JP2004218069A - High rigidity steel producible by melting method, and production method therefor - Google Patents

High rigidity steel producible by melting method, and production method therefor Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high rigidity steel having a high Young's modulus which can be produced not by sintering but by a melting method, and to provide a production method therefor. <P>SOLUTION: In the steel, the boride of the group 4A, 5A or 6A elements consisting essentially of Ti or the compounded substance thereof is dispersed by 5 to 25 vol%. The matrix phase has a composition comprising, by mass% after the dispersion of the boride, ≤0.20% C, 0.10 to 1.00% Si, 0.20 to 8.00% Mn, ≤0.045% P, ≤0.030% S and ≤1.00% Al, and, if required, comprising one or more kinds of metals selected from ≤14.00% Ni, ≤28.00% Cr, ≤4.00% Mo, ≤1.00% V, ≤1.00% Nb and 0.50 to 3.50% Cu, and the balance Fe with inevitable impurities. Dissolution is performed in a closed space of ≤250 Pa. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

本発明は、高いヤング率を有し、かつ溶製法で製造可能な高剛性鋼及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a high-rigidity steel having a high Young's modulus and capable of being produced by a melting method, and a method for producing the same.

鉄鋼材料は最も安価で容易に大量生産が可能なことから、機械構造部材に最も多く使用されている。これらの構造部材には、使用されている部位によって様々な要求特性が存在するが、共通している大きな要求事項は、以前から変化はなく、それは軽量化である。なぜなら、軽量化は、例えば自動車、トラックなどの製品においては、製品を使用する際のエネルギー消費量を低下させ、省エネに大きな効果の得られることが客観的に証明されているからである。しかしながら、軽量化を達成することは、大きな困難を伴うことが多い。すなわち、軽量化の達成を検討する際には、部品寸法を小さくしても、必要な強度が確保できているかという点と、実際の使用中に負荷される力によって生じる弾性変形量(撓み、ねじれ等)が問題とならないレベル以下に抑えられているかという点の解決が避けて通れないからである。   Since steel materials are the cheapest and can be easily mass-produced, they are most often used for mechanical structural members. These structural members have various required characteristics depending on the parts used, but the major requirement in common has not changed before, that is, weight reduction. This is because, for example, it has been objectively proved that the reduction in the weight of a product such as an automobile and a truck reduces the energy consumption when the product is used and that a great effect on energy saving can be obtained. However, achieving weight savings often involves significant difficulties. In other words, when studying the achievement of weight reduction, it is necessary to determine whether the required strength can be ensured even if the component dimensions are reduced, and the amount of elastic deformation (deflection, This is because it is inevitable to solve the problem that the twisting or the like is suppressed to a level that does not cause a problem.

このうち、前者の問題については、鉄鋼材料は多数の添加元素を適量添加することが可能であり、その添加による効果によって、固溶強化、析出強化を図ったり、最適な熱処理を行うことによって、材料の高強度化を図ることができ、現在まで多数の問題を解決してきた。   Of these, regarding the former problem, iron and steel materials can be added with an appropriate amount of a large number of additional elements, and by the effect of the addition, solid solution strengthening, precipitation strengthening, or by performing optimal heat treatment, Higher strength of the material can be achieved, and many problems have been solved to date.

しかしながら、後者については、従来から決定的な解決方法が見出されていない。すなわち、固溶強化、析出強化、熱処理による強化のどの手段で鋼を強化しても、鉄鋼材料のヤング率は大きく変化することがなく、高強度化して軽量化すればするほど部品寸法は小さくなって、部品自体の剛性は低下するから、変形量としては逆に増加してしまうからである。また、鉄鋼材料以外の材料への変更も考えられないわけではないが、Mg合金、Ti合金、Al合金等鉄合金より密度の小さい他の合金は、全て鉄鋼材料に比べヤング率が著しく低く、使用合金の変更によっても問題を解決することができないのである。従って、従来の技術では、使用中の負荷応力に耐えうる強度が得られていても、弾性変形量の面で問題があると、部品寸法を大きくして弾性変形量を小さく抑えるしか方法がなかった。しかし、これは当然の結果として質量の増加を招いてしまい、結果として当初の目的である軽量化を達成できなくなった。   However, no definitive solution has been found for the latter. That is, no matter how the solid solution strengthening, precipitation strengthening, or strengthening by heat treatment strengthens the steel, the Young's modulus of the steel material does not change significantly, and the higher the strength and weight, the smaller the component size. This is because the rigidity of the component itself decreases, and conversely, the amount of deformation increases. Also, it is not inconceivable to change to a material other than steel material, but other alloys with a lower density than iron alloys such as Mg alloy, Ti alloy, Al alloy, all have significantly lower Young's modulus than steel material, Changing the alloy used does not solve the problem. Therefore, in the conventional technique, even if the strength capable of withstanding the load stress during use is obtained, if there is a problem in terms of the amount of elastic deformation, there is no other way but to increase the dimensions of the parts and to reduce the amount of elastic deformation. Was. However, this naturally results in an increase in mass, and as a result, the initial object of reducing the weight cannot be achieved.

部品の質量増加は別の面からも問題となる。すなわち、構造用部材にかかる負荷応力は、その構造用部材からなる製品(自動車等)を使用することによって、外部から当然受ける負荷(例えばトラックにおいて重量物を積載することによって、各部品にかかる応力)だけでなく、外力に関係なく各部材自体の動きによって当然の如く負荷されてしまう力(例えばピストン・ピン等の往復運動する部材に働く慣性力や回転軸に作用する重力や遠心力によって生じる曲げモーメント等)がある。この慣性力、遠心力、重力等は全て構造用部材の各部品の質量が増加するほど大きくなるという問題がある。従って、各部品の撓み等の変形量を小さくするためには、部品寸法を大きくすることなく、部品の剛性を高める以外に方法はなく、そのためには、高いヤング率を有する材料の開発が不可欠であった。   Increasing the mass of parts is another problem. That is, the load stress applied to the structural member is reduced by the use of a product (such as an automobile) made of the structural member, the load naturally applied from the outside (for example, the load applied to each part by loading a heavy load on a truck). ) As well as forces naturally applied by the movement of each member irrespective of external force (for example, caused by inertial force acting on a reciprocating member such as a piston pin or by gravity or centrifugal force acting on a rotating shaft). Bending moment, etc.). There is a problem that the inertial force, centrifugal force, gravity, and the like all increase as the mass of each component of the structural member increases. Therefore, there is no other way to reduce the amount of deformation such as bending of each part without increasing the part dimensions but increasing the rigidity of the part. For that purpose, the development of a material having a high Young's modulus is indispensable. Met.

この問題に対する適切な対応を可能にするために、高いヤング率を有する材料の開発に対する新しい試みが、最近行われるようになり、開発成果としての特許出願も少しずつ増加している。例えば、特許文献1〜3の出願がされている。これらの3件の特許は、その内容に関し互いに若干の相違はあるが、3件共に共通している点は、鉄を主成分とするマトリックス中に高いヤング率を示すことがわかっている4A族元素、5A族元素のホウ化物を分散させることによって、高いヤング率を得ることを可能にしたことを特徴とするものである。   New attempts to develop materials with a high Young's modulus have recently been made to allow for an appropriate response to this problem, and patent applications resulting from development have been gradually increasing. For example, patent documents 1 to 3 have been filed. These three patents have some differences in their contents, but the three patents have in common that they show a high Young's modulus in a matrix containing iron as a major component. A high Young's modulus can be obtained by dispersing a boride of an element and a group 5A element.

特開平7−188874号公報JP-A-7-188874 特開平7−252609号公報JP-A-7-252609 特開平10−68048号公報JP-A-10-68048

しかしながら、前記した従来技術には、以下の問題がある。
前記した3件の特許のうち、特許文献1、2に記載の発明は、原料として鉄粉末又は鉄合金粉末を用いて焼結により製造することが前提となって、発明が完成している。しかしながら、焼結による製造方法では、成形工程で高価な型が必要なことは勿論であるが、多大な力を必要とするため、クランクシャフト等比較的大きな部品の製造には不向きであり、かつ部品が大きい場合には、粉末の緻密化の程度を均一にすることが難しく、生産性の面でも溶製法に比べ劣ることから、低コスト化には限界がある。
However, the above-mentioned prior art has the following problems.
Of the three patents described above, the inventions described in Patent Documents 1 and 2 have been completed on the premise that they are manufactured by sintering using iron powder or iron alloy powder as a raw material. However, in the production method by sintering, it is needless to say that an expensive mold is required in the molding process, but since it requires a large amount of force, it is not suitable for producing relatively large parts such as crankshafts, and If the parts are large, it is difficult to make the degree of densification of the powder uniform and the productivity is inferior to the melting method, so there is a limit to cost reduction.

また、特許文献3には、溶製法により得られる高剛性高靭性鋼について記載されているが、ホウ化物を溶製法で分散させるに際して、マトリックスとして用いられる鉄合金についての最適な範囲については、前記2件の特許に対して何らの新しい知見も示していない。すなわち、炭素鋼、ニッケルクロム鋼、クロム鋼、クロムモリブデン鋼、ばね鋼、軸受鋼等多数の鋼材が記載されているが、粉末の焼結による製造方法では起きなかった問題であって、溶製法による製造をする場合に起きる問題点についての検討が十分にされていない。本発明者等が、実際に試作テストを繰返して調査した結果、溶製法を適用して高剛性鋼を製造する場合においては、製造可能な範囲がかなり狭められ、その範囲内で製造しないと品質の良い高剛性鋼が得られないことが判明した。   Patent Document 3 describes a high-rigidity and high-toughness steel obtained by a smelting method.However, when dispersing boride by a smelting method, the optimum range of an iron alloy used as a matrix is described above. No new findings are shown for the two patents. That is, although many steel materials such as carbon steel, nickel chromium steel, chromium steel, chromium molybdenum steel, spring steel, and bearing steel are described, this is a problem that has not occurred in a manufacturing method based on powder sintering. The problem which arises in the case of manufacturing by the method is not sufficiently studied. The present inventors have conducted repeated trial production tests and found that, when manufacturing a high-rigidity steel by applying the melting method, the range that can be manufactured is considerably narrowed. It was found that a high-rigidity steel with good quality could not be obtained.

