JP2001288531A - 結晶粒の粗大化を抑制した機械構造用鋼 - Google Patents
結晶粒の粗大化を抑制した機械構造用鋼Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、冷間加工後、オーステナイト域に
加熱後の結晶粒の粗大化を抑制する機械構造用鋼を提供
する。 【解決手段】 質量％で、Ｃ：０．１〜１．２％、Ｓ
ｉ：０．０１〜３％、Ｍｎ：０．１〜２％、Ｐ：０．０
４％以下、Ｓ：０．００１〜０．０５％、Ｎ：０．００
０５〜０．０３％、Ｍｇ：０．０００２〜０．０１％、
Ｏ：０．０００２〜０．００５％を含有し、大きさが
０．００５〜１μｍであるＭｇを含む酸化物、硫化物、
酸化物と硫化物の複合体、及びこれらの１種または２種
以上を含む介在物の１種または２種以上を合計で１×１
０5〜１×１０7個／ｍｍ2含有する鋼。
加熱後の結晶粒の粗大化を抑制する機械構造用鋼を提供
する。 【解決手段】 質量％で、Ｃ：０．１〜１．２％、Ｓ
ｉ：０．０１〜３％、Ｍｎ：０．１〜２％、Ｐ：０．０
４％以下、Ｓ：０．００１〜０．０５％、Ｎ：０．００
０５〜０．０３％、Ｍｇ：０．０００２〜０．０１％、
Ｏ：０．０００２〜０．００５％を含有し、大きさが
０．００５〜１μｍであるＭｇを含む酸化物、硫化物、
酸化物と硫化物の複合体、及びこれらの１種または２種
以上を含む介在物の１種または２種以上を合計で１×１
０5〜１×１０7個／ｍｍ2含有する鋼。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、焼入れ処理または
浸炭焼入れ処理等の熱処理にて強度を付与して使用され
る機械構造用鋼に関わり、特にオーステナイト域に加熱
後の結晶粒の粗大化、あるいは異常粒成長を抑制する鋼
に関するものである。
浸炭焼入れ処理等の熱処理にて強度を付与して使用され
る機械構造用鋼に関わり、特にオーステナイト域に加熱
後の結晶粒の粗大化、あるいは異常粒成長を抑制する鋼
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】機械構造用鋼として用いられる炭素鋼あ
るいは合金鋼は、鍛造、引抜き、転造あるいは切削加工
にて所定の形状に加工した後、焼入れ処理、浸炭焼入れ
処理あるいは高周波焼入れ処理等の熱処理にて強度を付
与して利用される場合が多い。最近では生産性の向上を
目的に、熱処理温度が１０００℃を越える温度域で行う
場合があり、高温に保持されることでオーステナイト結
晶粒が粗大化し強度、靱性、疲労寿命が低下することが
ある。例えば、肌焼鋼やボロン鋼等では冷間加工後の、
焼入れ処理あるいは浸炭焼入れ処理の熱処理時に、オー
ステナイト結晶粒が局部的に粗大化（以下異常粒成長と
称す）し、熱処理歪みによる寸法精度の劣化、疲労寿命
の低下、遅れ破壊特性の劣化等の諸問題を引き起こす場
合があることが知られている。
るいは合金鋼は、鍛造、引抜き、転造あるいは切削加工
にて所定の形状に加工した後、焼入れ処理、浸炭焼入れ
処理あるいは高周波焼入れ処理等の熱処理にて強度を付
与して利用される場合が多い。最近では生産性の向上を
目的に、熱処理温度が１０００℃を越える温度域で行う
場合があり、高温に保持されることでオーステナイト結
晶粒が粗大化し強度、靱性、疲労寿命が低下することが
ある。例えば、肌焼鋼やボロン鋼等では冷間加工後の、
焼入れ処理あるいは浸炭焼入れ処理の熱処理時に、オー
ステナイト結晶粒が局部的に粗大化（以下異常粒成長と
称す）し、熱処理歪みによる寸法精度の劣化、疲労寿命
の低下、遅れ破壊特性の劣化等の諸問題を引き起こす場
合があることが知られている。
【０００３】結晶粒の粗大化を抑制するためには、ピン
止め粒子を多量かつ微細に分散させることが有効であ
り、一般に機械構造用鋼ではＡｌＮやＴｉＣ等の炭窒化
物をピン止め粒子に利用している。例えば、特開平８−
１９９３０３号公報ではＮｂの炭窒化物またはそれらと
ＡｌＮの複合析出物を素地中に３個/１０μｍ2以上析出
させることで粗大化温度が１１００℃程度となることが
開示されている。また、オーステナイト結晶粒の異常粒
成長を抑制するためには、特開昭６１−２１７５５３号
公報に開示されているようにＴｉ量をＮ量に対して過剰
にすることでＴｉＣをピン止め粒子として利用したり、
あるいは、特開昭５６−７５５５１号公報や特開昭５９
−１２３７１４号公報に開示されているようにＡｌＮを
ピン止め粒子に利用することが知られている。
止め粒子を多量かつ微細に分散させることが有効であ
り、一般に機械構造用鋼ではＡｌＮやＴｉＣ等の炭窒化
物をピン止め粒子に利用している。例えば、特開平８−
１９９３０３号公報ではＮｂの炭窒化物またはそれらと
ＡｌＮの複合析出物を素地中に３個/１０μｍ2以上析出
させることで粗大化温度が１１００℃程度となることが
開示されている。また、オーステナイト結晶粒の異常粒
成長を抑制するためには、特開昭６１−２１７５５３号
公報に開示されているようにＴｉ量をＮ量に対して過剰
にすることでＴｉＣをピン止め粒子として利用したり、
あるいは、特開昭５６−７５５５１号公報や特開昭５９
−１２３７１４号公報に開示されているようにＡｌＮを
ピン止め粒子に利用することが知られている。
【０００４】上記のように従来、機械構造用鋼のオース
テナイト結晶粒の粗大化抑制、あるいは異常粒成長の抑
制にはＡｌＮ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＮｂＮをピン止め粒子
として利用することが一般に知られている。しかしなが
ら鋼中のＡｌＮやＴｉＣ等の炭窒化物は固溶温度が低く
