(57)【要約】      （修正有）【課題】高い機械強度と被削性とを兼ね備えつつ製造性にも優れたフェライト・パーライト型の非調質鋼の提供。【解決手段】質量％で、必須添加元素として、Ｃ：０．２０〜０．６０％、Ｓｉ：０．２０〜２．００％、Ｓ：０．００１〜０．２００％、Ｃｒ：０．４０〜２．００％、ｓ−Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％を含有し、任意添加元素として、Ｍｎ：≦１．００％、Ｐ：≦０．２００％、Ｃｕ：≦０．５０％、Ｎｉ：≦０．５０％、Ｍｏ：≦０．２０％、Ｖ：≦０．５０％、Ｔｉ：≦０．１５％、Ｎ：≦０．０３０％、を含有し得て、残部Ｆｅ及び不純物からなり、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎ、Ｓの各元素の質量％に関し所定の関係を満たす。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、必須添加元素として、Ｃ：０．２０〜０．６０％、Ｓｉ：０．２０〜２．００％、Ｓ：０．００１〜０．２００％、Ｃｒ：０．４０〜２．００％、ｓ−Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％を含有し、
任意添加元素として、Ｍｎ：≦１．００％、Ｐ：≦０．２００％、Ｃｕ：≦０．５０％、Ｎｉ：≦０．５０％、Ｍｏ：≦０．２０％、Ｖ：≦０．５０％、Ｔｉ：≦０．１５％、Ｎ：≦０．０３０％、を含有し得て、残部Ｆｅ及び不純物からなるとともに、
元素Ｍの質量％を［Ｍ］で表すと、
（１）［Ｖ］＋［Ｔｉ］≧０．０３、
（２）Ｆ１＝（８３６．２×Ｃｅｑ＋２３９．８）×Ｆ２≧５００、
ここで、
Ｃｅｑ＝［Ｃ］＋０．０３×［Ｓｉ］＋０．３１×［Ｍｎ］＋０．２６×［Ｐ］＋０．０８×［Ｃｕ］＋０．０７×［Ｎｉ］＋０．２４×［Ｃｒ］＋０．１７×［Ｍｏ］＋１．２×［Ｖ］＋０．５１×（［Ｔｉ］−３．４３×［Ｎ］）−０．７×［Ｓ］
Ｆ２＝−０．１８×［Ｃ］＋０．０６１×［Ｍｎ］−０．１７８×［Ｓ］＋０．５０２×［Ｖ］＋０．３５４×［Ｔｉ］＋０．６２９
であり、
（３）Ｆ３＝Ｆ４／Ｆ５≧１．００、
ここで、
［ｓ−Ｍｎ］＝［Ｍｎ］−１．７１３×［Ｓ］＋０．５７４×［Ｔｉ］−１．９６３×［Ｎ］とし、
Ｆ４＝４２９．８６−３１０×［Ｃ］＋２５×［Ｓｉ］−１３０．８６［ｓ−Ｍｎ］−１４．５×［Ｃｕ］−４１．５５×［Ｎｉ］＋９．４６×［Ｃｒ］−４９．０４×［Ｍｏ］−５１．０９×［Ｖ］＋（２１８．９７×［Ｃ］＋２５．２５６）×［Ｔｉ］
Ｆ５＝１０＾（０．０１８×［Ｓｉ］＋０．７７４×［ｓ−Ｍｎ］＋０．２６１×［Ｃｕ］＋０．１７７×［Ｎｉ］＋０．６０８×［Ｃｒ］＋４．８２３×［Ｍｏ］−０．９４８×［Ｃ］＋１．１９６×［Ｖ］＋５．２５７×［Ｔｉ］＋１．４１）
であることを特徴とするフェライト・パーライト型非調質鋼。
【請求項２】
質量％で、前記必須添加元素として、Ｐｂ：０．００１〜０．３％、Ｂｉ：０．００１〜０．３％、Ｔｅ：０．００１〜０．３％、Ｃａ：０．００１〜０．０１％のうち１種以上をさらに含有することを特徴とする請求項１記載のフェライト・パーライト型非調質鋼。
【請求項３】
７００〜４００℃の温度範囲における平均冷却速度のうちベイナイトを生成しない最も速い平均冷却速度が１．０℃／ｓ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のフェライト・パーライト型非調質鋼。
【請求項４】
