JP2013040376A - 耐結晶粒粗大化特性および加工性ならびに靱性に優れた浸炭部品用の機械構造用鋼 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量%で、C:0.10〜0.30%、Si:0.05〜2.0%、Mn:0.10〜0.50%、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Cr:1.80〜3.00%、Al:0.005〜0.050%、Nb:0.02〜0.10%、N:0.0300%以下を含有し、残部Feおよび不可避不純物からなり、冷間加工前の組織がフェライト・パーライト組織で、そのフェライト粒径の平均値が15μm以上であり、図1に示す熱処理を行った耐結晶粒粗大化特性および靱性に優れた機械構造用鋼。
【選択図】図1
Description
Cは機械構造用部品としての鋼材の浸炭処理後の芯部強度を確保するために必要な元素である。しかし、Cが0.10%未満ではその効果が十分に得られない。一方、Cが0.30%を超えると加工性を低下させ、かつ、靱性を低下させる。そこでCは0.10〜0.30%とする。
Siは脱酸に必要な元素である。しかし、Siが0.05%未満では脱酸が十分に行われない。一方、Siが2.0%を超えると加工性を低下させる。そこでSiは0.05〜2.0%とし、望ましくは0.05〜1.0%とする。
Mnは焼入れ性を確保するために必要な元素である。しかし、Mnが0.10%未満では焼入れ性の効果は十分に得られない。また、Mnが0.50%を超えると焼準あるいは焼鈍により現れるフェライト・パーライト組織の結晶粒が15μmよりも小さくなる。そこでMnは0.10〜0.50%とし、より望ましくは0.20〜0.50%とする。
Pはスクラップから含有される不可避な元素であり、オーステナイト粒界に偏析して衝撃強度や曲げ強度などの靱性を低下する。そこで、Pは0.030%以下とする。
Sは被削性を向上させる元素である。しかし、SはMnと結合して非金属介在物であるMnSを生成して横方向の靱性および疲労強度を低下させる。そこでSは0.030%以下とする。
Crは鋼の焼入性を上昇させる元素であるが、1.80%未満ではその効果が十分得られない。また、Crが過剰に添加されると加工性を損なうだけでなく浸炭性を阻害する。そこで、Crは1.80〜3.0%とする。
Niは鋼の焼入性や靱性を上昇させる元素であるが、Niを0.25%以上添加すると本発明においては結晶粒度特性に不利なベイナイトが析出し、ベイナイトを核として結晶粒が粗大化する。そのため合金添加による靱性向上の効果よりも結晶粒粗大化による靱性の低下の方が大きく靱性が低下する。そこで、ベイナイトの析出を回避するため、Niは不可避的不純物量レベルとして0.25%未満とする。
Moは鋼の焼入性や靱性を上昇させる元素であるが、Moを0.05%以上添加すると本発明においては結晶粒度特性に不利なベイナイトが析出し、ベイナイトを核として結晶粒が粗大化する。そのため合金添加による靱性向上の効果よりも結晶粒粗大化による靱性の低下の方が大きく靱性が低下する。そこで、ベイナイトの析出を回避するため、Moは不可避的不純物量レベルとして0.05%未満とする。
Alは脱酸材として使用される元素であり、また後記するようにNと結合してAlNを析出してピン止め効果により結晶粒粗大化抑制効果をもたらす。この効果を得るためには、Alは0.005%以上を添加する必要がある。一方、Alは0.050%を超えるとアルミナ系酸化物が増加し、疲労特性および加工性を低下する。そこで、Alは0.005〜0.050%とし、望ましくは0.015〜0.050%とする。
Nは鋼中でAlNやNb窒化物あるいはNb炭窒化物として微細析出し、そのピン止め効果により結晶粒粗大化を防止する効果をもたらす。しかし、0.030%を超えると窒化物が増加し、疲労強度や加工性が低下する。そこで、請求鋼1の発明で、Nは0.0300%以下とし、望ましくは0.0250%以下とする。しかしながら、請求項2の手段のように、TiやBを含有する鋼では、Nが0.0100%以上含有されると、TiNが過剰に生成して加工性や疲労強度を損なう。また、Bは固溶Bとして存在することで鋼の焼入性の向上効果があるが、Nが0.0100%以上含有されると、化合物のBNが生成して固溶Bが減少し、Bによる焼入性の向上効果が阻害される。そこで、請求項2の発明のTiおよびBを含む場合は、Nは0.0100%未満とする。
NbはNb炭化物やNb窒化物あるいはNb炭窒化物を形成して、それらのピン止め効果により、結晶粒粗大化防止効果をもたらす。特に鋼中に微細に分散したナノオーダーのNbC又はNb(CN)が結晶粒の成長を抑制する。Nbが0.02%未満ではその効果が得られず、0.10%を超えると析出物の量が過剰となり加工性を低下する。そこで、Nbは0.02〜0.10%、望ましくは0.02〜0.08%とする。
Tiは鋼中のfree−Nを固定して、Bが化合物BNとなることを抑制することにより、Bを焼入性向上に寄与させることができる。その効果を得るためには、Tiを0.050%未満添加する必要がある。
Bは極少量の含有によって鋼の焼入性を著しく向上させる元素で選択的に含有される。その効果を得るためには、0.0010%未満では焼入性向上の効果が小さく、一方、0.0050%を超えると強度を低下する。そこで、Bは0.0010〜0.0050%とする。
Claims (2)
- 質量%で、C:0.10〜0.30%、Si:0.05〜2.0%、Mn:0.10〜0.50%、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Cr:1.80〜3.00%、Al:0.005〜0.050%、Nb:0.02〜0.10%、N:0.0300%以下を含有し、残部Feおよび不可避不純物からなり、冷間加工前の組織がフェライト・パーライト組織であり、そのフェライト粒径の平均値が15μm以上であることを特徴とする耐結晶粒粗大化特性および靱性に優れた浸炭部品用の機械構造用鋼。
- 請求項1に記載の化学成分において、質量%で、N:0.0300%以下に代えてN:0.010%未満とし、さらに、請求項1に記載の化学成分に加えて、質量%で、Ti:0.050%未満、B:0.0010〜0.0050%を含有し、残部不可避不純物からなり、冷間加工前の組織がフェライト・パーライト組織であり、そのフェライト粒径の平均値が15μm以上であることを特徴とする耐結晶粒粗大化特性および靱性に優れた浸炭部品用の機械構造用鋼。
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