JP2000054024A - 鋼の加工熱処理法 - Google Patents
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- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
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- C21D9/02—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for springs
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- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
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- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ねじり負荷されたバネ部材用鋼の加工熱処理
法。 【解決手段】 出発材料を最低50K/sの加熱速度で
加熱してオーステナイト化し、引き続き少なくとも1つ
の変態工程で変態させ、かつその際、変態後の変態製出
物をマルテンサイト温度未満まで急冷してマルテンサイ
トにして、引き続き焼き戻しをする場合に、出発材料を
再結晶温度を上回る温度に加熱し、引き続き、オーステ
ナイトの動的再結晶及び/又は静的再結晶が生じるよう
な温度で変態させ、かつ変態製出物のこのように再結晶
化されたオーステナイトを急冷し、かつ焼き戻しする。
法。 【解決手段】 出発材料を最低50K/sの加熱速度で
加熱してオーステナイト化し、引き続き少なくとも1つ
の変態工程で変態させ、かつその際、変態後の変態製出
物をマルテンサイト温度未満まで急冷してマルテンサイ
トにして、引き続き焼き戻しをする場合に、出発材料を
再結晶温度を上回る温度に加熱し、引き続き、オーステ
ナイトの動的再結晶及び/又は静的再結晶が生じるよう
な温度で変態させ、かつ変態製出物のこのように再結晶
化されたオーステナイトを急冷し、かつ焼き戻しする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、出発材料を最低5
0K/sの加熱速度で加熱してオーステナイト化し、引
き続き少なくとも1つの変態工程で変態させ、かつその
際、変態後の変態製出物をマルテンサイト温度未満まで
急冷してマルテンサイトにして、引き続き焼き戻しをす
ることによる、ねじり負荷されたバネ部材用鋼の加工熱
処理法に関する。
0K/sの加熱速度で加熱してオーステナイト化し、引
き続き少なくとも1つの変態工程で変態させ、かつその
際、変態後の変態製出物をマルテンサイト温度未満まで
急冷してマルテンサイトにして、引き続き焼き戻しをす
ることによる、ねじり負荷されたバネ部材用鋼の加工熱
処理法に関する。
【0002】
【従来の技術】冒頭に記載の種類の方法は既にドイツ特
許(DE)第4340568C2号明細書から公知であ
る。この公知の方法では、出発材料としての針金を85
K/s〜100K/sの速度でAc3を上回る温度ま
で、即ち860℃の温度まで加熱し、引き続き、10〜
30秒保持して、一方ではフェライト構造を完全にオー
ステナイトに変え、かつ他方ではオーステナイト中に炭
素を均一に分布させる。高い細粒性を達成するために引
き続き、変態を860℃で行い、その際、針金を第1の
圧延工程でオーバル化(ovalisieren)し、第2の圧延工
程で円形に圧延し、引き続き、校正ノズルに導通させ
る。その後針金を急冷し、かつ再び焼き戻しする。オー
ステナイトからマルテンサイトへの急冷をこの公知の方
法では、再結晶されていない組織構造を伴って行う。こ
の公知の方法で製造された針金の強度もしくは靭性特性
は、ねじり負荷されたバネ部材に必要な高い耐振性に関
して改善する余地がある。
