JP2005133152A - 冷間加工性及び耐衝撃特性に優れた高周波焼入用高強度線材及びこの線材を利用した鋼部品 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
【解決手段】 高周波焼入用高強度線材は、C:0.23〜0.34%、Si:0.16%以上、Mn:1.6%以下、Ni:1.6%以下、Cr:0.8%以下、Mo:0.15%以下、B:0.0005〜0.005%を下記式(1)で示されるDI値が48〜98となる範囲で含有し;さらにP:0.015%以下、S:0.015%以下、Al:0.06%以下、及びN:0.0015〜0.007%を含有し;加えてTi:0.018〜0.07%及び/又はNb:0.01〜0.04%を含有し;Vは0.01%以下に抑制されており;残部はFe及び不可避不純物である。またフェライト−パーライト組織、又はフェライト−パーライト−ベイナイト組織である
【数1】
[式中、γは13.5である]
【選択図】 なし
Description
さらにP:0.015%以下(0%を含まず)、S:0.015%以下(0%を含まず)、Al:0.06%以下(0%を含まず)、及びN:0.0015〜0.007%を含有し、
加えてTi:0.018〜0.07%及び/又はNb:0.01〜0.04%を含有し、
Vは0.01%以下(0%を含む)に抑制されており、
残部はFe及び不可避不純物であり、
フェライト−パーライト組織、又はフェライト−パーライト−ベイナイト組織である。
前記線材は特定の方法によって製造されており、そのためオーステナイト粒度番号が、通常、10〜14となっている。また前記線材の引張強さは、通常、500〜900N/mm2程度であり、絞りは55%以上程度である。
Cは焼入性を高める点からは鋼製品の強度及び耐衝撃特性に有利に作用する筈であるが、過剰になると靭性が低下して却って耐衝撃特性に悪影響を与え、また線材の冷間加工性を劣化させる。他の元素との総合的なバランスを考慮して、Cは0.23%以上(好ましくは0.24%以上、さらに好ましくは0.25%以上)、0.34%以下(好ましくは0.33%以下、さらに好ましくは0.32%以下)とする。
Siは焼戻し軟化抵抗及び焼入性を高める点からは鋼製品の強度及び耐衝撃特性に有利に作用する筈であるが、過剰になると靭性が低下して却って耐衝撃特性に悪影響を与え、また線材の冷間加工性を劣化させる。従ってSiについては他の元素との総合的なバランスを考慮して0.16%以上(好ましくは0.17%以上)添加することとする。またSiの上限は後述のDI値を達成可能な範囲から選択することとし、例えば0.5%以下、好ましくは0.3%以下、さらに好ましくは0.25%以下の範囲から選択することとする。
Mnも焼戻し軟化抵抗及び焼入性を高める点からは鋼製品の強度及び耐衝撃特性に有利に作用する筈であるが、過剰になると耐衝撃特性が幾分か損なわれ、また線材の冷間加工性を劣化させる。従ってMnについては他の元素との総合的なバランスを考慮して1.6%以下(好ましくは1.5%以下)に抑制することとする。またMnの下限は後述のDI値を達成可能な範囲から選択することとし(ただし0%超とする)、例えば0.2%以上、好ましくは0.3%以上とする。なおMnは、SをMnSとして熱間特性を確保するのにも有利となる。
Niは焼入性を高めて鋼製品の強度及び耐衝撃特性に有利に作用する元素であり、比較的多く添加しても耐衝撃特性が損なわれない点で有利な元素であるが、線材強度が高くなって冷間加工性には悪影響を与える。従ってNiについては他の元素との総合的なバランスを考慮して0%以上(好ましくは0.01%以上、さらに好ましくは0.05%以上)、1.6%以下(好ましくは1.5%以下、さらに好ましくは1.3%以下)とする。
CrもNiと同様に焼入性を高めて鋼製品の強度及び耐衝撃特性に有利に作用する元素であり、比較的多く添加しても耐衝撃特性が損なわれない点で有利な元素であるが、線材強度が高くなって冷間加工性には悪影響を与える。従ってCrについては他の元素との総合的なバランスを考慮して0%以上(好ましくは0.05%以上、さらに好ましくは0.1%以上)、0.8%以下(好ましくは0.7%以下、さらに好ましくは0.6%以下)とする。
Moは焼入性を高める点では鋼製品の強度及び耐衝撃特性に有利に作用する筈であるが、靭性を劣化させる点からは鋼製品の耐衝撃特性に不利に作用する。従ってMo量は他の元素との総合的なバランスを考慮して、0.15%以下(好ましくは0.10%以下、さらに好ましくは0.06%以下)、0%以上(好ましくは0.01%以上)とする。
