JP2015168882A - 合金鋼の球状化熱処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】C、Si、Mn、P、S、Al、N、Crを含有し、ベイナイトの面積割合が0.8以上である合金鋼を球状化熱処理する方法であって、前記球状化熱処理は、1段目熱処理と、これに続く2段目熱処理とから構成され、これら1段目熱処理及び2段目熱処理の条件は以下の通りである。
(1)1段目熱処理
加熱温度:(Ac1点−10)℃以上、Ac1点未満
加熱保持時間:0.5〜3時間
平均冷却速度:上記加熱温度〜(Ac1点−50)℃の温度範囲を30℃/時間以下
冷却終了温度:(Ac1点−50)℃以下
(2)2段目熱処理
加熱温度:(Ac1点+10)℃以上、(Ac1点+35)℃以下
加熱保持時間:0.5〜3時間
平均冷却速度:Ac1点〜(Ac1点−50)℃の温度範囲を10℃/時間以下
【選択図】なし
Description
C :0.1〜0.6%(質量%の意味。以下、化学成分組成について同じ。)、
Si:0.005〜0.5%、
Mn:0.1〜1.7%、
P :0.03%以下(0%を含まない)、
S :0.03%以下(0%を含まない)、
Al:0.01〜0.1%、
N :0.015%以下(0%を含まない)、
Cr:0.5〜1.8%
を含有し、残部が鉄及び不可避不純物であり、ベイナイトの面積割合が0.8以上である合金鋼を球状化熱処理する方法であって、
前記球状化熱処理は、1段目熱処理と、これに続く2段目熱処理とから構成され、これら1段目熱処理及び2段目熱処理の条件は以下の通りである合金鋼の球状化熱処理方法である。
(1)1段目熱処理
加熱温度:(Ac1点−10)℃以上、Ac1点未満
加熱保持時間:0.5〜3時間
平均冷却速度:上記加熱温度〜(Ac1点−50)℃の温度範囲を30℃/時間以下
冷却終了温度:(Ac1点−50)℃以下
(2)2段目熱処理
加熱温度:(Ac1点+10)℃以上、(Ac1点+35)℃以下
加熱保持時間:0.5〜3時間
平均冷却速度:Ac1点〜(Ac1点−50)℃の温度範囲を10℃/時間以下
1段目の熱処理工程は、対象となる合金鋼(鋼成分及び組織については後述する。)を加熱、昇温し、(Ac1点−10)℃以上、Ac1点未満で、0.5〜3時間保持する加熱保持工程を有する。その後、(Ac1点−50)℃までの温度範囲の冷却速度が30℃/時間以下となるように、(Ac1点−50)℃以下まで冷却する冷却工程を実施する。本発明では、温度条件については熱処理に用いる炉の設定温度を意味する。
2段目の熱処理工程は、前記1段目の熱処理工程を経た鋼を(Ac1点+10)℃以上、(Ac1点+35)℃以下へ加熱、昇温し、該温度範囲で0.5〜3時間保持する加熱保持工程を有する。その後、Ac1点〜(Ac1点−50)℃の温度範囲を10℃/時間以下の平均冷却速度で冷却する冷却工程を実施する。
Ac1(℃)
=723−10.7×(%Mn)−16.9×(%Ni)+29.1×(%Si)
+16.9×(%Cr)+290×(%As)+6.38×(%W)・・・(1)
上記(1)式において、(%元素名)は各元素の質量基準での含有量を表し、鋼が上記(1)式に規定される元素を含んでいない場合は、その含有量を0%として(1)式を計算すれば良い。
Cは、鋼の強度(最終製品の強度)を確保するために添加する。そこでC量を0.1%以上と定めた。C量は好ましくは0.2%以上であり、より好ましくは0.3%以上である。しかし、過剰に含有されると強度が高くなりすぎて冷間加工性が低下する。そこでC量を0.6%以下と定めた。C量は好ましくは0.5%以下であり、より好ましくは0.46%以下である。
Siは、脱酸元素として、また固溶体硬化による最終製品の強度を増加させるのに有効である。そこでSi量を0.005%以上と定めた。Si量は、好ましくは0.01%以上であり、より好ましくは0.07%以上である。一方、Si量が過剰になると強度が過度に上昇して冷間加工性を劣化させる。そこでSi量を0.5%以下と定めた。Si量は好ましくは0.45%以下であり、より好ましくは0.4%以下である。