許(DE)第4340568C2号明細書から公知であ
る。この公知の方法では、出発材料としての針金を85
K/s〜100K/sの速度でAc3を上回る温度ま
で、即ち860℃の温度まで加熱し、引き続き、10〜
30秒保持して、一方ではフェライト構造を完全にオー
ステナイトに変え、かつ他方ではオーステナイト中に炭
素を均一に分布させる。高い細粒性を達成するために引
き続き、変態を860℃で行い、その際、針金を第1の
圧延工程でオーバル化(ovalisieren)し、第2の圧延工
程で円形に圧延し、引き続き、校正ノズルに導通させ
る。その後針金を急冷し、かつ再び焼き戻しする。オー
ステナイトからマルテンサイトへの急冷をこの公知の方
法では、再結晶されていない組織構造を伴って行う。こ
の公知の方法で製造された針金の強度もしくは靭性特性
は、ねじり負荷されたバネ部材に必要な高い耐振性に関
して改善する余地がある。
【0003】ドイツ特許(DE)第19546204C
1号明細書から既に、焼き入れ鋼からなるバネ部材の製
法が公知であり、その際、出発材料の加工熱処理は次の
工程で実施される: a)鋼の出発材料をオーステナイト領域で1050℃〜
1200℃の温度で溶体化処理し、 b)直後に、第1の変態を再結晶温度を上回る温度で実
施し、 c)直後に、再結晶温度未満及びAr3温度を上回る温
度で第2の変態を実施し、 d)更なる変態及び処理工程を再結晶温度未満Ar3温
度を上回る温度で実施し、その際数分の保持時間を用意
し、かつ e)引き続き、圧延製出物をマルテンサイト温度未満ま
で急冷し、引き続き焼き戻す。
1号明細書から既に、焼き入れ鋼からなるバネ部材の製
法が公知であり、その際、出発材料の加工熱処理は次の
工程で実施される: a)鋼の出発材料をオーステナイト領域で1050℃〜
1200℃の温度で溶体化処理し、 b)直後に、第1の変態を再結晶温度を上回る温度で実
施し、 c)直後に、再結晶温度未満及びAr3温度を上回る温
度で第2の変態を実施し、 d)更なる変態及び処理工程を再結晶温度未満Ar3温
度を上回る温度で実施し、その際数分の保持時間を用意
し、かつ e)引き続き、圧延製出物をマルテンサイト温度未満ま
で急冷し、引き続き焼き戻す。
【0004】オーステナイトからマルテンサイトへの急
冷をこの公知の方法でも、前記の工程c)及びd)によ
る変態により再結晶化させていない組織構造を伴って行
う。この公知の方法では、再結晶温度未満のみで変態さ
せるのではないので、急冷前に高い温度で更により長い
保持時間が用意されており、通常、高い粒子成長が生じ
る。
冷をこの公知の方法でも、前記の工程c)及びd)によ
る変態により再結晶化させていない組織構造を伴って行
う。この公知の方法では、再結晶温度未満のみで変態さ
せるのではないので、急冷前に高い温度で更により長い
保持時間が用意されており、通常、高い粒子成長が生じ
る。
【0005】出願人の実験では、公知の方法を使用する
と微細針状ではあるが著しく集合した、圧延方向に良好
に強度もしくは靭性を有するマルテンサイト組織がもた
らされる。この公知の方法は従って、圧延方向に引張負
荷/圧縮負荷されるバネ部材に好適であり、これは殊に
重ね板バネに該当する。
と微細針状ではあるが著しく集合した、圧延方向に良好
に強度もしくは靭性を有するマルテンサイト組織がもた
らされる。この公知の方法は従って、圧延方向に引張負
荷/圧縮負荷されるバネ部材に好適であり、これは殊に
重ね板バネに該当する。
【0006】ねじり負荷されたバネ部材、例えばコイル
バネ及びスタビライザでは、最大負荷の方向は勿論、前
記の方法で生じた最大強度の優先的方向に相応しない。
従って、結晶化されてなく、僅かに高められたオーステ
ナイト粒子をもたらす加工熱処理は、ねじり負荷された
バネ部材用の鋼には不適当であり、更に、耐振性の改善
ももたらさない。
バネ及びスタビライザでは、最大負荷の方向は勿論、前
記の方法で生じた最大強度の優先的方向に相応しない。
従って、結晶化されてなく、僅かに高められたオーステ
ナイト粒子をもたらす加工熱処理は、ねじり負荷された