１１００℃を越える高温に保持した場合には固溶した
り、あるいは炭窒化物がオストワルド成長し粗大化して
ピン止め効果を失い、オーステナイト結晶粒の粗大化や
異常粒成長を引き起こす。固溶温度が高いＴｉＮは、微
細に分散させることが困難なため、オーステナイト結晶
粒の抑制効果が低下する。またＮｂＣあるいはＮｂＮは
圧延ままではパーライト部にはほとんど析出しないた
め、その分散は極めて不均一な分散である。このためＮ
ｂの炭窒化物をピン止め粒子として有効に利用するため
には特開平８−１９９３０３号公報に開示されているよ
うにα／γ二相域に加熱しα単相域まで徐冷する球状化
焼鈍等のＮｂ炭窒化物の析出処理が必須となり、製造工
程が制約される課題が残されている。
テナイト結晶粒の粗大化抑制、あるいは異常粒成長の抑
制にはＡｌＮ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＮｂＮをピン止め粒子
として利用することが一般に知られている。しかしなが
ら鋼中のＡｌＮやＴｉＣ等の炭窒化物は固溶温度が低く
１１００℃を越える高温に保持した場合には固溶した
り、あるいは炭窒化物がオストワルド成長し粗大化して
ピン止め効果を失い、オーステナイト結晶粒の粗大化や
異常粒成長を引き起こす。固溶温度が高いＴｉＮは、微
細に分散させることが困難なため、オーステナイト結晶
粒の抑制効果が低下する。またＮｂＣあるいはＮｂＮは
圧延ままではパーライト部にはほとんど析出しないた
め、その分散は極めて不均一な分散である。このためＮ
ｂの炭窒化物をピン止め粒子として有効に利用するため
には特開平８−１９９３０３号公報に開示されているよ
うにα／γ二相域に加熱しα単相域まで徐冷する球状化
焼鈍等のＮｂ炭窒化物の析出処理が必須となり、製造工
程が制約される課題が残されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解決するため案出されたものであり、機械構造用鋼を
焼入れ加熱や浸炭焼入れ加熱あるいは高周波焼入れ加熱
等の熱処理で高温に加熱しても結晶粒の粗大化を防止で
き、あるいは冷間加工後の異常粒成長を抑制することが
可能な鋼を提供することを目的とする。
を解決するため案出されたものであり、機械構造用鋼を
焼入れ加熱や浸炭焼入れ加熱あるいは高周波焼入れ加熱
等の熱処理で高温に加熱しても結晶粒の粗大化を防止で
き、あるいは冷間加工後の異常粒成長を抑制することが
可能な鋼を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的を
達成するため、１１００℃を越える高温域で結晶粒の粗
大化を抑制するためには酸化物や硫化物の活用が有効で
あると考え、種々の酸化物や硫化物による結晶粒成長抑
制効果を評価した。一般に鋼にはＡｌ2Ｏ3やＴｉ2Ｏ3等
の酸化物やＭｎＳ等の硫化物が含有される。しかし、こ
れらの酸化物や硫化物の微細分散は困難であり、異常粒
成長等の機械構造用鋼のオーステナイト結晶粒制御へ酸
化物や硫化物を用いた例は知られていない。本発明者ら
は、特定のサイズのＭｇを含有する酸化物や硫化物、酸
化物と硫化物の複合体、あるいはそれらの１種または２
種以上を含む介在物（以下Ｍｇ系介在物と称す）を特定
の個数含有させることで、機械構造用鋼の結晶粒粗大化
防止に有効であることを見出した。
達成するため、１１００℃を越える高温域で結晶粒の粗
大化を抑制するためには酸化物や硫化物の活用が有効で
あると考え、種々の酸化物や硫化物による結晶粒成長抑
制効果を評価した。一般に鋼にはＡｌ2Ｏ3やＴｉ2Ｏ3等
の酸化物やＭｎＳ等の硫化物が含有される。しかし、こ
れらの酸化物や硫化物の微細分散は困難であり、異常粒
成長等の機械構造用鋼のオーステナイト結晶粒制御へ酸
化物や硫化物を用いた例は知られていない。本発明者ら
は、特定のサイズのＭｇを含有する酸化物や硫化物、酸
化物と硫化物の複合体、あるいはそれらの１種または２
種以上を含む介在物（以下Ｍｇ系介在物と称す）を特定
の個数含有させることで、機械構造用鋼の結晶粒粗大化
防止に有効であることを見出した。
【０００７】Ｍｇ系介在物は、高温域でも熱的安定性を
保つことが可能であり、これらのＭｇ系介在物を単独あ
るいは複合してピン止め粒子として利用することで、オ
ーステナイト結晶粒の成長あるいは異常粒成長を顕著に
抑制できると考えられる。Ｍｇ系の酸化物であるＭｇＯ
やＭｇＡｌ2Ｏ4はＡｌ2Ｏ3やＴｉ2Ｏ3と比べ溶鋼との界
面エネルギーが小さいため、他の酸化物に比べ微細分散
が可能であり、かつ溶鋼中あるいはγ単相域で析出する
ため組織の影響を受けず均一分散させることが可能であ
ると考えられる。
保つことが可能であり、これらのＭｇ系介在物を単独あ
るいは複合してピン止め粒子として利用することで、オ
ーステナイト結晶粒の成長あるいは異常粒成長を顕著に
抑制できると考えられる。Ｍｇ系の酸化物であるＭｇＯ
やＭｇＡｌ2Ｏ4はＡｌ2Ｏ3やＴｉ2Ｏ3と比べ溶鋼との界
面エネルギーが小さいため、他の酸化物に比べ微細分散
が可能であり、かつ溶鋼中あるいはγ単相域で析出する
ため組織の影響を受けず均一分散させることが可能であ
ると考えられる。
【０００８】ここでＭｇ系介在物とはＭｇを含む酸化
物、硫化物、酸化物と硫化物の複合体、あるいはこれら
の１種または２種以上を含有する炭窒化物からなる複合
介在物を示す。具体的に示すとＭｇＯ、（Ｍｇ，Ｘ）
Ｏ、ＭｇＸ2Ｏ4、ＭｇＸＯ3、ＭｇＳ、Ｍｇ（Ｏ，
Ｓ）、（Ｍｇ，Ｘ）Ｓ、（Ｍｇ，Ｘ）（Ｏ，Ｓ）の化学
式で表される酸化物や硫化物、その複合体、あるいはこ
れらの酸化物や硫化物の１種または２種以上を核として
