JPH11106866A - 粗大粒防止特性に優れた肌焼鋼とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、浸炭焼入れ工程において粗大粒の
発生を安定的に抑制することができ、浸炭焼入れ後の歪
みや曲がりの発生を防止することができる肌焼鋼とその
製造方法を提供する。 【解決手段】 Ａｌ：０．０２〜０．０５％、Ｎ：０．
００５〜０．０１４％他、特定成分を特定範囲含有し、
ＡｌＮの析出量を０．００５％以下に制限し、ベイナイ
トの組織分率を３０％以下に制限し、熱間圧延方向に平
行な断面の組織のフェライトバンドの評点が１〜３であ
ることを特徴とする鋼。鋼の製造方法は、上記成分の鋼
を加熱温度を１１５０℃以上、熱間圧延の仕上げ温度を
９２０〜１０００℃、熱間圧延に引き続いて８００〜５
００℃の温度範囲を１℃／秒以下の冷却速度で徐冷する
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粗大粒防止肌焼鋼
とその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】歯車、シャフト、ＣＶＪ部品は、通常、
例えばＪＩＳ Ｇ ４０５２、ＪＩＳＧ ４１０４、Ｊ
ＩＳ Ｇ ４１０５、ＪＩＳ Ｇ ４１０６などに規定
されている中炭素の機械構造用合金鋼を使用し、冷間鍛
造（転造も含む）−切削により所定の形状に加工された
後、浸炭焼入れを行う工程で製造されている。冷間鍛造
は、製品の表面肌、寸法精度が良く、熱間鍛造に比べて
製造コストが低く、歩留まりも良好であるため、従来は
熱間鍛造で製造されていた部品を、冷間鍛造へ切り替え
る傾向が強くなっており、冷鍛−浸炭工程で製造される
浸炭部品の対象は近年顕著に増加している。浸炭部品の
大きな課題として、熱処理歪みの低減が挙げられる。こ
れは、シャフトについては熱処理歪みで曲がればシャフ
トとしての機能が損なわれるためであり、また歯車やＣ
ＶＪ部品では熱処理歪みが大きければ、騒音や振動の原
因となるためである。ここで、熱処理歪みの最大の原因
は、浸炭時に発生する粗大粒である。この粗大粒を抑制
するために、従来は、冷間鍛造後、浸炭焼入れの前に、
焼鈍が行われていた。これに対して、コスト削減の視点
から、近年焼鈍省略の指向が強い。そのためには、焼鈍
を省略しても粗大粒を生じない鋼材が強く求められてい
る。

【０００３】これに対して、特開昭５６−７５５５１号
公報には、特定量のＡｌ、Ｎを含有する鋼を１２００℃
以上に加熱後、熱間加工をすることにより、９８０℃で
６時間の浸炭を行った場合でも、芯部のオーステナイト
結晶粒度番号で６番以上の細粒に保持できる浸炭用鋼が
示されている。しかしながら、該鋼の粗大粒抑制の能力
は不安定であり、鋼材の製造工程よっては、浸炭時の粗
大粒の発生を抑制できないのが現実である。

【０００４】また、特開昭６１−２６１４２７号公報に
は、特定量のＡｌ、Ｎを含有する鋼を、ＡｌとＮ量に応
じた温度に加熱し、仕上げ温度を９５０℃以下の条件で
熱間圧延し、圧延後のＡｌＮの析出量を４０ｐｐｍ以
下、フェライトの結晶粒度番号を１１〜９である浸炭用
鋼の製造方法が示されている。しかしながら、該鋼もや
はり、粗大粒抑制の能力は不安定であり、鋼材の製造工
程によっては、浸炭時の粗大粒の発生を抑制できないの
が現実である。

【０００５】また、特開昭５８−４５３５４号公報に
は、特定量のＡｌ、Ｎｂ、Ｎを含有する肌焼鋼が示され
ている。しかしながら、該鋼もやはり、粗大粒抑制の能
力は不安定であり、粗大粒の発生を抑制できる場合もあ
れば、できない場合もある。また、該鋼はその実施例か
ら明らかな通り、０．０２１％以上のＮを含有する。そ
のため、結晶粒粗大化特性はかえって劣化するととも
に、鋼材の製造時に割れやキズが発生しやすく、また素
材の状態で硬くて冷間加工性が良くない等の欠点を有し
ている。

