本發(fā)明涉及冷鍛用時效硬化用鋼。
背景技術(shù)：
作為成為汽車部件、產(chǎn)業(yè)機(jī)械部件和建筑機(jī)械部件等機(jī)械結(jié)構(gòu)部件的坯料的結(jié)構(gòu)鋼，使用機(jī)械結(jié)構(gòu)用碳鋼和機(jī)械結(jié)構(gòu)用合金鋼。
為了由這些鋼材制造部件，以往主要采用“熱鍛-切削”工序。近年來，以提高生產(chǎn)率為目的，有替換為“冷鍛-切削”工序的意向。這樣，通過采用“冷鍛-切削”工序，能通過冷鍛來謀求近凈成形(nearnetshape)化，還能削減切削量，因此生產(chǎn)率提高。
但是，通常由于冷鍛的加工度大，因此會產(chǎn)生加工載荷高、模具壽命短、部件容易發(fā)生裂紋的問題。因此，提高成為坯料的鋼材的冷鍛性，即減小冷鍛時的載荷，抑制裂紋發(fā)生是最重要的課題。
另一方面，作為汽車部件、產(chǎn)業(yè)機(jī)械部件和建筑機(jī)械部件等機(jī)械結(jié)構(gòu)部件，要求高的疲勞強(qiáng)度。為了實現(xiàn)高的疲勞強(qiáng)度，提高冷鍛后的硬度是有效的。但是，如果想要通過提高作為坯料的鋼材的硬度來提高冷鍛后的硬度，則會使冷鍛性降低。即，使坯料鋼材兼具冷鍛性和疲勞強(qiáng)度是困難的。
因此，為了解決這樣的問題進(jìn)行了下述工作：為提高冷鍛部件的疲勞強(qiáng)度，在冷鍛后加熱至ac3以上的溫度，進(jìn)行淬火回火或高頻淬火的熱處理，使整體或表面硬化。
但是，在這樣的方法中，由于熱處理后的部件硬度增高，因此存在以下課題：不能避免被切削性的降低，不能獲得由冷鍛帶來的生產(chǎn)率提高這一優(yōu)點。
于是，有被應(yīng)用于在切削加工時不將硬度提高到所需以上，而是通過切削加工后的熱處理來提高硬度的用途的所謂的時效硬化用鋼材。
專利文獻(xiàn)1公開了一種涉及具有以下特征的冷鍛氮化用鋼、冷鍛氮化用鋼材和冷鍛氮化部件的技術(shù)：化學(xué)成分以質(zhì)量％計含有c：0.01～0.15％、si：0.05％以下、mn：0.10～0.90％、p：0.030％以下、s：0.030％以下、cr：0.50～2.0％、v：0.10～0.50％、al：0.01～0.10％、n：0.00080％以下、以及o：0.0030％以下，余量由fe和雜質(zhì)構(gòu)成，滿足399×c+26×si+123×mn+30×cr+32×mo+19×v≤160以下、20≤(669.3×logc-1959.3×logn-6983.3)×(0.067×mo+0.147×v)≤80、160≤140×cr+125×al+235×v、90≤511×c+33×mn+56×cu+15×ni+36×cr+5×mo+134×v≤170，組織為鐵素體-珠光體組織、鐵素體-貝氏體組織或鐵素體-珠光體-貝氏體組織，并且，鐵素體的面積率為70％以上，通過提取殘渣分析得到的析出物中的v含量為0.10％以下，芯部硬度按維氏硬度計為220以上，有效硬化層深度為0.20mm以上。
專利文獻(xiàn)2公開了一種涉及冷加工性優(yōu)異的冷鐓鍛用鋼的技術(shù)，所述冷軋用鋼的化學(xué)成分以質(zhì)量％計含有c：0.06～0.50％、si：0.05％以下、mn：0.5～1.0％、v：0.10～0.60％，初析鐵素體與珠光體的合計量以面積率計為90％以上，并且，所述初析鐵素體量為由式子f＝100-125[c]+22.5[v]表示的f值以上的面積％，在所述初析鐵素體中析出了vc。
