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製品紹介＞強度・靭性バランスに優れた時効硬化型ベイナイト非調質鋼

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強度・靭性バランスに優れた時効硬化型ベイナイト非調質鋼
1．はじめにの増減は SCM435 を基準として記載している．開発鋼は時効硬化の活用による被削性向上と，高強度の両立

近年，自動車は持続可能な社会の実現に向け，カーボを目的に Mo，V を増量している．また，セメンタイト

ンニュートラル（以下，CN という）化のため，化石燃（以下，θ という）制御・転位易動度向上による靭性向料を使用した内燃機関車から，電気自動車，ハイブリッ上を目的に，C を低減，Mn，Ni を増量している．

ド車を始めとする電動車への置き換えが進んでいる．電動車はバッテリー重量が重く，車重が重くなるため，走行距離延長や車室内のスペース確保のため，部品の小型化・軽量化が求められる．すなわち素材に対する高強度化ニーズがますます高まっている．同時に，電動車部品の製造工程を CN にする活動も各社で広がっている．
これらのニーズに応えるため，大同特殊鋼㈱（以下，当社という）では，ガス浸炭工程の「真空浸炭」化

1）
，2）

1）

表１．主な化学成分（mass%）．
鋼種

NiCr

減 0.25 増 添加 減MoV

調質開発鋼

Mn

JISSCM435

0.35 0.25 0.8-

1.20 0.15-

有CSi

増 添加 無（2）強度・靭性
図 1 に油圧サーボ試験機を用いた破壊靭性試験結果

や熱間鍛造工程の「冷間鍛造」化 ，球状化焼なましやを，図 2 にそのミクロ組織観察結果をそれぞれ示す．

調質処理（焼入・焼戻し）などの「熱処理工程省略」に一般に，靭性は硬さ（引張強度）と負の相関があること

1），3）が知られている．硬さ見合いの靭性を向上させるために熱間加工後の調質処理を省略することができる非調質鋼

は，破壊起点となる θ などの第 2 相粒子を低減し，きは機械構造部品に広く利用されている．従来の非調質鋼裂の生成を抑制すること，交差すべりを促進することでの多くは中炭素鋼に微量のバナジウムを添加したフェラへき開破壊を抑制すること，などが知られている．

イト・パーライト型非調質鋼（以下，F+P 型という）であり，900 MPa 以上の強度を得るためには炭素量を高めなければならず，靭性や被削性が著しく低下する問題があり，高強度化は困難と考えられてきた．そこで，当社では，F+P 型に比べて高強度で，かつ，被削性に優れた時効硬化型ベイナイト非調質鋼（以下，B 時効型という）の開発に取り組んできた 4），5）．ただし，従来の B時効型は中炭素合金鋼の調質材に比べ，硬さ見合いの靭性が著しく低下する問題があった．そこで，当社ではさらなる研究を重ね，強度・靭性バランスを従来にないレベルに高めた鋼を開発したので紹介する．

2．開発鋼の特徴（1）開発鋼成分
開発鋼の組成を表 1 に示す．比較として，一般的な中炭素合金鋼の調質材として広く用いられている JIS-SCM435 の代表組成を併記する．なお，開発鋼の成分量

破壊靭性値K1C，MPa・ m0.5開発を実施してきた．その中でも，対応した鋼材

80706050403020100

目標 (引張強度同等の調質材)
F+P型
引張強度900 MPa（28 HRC）級

開発鋼

従来B時効型（時効後）
35 HRC（時効後）
35 HRC図１．開発鋼の靭性評価結果．
当社では，B 時効型の θ サイズは C 量の低減だけでなく，ベイナイト変態開始温度（Bs 点）の低下によっても小さくなることを明らかにした．図 2 に示すように，開発鋼は鍛造後の残留オーステナイト（γ）が小さく，かつ鍛造冷却中の残留 γ への C の濃化が少なくなっ電気製鋼 第 94 巻第 1 号 2023 年

54ており，その結果，時効硬化処理時に分解生成される θが小さくなることを確認している．従来 B 時効型に対して，この θ 制御と Ni による母材靭性向上を適用した