【０００６】ここで、Ｎｂ添加鋼は粒界をピン止めする
粒子としてＮｂ（ＣＮ）を活用できるため、一般的に
は、Ｎｂ無添加鋼に比べては、粗大粒が発生しにくい傾
向を示す。しかしながら、Ｎｂ添加鋼は、そもそも素材
の状態で硬くて冷間加工性が良くなく、コスト的にも高
価である。そのため、Ｎｂ無添加での粗大粒防止鋼が強
く望まれている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のような開示され
た方法では、浸炭焼入れ工程において粗大粒の発生を安
定的に抑制することができず、歪みや曲がりの発生を防
止することはできない。本発明はこのような問題を解決
して、冷間加工性に優れ、コスト的にも安価であるＮｂ
無添加で、なお且つ熱処理歪みの小さい粗大粒防止特性
に優れた肌焼鋼とその製造方法を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、以下の手
段を用いて上記の課題を解決した。

【０００９】すなわち、本発明の請求項１の発明は、Ｃ
：０．１〜０．３５％、Ｓｉ：０．０２〜０．５％、
Ｍｎ：０．３〜１．８％、Ｓ ：０．００５〜０．１５
％、Ａｌ：０．０２〜０．０５％、Ｎ ：０．００５〜
０．０１４％を含有し、更に、Ｃｒ：０．４〜１．８
％、Ｍｏ：０．０２〜１．０％、Ｎｉ：０．１〜３．５
％、Ｖ ：０．０３〜０．５％の１種または２種以上を
含有し、Ｐ ：０．０２５％以下、Ｔｉ：０．０１％以
下、Ｏ ：０．００２５％以下に各々制限し、残部が鉄
および不可避的不純物からなり、ＡｌＮの析出量を０．
００５％以下に制限し、ベイナイトの組織分率を３０％
以下に制限し、熱間圧延方向に平行な断面の組織のフェ
ライトバンドの評点が１〜３であることを特徴とする粗
大粒防止特性に優れた肌焼鋼。

【００１０】本発明の請求項２の発明は、上記の鋼を製
造するに際して、加熱温度を１１５０℃以上、熱間圧延
の仕上げ温度を９２０〜１０００℃、熱間圧延に引き続
いて８００〜５００℃の温度範囲を１℃／秒以下の冷却
速度で徐冷する条件で線材または棒鋼に熱間加工するこ
とを特徴とする粗大粒防止特性に優れた肌焼鋼の製造方
法を用いることである。

【００１１】本発明の鋼と製造方法を用いることによ
り、Ｎｂ無添加鋼においても、浸炭焼入れ工程において
粗大粒の発生を安定的に抑制することができ、これによ
り歪みや曲がりの発生を防止することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明者らは、浸炭時に粗大粒の
発生の防止を達成するために結晶粒の粗大化の支配因子
について鋭意調査し、次の点を明らかにした。

【００１３】（１） 同じ化学組成の鋼材でも、粗大粒
の発生を抑制できる場合もあれば、できない場合もあ
り、化学組成を制限するのみでは、粗大粒を防止するこ
とはできない。化学組成以外の要因として重要なのは、
熱間加工後の鋼材のＡｌＮの固溶状態、ベイナイト組織
の混入状況および熱間圧延方向に平行な断面で認められ
るフェライトバンドの程度、つまり縞状組織の程度であ
る。

【００１４】（２） 浸炭時に結晶粒の粗大化を防止す
るにはピン止め粒子として微細なＡｌＮを多量分散させ
ることが重要である。浸炭加熱時にＡｌＮのピン止め効
果を安定して発揮させるには、熱間圧延後の鋼材の状態
で、ＡｌＮの析出量を極力制限する必要がある。

【００１５】（３） さらに、熱間圧延後の鋼材に、Ｔ
ｉＮやＡｌ₂Ｏ₃が存在すると、これが、ＡｌＮ析出の核
になり、ＡｌＮの析出量が増大するので、不純物として
のＴｉの含有量およびＯの含有量を極力制限しなければ
ならない。

