(57)【要約】【課題】冷間塑性変形で鋼製品を製造するための鋼と、その製造方法【解決手段】重量％組成：0.03％≦Ｃ≦0.16％、0.5 ％≦Mn≦2 ％、0.05％≦Si≦0.5 ％、0 ％≦Cr≦1.8 ％、0 ％≦Mo≦0.25％、0.001 ％≦Al≦0.05％、0.001 ％≦Ti≦0.05％、0 ％≦Ｖ≦0.15％、0.0005％≦Ｂ≦0.005 ％、0.004 ％≦Ｎ≦0.012 ％、0.001 ％≦Ｓ≦0.09％、を有し、残部は鉄と不可避不純物であり、さらに関係式： Mn＋0.9 ×Cr＋1.3 ×Mo＋1.6 ×Ｖ≧2.2 ％およびAl＋Ti≧3.5×Nを満足する冷間塑性変形で鋼製品を製造するための鋼。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記化学組成（重量％）：
0.03％≦Ｃ≦0.16％
0.5 ％≦Mn≦2 ％
0.05％≦Si≦0.5 ％
0 ％≦Cr≦1.8 ％
0 ％≦Mo≦0.25％
0.001 ％≦Al≦0.05％
0.001 ％≦Ti≦0.05％
0 ％≦Ｖ≦0.15％
0.0005％≦Ｂ≦0.005 ％
0.004 ％≦Ｎ≦0.012 ％
0.001 ％≦Ｓ≦0.09％
カルシウム（任意成分）  ：0.005 ％以下
テルル（任意成分）      ：0.01％以下
セレン（任意成分）      ：0.04％以下
鉛（任意成分）          ：0.3 ％以下
を有し、残部は鉄と不可避不純物であり、さらに下記関係式：
Mn＋0.9 ×Cr＋1.3 ×Mo＋1.6 ×Ｖ≧2.2 ％
Al＋Ti≧3.5 ×N
を満足する冷間塑性変形で鋼製品を製造するための鋼。
【請求項２】
下記化学組成（重量％）を有する請求項１に記載の鋼：
0.06％≦Ｃ≦0.12％
0.8 ％≦Mn≦1.7 ％
0.1 ％≦Si≦0.35％
0.1 ％≦Cr≦1.5 ％
0.07％≦Mo≦0.15％
0.001 ％≦Al≦0.035 ％
0.001 ％≦Ti≦0.03％
0 ％≦Ｖ≦0.1 ％
0.001 ％≦Ｂ≦0.004 ％
0.004 ％≦Ｎ≦0.01％
0.001 ％≦Ｓ≦0.09％
カルシウム（任意成分）  ：0.005 ％以下
テルル（任意成分）      ：0.01％以下
セレン（任意成分）      ：0.04％以下
鉛（任意成分）          ：0.3 ％以下
残部は鉄と不可避不純物、
【請求項３】
下記化学組成（重量％）を有する請求項２に記載の鋼：
Ni≦0.25％
Cu≦0.25％
【請求項４】
下記化学組成（重量％）を有する請求項２または３に記載の鋼：
Ｐ≦0.02％
【請求項５】
下記行程 (a)〜(e) を特徴とする冷間塑性変形で成形された鋼製品の製造方法：
(a) 請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋼で半製品を作り、
(b) この半製品を 940℃以上の温度に加熱してから熱間圧延し、この圧延を 900    〜1050℃の温度で終了して圧延製品とし、
(c) 圧延後の高温の圧延製品を直ちに急冷して基本的にベイナイト構造とし、
(d) 圧延製品を必要に応じて切断してブランクとし、
(e) ブランクまたは圧延製品を冷間塑性変形して最終的な機械特性を有する製品にする。
【請求項６】
下記行程 (a)〜(e) を特徴とする冷間塑性変形で成形された鋼製品の製造方法：
(a) 請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋼の半製品を作り、
(b) この半製品を熱間圧延して圧延製品とし、
(c) この圧延製品をＡＣ3以上の温度に加熱してから急冷して基本的にベイナイト構造にし、
(d) 圧延製品を必要に応じて切断してブランクにし、
(e) ブランクまたは圧延製品を冷間塑性変形して最終的な機械特性を有する製品とする。
【請求項７】
下記行程 (a)〜(e) を特徴とする冷間塑性変形で成形された鋼製品の製造方法：
(a) 請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋼の半製品を作り、
(b) この半製品を熱間圧延して圧延製品とし、
(c) 圧延製品を必要に応じて切断してブランクとし、
(d) ブランクまたは圧延製品を冷間塑性変形して製品とし、
(e) この製品をＡＣ3以上の温度に加熱してから急冷して基本的にベイナイト構造と最終的な機械特性とを有する製品にする。
【請求項８】