本発明は、溶製法により高剛性鋼を得る場合において容易に製造可能とするための範囲を明確にし、溶製法による高剛性鋼の製造を可能にして、構造用部材の軽量化を確実に達成可能にすることを目的とする。   The present invention clarifies the range of easy production when obtaining high-rigidity steel by the smelting method, enables the production of high-rigidity steel by the smelting method, and reliably achieves weight reduction of structural members. The purpose is to make it possible.

請求項1に記載の溶製法で製造可能な高剛性鋼は、純鉄又は鉄合金よりなるマトリックス相中に、4A族元素、5A族元素、6A族元素及びFeを含むグループから選択される1種以上の元素を含むホウ化物又は/及びその複合化物を5〜25vol%分散させた鋼であり、分散させた上記ホウ化物又は/及びその複合化物のうち体積率で80%以上がTiB2であって、鋼全体におけるCの含有率が0.20質量%以下であることを特徴とする溶製法で製造可能な高剛性鋼にある。 The high-rigidity steel that can be produced by the smelting method according to claim 1 is selected from the group containing a group 4A element, a group 5A element, a group 6A element, and Fe in a matrix phase composed of pure iron or an iron alloy. A steel in which a boride containing at least one or more elements and / or a compound thereof is dispersed in 5 to 25 vol%, and 80% or more of the dispersed boride or / and the compound thereof is TiB 2 by volume ratio of 80% or more. Further, the present invention provides a high-rigidity steel that can be produced by a melting method, wherein the content of C in the entire steel is 0.20% by mass or less.

本発明において注目すべきことは、高剛性の鋼材を溶製法で製造可能とするための、マトリックス中に含有するC含有率の範囲及びホウ化物の体積率の範囲を明確にした点にある。   What should be noted in the present invention is that the range of the C content and the range of the volume ratio of boride contained in the matrix have been clarified so that a high-rigidity steel material can be manufactured by the smelting method.

溶製法で製造した場合、当然のごとく原料は高温に加熱して溶解させるために、溶鋼中では活発な反応が起きる。この反応の中には、粉末法では起きにくい反応もあり、その反応が性能の良い高剛性鋼を製造する際において、障害となる場合がある。   When produced by the smelting method, as a matter of course, the raw material is heated and melted at a high temperature, so that an active reaction occurs in the molten steel. Some of these reactions are difficult to occur in the powder method, and the reactions may hinder the production of high-performance high-rigidity steel.

本発明者等は、溶製法で製造した場合に、粉末法による製造では考慮する必要のなかった新たな問題が生じることがないかについて詳細に調査した。その結果、以下の知見を得ることにより、本発明を完成したものである。   The present inventors have investigated in detail whether a new problem which did not need to be considered in the production by the powder method does not occur when the production is performed by the melting method. As a result, the following findings have been obtained, thereby completing the present invention.

すなわち、4A族、5A族及び6A族に属する元素であるTi、Nb、V、Ta、Zr、Hf、Cr、Mo等は全て炭化物となりやすい性質を有する元素であり、Cを含有している溶鋼中に前記4A族、5A族、6A族元素を含む合金とBを添加すると、これらの元素の一部がBと結合せずにCと結合し、炭化物が形成される。特に溶鋼中のC含有率が高くなると、炭化物になってしまう元素が増加し、目的とするホウ化物を十分に生成させた状態とすることができないことがわかった。   That is, Ti, Nb, V, Ta, Zr, Hf, Cr, Mo, etc., which are elements belonging to the 4A group, 5A group and 6A group, are all elements having a property of easily becoming a carbide, and the molten steel containing C When an alloy containing the aforementioned 4A group, 5A group, or 6A element and B are added, a part of these elements is bonded not to B but to C, and a carbide is formed. In particular, it was found that when the C content in the molten steel was high, the number of elements that turned into carbides increased, and it was not possible to achieve a state in which the target boride was sufficiently generated.

特に、Tiホウ化物であるTiB2は鋼に比べ密度が小さく、比ヤング率(ヤング率の密度に対する比率)の向上のためには、その利用が本発明の目的達成のために非常に効果的であるが、TiB2が生成されずに、TiCが多量に生成してしまうと、比ヤング率向上効果が低下すると同時に、溶解時の鋳造性が低下し、良好な鋼塊が得られなくなる。
但し、少量のTiCの生成は、ヤング率の低下に対し大きな影響はなく、その一方で、TiB2が長い六角柱状に成長するのを抑制し、被削性の改善に寄与するので、ヤング率低下の悪影響がでない範囲内で、TiCを生成させておく方が好ましい。
In particular, TiB 2 , a Ti boride, has a lower density than steel, and its use is very effective for achieving the object of the present invention for improving the specific Young's modulus (the ratio of the Young's modulus to the density). However, if a large amount of TiC is generated without generating TiB 2 , the effect of improving the specific Young's modulus is reduced, and at the same time, the castability at the time of melting is lowered, and a good steel ingot cannot be obtained.
However, the generation of a small amount of TiC does not greatly affect the decrease in Young's modulus, while suppressing the growth of TiB 2 into a long hexagonal column and contributing to the improvement of machinability. It is preferable to generate TiC within a range in which the adverse effect of the decrease is not caused.

また、4A族、5A族、6A族元素の炭化物は以前から高いヤング率を示すことが知られており、炭化物の利用した高剛性鋼の特許も出願されているが、炭化物は粗大化しやすく、そのために鋳造性を悪くする傾向があることが判った。また、溶製の高剛性鋼の場合、鋼塊を圧延し、さらに鍛造、機械加工等を行って目的とする部品形状まで加工する必要があり、途中工程の製造性は粉末を焼結して製造する場合に比べて厳しい条件が要求されるので、特別な考慮が必要である。そこで、ホウ化物となる原料をマトリックス相に添加することによる熱間加工性への影響を調査した結果、後述するように各成分範囲を最適化した上で、ホウ化物の体積率を25%以下とすることが圧延、鍛造等の熱間加工を可能とするために必須となることがわかった。
請求項1の発明は、以上得られた知見から成されたものである。
It has been known that carbides of Group 4A, 5A, and 6A elements have high Young's modulus for some time. Patents for high-rigidity steel using carbides have been filed, but carbides are liable to be coarsened. Therefore, it was found that there was a tendency that castability was deteriorated. In addition, in the case of high-rigidity smelted steel, it is necessary to roll the steel ingot, further forging, machining, etc., and process it to the desired component shape. Since stricter conditions are required than in the case of manufacturing, special consideration is required. Then, as a result of investigating the influence on hot workability by adding a raw material to be a boride to the matrix phase, after optimizing each component range as described later, the volume ratio of the boride was 25% or less. Has been found to be essential to enable hot working such as rolling and forging.
The invention of claim 1 is based on the knowledge obtained above.

なお、請求の範囲にFeを含むホウ化物を範囲に含めたのは、添加したBの一部がTi等の4A族、5A族、6A族元素と結合せず多量に存在するFeと結合する場合があり、Feを含むホウ化物の存在を全く認めないとすると製造が難しくなる場合があるからである。   The reason that the scope of the claims includes a boride containing Fe is that a part of the added B binds to a large amount of Fe without binding to Ti or other 4A group, 5A group, or 6A group element. This is because, in some cases, the production may be difficult if the presence of a boride containing Fe is not recognized at all.

次に、請求項1で限定した各条件の限定理由について、以下に説明する。
C含有率の上限を0.20質量%(成分範囲は、製品で本発明の範囲内かそうでないかを明確にするため、マトリックス相のみの範囲ではなく、後述の請求項2〜4も含め分散させたホウ化物とマトリックス相とに含まれる元素の合計に対する含有率で示す。また、TiCとなっているCも含む。)に限定したのは、Cが多いとホウ化物の原料を添加しても、添加した4A族、5A族、6A族元素が溶鋼中の炭素と結合して炭化物が生成し、狙いとする量だけホウ化物が生成されず、ヤング率向上効果が十分に得られなくなるためである。また、炭化物は少量であれば強度向上に効果的であり、弊害は少ないが、多量に生成すると鋳造時の流動性、熱間加工性が低下するので、上限を0.20%に限定した。
Next, the reason for limiting each condition defined in claim 1 will be described below.
The upper limit of the C content is 0.20% by mass (the component range is not limited to the matrix phase alone in order to clarify whether or not the product is within the scope of the present invention. The content is shown by the content of the total amount of the elements contained in the dispersed boride and the matrix phase, and also includes C which is TiC). However, the added 4A group, 5A group, and 6A group elements are combined with carbon in the molten steel to form carbides, and borides are not generated in a desired amount, and the effect of improving the Young's modulus cannot be sufficiently obtained. That's why. Further, if the amount of carbide is small, it is effective for improving the strength and there is little adverse effect. However, if the amount of carbide is large, the fluidity and hot workability at the time of casting are reduced. Therefore, the upper limit is limited to 0.20%.

但し、Cはその添加が少量であれば、TiCが生成しても、ヤング率には大きな悪影響はなく、かつ、後述するようにTiB2を微細晶出させるためには、その核となるTiCが必要であり、少量は必要な元素である。また、TiCが生成すると、TiB2が細長く六角柱状に成長するのを抑制し、かつTiB2、TiCのそれぞれが同位置に互いに微細に分散したTi炭ホウ化物(EPMAで同じ位置からTi、B、Cの3元素全てが検出される。)を形成し、機械加工時に硬くて細長いTiB2が短く破砕される際の工具へのダメージを低減し、工具寿命を改善する効果もある。従って、Cの添加量は、加工性の点を考慮すると、少なくとも質量%で0.06%、より好ましくは、0.08%以上とした方が良い。 However, if C is added in a small amount, even if TiC is formed, there is no significant adverse effect on the Young's modulus, and as described later, in order to finely crystallize TiB 2 , TiC, which is a nucleus thereof, is used. Is required, and a small amount is a necessary element. In addition, when TiC is generated, TiB 2 is prevented from growing in an elongated hexagonal column shape, and TiB 2 and TiC are finely dispersed in the same position, and Ti char boride (EP, Ti, B from the same position in EPMA). , And C are detected.), The hard and elongated TiB2 is shortly crushed during machining, thereby reducing the damage to the tool and improving the tool life. Therefore, considering the workability, the addition amount of C is preferably at least 0.06% by mass, more preferably 0.08% or more.