その周囲にＴｉＮ、ＴｉＣ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、ＡｌＮ等
の炭窒化物の１種または２種以上を含む複合介在物であ
る。ここでＸはＭｎ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ等の合金元素で
ある。
物、硫化物、酸化物と硫化物の複合体、あるいはこれら
の１種または２種以上を含有する炭窒化物からなる複合
介在物を示す。具体的に示すとＭｇＯ、（Ｍｇ，Ｘ）
Ｏ、ＭｇＸ2Ｏ4、ＭｇＸＯ3、ＭｇＳ、Ｍｇ（Ｏ，
Ｓ）、（Ｍｇ，Ｘ）Ｓ、（Ｍｇ，Ｘ）（Ｏ，Ｓ）の化学
式で表される酸化物や硫化物、その複合体、あるいはこ
れらの酸化物や硫化物の１種または２種以上を核として
その周囲にＴｉＮ、ＴｉＣ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、ＡｌＮ等
の炭窒化物の１種または２種以上を含む複合介在物であ
る。ここでＸはＭｎ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ等の合金元素で
ある。
【０００９】本発明の要旨は以下の通りである。
【００１０】（１） 質量％で、Ｓ ：０．００１〜
０．０５％、Ｍｇ：０．０００２〜０．０１％、Ｏ ：
０．０００２〜０．００５％を含有し、大きさが０．０
０５〜１μｍであるＭｇを含む酸化物、硫化物、酸化物
と硫化物の複合体、及びこれらの１種または２種以上を
含む介在物の１種または２種以上を合計で１×１０5〜
１×１０7個／ｍｍ2含有することを特徴とする結晶粒の
粗大化を抑制した機械構造用鋼である。
０．０５％、Ｍｇ：０．０００２〜０．０１％、Ｏ ：
０．０００２〜０．００５％を含有し、大きさが０．０
０５〜１μｍであるＭｇを含む酸化物、硫化物、酸化物
と硫化物の複合体、及びこれらの１種または２種以上を
含む介在物の１種または２種以上を合計で１×１０5〜
１×１０7個／ｍｍ2含有することを特徴とする結晶粒の
粗大化を抑制した機械構造用鋼である。
【００１１】（２） 質量％で、Ｃ ：０．１〜１．２
％、Ｓｉ：０．０１〜３％、Ｍｎ：０．１〜２％、Ｐ
：０．０４％以下、Ｎ ：０．０００５〜０．０３％
を更に含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物よりなる鋼
であることを特徴とする上記（１）に記載の結晶粒の粗
大化を抑制した機械構造用鋼である。
％、Ｓｉ：０．０１〜３％、Ｍｎ：０．１〜２％、Ｐ
：０．０４％以下、Ｎ ：０．０００５〜０．０３％
を更に含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物よりなる鋼
であることを特徴とする上記（１）に記載の結晶粒の粗
大化を抑制した機械構造用鋼である。
【００１２】（３） 質量％で、Ａｌ：０．０２％以
下、Ｔｉ：０．００２〜０．０５％、Ｂ ：０．０００
３〜０．００５％、Ｃｒ：０．０１〜４％、Ｎｉ：０．
０５〜５％、Ｍｏ：０．０１〜１％、Ｖ ：０．０１〜
０．５％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｚｒ：０．
００５〜０．１％の１種または２種以上を更に含有する
ことを特徴とする上記（１）または（２）に記載の結晶
粒の粗大化を抑制した機械構造用鋼である。
下、Ｔｉ：０．００２〜０．０５％、Ｂ ：０．０００
３〜０．００５％、Ｃｒ：０．０１〜４％、Ｎｉ：０．
０５〜５％、Ｍｏ：０．０１〜１％、Ｖ ：０．０１〜
０．５％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｚｒ：０．
００５〜０．１％の１種または２種以上を更に含有する
ことを特徴とする上記（１）または（２）に記載の結晶
粒の粗大化を抑制した機械構造用鋼である。
【００１３】（４） 質量％で、Ｃａ：０．０００２〜
０．００８％、Ｔｅ：０．０００２〜０．００８％、Ｒ
ＥＭ：０．０００２〜０．００８％の１種または２種以
上を更に含有することを特徴とする上記（１）〜（３）
のいずれか１項に記載の結晶粒の粗大化を抑制した機械
構造用鋼である。
０．００８％、Ｔｅ：０．０００２〜０．００８％、Ｒ
ＥＭ：０．０００２〜０．００８％の１種または２種以
上を更に含有することを特徴とする上記（１）〜（３）
のいずれか１項に記載の結晶粒の粗大化を抑制した機械
構造用鋼である。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の化学成分の請求範囲を上
記のように定めた理由を以下に示す。
記のように定めた理由を以下に示す。
【００１５】ＳはＭｇあるいはＭｎ、Ｃｕ等の合金元素
と反応して硫化物として存在する。これらの硫化物はピ
ン止め粒子として有効に機能するとともに被削性を向上
させる。０．００１％未満では被削性の向上効果がな
く、０．０５％を越えて添加すると冷間鍛造性を劣化さ
せるとともに、焼入れ焼戻し後の結晶粒界を脆化させ靱
性が劣化する。このため０．００１〜０．０５％とし
た。望ましくは０．００１〜０．０３％である。
と反応して硫化物として存在する。これらの硫化物はピ
ン止め粒子として有効に機能するとともに被削性を向上
させる。０．００１％未満では被削性の向上効果がな
く、０．０５％を越えて添加すると冷間鍛造性を劣化さ
せるとともに、焼入れ焼戻し後の結晶粒界を脆化させ靱
性が劣化する。このため０．００１〜０．０５％とし
た。望ましくは０．００１〜０．０３％である。