断面減少率Ｚが45％以上で鋼の引張強度Ｒm が650 MPa 以上である請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋼で作られた冷間成形で作られた鋼の製品。
【請求項９】
鋼の引張強度Ｒm が 1200 MPa 以上である請求項８に記載の製品。
【請求項１０】
基本的にベイナイト構造を有する請求項８または９に記載の製品。
【請求項１１】
基本的にベイナイト構造を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋼で作られた熱間圧延製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷間塑性加工で得られる鋼製品を製造するための鋼と、その製造方法とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多くの鋼製品、特に優れた特性を有する機械部品は冷間鍛造で作られ、一般には熱間圧延鋼ブランクを冷間塑性変形して作られる。使用する鋼の炭素含有率は0.2 ％〜0.42％（重量％）である。この鋼は急冷後にマルテンサイト構造（この構造はアニーリング後に所望の機械特性すなわち優れた引張強度と良好な延性とを得るために必要である）が得られるクロムまたはクロム−モリブデン、ニッケル−クロム、ニッケル−クロム−モリブデン、マンガン−クロムの合金である。冷間成形を可能にするためには鋼を予め 650℃以上の温度で長時間、最大数十時間保持して球状化熱処理または“最大軟化(adouciddement) ”処理を行う。この処理は鋼を球状化パーライト構造にして冷間変形を容易にする。しかし、この方法は３種類の熱処理を必要とするため製造が複雑になり、コストが高くなるという欠点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、上記の問題点を解決して、球状化熱処理または最大軟化処理またはアニーリング熱処理を行わずに、冷間塑性変形で優れた特性を有する鋼の機械部品を製造する手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、下記化学組成（重量％）：
0.03％≦Ｃ≦0.16％
0.5 ％≦Mn≦2 ％
0.05％≦Si≦0.5 ％
0 ％≦Cr≦1.8 ％
0 ％≦Mo≦0.25％
0.001 ％≦Al≦0.05％
0.001 ％≦Ti≦0.05％
0 ％≦Ｖ≦0.15％
0.0005％≦Ｂ≦0.005 ％
0.004 ％≦Ｎ≦0.012 ％
0.001 ％≦Ｓ≦0.09％
カルシウム（任意成分）  ：0.005 ％以下
テルル（任意成分）      ：0.01％以下
セレン（任意成分）      ：0.04％以下
鉛（任意成分）          ：0.3 ％以下
を有し、残部は鉄と不可避不純物であり、さらに下記関係式：
Mn＋0.9 ×Cr＋1.3 ×Mo＋1.6 ×Ｖ≧2.2 ％
Al＋Ti≧3.5 ×N
を満足する冷間塑性変形で鋼製品を製造するための鋼を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
好ましい鋼の化学組成は下記である：
0.06％≦Ｃ≦0.12％
0.8 ％≦Mn≦1.7 ％
0.1 ％≦Si≦0.35％
0.1 ％≦Cr≦1.5 ％
0.07％≦Mo≦0.15％
0.001 ％≦Al≦0.035 ％
0.001 ％≦Ti≦0.03％
0 ％≦Ｖ≦0.1 ％
0.001 ％≦Ｂ≦0.004 ％
0.004 ％≦Ｎ≦0.01％
0.001 ％≦Ｓ≦0.09％
カルシウム（任意成分）  ：0.005 ％以下
テルル（任意成分）      ：0.01％以下
セレン（任意成分）      ：0.04％以下
鉛（任意成分）          ：0.3 ％以下
残部は鉄と不可避不純物。
【０００６】
不純物または残留元素の含有率は下記の範囲を同時または別々に満足するのが好ましい：
Ni≦0.25％
Cu≦0.25％
Ｐ≦0.02％
【０００７】
本発明はさらに、唯一の熱処理として急冷(trempe)を行う、冷間塑性変形で鋼製品を製造する方法に関するものである。『急冷』という用語は広い意味で用いられ、フェライト−パーライトでなく、基本的にマルテンサイトでもない構造を得るのに十分な急速な冷却を意味する。
本発明方法の急冷以外の工程は、鋼の半製品を熱間圧延して熱間圧延製品とすることと、必要に応じて熱間圧延製品からブランクを切断し、ブランクまたは圧延製品を冷間塑性変形することである。