在先技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1：國際公開第2012/053541號
專利文獻(xiàn)2：日本特開2000-273580號公報
技術(shù)實現(xiàn)要素：
專利文獻(xiàn)1中所公開的技術(shù)，提供具有優(yōu)異的冷鍛性和冷鍛后的被切削性的鋼和鋼材，并且能夠使被實施了冷鍛和氮化處理的部件具備高的芯部硬度、高的表面硬度和深的有效硬化層深度。但是，對于疲勞強(qiáng)度沒有提及，關(guān)于耐久比(疲勞強(qiáng)度/抗拉強(qiáng)度)的提高沒有進(jìn)行研究。
專利文獻(xiàn)2中所公開的技術(shù)，是涉及能夠以軋制態(tài)供冷加工的冷鐓鍛用鋼的技術(shù)，提供通過在熱軋中使vc析出、使固溶c減少來提高了冷鍛性的鋼。但是，專利文獻(xiàn)2中記載的技術(shù)沒有考慮到疲勞強(qiáng)度。另外，在要使強(qiáng)度提高的情況下，需要以調(diào)質(zhì)處理為前提，在調(diào)制處理后的硬化了的狀態(tài)下進(jìn)行切削，不能夠避免被切削性的降低。
本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)狀而完成的，其目的是提供確保400mpa以上的抗拉強(qiáng)度、250mpa以上的疲勞強(qiáng)度，并且，具有高的冷鍛性，且通過由冷鍛帶來的加工硬化、以及冷鍛后的時效硬化可得到高的耐久比的冷鍛用時效硬化用鋼。
本發(fā)明人為解決上述課題而進(jìn)行了各種研究。其結(jié)果，弄清了下述事項(a)～(d)。
(a)為得到優(yōu)異的冷鍛性，需要降低供鍛造的坯料(鋼)的硬度。通過降低坯料的硬度，能夠使鍛造載荷降低。另外，為了抑制冷鍛時的裂紋，減少成為坯料的鋼的c量是有效的。
(b)為了在時效硬化處理后得到高的疲勞強(qiáng)度，利用v碳氮化物、nb碳氮化物的析出硬化，另外，使顯微組織以鐵素體和珠光體為主體，而且減少該珠光體的面積率是有效的。時效硬化處理具有不僅提高疲勞強(qiáng)度，還提高耐久比(疲勞強(qiáng)度/抗拉強(qiáng)度)的作用。如果耐久比高，則能夠確保所需的疲勞強(qiáng)度、且使抗拉強(qiáng)度較低，因此可得到防止切削加工性降低的效果。本發(fā)明中的高的耐久比是指為0.600以上。
(c)即使單獨(dú)含有nb，在時效硬化后也不能夠得到充分的耐久比提高效果，但如果同時含有nb和v，則通過復(fù)合碳氮化物析出，與單獨(dú)含有nb的鋼相比的情況下不用說，即使與單獨(dú)含有v的鋼相比也能夠得到大的耐久比提高效果。
(d)即使為了發(fā)揮優(yōu)異的冷鍛性而減少c量，如果適當(dāng)控制成為坯料的鋼的化學(xué)組成，則也可得到充分的時效析出，鋼的耐久比提高。
本發(fā)明是基于上述(a)～(d)的見解而完成的，其主旨如下。
[1]一種冷鍛用時效硬化用鋼，其特征在于，化學(xué)組成以質(zhì)量％計含有c：0.02～0.13％、si：0.01～0.50％、mn：0.20～0.70％、p：0.020％以下(包括0％在內(nèi))、s：0.005～0.020％、al：0.005～0.050％、cr：0.02～1.50％、v：0.02～0.50％、nb：0.005～0.050％、和n：0.003～0.030％，余量為fe和不可避免的雜質(zhì)，固溶nb的含量(質(zhì)量％)相對于上述nb的總含量為25％以上，固溶v的含量(質(zhì)量％)相對于上述v的總含量為50％以上，由下述式(1)表示的fn1為0.03以上，由下述式(2)表示的fn2為13.5以下，金屬組織(金相組織)以面積率計含有鐵素體：85％以上、貝氏體與馬氏體的合計量：5％以下(包括0％在內(nèi))。
