JP2001335833A - 高疲労強度鋼材およびその製造方法 - Google Patents
高疲労強度鋼材およびその製造方法Info
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- JP2001335833A JP2001335833A JP2000162358A JP2000162358A JP2001335833A JP 2001335833 A JP2001335833 A JP 2001335833A JP 2000162358 A JP2000162358 A JP 2000162358A JP 2000162358 A JP2000162358 A JP 2000162358A JP 2001335833 A JP2001335833 A JP 2001335833A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱間鍛造加工、熱間圧延加工や熱間押出加工
などの熱間加工により鋼表面や表層に生じる非金属介在
物クラックによる影響を可及的に少なくして疲労強度を
高め、疲労応力環境下での使用に十分に耐え得る鋼材の
提供。 【解決手段】 鋼表面または表層部に非金属介在物が存
在する素材鋼の表層に、予めメッキされたＮｉ層の加熱
によりディフュージョンした疲労強度強化層を設け、さ
らにこの疲労強度強化層を有する鋼材を焼入れする。
などの熱間加工により鋼表面や表層に生じる非金属介在
物クラックによる影響を可及的に少なくして疲労強度を
高め、疲労応力環境下での使用に十分に耐え得る鋼材の
提供。 【解決手段】 鋼表面または表層部に非金属介在物が存
在する素材鋼の表層に、予めメッキされたＮｉ層の加熱
によりディフュージョンした疲労強度強化層を設け、さ
らにこの疲労強度強化層を有する鋼材を焼入れする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はスラブまたは連続鋳
造材を素材とし熱間加工を経て管、丸棒、板などの製造
に供される疲労強度の優れた鋼材およびその製造技術に
関するものである。
造材を素材とし熱間加工を経て管、丸棒、板などの製造
に供される疲労強度の優れた鋼材およびその製造技術に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】管、丸棒、板などの製造に供される素材
は一般にはスラブまたは連続鋳造材が使用されるが、こ
のような素材の場合、製品化や部品化のために表面部の
切削や研磨、酸洗などによる鋼肌の除去によって下地の
母材が露出すると、鋼中の非金属介在物が鋼材表面に露
出したり、鋼表面直下の表層部に存在することがあり、
また鋼材表面に微細なクラックが残留したり、あるいは
新たに生じることもある。なお非金属介在物はＡｌ２Ｏ
３、ＣａＯなどのような主として酸化物であって、母材
鋼と比較して硬さが極めて高く、伸びが極めて小さい。
またこの非金属介在物やクラックの大きさとしては、最
大が２０〜３０μｍ程度のものが多い。
は一般にはスラブまたは連続鋳造材が使用されるが、こ
のような素材の場合、製品化や部品化のために表面部の
切削や研磨、酸洗などによる鋼肌の除去によって下地の
母材が露出すると、鋼中の非金属介在物が鋼材表面に露
出したり、鋼表面直下の表層部に存在することがあり、
また鋼材表面に微細なクラックが残留したり、あるいは
新たに生じることもある。なお非金属介在物はＡｌ２Ｏ
３、ＣａＯなどのような主として酸化物であって、母材
鋼と比較して硬さが極めて高く、伸びが極めて小さい。
またこの非金属介在物やクラックの大きさとしては、最
大が２０〜３０μｍ程度のものが多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】鋼表面や鋼中に生じた
前記の２０〜３０μｍ程度の非金属介在物や微細なクラ
ックは、疲労環境下で疲労荷重が作用した場合には疲労
応力の集中を生じ、疲労破壊の起点となり、管、丸棒、
板などの鋼材の疲労強度を低下させることとなる。しか
るに、本発明者の研究により、疲労破壊の原因とならな
い極微細なクラックや全くクラックのない鋼材の疲労破
壊は、非金属介在物に起因することが知見されたのであ