生成させるホウ化物をFe以外では4A族、5A族、6A族の元素に限定(Feを含めたのは前記した通り)したのは、前記した特許文献にも記載されているように、これらの元素のホウ化物が、高いヤング率を有しているからである。また、本発明では、その中でも特に主体をTiを含有するホウ化物であるTiB2に限定している。これは、TiB2は、高いヤング率を示す一方、鋼に比べ密度がはるかに小さいため、軽量化しつつヤング率の高い材料を得るために、効果的であるからである。従って、比ヤング率の向上を図るために、生成させるホウ化物の80%以上(体積率)をTiを含有するホウ化物(TiB2)とすることが必要である。これは、Ti以外のホウ化物が増加し、例えば(Mo、Fe)B2、(Cr、Fe)B等の生成量が増加すると、ホウ化物を分散させる前の鋼に比べればヤング率は上昇するが、ホウ化物がTiのみの場合に比べ、比ヤング率向上効果が小さくなるためである。また、これらのホウ化物が増加すると、熱間加工性、鋳造性も低下して溶製法による製造が困難になるという問題も生じる。従って、Tiを主体とするホウ化物を主に分散させることにより、比重が小さい割に高いヤング率を有し、溶製法による製造がしやすい高剛性鋼を得ることができる。 The reason that the boride to be produced was limited to elements of the 4A group, 5A group, and 6A group other than Fe (Fe was included as described above) is described in the above-mentioned patent document. This is because the boride of the element has a high Young's modulus. In the present invention, among them, the main component is particularly limited to TiB 2 which is a boride containing Ti. This is because TiB 2 shows a high Young's modulus, but has a much lower density than steel, and is therefore effective in obtaining a material having a high Young's modulus while reducing the weight. Therefore, in order to improve the specific Young's modulus, it is necessary that 80% or more (volume ratio) of the boride to be formed is a boride containing Ti (TiB 2 ). This is because when borides other than Ti increase, for example, when the amount of (Mo, Fe) B 2 , (Cr, Fe) B, etc. increases, the Young's modulus increases as compared with steel before dispersing the borides. However, this is because the effect of improving the specific Young's modulus is smaller than when boride is only Ti. In addition, when these borides increase, there arises a problem that the hot workability and the castability also decrease, and the production by the melting method becomes difficult. Therefore, by mainly dispersing the boride mainly composed of Ti, it is possible to obtain a high-rigidity steel which has a high Young's modulus in spite of its small specific gravity and is easily manufactured by the melting method.

なお、Feを含むホウ化物の生成を防止するには、生成させようとする4A族、5A族、6A族元素とBの添加量の比を調整して、過剰なBが存在しないような量とすれば良い。Bは4A族、5A族、6A族元素と優先的に結合するため、Bが過剰に存在する状態となった場合に、多量に存在するFeと結びついて、Feを含むホウ化物が生成するためである。例えば、TiB2を生成させる場合には、TiとBの配合比が原子比で1:2(質量比でTi/B=2.215)に近くなるようにすれば良い。これにより、Feを含むホウ化物の生成を防止することができる。 In order to prevent the formation of a boride containing Fe, the ratio of the element to be added, which is the group 4A, 5A, or 6A, and B is adjusted so that the amount of B is not excessive. It is good. Since B binds preferentially to the 4A group, 5A group, and 6A group elements, when B is excessively present, it is combined with a large amount of Fe to form a boride containing Fe. It is. For example, when producing TiB 2 , the compounding ratio of Ti and B may be set to be close to 1: 2 in atomic ratio (Ti / B = 2.215 in mass ratio). Thereby, the formation of boride containing Fe can be prevented.

鋼中に分散させるホウ化物又はその複合化物の体積率を5〜25%に限定したのは、5%未満ではヤング率向上効果が十分に得られないためであり、多量に添加して25%超とした場合には、得られるヤング率は添加量が少ない場合に比べ上昇するが、均一に分散させることが困難となり、製品の場所によってヤング率の不均一が生じ、安定して高いヤング率を保証することが難しくなるためである。これに対し、粉末法の場合には、原料粉末をよく混合することにより、かなり均一にすることが可能であるので、溶製法に比べ有利である。また、溶製法では、ホウ化物を多量に添加した場合、熱間加工性が低下して、圧延、鍛造による所定形状への加工が困難になるという問題もある。従って、分散させるホウ化物量の上限を先願等で限定されている上限に比べ厳しく限定した。また、多量に添加するほどヤング率、強度が共に上昇するが、伸び、絞りは低下して熱間加工性が低下するので、注意が必要である。   The reason why the volume ratio of the boride or its complex compound dispersed in steel is limited to 5 to 25% is that if it is less than 5%, the effect of improving the Young's modulus cannot be sufficiently obtained. When the amount is too large, the obtained Young's modulus is higher than when the addition amount is small, but it becomes difficult to disperse uniformly, and the Young's modulus becomes uneven depending on the location of the product, and the stable Young's modulus is high. Is difficult to guarantee. On the other hand, in the case of the powder method, since the raw material powder can be made considerably uniform by mixing well, it is more advantageous than the melting method. Further, in the smelting method, when a large amount of boride is added, there is a problem that hot workability is reduced, and it is difficult to form a predetermined shape by rolling and forging. Therefore, the upper limit of the amount of boride to be dispersed is strictly limited as compared with the upper limit specified in the prior application and the like. Also, the larger the amount added, the higher both the Young's modulus and the strength, but the elongation and the drawing are reduced and the hot workability is reduced, so care must be taken.

次に、請求項2に記載の発明の特徴は、C、Si、Mn、P、S、及びAlを含有し、残部Fe及び不可避的不純物元素からなるマトリックス相を有する鋼であって、
上記マトリックス相には、4A族元素、5A族元素、6A族元素及びFeを含むグループから選択される1種以上の元素を含むホウ化物又は/及びその複合化物を5〜25vol%分散させてなり、分散させた上記ホウ化物又は/及びその複合化物のうち体積率で80%以上がTiB2であり、
かつ、鋼全体を100%とした場合における上記マトリックス相のみに含まれる前記元素の含有率が、質量%で、C:0.20%以下、Si:0.10〜1.00%、Mn:0.20〜8.00%、P:0.045%以下、S:0.030%以下、Al:1.00%以下であることを特徴とする溶製法で製造可能な高剛性鋼にある。
以下にCを除く成分範囲限定理由について説明する。なお、本発明は溶製法による製造に適した鋼の提供が目的で、特定の用途に限定せず、多種類の用途に使用可能な鋼の提供を目的としているので、指定した成分範囲内の中で大きく特性が異なる範囲を含むことは勿論である。
なお、上記各元素の含有率は、マトリックス相のみに含まれる含有質量を、鋼全体の質量で割って算出したものであり、ホウ化物内の含有量は、上記含有率の計算には考慮に入れない。
Next, a feature of the invention according to claim 2 is a steel containing C, Si, Mn, P, S, and Al, and having a matrix phase composed of a balance of Fe and inevitable impurity elements,
In the matrix phase, 5 to 25 vol% of a boride containing at least one element selected from the group consisting of a group 4A element, a group 5A element, a group 6A element and Fe or / and a complex thereof is dispersed. 80% or more by volume of the dispersed boride or / and composite thereof is TiB 2 ,
In addition, when the entire steel is 100%, the content of the element contained only in the matrix phase is C: 0.20% or less, Si: 0.10 to 1.00%, Mn: 0.20 to 8.00%, P: 0.045% or less, S: 0.030% or less, and Al: 1.00% or less. .
The reasons for limiting the range of components excluding C will be described below. In addition, the present invention is intended to provide steel suitable for production by a melting method, and is not limited to a specific use, and is intended to provide steel that can be used for various kinds of uses. Needless to say, a range in which the characteristics are largely different is included.
The content of each element is calculated by dividing the content of only the matrix phase by the mass of the entire steel, and the content in boride is taken into account in the calculation of the content. does not enter.

Si:0.10〜1.00%、
Siは、鋳造時の溶鋼の流動性を確保するために、少量添加することが必要であり、最低でも0.10%以上の含有が必要である。望ましくは、0.30%以上とするのが良い。一方、多量に含有させると、凝固に際してTiを主体とする4A族、5A族、6A族元素のホウ化物が粗大化しやすくなり、さらにマトリックスを必要以上に硬化させるため、熱間加工性が低下して、圧延による製造が困難となるので、上限を1.00%とした。
Si: 0.10-1.00%,
It is necessary to add a small amount of Si in order to ensure the fluidity of molten steel at the time of casting, and it is necessary to contain at least 0.10% or more. Desirably, it is better to be 0.30% or more. On the other hand, when it is contained in a large amount, the boride of the 4A group, 5A group, or 6A group element mainly composed of Ti tends to be coarsened at the time of solidification, and the matrix is hardened more than necessary. Therefore, the production by rolling becomes difficult, so the upper limit was made 1.00%.

Mn:0.20〜8.00%、
Mnは固溶強化によって強度向上に寄与する元素であり、最低でも0.20%以上含有させる必要がある。また、Mnは多量に添加するとマトリックスがオ−ステナイトとなって、鋼が非磁性となるので、非磁性であってヤング率の高い材料の提供も可能となる。しかしながら、多量に含有させると、熱間加工性が低下して、熱間圧延による製造が難しくなるので、上限を8.00%に限定した。
Mn: 0.20 to 8.00%,
Mn is an element that contributes to strength improvement by solid solution strengthening, and must be contained at least 0.20% or more. Further, when Mn is added in a large amount, the matrix becomes austenite and the steel becomes non-magnetic, so that it is possible to provide a non-magnetic material having a high Young's modulus. However, if it is contained in a large amount, the hot workability is reduced and the production by hot rolling becomes difficult, so the upper limit was limited to 8.00%.

