(57)【要約】【課題】鋼塊を鍛造して得られた鋼材であっても、機械的性質の異方性をなくすことができる鋼材の製造方法を提供する。【解決手段】鋼塊１１を鍛造して（段造工程Ｓ１１）、鋼材１２を製造したら、鋼材１２を８５０〜１０００℃にまで加熱した後、５００℃まで３０分以上を要して徐冷することにより、鋼材１２に焼なましを行って連続冷却変態処理を施し（予備熱処理工程Ｓ１２）、その後、焼入れや焼もどし等の調質熱処理を施すことにより（調質熱処理工程Ｓ１３）、鋼材１３を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼塊を鍛造して鋼材を製造する鋼材の製造方法において、
前記鋼材がフェライト組織及びパーライト組織の少なくとも一方となるように、鍛造された当該鋼材に予備熱処理を施す
ことを特徴とする鋼材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の鋼材の製造方法において、
前記予備熱処理が、オーステナイト変態からマルテンサイト変態及びベイナイト変態を生じさせることなくフェライト変態及びパーライト変態の少なくとも一方の変態を生じさせるように、前記鋼材を連続冷却変態させる処理である
ことを特徴とする鋼材の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の鋼材の製造方法において、
前記予備熱処理が、オーステナイト組織からフェライト組織及びパーライト組織の少なくとも一方の組織となるように、前記鋼材を等温変態させる処理である
ことを特徴とする鋼材の製造方法。
【請求項４】
請求項２に記載の鋼材の製造方法において、
前記鋼塊が、炭素０．３８〜０．４３重量％、珪素０．１５〜０．３５重量％、マンガン０．６０〜０．９０重量％、モリブデン０．１５〜０．３０重量％、クロム０．９０〜１．２０重量％、ニッケル０．２５重量％以下、リン０．０３重量％以下、硫黄０．０３重量％以下、残部鉄からなり、
前記予備熱処理が、前記鋼材を８５０〜１０００℃にまで加熱した後、５００℃まで３０分以上を要して徐冷して連続冷却変態処理を行う焼なましである
ことを特徴とする鋼材の製造方法。
【請求項５】
請求項３に記載の鋼材の製造方法において、
前記鋼塊が、炭素０．３８〜０．４３重量％、珪素０．１５〜０．３５重量％、マンガン０．６０〜０．９０重量％、モリブデン０．１５〜０．３０重量％、クロム０．９０〜１．２０重量％、ニッケル０．２５重量％以下、リン０．０３重量％以下、硫黄０．０３重量％以下、残部鉄からなり、
前記予備熱処理が、前記鋼材を８５０〜１０００℃にまで加熱した後、６００〜７００℃で１〜５時間保持して等温変態処理を行う焼なましである
ことを特徴とする鍛造鋼材の製造方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の鋼材の製造方法において、
前記予備熱処理を複数回行う
ことを特徴とする鋼材の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の鋼材の製造方法において、
前記予備熱処理を２回行う
ことを特徴とする鋼材の製造方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の鋼材の製造方法において、
前記予備熱処理後に、前記鋼材を調質する調質熱処理を行う
ことを特徴とする鋼材の製造方法。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の鋼材の製造方法により製造されたものであることを特徴とする鋼材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼塊を鍛造して鋼材を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ディーゼルエンジン等のピストン機関のピストン冠等のような部品には、鋼塊を鍛造して得られた鋼材が使用されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３１２９０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