Mnは、焼入れ性の向上を通じて、最終製品の強度を増加させるのに有効な元素である。そこで、Mn量を0.1%以上と定めた。Mn量は、好ましくは0.2%以上であり、より好ましくは0.4%以上である。一方、Mn量が過剰になると強度が過度に上昇して冷間加工性を劣化させる。そこで、Mn量を1.7%以下と定めた。Mn量は、好ましくは1.6%以下であり、より好ましくは1.4%以下である。
Pは、鋼中に不可避的に含まれる元素であり、鋼中で粒界偏析を起こして延性を劣化させる原因となる。そこでP量を0.03%以下と定めた。P量は、好ましくは0.025%以下であり、より好ましくは0.02%以下である。Pは少なければ少ない程好ましいが、製造工程の制約上0%とすることは難しく、通常0.001%以上含まれる。
Sは、鋼中に不可避的に含まれる元素であり、鋼中でMnSとして存在し、冷間加工性を劣化させる有害な元素である。そこでS量を0.03%以下と定めた。S量は、好ましくは0.025%以下であり、より好ましくは0.02%以下である。Sは少なければ少ない程好ましいが、製造工程の制約上0%とすることは難しく、通常0.001%以上含まれる。
Alは、脱酸元素として有用であるとともに、鋼中に存在する固溶NをAlNとして固定するのに有用である。こうした効果を有効に発揮させるため、Al量を0.01%以上と定めた。Al量は、好ましくは0.015%以上であり、より好ましくは0.02%以上である。一方、Al量が過剰になると、Al2O3が過剰に生成し冷間加工性を劣化させる。そこでAl量を0.1%以下と定めた。Al量は、好ましくは0.08%以下であり、より好ましくは0.06%以下である。
Nは、鋼中に不可避的に含まれる元素であり、鋼中に固溶Nが含まれると、歪み時効による硬度上昇及び延性低下を招き、冷間加工性を劣化させる。そこでN量を0.015%以下と定めた。N量は、好ましくは0.013%以下であり、より好ましくは0.01%以下である。N量は少なければ少ない程好ましいが、製造工程の制約上0%とすることは難しく、通常0.001%以上含まれる。
Crは、焼入れ性の増加等によりベイナイトを生成させやすくするとともに、最終製品の強度を増加させる。また球状化焼鈍途中において未固溶炭化物を安定的に確保することに有効な元素である。このような効果を有効に発揮させるため、Cr量を0.5%以上と定めた。Cr量は、好ましくは0.6%以上であり、より好ましくは0.7%以上である。一方、Cr量が過剰になると、強度が高くなり過ぎて冷間加工性を劣化させる。そこでCr量を1.8%以下と定めた。Cr量は、好ましくは1.5%以下であり、より好ましくは1.3%以下である。
Mo、Ni、Cu及びBは、いずれも鋼材の焼入れ性を向上させることによって、最終製品の強度を増加させるのに有効な元素であり、必要によって単独で又は2種以上で含有される。このような効果はこれら元素の含有量が増加するにつれて大きくなり、前記効果を有効に発揮させるため、Mo、Ni、Cu量は夫々、0.02%以上(より好ましくは0.05%以上)が好ましく、B量は0.0003%以上(より好ましくは0.0005%以上)が好ましい。しかしながら、これらの元素の含有量が過剰になると、強度が高くなり過ぎ、冷間加工性を劣化させる。従って、Mo量は1%以下、Ni量は3%以下、Cu量は0.25%以下、B量は0.01%以下が好ましい。より好ましくは、Mo量が0.90%以下(更に好ましくは0.80%以下)、Ni量が2.5%以下(更に好ましくは2.0%以下)、Cu量が0.2%以下(更に好ましくは0.15%以下)、B量が0.007%以下(更に好ましくは0.005%以下)である。