【００１６】（４） 上記のようにＡｌＮの固溶状態の
規制を満足したとしても、熱間加工後の鋼材にベイナイ
ト組織が混入すると、浸炭加熱時にフェライト−パーラ
イト−ベイナイト組織からオーステナイト組織へ逆変態
した直後において、混粒組織を形成し、この混粒組織が
粗大粒へと引き継がれる。そのため、特に、ピンニング
力の弱いＮｂ無添加鋼においては、熱間圧延後の鋼材の
ベイナイト組織量の制限は必須の要件である。

【００１７】（５） さらに、粗大粒の発生特性は、熱
間圧延後の鋼材の圧延方向に平行な断面で認められるフ
ェライトバンドと呼ばれる縞状組織の程度に依存する。
ここで、フェライトバンドの程度は、昭和４５年社団法
人日本金属学会発行「日本金属学会誌第３４巻第９号第
９６１頁」において１〜７の７段階に評点化されてい
る。すなわち、上記の日本金属学会誌第３４巻第９号の
第９５７〜９６２頁には、標題のとおり、「フェライト
縞状組織におよぼすオーステナイト結晶粒度と鍛造比の
影響について」が記載されており、第９６１頁左欄第７
〜８行には「縞状組織の程度を数量的に表示するため
に、Ｐｈｏｔｏ．４の基準写真を作成した。」と記載さ
れており、同頁の「Ｐｈｏｔｏ．４ Ｃｌａｓｓｉｆｉ
ｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｆｅｒｒｉｔｅ ｂａｎｄｓ
（×５０×２／３×５／６）」には１〜７の基準写真が
掲載されている。この基準写真を図６に示す。該評点で
は、評点の番号が小さいほどフェライトバンドが軽微で
あり、評点の番号が大きいほどフェライトバンドが顕著
であることを示している。粗大粒を抑制するためには、
圧延方向に平行な断面の組織が、上記の日本金属学会誌
第３４巻第９６１頁で定義されたフェライトバンドの評
点が１〜３であることが必要である。これは、フェライ
トバンドの評点が４以上のように、フェライトバンドが
顕著であると、パーライト組織が連続的につながるため
に、浸炭加熱時にフェライト・パーライト組織からオー
ステナイト組織に逆変態した際に混粒を生じ、粗大発生
の原因となるためである。

【００１８】（６） 熱間圧延後の鋼材の状態で、Ａｌ
Ｎの析出量を極力制限するためには、熱間圧延加熱温度
を高温にする必要がある。

【００１９】（７） 熱間加工後の鋼材のベイナイト組
織量の制限およびフェライトバンドの程度を軽減するた
めには、熱間圧延後の仕上げ温度・冷却条件を最適化す
れば良い。

【００２０】本発明は以上の新規なる知見にもとづいて
なされたものである。

【００２１】以下、本発明について詳細に説明する。

【００２２】まず、成分の限定理由について説明する。

【００２３】Ｃは鋼に必要な強度を与えるのに有効な元
素であるが、０．１％未満では必要な引張強さを確保す
ることができず、０．３５％を超えると硬くなって冷間
加工性が劣化するとともに、浸炭後の芯部靭性が劣化す
るので、０．１〜０．３５％の範囲内にする必要があ
る。

【００２４】Ｓｉは鋼の脱酸に有効な元素であるととも
に、鋼に必要な強度、焼入れ性を与え、焼戻し軟化抵抗
を向上するのに有効な元素であるが、０．０２％未満で
はその効果は不十分である。一方、０．５％を超える
と、硬さの上昇を招き冷間鍛造性が劣化する。以上の理
由から、その含有量を０．０２〜０．５％の範囲内にす
る必要がある。好適範囲は０．０２〜０．３％である。
なお、冷鍛性を重視する場合は、０．０２〜０．１５％
の範囲にするのが望ましい。

【００２５】Ｍｎは鋼の脱酸に有効な元素であるととも
に、鋼に必要な強度、焼入れ性を与えるのに有効な元素
であるが、０．３％未満では効果は不十分であり、１．
８％を超えるとその効果は飽和するのみならず、硬さの
上昇を招き冷間鍛造性が劣化するので、０．３〜１．８
％の範囲内にする必要がある。好適範囲は０．５〜１．
２％である。なお、冷鍛性を重視する場合は、０．５〜
０．７５％の範囲にするのが望ましい。