【０００８】
急冷は製品を基本的にベイナイト構造にするためのもので、冷間成形の前後で同じように実施することができる。冷間成形前に急冷する場合は、ＡＣ3以上の温度に加熱してオーステナイト化した後の圧延の直後に高温状態で直ちに実施することができる。冷間成形後に急冷する場合は、ＡＣ3以上の温度に加熱してオーステナイト化してから実施することができる。
【０００９】
本発明はさらに、冷間成形で得られる鋼の断面減限率Ｚが45％以上、好ましくは50％以上で、引張強度Ｒmが 650 MPa以上、用途によっては1200MPa 以上である本発明の鋼からなる鋼製品を提供する。一般に且つ望ましいことに、本発明の鋼製品は基本的にベイナイト構造を有する (すなわち50％以上がベイナイトで構成される) 。
【００１０】
本発明鋼は下記 (a)〜(k) の化学組成（重量％）を有する：
(a) 0.03％〜0.16％、好ましくは0.06％〜0.12％の炭素。冷間成形時の優れた加工硬化性が得られ、延性に不都合な粗炭化物の生成を防ぎ、球状化または最大軟化アニーリング操作を行わずに、冷間成形を実施するため。
(b) 0.5 ％〜２％、好ましくは0.8 ％〜1.7 ％のマンガン。優れた鋳造性を確保し且つ十分な焼入れ性および所望の機械特性を得るため
(c) 0.05％〜0.5 ％、好ましくは0.1 ％〜0.35％の珪素（この量が多過ぎると冷間成形加工性および延性に不都合な硬化を促進する）。特にアルミニウム含有率が低い場合に鋼を脱酸するため。
(d) ０％〜1.8 ％、好ましくは0.1 ％〜1.5 ％のクロム。圧延直後の状態で鋼を過度に硬化し、または、冷間成形加工性および延性に不都合なマルテンサイトを生成させる値以下で、焼入れ性および機械的特性を製品に望まれるレベルに調節するため。
(e) ０％〜0.25％、好ましくは0.07％〜0.15％のモリブデン。ホウ素と相乗して均質な焼入れ性を製品の各部分に渡って保証するため。
(f) ０％〜0.15％、好ましくは0.1 ％以下のバナジウム。必要な場合に優れた機械的特性（引張強度）を得るため。
(g) 0.0005％〜0.005 ％、好ましくは0.001 ％〜0.004 ％のホウ素。必要な焼入れ性を向上させるため。
(h) ０％〜0.05％、好ましくは0.001 ％〜0.035 ％のアルミニウムおよび０％〜0.05％、好ましくは0.001 ％〜0.03％のチタン（アルミニウムとチタンとの合計含有率は窒素含有率の3.5 倍以上でなければならない）。優れた冷間成形加工性および延性に必要な微粒子構造を得るため。
(i) 0.004 ％〜0.012 ％、好ましくは0.006 ％〜0.01％の窒素。窒化ホウ素を生成せずに、窒化アルミニウム、窒化チタンまたは窒化バナジウムを生成することで粒径を制御するため。
(j) 部品での最終修正を可能にするための最小の切削性を保証するために0.001％以上で、優れた冷間成形加工性を保証するためには0.09％以下の硫黄。冷間塑性変形での優れた成形加工性と同時に切削性を良くするために0.005 ％以下のカルシウムを添加するか、0.01％以下のテルルを添加する（この場合はTe/S比を0.1 近くに維持するのが好ましい）か、0.05％以下のセレンを添加するか（この場合はセレン含有率を硫黄含有率の近くに維持するのが好ましい）か、0.3 ％以下の鉛を添加する（この場合は硫黄含有率を減らさなければならない）ことができる。
(k) 残部は鉄と不可避不純物。
【００１１】
不純物としては特に下記(l) および(m) がある：
(l) リン：冷間加工中および冷間加工後の優れた延性を保証するために含有率は0.02％以下に維持しなければならない。
(m) 銅およびニッケル：両者とも残留元素で、各含有率は好ましくは0.25％以下にしなければならない。
【００１２】
本発明鋼の化学組成は下記関係式：
Mn＋0.9 ×Cr＋1.3 ×Mo＋1.6 ×Ｖ≧2.2 ％
をさらに満足しなければならない。この式によってマンガン、クロム、モリブデンおよびバナジウム含有率の組合せが望ましい強度特性および基本的にベイナイト構造を確実に得ることができる。
【００１３】
上記鋼は冷間塑性変形を非常に容易に行うことができ、しかも、非常に優れた延性および優れた機械的特性を有するベイナイト型の構造を得ることができ、鋼を焼戻す必要がないという利点がある。