Bは焼入性を高めて鋼製品の耐衝撃特性に有利に作用する元素である。またPのオーステナイト結晶粒界への偏析を抑制して粒界強化することも期待される。ただし多く添加してもその効果が飽和する。従ってB量は他の元素との総合的なバランスを考慮して、0.0005%以上(好ましくは0.0010%以上、さらに好ましくは0.0013%以上)、0.005%以下(好ましくは0.004%以下、さらに好ましくは0.003%以下)とする。
Pは粒界に偏析して靭性を劣化し、鋼製品の耐衝撃特性に悪影響を与えるため極力低減するのが望ましい。ただしPを0%とするのは困難である。従ってP量は0%超(例えば、0.002%以上)、0.015%以下(好ましくは0.013%以下、さらに好ましくは0.0011%以下)とする。
Sは硫化物系介在物を形成して靭性を劣化し、鋼製品の耐衝撃特性に悪影響を与えるため極力低減するのが望ましい。ただしSを0%とするのは困難である。従ってS量は0%超(例えば、0.005%以上)、0.015%以下(好ましくは0.013%以下、さらに好ましくは0.0011%以下)とする。
AlはNを窒化物とするため冷間加工性を確保するのに有用であり、さらに窒化物はピン止め効果を発揮するため焼入れ焼戻し時に結晶粒の微細化に貢献し、鋼製品の強度及び耐衝撃特性を改善するのに有効である。しかし過剰に添加すると却って靭性を阻害し、また疲労特性にも悪影響を与える。Al量は、後述する他の窒化物形成元素とのバランスを考慮して、0%超(好ましくは0.01%以上、さらに好ましくは0.02%以上)、0.06%以下(好ましくは0.05%以下、さらに好ましくは0.04%以下)とする。
Nは、本発明では窒化物(例えば、AlN、TiN、NbNなど)として固定されているため、冷間加工性を阻害せず、むしろ窒化物を形成してピン止め効果を発揮するため、鋼製品の強度及び耐衝撃特性を改善するのに有効である。ただしNが過剰となると粗大な窒化物が析出し、疲労特性に悪影響を及ぼす。従ってN量は、0.0015%以上(好ましくは0.0020%以上、さらに好ましくは0.0025%以上)、0.007%以下(好ましくは0.006%以下)とする。
TiはTiN及びTiCとして析出し、オーステナイト結晶粒を微細化して鋼製品の強度及び耐衝撃特性を改善するのに有効である。しかし過剰に添加すると、析出強化が著しくなり線材強度が強くなり過ぎて冷間加工性に悪影響を与える。従ってTiは0.018%以上(好ましくは0.019%以上、さらに好ましくは0.020%以上)、0.07%以下(好ましくは0.06%以下、さらに好ましくは0.05%以下)とする。
NbもTiと同様に窒化物(NbN)及び炭化物(NbC)として析出し、鋼製品の強度及び耐衝撃特性を改善するのに有効である一方、過剰に添加すると冷間加工性に悪影響を与える。従ってNbは0.01%以上(好ましくは0.015%以上、さらに好ましくは0.020%以上)、0.04%以下(好ましくは0.035%以下、さらに好ましくは0.030%以下)とする。
VはVC、VNとして析出し、結晶粒の微細化や析出強化に寄与するため上記Ti及びNbと同様に有効利用することもできるが、高周波焼入れを前提とする本発明においては、V析出物は短時間の焼入れ加熱では溶解し難く却って焼入性を阻害するため、Vはむしろ含まないように(たとえ含有してもごく僅かに)する必要がある。従ってV量は、0.01%以下、好ましくは0.001%以下であり、さらに好ましくは実質的に含有しない(0%程度)ことが推奨される。
好ましいDI値の範囲は、例えば、50.0以上(特に52以上)、80以下(特に75以下)である。
(1)圧延工程
鋼材を温度800〜1100℃に加熱する。加熱された鋼材は、粗圧延(温度800〜1000℃)、中間圧延(温度800〜1000℃)、仕上げ圧延(温度800〜1000℃)で圧延して線材とする。なお仕上げ圧延を上記温度範囲とするためには、中間圧延後に水冷する必要がある。
(2)冷却条件
仕上げ圧延した線材を冷却開始温度875〜725℃まで急冷して線材として巻き取る。前記冷却開始温度から温度600℃までの間を、冷却速度2℃/秒以下(例えば1℃/秒以下、通常0.5℃/秒以下、特に0.3℃/秒以下)で冷却する。
(1)焼入れ条件
焼入れ温度:850〜950℃程度(好ましくはAc3点+30℃程度〜Ac3点+80℃程度)
加熱保持時間:1〜5秒程度(加熱時間は20秒以下)
冷却方式:水冷
(2)焼戻し条件
下記式(2)で示される焼戻しパラメータkが9000〜13000となるようにする。
k=(T+273)×[log10(t×60)+20.4] …(2)