P:0.045%以下、
Pは製造上含有が避けられない不純物として鋼中に存在するが、多量に存在すると、製造した鋼の靭性が低下し、かつ熱間加工性も低下するので、上限を0.045%に限定した。
P: 0.045% or less,
P is present in steel as an unavoidable impurity in production, but if present in large amounts, the toughness of the manufactured steel decreases and the hot workability also decreases, so the upper limit is limited to 0.045%. did.

S:0.030%以下、
Sは、被削性向上に効果のある元素であるが、増量すると熱間加工性が著しく低下するため、上限を0.030%とした。
S: 0.030% or less,
S is an element that is effective in improving machinability. However, when the amount is increased, hot workability is significantly reduced. Therefore, the upper limit is set to 0.030%.

Al:1.00%以下、
Alは脱酸のために必要な元素であり、結晶粒微細化に効果のある元素でもある。また、窒化処理を行う場合には、窒化層硬さ向上に効果があるため、少量含有させることができる。しかしながら、多量に含有させると凝固に際してTiを主体とする4A族、5A族、6A族元素のホウ化物が粗大化しやすくなり、かつマトリックスを必要以上に硬化させて機械的性質が低下するため、上限を1.00%とした。
Al: 1.00% or less,
Al is an element necessary for deoxidation, and is also an element effective in refining crystal grains. In addition, when the nitriding treatment is performed, a small amount can be contained because it is effective in improving the hardness of the nitrided layer. However, when contained in a large amount, the boride of the 4A group, 5A group, or 6A group element mainly composed of Ti tends to be coarsened during solidification, and the matrix is hardened more than necessary and the mechanical properties are reduced, so that the upper limit is set. Was set to 1.00%.

次に請求項3の発明は、使用する様々な用途によって要求される特性に合わせ、必要に応じて添加でき、かつ溶製法で製造可能な成分範囲を明確にしたものである。具体的には、C、Si、Mn、P、S及びAlを含有し、さらにNi、Cr、Mo、V、Alのうちの1種又は2種以上の任意元素を含有し、残部Fe及び不可避的不純物元素からなるマトリックス相を有する鋼であって、
上記マトリックス相には、4A族元素、5A族元素、6A族元素及びFeを含むグループから選択される1種以上の元素を含むホウ化物又は/及びその複合化を5〜25vol%分散させてなり、分散させた上記ホウ化物又は/及びその複合化物のうち体積率で80%以上がTiB2であり、
かつ、鋼全体を100%とした場合における上記マトリックス相のみに含まれる前記元素の含有率が、質量%で、C:0.20%以下、Si:0.10〜1.00%、Mn:0.20〜8.00%、P:0.045%以下、S:0.030%以下、Al:1.00%以下であり、かつ上記任意元素を含有する場合の含有率は、質量%でNi:14.00%以下、Cr:28.00%以下、Mo:4.00%以下、V:1.00%以下、Nb:1.00%以下であることを特徴とする溶製法で製造可能な高剛性鋼にある。
以下、任意添加元素のそれぞれの成分の限定理由について説明する。他成分の限定理由については、前記した通りである。
Next, the invention of claim 3 clarifies the range of components that can be added as needed and that can be produced by a melting method in accordance with the characteristics required by various uses to be used. Specifically, it contains C, Si, Mn, P, S and Al, and further contains one or more optional elements of Ni, Cr, Mo, V and Al, and the balance Fe and unavoidable Steel having a matrix phase composed of a periodic impurity element,
In the matrix phase, 5 to 25 vol% of a boride containing at least one element selected from the group consisting of a group 4A element, a group 5A element, a group 6A element and Fe or / and a complex thereof is dispersed. 80% or more by volume of the dispersed boride or / and composite thereof is TiB 2 ,
In addition, when the entire steel is 100%, the content of the element contained only in the matrix phase is C: 0.20% or less, Si: 0.10 to 1.00%, Mn: 0.20 to 8.00%, P: 0.045% or less, S: 0.030% or less, Al: 1.00% or less, and the content when the above-mentioned optional element is contained is represented by mass%. And Ni: 14.00% or less, Cr: 28.00% or less, Mo: 4.00% or less, V: 1.00% or less, and Nb: 1.00% or less. High rigidity steel that can be manufactured.
Hereinafter, the reason for limiting each component of the optional additive element will be described. The reasons for limiting the other components are as described above.

Ni:14.00%以下、
Niは、少量添加した場合(概ね5%以下)には、低合金鋼の焼入性、靭性の向上に効果があり、またマトリックスがステンレス鋼である場合においては、ステンレス鋼の基本元素として耐食性改善のために効果のある元素である。Niを多量添加した場合には、組織がオ−ステナイト化するため、得られる鋼を非磁性とすることもできる。しかしながら、多量に添加すると熱間加工性が低下して熱間圧延が難しくなるので、上限を14.00%とした。
Ni: 14.00% or less,
When a small amount of Ni (approximately 5% or less) is added, it is effective in improving the hardenability and toughness of low alloy steel, and when the matrix is stainless steel, corrosion resistance is a basic element of stainless steel. It is an element that is effective for improvement. When a large amount of Ni is added, the structure becomes austenite, so that the resulting steel can be made non-magnetic. However, if added in a large amount, the hot workability decreases and hot rolling becomes difficult, so the upper limit was made 14.00%.

Cr:28.00%以下、
Crは、低合金鋼においては窒化処理する場合の窒化性向上のため必要な元素であり、ステンレス鋼においては、優れた耐食性を確保するための基本元素となるので、必要に応じて適切な量を添加することができる。そして、その必要な添加量は狙いとする目的によって大きく異なり、目的によっては不純物レベルに近い少量でも良い場合もあるので、下限値は特に限定しない。しかしながら、添加量を多くした場合には、圧延後の冷却中に割れが発生しやすくなり、不純物元素として含有するP、Sの存在による熱間加工性への悪影響も顕著となるため、上限を28.00%とした。
Cr: 28.00% or less,
Cr is an element necessary for improving the nitriding property in the case of nitriding in low-alloy steel, and is a basic element in stainless steel to ensure excellent corrosion resistance. Can be added. The required amount of addition varies greatly depending on the intended purpose, and a small amount close to the impurity level may be sufficient depending on the purpose. Therefore, the lower limit is not particularly limited. However, when the addition amount is increased, cracks are likely to occur during cooling after rolling, and the adverse effects on hot workability due to the presence of P and S contained as impurity elements become remarkable. It was 28.00%.

Mo:4.00%以下、
Moは、一般にマトリックスの固溶強化に効果があるとともに、ステンレス鋼において、耐食性向上のために必要な元素である。そして、その必要な添加量は、Crと同様に狙いとする目的によって大きく異なり、場合によっては不純物に近い少量でも良い場合があるので、下限値は特に限定しない。但し、多量に含有させても得られる効果が飽和し、コスト高となるだけであるので、上限を4.00%とした。
Mo: 4.00% or less,
Mo is generally an element that is effective for solid solution strengthening of the matrix and is necessary for improving the corrosion resistance of stainless steel. The necessary amount of addition greatly differs depending on the intended purpose as in the case of Cr, and in some cases, a small amount close to impurities may be used. Therefore, the lower limit is not particularly limited. However, even if it is contained in a large amount, the obtained effect is saturated and only the cost is increased. Therefore, the upper limit is set to 4.00%.

V:1.00%以下、
Vは、窒化処理をした場合における窒化層硬さ向上効果を得ることができる元素であり、必要に応じて少量添加することができる。但し、多量に含有させても効果が飽和し、コスト高となるので、上限を1.00%とした。
V: 1.00% or less,
V is an element capable of obtaining the effect of improving the hardness of the nitrided layer in the case of performing the nitriding treatment, and can be added in a small amount as necessary. However, even if it is contained in a large amount, the effect is saturated and the cost increases, so the upper limit was made 1.00%.

Nb:1.00%以下、
Nbは、一般にマトリックスの固溶強化の効果がある。従って、必要に応じて少量添加することができるが、多量の添加は効果が飽和し、コスト高となるので、上限を1.00%とした。
Nb: 1.00% or less,
Nb generally has the effect of solid solution strengthening of the matrix. Therefore, a small amount can be added if necessary, but if a large amount is added, the effect is saturated and the cost increases, so the upper limit was made 1.00%.

なお、以上説明した多くの元素において下限値を明確にしていないのは、本発明が既に出願公開されている他の多くの合金特許とは異なり、特定の用途に使用することを前提に開発された発明でなく、あくまでも溶製法で製造可能な高剛性鋼の範囲を明確にすることを目的としているためである。すなわち、Crの限定理由の箇所でも説明したように、用途によって最適な添加量は大きく異なり、用途によっては不純物量に近い少量の添加ですむ場合があるからである。   In addition, the fact that the lower limits of many elements described above are not clarified is that, unlike many other alloy patents for which the present invention has already been published, the invention has been developed on the assumption that it is used for a specific application. The purpose of the invention is not to clarify the range of high-rigidity steels that can be produced by the smelting method, but also to the invention. That is, as described in the section on the reason for limiting Cr, the optimum amount of addition varies greatly depending on the application, and depending on the application, a small amount close to the amount of impurities may be required.