０．２％耐力で５００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のうちの１つに記載のフェライト・パーライト型非調質鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械部品用のフェライト・パーライト型の非調質鋼に関し、特に、高い機械強度と被削性とを兼ね備えつつ製造性にも優れるフェライト・パーライト型非調質鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
調質のための熱処理を行わずに使用される非調質鋼において、機械部品用のフェライト・パーライト型の非調質鋼では、フェライト＋パーライト金属組織中にベイナイトが含まれると、その機械強度及び被削性を劣化させてしまう。そこで、ベイナイトの生成を抑制する成分組成の鋼種が開発されている。これについて、例えば、特許文献１〜３では、ベイナイトの生成を促進するＣｒ及びＭｎ量の上限を規定することを開示している。
【０００３】
特許文献１では、質量％で、Ｃ：０．１５〜０．２５％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．５〜１．８％、Ｓ：０．０３〜０．１５％、Ｐ：０．０３〜０．１５％、Ｃｕ：０．０１〜０．５％、Ｎｉ：０．０１〜０．５％、Ｃｒ：０．０１〜１％、Ｖ：０．１〜０．４％、ｓ−Ａｌ：０．００１〜０．０１％、Ｎ：０．００５〜０．０３５％、Ｃａ：０．０００１〜０．０１％、Ｏ：０．００１〜０．０１％の範囲内であって、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｖの炭素等量の式とともに、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒの関係式を所定範囲とした非調質鋼を開示している。Ｃｒ及びＭｎ量の上限を規定してベイナイトの生成を抑制しつつ、Ｖを多くする一方でＣを少なくし、Ｓを多くするとともにＰも積極的に添加し、ＭｎＳ形成のためのＭｎを加えてＣａ，Ｏを添加することで、疲労強度や耐力を向上させ、被削性をも高め得るとしている。
【０００４】
また、特許文献２では、質量％で、Ｃ：０．１５〜０．３５％、Ｓｉ：０．５〜２．０％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｐ：０．０３〜０．１５％、Ｓ：０．０１〜０．１５％、Ｃｕ：０．０１〜０．５％、Ｎｉ：０．０１〜０．５％、Ｃｒ：０．０１〜１．０％、ｓ−Ａｌ：０．００１〜０．０１％、Ｎ：０．００５〜０．０３５％、Ｃａ：０．０００１〜０．０１％及びＯ：０．００１〜０．０１％の範囲内であって、且つ、特許文献１と同様に炭素等量の式、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒの成分組成の関係式を所定範囲とした非調質鋼を開示している。ここでも、特許文献１と同様に、Ｃｒ及びＭｎ量の上限を規定してベイナイトの生成を抑制するとしている。
【０００５】
更に、特許文献３では、質量％で、Ｃ：０．３〜０．８％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｐ：０．０１〜０．１５％、Ｃｒ：１．０％、Ｖ：０．４％以下、Ａｌ：０．０５％以下、Ｎ：０．００５〜０．０３％の範囲内であって、且つ、Ｐ量、硬さ、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｖの炭素等量の式の関係式を所定範囲とした非調質鋼を開示している。ここでも、特許文献１及び２と同様に、Ｃｒ及びＭｎ量の上限を規定してベイナイトの生成を抑制するとしている。
【０００６】