延性は断面減少率Ｚで測定することができ、本発明鋼は45％以上で、50％以上にもなる。引張強度Ｒmは650 MPa 以上で、1200MPa 以上になることもある。これらの特性は冷間成形前の鋼を圧延直後の高温のうちに急冷した時および冷間成形前または冷間成形後にＡＣ3以上の温度に加熱してオーステナイト化した後に急冷した時に得られる。
【００１４】
冷間成形部品を製造する場合には、本発明鋼からなる半製品を940 ℃以上に加熱した後に、熱間圧延して棒、ビレットまたは線材等の熱間圧延部品にする。
第１実施例では、900 ℃〜1050℃で熱間圧延を終了し、圧延後の高温のうちに断面形状に応じて空冷、油冷、霧冷、水冷またはポリマー添加水を用いる冷却によって圧延製品を直接急冷する。こうして得られた製品をブランクに切断し、次いで冷間成形、例えば冷間鍛造する。冷間成形直後に得られる最終的な機械特性は冷間成形操作で生じた加工硬化による。
【００１５】
第２実施例では、熱間圧延後に圧延製品をオーステナイト化してから急冷し、次いでブランクに切断し、冷間塑性変形するか、急冷前にブランクに切断し、次いで冷間成形する。どちらの場合も、オーステナイト化はＡＣ3〜970 ℃に加熱し、急冷は製品の断面形状に応じて空冷、油冷、霧冷、水冷またはポリマー添加水を用いて冷却する。冷間成形直後に得られる最終的な機械特性は成形操作で生じた加工硬化による。この実施例では、圧延終了条件は重要ではない。
第３実施例では、冷間成形操作を熱間圧延製品から切断したブランクで行い、冷間成形後に急冷する。前回の場合と同様に、急冷はＡＣ3〜970 ℃に加熱後、空冷、油冷、霧冷、水冷またはポリマー添加水を用いた冷却で実施する。圧延終了条件は重要ではない。
【００１６】
本発明は機械部品を製造するためのものであるが、冷間引抜き棒、引抜き線材および剥離(deroule) 機械線材に利用することができる。これらの冷間引抜き、線材引抜きおよび剥離は冷間塑性変形法の一つである。引抜き棒および線材ロッドまたは引抜き線材は欠陥のない表面仕上を有するように切削、研磨または研削することができる。
「冷間成形鋼部品」という用語はこれらの任意の製品を含み、「ブランク」という用語は棒、ロッドまたは線材の任意の部分をいう。棒、ロッドまたは線材は冷間成形前にブランクに切断しない場合もある。
【００１７】
本発明は予備処理済みの棒、予備処理済のロッドまたは線材、一般的には予備処理された鉄冶金製品を製造するのに使用できる。これらは追加の熱処理をせずに冷間成形によって製品を製造するためにこの状態で使用される。これら鉄冶金製品は圧延後に圧延後の高温のうちに直ちに急冷するか、オーステナイト化後に急冷して基本的にベイナイト構造（ベイナイト≧50％）にする。その後、研削またはシェービングすることによって欠陥のない表面に仕上げることができる。
【実施例】
【００１８】
以下、本発明の実施例を説明する。
第１実施例：
下記化学組成（重量％）を有する本発明鋼を精錬した：
Ｃ＝0.065 ％
Mn＝1.33％
Si＝0.34％
Ｓ＝0.003 ％
Ｐ＝0.014 ％
Ni＝0.24％
Cr＝0.92％
Mo＝0.081 ％
Cu＝0.23％
Ｖ＝0.003 ％
Al＝0.02％
Ti＝0.02％
Ｎ＝0.008 ％
Ｂ＝0.0035％
さらに下記関係式を満足する：
Mn＋0.9 ×Cr＋1.3 ×Mo＋1.6 ×Ｖ＝2.27％≧2.2 ％
Al＋Ti＝0.040 ％≧3.5 ×N ＝0.028 ％
【００１９】
この鋼を用いてビレットを作り、それを 940℃以上に加熱後、熱間圧延して直径16mm、25.5mmおよび24.8mmの丸棒（または棒）に成形した。
1)  直径16mmの丸棒：
直径16mmの丸棒の圧延は990 ℃で終了し、圧延後の高温のうちに丸棒を下記の３種類の条件下で急冷した（本発明）：
Ａ：冷却速度5.3 ℃／秒、空冷相当
Ｂ：冷却速度 26 ℃／秒、油冷相当
Ｃ：冷却速度140 ℃／秒、水冷相当
【００２０】
急冷した丸棒の冷間成形前の機械的特性と、冷間塑性変形による成形特性を、冷間で破断するまで引張り試験および捩じり試験によって評価した（捩じり試験の結果は『試験片の破断までの回転数』で表した）。
結果は下記の通り：
【表１】
2007284796.tif 000002
【００２１】
硬度および引張強度は、急冷条件によって大幅に変わり、冷却速度の上昇とともに高くなるが、全ての場合で、断面減少率Ｚは常に50％以上であり、破断までの回転数は常に３以上であるので、延性および冷間変形は非常に優れている。