バネ部材用の鋼には不適当であり、更に、耐振性の改善
ももたらさない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は従っ
て、バネ鋼の強度もしくは靭性の改善をもたらし、かつ
ねじり負荷されたバネ部材の負荷方向でも、耐振性のか
なりの高まりを生じさせる、ねじり負荷されたバネ部材
用の鋼の加工熱処理法を提供することである。
て、バネ鋼の強度もしくは靭性の改善をもたらし、かつ
ねじり負荷されたバネ部材の負荷方向でも、耐振性のか
なりの高まりを生じさせる、ねじり負荷されたバネ部材
用の鋼の加工熱処理法を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記の課題はねじり負荷
されたバネ部材用の鋼の加工熱処理法で、本発明により
本質的には、出発材料を再結晶温度を上回る温度に加熱
し、引き続きオーステナイトの動的及び/又は静的再結
晶化が生じるような温度で変態させ、かつ変態製出物の
こうして再結晶化させたオーステナイトを急冷すること
により解決される。
されたバネ部材用の鋼の加工熱処理法で、本発明により
本質的には、出発材料を再結晶温度を上回る温度に加熱
し、引き続きオーステナイトの動的及び/又は静的再結
晶化が生じるような温度で変態させ、かつ変態製出物の
こうして再結晶化させたオーステナイトを急冷すること
により解決される。
【0009】本発明の方法では、再結晶化温度を上回る
温度までのオーステナイト領域への加熱を、非常に短時
間で行って、オーステナイト粒子に更に粗大な粒子に成
長する時間を与えない。相応する温度領域での引き続く
変態により、動的再結晶化(変態の際)及び/又はこれ
も再結晶化と称される静的再結晶化(変態後)が生じ、
かつ結果として非常に微細な粒子状オーステナイト結晶
がもたらされる。超微細再結晶化微結晶は次いで後続の
急冷により非常に微細な針状マルテンサイト構造に変化
する。急冷処理の後に引き続き、所望の強度−靭性コン
ビへの焼きなましを行う。
温度までのオーステナイト領域への加熱を、非常に短時
間で行って、オーステナイト粒子に更に粗大な粒子に成
長する時間を与えない。相応する温度領域での引き続く
変態により、動的再結晶化(変態の際)及び/又はこれ
も再結晶化と称される静的再結晶化(変態後)が生じ、
かつ結果として非常に微細な粒子状オーステナイト結晶
がもたらされる。超微細再結晶化微結晶は次いで後続の
急冷により非常に微細な針状マルテンサイト構造に変化
する。急冷処理の後に引き続き、所望の強度−靭性コン
ビへの焼きなましを行う。
【0010】従来技術に対する本発明の違いは従って結
果として、オーステナイトが再結晶化されること、再結
晶化された状態で変態処理を行うこと、次いで静的及び
/又は動的再結晶化を進行させること、かつ引き続き、
再結晶化されたオーステナイトを急冷してマルテンサイ
トにすることである。
果として、オーステナイトが再結晶化されること、再結
晶化された状態で変態処理を行うこと、次いで静的及び
/又は動的再結晶化を進行させること、かつ引き続き、
再結晶化されたオーステナイトを急冷してマルテンサイ
トにすることである。
【0011】本発明の方法で生じるマルテンサイトは、
公知の方法で生じた構造に対して、著しく改善された強
度もしくは靭性を有し、かつねじり負荷されたバネ部材
の負荷方向でも、耐振性をかなり高める。
公知の方法で生じた構造に対して、著しく改善された強
度もしくは靭性を有し、かつねじり負荷されたバネ部材
の負荷方向でも、耐振性をかなり高める。
【0012】有利に、出発材料を80〜150K/sの
加熱速度で最低900℃、有利に900〜1200℃の
温度に加熱する。この加熱は誘導的に行うのが有利であ
る。
加熱速度で最低900℃、有利に900〜1200℃の
温度に加熱する。この加熱は誘導的に行うのが有利であ
る。
【0013】変態を再結晶温度を上回る温度で少なくと
も2つの変態工程で行うと、特に良好な結果が得られ