【００１６】ＭｇはＳあるいはＯと結合して酸化物、硫
化物あるいはこれらを含む複合介在物として存在する。
これらの粒子は鋼中に均一に分散し、ピン止め粒子とし
て有効に機能する。またこれらのＭｇ系介在物は炭窒化
物の析出サイトとして機能することから、ＴｉＮ、Ｔｉ
Ｃ、ＡｌＮ等の析出物を均一微細分散させることが可能
であり、結晶粒制御に有効に活用できる。０．０００２
％未満では効果が現れず、０．０１％を越えて添加する
と製造コストの上昇を招くため０．０００２〜０．０１
％とした。望ましくは０．０００５〜０．００５％であ
る。
化物あるいはこれらを含む複合介在物として存在する。
これらの粒子は鋼中に均一に分散し、ピン止め粒子とし
て有効に機能する。またこれらのＭｇ系介在物は炭窒化
物の析出サイトとして機能することから、ＴｉＮ、Ｔｉ
Ｃ、ＡｌＮ等の析出物を均一微細分散させることが可能
であり、結晶粒制御に有効に活用できる。０．０００２
％未満では効果が現れず、０．０１％を越えて添加する
と製造コストの上昇を招くため０．０００２〜０．０１
％とした。望ましくは０．０００５〜０．００５％であ
る。
【００１７】ＯはＭｇ、Ｔｉ、Ａｌ等の合金元素と結合
し酸化物として存在する。特にＭｇ系の酸化物を含む複
合介在物はピン止め粒子として有効に機能する。０．０
００２％未満ではＭｇ系の酸化物を有効に析出させるこ
とができず、０．００５％を越えると粗大な酸化物が形
成し、焼入れ焼戻し後の靱性、疲労特性を劣化させるた
め０．０００２〜０．００５％とした。望ましくは０．
０００２〜０．００３％である。
し酸化物として存在する。特にＭｇ系の酸化物を含む複
合介在物はピン止め粒子として有効に機能する。０．０
００２％未満ではＭｇ系の酸化物を有効に析出させるこ
とができず、０．００５％を越えると粗大な酸化物が形
成し、焼入れ焼戻し後の靱性、疲労特性を劣化させるた
め０．０００２〜０．００５％とした。望ましくは０．
０００２〜０．００３％である。
【００１８】次に前記（２）の本発明の成分限定理由に
ついて説明する。
ついて説明する。
【００１９】Ｃは最終製品での強度を確保するため添加
する。０．１％未満では機械部品として必要な強度を確
保できず、１．２％を越えると延性及び靱性が劣化する
ため０．１〜１．２％とした。
する。０．１％未満では機械部品として必要な強度を確
保できず、１．２％を越えると延性及び靱性が劣化する
ため０．１〜１．２％とした。
【００２０】Ｓｉは鋼に必要な強度、焼入れ性を付与
し、焼戻し軟化抵抗を向上するのに有効な元素である。
０．０１％未満ではこれらの効果がなく、３％を越える
と靱性、延性が劣化するとともに硬度の上昇を招き冷間
鍛造性を劣化させるため上限を３％とした。
し、焼戻し軟化抵抗を向上するのに有効な元素である。
０．０１％未満ではこれらの効果がなく、３％を越える
と靱性、延性が劣化するとともに硬度の上昇を招き冷間
鍛造性を劣化させるため上限を３％とした。
【００２１】Ｍｎは鋼に必要な強度、焼入れ性を付与す
るために必要な元素である。０．１％未満では効果が不
十分であり、２％を越えると靱性が劣化するとともに硬
度が上昇し冷間鍛造性を劣化させる。
るために必要な元素である。０．１％未満では効果が不
十分であり、２％を越えると靱性が劣化するとともに硬
度が上昇し冷間鍛造性を劣化させる。
【００２２】Ｐは冷間鍛造時の変形抵抗を高め、靱性を
劣化させる。また焼入れ焼戻し後の結晶粒界を脆化し靱
性を劣化させるため低減することが望ましい。従って上
限を０．０４％とした。
劣化させる。また焼入れ焼戻し後の結晶粒界を脆化し靱
性を劣化させるため低減することが望ましい。従って上
限を０．０４％とした。
【００２３】ＮはＴｉ、Ａｌ等と結合し窒化物を形成し
ピン止め粒子として機能する。０．０００５％未満では
窒化物の析出量が不足し、オーステナイト結晶粒の粗大
化抑制に機能せず、また０．０３％を越えて添加すると
熱間延性を劣化させるため、０．０００５〜０．０３％
とした。
ピン止め粒子として機能する。０．０００５％未満では
窒化物の析出量が不足し、オーステナイト結晶粒の粗大
化抑制に機能せず、また０．０３％を越えて添加すると
熱間延性を劣化させるため、０．０００５〜０．０３％
とした。
【００２４】次に前記（３）の本発明の成分限定理由に
ついて説明する。これらの元素は鋼の必要特性に応じて
１種または２種以上添加される。
ついて説明する。これらの元素は鋼の必要特性に応じて
１種または２種以上添加される。
【００２５】ＡｌはＯと結合して酸化物、あるいはＮと
結合してＡｌＮとして存在する。特にＭｇ及びＯと結合
したＭｇＡｌ2Ｏ4、及びこれを含む複合介在物はピン止
め粒子と有効に機能するので０．００５％以上含有する
ことが好ましい。０．０２％を越えるとＡｌ脱酸が支配
的になりＭｇの効果が発現しないことから上限を０．０
２％とした。
結合してＡｌＮとして存在する。特にＭｇ及びＯと結合
したＭｇＡｌ2Ｏ4、及びこれを含む複合介在物はピン止
め粒子と有効に機能するので０．００５％以上含有する
ことが好ましい。０．０２％を越えるとＡｌ脱酸が支配
的になりＭｇの効果が発現しないことから上限を０．０
２％とした。
【００２６】ＴｉはＣあるいはＮと結合してＴｉＣある
いはＴｉＮとして存在する。これらの炭窒化物はピン止
め粒子として有効である。０．００２％未満では効果が
現れず、０．０５％を越えるとその効果が飽和するとと
もに硬度の上昇を招き冷間鍛造性が劣化するため０．０
０２〜０．０５％とした。
いはＴｉＮとして存在する。これらの炭窒化物はピン止
め粒子として有効である。０．００２％未満では効果が