鋼塊は、凝固時にデンドライト組織を生じて特定の結晶方位を有している、すなわち、いわゆる集合組織となっていることから、機械的性質に異方性を有している。このため、鋼塊を鍛造した鋼材は、上記集合組織による機械的性質の異方性から、鍛造フロー（流線）の直角方向に対して、延性や靭性が低くなっている。
【０００５】
そのため、例えば、図６に示すように、上記鋼材を使用して製造されたディーゼルエンジン等のピストン機関のピストン冠１においては、流線ｆが、ピストン運動方向ｍに対して、周面１ａにおいて平行方向に存在し、ヘッド部１ｂにおいて交差する方向に存在するようになってしまい、特に、周面１ａのα部分よりもヘッド部１ｂのβ部分が損傷しやすくなってしまっていた。
【０００６】
このようなことから、本発明は、鋼塊を鍛造して得られた鋼材であっても、機械的性質の異方性をなくすことができる鋼材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係る鋼材の製造方法は、鋼塊を鍛造して鋼材を製造する鋼材の製造方法において、前記鋼材がフェライト組織及びパーライト組織の少なくとも一方となるように、鍛造された当該鋼材に予備熱処理を施すことを特徴とする。
【０００８】
第二番目の発明に係る鋼材の製造方法は、第一番目の発明において、前記予備熱処理が、オーステナイト変態からマルテンサイト変態及びベイナイト変態を生じさせることなくフェライト変態及びパーライト変態の少なくとも一方の変態を生じさせるように、前記鋼材を連続冷却変態させる処理であることを特徴とする。
【０００９】
第三番目の発明に係る鋼材の製造方法は、第一番目の発明において、前記予備熱処理が、オーステナイト組織からフェライト組織及びパーライト組織の少なくとも一方の組織となるように、前記鋼材を等温変態させる処理であることを特徴とする。
【００１０】
第四番目の発明に係る鋼材の製造方法は、第二番目の発明において、前記鋼塊が、炭素０．３８〜０．４３重量％、珪素０．１５〜０．３５重量％、マンガン０．６０〜０．９０重量％、モリブデン０．１５〜０．３０重量％、クロム０．９０〜１．２０重量％、ニッケル０．２５重量％以下、リン０．０３重量％以下、硫黄０．０３重量％以下、残部鉄からなり、前記予備熱処理が、前記鋼材を８５０〜１０００℃にまで加熱した後、５００℃まで３０分以上を要して徐冷して連続冷却変態処理を行う焼なましであることを特徴とする。
【００１１】
第五番目の発明に係る鋼材の製造方法は、第三番目の発明において、前記鋼塊が、炭素０．３８〜０．４３重量％、珪素０．１５〜０．３５重量％、マンガン０．６０〜０．９０重量％、モリブデン０．１５〜０．３０重量％、クロム０．９０〜１．２０重量％、ニッケル０．２５重量％以下、リン０．０３重量％以下、硫黄０．０３重量％以下、残部鉄からなり、前記予備熱処理が、前記鋼材を８５０〜１０００℃にまで加熱した後、６００〜７００℃で１〜５時間保持して等温変態処理を行う焼なましであることを特徴とする。
【００１２】
第六番目の発明に係る鋼材の製造方法は、第一番目から第五番目の発明のいずれかにおいて、前記予備熱処理を複数回行うことを特徴とする。
【００１３】
第七番目の発明に係る鋼材の製造方法は、第六番目の発明において、前記予備熱処理を２回行うことを特徴とする。
【００１４】
第八番目の発明に係る鋼材の製造方法は、第一番目から第七番目の発明のいずれかにおいて、前記予備熱処理後に、前記鋼材を調質する調質熱処理を行うことを特徴とする。
【００１５】
第九番目の発明に係る鋼材は、第一番目から第八番目の発明のいずれかの鋼材の製造方法により製造されたものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る鋼材の製造方法によれば、鋼材がフェライト組織及びパーライト組織の少なくとも一方となるように、鍛造された鋼材に予備熱処理が施されていることから、鋼塊を鍛造して得られた鋼材であっても、機械的性質の異方性をなくすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係る鋼材の製造方法の実施形態を図面に基づいて以下に説明するが、本発明は図面に基づいて以下に説明する実施形態のみに限定されるものではない。
