(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、Ｃ：０．１０〜０．５５％、Ｓｉ：０．０５〜１．５％、Ｍｎ：０．６〜２．５％、Ｖ：０．０３〜０．３％、Ｎ：０．００７〜０．０２５％、Ｃｒ：０〜２．０％、残部はＦｅ及び不可避不純物からなる化学組成を有する鋼を熱間加工した後、少なくとも下記▲１▼式で表される相当歪で０．０５〜０．３０の冷間加工、中ぐり加工及び２００〜４００℃での熱処理をこの順に行うことを特徴とする熱処理硬化型部品の製造方法。
ε＝｛（ε12＋ε22＋ε32）×２／３｝0.5 ・・・▲１▼
なお、▲１▼式におけるε1 、ε2 、ε3 は主方向の対数歪である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱処理硬化型部品の製造方法に関する。より詳しくは、自動車や産業機械用の鋼製部品のうちで特に硬度がＨｖ３００以上の高硬度でしかも中心部が中ぐり加工された部品、例えばシャフト類などを低コストで製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車や産業機械用の鋼製部品は、熱間加工や冷間加工で所定の形状に粗加工し、次いで切削加工によって最終の所望形状とした後、あるいは冷間加工によって最終の所望形状とした後、焼入れ焼戻しの調質処理を施すのが一般的であった。しかしこの調質処理には多くのエネルギーとコストを費やす。そこで近年、省エネルギーの社会的要請に応え、且つ一方では低コスト化を図るために、熱間加工のままで使用できる非調質鋼の開発が盛んに行われている。
【０００３】
図１は、通常の方法で直径８５ｍｍに熱間鍛造した後、８５０℃に加熱して水焼入れし、更に５００℃で焼戻しした調質鋼と、通常の方法で直径８５ｍｍに熱間鍛造したままの非調質鋼の硬度分布を示す図である。なお、調質鋼にはＪＩＳのＳ４５Ｃを、又、非調質鋼には重量％で、０．４５％Ｃ、０．２５％Ｓｉ、１．５５％Ｍｎ、０．１５％Ｖを基本の化学組成とする鋼を用いた。
【０００４】
図１に示すように、非調質鋼の硬度分布は調質鋼に比べて中心部の硬度低下が小さい。このため、特に中心部の中ぐり加工を必要とする部品において切削性（中ぐり加工性）が低下する問題が発生しており、快削元素であるＰｂ、ＳやＣａなどを添加することで切削性の改善が図られている。
【０００５】
切削性を高めた非調質鋼としては、例えば特開昭６３−４０４１号公報にＣａを含有させた「切削性に優れた高靭性鍛造用非調質鋼」が提案されている。
【０００６】
しかし、前記したような快削元素の添加は切削性を高めることはできるものの、製造コストの上昇を招く。更に、こうした快削元素の添加は、所望形状への加工時の加工性、特に冷間で所望形状に加工する際の冷間加工性を著しく低下させてしまう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記現状に鑑みなされたもので、自動車や産業機械用の鋼製部品のうちで特に硬度がＨｖ３００以上の高硬度でしかも中心部が中ぐり加工された部品、例えばシャフト類などを素材鋼に快削元素を添加することなく、しかも冷間加工の後に簡単な熱処理を行うだけでＨｖ３００以上の硬度にまで硬化させて製造する方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、下記（１）に示す熱処理硬化型部品の製造方法にある。
【０００９】
（１）重量％で、Ｃ：０．１０〜０．５５％、Ｓｉ：０．０５〜１．５％、Ｍｎ：０．６〜２．５％、Ｖ：０．０３〜０．３％、Ｎ：０．００７〜０．０２５％、Ｃｒ：０〜２．０％、残部はＦｅ及び不可避不純物からなる化学組成を有する鋼を熱間加工した後、少なくとも下記▲１▼式で表される相当歪で０．０５〜０．３０の冷間加工、中ぐり加工及び２００〜４００℃での熱処理をこの順に行うことを特徴とする熱処理硬化型部品の製造方法。
【００１０】
ε＝｛（ε12＋ε22＋ε32）×２／３｝0.5 ・・・▲１▼
なお、▲１▼式におけるε1 、ε2 、ε3 は主方向の対数歪である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、快削元素を必須成分として添加することなく種々の化学組成を有する鋼を溶製し、加工条件と熱処理条件を変化させて鋼材の中ぐり性（切削性）と硬度（強度）との関係について調査・検討した。その結果、下記の事項を知見した。
【００１２】