現れず、０．０５％を越えるとその効果が飽和するとと
もに硬度の上昇を招き冷間鍛造性が劣化するため０．０
０２〜０．０５％とした。
【００２７】Ｂ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏは焼入れ性を向上さ
せ鋼の高強度化に有効である。Ｂは焼入れ性の向上を目
的に添加する。０．０００３％未満では効果が不十分で
あり、０．００５％を越えて添加しても効果が飽和する
ので、０．０００３〜０．００５％とした。
せ鋼の高強度化に有効である。Ｂは焼入れ性の向上を目
的に添加する。０．０００３％未満では効果が不十分で
あり、０．００５％を越えて添加しても効果が飽和する
ので、０．０００３〜０．００５％とした。
【００２８】Ｃｒは高強度化、焼入れ性の向上を目的に
添加する。０．０１％未満では効果が不十分で、４％を
越えて添加すると冷間加工性が劣化するため、０．０１
〜４％とした。
添加する。０．０１％未満では効果が不十分で、４％を
越えて添加すると冷間加工性が劣化するため、０．０１
〜４％とした。
【００２９】Ｎｉは焼入れ性の向上を目的に添加する。
０．０５％未満では効果が不十分で、５％を越えて添加
すると製造コストの上昇を招くため、０．０５〜５％と
した。
０．０５％未満では効果が不十分で、５％を越えて添加
すると製造コストの上昇を招くため、０．０５〜５％と
した。
【００３０】Ｍｏは焼入れ性の向上を目的に添加する。
０．０１％未満では効果が不十分で、１％を越えて添加
すると製造コストの上昇を招くため、０．０１〜１％と
した。
０．０１％未満では効果が不十分で、１％を越えて添加
すると製造コストの上昇を招くため、０．０１〜１％と
した。
【００３１】Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒは炭窒化物を形成する。こ
れらの炭窒化物はＭｇを含む酸化物や硫化物あるいはこ
れらの複合介在物上に析出する場合が多く、鋼中に均一
に分散しピン止め粒子として機能し、結晶粒の粗大化を
抑制する。
れらの炭窒化物はＭｇを含む酸化物や硫化物あるいはこ
れらの複合介在物上に析出する場合が多く、鋼中に均一
に分散しピン止め粒子として機能し、結晶粒の粗大化を
抑制する。
【００３２】ＶはＮあるいはＣと結合しＶＮ、ＶＣある
いはそれらの複合介在物を形成し、結晶粒の粗大化抑制
に有効に機能する。０．０１％未満では効果が不十分
で、０．５％を越えて添加しても効果が飽和するため、
０．０１〜０．５％とした。
いはそれらの複合介在物を形成し、結晶粒の粗大化抑制
に有効に機能する。０．０１％未満では効果が不十分
で、０．５％を越えて添加しても効果が飽和するため、
０．０１〜０．５％とした。
【００３３】ＮｂはＮあるいはＣと結合しＮｂＮ、Ｎｂ
Ｃあるいはそれらの複合介在物を形成し、結晶粒の粗大
化抑制に有効に機能する。０．００５％未満では効果が
不十分で、０．０５％を越えて添加しても効果が飽和す
るため、０．００５〜０．０５％とした。
Ｃあるいはそれらの複合介在物を形成し、結晶粒の粗大
化抑制に有効に機能する。０．００５％未満では効果が
不十分で、０．０５％を越えて添加しても効果が飽和す
るため、０．００５〜０．０５％とした。
【００３４】ＺｒはＮあるいはＣと結合しＺｒＮ、Ｚｒ
Ｃあるいはそれらの複合介在物を形成し、結晶粒の粗大
化抑制に有効に機能する。０．００５未満では効果が不
十分で、０．１％を越えて添加しても効果が飽和するた
め、０．００５〜０．１％とした。
Ｃあるいはそれらの複合介在物を形成し、結晶粒の粗大
化抑制に有効に機能する。０．００５未満では効果が不
十分で、０．１％を越えて添加しても効果が飽和するた
め、０．００５〜０．１％とした。
【００３５】次に前記（４）の本発明の成分限定理由に
ついて説明する。これらの元素は鋼の必要特性に応じて
１種または２種以上添加される。
ついて説明する。これらの元素は鋼の必要特性に応じて
１種または２種以上添加される。
【００３６】Ｃａは硫化物の形態制御に有効である。Ｍ
ｎＳの圧延方向への伸長化を防止し、加工性や靱性の劣
化を改善する。０．０００２％未満では効果が不十分
で、０．００８％を越えて添加しても効果が飽和すると
ともに粗大な酸化物を生成し破壊靱性値を低下させる。
ｎＳの圧延方向への伸長化を防止し、加工性や靱性の劣
化を改善する。０．０００２％未満では効果が不十分
で、０．００８％を越えて添加しても効果が飽和すると
ともに粗大な酸化物を生成し破壊靱性値を低下させる。
【００３７】Ｔｅ、ＲＥＭもＣａ同様に硫化物の形態制
御に有効である。０．０００２％未満では効果が不十分
で、０．００８％を越えて添加しても効果が飽和する。
御に有効である。０．０００２％未満では効果が不十分
で、０．００８％を越えて添加しても効果が飽和する。
【００３８】本発明鋼は特定の範囲の大きさを有するＭ
ｇ系介在物を特定の範囲の個数を含有する。Ｍｇ系介在
物は鋼中に均一に分散し、高温域でも安定なピン止め粒
子として機能する。しかしながらＭｇ系介在物の個数が
１×１０5個／ｍｍ2未満ではオーステナイト結晶粒の細
粒化あるいは異常粒成長抑制の効果が現れない。また１
×１０7個／ｍｍ2を越えると鋼の清浄度が低下し靱性、
延性を低下させる。また、Ｍｇ系介在物の大きさが０．
００５μｍ未満ではピン止め粒子としての効果が不十分
で、１μｍを越えると、ピン止め粒子としての効果を失
うだけでなく、Ｍｇ系介在物が破壊起点となり靱性や疲
労特性の劣化を招く。ここでＭｇ系介在物の大きさとは
円相当径とした。
ｇ系介在物を特定の範囲の個数を含有する。Ｍｇ系介在
物は鋼中に均一に分散し、高温域でも安定なピン止め粒