同じ丸棒を用いて冷間塑性変形で得られる製品の機械特性を求めるために、冷間捩じり／引張試験を実施した。結果は下記の通り。
【表２】
2007284796.tif 000003
【００２２】
冷間捩じり／引張試験は、室温で引張試験を実施する前に、試験片に３回転の冷間捩じりを与え、塑性変形による成形をシミュレートするものである。強度増加率は、加工硬化状態（３回転の捩じり後）と通常の状態（３回転の捩じり前）との間の相対強度増加率に相当する。
得られた結果から、大きな冷間変形（３回転の捩じり）後でも、断面減少率は50％以上に維持され、引張強度は1200MPa 以上になることが分かる。加工硬化性は冷間捩じり変形後の強度増加率で測定され、全ての場合で高い。
【００２３】
2)  直径25.5mmの丸棒
直径25.5mmの丸棒を950 ℃でオーステナイト化後、冷間成形前に下記の３種類の条件下で急冷した（本発明）：
Ｄ：空冷（950 ℃〜室温での平均冷却速度3.3 ℃／秒）
Ｅ：油冷（950 ℃〜室温での平均冷却速度22℃／秒）
Ｆ：水冷（950 ℃〜室温での平均冷却速度86℃／秒）
【００２４】
急冷した丸棒に、母線に沿ってノッチを付けた円筒を押潰して、押潰し限界係数（ＬＣＦ）を測定する冷間鍛造成形試験を行った。押潰し限界係数は％で表され、それ以上の潰すと冷間プレス鍛造中に円筒の母線に沿って付けたノッチに最初の裂けが出現する時の値である。
比較例として、下記化学組成（重量％）を有する従来の冷間鍛造鋼で上記のＬＣＦを測定した：
Ｃ＝0.37％
Mn＝0.75％
Si＝0.25％
Ｓ＝0.005 ％
Cr＝１％
Mo＝0.02％
Al＝0.02％
【００２５】
この従来鋼にパーライトを球状化するアニーリング操作を予め行って冷間変形に適した鋼にした。
得られた結果は下記の通り：
【表３】
2007284796.tif 000004
【００２６】
押潰限界係数から見て、全ての強度レベルで、例え強度が高い場合（処理Ｆ）でも、硬度が高くなっても本発明鋼は従来鋼よりも冷間鍛造成形加工性に優れていると思われる。
【００２７】
3)  直径24.8mmの丸棒
直径24.8mmの丸棒を圧延後、冷間成形前に下記の２種類の本発明条件下で930
℃でオーステナイト化する前に急冷した：
Ｇ：空冷、
Ｈ：油冷
処理された丸棒を冷間鍛造して自動車の車輪のスタブ車軸を製造する。測定した機械特性は下記の通り：
【表４】
2007284796.tif 000005
【００２８】
この結果から、全ての初期処理で、冷間鍛造部品の延性は非常に高い（Ｚ≧50％）。これは全ての強度レベルでいえる。
さらに、どちらの場合も、製品の内側あるいは外側に全く欠陥がないので、この丸棒は冷間鍛造成形に非常に適している。
直径24.8mmの他の丸棒（前回のものと同じ）を用いて、圧延直後の丸棒を冷間鍛造して（すなわち冷間成形後に急冷して）スタブ車軸を製造した。急冷は940℃でオーステナイト化後、水冷で実施した。
【００２９】
これらの条件下でスタブ車軸に得られた特性は下記の通り：
Ｒm ＝1077MPa
Ｚ＝73％
この結果から、本発明鋼を用いると強度レベルが高くても丸棒を圧延直後の状態で冷間鍛造し、急冷によって極めて優れた延性（Ｚ≧50％）を得ることができることが分かる。さらに、本発明鋼は従来鋼で実施されているような従来の球状化処理を必要とせずに圧延直後の状態で冷間鍛造成形するのに極めて適していることが分かる。スタブ車軸は内側あるいは外側に全く欠陥がない。
【００３０】
比較例として、下記化学組成（重量％）：
Ｃ＝0.195 ％
Mn＝1.25％
Si＝0.25％
Ｓ＝0.005 ％
Ni＝0.25％
Cr＝1.15％
Mo＝0.02％
Cu＝0.2 ％
Al＝0.02％
を有する従来鋼を用いて同じスタブ車軸を製造した。
【００３１】
本発明で得られた機械特性と同じ特性を得るためには下記製造行程(1) 〜(4)
を用いる必要がある：
(1) 鋼を球状化アニーリングして冷間成形に適した鋼にし、
(2) スタブ車軸を冷間鍛造し、
(3) 従来法で鋼を油冷し、
(4) 従来法で鋼を焼戻す。
【００３２】
第２実施例
下記化学組成（重量％）を有する本発明の鋼１および鋼２を用いて冷間鍛造で機械部品を製造した：
鋼１ 鋼２
Ｃ＝0.061 ％            0.062 ％
Mn＝1.6 ％              1.57％
Si＝0.28％              0.29％
Ｓ＝0.021 ％            0.021 ％