【００２６】Ｓは鋼中でＭｎＳを形成し、これによる被
削性の向上を目的として添加するが、０．００５％未満
ではその効果は不十分である。一方、０．１５％を超え
るとその効果は飽和し、むしろ粒界偏析を起こし粒界脆
化を招く。以上の理由から、Ｓの含有量を０．００５〜
０．１５％の範囲内にする必要がある。好適範囲は０．
００５〜０．０４％である。

【００２７】Ａｌは、浸炭加熱の際に、鋼中のＮと結び
付いてＡｌＮを形成し、結晶粒の微細化、及び結晶粒の
粗大化抑制に有効な元素である。０．０２％未満ではそ
の効果は不十分である。一方、０．０５％を超えると、
ＡｌＮの析出物が粗大になり、結晶粒の粗大化抑制には
寄与しなくなる。以上の理由から、その含有量を０．０
２〜０．０５％の範囲内にする必要がある。好適範囲は
０．０２５〜０．０４％である。

【００２８】ＮはＡｌＮの析出による浸炭時の結晶粒の
微細化、及び結晶粒の粗大化抑制を目的として添加する
が、０．００５％未満ではその効果は不十分である。一
方、０．０１４％を超えると、その効果は飽和する、過
剰なＮの添加は、素材の硬さを増大させ、冷間鍛造性を
劣化させる。以上の理由から、その含有量を０．００５
〜０．０１４％の範囲内にする必要がある。好適範囲
は、０．００７〜０．０１４％である。

【００２９】次に、本願発明では、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、
Ｖの１種又は２種以上を含有する。

【００３０】Ｃｒは鋼に強度、焼入れ性を与えるのに有
効な元素であるが、０．４％未満ではその効果は不十分
であり、１．８％を超えて添加すると硬さの上昇を招き
冷間鍛造性が劣化する。以上の理由から、その含有量を
０．０４〜１．８％の範囲内にする必要がある。好適範
囲は０．７〜１．５％である。

【００３１】Ｍｏも鋼に強度、焼入れ性を与えるのに有
効な元素であるが、０．０２％未満ではその効果は不十
分であり、１．０％を超えて添加すると硬さの上昇を招
き冷間鍛造性が劣化する。以上の理由から、その含有量
を０．０２〜１．０％の範囲内にする必要がある。好適
範囲は０．０２〜０．４％である。

【００３２】Ｎｉも鋼に強度、焼入れ性を与えるのに有
効な元素であるが、０．１％未満ではその効果は不十分
であり、３．５％を超えて添加すると硬さの上昇を招き
冷間鍛造性が劣化する。以上の理由から、その含有量を
０．１〜３．５％の範囲内にする必要がある。好適範囲
は０．４〜２．０％である。

【００３３】Ｖも鋼に強度、焼入れ性を与えるのに有効
な元素であるが、０．０３％未満ではその効果は不十分
であり、０．５％を超えて添加すると硬さの上昇を招き
冷間鍛造性が劣化する。以上の理由から、その含有量を
０．０３〜０．５％の範囲内にする必要がある。好適範
囲は０．０７〜０．２％である。

【００３４】Ｐは冷間鍛造時の変形抵抗を高め、靭性を
劣化させる元素であるため、冷間鍛造性が劣化する。ま
た、焼入れ、焼戻し後の部品の結晶粒界を脆化させるこ
とによって、疲労強度を劣化させるのでできるだけ低減
することが望ましい。従ってその含有量を０．０２５％
以下に制限する必要がある。好適範囲は０．０１５％以
下である。