次に、請求項4、5に記載の発明は、請求項2、3の発明で示した溶製法で製造可能な高剛性鋼に適用できるマトリックス相の成分にさらにCuを0.5〜3.5%添加して強度の向上を図ろうとするものである。
具体的には、請求項4の発明は、C、Si、Mn、P、S、Al及びCuを含有し、残部Fe及び不可避的不純物元素からなるマトリックス相を有する鋼であって、
上記マトリックス相には、4A族元素、5A族元素、6A族元素及びFeを含むグループから選択される1種以上の元素を含むホウ化物又は/及びその複合化物を5〜25vol%分散させてなり、分散させた上記ホウ化物又は/及びその複合化物のうち体積率で80%以上がTiB2であり、
かつ、鋼全体を100%とした場合における上記マトリックス相のみに含まれる前記元素の含有率が、質量%で、C:0.20%以下、Si:0.10〜1.00%、Mn:0.20〜8.00%、P:0.045%以下、S:0.030%以下、Al:1.00%以下、Cu:0.5〜3.5%であることを特徴とする溶製法で製造可能な高剛性鋼にある。
Next, in the invention according to claims 4 and 5, Cu is added to the components of the matrix phase which can be applied to the high-rigidity steel that can be produced by the smelting method described in the inventions of claims 2 and 3 by 0.5 to 3. It is intended to improve the strength by adding 5%.
Specifically, the invention of claim 4 is a steel containing C, Si, Mn, P, S, Al and Cu, and having a matrix phase composed of the balance Fe and unavoidable impurity elements,
In the matrix phase, 5 to 25 vol% of a boride containing at least one element selected from the group consisting of a group 4A element, a group 5A element, a group 6A element and Fe or / and a complex thereof is dispersed. 80% or more by volume of the dispersed boride or / and composite thereof is TiB 2 ,
In addition, when the entire steel is 100%, the content of the element contained only in the matrix phase is C: 0.20% or less, Si: 0.10 to 1.00%, Mn: 0.20 to 8.00%, P: 0.045% or less, S: 0.030% or less, Al: 1.00% or less, Cu: 0.5 to 3.5%. High rigidity steel that can be manufactured by the smelting method.

また、請求項5の発明は、C、Si、Mn、P、S、Al及びCuを含有し、さらにNi、Cr、Mo、V、Alのうちの1種又は2種以上の任意元素を含有し、残部Fe及び不可避的不純物元素からなる鋼をマトリックス相に用いた鋼であって、
上記マトリックス相には、4A族元素、5A族元素、6A族元素及びFeを含むグループから選択される1種以上の元素を含むホウ化物又は/及びその複合化物を5〜25vol%分散させてなり、分散させた上記ホウ化物又は/及びその複合化物のうち体積率で80%以上がTiB2であり、
かつ、鋼全体を100%とした場合における上記マトリックス相のみに含まれる前記元素の含有率が、質量%で、C:0.20%以下、Si:0.10〜1.00%、Mn:0.20〜8.00%、P:0.045%以下、S:0.030%以下、Al:1.00%以下、Cu:0.5〜3.5%であり、かつ上記任意元素を含有する場合の含有率は、質量%でNi:14.00%以下、Cr:28.00%以下、Mo:4.00%以下、V:1.00%以下、Nb:1.00%以下であることを特徴とする溶製法で製造可能な高剛性鋼にある。
The invention according to claim 5 contains C, Si, Mn, P, S, Al and Cu, and further contains one or more optional elements of Ni, Cr, Mo, V, and Al. And a steel comprising, as a matrix phase, a balance of Fe and an unavoidable impurity element,
In the matrix phase, 5 to 25 vol% of a boride containing at least one element selected from the group consisting of a group 4A element, a group 5A element, a group 6A element and Fe or / and a complex thereof is dispersed. 80% or more by volume of the dispersed boride or / and composite thereof is TiB 2 ,
In addition, when the entire steel is 100%, the content of the element contained only in the matrix phase is C: 0.20% or less, Si: 0.10 to 1.00%, Mn: 0.20 to 8.00%, P: 0.045% or less, S: 0.030% or less, Al: 1.00% or less, Cu: 0.5 to 3.5%, and the above-mentioned arbitrary element When Ni is contained, the Ni content is 14.00% or less, Cr: 28.00% or less, Mo: 4.00% or less, V: 1.00% or less, and Nb: 1.00% by mass%. A high-rigidity steel that can be manufactured by a melting method characterized by the following.

前記した通り、本発明はホウ化物を分散させることにより、高いヤング率を確保しているが、ホウ化物生成を目的として添加した元素が溶鋼中の炭素と結合すると、ヤング率向上効果が小さくなる。そのため、本発明では、マトリックス相の炭素含有率の上限を0.20%に制限して、ヤング率向上効果への悪影響が大きくならないようにしている。   As described above, the present invention secures a high Young's modulus by dispersing the boride, but when the element added for the purpose of boride generation bonds with carbon in the molten steel, the effect of improving the Young's modulus is reduced. . Therefore, in the present invention, the upper limit of the carbon content of the matrix phase is limited to 0.20% so that the adverse effect on the Young's modulus improving effect is not increased.

しかしながら、Cは侵入型元素として鋼中に固溶し、固溶強化によって鋼の強度向上に最も効果の大きい元素であり、Cの固溶強化による強度向上が図れないとすると、適用する部品によっては十分な強度を確保できない場合が生じる。本発明鋼は、ホウ化物を分散させることによって分散させる前に比べかなり高強度化を図ることができるが、その効果のみで不十分な場合には、Cuを添加して析出強化させることにより、さらなる高強度化が可能であることを見出したものである。以下、Cuの成分範囲限定理由について説明する。他成分の限定理由については、前記した通りである。   However, C forms a solid solution in steel as an interstitial element and is the most effective element for improving the strength of steel by solid solution strengthening. If it is not possible to improve the strength by solid solution strengthening of C, depending on the parts to be applied, May not be able to secure sufficient strength. The steel of the present invention can achieve considerably high strength compared to before dispersing by dispersing the boride, but if that effect alone is insufficient, by adding Cu to precipitate strengthening, It has been found that further strengthening is possible. Hereinafter, the reasons for limiting the component range of Cu will be described. The reasons for limiting the other components are as described above.

Cu:0.5〜3.5%、
Cuは、析出強化により強度を向上できる効果があり、Cによる固溶強化が期待できない本発明の強度不足の問題を解決するために必要な元素である。そして、部品毎に要求される強度に合わせて必要量添加することができる。下限を0.5%としたのは、0.5%未満では添加しない場合と比較して明確な効果が得られないからである。一方、多量に添加しすぎると、熱間加工性が低下するとともに、圧延材等に表面疵が発生しやすくなり、製造が難しくなるので、上限を3.5%とした。
Cu: 0.5 to 3.5%;
Cu has the effect of improving the strength by precipitation strengthening, and is an element necessary for solving the problem of insufficient strength of the present invention in which solid solution strengthening by C cannot be expected. Then, a necessary amount can be added in accordance with the strength required for each part. The reason why the lower limit is set to 0.5% is that a clear effect cannot be obtained as compared with the case where the addition is not performed at less than 0.5%. On the other hand, if it is added in a large amount, the hot workability is reduced and the surface flaws are liable to be generated on the rolled material and the like, and the production becomes difficult. Therefore, the upper limit is set to 3.5%.

なお、Cuの析出硬化による強度向上効果を十分に得るためには、析出硬化させるための熱処理が必要となる。具体的には、450〜650℃で2〜10時間加熱保持することにより、強度の向上を図ることができる。   In order to sufficiently obtain the effect of improving the strength by precipitation hardening of Cu, heat treatment for precipitation hardening is required. Specifically, the strength can be improved by heating and holding at 450 to 650 ° C. for 2 to 10 hours.

次に、請求項6の発明は、本発明である高剛性鋼の製造方法に関するものである。即ち、気圧が250Pa以下の閉空間の中でマトリックス相となる鋼の原料を溶解すると共に、4A族元素、5A族元素、及び6A族元素を含むグループから選択される1種以上の元素を含むホウ化物又は/及びその複合化物を最終的に得られるマトリックス相中に分散させるための第一原料であるBを含む合金を溶解し、
最後に、上記ホウ化物又は/及びその複合化物を最終的に得られるマトリックス相中に分散させるための第二原料である4A族元素、5A族元素、及び6A族元素を含むグループから選択される1種以上の元素を含む合金を添加し、溶解させた後、鋳型内に鋳造することを特徴とする高剛性鋼の製造方法である。
Next, the invention of claim 6 relates to a method for producing a high-rigidity steel according to the present invention. That is, the material of the steel to be a matrix phase is dissolved in a closed space having an atmospheric pressure of 250 Pa or less, and contains at least one element selected from the group including Group 4A, Group 5A, and Group 6A elements. Dissolving an alloy containing B, which is the first raw material for dispersing the boride or / and the composite thereof in the finally obtained matrix phase,
Lastly, it is selected from the group including a group 4A element, a group 5A element, and a group 6A element, which are the second raw materials for dispersing the boride or / and the composite thereof in the finally obtained matrix phase. A method for producing high-rigidity steel, comprising adding an alloy containing one or more elements, melting the alloy, and then casting the alloy in a mold.

本発明による高剛性鋼は、真空誘導溶解炉等の減圧した閉空間内で溶解することのできる炉を用いて原料を溶解することにより製造する。具体的には、閉空間内の気圧を250Pa(約1.9torr)以下とする。気圧の上限を250Paとしたのは、溶鋼表面が大気と接触すると、大気との接触面において酸化膜が生成され、鋳型内への注湯が難しくなるからである。   The high-rigidity steel according to the present invention is produced by melting a raw material using a furnace capable of melting in a closed space under reduced pressure such as a vacuum induction melting furnace. Specifically, the pressure in the closed space is set to 250 Pa (about 1.9 torr) or less. The upper limit of the atmospheric pressure is set to 250 Pa because when the surface of the molten steel comes into contact with the atmosphere, an oxide film is generated on the surface in contact with the atmosphere, and it becomes difficult to pour the molten metal into the mold.

すなわち、本発明の成分からなる溶湯は当然のごとく多量のTiを含有しており、大気と接触するとTiの酸化物が生成する。このTi酸化物は鋼に比べ融点が高いため、固体状態の酸化膜が生成される。このような固体の膜が存在した状態で溶鋼を注湯しようとして溶鋼の入った取鍋を傾動させても、期待通りに鋳型内へ溶鋼が流れないという問題がある。一方、この酸化膜を溶解させようとすると、通常の鋼の溶解温度よりもかなり高温に上げなくてはならず、エネルギーを浪費するとともに、温度を上げて溶解できたとしても製造された鋼は酸化物系介在物を多く含んだ状態となるため、結果として様々な特性が低下するという問題が生じる。   That is, the molten metal composed of the component of the present invention naturally contains a large amount of Ti, and when it comes into contact with the atmosphere, an oxide of Ti is generated. Since this Ti oxide has a higher melting point than steel, a solid-state oxide film is generated. Even if the ladle containing the molten steel is tilted to pour the molten steel in the presence of such a solid film, there is a problem that the molten steel does not flow into the mold as expected. On the other hand, if this oxide film is to be melted, it must be raised to a temperature much higher than the melting temperature of normal steel, wasting energy, and even if the steel could be melted by raising the temperature, the steel produced would be Since a large amount of oxide-based inclusions is contained, various characteristics are deteriorated as a result.

