JP2011528068A5 - 低含量のコバルトを有する硬化マルテンサイト系鋼、該鋼から部品を製造する方法、およびこれにより得られる部品 - Google Patents

Description

本発明は、デュープレックスシステム（duplex system）、すなわち鋼の適切な組成によって得られる金属間化合物および炭化物の析出ならびに適切な時効熱処理によって硬化されるマルテンサイト系鋼に関する。

特許文献２において、硬化型マルテンサイト系鋼組成物、およびこの組成物に適した最適化された一連の熱処理が提案されており、これは、特許文献１に提示されている従来技術と比較して、より低減されたコバルト含量、すなわち５から７％の間しか必要としないという利点を有する。したがって、他の元素の含量および熱処理のパラメータを調整することによって、とりわけ航空用途に関して非常に満足のいく一連の機械的特性を提供する部品を得ることができた。これらの特性とは、とりわけ、２，２００ＭＰａから２，３５０ＭＰａの間にある冷間引張強度、最高強度の鋼のものと少なくとも等しい延性および弾力性、ならびに、高温状態（４００℃）において、約１，８００ＭＰａの引張強度、および最適な疲労特性である。

焼き入れ後の冷却の終わりの温度は、鋼の完全なマルテンサイト変態を確保するために、実際のＭｓ−１５０℃未満、好適には実際のＭｓ−２００℃未満であるべきである。したがって、冷却の終わりの温度は、鋼のマルテンサイト変態の終わりに測定される温度Ｍｓよりも低くあるべきである。特にＣおよびＮｉが最も豊富である組成では、低温処理は、固溶化熱処理温度から室温への冷却の後すぐに適用され得る。全体の冷却速度は、炭素豊富な残存オーステナイトの安定化メカニズムを回避するために可能な限り高くあるべきである。しかしながら、−１１０℃未満の低温が求められる必要はない。なぜなら、この場合には構造体の熱運動がマルテンサイト変態を生成するのに不十分となるからである。一般に、鋼の値Ｍｓは低温サイクルが適用される場合には１００から１４０℃の間にあること、該低温サイクルの不在下では１４０℃以上であることが好ましい。デュープレックスシステムによって硬化されるマルテンサイト系鋼に既に適用されているように、また、特許文献２から既に公知であるように、低温サイクルの継続時間は、必要に応じて、４から５０時間の間、好適には４から１６時間の間、より好適には４から１０時間の間にある。いくつかの低温サイクルが実行されてよく、その少なくとも１つが上記特徴を有することが必須である。

鍛造（forging）後に、サンプルを：
− ９００℃で１時間の固溶化熱処理、次いで油中焼き入れによる冷却；
− それ自体が公知の方法における、また、例えば特許文献２の鋼などの、デュープレックスシステムによって硬化されるマルテンサイト系鋼に既に適用されているような：サンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｇ、Ｉ、ＪおよびＫについて−８０℃で８時間の低温処理；サンプルＤおよびＨを−９０℃で７時間の低温処理に付し、サンプルＦを−１００℃で６時間の処理に付した；
− ２００℃で１６時間の応力除去焼き戻し；
− ５００℃で１０時間の時効硬化、次いで空気中での冷却。

Claims (32)