【００３５】本発明のような高Ｎ鋼においては、Ｔｉは
鋼中のＮと結び付いてＴｉＮを形成する。ＴｉＮの析出
物は粗大であり、浸炭時の結晶粒の微細化、及び結晶粒
の粗大化抑制に寄与しない。むしろ、ＴｉＮが存在する
と、ＡｌＮの析出サイトとなり、熱間圧延時にＡｌＮが
粗大に析出し、浸炭時に結晶粒の粗大化を抑制できなく
なる。そのため、Ｔｉ量はできるだけ低減することが望
ましい。図１にＴｉ量と結晶粒粗大化温度との関係を示
す。圧下率５０％の据え込みを行った後、各温度で５時
間保定して浸炭シミュレーションを行った結果である。
Ｔｉ含有量が０．０１％を超えると粗大粒発生温度が９
５０℃以下になり、実用的には粗大粒の発生が懸念され
る。以上の理由から、Ｔｉの含有量を０．０１％以下に
制限する必要がある。好適範囲は０．００５％以下であ
る。なお、粗大なＴｉＮの存在は、最終部品の面疲労特
性の顕著な劣化を招くが、上記の範囲でＴｉ量を規制す
ることにより、面疲労特性の劣化を抑制できる。

【００３６】本発明のような高Ａｌ鋼においては、Ｏは
鋼中でＡｌ₂Ｏ₃のような酸化物系介在物を形成する。酸
化物系介在物が鋼中に多量に存在すると、ＡｌＮの析出
サイトとなり、熱間圧延時にＡｌＮが粗大に析出し、浸
炭時に結晶粒の粗大化を抑制できなくなる。そのため、
Ｏ量はできるだけ低減することが望ましい。図２にＯ量
と結晶粒粗大化温度との関係を示す。圧下率５０％の据
え込みを行った後、各温度で５時間保定して浸炭シミュ
レーションを行った結果である。Ｏ含有量が０．００２
５％を超えると粗大粒発生温度が９５０℃以下になり、
実用的には粗大粒の発生が懸念される。以上の理由か
ら、その含有量を０．００２５％以下に制限する必要が
ある。好適範囲は０．００２％以下である。

【００３７】次に、本願発明では、熱間圧延後のＡｌＮ
の析出量を０．００５％以下に制限するが、このように
限定した理由を以下に述べる。

【００３８】浸炭時に結晶粒の粗大化を防止するにはピ
ン止め粒子として微細なＡｌＮを浸炭時に多量分散させ
ることが有効である。粗大なＡｌＮは浸炭時の結晶粒の
粗大化防止に全く役に立たないばかりでなく、むしろ粗
大化防止に対して有害である。

【００３９】浸炭加熱時にＡｌＮのピン止め効果を安定
して発揮させるには、熱間圧延後の鋼材の状態で、Ａｌ
Ｎの析出量を逆に極力制限する必要がある。これは、熱
間圧延後の鋼材の状態で析出するＡｌＮは粗大であり、
浸炭時に粗大粒防止のためのピン止め粒子として寄与し
ない。逆に、熱間圧延後の鋼材の状態で、ＡｌＮの析出
量を本発明の範囲で極力制限すれば、その後の焼鈍過
程、あるいは浸炭時の昇温過程でＡｌＮを鋼中に微細分
散させることが可能になり、浸炭時の粗大粒を防止する
ことが可能になる。図３に熱間圧延後のＡｌＮの析出量
と結晶粒粗大化温度との関係を示す。圧延ままの棒鋼に
ついて、圧下率５０％の据え込みを行った後、各温度で
５時間保定して浸炭シミュレーションを行った結果であ
る。ＡｌＮの析出量が０．００５％を超えると、粗大粒
発生温度が９５０℃以下になり、実用的には粗大粒の発
生が懸念される。以上の理由から、熱間圧延後のＡｌＮ
の析出量を０．００５％以下に制限する。

【００４０】次に、本願発明では、熱間加工後のベイナ
イトの組織分率を３０％以下に制限するが、このように
限定した理由を以下に述べる。

【００４１】上記のようにＡｌＮの規制を満足したとし
ても、熱間加工後の鋼材にベイナイト組織が混入する
と、浸炭加熱時の粗大粒発生の原因になる。図４にベイ
ナイト分率と結晶粒粗大化温度との関係を示す。圧下率
５０％の据え込みを行った後、各温度で５時間保定して
浸炭シミュレーションを行った結果である。ベイナイト
の組織分率が３０％を超えると粗大粒発生温度が９５０
℃以下になり、実用的には粗大粒の発生が懸念される。
また、ベイナイトの混入の抑制は冷間加工性改善の視点
からも望ましい。以上の理由から、熱間圧延後のベイナ
イトの組織分率を３０％以下に制限する必要がある。好
適版は２０％以下である。