Ｐ＝0.004 ％            0.004 ％
Ni＝0.11％              0.11％
Cr＝0.81％              0.8 ％
Mo＝0.081 ％            0.128 ％
Cu＝0.2 ％              0.2 ％
Al＝0.028 ％            0.025 ％
Ti＝0.017 ％            0.016 ％
Ｖ＝0.002 ％            0.084 ％
Ｂ＝0.0039％            0.0038％
Ｎ＝0.007 ％            0.008 ％
さらに下記関係式を満足する：
鋼１の場合：
Mn＋0.9 ×Cr＋1.3 ×Mo＋1.6 ×Ｖ＝2.43≧2.2 ％
Al＋Ti＝0.045 ％≧3.5 ×N ＝0.024 ％
鋼２の場合：
Mn＋0.9 ×Cr＋1.3 ×Mo＋1.6 ×Ｖ＝2.59≧2.2 ％
Al＋Ti＝0.041 ％≧3.5 ×N ＝0.028 ％
【００３３】
本発明では、これらの鋼を熱間圧延して直径28mmの棒状にし、圧延後、冷間成形前に950 ℃でオーステナイト化した後、棒を50℃で温間油冷処理した。棒を切断してブランクを成形し、このブランクから60％の変形率の冷間鍛造で製品を成形した。冷間鍛造前のブランクおよび冷間鍛造後の製品で得られた機械特性は下記の通り。
【表５】
2007284796.tif 000006
【００３４】
この結果から、冷間変形率が極めて高いもかわらず延性が高い（Ｚ≧50％）。これはいずれの初期強度レベル（冷間ストライク前）および鋼の最終強度レベル（冷間ストライク後）でもいえることで、最終強度レベルが極めて高い場合でもそうであることが分かる。これらの結果からさらに、冷間鍛造での強度増加率で測定しても加工硬化性が高いことが分かる。
さらに、高い初期強度レベルおよび高い冷間変形率（60％）にもかかわらず、冷間鍛造製品は内側または外側に欠陥がないので、冷間鍛造成形加工性は非常に優れている。
【００３５】
これらの実施例から、本発明鋼および本発明方法は高価な球状化処理または焼戻処理の実施を必要とせずに、冷間塑性変形による製品の製造で極めて優れた延性（Ｚ≧50％）を得ることができることが分かる。特に、鋼が高い加工硬化性を有するので、製品は極めて高い機械特性（Ｒm≧1200MPa ）と高い延性（Ｚ≧50％）とを組み合わせて有することができる。また、鋼の初期強度（または硬度）レベルおよび冷間変形率が高い場合でも、極めて優れた冷間鍛造加工性が見られる。
【手続補正書】
【提出日】平成19年6月12日(2007.6.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の(a)〜(e)の段階を特徴とする熱間圧延製品を冷間塑性変形して成形される鋼製品の製造方法：
(a)  下記化学組成（重量％）：
0.03％≦Ｃ≦0.16％
0.5 ％≦Mn≦2 ％
0.05％≦Si≦0.5 ％
0 ％≦Cr≦1.8 ％
0 ％≦Mo≦0.25％
0.001 ％≦Al≦0.05％
0.001 ％≦Ti≦0.05％
0 ％≦Ｖ≦0.15％
0.0005％≦Ｂ≦0.005 ％
0.004 ％≦Ｎ≦0.012 ％
0.001 ％≦Ｓ≦0.09％
Ni≦0.25％
Cu≦0.25％
Ｐ≦0.02％
を有し、残部は鉄と不可避不純物であり、さらに下記関係式：
Mn＋0.9 ×Cr＋1.3 ×Mo＋1.6 ×Ｖ≧2.2 ％
Al＋Ti≧3.5 ×N
を満足する鋼で被熱間圧延材を作り、
(b)  この被熱間圧延材を940℃以上の温度に加熱してから熱間圧延し、この圧延を900〜1050℃の温度で終了して熱間圧延製品とし、
(c)  圧延後の高温の熱間圧延製品を直ちに急冷してその少なくとも５０％以上をベイナイト組織とし、
(d)  上記熱間圧延製品を必要に応じて切断してブランクとし、
(e)  上記のブランクまたは熱間圧延製品を冷間塑性変形して最終的な機械特性を有する鋼製品にする。
【請求項２】
鋼が下記化学組成（重量％）を有する請求項１に記載の方法：
0.06％≦Ｃ≦0.12％
0.8 ％≦Mn≦1.7 ％
0.1 ％≦Si≦0.35％
0.1 ％≦Cr≦1.5 ％
0.07％≦Mo≦0.15％
0.001 ％≦Al≦0.035 ％
0.001 ％≦Ti≦0.03％
0 ％≦Ｖ≦0.1 ％
0.001 ％≦Ｂ≦0.004 ％
0.004 ％≦Ｎ≦0.01％
0.001 ％≦Ｓ≦0.09％
Ni≦0.25％
Cu≦0.25％