結果，図 1 に示すように，開発鋼は従来 B 時効型および F+P 型に比べて大幅に靭性が向上し，調質材同等以上の優れた靭性を達成している．なお，実部品でも開発（4）耐水素脆化特性
一般に引張強度が 1000 〜 1200 MPa 以上の高強度鋼
では水素に起因する遅れ破壊が発生しやすくなると言われている．そこで，耐水素脆化特性を評価するため，陰極水素チャージ試験を用い，侵入水素量を評価した結果を図 4 に示す．図 4 から，開発鋼は一般的な調質材よ鋼は引張強度 1050 MPa 以上で，優れた靭性を有するこり高い水素トラップ能を有していることがわかる．まとを確認している．

た，昇温脱離水素分析より，200 ℃以上のピーク（強くトラップされている非拡散性水素）が大きいことを確認している．本結果から，時効硬化処理により析出した
NaCl 型のナノサイズの Mo，V 複合炭化物が，水素トラップサイトとして作用することで，開発鋼は耐水素脆120 μm化特性に優れると推察される．

120 μm
残留γがフェライト＋θに分解

θ︓小/少

θ︓大/多a5 μm

靭性︓高靭性︓低a5 μm

図 2．開発鋼のミクロ組織（上：鍛造後，下：時効後）．
（3）切削加工性

水素トラップ量，ppm

時効後組織（SEM）

鍛造後組織（EPMA）（a）開発鋼，C量，Bs点︓低 （b）従来B時効型，C量，Bs点︓高残留γへのC濃化︓大残留γへのC濃化︓小1086420

一般に機械構造部品は多くの切削加工が施されるため，強度特性に加えて切削加工性が要求される．開発鋼

開発鋼
（調質後）

SCM435（調質後）

図 4．開発鋼の水素チャージ特性評価結果．

は時効硬化処理を活用することで 1050 MPa 以上の強度3．おわりにを得ながら，切削加工時の硬さを低減することができる．
図 3 にドリル加工試験結果を示す．切削加工時の組

今回，強度・靭性バランスを大幅に向上させ，中炭素織がベイナイトである開発鋼は，組織がフェライト・合金鋼の調質材を置き換え可能な，時効硬化型ベイナイ

パーライトの場合に比べ，良好な切削加工が可能である

ト非調質鋼の諸特性を紹介した．現在，本開発鋼は噴射ことを確認している．本結果は，ベイナイトは微細炭化系部品として実用化されている．
近年，機械構造部品に対して高特性化や低コスト化にたこと，せん断応力が低減したこと，によると考えられ加え，環境負荷低減（カーボンニュートラル）の要求がる．

高まっている．当社においては，今後も新しい技術を取コーナー最大摩耗量，μm物が均一に分散した組織であるため，真直性に優れていり入れた鋼材・プロセス開発を行い，ユーザーの多様な600ニーズに応え，競争力向上に貢献し続けていく所存であ

500

る．

400

（文献，引用）3001）大同特殊鋼㈱：電気製鋼，84（2013），67．

2002）井上圭介：電気製鋼，90（2019）
，79．

F+P組織

100

B組織（開発鋼）

0202530

硬さ，HRC図 3．開発鋼のドリル加工性評価結果．

353）梅森直樹，藤原正尚，松村康志，保母誠：電気製鋼，81（2010），123．

4）木村和良，高田勝典，保母誠：電気製鋼，79（2008），
61．

5 ） 山 﨑 歩 見 ， 宮 﨑 貴 大 ， 增 田 大 樹： 電 気 製 鋼 ， 8 4（2013），39

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大同特殊鋼㈱ 鋼材営業本部
材料技術サービス部
名古屋技術サービス室
酒井康明
TEL：052-308-5473

FAX：052-608-5981

e-mail：y-sakai@ds.daido.co.jp
大同特殊鋼㈱ 技術開発研究所
構造材料研究室
大橋亮介
TEL：052-611-9416

FAX：052-611-7399

e-mail：r-oohashi@ac.daido.co.jp55