fn1＝[nb]/[v]···(1)
fn2＝125×c-13×v-4×nb···(2)
在式(1)和式(2)中，[v]表示固溶v的質(zhì)量％，[nb]表示固溶nb的質(zhì)量％，c表示鋼含有的c的質(zhì)量％，v表示鋼含有的v的質(zhì)量％，nb表示鋼含有的nb的質(zhì)量％。
[2]根據(jù)上述[1]所述的冷鍛用時效硬化用鋼，其特征在于，所述化學(xué)組成還含有cu：0.20％以下、ni：0.20％以下、mo：0.20％以下之中的一種以上來代替fe的一部分。
本發(fā)明的冷鍛用時效硬化用鋼，冷鍛性優(yōu)異，并且，不進(jìn)行淬火回火和高頻淬火的熱處理就能夠通過時效硬化處理來確保高的耐久比和被切削性。而且，通過使用本發(fā)明的時效硬化用鋼作為坯料，能夠采用“冷鍛-時效硬化處理-切削”工序，代替目前通常的“熱鍛-切削”工序，來制造汽車部件、產(chǎn)業(yè)機(jī)械部件、建筑機(jī)械部件等機(jī)械結(jié)構(gòu)部件，能夠使生產(chǎn)率提高。
附圖說明
圖1是表示由式(1)算出的fn1與耐久比(疲勞強(qiáng)度/抗拉強(qiáng)度)的關(guān)系的圖。
具體實施方式
以下，對本發(fā)明的冷鍛用時效硬化用鋼(以下也稱為“鋼”或“鋼材”)的各必要條件進(jìn)行詳細(xì)說明。再者，關(guān)于以下的說明中的各元素的含量的“％”，只要不特別說明就意味著“質(zhì)量％”。
首先，對化學(xué)組成進(jìn)行說明。
[c：0.02～0.13％]
c是為了提高作為機(jī)械結(jié)構(gòu)部件的強(qiáng)度所需的元素。但是，在本發(fā)明中，為了抑制冷鍛時的裂紋而減少c量。如果c的含量超過0.13％則會在冷鍛時發(fā)生裂紋，因此將其含量設(shè)為0.13％以下。如果c含量小于0.02％則在時效硬化處理后不能夠確保400mpa以上的抗拉強(qiáng)度、250mpa以上的疲勞強(qiáng)度。因此，將c的含量設(shè)為0.02％以上。再者，c的含量優(yōu)選設(shè)為0.03％以上且小于0.10％。
[si：0.01～0.50％]
si是作為熔煉時的脫氧用途所需的元素，為得到該效果而含有0.01％以上。但是，si會對鐵素體進(jìn)行固溶強(qiáng)化，因此如果si的含量超過0.50％，則使冷鍛性降低。因此，將si的含量設(shè)為0.50％以下。si的含量優(yōu)選設(shè)為0.05％以上且0.45％以下。
[mn：0.20～0.70％]
mn作為固溶強(qiáng)化元素提高最終部件的強(qiáng)度。如果mn的含量小于0.20％則最終部件的強(qiáng)度不足，如果超過0.70％則會使冷鍛性降低。因此，將mn的含量設(shè)為0.20～0.70％。再者，mn的含量優(yōu)選設(shè)為0.25％以上且0.65％以下。
[p：0.020％以下]
p是鋼中不可避免地含有的雜質(zhì)，容易在鋼中偏析，成為局部的延展性降低的原因。如果p的含量超過0.020％，則局部的延展性降低變得明顯。因此，將其含量限制在0.020％以下。優(yōu)選其含量限制在0.018％以下。p的含量可以為0。