ところで、ベイナイトはパーライトやマルテンサイトと同様に、オーステナイトからの冷却過程において生成し、冷却速度によってもその生成を制御できる。例えば、特許文献４及び５では、鋼の成分組成とともに冷却過程を制御してベイナイトの生成を抑制することを開示している。
【０００７】
特許文献４では、質量％で、Ｃ：０．１５〜０．４５％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｐ：０．０３〜０．１５％、Ｃｕ：０．０１〜０．５％、Ｎｉ：０．０１〜０．５％、Ｃｒ：０．０１〜１％、Ｖ：０．１〜０．４％、Ｎ：０．００５〜０．０３５％を含む非調質鋼において、鍛造後の冷却過程でＶ系析出物の数密度を上昇させるように冷却速度を大きくする一方、その上限をベイナイト発生臨界冷却速度以下とすることを開示している。かかるベイナイト発生臨界冷却速度は、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒの含有率の関係から実験的に定まるとしている。
【０００８】
また、特許文献５では、質量％で、Ｃ：０．１６〜０．３５％、Ｓｉ：０．１０〜１．００％、Ｍｎ：０．３０〜１．００％、Ｐ：０．０４０〜０．０７０％、Ｓ：０．０８〜０．１３％、Ｖ：０．１０〜０．３５％、Ｔｉ：０．０８〜０．１５％、ｓ−Ａｌ：０．０１０〜０．０４５％、Ｎ：０．００５〜０．０２５％以下を含む非調質鋼において、Ｖ，Ｔｉの鍛造に関する指標、及び、Ｓ，Ｔｉ，Ｎの硫化物生成に関する指標とともに、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏのベイナイト発生臨界冷却速度に関する実験的に求まる式についてそれぞれ所定範囲にすることを述べている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−３４２６７１号公報
【特許文献２】特開２００４−１８３０９４号公報
【特許文献３】特開２００７−１１９８１９号公報
【特許文献４】特開２００５−２９８２５号公報
【特許文献５】特開２００９−２２１５９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記したように、自動車用のコンロッドやコモンレールなどの非調質鋼による機械部品では、熱間加工後の空冷時におけるフェライト＋パーライト金属組織中へのベイナイトの生成を抑制して、機械強度及び被削性を確保している。近年、かかる比較的小型の機械部品では、より一層の小型化が進み、熱間加工後の空冷時の冷却速度が上がってしまうとともに、製造性を高めるべく冷却速度を上げることも求められ、かかる場合であっても、ベイナイトを生成しないことが望まれる。つまり、冷却速度に大きく依存することなく、ベイナイトの生成を抑制できる鋼種が求められている。
【００１１】
本発明は、上記したような状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、高い機械強度と被削性とを兼ね備えつつ製造性にも優れたフェライト・パーライト型の非調質鋼を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によるフェライト・パーライト型非調質鋼は、質量％で、必須添加元素として、Ｃ：０．２０〜０．６０％、Ｓｉ：０．２０〜２．００％、Ｍｎ：≦１．００％、Ｓ：０．００１〜０．２００％、Ｃｒ：０．４０〜２．００％、ｓ−Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％を含有し、任意添加元素として、Ｐ：≦０．２００％、Ｃｕ：≦０．５０％、Ｎｉ：≦０．５０％、Ｍｏ：≦０．２０％、Ｖ：≦０．５０％、Ｔｉ：≦０．１５％、Ｎ：≦０．０３０％、を含有し得て、残部Ｆｅ及び不純物からなるとともに、