る。すなわち、鋼表面に生じたクラックを表面部除去加
工により、５μｍ程度まで小さくした鋼材について疲労
破壊試験を行い、その鋼材の疲労破壊した破面を観察し
た結果、２０〜３０μｍ程度の非金属介在物の存在が確
認され、疲労破壊の原因が非金属介在物であることが判
明したのである。この非金属介在物に起因する疲労強度
の低下は、母材鋼と非金属介在物との硬さや伸びの差に
よる応力集中の増大が原因と考えられている。
前記の２０〜３０μｍ程度の非金属介在物や微細なクラ
ックは、疲労環境下で疲労荷重が作用した場合には疲労
応力の集中を生じ、疲労破壊の起点となり、管、丸棒、
板などの鋼材の疲労強度を低下させることとなる。しか
るに、本発明者の研究により、疲労破壊の原因とならな
い極微細なクラックや全くクラックのない鋼材の疲労破
壊は、非金属介在物に起因することが知見されたのであ
る。すなわち、鋼表面に生じたクラックを表面部除去加
工により、５μｍ程度まで小さくした鋼材について疲労
破壊試験を行い、その鋼材の疲労破壊した破面を観察し
た結果、２０〜３０μｍ程度の非金属介在物の存在が確
認され、疲労破壊の原因が非金属介在物であることが判
明したのである。この非金属介在物に起因する疲労強度
の低下は、母材鋼と非金属介在物との硬さや伸びの差に
よる応力集中の増大が原因と考えられている。
【０００４】本発明は上記に鑑みてなされたものであ
り、熱間鍛造加工、熱間圧延加工、熱間押出加工などの
熱間加工や表面部除去加工などにより鋼表面や表層部に
存在する非金属介在物による影響を可及的に少なくして
疲労強度を高め、疲労応力環境下での使用に十分に耐え
得る鋼材とその製造方法を提案することを目的とするも
のである。
り、熱間鍛造加工、熱間圧延加工、熱間押出加工などの
熱間加工や表面部除去加工などにより鋼表面や表層部に
存在する非金属介在物による影響を可及的に少なくして
疲労強度を高め、疲労応力環境下での使用に十分に耐え
得る鋼材とその製造方法を提案することを目的とするも
のである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係る高疲労強度
鋼材は、表面または表層部に非金属介在物が存在する熱
間鍛造、熱間圧延加工もしくは熱間押出加工などの熱間
加工により形成され、かつ表面部除去加工を施してなる
鋼製素材料の表層に、予めメッキされたＮｉ層の加熱、
焼入れによりディフュージョンした疲労強度強化層を有
することを特徴とするものである。またその製造方法
は、熱間鍛造加工、熱間圧延加工もしくは熱間押出加工
などの熱間加工により形成された鋼製素材料の表面の少
なくとも一部に、製品化するために必要な表面部除去加
工を施すことにより、該鋼製素材料の内部に潜んでいた
非金属介在物が表面に露出あるいは表層に存在する素材
鋼の表面にＮｉめっきを施し、次いで加熱することによ
り素材鋼の表層にＮｉのディフュージョンした疲労強度
強化層を生成させ、しかる後焼入れ・焼戻しすることを
特徴とするものである。
鋼材は、表面または表層部に非金属介在物が存在する熱
間鍛造、熱間圧延加工もしくは熱間押出加工などの熱間
加工により形成され、かつ表面部除去加工を施してなる
鋼製素材料の表層に、予めメッキされたＮｉ層の加熱、
焼入れによりディフュージョンした疲労強度強化層を有
することを特徴とするものである。またその製造方法
は、熱間鍛造加工、熱間圧延加工もしくは熱間押出加工
などの熱間加工により形成された鋼製素材料の表面の少
なくとも一部に、製品化するために必要な表面部除去加
工を施すことにより、該鋼製素材料の内部に潜んでいた
非金属介在物が表面に露出あるいは表層に存在する素材
鋼の表面にＮｉめっきを施し、次いで加熱することによ
り素材鋼の表層にＮｉのディフュージョンした疲労強度
強化層を生成させ、しかる後焼入れ・焼戻しすることを
特徴とするものである。
【０００６】鋼の表面または表層部に非金属介在物が存
在する素材鋼の表層に、予めメッキしたＮｉ層を加熱、
焼入れしてＮｉのディフュージョンした疲労強度強化層
を生成した場合、このＮｉの加熱、焼入れによる疲労強
度強化層は母材鋼より硬さが大きく、伸びが小さいた
め、鋼中に存在する非金属介在物と鋼肌表面との硬さや
伸びの差が小さくなるため、疲労応力の集中の度合いが