[s：0.005～0.020％]
s是使被切削性提高的元素。為得到被切削性提高的效果需要含有0.005％以上。如果含量超過0.020％，則會在鋼中生成粗大的硫化物，成為冷鍛時的裂紋發(fā)生的原因。因此，將s的含量設(shè)為0.005～0.020％。再者，s的含量優(yōu)選設(shè)為0.018％以下。
[al：0.005～0.050％]
al是鋼的精煉時的脫氧劑。為了得到脫氧的效果而含有0.005％以上。如果含量超過0.050％，則會在鋼中生成粗大的al夾雜物，成為冷鍛時的裂紋發(fā)生的原因。因此，將al的含量設(shè)為0.050％以下。再者，al的含量優(yōu)選設(shè)為0.045％以下。
[cr：0.02～1.50％]
cr具有作為固溶強(qiáng)化元素提高鍛造后的疲勞強(qiáng)度的效果。但是，如果其含量超過1.50％，則會過度提高坯料硬度從而冷鍛性降低。因此，將cr的含量設(shè)為0.02～1.50％。再者，cr的含量優(yōu)選設(shè)為0.03％以上且1.30％以下。
[v：0.02％～0.50％]
v通過在時效硬化處理時形成v與nb的復(fù)合碳氮化物，提高疲勞強(qiáng)度和耐久比。為了得到該效果而含有0.02％以上的v。從合金成本的觀點出發(fā)，上限設(shè)為0.50％。再者，v含量優(yōu)選為0.03％以上。
[nb：0.005％～0.050％]
nb通過與v同時添加，在時效硬化處理時與v復(fù)合地形成碳氮化物，提高耐久比。為了得到該效果而含有0.005％以上。從合金成本的觀點出發(fā)，上限設(shè)為0.050％。再者，nb的含量優(yōu)選為0.010％以上。
[n：0.003～0.030％]
n在冷鍛后的時效硬化處理中與v、nb結(jié)合，作為復(fù)合碳氮化物析出，由此使耐久比提高。為了得到該效果而含有0.003％以上。但是，如果過量地含有則會成為冷鍛性降低的原因，因此將其含量設(shè)為0.030％以下。再者，n的含量優(yōu)選設(shè)為0.025％以下。
本發(fā)明的冷鍛用時效硬化用鋼，是具有除了上述元素以外，余量包含fe和不可避免的雜質(zhì)的化學(xué)組成的鋼。不可避免的雜質(zhì)是指在工業(yè)性制造鋼鐵材料時，從作為原料的礦石、廢料或制造環(huán)境等混入的雜質(zhì)。
本發(fā)明的冷鍛用時效硬化用鋼的化學(xué)組成，也可以除了上述元素以外，還含有cu、ni、mo之中的一種以上的元素來代替fe的一部分。
以下，對于作為任意的元素的cu、ni和mo的作用效果、和含量的限定理由進(jìn)行說明。
[cu：0.20％以下]
cu具有提高鋼的疲勞強(qiáng)度的效果，因此可以含有0.20％以下。如果超過0.20％，則冷鍛性降低。從確保冷鍛性的觀點出發(fā)，在含有的情況下cu的量優(yōu)選設(shè)為0.15％以下。
[ni：0.20％以下]
ni具有提高鋼的疲勞強(qiáng)度的效果，因此可以含有0.20％以下。如果超過0.20％，則冷鍛性降低。從確保冷鍛性的觀點出發(fā)，在含有的情況下ni的量優(yōu)選設(shè)為0.15％以下。
[mo：0.20％以下]
mo具有提高鋼的疲勞強(qiáng)度的效果，因此可以含有0.20％以下。如果超過0.20％，則冷鍛性降低。從確保冷鍛性的觀點出發(fā)，在含有的情況下mo的量優(yōu)選設(shè)為0.15％以下。
固溶nb的含量(質(zhì)量％)相對于上述nb的總含量需要為25％以上，固溶v的含量(質(zhì)量％)相對于上述v的總含量需要為50％以上。