【００４２】次に、本願発明では、熱間圧延後の圧延方
向に平行な断面の組織のフェライトバンドの評点が１〜
３とする。フェライトバンドの評点は、上記のように日
本金属学会誌第３４巻第９６１頁で定義された評点であ
る。本願発明において、このようにフェライトバンドの
評点を限定した理由を以下に述べる。

【００４３】一般的に、熱間圧延後の鋼材の圧延方向に
平行な断面ではフェライトバンドと呼ばれる縞状組織が
認められる。粗大粒の発生特性は、熱間圧延後の鋼材の
圧延方向に平行な断面で認められるフェライトバンドの
程度に依存する。フェライトバンドが顕著であると、パ
ーライト組織が連続的につながるために、浸炭加熱時に
フェライト・パーライト組織からオーステナイト組織に
逆変態した際に混粒を生じ、粗大粒発生の原因となる。
図５に圧延方向に平行な断面の組織のフェライトバンド
の評点と結晶粒粗大化温度との関係を示す。圧下率５０
％の据え込みを行った後、各温度で５時間保定して浸炭
シミュレーションを行った結果である。フェライトバン
ドの評点が３を超えると粗大粒発生温度が９５０℃以下
になり、実用的には粗大粒の発生が懸念される。以上の
理由から、熱間圧延後の圧延方向に平行な断面の組織の
フェライトバンドの評点が１〜３とする必要がある。

【００４４】次に熱間加工条件について説明する。

【００４５】上記の本発明成分からなる鋼を、転炉、電
気炉等の通常の方法によって溶製し、成分調整を行い、
鋳造工程、必要に応じて分塊圧延工程を経て、線材また
は棒鋼に熱間圧延する圧延素材とする。

【００４６】次に、本願発明の請求項２は、加熱温度を
１１５０℃以上、熱間圧延の仕上げ温度を９２０〜１０
００℃、熱間圧延に引き続いて８００〜５００℃の温度
範囲を１℃／秒以下の冷却速度で徐冷する条件で線材ま
たは棒鋼に熱間加工する。

【００４７】まず、加熱温度を１１５０℃以上とするの
は、次の理由による、加熱温度が１１５０℃未満では、
ＡｌＮを一旦マトリックス中に固溶させることができ
ず、熱間圧延後に粗大なＡｌＮが存在し、浸炭時に粗大
粒の発生を抑制することができない。そのため、熱間圧
延に際して、１１５０℃以上の温度で加熱することが必
要である。好適範囲は１１８０℃以上の温度である。

【００４８】次に、熱間圧延の仕上げ温度を９２０〜１
０００℃とするのは次の理由による。仕上げ温度が９２
０℃未満では、フェライトバンドが評点３を超えるほど
に顕著になり、その後の浸炭時に粗大粒が発生しやすく
なる。一方、仕上げ温度が１０００℃を超えると、圧延
材の硬さが硬くなって冷間鍛造性が劣化する。以上の理
由から、熱間圧延の仕上げ温度を９２０〜１０００℃と
する。

【００４９】次に、熱間圧延に引き続いて８００〜５０
０℃の温度範囲を１℃／秒以下の冷却速度で徐冷するの
は次の理由による。冷却速度が１℃／秒を超えると、ベ
イナイトの組織分率が大きくなり、浸炭時に粗大粒が発
生しやすくなるとともに、圧延材の硬さが上昇し、冷間
鍛造性が劣化する。そのため、冷却速度１℃／秒以下に
制限する。好適範囲は０．７℃／秒以下である。なお、
冷却速度を小さくする方法としては、圧延ラインの後方
に保温カバーまたは熱源付き保温カバーを設置し、これ
により、徐例を行う方法が挙げられる。

【００５０】本願発明では、鋳片のサイズ、凝固時の冷
却速度、分塊圧延条件については特に限定するものでは
なく、本発明の要件を満足すればいずれの条件でも良
い。また、本願発明鋼は、圧延ままの棒鋼を冷間鍛造で
部品に成形する工程だけでなく、冷間鍛造の前に焼鈍工
程や温・熱間鍛造を経由する場合、温・熱間鍛造工程で
部品に成形される場合、切削工程で部品に成形される場
合にも適用できる。