▲１▼硬度がビッカース硬度（Ｈｖ）で２８０未満であれば、快削元素を添加せずとも鋼材の中ぐり加工性は良好である。
【００１３】
▲２▼特定の化学組成を有する鋼を素材とした場合、冷間加工と熱処理とを適正に組み合せれば鋼材（部品）の硬度をＨｖ３００以上に高めることができる。
【００１４】
そして、上記の▲１▼、▲２▼から素材として特定の化学組成を有する鋼を用いれば、切削時（中ぐり加工時）には低強度で、熱処理後に高強度を有する鋼材（部品）が得られることがわかったのである。
【００１５】
本発明は上記の知見に基づいて完成されたものである。
【００１６】
以下、本発明の各要件について詳しく説明する。なお、成分含有量の「％」は「重量％」を意味する。
【００１７】
（Ａ）化学組成
Ｃ：０．１０〜０．５５％
Ｃは、鋼材の組織を制御する重要な成分であるとともに、後述のＮとともにＶと結合してＶ炭窒化物として析出し硬度（強度）を高める作用を有する。しかし、その含有量が０．１０％未満では熱処理後に所望のＨｖ３００以上の硬度（強度）が得られない。一方、０．５５％を超えると冷間加工性が低下するし、熱処理前の硬度がＨｖ２８０以上となって快削元素を添加しない鋼にあっては中ぐり加工性が低下してしまう。したがって、Ｃの含有量を０．１０〜０．５５％とした。
【００１８】
Ｓｉ：０．０５〜１．５％
Ｓｉは脱酸剤として０．０５％以上含有させる必要がある。しかし、１．５％を超えて含有させても脱酸効果が飽和してコストが嵩むし、ＳｉＯ2 が増加して切削性の劣化をきたす。したがって、Ｓｉ含有量を０．０５〜１．５％とした。
【００１９】
Ｍｎ：０．６〜２．５％
Ｍｎは、脱酸作用及び固溶強化で強度を高める作用を有する。更にＭｎにはパーライトのラメラー間隔を微細にして強度と靭性を高める効果がある。しかし、その含有量が０．６％未満では前記の効果が得難い。一方、２．５％を超えると冷間加工性の低下をきたす。したがって、Ｍｎの含有量を０．６〜２．５％とした。
【００２０】
Ｖ：０．０３〜０．３％
Ｖは本発明において重要な元素であり、Ｃ及びＮと結合してＶ炭窒化物として微細に析出し、強度を高める作用を有する。この効果はＶの含有量が０．０３％以上で発現する。一方、Ｖを０．３％を超えて含有させると強度が著しく高くなって熱処理前の硬度がＨｖ２８０を大きく超えるようになり、特に快削元素を添加しない鋼の場合には切削性が極めて低下してしまう。したがって、Ｖ含有量を０．０３〜０．３％とした。
【００２１】
Ｎ：０．００７〜０．０２５％
Ｎは、Ｃとともに上述のＶと結び付いてＶ炭窒化物として微細に析出し、強度を高める作用を有する。しかし、その含有量が０．００７％未満では所望の効果が得られない。一方、０．０２５％を超えると冷間加工性の低下を招く。したがって、Ｎの含有量を０．００７〜０．０２５％とした。
【００２２】
Ｃｒ：０〜２．０％
Ｃｒは添加しなくても良い。添加すれば、固溶強化によって強度を高める作用があるし、パーライトのラメラー間隔を微細にして強度と靭性を高める効果がある。この効果を確実に得るには、Ｃｒは０．１％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、２．０％を超えて含有させても前記の効果が飽和し、コストが嵩むばかりである。したがって、Ｃｒ含有量を０〜２．０％とした。
【００２３】
（Ｂ）加工及び熱処理
上記（Ａ）に記載した化学組成を有する鋼は通常の方法で溶製された後に、通常の方法で熱間加工（例えば、熱間圧延や熱間鍛造）される。
【００２４】
熱間加工された鋼材に、次に少なくとも所定の条件での冷間加工、中ぐり加工、及び所定の条件での熱処理をこの順序で行うことによって、所望の部品に加工する必要がある。これは、中ぐり加工を冷間加工の前に行うと、所望の形状・寸法を得ることが極めて難しくなるためであるし、熱処理後には硬度がＨｖ３００以上となっているので中ぐり加工性が低下してしまうためでもある。更に、冷間加工後に規定の熱処理を施すことで初めてＨｖ３００以上の所望の硬度（強度）が得られるためである。
【００２５】
この所望部品への加工に際して、熱間加工後の冷間加工は既に述べた▲１▼式で表される相当歪εで０．０５〜０．３０の加工とする必要がある。相当歪εが０．０５未満の場合には、鋼材に残留する歪エネルギーが小さいために、冷間での加工後に熱処理を行っても強度上昇が小さく、所望のＨｖ３００以上の硬度が得られない。一方、相当歪εが０．３０を超える場合には、加工硬化による硬度（強度）上昇が著しく硬度がＨｖ２８０以上となって切削性（中ぐり加工性）が低下してしまう。したがって、冷間加工の相当歪を０．０５〜０．３０と規定した。