固溶v量是鋼中所含有的v之中的、沒有作為碳氮化物析出的v的質(zhì)量％，固溶nb量是鋼材中所含有的nb之中的、沒有作為碳氮化物析出的nb的質(zhì)量％。
如上所述，通過向鋼中同時添加nb和v，能夠在時效硬化處理時與v復(fù)合地形成碳氮化物，提高耐久比。為了在時效硬化處理時與v復(fù)合地形成碳氮化物，需要在時效硬化處理前的鋼中存在適當(dāng)量的固溶nb、固溶v。
具體而言，關(guān)于本發(fā)明的冷鍛用時效硬化用鋼的成分，由式(1)定義的fn1必須為0.03以上。這是為了在時效硬化處理時，得到用于提高耐久比的適當(dāng)量的nb與v的復(fù)合碳氮化物。再者，fn1的上限值不特別限定，但可以設(shè)為0.90以下。
fn1＝[nb]/[v]···(1)
其中，[v]表示固溶v的質(zhì)量％，[nb]表示固溶nb的質(zhì)量％。
固溶v量、固溶nb量，通過例如以下的提取殘渣分析法求出。
從成形為圓棒的時效硬化用鋼的半徑×0.5的位置切取10mm×10mm×10mm的試樣，作為提取殘渣分析用試樣。將該試樣在10％aa系溶液(將四甲基氯化銨、乙酰丙酮、甲醇以1:10:100混合而成的溶液)中進(jìn)行恒流電解。
此時，為了除去表面的附著物，首先在電流：1000ma、時間：28分鐘的條件下進(jìn)行預(yù)電解之后，將試樣表面的附著物在酒精中進(jìn)行超聲波清洗從而從試樣除去，測定除去了附著物的試樣的質(zhì)量，作為接下來進(jìn)行的電解之前的試樣的質(zhì)量。
接著，在電流：173ma、時間：142分鐘、室溫的條件下對試樣進(jìn)行電解。將進(jìn)行了電解的試樣取出，將試樣表面的附著物(殘渣)在酒精中進(jìn)行超聲波清洗從而從試樣除去。然后，將電解后的溶液和在超聲波清洗中使用過的溶液用網(wǎng)眼尺寸為0.2μm的過濾器吸濾從而采集殘渣。測定除去了附著物(殘渣)的試樣的質(zhì)量，根據(jù)電解前后的試樣的質(zhì)量的測定值之差求出“被電解了的試樣的質(zhì)量”。
將在上述的過濾器上采集的殘渣移至皿(schale)中使其干燥，測定質(zhì)量之后，根據(jù)jisg1258標(biāo)準(zhǔn)，利用icp發(fā)射光譜分析裝置(高頻電感耦合等離子體發(fā)射光譜分析裝置)進(jìn)行分析，求出“殘渣中的v和nb的質(zhì)量”。
然后，如上述那樣求出的“殘渣中的v和nb的質(zhì)量”除以“被電解了的試樣的質(zhì)量”，所得到的值以百分率表示，該以百分率表示的值為“通過提取殘渣分析得到的固溶v量和固溶nb量”。
對與fn1相關(guān)的上述式(1)的導(dǎo)出的根據(jù)進(jìn)行說明。
本發(fā)明人對于含有c：0.02～0.13％、si：0.01～0.50％、mn：0.20～0.70％、p：0.020％以下(包括0％在內(nèi))、s：0.005～0.020％、al：0.005～0.050％、cr：0.02～1.50％、v：0.02～0.50％、nb：0.005～0.050％、和n：0.003～0.030％，余量為fe和不可避免的雜質(zhì)的鋼，實施在a3點以下保持30分鐘～60分鐘的試驗，制作了具有各種的固溶v量和固溶nb量的供試鋼。然后，采用上述的方法測定固溶v量和固溶nb量，并且，對上述供試鋼實施拉伸試驗(根據(jù)jisz2241標(biāo)準(zhǔn))、小野式旋轉(zhuǎn)彎曲試驗(根據(jù)jisz2274標(biāo)準(zhǔn))，求出了耐久比。