【００５１】

【実施例】以下に、本発明の効果を実施例により、さら
に具体的に示す。

【００５２】表１に示す組成を有する転炉溶製鋼を連続
鋳造し、必要に応じて分塊圧延工程を経て１６２ｍｍ角
の圧延素材とした。続いて、熱間加工により、直径２２
〜２７ｍｍの棒鋼を製造した。

【００５３】熱間加工後の棒鋼から、ＡｌＮの析出量を
化学分析により求めた。また、圧延後の棒鋼のビッカー
ス硬さを測定し、冷間加工性の指標とした。また、圧延
後の棒鋼の組織観察を行い、ベイナイトの組織分率、圧
延方向に平行な断面のフェライトバンドの評点を求め
た。

【００５４】圧延ままの棒鋼から、据え込み試験片を作
成し、圧下率５０％の据え込みを行った後、浸炭シミュ
レーションを行った。浸炭シミュレーションの条件は、
９１０℃〜１０１０℃に５時間加熱−水冷である。その
後、切断面に研磨−腐食を行い、旧オーステナイト粒径
を観察して粗粒発生温度（結晶粒粗大化温度）を求め
た。浸炭処理は通常９３０〜９５０℃の温度域で行われ
るため、粗粒発生温度が９５０℃以下のものは結晶粒粗
大化防止特性に劣ると判定した。なお、旧オーステナイ
ト粒度の測定はＪＩＳ Ｇ ０５５１に準じて行い、４
００倍で１０視野程度観察し、粒度番号５番以下の粗粒
が１つでも存在すれば粗粒発生と判定した。

【００５５】これらの調査結果を熱間加工条件とあわせ
て表２に示す。９５０℃浸炭時のγ粒度もあわせて示し
た。本発明例の結晶粒粗大化温度は９７０℃以上であ
り、通常の上限の浸炭条件である９５０℃では、粗大粒
の発生を防止できることが明らかである。

【００５６】なお、鋼ａとｅについては、圧延棒鋼を６
８０℃×２時間加熱の条件で焼鈍した棒鋼についても、
上記と同様に据え込み試験片を作成し、圧下率５０％の
据え込みを行った後、浸炭シミュレーションを行った。
ともに、１０１０℃浸炭においても粗大粒の発生は認め
られない。このように、本発明鋼は、冷間鍛造の前に焼
鈍工程を経由する場合（冷間鍛造後には焼鈍を行わな
い）においても、優れた粗大粒防止特性を有する。

【００５７】

【表１】 次に、表２において、比較例１３はＡｌの含有量が本願
規定の範囲を下回った場合であり、粗大化防止特性は劣
る。比較例１４はＡｌの含有量が本願規定の範囲を上回
った場合であり、粗大化防止特性は劣る。これは、粗大
なＡｌＮが存在し、ＡｌＮの微細分散が妨げられたため
である。比較例１５はＮの含有量が本願規定の範囲を下
回った場合であり、ＡｌＮの量が不足するため、粗大化
防止特性は劣る。比較例１６はＮの含有量が本願規定の
範囲を上回った場合であり、析出物が粗大になり、やは
り粗大化防止特性は劣る。特開昭５８−４５３５４号公
報の実施例／発明鋼の鋼材の粗大化防止特性が必ずしも
良くない原因は、Ｎ量が０．０２１％以上と高いためと
考えられる。比較例１８、１９は、Ｔｉの含有量、Ｏの
含有量が本願規定の範囲を上回った場合であり、いずれ
も粗大化防止特性は劣る。また、比較例２０、２１は、
熱間圧延加熱温度が本願規定の範囲を下回り、圧延材の
ＡｌＮの析出量が本願規定の範囲を上回った場合であ
り、粗大粒発生温度は低い。また、比較例２２、２３は
熱間圧延に引き続く冷却速度が本願規定の範囲を上回
り、ベイナイトの組織分率が本願規定の範囲を上回った
場合であり、粗大粒発生温度は低い。比較例２４、２５
は熱間圧延時の仕上げ温度が本願規定の範囲を下回り、
圧延方向に平行な断面のフェライトバンドの評点が本願
規定の範囲を上回った場合であり、粗大粒発生温度は９
３０℃と実用上問題のあるレベルである。なお、特開昭
５６−７５５５１号公報及び特開昭６１−２６１４２７
号公報の実施例の鋼材の粗大粒抑制の能力が不安定であ
り、鋼材の製造工程によっては浸炭時の粗大粒の発生を
抑制できないのは、ベイナイトの組織分率が本願規定の
範囲を逸脱するかまたはさらに圧延方向に平行な断面の
フェライトバンドの評点が本願規定の範囲を上回ってい
るためと推定される。