Ti、Nb及びVは、いずれもNと化合物を形成し、固溶Nを低減することで、変形抵抗低減の効果を発揮するため、必要によって単独で又は2種以上で含有される。このような効果はこれら元素の含有量が増加するにすれて大きくなり、前記効果を有効に発揮させるため、Ti、Nb及びV量は夫々、0.03%以上(より好ましくは0.05%以上)が好ましい。しかしながら、これらの元素の含有量が過剰になると、形成される化合物が変形抵抗の上昇を招き、却って冷間加工性を低下させる。そこで、Ti及びNb量は夫々、0.2%以下が好ましく、V量は0.5%以下が好ましい。より好ましくは、Ti及びNb量がそれぞれ0.18%以下(更に好ましくは0.15%以下)であり、V量は0.45%以下(更に好ましくは0.40%以下)である。
球状化熱処理前のコイル端部からサンプルを採取し、サンプルの横断面のD/8位置(Dはサンプルの直径)の位置の組織を評価した。D/8位置の横断面を、光学顕微鏡を用いて倍率400倍で観察し(観察視野は225μm×180μm)、写真を10枚撮影した。撮影した写真を夫々画像解析し、フェライトおよびパーライト以外の箇所をベイナイトとし、ベイナイトの面積率を最大1として算出した。それぞれの写真でのベイナイトの面積割合を算出し、10枚の写真の結果の算術平均値を各サンプルのベイナイトの面積割合とした。
球状化熱処理後のコイル端部からサンプルを採取し、サンプルの横断面のD/8位置(Dはサンプルの直径)を評価した。前記したD/8位置の横断面を、走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope、SEM)を用いて倍率4000倍で観察し(観察視野は30μm×23μm)、写真を10枚撮影した。撮影した写真を夫々画像解析し、写真内に観察された炭化物のアスペクト比(長径/短径)を算出した。それぞれの写真について、写真内に観察された炭化物の総数に対する、アスペクト比が2.0以下の炭化物の個数割合を算出し、10枚の写真の結果を算術平均したものを、各サンプルの球状化率とした。なお、測定対象とした炭化物のサイズの下限は、SEMの測定限界から、面積でおおよそ0.0025μm2程度である。
Claims (3)
- C :0.1〜0.6%(質量%の意味。以下、化学成分組成について同じ。)、
Si:0.005〜0.5%、
Mn:0.1〜1.7%、
P :0.03%以下(0%を含まない)、
S :0.03%以下(0%を含まない)、
Al:0.01〜0.1%、
N :0.015%以下(0%を含まない)、
Cr:0.5〜1.8%
を含有し、残部が鉄及び不可避不純物であり、ベイナイトの面積割合が0.8以上である合金鋼を球状化熱処理する方法であって、
前記球状化熱処理は、1段目熱処理と、これに続く2段目熱処理とから構成され、これら1段目熱処理及び2段目熱処理の条件は以下の通りである合金鋼の球状化熱処理方法。
(1)1段目熱処理
加熱温度:(Ac1点−10)℃以上、Ac1点未満
加熱保持時間:0.5〜3時間
平均冷却速度:上記加熱温度〜(Ac1点−50)℃の温度範囲を30℃/時間以下
冷却終了温度:(Ac1点−50)℃以下
(2)2段目熱処理
加熱温度:(Ac1点+10)℃以上、(Ac1点+35)℃以下
加熱保持時間:0.5〜3時間
平均冷却速度:Ac1点〜(Ac1点−50)℃の温度範囲を10℃/時間以下 - 前記合金鋼が更に、
Mo:1%以下(0%を含まない)、
Ni:3%以下(0%を含まない)、
Cu:0.25%以下(0%を含まない)、及び
B :0.01%以下(0%を含まない)
よりなる群から選択される1種以上を含む請求項1に記載の合金鋼の球状化熱処理方法。 - 前記合金鋼が更に、
Ti:0.2%以下(0%を含まない)、
Nb:0.2%以下(0%を含まない)、及び
V :0.5%以下(0%を含まない)
よりなる群から選択される1種以上を含む請求項1又は2に記載の合金鋼の球状化熱処理方法。
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