由所得到的結(jié)果求出供試鋼的固溶nb量相對于固溶v量的比例，將調(diào)查其與耐久比的關(guān)系所得到的結(jié)果示于圖1。
由圖1明確可知，通過將供試鋼的固溶nb量相對于固溶v量的比例設(shè)為0.03以上，能夠使耐久比為0.60以上。如果由式(1)定義的fn1的值小于0.03，則沒有析出復(fù)合碳氮化物，因此得不到耐久比提高的效果。因此，將fn1的值限定為0.03以上。
本發(fā)明的冷鍛用時效硬化用鋼的顯微組織是以鐵素體與珠光體的混合組織為主體的，并且，鐵素體的面積率為85％以上。珠光體的面積率可以較小，可以為0。再者，作為鐵素體和珠光體以外的組織(其余的組織)，有時生成貝氏體和/或馬氏體，但在這樣的情況下，貝氏體和馬氏體的合計的面積率需要限制在5％以下。
另外，關(guān)于本發(fā)明的冷鍛用時效硬化用鋼，由式(2)定義的fn2必須為13.5以下。再者，fn2值越低越好，其下限值不特別限定，但從各元素的含量的上下限值來看，成為0.80以上。
fn2＝125×c-13×v-4×nb···(2)
其中，c表示鋼含有的c的質(zhì)量％，v表示鋼含有的v的質(zhì)量％，nb表示鋼含有的nb的質(zhì)量％。
對與fn2相關(guān)的上述式(2)的導(dǎo)出的根據(jù)進(jìn)行說明。
為了提高耐久比，需要將鐵素體的面積率設(shè)為85％以上。而且，強(qiáng)化鐵素體是很重要的。v和nb是在時效硬化處理中析出碳氮化物來強(qiáng)化鐵素體的元素。如果由式(2)定義的fn2的值為13.6以上，則鐵素體不能夠被充分強(qiáng)化。另外，有時鐵素體面積率沒有達(dá)到85％以上。因此，不能夠得到0.60以上的耐久比。因此，為了得到本發(fā)明中需求的耐久比，將fn2設(shè)為13.5以下。
貝氏體組織和馬氏體組織與鐵素體-珠光體組織相比，是冷變形能力差的組織，成為冷鍛時的裂紋發(fā)生的原因。因此，貝氏體組織和馬氏體組織合計的面積率必須限制在5％以下。從抑制冷鍛時的裂紋的觀點出發(fā)，關(guān)于貝氏體組織、馬氏體組織，其生成量也可以為0。
接著，對本發(fā)明的冷鍛用時效硬化用鋼的制造方法進(jìn)行說明。
為了得到本發(fā)明的冷鍛用時效硬化用鋼，例如，將具有上述的化學(xué)組成的鑄坯或鋼坯作為被軋制材料，通過熱軋來進(jìn)行軋制，并且，在結(jié)束了最終軋制工序中的軋制之后，冷卻到室溫即可。
獲得鑄坯或鋼坯的方法不特別限定，采用常規(guī)方法即可。關(guān)于熱軋，為了得到由式(1)規(guī)定的fn1值([nb]/[v])，需要將最終軋制工序中的軋制溫度設(shè)為900℃以上來實施。
另外，在熱軋結(jié)束后冷卻到室溫時，為了得到上述規(guī)定的顯微組織，需要采用冷卻速度不為會生成馬氏體、貝氏體那樣的大的冷卻速度的方法、例如放冷等來實施。更具體而言，需要將平均冷卻速度設(shè)為0.6℃/s以下。
＜關(guān)于時效硬化處理＞
本發(fā)明的時效硬化用鋼，例如可以用于制造機(jī)械結(jié)構(gòu)部件。在制造機(jī)械結(jié)構(gòu)部件時，對本發(fā)明的時效硬化用鋼依次實施冷鍛、時效硬化處理，然后供給到切削等的加工工序。
為了盡可能抑制繼冷鍛后的時效硬化處理后的硬化，并且得到具有高的疲勞強(qiáng)度的部件，只要在實施用于得到期望的部件形狀的冷鍛之后，在例如200℃～ac3點的溫度區(qū)域?qū)嵤?0分鐘以上的再加熱(時效硬化處理)即可。