元素Ｍの質量％を［Ｍ］で表すと、
（１）［Ｖ］＋［Ｔｉ］≧０．０３、
（２）Ｆ１＝（８３６．２×Ｃｅｑ＋２３９．８）×Ｆ２≧５００、
ここで、
Ｃｅｑ＝［Ｃ］＋０．０３×［Ｓｉ］＋０．３１×［Ｍｎ］＋０．２６×［Ｐ］＋０．０８×［Ｃｕ］＋０．０７×［Ｎｉ］＋０．２４×［Ｃｒ］＋０．１７×［Ｍｏ］＋１．２×［Ｖ］＋０．５１×（［Ｔｉ］−３．４３×［Ｎ］）−０．７×［Ｓ］
Ｆ２＝−０．１８×［Ｃ］＋０．０６１×［Ｍｎ］−０．１７８×［Ｓ］＋０．５０２×［Ｖ］＋０．３５４×［Ｔｉ］＋０．６２９
であり、
（３）Ｆ３＝Ｆ４／Ｆ５≧１．００、
ここで、
［ｓ−Ｍｎ］＝［Ｍｎ］−１．７１３×［Ｓ］＋０．５７４×［Ｔｉ］−１．９６３×［Ｎ］とし、
Ｆ４＝４２９．８６−３１０×［Ｃ］＋２５×［Ｓｉ］−１３０．８６［ｓ−Ｍｎ］−１４．５×［Ｃｕ］−４１．５５×［Ｎｉ］＋９．４６×［Ｃｒ］−４９．０４×［Ｍｏ］−５１．０９×［Ｖ］＋（２１８．９７×［Ｃ］＋２５．２５６）×［Ｔｉ］
Ｆ５＝１０＾（０．０１８×［Ｓｉ］＋０．７７４×［ｓ−Ｍｎ］＋０．２６１×［Ｃｕ］＋０．１７７×［Ｎｉ］＋０．６０８×［Ｃｒ］＋４．８２３×［Ｍｏ］−０．９４８×［Ｃ］＋１．１９６×［Ｖ］＋５．２５７×［Ｔｉ］＋１．４１）
であることを特徴とする。
【００１３】
かかる発明によれば、熱間加工後の冷却速度を早めてもベイナイトの生成を抑制できて機械強度と被削性とを損ねることが無く、故に、高い機械強度と被削性とを兼ね備えながら製造性にも優れるフェライト・パーライト型の非調質鋼となるのである。
【００１４】
上記した発明において、質量％で、前記必須添加元素として、Ｐｂ：０．００１〜０．３％、Ｂｉ：０．００１〜０．３％、Ｔｅ：０．００１〜０．３％、Ｃａ：０．００１〜０．０１％のうち１種以上をさらに含有することを特徴としてもよい。かかる発明によれば、熱間加工後の冷却速度を早めてもベイナイトの生成を抑制できて機械強度を損ねることなく被削性を向上させ得て、故に、より高い機械強度と被削性とを兼ね備えながら製造性にも優れるフェライト・パーライト型の非調質鋼となるのである。
【００１５】
上記した発明において、７００〜４００℃の温度範囲における平均冷却速度のうちベイナイトを生成しない最も速い平均冷却速度が１．０℃／ｓ以上であることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、熱間加工後の冷却速度を早めることが要求される比較的小型の機械部品であっても、ベイナイトの生成を抑制できて、高い機械強度と被削性とを兼ね備えながら製造性にも優れるフェライト・パーライト型の非調質鋼となるのである。
【００１６】
上記した発明において、０．２％耐力で５００ＭＰａ以上であることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、高い被削性を有しながら製造性にも優れるフェライト・パーライト型の非調質鋼において、高い機械強度を与えるのである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例及び比較例の鋼の成分組成の図表である。
【図２】実施例及び比較例の試験結果の一覧図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１には、本発明の実施例としてのフェライト・パーライト型非調質鋼の成分組成を示した。また、図２には、かかる実施例の非調質鋼における加工フォーマスタ試験、組織観察、硬さ試験、引張試験の試験結果を示した。同様に、比較例として、図１にその成分組成を、図２に試験結果を示している。以下に、試験片の作成方法及び各試験方法について説明する。