る。再結晶温度を上回る温度で数回の変態工程を、有利
に4回の変態工程を実施することもできる。更に、最低
0.1の対数全変態度で変態を実施するのが推奨され
る。
も2つの変態工程で行うと、特に良好な結果が得られ
る。再結晶温度を上回る温度で数回の変態工程を、有利
に4回の変態工程を実施することもできる。更に、最低
0.1の対数全変態度で変態を実施するのが推奨され
る。
【0014】変態時もしくは変態後の前記の数回の静的
及び動的再結晶化により、初めから微細なオーステナイ
ト結晶が更に微細になる。
及び動的再結晶化により、初めから微細なオーステナイ
ト結晶が更に微細になる。
【0015】個々の変態工程の間にオーステナイト結晶
に成長の時間を与えないために、更に、変態工程の間の
保持時間をそれぞれ非常に短く、場合により1分未満に
するようにする。有利に、変態工程の間の保持時間は数
秒のみであるようにする。変態自体は、有利な実施例で
は約1000〜800℃の温度範囲で進行し、その際、
材料を連続する変態工程の間に再び加熱して、再結晶化
を可能にするべきである。
に成長の時間を与えないために、更に、変態工程の間の
保持時間をそれぞれ非常に短く、場合により1分未満に
するようにする。有利に、変態工程の間の保持時間は数
秒のみであるようにする。変態自体は、有利な実施例で
は約1000〜800℃の温度範囲で進行し、その際、
材料を連続する変態工程の間に再び加熱して、再結晶化
を可能にするべきである。
【0016】急冷の後に生じたマルテンサイト構造を更
に微細にするためには更に、材料を新たに迅速にオース
テナイト化し、こうして生じたオーステナイトを再び更
なる変態の後に、又は更に変態することなく新たに急冷
するようにする。焼き戻しの前後の冷間成形も簡単に可
能である。
に微細にするためには更に、材料を新たに迅速にオース
テナイト化し、こうして生じたオーステナイトを再び更
なる変態の後に、又は更に変態することなく新たに急冷
するようにする。焼き戻しの前後の冷間成形も簡単に可
能である。
【0017】出発材料として本発明の方法では殊に、バ
ナジウム又は他の合金元素で微量合金化されている0.
35%〜0.75%の炭素含有率を有するシリコンクロ
ム鋼を使用する。
ナジウム又は他の合金元素で微量合金化されている0.
35%〜0.75%の炭素含有率を有するシリコンクロ
ム鋼を使用する。
【0018】
【実施例】出発材料を方法の開始時に、出発温度から数
秒以内に誘導的に、80〜150K/sの加熱速度で1
080℃まで加熱する。引き続き、1080℃の温度を
短時間保持し;次いでこれをほぼ1000℃に低下させ
る。次いで、4回の変態工程を行うが、それぞれ、圧延
の形で、約1000℃〜800℃の温度範囲であり、そ
の際、圧延工程の間に、非常に短時間の保持時間のみを
用意して、オーステナイト微結晶に成長の時間を与えな
い。
秒以内に誘導的に、80〜150K/sの加熱速度で1
080℃まで加熱する。引き続き、1080℃の温度を
短時間保持し;次いでこれをほぼ1000℃に低下させ
る。次いで、4回の変態工程を行うが、それぞれ、圧延
の形で、約1000℃〜800℃の温度範囲であり、そ
の際、圧延工程の間に、非常に短時間の保持時間のみを
用意して、オーステナイト微結晶に成長の時間を与えな
い。
【0019】各圧延工程の後に、それぞれ再び短時間加
熱して、約1000℃の温度にする。記載の実施例で
は、この変態の際に、最低0.1の対数全変態度を達し
ている。最後の圧延工程の後に、温度をなお短時間80
0℃を上回る範囲に高め、僅かな温度低下で短時間保持
する。引き続き、50K/sを上回る急冷速度で室温ま
で迅速に急冷し、かつ約380℃の温度まで引き続き焼
き戻しを行う。
熱して、約1000℃の温度にする。記載の実施例で
は、この変態の際に、最低0.1の対数全変態度を達し
ている。最後の圧延工程の後に、温度をなお短時間80
0℃を上回る範囲に高め、僅かな温度低下で短時間保持
する。引き続き、50K/sを上回る急冷速度で室温ま
で迅速に急冷し、かつ約380℃の温度まで引き続き焼