如果加熱溫度低于200℃，則不會發(fā)生碳氮化物的析出，因此有可能得不到高的耐久比。另外，如果超過ac3點而進(jìn)行加熱，則不僅由于析出物的粗大化而得不到高的耐久比，還會相變?yōu)閵W氏體，因此不能夠避免熱處理應(yīng)變。
如果加熱時間小于30分鐘，則不會發(fā)生碳氮化物的析出，有可能得不到高的耐久比。另外，即使加熱時間變長也得到同樣的效果，但如果過長則會提高制造成本，因此優(yōu)選為180分鐘以下。
再者，ac3點可以由下式算出。
ac3(℃)＝-230.5×c+31.6×si-20.4×mn-39.8×cu-18.1×ni-14.8×cr+16.8×mo+912
式中的元素符號表示鋼中的元素的含量(質(zhì)量％)。
以上，對本發(fā)明涉及的時效硬化用鋼進(jìn)行了說明。對于本發(fā)明的時效硬化用鋼的形狀沒有特別的限制，對于鋼板、鋼管、鋼條(型鋼、棒鋼、線材、鋼軌等)等的任何的形狀都可以應(yīng)用。
實施例
以下，通過實施例對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說明。以下的實施例具體地表示本發(fā)明的一個例子，本發(fā)明并不被在以下的實施例中采用的條件限定。再者，在表中，帶有下劃線的值表示該值在本發(fā)明的范圍以外。
通過真空熔煉將具有表1所示的化學(xué)組成的鋼a～p煉制成150kg的錠，加熱至1200℃之后，終鍛溫度設(shè)為1000℃而鍛造成形(熱鍛)為φ42的圓棒，在大氣中冷卻。再者，后述的試驗號碼17，加熱到1050℃開始鍛造，終鍛溫度設(shè)為780℃。
上述的鋼a～p之中，鋼a～j是化學(xué)組成在本發(fā)明所規(guī)定的范圍內(nèi)的鋼。另一方面，鋼k～p是化學(xué)組成在本發(fā)明規(guī)定的范圍之外的比較例的鋼。
表2示出了熱鍛后的鋼的硬度、組織、固溶v量、固溶nb量、fn1、fn2。表2的“顯微組織”中的“f”表示鐵素體，“p”表示珠光體，“b”表示貝氏體，“m”表示馬氏體。另外，表2中的“b、m面積率”表示貝氏體和馬氏體的合計的面積率。
從所述的圓棒鍛造材料切取φ14×21mm(φ表示直徑，以下相同)的圓柱狀試樣，通過冷軋進(jìn)行壓縮試驗，實施了冷鍛性評價。
評價項目是：加工率((1-加工后高度/加工前高度)×100)為70％時有無發(fā)生裂紋(70％加工時的裂紋)、以及加工率為50％時的鍛造載荷(50％加工時的載荷(噸))。關(guān)于裂紋，使用5倍的放大鏡觀察，在5個試樣中觀察不到長度為0.5mm以上的裂紋的情況下，判定為無裂紋。關(guān)于鍛造載荷，將20噸以下判定為充分低、良好。
而且，將上述的φ42mm圓棒鍛造材料為了觀察其橫截面而埋入樹脂中之后進(jìn)行研磨，用硝酸乙醇腐蝕液進(jìn)行腐蝕，來觀察顯微組織，并且，以9.8n的載荷測定了維氏硬度。顯微組織觀察、維氏硬度測定都是在圓棒鍛造材料的中心附近實施的。關(guān)于維氏硬度，將3點平均值作為測定值。
接著，將上述的圓棒鍛造材料剝皮加工成φ36mm后，實施模擬了75％的冷鍛的拉拔為φ18mm的加工，加熱至600℃保持60分鐘(時效硬化處理)后，在大氣中冷卻，制取拉伸試驗的試樣、小野式旋轉(zhuǎn)彎曲試樣，供各試驗用。
進(jìn)而，從上述的φ42mm圓棒鍛造材料切取10mm3的提取殘渣試樣，采用上述的提取殘渣分析法測定了固溶v量、固溶nb量。