【００１８】
［第一番目の実施形態］
本発明に係る鋼材の製造方法の第一番目の実施形態を図１〜３に基づいて説明する。図１は、鋼材の製造方法のフロー図、図２は、連続冷却変態（ＣＣＴ）曲線図、図３は、ピストン冠の概略構造図である。
【００１９】
本実施形態に係る鋼材の製造方法は、図１に示すように、例えば、炭素０．３８〜０．４３重量％、珪素０．１５〜０．３５重量％、マンガン０．６０〜０．９０重量％、モリブデン０．１５〜０．３０重量％、クロム０．９０〜１．２０重量％、ニッケル０．２５重量％以下、リン０．０３重量％以下、硫黄０．０３重量％以下、残部鉄からなる鋼塊１１を鍛造して（段造工程Ｓ１１）、鋼材１２（例えば、「ＳＣＭ４４０」等）を製造したら、当該鋼材１２を８５０〜１０００℃にまで加熱した後、５００℃まで３０分以上を要して徐冷することにより、当該鋼材１２に焼なましを行って連続冷却変態処理を施し（予備熱処理工程Ｓ１２）、その後、焼入れや焼もどし等の調質熱処理を施すことにより（調質熱処理工程Ｓ１３）、鋼材１３を得る。
【００２０】
このような予備熱処理工程Ｓ１２を行った鋼材１３においては、図２に示すように、８５０〜１０００℃にまで加熱されることにより、オーステナイト（Ａ）組織に変態し、５００℃まで３０分以上を要して徐冷することにより、マルテンサイト（Ｍ）変態及びベイナイト（Ｚｗ）変態を生じることなくフェライト（Ｆ）変態及びパーライト（Ｐ）変態を生じるようになるので、その組織がフェライト（Ｆ）組織及びパーライト（Ｐ）組織の少なくとも一方の組織になる。
【００２１】
このようにフェライト（Ｆ）組織及びパーライト（Ｐ）組織の少なくとも一方となるように予備熱処理工程Ｓ１２を施された上記鋼材１３においては、炭素が拡散して核生成・成長した結晶からなる組織となっている、すなわち、凝固時にデンドライト組織を生じて特定の結晶方位を有していた前記鋼塊１１の前記集合組織と無関係に独立して核生成した組織であることから、上記集合組織に対する方位依存性がまったくなく、鍛造の集合組織が分断されるようになるので、異方性が取り除かれるようになる。
【００２２】
このため、上記鋼材１３を使用して製造された、例えば、図３に示すようなディーゼルエンジン等のピストン機関のピストン冠１００においては、周面１００ａとヘッド部１００ｂとで異方性を生じることがなくなり、周面１００ａのα部分とヘッド部１００ｂのβ部分との機械的性質をほぼ等しくすることができる。
【００２３】
したがって、本実施形態に係る鋼材１３の製造方法によれば、鋼塊１１を鍛造して得られた鋼材１２であっても、機械的性質の異方性をなくすことができる。
【００２４】
さらに、上記予備熱処理工程Ｓ１２により、結晶に異方性がなくなっていることから、上記調質熱処理工程Ｓ１３を行っても、結晶粒の粗大化が抑制され、結晶粒を微細化しておくことができるので、上記鋼材１３の機械的強度を高めることができると共に、延性や靭性を高めることができ、機械的性質をさらに向上させることができる。
【００２５】
［第二番目の実施形態］
本発明に係る鋼材の製造方法の第二番目の実施形態を図４，５に基づいて説明する。図４は、鋼材の製造方法のフロー図、図５は、等温変態（ＴＴＴ）曲線図である。ただし、前述した第一番目の実施形態と同様な部分については、前述した第一番目の実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、前述した第一番面の実施形態での説明と重複する説明を省略する。
【００２６】
本実施形態に係る鋼材の製造方法は、図４に示すように、前記鋼塊１１を鍛造して（段造工程Ｓ１１）、前記鋼材１２を製造したら、当該鋼材１２を８５０〜１０００℃にまで加熱してから、６００〜７００℃で１〜５時間保持した後、室温まで冷却することにより、当該鋼材１２に焼なましを行って等温変態処理を施し（予備熱処理工程Ｓ２２）、その後、焼入れや焼もどし等の調質熱処理を施すことにより（調質熱処理工程Ｓ１３）、鋼材２３を得る。