【００１９】
まず、各種の試験片を切り出すための試験素材を作成した。すなわち、図１に示す成分組成の５０Ｄの丸棒鍛造材を１１５０℃にて２２Ｄの丸棒に鍛造し、７００℃から４００℃までを１．０℃／秒の冷却速度で冷却して試験素材を得た。
【００２０】
加工フォーマスタ試験では、試験片を圧縮加工後、冷却速度を変えて冷却し、７００℃から４００℃までの温度範囲における平均冷却速度のうちベイナイトを生成しない最も速い平均冷却速度、すなわちベイナイト生成臨界速度（Ｂ生成臨界速度）を求めた。詳細には、試験素材からφ８ｍｍ×１２ｍｍの試験片を切り出し、１１５０℃で高さ６ｍｍとなるまで圧縮加工した。その後、７００℃から４００℃までを冷却速度を変えて冷却し、さらに室温まで冷却した。断面を切り出して組織観察を行って、ベイナイトの生成の有無を確認した。図２には、このベイナイト生成臨界速度（Ｂ生成臨界速度）を示した。
【００２１】
硬さ試験では、試験素材から切り出した試験片について、ロックウェル硬さを測定した。図２には、その結果を示した。
【００２２】
組織観察では、試験片の断面について、光学顕微鏡を用いてミクロ組織観察した。図２には、フェライト・パーライト組織の場合に「Ｆ＋Ｐ」、フェライト・パーライト組織にベイナイトを併せて観察された場合に「Ｆ＋Ｐ＋Ｂ」として示した。
【００２３】
引張試験では、試験素材からＪＩＳ  １４Ａ号試験片（平行部φ５ｍｍ、掴み部Ｍ８の丸棒形状の比例試験片）を切り出し、室温にて引張試験を行って、０．２％耐力を求めた。図２には、その結果を示した。
【００２４】
次に、試験結果について説明する。
【００２５】
図２に示すように、実施例１乃至１７では、ベイナイト生成臨界速度は１．０〜３．５℃／秒と１．０℃／秒以上であった。また、組織観察では、ベイナイトは観察されなかった。更に、０．２％耐力は、５３１〜７８８ＭＰａであり、いずれも５００ＭＰａ以上であった。このとき、硬さは２１．６〜４４．３ＨＲＣであった。
【００２６】
以上のように、実施例１乃至１７の鋼によれば、少なくとも１．０℃／秒程度の空冷（放冷）ではベイナイトの生成を抑制できる。また、従来の非調質鋼と同等以上である５００ＭＰａ以上の０．２％耐力を得られ、十分な被削性を与える硬さであった。つまり、高い機械強度と被削性とを兼ね備えつつ製造性にも優れるのである。
【００２７】
ところで、実施例１乃至１７を含む一連について、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎ、Ｓの含有量と０．２％耐力について回帰計算を行った。この０．２％耐力を推定する式Ｆ１は、
Ｆ１＝（８３６．２×Ｃｅｑ＋２３９．８）×Ｆ２
である。ここで、元素Ｍの質量％を［Ｍ］とすると、炭素当量Ｃｅｑ及びＦ２は、
Ｃｅｑ＝［Ｃ］＋０．０３×［Ｓｉ］＋０．３１×［Ｍｎ］＋０．２６×［Ｐ］＋０．０８×［Ｃｕ］＋０．０７×［Ｎｉ］＋０．２４×［Ｃｒ］＋０．１７×［Ｍｏ］＋１．２×［Ｖ］＋０．５１×（［Ｔｉ］−３．４３×［Ｎ］）−０．７×［Ｓ］
Ｆ２＝−０．１８×［Ｃ］＋０．０６１×［Ｍｎ］−０．１７８×［Ｓ］＋０．５０２×［Ｖ］＋０．３５４×［Ｔｉ］＋０．６２９
である。
【００２８】
すると、５００ＭＰａ以上の０．２％耐力を得られるのは、
Ｆ１＝（８３６．２×Ｃｅｑ＋２３９．８）×Ｆ２≧５００    （式１）
を満たす場合である。
【００２９】