表3示出使用了鋼材a～q的試驗號碼1～17的冷鍛性評價中的加工率為70％時的裂紋有無、加工率為50％時的鍛造載荷、拉伸為φ18mm后在600℃下保持60分鐘后的抗拉強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、耐久比(疲勞強(qiáng)度/抗拉強(qiáng)度)。關(guān)于耐久比，在為0.600以上的情況下判定為良好，關(guān)于抗拉強(qiáng)度，在為400mpa以上的情況下判定為良好，關(guān)于疲勞強(qiáng)度，在為250mpa以上的情況下判定為良好。表3中的下劃線意味著沒有判定為良好。
再者，將耐久比、疲勞強(qiáng)度、50％加工時的鍛造載荷全都良好的試樣判定為“冷鍛性×疲勞強(qiáng)度”良好，評價為能夠獲得本發(fā)明的效果。
根據(jù)表3，在滿足本發(fā)明所規(guī)定的化學(xué)組成和顯微組織的條件的試驗號碼1～10的棒鋼的情況下，“冷鍛性×疲勞強(qiáng)度”的評價為“○”，即，在作為目標(biāo)的70％加工中沒有裂紋，在50％加工中鍛造載荷為20噸以下，得到了所期望的冷鍛性。而且，通過鍛造后的時效硬化處理，耐久比變?yōu)?.60以上，抑制了硬度，得到了高的疲勞強(qiáng)度。
與此相對，在沒有滿足本發(fā)明所規(guī)定的化學(xué)組成和顯微組織的條件中的至少任一條件的試驗號碼11～17的棒鋼的情況下，“冷鍛性×疲勞強(qiáng)度”的評價為“×”，沒有得到所期望的冷鍛性或疲勞強(qiáng)度。
在試驗號碼11的情況下，c的含量超過了本發(fā)明所規(guī)定的范圍，因此冷鍛時的載荷高，還確認(rèn)到裂紋，沒有得到需求的冷鍛性。另外，鐵素體的面積率低，而且fn2的值大于本發(fā)明所規(guī)定的值，因此沒有得到需求的耐久比。
在試驗號碼12的情況下，c的含量低于本發(fā)明所規(guī)定的范圍，因此雖然滿足冷鍛時的鍛造性，但是時效硬化處理后的抗拉強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度低，沒有得到需求的性能。
在試驗號碼13的情況下，沒有添加v，因此鐵素體沒有被強(qiáng)化，另外，鐵素體的面積率低，而且，fn2的值大于本發(fā)明所規(guī)定的值，因此沒有得到需求的性能。
在試驗號碼14的情況下，v的添加量低于本發(fā)明所規(guī)定的范圍，因此鐵素體沒有被充分強(qiáng)化，另外，鐵素體的面積率低，而且，fn2的值超過本發(fā)明所規(guī)定的值，因此沒有得到需求的耐久比。
在試驗號碼15的情況下，沒有添加nb，因此鐵素體沒有被強(qiáng)化，沒有得到需求的耐久比。
在試驗號碼16的情況下，nb的添加量低于本發(fā)明所規(guī)定的范圍，因此鐵素體沒有被充分強(qiáng)化，另外，fn1的值大于本發(fā)明所規(guī)定的值，因此沒有得到需求的耐久比。
在試驗號碼17的情況下，固溶nb的含量和固溶v的含量低于本發(fā)明所規(guī)定的值，因此鐵素體沒有被充分強(qiáng)化，沒有得到需求的耐久比。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
本發(fā)明的冷鍛用時效硬化用鋼，能夠確保高的疲勞強(qiáng)度，冷鍛性優(yōu)異，因此能夠?qū)δ壳巴ㄟ^“熱鍛-切削”工序制造出的汽車用部件、產(chǎn)業(yè)機(jī)械用部件、建筑機(jī)械用部件等機(jī)械結(jié)構(gòu)部件的近凈成形化作出貢獻(xiàn)。