-03-31 |
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