Ｐ≦0.02％
残部は鉄と不可避不純物
【請求項３】
下記の(a)〜(e)の段階を特徴とする熱間圧延製品を冷間塑性変形して成形される鋼製品の製造方法：
(a)  下記化学組成（重量％）：
0.03％≦Ｃ≦0.16％
0.5 ％≦Mn≦2 ％
0.05％≦Si≦0.5 ％
0 ％≦Cr≦1.8 ％
0 ％≦Mo≦0.25％
0.001 ％≦Al≦0.05％
0.001 ％≦Ti≦0.05％
0 ％≦Ｖ≦0.15％
0.0005％≦Ｂ≦0.005 ％
0.004 ％≦Ｎ≦0.012 ％
0.001 ％≦Ｓ≦0.09％
Ni≦0.25％
Cu≦0.25％
Ｐ≦0.02％
を有し、残部は鉄と不可避不純物であり、さらに下記関係式：
Mn＋0.9 ×Cr＋1.3 ×Mo＋1.6 ×Ｖ≧2.2 ％
Al＋Ti≧3.5 ×N
を満足する鋼で被熱間圧延材を作り、
(b)  この被熱間圧延材を熱間圧延して熱間圧延製品とし、
(c)  この熱間圧延製品をＡＣ3以上の温度に加熱してから急冷してその少なくとも５０％以上をベイナイト組織にし、
(d)  上記熱間圧延製品を必要に応じて切断してブランクにし、
(e)  ブランクまたは熱間圧延製品を冷間塑性変形して最終的な機械特性を有する鋼製品とする。
【請求項４】
鋼が下記化学組成（重量％）を有する請求項３に記載の方法：
0.06％≦Ｃ≦0.12％
0.8 ％≦Mn≦1.7 ％
0.1 ％≦Si≦0.35％
0.1 ％≦Cr≦1.5 ％
0.07％≦Mo≦0.15％
0.001 ％≦Al≦0.035 ％
0.001 ％≦Ti≦0.03％
0 ％≦Ｖ≦0.1 ％
0.001 ％≦Ｂ≦0.004 ％
0.004 ％≦Ｎ≦0.01％
0.001 ％≦Ｓ≦0.09％
Ni≦0.25％
Cu≦0.25％
Ｐ≦0.02％
残部は鉄と不可避不純物
【請求項５】
下記の(a)〜(e)の段階を特徴とする熱間圧延製品を冷間塑性変形して成形される鋼製品の製造方法：
(a)  下記化学組成（重量％）：
0.03％≦Ｃ≦0.16％
0.5 ％≦Mn≦2 ％
0.05％≦Si≦0.5 ％
0 ％≦Cr≦1.8 ％
0 ％≦Mo≦0.25％
0.001 ％≦Al≦0.05％
0.001 ％≦Ti≦0.05％
0 ％≦Ｖ≦0.15％
0.0005％≦Ｂ≦0.005 ％
0.004 ％≦Ｎ≦0.012 ％
0.001 ％≦Ｓ≦0.09％
Ni≦0.25％
Cu≦0.25％
Ｐ≦0.02％
を有し、残部は鉄と不可避不純物であり、さらに下記関係式：
Mn＋0.9 ×Cr＋1.3 ×Mo＋1.6 ×Ｖ≧2.2 ％
Al＋Ti≧3.5 ×N
を満足する鋼で被熱間圧延材を作り、
(b)  この被熱間圧延材を熱間圧延して熱間圧延製品とし、
(c)  上記熱間圧延製品を必要に応じて切断してブランクとし、
(d)  ブランクまたは熱間圧延製品を冷間塑性変形して鋼製品とし、
(e)  この鋼製品をＡＣ3以上の温度に加熱してから急冷してその少なくとも５０％以上がベイナイト組織とし且つ最終機械特性を付与する。
【請求項６】
鋼が下記化学組成（重量％）を有する請求項５に記載の方法：
0.06％≦Ｃ≦0.12％
0.8 ％≦Mn≦1.7 ％
0.1 ％≦Si≦0.35％
0.1 ％≦Cr≦1.5 ％
0.07％≦Mo≦0.15％
0.001 ％≦Al≦0.035 ％
0.001 ％≦Ti≦0.03％
0 ％≦Ｖ≦0.1 ％
0.001 ％≦Ｂ≦0.004 ％
0.004 ％≦Ｎ≦0.01％
0.001 ％≦Ｓ≦0.09％
Ni≦0.25％
Cu≦0.25％
Ｐ≦0.02％
残部は鉄と不可避不純物
【請求項７】
下記化学組成（重量％）：
0.03％≦Ｃ≦0.16％
0.5 ％≦Mn≦2 ％
0.05％≦Si≦0.5 ％
0 ％≦Cr≦1.8 ％
0 ％≦Mo≦0.25％
0.001 ％≦Al≦0.05％
0.001 ％≦Ti≦0.05％
0 ％≦Ｖ≦0.15％
0.0005％≦Ｂ≦0.005 ％
0.004 ％≦Ｎ≦0.012 ％
0.001 ％≦Ｓ≦0.09％
Ni≦0.25％
Cu≦0.25％
Ｐ≦0.02％
を有し、残部は鉄と不可避不純物であり、さらに下記関係式：
Mn＋0.9 ×Cr＋1.3 ×Mo＋1.6 ×Ｖ≧2.2 ％
Al＋Ti≧3.5 ×N
を満足する鋼で作られ、面積減少率Ｚが４５％以上で且つ引張強度Ｒｍが６５０ＭＰａ以上であることを特徴とする、熱間圧延製品を冷間塑性変形して得られる鋼製品。
【請求項８】
鋼が下記化学組成（重量％）を有する請求項７に記載の鋼製品：