1. 組成が、重量パーセントで：
   − Ｃ＝０．１８〜０．３０％
   − Ｃｏ＝１．５〜４％
   − Ｃｒ＝２〜５％
   − Ａｌ＝１〜２％
   − Ｍｏ＋Ｗ／２＝１〜４％
   − Ｖ＝０〜０．３％
   − Ｎｂ＝０〜０．１％
   − Ｂ＝０〜３０ｐｐｍ
   − Ｎｉ＝１１〜１６％、ここで、Ｎｉ≧７＋３．５Ａｌ
   − Ｓｉ＝０〜１．０％
   − Ｍｎ＝０〜２．０％
   − Ｃａ＝０〜２０ｐｐｍ
   − 希土類金属＝０〜１００ｐｐｍ
   − Ｎが≦１０ｐｐｍであるとき、Ｔｉ＋Ｚｒ／２＝０〜１００ｐｐｍ、ここで、Ｔｉ＋Ｚｒ／２≦１０Ｎ
   − １０ｐｐｍ＜Ｎ≦２０ｐｐｍであるとき、Ｔｉ＋Ｚｒ／２＝０〜１５０ｐｐｍ
   − Ｏ＝０〜５０ｐｐｍ
   − Ｎ＝０〜２０ｐｐｍ
   − Ｓ＝０〜２０ｐｐｍ
   − Ｃｕ＝０〜１％
   − Ｐ＝０〜２００ｐｐｍ
   であり、
   残りが、鉄、および溶練から生じる不可避の不純物であることを特徴とするマルテンサイト系鋼。
2. ２から３％の間のＣｏを含有することを特徴とする請求項１に記載のマルテンサイト系鋼。
3. Ｃ＝０．２０〜０．２５％を含有することを特徴とする請求項１または２に記載のマルテンサイト系鋼。
4. Ｃｒ＝２〜４％を含有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のマルテンサイト系鋼。
5. Ａｌ＝１〜１．６％を含有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のマルテンサイト系鋼。
6. Ａｌ＝１．４〜１．６％を含有することを特徴とする請求項５に記載のマルテンサイト系鋼。
7. Ｍｏ≧１％を含有することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のマルテンサイト系鋼。
8. Ｍｏ＋Ｗ／２＝１〜２％を含有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のマルテンサイト系鋼。
9. Ｖ＝０．２〜０．３％を含有することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のマルテンサイト系鋼。
10. Ｎｉ＝１２〜１４％を含有し、Ｎｉ≧７＋３．５Ａｌであることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のマルテンサイト系鋼。
11. Ｎｂ＝０〜０．０５％を含有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のマルテンサイト系鋼。
12. Ｓｉ＝０〜０．２５％を含有することを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のマルテンサイト系鋼。
13. Ｓｉ＝０〜０．１０％を含有することを特徴とする請求項１２に記載のマルテンサイト系鋼。
14. Ｏ＝０〜１０ｐｐｍを含有することを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載のマルテンサイト系鋼。
15. Ｎ＝０〜１０ｐｐｍを含有することを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載のマルテンサイト系鋼。
16. Ｓ＝０〜１０ｐｐｍを含有することを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載のマルテンサイト系鋼。
17. Ｓ＝０〜５ｐｐｍを含有することを特徴とする請求項１６に記載のマルテンサイト系鋼。
18. Ｐ＝０〜１００ｐｐｍを含有することを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載のマルテンサイト系鋼。
19. 測定されたマルテンサイト変態温度Ｍｓが、１００℃以上であることを特徴とする請求項１から１８のいずれか一項に記載のマルテンサイト系鋼。
20. 測定されたマルテンサイト変態温度Ｍｓが、１４０℃以上であることを特徴とする請求項１９に記載のマルテンサイト系鋼。
21. マルテンサイト系鋼部品を製造する方法であって、
    鋼に明確な形状を与える部品の仕上げの前に、以下のステップ；
    鋼を調製するステップであって、前記鋼の組成が、重量パーセントで：
    − Ｃ＝０．１８〜０．３０％
    − Ｃｏ＝１．５〜４％
    − Ｃｒ＝２〜５％
    − Ａｌ＝１〜２％
    − Ｍｏ＋Ｗ／２＝１〜４％
    − Ｖ＝０〜０．３％
    − Ｎｂ＝０〜０．１％
    − Ｂ＝０〜３０ｐｐｍ
    − Ｎｉ＝１１〜１６％、ここで、Ｎｉ≧７＋３．５Ａｌ
    − Ｓｉ＝０〜１．０％
    − Ｍｎ＝０〜２．０％
    − Ｃａ＝０〜２０ｐｐｍ
    − 希土類金属＝０〜１００ｐｐｍ
    − Ｎが≦１０ｐｐｍであるとき、Ｔｉ＋Ｚｒ／２＝０〜１００ｐｐｍ、ここで、Ｔｉ＋Ｚｒ／２≦１０Ｎ
    − １０ｐｐｍ＜Ｎ≦２０ｐｐｍであるとき、Ｔｉ＋Ｚｒ／２＝０〜１５０ｐｐｍ
    − Ｏ＝０〜５０ｐｐｍ
    − Ｎ＝０〜２０ｐｐｍ
    − Ｓ＝０〜２０ｐｐｍ
    − Ｃｕ＝０〜１％
    − Ｐ＝０〜２００ｐｐｍ
    であり、残りが、鉄、および溶練から生じる不可避の不純物である、鋼を調整するステップ；
    少なくとも１つの操作により前記鋼を成形するステップ；
    ６００〜６７５℃で４〜２０時間の軟化焼き戻しを行い、それに続いて空冷するステップ；
    ９００〜１，０００℃で少なくとも１時間、固溶化熱処理し、それに続いてオーステナイトマトリックスにおいて粒界炭化物の析出を回避するように油または空気中で冷却するステップ；及び
    ４７５〜６００℃で、５〜２０時間、時効硬化するステップ；
    を含むことを特徴とする方法。
22. 前記時効硬化するステップが、４９０℃〜５２５℃で行われることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
23. 前記９００〜１，０００℃で少なくとも１時間、固溶化熱処理し、それに続いてオーステナイトマトリックスにおいて粒界炭化物の析出を回避するように油または空気中で冷却するステップに続いて、すべてのオーステナイトをマルテンサイトに変態するための、−５０℃以下であるが−１１０℃以上の温度における低温処理をさらに含み、前記温度は、測定されたＭｓよりも１５０℃以上低く、前記低温処理のうち少なくとも１つが、４時間〜５０時間の間、続くことを特徴とする請求項２１又は２２に記載の方法。
24. 前記低温処理が、−８０℃〜−１００℃で行われることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
25. 前記低温処理が、４時間〜１０時間の間、続くことを特徴とする請求項２３又は２４に記載の方法。
26. １５０〜２５０℃で４〜１６時間実施される、焼き入れされたままのマルテンサイトの軟化処理と、それに引き続く空冷と、をさらに含むことを特徴とする請求項２１から２５のいずれか一項に記載の方法。
27. 部品がまた、浸炭、窒化、または浸炭窒化にも供されることを特徴とする請求項２１から２６のいずれか一項に記載の方法。
28. 窒化、浸炭、または浸炭窒化が、時効サイクルの間に実施されることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
29. 窒化が、４７５〜６００℃で実施されることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
30. 前記窒化、浸炭または浸炭窒化が、前記固溶化熱処理の前の熱サイクル、若しくは前記固溶化熱処理と同時の熱サイクルの間に実施されることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
31. 請求項２１から３０のいずれか一項に記載の方法に従って製造されることを特徴とする機械的部品または構造部材用の部品。
32. エンジン伝導軸、エンジン懸架装置、着陸ギア部材、ギアボックス部材または軸受中心軸であることを特徴とする請求項３１に記載の機械的部品。