低くなって疲労強度が向上することとなる。したがっ
て、疲労応力環境下で疲労荷重が作用しても、疲労応力
の集中が大幅に軽減される結果、疲労強度を向上できる
こととなる。なおこの疲労強度強化層の厚さは特に限定
するものではないが、その作用効果を得るためには８〜
２０μｍが適当である。
在する素材鋼の表層に、予めメッキしたＮｉ層を加熱、
焼入れしてＮｉのディフュージョンした疲労強度強化層
を生成した場合、このＮｉの加熱、焼入れによる疲労強
度強化層は母材鋼より硬さが大きく、伸びが小さいた
め、鋼中に存在する非金属介在物と鋼肌表面との硬さや
伸びの差が小さくなるため、疲労応力の集中の度合いが
低くなって疲労強度が向上することとなる。したがっ
て、疲労応力環境下で疲労荷重が作用しても、疲労応力
の集中が大幅に軽減される結果、疲労強度を向上できる
こととなる。なおこの疲労強度強化層の厚さは特に限定
するものではないが、その作用効果を得るためには８〜
２０μｍが適当である。
【０００７】本発明における表面部除去加工方法として
は、切削、研削、研磨、酸洗、化学研磨、電解研磨、溶
削などの手段を用いる。
は、切削、研削、研磨、酸洗、化学研磨、電解研磨、溶
削などの手段を用いる。
【０００８】
【実施例】連続鋳造ビレットから熱間加工されたＳＣＭ
４３５製丸棒を切削・研磨して両端部１０ｍｍφ、両端
部間のストレート部６ｍｍφに仕上げ、この丸棒の表面
に常法の電気めっきにより膜厚３μｍのＮｉめっき層を
形成し、該めっき丸棒を不活性ガス雰囲気加熱炉へ装入
し、１１３０℃×３分加熱後、８２０℃に冷却して当該
温度に２０分間保持し、その後塩浴にて１８０℃に急冷
処理（５分程度）し、続いて電気炉にて３００℃×１時
間加熱して焼戻し処理を施し、丸棒表層部にＮｉのディ
フュージョンによる約１５μｍの疲労強度強化層を生成
させた。この処理丸棒の回転曲げ疲労試験を行った結果
を表１に示す。回転曲げ疲労試験はストレート部の最大
発生応力が５５ｋｇｆ／ｍｍ２になるように歪みゲージ
で測定しながら駆動ロールにより曲げ力を付与した。な
お表１には、比較のため、同様の丸棒を同一の条件で焼
入れ・焼戻し処理を施し、その後この丸棒の表面に常法
の電気めっきにより膜厚３μｍのＮｉめっきを施し、そ
の後加熱処理を施さなかった、Ｎｉのディフュージョン
による疲労強度強化層を有しない丸棒の回転曲げ疲労試
験結果を併せて示す。表１に示す結果より明らかなごと
く、Ｎｉのディフュージョンによる疲労強度強化層を有
しない丸棒（焼入れ・焼戻し後Ｎｉめっき）の場合は、
疲労破壊に達するまでの試験回数が４４，０００〜４
９，５００であったのに対し、加熱処理して拡散処理し
た後焼入れ・焼戻し処理を施した本発明に係る丸棒は、
丸棒表面および表層部に非金属介在物が存在していたに
もかかわらず、疲労破壊に達するまでの試験回数は７
７，０００〜８１，０００と、極めて高い値を示した。
この結果は、丸棒表層部に生成させたＮｉのディフュー
ジョンにより生じた約１５μｍの疲労強度強化層が、拡
散処理後の焼入れ・焼戻し処理によりさらに強化された
ことにより応力集中の度合いがより低下したことによる
ものと推察される。
４３５製丸棒を切削・研磨して両端部１０ｍｍφ、両端
部間のストレート部６ｍｍφに仕上げ、この丸棒の表面
に常法の電気めっきにより膜厚３μｍのＮｉめっき層を
形成し、該めっき丸棒を不活性ガス雰囲気加熱炉へ装入
し、１１３０℃×３分加熱後、８２０℃に冷却して当該
温度に２０分間保持し、その後塩浴にて１８０℃に急冷
処理（５分程度）し、続いて電気炉にて３００℃×１時
間加熱して焼戻し処理を施し、丸棒表層部にＮｉのディ
フュージョンによる約１５μｍの疲労強度強化層を生成
させた。この処理丸棒の回転曲げ疲労試験を行った結果
を表１に示す。回転曲げ疲労試験はストレート部の最大
発生応力が５５ｋｇｆ／ｍｍ２になるように歪みゲージ
で測定しながら駆動ロールにより曲げ力を付与した。な
お表１には、比較のため、同様の丸棒を同一の条件で焼
入れ・焼戻し処理を施し、その後この丸棒の表面に常法
の電気めっきにより膜厚３μｍのＮｉめっきを施し、そ
の後加熱処理を施さなかった、Ｎｉのディフュージョン
による疲労強度強化層を有しない丸棒の回転曲げ疲労試
験結果を併せて示す。表１に示す結果より明らかなごと
