[发明专利]疲劳强度、屈服强度和切削性优良的热锻造钢的制法

说明书

                    技术领域

本发明是关于以往热锻造的汽车用为主的机械结构用钢的制造方法，更详细地说，是关于将具有特定化学成分的钢材进行热锻造，形成特定的金属组织后，通过时效处理，能够同时具有优良的疲劳强度、切削性和屈服强度的热锻造钢的制造方法。

                    背景技术

从节省工序、降低制造成本的观点出发，对于以汽车为主的机械结构用钢，正在普及使用非调质钢。

这些非调质钢主要着眼于开发具有高抗拉强度(或硬度)和屈服强度及切削性的非调质钢。因此，例如在特开昭62-205245等中所看到的那样，已提出使用强化析出的代表元素V的非调质钢。然而，真正防碍这种高强度高韧性的非调质钢应用于机械部件的原因是疲劳强度和切削性。

疲劳强度一般依赖于抗拉强度，提高抗拉强度，则使疲劳强度变高。但是，由于提高抗拉强度，使切削性极端恶化，若抗拉强度超过120kgf/mm²，则以通常的生产能力已经不能生产。因此，渴望在不恶化切削性的情况下，能够实现提高疲劳强度的非调质钢。

为此，有效的手段是提高疲劳强度和抗拉强度之比，即耐久比。因此，例如在特开平4-176842等中报导的那样，已提出作为贝氏体主体的金属组织，降低组织中的高碳岛状马氏体和残余奥氏体的方法。

然而，尽管致力于这样的开发，但是疲劳比最大是0.55左右，切削性也仅改善到切削性极差的以往贝氏体非调质钢的2倍。

本发明人首先对于在铁素体组织中混有适量贝氏体组织的金属组织的几种热锻造材料，研究其疲劳性能和切削性。从(1)使用以复合析出物作为铁素体的析出核，(2)低C和低N化，(3)使V碳化物在铁素体十贝氏体双相组织中析出这三点出发，发明了抗拉强度和疲劳强度提高而且切削性也确保在现行切削工序能容许水平的铁素体-贝氏体型的热锻造直接使用的非调质钢。但是，在具有直接相变成分的贝氏体组织的钢中，虽然抗拉强度和疲劳强度提高了，但存在屈服强度和屈服比显著降低的问题。由于这样的问题，使其难以适用于非正常时加以大载荷的汽车发动机部件。    

本发明提供在以往的热锻造钢中难以实现的、具有高抗拉强度和高疲劳强度及高屈服点，同时也具有更良好的切削性的热锻造钢的制造方法。

                      发明的公开

屈服强度等于开始塑性变形的应力，例如如果是硬质相十软质相的双相组织，则由软质相的屈服强度决定屈服强度。因此若是铁素体十贝氏体的双相组织，则主要受软质相的铁素体相的屈服强度的影响。因为这种铁素体相在较高温度结束相变，所以也比低温转变相的贝氏体固溶的C量和N量少，不可能期待通过时效处理增加屈服强度。

但是，在存在较多V的铁素体十贝氏体组织的材料中，在铁素体中也能存在较多的固溶的V。已经知道，若对已将C和N控制较低的钢材成分的铁素体十贝氏体组织材料进行时效处理，则不仅在贝氏体相中，而且在铁素体基体中析出共格的细V碳化物，通过这种共格的细V碳化物防止在相变时引入的可动位错的变化来提高屈服强度，而且若在适当温度范围的时效处理，不会引起抗拉强度降低，而且提高屈服强度。

本发明人就是基于这样的认识，通过对具有特定化学成分的铁素体十贝氏体组织钢进行特定温度范围的时效处理，提供抗拉强度、疲劳强度和屈服强度都高，而且切削性也良好的理想的热锻造制造方法而完成了本发明。

即，本发明的第1发明是铁素体十贝氏体型热锻造钢的制造方法，其特征在于，对以重量比含有C 0.10-0.35％、Si0.15-2.00％、Mn 0.40-2.00％、S 0.03-0.10％、Al0.0005-0.05％、Ti 0.003-0.05％、N 0.0020-0.0070％、V0.30-0.70％、其余为Fe和杂质组成的钢材进行热锻造，终锻温度为1050℃以上，然后冷却，使相变终了后的金属组织的80％以上是铁素体十贝氏体组织，再在200-700℃对其进行时效处理。本发明的第2发明是为了晶粒细化和调整贝氏体组织比例及切削性，在第1发明钢的成分中进一步含有Cr 0.02-1.50％、Mo0.02-1.00％、Nb 0.001-0.20％、Pb 0.05-0.30％和Ca0.0005-0.010％中的一种或二种以上成分。

下面说明关于在本发明的铁素体一贝氏体型热锻造钢的制造方法中的钢材化学成分、在进行热锻造并冷却而相变终了后的金属组织和对该材料进行时效处理条件的限定理由。