また、実施例１乃至１７を含む一連について、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎ、Ｓの含有量とベイナイト生成臨界速度について回帰計算を行った。このベイナイトを生成しないような７００℃から４００℃の温度範囲での最も速い冷却速度を推定する式Ｆ３は、
Ｆ３＝Ｆ４／Ｆ５
である。ここで、元素Ｍの質量％を［Ｍ］とすると、Ｆ４及びＦ５は、
Ｆ４＝４２９．８６−３１０×［Ｃ］＋２５×［Ｓｉ］−１３０．８６［ｓ−Ｍｎ］−１４．５×［Ｃｕ］−４１．５５×［Ｎｉ］＋９．４６×［Ｃｒ］−４９．０４×［Ｍｏ］−５１．０９×［Ｖ］＋（２１８．９７×［Ｃ］＋２５．２５６）×［Ｔｉ］
Ｆ５＝１０＾（０．０１８×［Ｓｉ］＋０．７７４×［ｓ−Ｍｎ］＋０．２６１×［Ｃｕ］＋０．１７７×［Ｎｉ］＋０．６０８×［Ｃｒ］＋４．８２３×［Ｍｏ］−０．９４８×［Ｃ］＋１．１９６×［Ｖ］＋５．２５７×［Ｔｉ］＋１．４１）
である。但し、
［ｓ−Ｍｎ］＝［Ｍｎ］−１．７１３×［Ｓ］＋０．５７４×［Ｔｉ］−１．９６３×［Ｎ］
である。
【００３０】
すると、１．０℃／秒以上のベイナイト生成臨界速度を得られるのは、
Ｆ３＝Ｆ４／Ｆ５≧１．０                                （式２）
を満たす場合である。
【００３１】
続いて、比較例１乃至１４における試験結果についても説明する。
【００３２】
比較例１では、０．２％耐力が４２１ＭＰａであり、ベイナイト生成臨界速度が０．９℃／秒であって、組織観察でベイナイトが観察された。Ｃが実施例よりも少なかったためと考えられる。なお、Ｆ１は４９８であり式１を満たさず、Ｆ３についても０．９２で式２を満たしていなかった。
【００３３】
比較例２では、０．２％耐力が４７８ＭＰａであり、ベイナイト生成臨界速度は１．６℃／秒であって、組織観察でベイナイトは観察されなかった。Ｓｉが実施例よりも少なかったためと考えられる。なお、Ｆ１は４８９であり式１を満たさず、Ｆ３については１．６１で式２を満たしていた。
【００３４】
比較例３では、０．２％耐力は４６３ＭＰａであり、ベイナイト生成臨界速度は０．９℃／秒であって、組織観察でベイナイトが観察された。Ｍｎが実施例より多かったためと考えられる。なお、Ｆ１は５６１であって式１を満たしており、Ｆ３については０．９４であり式２を満たしていなかった。
【００３５】
比較例４では、０．２％耐力は４８２ＭＰａであり、ベイナイト生成臨界速度は０．９℃／秒であって、組織観察でベイナイトが観察された。Ｃｕが実施例よりも多かったためと考えられる。なお、Ｆ１は５４５であって式１を満たしており、Ｆ３については０．９５であり式２を満たしていなかった。
【００３６】
比較例５では、０．２％耐力は４８４ＭＰａであり、ベイナイト生成臨界速度は０．９℃／秒であって、組織観察でベイナイトが観察された。Ｎｉが実施例よりも多かったためと考えられる。なお、Ｆ１は５４８であって式１を満たしており、Ｆ３については０．９４であり式２を満たしていなかった。
【００３７】
比較例６では、０．２％耐力は４９１ＭＰａであり、ベイナイト生成臨界速度は２．２℃／秒であって、組織観察でベイナイトは観察されなかった。Ｃｒが実施例よりも少なかったためと考えられる。なお、Ｆ１は４８２であり式１を満たさず、Ｆ３については２．１５で式２を満たしていた。
【００３８】
比較例７では、０．２％耐力は４９２ＭＰａであり、ベイナイト生成臨界速度は０．８℃／秒であって、組織観察でベイナイトが観察された。Ｃｒが実施例よりも多かったためと考えられる。なお、Ｆ１は５９５であって式１を満たしており、Ｆ３については０．８７で式２を満たしていなかった。