く、Ｎｉのディフュージョンによる疲労強度強化層を有
しない丸棒（焼入れ・焼戻し後Ｎｉめっき）の場合は、
疲労破壊に達するまでの試験回数が４４，０００〜４
９，５００であったのに対し、加熱処理して拡散処理し
た後焼入れ・焼戻し処理を施した本発明に係る丸棒は、
丸棒表面および表層部に非金属介在物が存在していたに
もかかわらず、疲労破壊に達するまでの試験回数は７
７，０００〜８１，０００と、極めて高い値を示した。
この結果は、丸棒表層部に生成させたＮｉのディフュー
ジョンにより生じた約１５μｍの疲労強度強化層が、拡
散処理後の焼入れ・焼戻し処理によりさらに強化された
ことにより応力集中の度合いがより低下したことによる
ものと推察される。
【０００９】
【表１】
【００１０】
【発明の効果】以上説明したごとく、本発明に係る高疲
労強度鋼材は、素材鋼の表層に、予めメッキしたＮｉ層
を加熱、焼入れしてＮｉのディフュージョンした疲労強
度強化層を生成したことにより、この疲労強度強化層の
作用により鋼材表面あるいは表層の非金属介在物と鋼肌
表面との硬さや伸びの差が小さくなり、疲労応力の集中
の度合いが低くなって疲労強度が向上する結果、疲労応
力環境下であっても高い信頼性をもって使用することが
できる。また本発明方法によれば、既存の設備を使用し
て低コストで高疲労強度鋼材を製造することができるの
で、高い疲労強度を有する鋼材を安価に提供することが
できるという優れた効果を奏する。
労強度鋼材は、素材鋼の表層に、予めメッキしたＮｉ層
を加熱、焼入れしてＮｉのディフュージョンした疲労強
度強化層を生成したことにより、この疲労強度強化層の
作用により鋼材表面あるいは表層の非金属介在物と鋼肌
表面との硬さや伸びの差が小さくなり、疲労応力の集中
の度合いが低くなって疲労強度が向上する結果、疲労応
力環境下であっても高い信頼性をもって使用することが
できる。また本発明方法によれば、既存の設備を使用し
て低コストで高疲労強度鋼材を製造することができるの
で、高い疲労強度を有する鋼材を安価に提供することが
できるという優れた効果を奏する。
Claims (2)
- 【請求項１】 内部に非金属介在物が存在する熱間加工
により形成され、かつ表面部除去加工を施してなる鋼製
素材料の表層に、予めメッキされたＮｉ層の加熱、焼入
れによりディフュージョンした疲労強度強化層を有する
ことを特徴とする高疲労強度鋼材。 - 【請求項２】 熱間加工により形成された鋼製素材料の
表面の少なくとも一部に、製品化するために必要な表面
部除去加工を施すことにより、該鋼製素材料の内部に潜
んでいた非金属介在物が表面に露出あるいは表層に存在
する素材鋼の表面にＮｉめっきを施し、次いで加熱する
ことにより素材鋼の表層にＮｉのディフュージョンした
疲労強度強化層を生成させ、しかる後焼入れ・焼戻しす
ることを特徴とする高疲労強度鋼材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000162358A JP2001335833A (ja) | 2000-05-31 | 2000-05-31 | 高疲労強度鋼材およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000162358A JP2001335833A (ja) | 2000-05-31 | 2000-05-31 | 高疲労強度鋼材およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001335833A true JP2001335833A (ja) | 2001-12-04 |
Family
ID=18666264
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000162358A Pending JP2001335833A (ja) | 2000-05-31 | 2000-05-31 | 高疲労強度鋼材およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001335833A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007205292A (ja) * | 2006-02-02 | 2007-08-16 | Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd | 超高圧燃料配管およびその製造方法 |