また、傾動させずに取鍋の下部から注湯しようとした場合でも、酸化膜の存在が障害となって、鋳造効率が著しく低下し、注湯終了までの温度低下が大きくなってしまうという問題がある。従って、このような鋳造時の障害となる酸化膜生成を防止するため、溶解する雰囲気の気圧を250Pa以下に限定することとした。   In addition, even when pouring from the lower part of the ladle without tilting, the existence of the oxide film becomes an obstacle, so that the casting efficiency is significantly reduced and the temperature drop until the pouring is completed is increased. There is. Therefore, in order to prevent such an oxide film from forming during casting, the pressure of the melting atmosphere is limited to 250 Pa or less.

また、マトリックスとなる鋼の原料、およびホウ化物の第一原料であるBを多く含む合金を溶解し、最後に第二原料である分散させたい4A族元素、5A族元素、6A族元素を多く含む合金を添加するのは、ひとつにはマトリックスとなる鋼を先に製造することにより、品質の安定した鋼を製造可能とするため、ふたつには鉄−ホウ素系に存在する比較的低温の共晶反応を利用して、容易かつ低エネルギーで溶解させるためである。さらには、特に最後にTiを多く含む合金を添加する場合、最終添加から出湯までの時間を短縮して、Tiの酸化物が生成することをできるだけ、抑制するねらいもある。   In addition, a steel material serving as a matrix and an alloy containing a large amount of B, which is the first material of boride, are dissolved, and finally, a second material, that is, a group 4A element, a group 5A element, and a group 6A element that are to be dispersed is increased. The addition of alloys containing the two elements is based on the fact that the relatively low-temperature coexistence of the iron-boron system exists in two parts, in order to enable the production of steel of stable quality by first producing the steel that will become the matrix. This is for dissolving easily and with low energy by utilizing the crystallization reaction. Furthermore, especially when an alloy containing a large amount of Ti is added at the end, the time from the final addition to tapping may be shortened to suppress the generation of Ti oxide as much as possible.

なお、前述した通り、Feを含むホウ化物の生成を抑制するためには、Bが過剰とならないようにBと生成させたい4A族、5A族、6A族の元素の配合比を調整することが必要である。
また、第一原料であるBを多く含む合金としてはフェロボロンを使用すると良い。さらに、第二原料としては、本発明では分散させるホウ化物の主体をTiB2としているので、スポンジチタン、チタンスクラップ等を使用すると良い。その他の4A族、5A族、6A族元素を分散させる場合には、金属モリブデン等の純金属、分散させたい元素を多く含む合金鉄等を使用することができる。
また、TiB2を微細に晶出させるためには、その核となるTiCを優先的に晶出させなければならない。このため、鋳型内での冷却速度を適切に調整する必要があり、具体的には10K/分より遅い速度とすることが好ましい。
As described above, in order to suppress the generation of boride containing Fe, it is necessary to adjust the mixing ratio of B and the elements of 4A, 5A, and 6A to be formed so that B does not become excessive. is necessary.
Ferroboron is preferably used as an alloy containing a large amount of B as the first raw material. Further, in the present invention, as the main component of the boride to be dispersed is TiB 2 in the present invention, it is preferable to use titanium sponge, titanium scrap or the like. In the case of dispersing other Group 4A, 5A and 6A elements, pure metals such as metallic molybdenum, ferroalloys containing a large amount of elements to be dispersed, and the like can be used.
Further, in order to finely crystallize TiB 2 , the nucleus TiC must be preferentially crystallized. For this reason, it is necessary to appropriately adjust the cooling rate in the mold, and specifically, it is preferable that the cooling rate be lower than 10 K / min.

最後に本発明による高剛性鋼の熱処理方法について説明する。
本発明の高剛性鋼は、以上説明した通り、使用する用途に合わせてマトリックス相の成分を広範囲に調整することができる。そして、熱処理はマトリックス相の鋼種に合わせて、従来から行われている熱処理(例えばマトリックス相がオ−ステナイト系ステンレス鋼である場合には、1000℃程度での固溶化熱処理)を行えば良い。それにより、狙いとする特性を得ることができる。
Finally, the heat treatment method for high rigidity steel according to the present invention will be described.
As described above, in the high-rigidity steel of the present invention, the components of the matrix phase can be adjusted over a wide range according to the intended use. The heat treatment may be a conventional heat treatment (for example, a solution heat treatment at about 1000 ° C. when the matrix phase is austenitic stainless steel) according to the type of the matrix phase steel. Thereby, desired characteristics can be obtained.

また、Cuが添加されている場合には、Cuを十分固溶させる熱処理(ステンレス鋼において通常行われている固溶化熱処理、あるいは焼入焼もどしされる鋼では、焼入時の温度調整でCuを十分に固溶させる。)を行った後に、前述の析出硬化熱処理を行うことによって、強度向上を図ることができる。   In the case where Cu is added, a heat treatment for sufficiently dissolving Cu (solution heat treatment usually performed in stainless steel, or, in the case of quenching and tempering steel, by controlling the temperature during quenching). ), And the above-mentioned precipitation hardening heat treatment can be performed to improve the strength.

なお、低合金鋼等の焼もどし等で、前述のCuの析出硬化処理と温度範囲の重複する熱処理を行う場合は、この熱処理によって、通常の熱処理効果を得るとともにCuの析出硬化処理も兼ねることができる。   In the case of performing a heat treatment having a temperature range overlapping with the above-described precipitation hardening treatment of Cu for tempering of a low alloy steel or the like, the heat treatment obtains a normal heat treatment effect and also serves as a precipitation hardening treatment of Cu. Can be.

(実施例1)
次に本発明により得られる効果を実施例により明らかにする。表1〜表4に本例で用いた供試材の化学成分を示す。このうち、1〜19鋼は、本発明で規定している成分範囲及び溶解時の雰囲気圧の条件を満足する鋼であり、20〜32鋼は、一部の成分又は溶解時の雰囲気圧が本発明の条件を満足しない比較例である。なお、表1〜表4に記載のOは、請求の範囲に記載していないが不純物として含有するので、その実績値を示したものである。
(Example 1)
Next, the effects obtained by the present invention will be clarified by examples. Tables 1 to 4 show the chemical components of the test materials used in this example. Among them, 1 to 19 steels satisfy the conditions of the component range and the atmosphere pressure at the time of melting specified in the present invention, and 20 to 32 steels have some components or the atmospheric pressure at the time of melting. It is a comparative example which does not satisfy the conditions of the present invention. O in Tables 1 to 4 is not described in the claims but is included as an impurity, and thus shows the actual value.

溶解は真空誘導溶解炉を用い、一部の比較例を除き、250Pa以下の雰囲気圧に調整された閉空間内で行った。そして、最初にマトリックスとなる鋼の原料とBを多く含む合金(第一原料)としてフェロボロンを添加して溶製し、最後に分散させたい4A族、5A族、6A族元素を多く含む合金(第二原料)として、分散させるホウ化物がTiB2のみの場合はスポンジチタンを、TiB2以外のホウ化物も同時に分散させる場合には、分散させる4A族、5A族、6A族元素を含む純金属を必要量添加して、狙いとする量のホウ化物を分散させたものである。 Melting was performed in a closed space adjusted to an atmospheric pressure of 250 Pa or less using a vacuum induction melting furnace, except for some comparative examples. First, ferroboron is added and melted as an alloy (first raw material) containing a steel material and a B-rich material as a matrix, and finally an alloy containing a large amount of a 4A group, 5A group, or 6A group element to be dispersed ( as the second starting material), the titanium sponge for boride dispersing the TiB 2 only, if the boride other than TiB 2 is also dispersed at the same time, pure metal comprising group 4A dispersing, 5A group, and 6A group elements Is added in a required amount to disperse a target amount of boride.

Figure 2004218069
Figure 2004218069

Figure 2004218069
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Figure 2004218069
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表1〜表4に示す成分からなる供試鋼は、得られた鋼塊を試験片が作成しやすい径に鍛伸し、表5に示す熱処理条件のうち、それぞれのマトリックス相の成分に適した条件(選択した条件は後述の表6に示す。)で熱処理し、所定形状に機械加工して試験を行った。以下、行った試験方法について説明する。   The test steel consisting of the components shown in Tables 1 to 4 is obtained by forging the obtained steel ingot to a diameter that allows easy preparation of a test piece, and is suitable for each matrix phase component among the heat treatment conditions shown in Table 5. Heat treatment was performed under the above conditions (selected conditions are shown in Table 6 described later), and a test was performed by machining into a predetermined shape. Hereinafter, the test methods performed will be described.

Figure 2004218069
Figure 2004218069

ヤング率は、φ15に鍛伸した供試材の中心部より、1×2×11.2mmの角棒を作成し、水晶振動子を用いた複合振動子法により測定した。なお、水晶振動子の共振周波数は110.25kHzである。   The Young's modulus was measured by a composite vibrator method using a quartz vibrator by forming a 1 × 2 × 11.2 mm square bar from the center of the test material forged to φ15. The resonance frequency of the crystal unit is 110.25 kHz.