【００３９】
比較例８では、０．２％耐力は４６７ＭＰａであり、ベイナイト生成臨界速度は０．８℃／秒であって、組織観察でベイナイトが観察された。Ｍｏが実施例よりも多かったためと考えられる。なお、Ｆ１は５７６であって式１を満たしており、Ｆ３については０．７８で式２を満たしていなかった。
【００４０】
比較例９では、０．２％耐力は４２６ＭＰａであり、ベイナイト生成臨界速度は０．９℃／秒であり、組織観察でベイナイトが観察された。Ｔｉが実施例よりも多かったためと考えられる。なお、Ｆ１は５３２であって式１を満たしており、Ｆ３については０．９３で式２を満たしていなかった。
【００４１】
比較例１０及び１１では、０．２％耐力はそれぞれ４８８ＭＰａ及び４９７ＭＰａであり、ベイナイト生成臨界速度はそれぞれ２．０℃／秒及び３．５℃／秒であって、組織観察で両者ともベイナイトは観察されなかった。個々の組成成分は実施例と同等の範囲内であったものの、Ｆ１がそれぞれ４９４及び４９０であって式１を満たしていなかったためと考えられる。なお、Ｆ３はそれぞれ１．９０及び３．６８であり式２を満たしていた。
【００４２】
比較例１２及び１３では、０．２％耐力はそれぞれ４９７ＭＰａ及び４４６ＭＰａであり、ベイナイト生成臨界速度はそれぞれ０．８℃／秒及び０．６℃／秒であって、組織観察において両者ともベイナイトが観察された。個々の組成成分は実施例と同等の範囲内であったものの、Ｆ３がそれぞれ０．８４及び０．６８であり、式２を満たしていなかったためと考えられる。なお、Ｆ１はそれぞれ６４６及び５３９であり式１を満たしていた。
【００４３】
比較例１４では、鍛造割れが発生し試験片を作製できなかった。Ｐｂが実施例よりも多かったためと考えられる。
【００４４】
以上、述べてきたように、本実施例によれば、従来の非調質鋼と同等以上の機械強度、特に０．２％耐力を有しつつ、鍛造後の空冷において冷却速度に大きく依存することなくベイナイトの生成を抑制できるフェライト・パーライト型非調質鋼を得ることができる。
【００４５】
ところで、ここまで述べてきたフェライト・パーライト型非調質鋼として考慮される成分組成の範囲は、以下のような指針で定められる。
【００４６】
Ｃは、得られる機械部品としての機械強度、特に、耐力を確保するために必要である。また、ベイナイトの生成を抑制し得る。一方、過剰に含まれると、フェライト・パーライト組織中のパーライト分率を増加させて得られる機械部品の被削性を悪化させる。そこで、Ｃの含有量は、質量％で、０．２０〜０．６０％の範囲内、好ましくは０．２０〜０．５０％の範囲内である。
【００４７】
Ｓｉは、得られる機械部品としての耐力を確保するために必要である。また、ベイナイトの生成を抑制し得る。一方、過剰に含まれると、熱間での変形抵抗を過度に高めて、熱間鍛造における金型の寿命を低下させてしまう。そこで、Ｓｉの含有量は、質量％で、０．２０〜２．００％の範囲内、好ましくは０．２０〜１．００％の範囲内である。
【００４８】
Ｍｎは、得られる機械部品の耐力を向上させるために添加される。一方、過剰に含まれると、ベイナイトの生成を著しく促進させて得られる機械部品の０．２％耐力や被削性を悪化させる。そこで、Ｍｎの含有量は、質量％で、１．００％以下の範囲内、好ましくは０．１０〜０．９０％の範囲内である。
【００４９】
Ｐは、得られる機械部品の耐力を向上させるために添加される。一方、過剰に含まれると鋳造性を低下させる。そこで、Ｐの含有量は、質量％で、０．２００％以下の範囲内、好ましくは０．１００％以下の範囲内である。
【００５０】