子として機能する。しかしながらＭｇ系介在物の個数が
１×１０5個／ｍｍ2未満ではオーステナイト結晶粒の細
粒化あるいは異常粒成長抑制の効果が現れない。また１
×１０7個／ｍｍ2を越えると鋼の清浄度が低下し靱性、
延性を低下させる。また、Ｍｇ系介在物の大きさが０．
００５μｍ未満ではピン止め粒子としての効果が不十分
で、１μｍを越えると、ピン止め粒子としての効果を失
うだけでなく、Ｍｇ系介在物が破壊起点となり靱性や疲
労特性の劣化を招く。ここでＭｇ系介在物の大きさとは
円相当径とした。
【００３９】本発明で規定した介在物の分散状態は、例
えば以下のような方法で定量的に測定される。０．００
５〜１μｍのＭｇ系介在物の分散状態は棒線材の任意の
場所から抽出レプリカ試料を作製し、これを透過電子顕
微鏡（ＴＥＭ）を用いて１００００〜５００００倍の倍
率で少なくとも１０００μｍ2以上の面積にわたって観
察し、対象となる大きさの介在物の個数を測定し、単位
面積当たりの個数に換算する。即ち、測定下限の介在物
の大きさを０．００５μｍとし、測定上限を１μｍとす
る。このとき、介在物の同定は、ＴＥＭに付属のエネル
ギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＳ）による組成分析と、Ｔ
ＥＭによる電子線回折像の結晶構造解析によって行われ
る。
えば以下のような方法で定量的に測定される。０．００
５〜１μｍのＭｇ系介在物の分散状態は棒線材の任意の
場所から抽出レプリカ試料を作製し、これを透過電子顕
微鏡（ＴＥＭ）を用いて１００００〜５００００倍の倍
率で少なくとも１０００μｍ2以上の面積にわたって観
察し、対象となる大きさの介在物の個数を測定し、単位
面積当たりの個数に換算する。即ち、測定下限の介在物
の大きさを０．００５μｍとし、測定上限を１μｍとす
る。このとき、介在物の同定は、ＴＥＭに付属のエネル
ギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＳ）による組成分析と、Ｔ
ＥＭによる電子線回折像の結晶構造解析によって行われ
る。
【００４０】鋼の製造方法は所定のサイズのＭｇ系介在
物が所定の量存在すればよいので、鋳造後の加熱条件、
圧延条件、圧延後の熱処理条件は、必要とされる機械的
特性に応じて、適宜選択すればよい。
物が所定の量存在すればよいので、鋳造後の加熱条件、
圧延条件、圧延後の熱処理条件は、必要とされる機械的
特性に応じて、適宜選択すればよい。
【００４１】例えば、溶鋼酸素量を０．０１ｗｔ．％以
下にして、適量のＭｇを添加して脱酸を行うことで、微
細なＭｇ系酸化物を鋼中に生成させることができる。
下にして、適量のＭｇを添加して脱酸を行うことで、微
細なＭｇ系酸化物を鋼中に生成させることができる。
【００４２】
【実施例】以下に、実施例により本発明を更に詳細に説
明する。表１に供試鋼の化学成分、表２に９００℃及び
１２００℃に加熱焼入れ後の大きさが０．００５〜１μ
ｍであるＭｇ系介在物の個数、１２００℃に加熱焼入れ
後の大きさが０．００５〜１μｍである主要な介在物の
組成、及び粗粒発生温度を示す。これらの鋼は転炉溶製
鋼を連続鋳造し、続いて再加熱し直径５〜５０ｍｍの棒
鋼、線材に熱間圧延した。Ｍｇ系介在物は圧延材を９０
０℃及び１２００℃に６０分加熱した後水焼入れした棒
線材の中心部より抽出レプリカ試料を作製し、透過電子
顕微鏡にて５００００倍の倍率で１０００μｍ2の面積
を観察することで測定した。Ｍｇ無添加材では、０．０
０５〜１μｍの大きさを有する全ての介在物数を表２に
示した。
明する。表１に供試鋼の化学成分、表２に９００℃及び
１２００℃に加熱焼入れ後の大きさが０．００５〜１μ
ｍであるＭｇ系介在物の個数、１２００℃に加熱焼入れ
後の大きさが０．００５〜１μｍである主要な介在物の
組成、及び粗粒発生温度を示す。これらの鋼は転炉溶製
鋼を連続鋳造し、続いて再加熱し直径５〜５０ｍｍの棒
鋼、線材に熱間圧延した。Ｍｇ系介在物は圧延材を９０
０℃及び１２００℃に６０分加熱した後水焼入れした棒
線材の中心部より抽出レプリカ試料を作製し、透過電子
顕微鏡にて５００００倍の倍率で１０００μｍ2の面積
を観察することで測定した。Ｍｇ無添加材では、０．０
０５〜１μｍの大きさを有する全ての介在物数を表２に
示した。
【００４３】粗粒発生温度は、棒鋼または線材に熱間圧
延した素材、あるいは熱間圧延後に球状化焼鈍した鋼材
より、文献「冷間据込み性試験方法」（塑性と加工、２
２（１９８１）、１３９．）に示されている１号試験片
（圧縮試験片)を作製し端面拘束圧縮にて最終高さが５
０％となる冷間加工を行った後、８４０〜１２００℃に
３０分間加熱し焼入れ、中心軸を通るＬ断面部の全領域
に渡ってオーステナイト粒径を観察した。オーステナイ
ト粒径の観察にはＪＩＳ Ｇ ０５５１に準じて行い、
粒度番号５番以下の粗粒が１つでも存在すれば粗大粒発
生と判定した。
延した素材、あるいは熱間圧延後に球状化焼鈍した鋼材
より、文献「冷間据込み性試験方法」（塑性と加工、２
２（１９８１）、１３９．）に示されている１号試験片
（圧縮試験片)を作製し端面拘束圧縮にて最終高さが５
０％となる冷間加工を行った後、８４０〜１２００℃に
３０分間加熱し焼入れ、中心軸を通るＬ断面部の全領域
に渡ってオーステナイト粒径を観察した。オーステナイ
ト粒径の観察にはＪＩＳ Ｇ ０５５１に準じて行い、
粒度番号５番以下の粗粒が１つでも存在すれば粗大粒発
生と判定した。
【００４４】介在物数は表２に示した通り、本発明の請
求範囲を満たす鋼は、いずれも９００℃焼入れでのＭｇ