鋳造性は、実際に真空誘導溶解炉にてそれぞれの鋼を溶解した後、鋳型に鋳造した際の状況を観察し、その結果により評価した。具体的には、ホウ化物を分散させていない通常鋼と同等で、何ら問題のなかった場合を◎、◎の場合に比べ若干流動性が劣るが、鋳造作業に大きな影響がなかった場合を○、鋳造はできたが、流動性が大きく低下し、炉体に鋼が多量に付着し、鋳造作業にかなり支障があり、生産性が大幅に低下した場合を△、鋳造性が極端に低下し、炉体を傾動させても正常な鋳造作業が実施できなかった場合を×で後述の表6に示した。なお、鋳造作業の実施ができなかったものは、炉体内に凝固した材料を取出し、他の評価を実施した。   The castability was evaluated by observing the situation when each steel was actually melted in a vacuum induction melting furnace and then cast into a mold, and based on the results. Specifically, it is equivalent to ordinary steel not dispersing boride, and the case where there is no problem is ◎, the fluidity is slightly inferior to the case of ◎, but the case where there is no significant influence on the casting operation is ○. , Casting was completed, but the fluidity was greatly reduced, a large amount of steel adhered to the furnace body, and the casting work was considerably hindered. The case where the normal casting operation could not be performed even when the furnace body was tilted is indicated by X in Table 6 below. If the casting operation could not be performed, the solidified material was taken out of the furnace and another evaluation was performed.

熱間加工性は、鍛伸材より平行部寸法がφ8×50mmの試験片を作成し、所定の温度まで100秒で昇温し、60秒温度保持した後に50mm/秒の速度で引っ張って破断させ、破断部の絞り率を測定することにより評価した。そして、1000〜1100℃の温度範囲において、絞り率が90%以上の場合を◎、80〜90%未満のものを○、70〜80%未満のものを△、70%未満のものを×で後述の表6に示した。   For hot workability, a test piece with a parallel part size of φ8 x 50 mm was prepared from the forged material, heated to a predetermined temperature in 100 seconds, maintained at a temperature of 60 seconds, and then pulled at a speed of 50 mm / sec to break. It was evaluated by measuring the squeezing rate of the broken part. In the temperature range of 1000 to 1100 ° C., the case where the drawing ratio is 90% or more is ◎, the case where the drawing ratio is less than 80 to 90% is ○, the case where the drawing ratio is less than 70 to 80% is △, and the case where the drawing ratio is less than 70% is ×. The results are shown in Table 6 below.

Figure 2004218069
Figure 2004218069

表6から明らかなように、本発明鋼である1〜19鋼は、ヤング率が235〜273GPaと通常鉄合金の約200GPaに比べ高いヤング率を確保するとともに、実生産に問題のない鋳造性と熱間加工性を示すことがわかる。それに対し、比較例である20〜32鋼は、一部の条件が本発明で指定した条件を満足していないため、ヤング率、鋳造性、熱間加工性のうちのいずれかが低下したものである。具体的には、20、30鋼は、C含有率が高いため、TiCが生成してヤング率向上効果が低下するとともに、鋳造性、熱間加工性が低下したものであり、21鋼は、溶解時の気圧が高すぎるため、酸化膜が生成して鋳造性が低下したものであり、22、23鋼は、それぞれCu又はSi含有率が高いため熱間加工性が低下したものであり、24鋼は多量のTiホウ化物を分散させようとしたが、均一な鋼塊を製造することができず、ヤング率が部位により一定でない鋼塊となり(ヤング率が一定でないため、表6にヤング率測定結果は示していない。)、かつ鋳造性、熱間加工性が大幅に低下したものであり、25鋼はホウ化物の添加量が少ないため、ヤング率向上効果が十分に得られなかったものであり、26〜29鋼は、それぞれMn、Ni、P、Sの含有率が高いため、熱間加工性が低下したものである。また、31〜33鋼はTi以外のホウ化物を15、16鋼に比べ増量したものであるが、増量した割に15、16鋼に比べたヤング率向上効果は小さく、かつ鋳造性、熱間加工性が低下したものである。   As is clear from Table 6, the steels of the present invention, 1 to 19, have a Young's modulus of 235 to 273 GPa, which is higher than that of ordinary iron alloys of about 200 GPa, and have a castability that is not problematic in actual production. It can be seen that the steel shows hot workability. On the other hand, the 20 to 32 steels of the comparative examples are those in which any of the Young's modulus, castability, and hot workability are reduced because some conditions do not satisfy the conditions specified in the present invention. It is. Specifically, since steels 20 and 30 have a high C content, TiC is generated and the effect of improving the Young's modulus is reduced, and castability and hot workability are reduced. The pressure at the time of melting is too high, so that an oxide film is formed and castability is reduced, and the 22 and 23 steels are those having reduced hot workability due to high Cu or Si content, respectively. Steel No. 24 tried to disperse a large amount of Ti boride, but could not produce a uniform steel ingot, resulting in a steel ingot whose Young's modulus was not constant depending on the portion. The results are not shown.) In addition, the castability and the hot workability were significantly reduced, and the effect of improving the Young's modulus was not sufficiently obtained because the amount of boride added to 25 steel was small. And 26-29 steels are each Mn Ni, since P, the content of S higher, in which hot workability is lowered. The 31-33 steels contain more boride other than Ti than the 15 and 16 steels. However, the increased Young's modulus is less than that of the 15 and 16 steels, and the castability and hot workability are lower. The workability was reduced.

このように、溶製法での製造を可能にするには、かなりの制約条件があるが、本発明で示した範囲内で製造することにより、溶製法による製造を可能にして、従来の焼結による高剛性鋼に比べコストの大幅低下を達成することが可能となる。   As described above, there are considerable restrictions on enabling the production by the smelting method, but by manufacturing within the range shown in the present invention, the production by the smelting method is enabled, and the conventional sintering method is used. It is possible to achieve a significant reduction in cost as compared with high rigidity steel.

次に本発明による高剛性鋼により得られる強度を説明する別の実施例を示す。前記実施例で使用した供試材のうち、1、2、4〜8、11、13、14、19鋼についてφ8×55mmの平行部を有する引張試験片を作成し、引張速度2mm/分で引張試験を実施し、0.2%耐力と引張強度を測定した。なお、ホウ化物を分散させたことによる強度変化を正確に把握するために、1、4、6、11、19鋼についてはホウ化物を添加する前のベース鋼(すなわちマトリックス相のみ)も同時に引張強度を測定した。結果を表7に示す。   Next, another example illustrating the strength obtained by the high-rigidity steel according to the present invention will be described. Of the test materials used in the above examples, tensile test pieces having a parallel portion of φ8 × 55 mm were prepared for steels 1, 2, 4 to 8, 11, 13, 14, and 19 at a tensile speed of 2 mm / min. A tensile test was performed to measure 0.2% proof stress and tensile strength. In order to accurately grasp the change in strength due to the dispersion of the boride, the base steel (ie, only the matrix phase) before the addition of the boride was simultaneously tensioned for 1, 4, 6, 11, and 19 steels. The strength was measured. Table 7 shows the results.

Figure 2004218069
Figure 2004218069

表7から明らかなように、ホウ化物を分散させることによりヤング率が向上するだけでなく強度も上昇すること、Cuを添加して時効処理を行った場合にはさらに強度が上昇すること、Mo、Mnの増量によっても強度が上昇することがわかる。このように、本発明による高剛性鋼はホウ化物を分散させたり、Cu、Mo、Mn等を添加する等の方法でヤング率、強度を共に上昇させることができるので、部品として使用した際に大きな軽量化効果が期待できるものである。   As is clear from Table 7, dispersing the boride not only improves the Young's modulus but also increases the strength. When the aging treatment is performed by adding Cu, the strength further increases. It can be seen that the strength is also increased by increasing the amount of Mn. As described above, the high-rigidity steel according to the present invention can increase both the Young's modulus and the strength by dispersing a boride or adding Cu, Mo, Mn, or the like. A great lightening effect can be expected.

以上静的強度についての評価結果について示したが、自動車等の部品は長期間繰り返し変動応力が負荷されるものが多く、疲労強度についても優れていることが要求される。そこで、前記した本発明鋼の供試材のうち、1、2、4〜6、8鋼と1、6鋼のホウ化物を添加する前のベース鋼(すなわちマトリックス相のみ)の鋼について平行部φ8の試験片で回転曲げ疲労試験(平滑)を実施し、107回転での疲労強度を求めることにより、疲労特性について評価した。なお、4、5、8鋼は1、2、6鋼にCuを添加した鋼に相当しており、この結果よりCuを添加して析出強化を図ったことによる疲労強度向上効果を正確に把握することができる。結果を表8に示す。   As described above, the evaluation results of the static strength are shown. However, many parts such as automobiles are repeatedly subjected to a variable stress for a long period of time, and are required to have excellent fatigue strength. Therefore, among the test materials of the steel of the present invention described above, the base steel (i.e., only the matrix phase) before adding the boride of 1, 2, 4 to 6, 8 steel and 1, 6 steel has a parallel portion. A rotating bending fatigue test (smoothness) was performed on a φ8 test piece, and the fatigue strength at 107 rotations was determined to evaluate the fatigue characteristics. The steels 4, 5, and 8 correspond to the steels obtained by adding Cu to the steels 1, 2, and 6, and from this result, it is possible to accurately grasp the effect of improving the fatigue strength by adding Cu to strengthen the precipitation. can do. Table 8 shows the results.

Figure 2004218069
Figure 2004218069

ホウ化物を分散させることによって前記したようにヤング率が向上するのは勿論であるが、表8から明らかなように、同時に疲労強度についても改善できることがわかる。また、引張強度の結果と同様に、Cuを添加し時効処理することによって、さらに強度を改善することができる。従って、疲労特性が重視される部位に対しても、本発明鋼を用いることにより大幅な軽量化が期待できる。   It is obvious that the dispersing of the boride not only improves the Young's modulus as described above, but also makes it possible to simultaneously improve the fatigue strength, as is clear from Table 8. Further, similarly to the result of the tensile strength, the strength can be further improved by adding Cu and performing aging treatment. Therefore, a significant reduction in weight can be expected by using the steel of the present invention even for a part where fatigue characteristics are important.