【００２７】
このような予備熱処理工程Ｓ２２を行った鋼材２３においては、図５に示すように、８５０〜１０００℃にまで加熱されることにより、オーステナイト（Ａ）組織に変態し、６００〜７００℃で１〜５時間保持されることにより、オーステナイト（Ａ）組成からフェライト（Ｆ）変態及びパーライト（Ｐ）変態を起こして、フェライト（Ｆ）組織及びパーライト（Ｐ）組織の少なくとも一方の組織になる。
【００２８】
このようにフェライト（Ｆ）組織及びパーライト（Ｐ）組織の少なくとも一方となるように予備熱処理工程Ｓ２２を施された上記鋼材２３においては、前述した第一番目の実施形態の場合と同様に、上記集合組織に対する方位依存性がまったくなく、鍛造の集合組織が分断されるようになるので、異方性が取り除かれるようになる。
【００２９】
このため、上記鋼材２３を使用して製造された、例えば、前記ピストン冠１００においては、前述した第一番目の実施形態の場合と同様に、周面１００ａのα部分とヘッド部１００ｂのβ部分との機械的性質をほぼ等しくすることができる。
【００３０】
したがって、本実施形態に係る鋼材２３の製造方法によれば、前述した第一番目の実施形態の場合と同様に、鋼塊１１を鍛造して得られた鋼材１２であっても、機械的性質の異方性をなくすことができる。
【００３１】
さらに、前述した第一番目の実施形態の場合と同様に、上記予備熱処理工程Ｓ２２により、結晶に異方性がなくなり、結晶粒も微細化することから、上記鋼材２３の機械的強度を高めることができると共に、延性や靭性を高めることができ、機械的性質をさらに向上させることができる。
【００３２】
［他の実施形態］
なお、前述した実施形態においては、前記予備熱処理工程Ｓ１２，Ｓ２２を一回行ってから前記調質熱処理工程Ｓ１３を行うようにしたが、他の実施形態として、例えば、前記予備熱処理工程Ｓ１２，Ｓ２２を複数回行うようにすると、前記鋼材１３，２３の変態率（フェライト組織及びパーライト組織が占める割合）を高めることができるので好ましい。
【実施例】
【００３３】
本発明に係る鋼材の製造方法の効果を確認するために行った確認試験を以下に説明する。
【００３４】
［確認試験１：予備熱処理の回数］
前述した第一，二番目の実施形態に基づく予備熱処理をそれぞれ３つの試験体（ＳＣＭ４４０）１Ａ〜１Ｃ，２Ａ〜２Ｃに繰り返して行って、各回数ごとに各試験体（ＳＣＭ４４０）１Ａ〜１Ｃ，２Ａ〜２Ｃの変態率（フェライト組織及びパーライト組織が占める割合）を求めた。その結果を下記の表１に示す。なお、変態率は、ビッカース硬さ試験を行って、得られた値がＨＶ２３０以下となったときに変態率を１００％と評価した。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
上記表１からわかるように、予備熱処理が１回の場合には、変態率にムラを生じてしまうものの、予備熱処理を２回行うと、変態率がすべて９０％以上となり、予備熱処理を３回行うと、変態率が略１００％となった。このことから、予備熱処理を複数回行うと、変態率を高められることが確認できた。また、予備熱処理を複数回行う場合、３回以下でないと、手間やコストに無駄を生じてしまうことが確認できた。さらに、変態率と手間及びコストバランスとを勘案すると、２回が最も好ましいことが確認できた。
【００３７】
［確認試験２：引張試験及び衝撃試験］
前述した各実施形態に基づいてそれぞれ製造した鋼材（ＳＣＭ４４０）を使用して、図３に示したディーゼルエンジン等のピストン機関のピストン冠１００を作製し、周面１００ａのα部分及びヘッド部１００ｂのβ部分からテストピースをそれぞれ２つずつ切り出して、常温における引張試験及び衝撃試験を行った。その結果を下記の表２に示す。
【００３８】
なお、前述した第一番目の実施形態に基づいて、前記予備熱処理工程Ｓ１２（連続冷却変態処理工程）を１回行って製造した鋼材１３を使用して作製したピストン冠１００のα部分及びβ部分から切り出したテストピースをそれぞれ試験体１１αＡ，１１αＢ、１１βＡ，１１βＢとし、前記予備熱処理工程Ｓ１２（連続冷却変態処理工程）を２回行って製造した鋼材１３を使用して作製したピストン冠１００のα部分及びβ部分から切り出したテストピースをそれぞれ試験体１２αＡ，１２αＢ、１２βＡ，１２βＢとした。