[式中、Tは焼戻し温度(℃)を示す。tは焼戻し時間(hr)を示す]
例えば焼戻し温度は150〜400℃程度[ただし焼戻し脆化温度(例えば250〜350℃)を除く]から選択し、焼戻し時間は5sec〜3hr程度(好ましくは0.5hr〜2.5hr程度)から選択する。最も望ましい条件は、焼戻し温度:160〜220℃、焼戻し時間:1.8〜2.2hrである。
[線材]
下記表1に示す成分組成の鋼を溶製し、分塊した後、下記表2に示す条件で圧延することによって直径14mmの線材を得た。この線材からJIS14A号試験片(つかみ部の幅12mm、つかみ部の長さ20mm、肩部の半径16mm、平行部の長さ72mm、平行部の幅8.0mm、標点距離56mm)を切り出し、JIS Z 2201に準拠して引張強さ(TS)を測定すると共に、破断後の断面積から絞り(RA)を算出した。また線材を長手方向に対して垂直に切断(輪切り)してフェノール樹脂に埋め込み、表面から深さD/4の箇所のオーステナイトの結晶粒度番号を、パーライト結晶粒を取り囲んだ網目状初析フェライトの大きさから決定した(JIS G 0551の除冷法参照)。
上記線材は、さらに酸洗及び石灰処理した後、伸線することによって直径13mmの鋼線とした。この鋼線の引張強さ(TS)及び絞り(RA)を上記と同様にして測定し、また破断した試験片から破断伸び(EL)を算出した。さらに鋼線から長さ19.5mmの試験片を切り出し、長さ3.9mm(圧縮率=80%)まで冷間鍛造することによって鋼線の冷間加工性を調べた。なお冷間加工性は、鍛造後の割れの有無で判断した。
上記鋼線を下記焼入れ条件及び焼戻し条件で高周波焼入れした。
焼入れ条件:焼入れ温度870℃
加熱保持時間3秒
水冷
焼戻し条件:焼戻し温度175℃
加熱時間120分
空冷
k=(T+273)・(log1060t+20.4)=10071
高周波焼入鋼の引張強さ(TS)、絞り(RA)、及び破断伸び(EL)を上記と同様にして測定すると共に、他の諸特性については下記のようにして調べた。
高周波焼入鋼を輪切りし、表面から深さD/2の箇所(中心部)のオーステナイト結晶粒度番号をJ1S G 0551に準拠して調べた。
高周波焼入鋼を輪切りし、断面のロックウェル硬さ(HRC)をJIS Z 2245に準拠して調べ、表面から深さD/2の位置、及び深さD/4の位置の硬さを調べ、硬化深さを評価した。
高周波焼入鋼を長さ55mmに切断し、中央に深さ5mm×ノッチ半径1mmのUノッチ衝撃試験片(JIS Z 2202)を作製し、シャルピー衝撃試験を行った。この方法によって温度20℃の衝撃値(uE20)及び温度−40℃の衝撃値(uE-40)を求めた。
Claims (6)
- C :0.23〜0.34%(質量%の意。以下同じ)、
Si:0.16%以上、
Mn:1.6%以下(0%を含まず)、
Ni:1.6%以下(0%を含む)、
Cr:0.8%以下(0%を含む)、
Mo:0.15%以下(0%を含む)、
B :0.0005〜0.005%を下記式(1)で示されるDI値が48〜98となる範囲で含有し、さらに
P :0.015%以下(0%を含まず)、
S :0.015%以下(0%を含まず)、
Al:0.06%以下(0%を含まず)、及び
N :0.0015〜0.007%を含有し、加えて
Ti:0.018〜0.07%及び/又はNb:0.01〜0.04%を含有し、
Vは0.01%以下(0%を含む)に抑制されており、
残部はFe及び不可避不純物であり、
フェライト−パーライト組織、又はフェライト−パーライト−ベイナイト組織である冷間加工性及び耐衝撃特性に優れた高周波焼入用高強度線材。
- オーステナイト粒度番号が10〜14である請求項1に記載の冷間加工性及び耐衝撃特性に優れた高周波焼入用高強度線材。
- 引張強さが500〜900N/mm2である請求項1又は2に記載の冷間加工性及び耐衝撃特性に優れた高周波焼入用高強度線材。
- 絞りが55%以上である請求項1〜3のいずれかに記載の冷間加工性及び耐衝撃特性に優れた高周波焼入用高強度線材。
- 高周波焼入れされている鋼部品であって、請求項1に記載の成分組成を有する耐衝撃特性に優れた鋼部品。
- オーステナイト結晶粒度番号が12以上である鋼部品であって、請求項1に記載の成分組成を有し、さらに引張強さが1550N/mm2以上、絞りが50%以上、破断伸びが10%以上、温度20℃のシャルピー衝撃値(Uノッチ)及び温度−40℃のシャルピー衝撃値(Uノッチ)がいずれも115J/mm2以上である耐衝撃特性に優れた鋼部品。
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