き戻しを行う。
【0020】実施例では、出発材料はバナジウムで微量
合金化されており、かつ0.45%〜0.65%の炭素
含有率を有するシリコンクロム鋼である(58SiCr
V6)。1080℃でのオーステナイト化及び再結晶化
及び1000℃〜800℃での4回の圧延工程での再結
晶化により、3.6μmの以前のオーステナイト粒径を
達成することができた。この材料のために、2400M
Paの靭性でも、>40%の破損減縮が測定された。2
280MPaの靭性では、ショットピーニングなしで、
ねじり疲れ強さが700±345MPaまで上昇しえ
た。
合金化されており、かつ0.45%〜0.65%の炭素
含有率を有するシリコンクロム鋼である(58SiCr
V6)。1080℃でのオーステナイト化及び再結晶化
及び1000℃〜800℃での4回の圧延工程での再結
晶化により、3.6μmの以前のオーステナイト粒径を
達成することができた。この材料のために、2400M
Paの靭性でも、>40%の破損減縮が測定された。2
280MPaの靭性では、ショットピーニングなしで、
ねじり疲れ強さが700±345MPaまで上昇しえ
た。
【0021】達成可能なオーステナイト粒度を本発明の
方法では簡単に左右することができる。主なパラメータ
ーは次である: − 合金組成、殊にバナジウム添加又は他の微量合金元
素の添加、 − オーステナイト化温度、加熱時間及び保持時間、 − 変態工程の間の変態温度範囲及び保持時間 − 変態工程の数、 − 対数全変態度及び − 個々の変態工程での全変態度の分布 同じバネ鋼(58SiCrV6)を使用して実施された
比較例では、誘導的に焼き入れにより引張強度は十分な
靭性を有する2150MPaまでのみ達成されえた(破
損減縮>40%)。この場合、オーステナイト化を10
00℃で、かつ急冷を480℃で行った。この材料では
700±320MPaの捻り疲れ強さを測定することが
できた。構造の微細性を記載するための尺度としての以
前のオーステナイト粒径は実験変法では8.8μmであ
った。
方法では簡単に左右することができる。主なパラメータ
ーは次である: − 合金組成、殊にバナジウム添加又は他の微量合金元
素の添加、 − オーステナイト化温度、加熱時間及び保持時間、 − 変態工程の間の変態温度範囲及び保持時間 − 変態工程の数、 − 対数全変態度及び − 個々の変態工程での全変態度の分布 同じバネ鋼(58SiCrV6)を使用して実施された
比較例では、誘導的に焼き入れにより引張強度は十分な
靭性を有する2150MPaまでのみ達成されえた(破
損減縮>40%)。この場合、オーステナイト化を10
00℃で、かつ急冷を480℃で行った。この材料では
700±320MPaの捻り疲れ強さを測定することが
できた。構造の微細性を記載するための尺度としての以
前のオーステナイト粒径は実験変法では8.8μmであ
った。
【0022】さらに高い原料強度を調整するためにより
低い焼き戻し温度を選択することにより、材料の成形性
は、必要な最低限度未満に低下するであろうし、かつこ
の材料は懸架バネを製造するためには使用することがで
きない。
低い焼き戻し温度を選択することにより、材料の成形性
は、必要な最低限度未満に低下するであろうし、かつこ
の材料は懸架バネを製造するためには使用することがで
きない。
【0023】結果として、誘導的焼き入れに比べて本発
明により、8%の応力振幅の伸びが生じる。より高い材
料強度では相応して、より良好な疲れ強さが得られる。
明により、8%の応力振幅の伸びが生じる。より高い材
料強度では相応して、より良好な疲れ強さが得られる。
【0024】最後になお、本発明の方法のために、出発
材料の選択も重要であることを指摘することができる。
出発材料として、バナジウム及び/又は他の合金元素で
微量合金化された鋼が特に好適である。更に、出発材料
は、僅かな混在物及び/又は最低量の混在物のみを有す
るものであるべきである。
材料の選択も重要であることを指摘することができる。
出発材料として、バナジウム及び/又は他の合金元素で