【００２６】
上記の冷間加工で外形を、所定の形状に粗加工あるいは最終の所望形状に加工された鋼材は、次に中ぐり加工を施される。この中ぐり加工は、通常の方法で行えば良い。これは、前記（Ａ）に記載の化学組成を有する鋼を熱間加工した後に、相当歪が０．０５〜０．３０で冷間加工した場合には、硬度をＨｖ２８０未満に抑えることができるので、良好な中ぐり加工性が確保されるからである。
【００２７】
中ぐり加工した鋼材には、この後２００〜４００℃の熱処理を施す必要がある。熱処理温度が２００℃未満では、Ｖ炭窒化物の析出量が少なく熱処理後の鋼材（部品）に所望のＨｖ３００以上の硬度（強度）を付与できない。一方、熱処理温度が４００℃を超えると、前記した冷間加工で生じた歪が解放されてしまうため、やはり所望のＨｖ３００以上の硬度が得られず、場合によっては大きな硬度低下をきたしてしまう。したがって、熱処理の温度は２００〜４００℃と規定した。前記の温度域で鋼材が保持される時間は１０秒もあれば充分である。なお、保持時間の上限は特に設ける必要はないが、コスト面からは１時間程度を上限とすることが好ましいといえる。
【００２８】
以下、実施例により本発明を更に詳しく説明する。
【００２９】
【実施例】
表１に示す化学組成を有する鋼を、通常の方法によって１８０ｋｇ真空炉溶製した。表１における鋼ａ〜ｋは化学組成が本発明で規定する範囲内の鋼（以下、本発明例の鋼という）、鋼ｌ〜ｐは成分のいずれかが本発明で規定する条件から外れた比較例の鋼である。
【００３０】
【表１】
0003882253.tif 000002
【００３１】
次いで、これらの鋼を通常の方法によって鋼片とした後、通常の方法で直径２６ｍｍの丸棒に熱間圧延し、更に、通常の方法で冷間引き抜き加工（冷間加工）を行った。この後、電気炉を用いた熱処理を行った。表２に、冷間引き抜き加工の相当歪、熱処理条件を示す。
【００３２】
【表２】
0003882253.tif 000003
【００３３】
上記のようにして得た各供試材の冷間引き抜き後の硬度と熱処理後の硬度を測定した。なお、硬度は各供試材ついていずれもＲ／２部（Ｒは半径）を測定した。表２に、硬度測定結果を併せて示す。
【００３４】
表２から明らかなように、本発明例の鋼を本発明の条件で冷間加工（冷間引き抜き加工）し、次いで熱処理を行った場合には、冷間加工後の硬度はＨｖ２８０未満であり、冷間加工後に熱処理するとＨｖ３００以上の所望の高強度が得られている。
【００３５】
これに対して、本発明例の鋼を素材とする場合であっても、冷間加工や熱処理が本発明で規定する条件から外れた場合には、冷間加工後の強度がＨｖ２８０を超える高い値となったり（Ｎｏ．１７）、熱処理後の強度として所望のＨｖ３００以上の値が得られない（Ｎｏ．１６、１８、１９）。
【００３６】
又、比較例の鋼を素材とする場合には、冷間加工と熱処理を本発明で規定する条件で行っても冷間加工後の硬度はＨｖ３５０を超える著しく高い値になったり（Ｎｏ．２１、２３）、熱処理後の硬度が所望のＨｖ３００に達しない（Ｎｏ．２２、２４）。
【００３７】
なお、Ｎｏ．１及びＮｏ．６〜１５の冷間引き抜き加工したままの直径２４．３ｍｍの材料を供試材として穿孔試験を行い中ぐり加工性を調査した。穿孔条件は、ＪＩＳ高速度工具鋼ＳＫＨ５１のφ１２ｍｍストレートドリルを使用し、水溶性の潤滑剤を用いて、送り０．２０ｍｍ／ｒｅｖ、回転数７４５ｒｐｍで行った。その結果、いずれの供試材もＨｖ２８０未満の硬度のため中ぐり加工は容易であった。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の熱処理硬化型部品の製造方法によれば、素材に快削元素を添加しない鋼を用いることができるので素材コストを抑えることが可能で、中ぐり加工時にはＨｖ２８０未満の低硬度であるため中ぐり加工性に優れ、しかも簡単な熱処理で強度が上昇して所望のＨｖ３００以上の高硬度が得られる。したがって、自動車や産業機械用の鋼製部品のうちで特に硬度がＨｖ３００以上の高硬度でしかも中心部が中ぐり加工された部品、例えばシャフト類などを比較的容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】調質鋼と非調質鋼の硬度分布を示す図である。
【図１】
0003882253.tif 000004