| JP2007203358A (ja) * | 2006-02-03 | 2007-08-16 | Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd | 蓄圧式燃料噴射システム用高圧燃料配管およびその製造方法 |
| EP2189239A1 (en) * | 2008-11-25 | 2010-05-26 | United Technologies Corporation | Machined component manufacturing method for enhanced low cycle fatigue life |
| CN115354211A (zh) * | 2022-08-16 | 2022-11-18 | 酒泉钢铁(集团)有限责任公司 | 一种用薄带铸轧工艺生产耐蚀抗氧化1500MPa热成型钢的方法 |
-
2000
- 2000-05-31 JP JP2000162358A patent/JP2001335833A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007205292A (ja) * | 2006-02-02 | 2007-08-16 | Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd | 超高圧燃料配管およびその製造方法 |
| JP4640992B2 (ja) * | 2006-02-02 | 2011-03-02 | 臼井国際産業株式会社 | 超高圧燃料配管およびその製造方法 |
| JP2007203358A (ja) * | 2006-02-03 | 2007-08-16 | Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd | 蓄圧式燃料噴射システム用高圧燃料配管およびその製造方法 |
| EP2189239A1 (en) * | 2008-11-25 | 2010-05-26 | United Technologies Corporation | Machined component manufacturing method for enhanced low cycle fatigue life |
| US8209845B2 (en) | 2008-11-25 | 2012-07-03 | United Technologies Corporation | Machined component manufacturing method for enhanced low cycle fatigue life |
| US8728391B2 (en) | 2008-11-25 | 2014-05-20 | United Technologies Corporation | Machined component manufacturing method for enhanced low cycle fatigue life |
| CN115354211A (zh) * | 2022-08-16 | 2022-11-18 | 酒泉钢铁(集团)有限责任公司 | 一种用薄带铸轧工艺生产耐蚀抗氧化1500MPa热成型钢的方法 |
| CN115354211B (zh) * | 2022-08-16 | 2023-07-18 | 酒泉钢铁(集团)有限责任公司 | 一种用薄带铸轧工艺生产耐蚀抗氧化1500MPa热成型钢的方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A521 | Written amendment |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090619 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090810 |
|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100330 |