系介在物数と１２００℃焼入れでのＭｇ介在物数に大き
な変化がなく、Ｍｇ系の介在物は１２００℃での高温で
も安定に存在している。一方、比較鋼では、９００℃焼
入れ材では介在物が１０5〜１０6／ｍｍ2程度であり本
発明鋼と同等の個数存在するが、１２００℃になると１
０3／ｍｍ2程度にまで減少し、熱的安定性に欠けること
がわかる。更に粗大粒発生温度は、本発明鋼はいずれも
１０９０℃以上と高温であるが、比較鋼では１０００℃
以下と低温である。
求範囲を満たす鋼は、いずれも９００℃焼入れでのＭｇ
系介在物数と１２００℃焼入れでのＭｇ介在物数に大き
な変化がなく、Ｍｇ系の介在物は１２００℃での高温で
も安定に存在している。一方、比較鋼では、９００℃焼
入れ材では介在物が１０5〜１０6／ｍｍ2程度であり本
発明鋼と同等の個数存在するが、１２００℃になると１
０3／ｍｍ2程度にまで減少し、熱的安定性に欠けること
がわかる。更に粗大粒発生温度は、本発明鋼はいずれも
１０９０℃以上と高温であるが、比較鋼では１０００℃
以下と低温である。
【００４５】
【表１】
【００４６】
【表２】
【００４７】
【発明の効果】本発明によれば、オーステナイト結晶粒
の粗大化や異常粒成長に起因する焼入れ歪みによる寸法
精度の低下が少なく、疲労強度、靱性、遅れ破壊特性が
従来鋼よりも優れた機械構造用鋼を提供可能であり、産
業上極めて大きな効果を有する。
の粗大化や異常粒成長に起因する焼入れ歪みによる寸法
精度の低下が少なく、疲労強度、靱性、遅れ破壊特性が
従来鋼よりも優れた機械構造用鋼を提供可能であり、産
業上極めて大きな効果を有する。
Claims (4)
- 【請求項１】 質量％で、Ｓ ：０．００１〜０．０５
％、Ｍｇ：０．０００２〜０．０１％、Ｏ ：０．００
０２〜０．００５％を含有し、大きさが０．００５〜１
μｍであるＭｇを含む酸化物、硫化物、酸化物と硫化物
の複合体、及びこれらの１種または２種以上を含む介在
物の１種または２種以上を合計で１×１０5〜１×１０7
個／ｍｍ2含有することを特徴とする結晶粒の粗大化を
抑制した機械構造用鋼。 - 【請求項２】 質量％で、Ｃ ：０．１〜１．２％、Ｓ
ｉ：０．０１〜３％、Ｍｎ：０．１〜２％、Ｐ ：０．
０４％以下、Ｎ ：０．０００５〜０．０３％を更に含
有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物よりなる鋼であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の結晶粒の粗大化を抑制
した機械構造用鋼。 - 【請求項３】 質量％で、Ａｌ：０．０２％以下、Ｔ
ｉ：０．００２〜０．０５％、Ｂ ：０．０００３〜
０．００５％、Ｃｒ：０．０１〜４％、Ｎｉ：０．０５
〜５％、Ｍｏ：０．０１〜１％、Ｖ ：０．０１〜０．
５％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｚｒ：０．００
５〜０．１％の１種または２種以上を更に含有すること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の結晶粒の
粗大化を抑制した機械構造用鋼。 - 【請求項４】 質量％で、Ｃａ：０．０００２〜０．０
０８％、Ｔｅ：０．０００２〜０．００８％、ＲＥＭ：
０．０００２〜０．００８％の１種または２種以上を更
に含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１
項に記載の結晶粒の粗大化を抑制した機械構造用鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000103148A JP4031607B2 (ja) | 2000-04-05 | 2000-04-05 | 結晶粒の粗大化を抑制した機械構造用鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000103148A JP4031607B2 (ja) | 2000-04-05 | 2000-04-05 | 結晶粒の粗大化を抑制した機械構造用鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001288531A true JP2001288531A (ja) | 2001-10-19 |
| JP4031607B2 JP4031607B2 (ja) | 2008-01-09 |
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|---|---|---|---|
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004106571A1 (ja) | 2003-05-27 | 2004-12-09 | Nippon Steel Corporation | 成形加工後の耐遅れ破壊性に優れた高強度薄鋼板およびその製造方法、並びに、高強度薄鋼板により作製された自動車用強度部品 |
| EP1553201A1 (en) * | 2002-08-09 | 2005-07-13 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Steel for machine structural use excellent in friability of chips |