【００３９】
そして、前述した第二番目の実施形態に基づいて、前記予備熱処理工程Ｓ２２（等温変態処理工程）を１回行って製造した鋼材２３を使用して作製したピストン冠１００のα部分及びβ部分から切り出したテストピースをそれぞれ試験体２１αＡ，２１αＢ、２１βＡ，２１βＢとし、前記予備熱処理工程Ｓ２２（等温変態処理工程）を２回行って製造した鋼材２３を使用して作製したピストン冠１００のα部分及びβ部分から切り出したテストピースをそれぞれ試験体２２αＡ，２２αＢ、２２βＡ，２２βＢとした。
【００４０】
また、比較のため、前記予備熱処理工程Ｓ１２，Ｓ２２を省略して製造した鋼材（ＳＣＭ４４０）を使用して作製した従来のピストン冠１の周面１ａのα部分及びヘッド部１ｂのβ部分から切り出したテストピース（試験体００αＡ，００αＢ、００βＡ，００βＢ）に対しても常温における引張試験及び衝撃試験を行った。その結果も併せて下記の表２に示す。
【００４１】
【表２】
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【００４２】
上記表２からわかるように、試験体００β（従来品のヘッド部）は、試験体００α（従来品の周面）と比べて、機械的性質が低く、特に、伸び、絞り、衝撃性が大きく低下している。これに対し、試験体１１β，１２β，２１β，２２β（本発明品のヘッド部）は、試験体１１α，１２α，２１α，２２α，（本発明品の周面）と比べて、機械的性質に遜色がなかった。
【００４３】
さらに、試験体１１α，１２α（等温変態処理の周面）に対する試験体１１β，１２β（等温変態処理のヘッド部）の機械的性質（特に、伸び、絞り、衝撃性）の低下割合は、試験体２１α，２２α（連続冷却変態処理の周面）に対する試験体２１β，２２β（連続冷却変態処理のヘッド部）の機械的性質の低下割合よりも小さく、また、試験体１２α，２２α（２回処理の周面）に対する試験体１２β，２２β（２回処理のヘッド部）の機械的性質（特に、伸び、絞り、衝撃性）の低下割合は、試験体１１α，２１α（１回処理の周面）に対する試験体１１β，２１β（１回処理のヘッド部）の機械的性質の低下割合よりも非常に小さくなった。
【００４４】
これらのことから、本発明に係る鋼材の製造方法によれば、機械的強度を高めることができると共に、延性や靭性を高めることができ、機械的性質を向上できることが認められた。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明に係る鋼材の製造方法は、鋼塊を鍛造して得られた鋼材であっても、機械的性質の異方性をなくすことができるので、製鉄産業や各種機械製造産業等において、極めて有益に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る鋼材の製造方法の第一番目の実施形態のフロー図である。
【図２】本発明に係る鋼材の製造方法の第一番目の実施形態における連続冷却変態（ＣＣＴ）曲線図である。
【図３】第一番目の実施形態で製造された鋼材を使用して作製されたピストン冠の概略構造図である。
【図４】本発明に係る鋼材の製造方法の第二番目の実施形態のフロー図である。
【図５】本発明に係る鋼材の製造方法の第二番目の実施形態における等温変態（ＴＴＴ）曲線図である。
【図６】従来の方法で製造された鋼材を使用して作製されたピストン冠の概略構造図である。
【符号の説明】
【００４７】
１００  ピストン冠
１００ａ  周面
１００ｂ  ヘッド部
【図１】
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【図２】
2009215587.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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