【００５８】

【表２】

【００５９】

【発明の効果】本発明の粗大粒防止特性に優れた肌焼鋼
とその製造方法を用いれば、冷鍛工程で部品を製造して
も、浸炭時の結晶粒の粗大化が抑制されるために、焼入
れ歪みによる寸法精度の劣化が従来よりも極めて少な
い。そのため、これまで、粗大粒の問題から冷鍛化が困
難であった部品の冷鍛化が可能になり、さらに冷鍛後の
焼鈍を省略することも可能になり、本発明による産業上
の効果は極めて顕著なるものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｔｉ量と結晶粒粗大化温度の関係について解析
した一例を示す図である。

【図２】Ｏ量と結晶粒粗大化温度の関係について解析し
た一例を示す図である。

【図３】熱間圧延後のＡｌＮの析出量と結晶粒粗大化温
度の関係について解析した一例を示す図である。

【図４】熱間加工後のベイナイト分率と結晶粒粗大化温
度の関係について解析した一例を示す図である。

【図５】熱間圧延後の圧延方向に平行な断面の組織のフ
ェライトバンドの評点と結晶粒粗大化温度との関係につ
いて解析した一例を示す図である。

【図６】縞状組織の程度を数量的に表示する金属組織の
写真である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｃ ：０．１〜０．３５％、Ｓｉ：０．０
   ２〜０．５％、Ｍｎ：０．３〜１．８％、Ｓ ：０．０
   ０５〜０．１５％、Ａｌ：０．０２〜０．０５％、Ｎ
   ：０．００５〜０．０１４％を含有し、更に、Ｃｒ：
   ０．４〜１．８％、Ｍｏ：０．０２〜１．０％、Ｎｉ：
   ０．１〜３．５％、Ｖ ：０．０３〜０．５％の１種ま
   たは２種以上を含有し、Ｐ ：０．０２５％以下、Ｔ
   ｉ：０．０１％以下、Ｏ ：０．００２５％以下に各々
   制限し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、Ａｌ
   Ｎの析出量を０．００５％以下に制限し、ベイナイトの
   組織分率を３０％以下に制限し、熱間圧延方向に平行な
   断面の組織のフェライトバンドの評点が１〜３であるこ
   とを特徴とする粗大粒防止特性に優れた肌焼鋼。
2. 【請求項２】Ｃ ：０．１〜０．３５％、Ｓｉ：０．０
   ２〜０．５％、Ｍｎ：０．３〜１．８％、Ｓ ：０．０
   ０５〜０．１５％、Ａｌ：０．０２〜０．０５％、Ｎ
   ：０．００５〜０．０１４％を含有し、更に、Ｃｒ：
   ０．４〜１．８％、Ｍｏ：０．０２〜１．０％、Ｎｉ：
   ０．１〜３．５％、Ｖ ：０．０３〜０．５％の１種ま
   たは２種以上を含有し、Ｐ ：０．０２５％以下、Ｔ
   ｉ：０．０１％以下、Ｏ ：０．００２５％以下に各々
   制限し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を、
   加熱温度を１１５０℃以上、熱間圧延の仕上げ温度を９
   ２０〜１０００℃、熱間圧延に引き続いて８００〜５０
   ０℃の温度範囲を１℃／秒以下の冷却速度で徐冷する条
   件により線材または棒鋼に熱間加工し、熱間加工後のＡ
   ｌＮの析出量を０．００５％以下に制限し、ベイナイト
   の組織分率を３０％以下に制限し、熱間圧延方向に平行
   な断面の組織のフェライトバンドの評点が１〜３である
   鋼となるようにすることを特徴とする粗大粒防止特性に
   優れた肌焼鋼の製造方法。