Ｓは、硫化物を形成し、得られる機械部品の被削性を高める。一方、過剰に含まれると、製造性を低下させる。そこで、Ｓの含有量は、質量％で、０．００１〜０．２００％の範囲内、好ましくは０．０１０〜０．１２０％の範囲内である。
【００５１】
Ｃｕ及びＮｉは、不純物として鋼に含まれ得る。これらの元素は過剰に含まれると、ベイナイトの生成を促進させ、得られる機械部品の０．２％耐力や被削性を悪化させる。そこで、Ｃｕ及びＮｉの含有量は、各々、質量％で０．５０％以下の範囲内、好ましくは０．３０％以下の範囲内である。
【００５２】
Ｃｒは、得られる機械部品の耐力を確保するために必要である。一方、過剰に含まれると、ベイナイトの生成を促進させ、得られる機械部品の０．２％耐力や被削性を悪化させる。そこで、Ｃｒの含有量は、質量％で、０．４０〜２．００％の範囲内、好ましくは０．４０〜１．２０％の範囲内である。
【００５３】
Ｍｏは、不純物として鋼に含まれ得る。一方、過剰に含まれると、ベイナイトの生成を著しく促進させて得られる機械部品の０．２％耐力や被削性を悪化させる。そこで、Ｍｏの含有量は、質量％で、０．２０％以下の範囲内、好ましくは０．０５％以下の範囲内である。
【００５４】
Ｖは、得られる機械部品の耐力を向上させ得る。一方、過度に添加するとコストを増大させ得る。そこで、Ｖの含有量は、質量％で、０．５０％以下の範囲内、好ましくは０．３０％以下の範囲内である。
【００５５】
Ｔｉは、得られる機械部品の耐力を向上させ得る。一方、過剰に含まれると、ベイナイトの生成を著しく促進させて得られる機械部品の０．２％耐力や被削性を悪化させる。そこで、Ｔｉの含有量は、質量％で、０．１５％以下の範囲内である。
【００５６】
なお、Ｖ及びＴｉは、ほぼ等価に鋼の耐力を向上させ得るため、Ｖ及びＴｉの含有量の合計を質量％で０．０３％以上の範囲内とする。すなわち、元素Ｍの質量％を［Ｍ］とすると、［Ｖ］＋［Ｔｉ］≧０．０３である。
【００５７】
Ｎは、不純物として鋼に含まれ得る。一方、一定の範囲を越えて過度に低減又は増大させることは精錬コストを増大させ得る。そこで、Ｎの含有量は、質量％で、０．０３０％以下の範囲内である。
【００５８】
ｓ−Ａｌは、溶鋼の脱酸作用を有する。また、Ｎと結合して結晶粒を微細化させるＡｌＮを形成し、得られる機械部品の靭性を向上させ得るとともに、特にベイナイトの生成を抑制するために必要とされる。一方、過剰に含まれると、機械部品の被削性を低下させてしまう。そこで、ｓ−Ａｌの含有量は、質量％で、０．０１０〜０．０５０％の範囲内である。
【００５９】
Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｅ及びＣａは、得られる機械部品の被削性を向上させる。一方、過剰に含まれると耐力や熱間加工性を低下させる。そこで、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｅ及びＣａの１種以上を添加する場合において、その含有量は、それぞれ質量％で、０．００１〜０．３％、０．００１〜０．３％、０．００１〜０．３％及び０．００１〜０．０１％の範囲内である。
【００６０】
ここまで本発明による代表的実施例及びこれに基づく改変例について説明したが、本発明は必ずしもこれらに限定されるものではない。当業者であれば、添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の代替実施例を見出すことができるだろう。
【図１】
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【図２】
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