以上説明したように、本発明により溶製法によって高剛性鋼を製造可能な条件が明確になった。この結果、焼結により製造した場合に比べ、大幅に低コストでの製造を可能にするとともに、焼結に比べ大きな部品の製造も可能になった。
また、本発明鋼はホウ化物の分散によりヤング率と強度の両方を上昇させることができ、かつ必要な場合にはCu添加+時効処理によってさらに強度を改善できるため、大幅な軽量化を実現可能とするものである。従って、産業上の効果は極めて顕著なるものがある。
As described above, the conditions under which the present invention can produce high-rigidity steel by the smelting method have been clarified. As a result, it has become possible to manufacture at a significantly lower cost than in the case of manufacturing by sintering, and also to manufacture a large part as compared with sintering.
In addition, the steel of the present invention can increase both Young's modulus and strength by dispersing boride, and if necessary, can further improve the strength by adding Cu and aging treatment, so that a significant weight reduction can be realized. It is assumed that. Therefore, the industrial effect is extremely remarkable.

Claims (6)

純鉄又は鉄合金よりなるマトリックス相中に、4A族元素、5A族元素、6A族元素及びFeを含むグループから選択される1種以上の元素を含むホウ化物又は/及びその複合化物を5〜25vol%分散させた鋼であり、分散させた上記ホウ化物又は/及びその複合化物のうち体積率で80%以上がTiB2であって、鋼全体におけるCの含有率が0.20質量%以下であることを特徴とする溶製法で製造可能な高剛性鋼。 In a matrix phase composed of pure iron or an iron alloy, a boride containing at least one element selected from the group consisting of a group 4A element, a group 5A element, a group 6A element and Fe, and / or a complex thereof is contained in a matrix phase. It is a steel in which 25 vol% is dispersed, and 80% or more by volume of the boride or / and a composite thereof dispersed therein is TiB 2 , and the content of C in the entire steel is 0.20% by mass or less. A high-rigidity steel that can be produced by a melting method, C、Si、Mn、P、S、及びAlを含有し、残部Fe及び不可避的不純物元素からなるマトリックス相を有する鋼であって、
上記マトリックス相には、4A族元素、5A族元素、6A族元素及びFeを含むグループから選択される1種以上の元素を含むホウ化物又は/及びその複合化物を5〜25vol%分散させてなり、分散させた上記ホウ化物又は/及びその複合化物のうち体積率で80%以上がTiB2であり、
かつ、鋼全体を100%とした場合における上記マトリックス相のみに含まれる前記元素の含有率が、質量%で、C:0.20%以下、Si:0.10〜1.00%、Mn:0.20〜8.00%、P:0.045%以下、S:0.030%以下、Al:1.00%以下であることを特徴とする溶製法で製造可能な高剛性鋼。
A steel containing C, Si, Mn, P, S, and Al, and having a matrix phase composed of a balance of Fe and inevitable impurity elements,
In the matrix phase, 5 to 25 vol% of a boride containing at least one element selected from the group consisting of a group 4A element, a group 5A element, a group 6A element and Fe or / and a complex thereof is dispersed. 80% or more by volume of the dispersed boride or / and composite thereof is TiB 2 ,
In addition, when the entire steel is 100%, the content of the element contained only in the matrix phase is C: 0.20% or less, Si: 0.10 to 1.00%, Mn: A high-rigidity steel that can be produced by a melting method, characterized in that it is 0.20 to 8.00%, P: 0.045% or less, S: 0.030% or less, and Al: 1.00% or less.
C、Si、Mn、P、S及びAlを含有し、さらにNi、Cr、Mo、V、Alのうちの1種又は2種以上の任意元素を含有し、残部Fe及び不可避的不純物元素からなるマトリックス相を有する鋼であって、
上記マトリックス相には、4A族元素、5A族元素、6A族元素及びFeを含むグループから選択される1種以上の元素を含むホウ化物又は/及びその複合化物を5〜25vol%分散させてなり、分散させた上記ホウ化物又は/及びその複合化物のうち体積率で80%以上がTiB2であり、
かつ、鋼全体を100%とした場合における上記マトリックス相のみに含まれる前記元素の含有率が、質量%で、C:0.20%以下、Si:0.10〜1.00%、Mn:0.20〜8.00%、P:0.045%以下、S:0.030%以下、Al:1.00%以下であり、かつ上記任意元素を含有する場合の含有率は、質量%でNi:14.00%以下、Cr:28.00%以下、Mo:4.00%以下、V:1.00%以下、Nb:1.00%以下であることを特徴とする溶製法で製造可能な高剛性鋼。
It contains C, Si, Mn, P, S, and Al, further contains one or more of Ni, Cr, Mo, V, and Al, and the balance is Fe and inevitable impurity elements. A steel having a matrix phase,
In the matrix phase, 5 to 25 vol% of a boride containing at least one element selected from the group consisting of a group 4A element, a group 5A element, a group 6A element and Fe or / and a complex thereof is dispersed. 80% or more by volume of the dispersed boride or / and composite thereof is TiB 2 ,
In addition, when the entire steel is 100%, the content of the element contained only in the matrix phase is C: 0.20% or less, Si: 0.10 to 1.00%, Mn: 0.20 to 8.00%, P: 0.045% or less, S: 0.030% or less, Al: 1.00% or less, and the content when the above-mentioned optional element is contained is represented by mass%. And Ni: 14.00% or less, Cr: 28.00% or less, Mo: 4.00% or less, V: 1.00% or less, and Nb: 1.00% or less. High rigidity steel that can be manufactured.
C、Si、Mn、P、S、Al及びCuを含有し、残部Fe及び不可避的不純物元素からなるマトリックス相を有する鋼であって、
上記マトリックス相には、4A族元素、5A族元素、6A族元素及びFeを含むグループから選択される1種以上の元素を含むホウ化物又は/及びその複合化物を5〜25vol%分散させてなり、分散させた上記ホウ化物又は/及びその複合化物のうち体積率で80%以上がTiB2であり、
かつ、鋼全体を100%とした場合における上記マトリックス相のみに含まれる前記元素の含有率が、質量%で、C:0.20%以下、Si:0.10〜1.00%、Mn:0.20〜8.00%、P:0.045%以下、S:0.030%以下、Al:1.00%以下、Cu:0.5〜3.5%であることを特徴とする溶製法で製造可能な高剛性鋼。
A steel containing C, Si, Mn, P, S, Al and Cu, and having a matrix phase consisting of a balance of Fe and inevitable impurity elements,
In the matrix phase, 5 to 25 vol% of a boride containing at least one element selected from the group consisting of a group 4A element, a group 5A element, a group 6A element and Fe or / and a complex thereof is dispersed. 80% or more by volume of the dispersed boride or / and composite thereof is TiB 2 ,
In addition, when the entire steel is 100%, the content of the element contained only in the matrix phase is C: 0.20% or less, Si: 0.10 to 1.00%, Mn: 0.20 to 8.00%, P: 0.045% or less, S: 0.030% or less, Al: 1.00% or less, Cu: 0.5 to 3.5%. High rigidity steel that can be manufactured by the smelting method.
C、Si、Mn、P、S、Al及びCuを含有し、さらにNi、Cr、Mo、V、Alのうちの1種又は2種以上の任意元素を含有し、残部Fe及び不可避的不純物元素からなる鋼をマトリックス相に用いた鋼であって、
上記マトリックス相には、4A族元素、5A族元素、6A族元素及びFeを含むグループから選択される1種以上の元素を含むホウ化物又は/及びその複合化物を5〜25vol%分散させてなり、分散させた上記ホウ化物又は/及びその複合化物のうち体積率で80%以上がTiB2であり、
かつ、鋼全体を100%とした場合における上記マトリックス相のみに含まれる前記元素の含有率が、質量%で、C:0.20%以下、Si:0.10〜1.00%、Mn:0.20〜8.00%、P:0.045%以下、S:0.030%以下、Al:1.00%以下、Cu:0.5〜3.5%であり、かつ上記任意元素を含有する場合の含有率は、質量%でNi:14.00%以下、Cr:28.00%以下、Mo:4.00%以下、V:1.00%以下、Nb:1.00%以下であることを特徴とする溶製法で製造可能な高剛性鋼。
It contains C, Si, Mn, P, S, Al and Cu, further contains one or more optional elements of Ni, Cr, Mo, V and Al, and the balance Fe and unavoidable impurity elements Steel using a steel consisting of
In the matrix phase, 5 to 25 vol% of a boride containing at least one element selected from the group consisting of a group 4A element, a group 5A element, a group 6A element and Fe or / and a complex thereof is dispersed. 80% or more by volume of the dispersed boride or / and composite thereof is TiB 2 ,
In addition, when the entire steel is 100%, the content of the element contained only in the matrix phase is C: 0.20% or less, Si: 0.10 to 1.00%, Mn: 0.20 to 8.00%, P: 0.045% or less, S: 0.030% or less, Al: 1.00% or less, Cu: 0.5 to 3.5%, and the above-mentioned arbitrary element When Ni is contained, the Ni content is 14.00% or less, Cr: 28.00% or less, Mo: 4.00% or less, V: 1.00% or less, and Nb: 1.00% by mass%. High-rigidity steel that can be produced by a melting method characterized by the following.
気圧が250Pa以下の閉空間の中でマトリックス相となる鋼の原料を溶解すると共に、4A族元素、5A族元素、及び6A族元素を含むグループから選択される1種以上の元素を含むホウ化物又は/及びその複合化物を最終的に得られるマトリックス相中に分散させるための第一原料であるBを含む合金を溶解し、
最後に、上記ホウ化物又は/及びその複合化物を最終的に得られるマトリックス相中に分散させるための第二原料である4A族元素、5A族元素、及び6A族元素を含むグループから選択される1種以上の元素を含む合金を添加し、溶解させた後、鋳型内に鋳造することを特徴とする高剛性鋼の製造方法。
A boride containing at least one element selected from the group consisting of a group 4A element, a group 5A element, and a group 6A element while dissolving a raw material of steel to be a matrix phase in a closed space having an atmospheric pressure of 250 Pa or less. And / or dissolving an alloy containing B, which is a first raw material for dispersing the composite in the finally obtained matrix phase,
Lastly, it is selected from the group including a group 4A element, a group 5A element, and a group 6A element, which are the second raw materials for dispersing the boride or / and the composite thereof in the finally obtained matrix phase. A method for producing a high-rigidity steel, comprising adding an alloy containing one or more elements, melting the alloy, and then casting the alloy in a mold.
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