0.06％≦Ｃ≦0.12％
0.8 ％≦Mn≦1.7 ％
0.1 ％≦Si≦0.35％
0.1 ％≦Cr≦1.5 ％
0.07％≦Mo≦0.15％
0.001 ％≦Al≦0.035 ％
0.001 ％≦Ti≦0.03％
0 ％≦Ｖ≦0.1 ％
0.001 ％≦Ｂ≦0.004 ％
0.004 ％≦Ｎ≦0.01％
0.001 ％≦Ｓ≦0.09％
Ni≦0.25％
Cu≦0.25％
Ｐ≦0.02％
残部は鉄と不可避不純物
【請求項９】
上記鋼の引張強度Ｒｍが１２００ＭＰａ以上である請求項７または８に記載の鋼製品。
【請求項１０】
少なくとも５０％以上がベイナイト組織を有する請求項６〜９のいずれか一項に記載の鋼製品。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
多くの鋼製品、特に優れた特性を有する機械部品は冷間鍛造で作られ、一般には熱間圧延鋼ブランクを冷間塑性変形して作られる。使用する鋼の炭素含有率は0.2 ％〜0.42％（重量％）である。この鋼は急冷後にマルテンサイト組織（この組織はアニーリング後に所望の機械特性すなわち優れた引張強度と良好な延性とを得るために必要である）が得られるクロムまたはクロム−モリブデン、ニッケル−クロム、ニッケル−クロム−モリブデン、マンガン−クロムの合金である。冷間成形を可能にするためには鋼を予め 650℃以上の温度で長時間、最大数十時間保持して球状化熱処理すなわち“最大軟化(adouciddement)”処理を行う。この処理は鋼を球状化パーライト組織にして冷間変形を容易にする。しかし、この方法は３種類の熱処理を必要とするため製造が複雑になり、コストが高くなるという欠点がある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明はさらに、冷間成形で得られる鋼の面積減限率Ｚが45％以上、好ましくは50％以上で、引張強度Ｒmが 650 MPa以上、用途によっては1200MPa 以上である本発明の鋼からなる鋼製品を提供する。一般に且つ望ましいことに、本発明の鋼製品は基本的にベイナイト構造を有する (すなわち50％以上がベイナイトで構成される) 。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
上記鋼は冷間塑性変形を非常に容易に行うことができ、しかも、非常に優れた延性および優れた機械的特性を有するベイナイト型の組織を得ることができ、鋼を焼戻す必要がないという利点がある。
延性は面積減少率Ｚで測定することができ、本発明鋼は45％以上で、50％以上にもなる。引張強度Ｒmは650 MPa 以上で、1200MPa 以上になることもある。これらの特性は冷間成形前の鋼を圧延直後の高温のうちに急冷した時および冷間成形前または冷間成形後にＡＣ3以上の温度に加熱してオーステナイト化した後に急冷した時に得られる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
急冷した丸棒の冷間成形前の機械的特性と、冷間塑性変形による成形特性を、冷間で破断するまで引張り試験および捩じり試験によって評価した（捩じり試験の結果は『試験片の破断までの回転数』で表した）。
結果は下記の通り：
2007284796.tif 000007
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
硬度および引張強度は、急冷条件によって大幅に変わり、冷却速度の上昇とともに高くなるが、全ての場合で、面積収縮率Ｚは常に50％以上であり、破断までの回転数は常に３以上であるので、延性および冷間変形は非常に優れている。
同じ丸棒を用いて冷間塑性変形で得られる製品の機械特性を求めるために、冷間捩じり／引張試験を実施した。結果は下記の通り。
2007284796.tif 000008
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
冷間捩じり／引張試験は、室温で引張試験を実施する前に、試験片に３回転の冷間捩じりを与え、塑性変形による成形をシミュレートするものである。強度増加率は、加工硬化状態（３回転の捩じり後）と通常の状態（３回転の捩じり前）との間の相対強度増加率に相当する。
得られた結果から、大きな冷間変形（３回転の捩じり）後でも、面積減少率は50％以上に維持され、引張強度は1200MPa 以上になることが分かる。加工硬化性は冷間捩じり変形後の強度増加率で測定され、全ての場合で高い。