微量合金化された鋼が特に好適である。更に、出発材料
は、僅かな混在物及び/又は最低量の混在物のみを有す
るものであるべきである。
【図1】本発明の方法実施例の温度−時間ダイアグラム
を示す図であり、その際、温度軸の縮尺は正確ではな
い。
を示す図であり、その際、温度軸の縮尺は正確ではな
い。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アンドレアス クレーマン ドイツ連邦共和国 ヴァイセンゼー バー ンホーフシュトラーセ 69 (72)発明者 ハンス ギュンター クルル ドイツ連邦共和国 ドゥイスブルク ゲロ ークシュトラーセ 1 (72)発明者 トーマス ムール ドイツ連邦共和国 アッテンドルン ミュ ールハルト 45 (72)発明者 ホルスト ヴァイス ドイツ連邦共和国 ネートフェン イム ベルンヒェン 4
Claims (15)
- 【請求項1】 出発材料を最低50K/sの加熱速度で
加熱してオーステナイト化し、引き続き少なくとも1つ
の変態工程で変態させ、かつその際、変態後の変態製出
物をマルテンサイト温度未満まで急冷してマルテンサイ
トにして、引き続き焼き戻しをすることによる、ねじり
負荷されたバネ部材用鋼の加工熱処理法において、出発
材料を再結晶温度を上回る温度に加熱し、引き続き、オ
ーステナイトの動的再結晶及び/又は静的再結晶が生じ
るような温度で変態させ、かつ変態製出物のこのように
再結晶化されたオーステナイトを急冷し、かつ焼き戻し
することを特徴とする、ねじり負荷されたバネ部材用鋼
の加工熱処理法。 - 【請求項2】 出発材料を80〜150K/sの加熱速
度で最低900℃の温度に加熱する、請求項1に記載の
方法。 - 【請求項3】 加熱を誘導的に行う、請求項1又は2に
記載の方法。 - 【請求項4】 変態を再結晶温度を上回る温度で最低2
つの変態工程で、有利に4つの変態工程で実施する、請
求項1から3までのいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項5】 変態を、最低0.1の対数全変態度で実
施する、請求項1から4までのいずれか1項に記載の方
法。 - 【請求項6】 2つの変態工程の間の保持時間が1分未
満である、請求項5に記載の方法。 - 【請求項7】 変態を1000℃〜800℃の温度範囲
で実施する、請求項1から6までのいずれか1項に記載
の方法。 - 【請求項8】 材料を連続する変態工程の間で再び加熱
する、請求項4から7までのいずれか1項に記載の方
法。 - 【請求項9】 急冷後の変態製出物を更に最低1回オー
ステナイト化し、引き続き再び急冷する、請求項1から
8までのいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項10】 オーステナイト化された状態で、変態
を少なくとも1つの変態工程で実施する、請求項9に記
載の方法。 - 【請求項11】 変態製出物を焼き戻しの前、又は後に
冷間成形する、請求項1から10までのいずれか1項に
記載の方法。 - 【請求項12】 変態製出物をAc3未満まで、有利に
500℃までの温度範囲に焼き戻しする、請求項1から
11までのいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項13】 出発材料として、炭素含有率0.35
%〜0.75%を有するシリコンクロム鋼を使用する、
請求項1から12までのいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項14】 出発材料として、バナジウム及び/又
は他の合金元素を有する微量合金鋼を使用する、請求項
13に記載の方法。 - 【請求項15】 出発材料として、ほんの僅かな混在物
及び/又は最低量の混在物のみを有するものを使用す
る、請求項1から14までのいずれか1項に記載の方
法。
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