| EP1598437A1 (en) * | 2003-02-20 | 2005-11-23 | Nippon Steel Corporation | High strength steel product excellent in characteristics of resistance to hydrogen embrittlement |
| JP2009511749A (ja) * | 2005-10-20 | 2009-03-19 | ニューコア・コーポレーション | オーステナイト粒粗化温度が高い鋼材及びその製造方法 |
| EP2192205A1 (en) * | 2003-10-17 | 2010-06-02 | Nippon Steel Corporation | High-strength steel sheets excellent in hole-expandability and ductility |
| CN110484811A (zh) * | 2019-09-10 | 2019-11-22 | 中国科学院金属研究所 | 一种超净稀土钢及夹杂物改性控制方法 |
| CN112853200A (zh) * | 2019-11-26 | 2021-05-28 | 武汉昆伦特钢装备科技开发有限公司 | 一种高硬耐磨耐蚀耐高温合金铸钢磨套及制造工艺 |
| CN114086069A (zh) * | 2021-03-04 | 2022-02-25 | 东北大学 | 一种含镁细晶粒热轧板带钢及其制备方法 |
| JP7443502B2 (ja) | 2019-09-27 | 2024-03-05 | 宝山鋼鉄股▲分▼有限公司 | 合金構造用鋼及びその製造方法 |
-
2000
- 2000-04-05 JP JP2000103148A patent/JP4031607B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| EP1553201A4 (en) * | 2002-08-09 | 2005-10-05 | Honda Motor Co Ltd | STEEL F R MACHINE APPLICATION WITH EXCELLENT CUTTING CAPACITY |
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| US8016953B2 (en) | 2003-02-20 | 2011-09-13 | Nippon Steel Corporation | High-strength steel material with excellent hydrogen embrittlement resistance |
| EP1637618A1 (en) * | 2003-05-27 | 2006-03-22 | Nippon Steel Corporation | High strength thin steel sheet excellent in resistance to delayed fracture after forming and method for preparation thereof, and automobile parts requiring strength manufactured from high strength thin steel sheet |
| EP1637618A4 (en) * | 2003-05-27 | 2006-10-18 | Nippon Steel Corp | HIGH-STRENGTH STEEL SLIM HAVING EXCELLENT RESISTANCE AT DELAYED BREAKAGE AFTER TRAINING AND ASSOCIATED PREPARATION METHOD, AND AUTOMOTIVE PARTS REQUIRING SOME RESISTANCE MADE FROM HIGH-STRENGTH STEEL SLIMS |
| WO2004106571A1 (ja) | 2003-05-27 | 2004-12-09 | Nippon Steel Corporation | 成形加工後の耐遅れ破壊性に優れた高強度薄鋼板およびその製造方法、並びに、高強度薄鋼板により作製された自動車用強度部品 |
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| JP2009511749A (ja) * | 2005-10-20 | 2009-03-19 | ニューコア・コーポレーション | オーステナイト粒粗化温度が高い鋼材及びその製造方法 |
| JP2015083717A (ja) * | 2005-10-20 | 2015-04-30 | ニューコア・コーポレーション | オーステナイト粒粗化温度が高い鋼材及びその製造方法 |
| CN110484811A (zh) * | 2019-09-10 | 2019-11-22 | 中国科学院金属研究所 | 一种超净稀土钢及夹杂物改性控制方法 |
| CN110484811B (zh) * | 2019-09-10 | 2020-07-28 | 中国科学院金属研究所 | 一种超净稀土钢及夹杂物改性控制方法 |
| JP7443502B2 (ja) | 2019-09-27 | 2024-03-05 | 宝山鋼鉄股▲分▼有限公司 | 合金構造用鋼及びその製造方法 |
| CN112853200A (zh) * | 2019-11-26 | 2021-05-28 | 武汉昆伦特钢装备科技开发有限公司 | 一种高硬耐磨耐蚀耐高温合金铸钢磨套及制造工艺 |
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