JP2017048441A - 被削性に優れた機械構造部材用鋼管とその製造方法 - Google Patents
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(i)上記鋼管の金属組織が、マルテンサイトを含まず、(a)微細パーライト、又は、ベイナイトを含む微細パーライト、及び、(b)旧オーステナイト粒界に不連続に析出した、面積率で15%未満のフェライトからなり、
(ii)上記鋼管の肉厚t(mm)の中心から、肉厚方向に±0.45tの範囲の硬度が、250〜300Hvである
ことを特徴とする被削性に優れた機械構造部材用鋼管。
ことを特徴とする被削性に優れた機械構造部材用鋼管の製造方法。
(i)上記鋼管の金属組織が、マルテンサイトを含まず、(a)微細パーライト、又は、ベイナイトを含む微細パーライト、及び、(b)旧オーステナイト粒界に不連続に析出した、面積率で15%未満のフェライトからなり、
(ii)上記鋼管の肉厚t(mm)の中心から、肉厚方向に±0.45tの範囲の硬度が、250〜300Hvである
ことを特徴とする。
ことを特徴とする。
本発明鋼管の成分組成、即ち、素材鋼管であるシームレス鋼管(以下「本発明シームレス鋼管」ということがある。)の成分組成を限定する理由について説明する。以下、%は、質量%を意味する。
Cは、鋼の焼入性を高め所要の強度と硬度を確保するのに有効な元素である。0.30%未満では、250〜300Hvの鋼管硬度を得ることができず、また、高周波焼入れで550Hv以上の表面硬度を得ることができないので、Cは0.30%以上とする。安定的に硬度を確保する点で、0.35%以上が好ましい。
Siは、脱酸と、フェライトの固溶強化に有効な元素である。0.05%未満では、添加効果が充分に発現しないので、Siは0.05%以上とする。好ましくは0.10%以上である。一方、0.40%を超えると、靭性を損なうので、Siは0.40%以下とする。好ましくは0.35%以下である。
Mnは、オーステナイト域を拡大して、初析フェライトを減らし、パーライト分率を高めるとともに、パーライト変態開始温度を低下させて、パーライトのラメラー間隔を狭くし、金属組織の強度向上に寄与する元素である。0.50%未満では、添加効果が充分に発現しないので、Mnは0.50%以上とする。好ましくは0.55%以上である。
Pは、伸びや靱性を阻害するので、少ないほど好ましい元素である。0.03%を超えると、伸びや靭性が著しく低下するので、Pは0.03%以下とする。好ましくは0.01%以下である。下限は0%を含むが、Pを0.001%程度以下に低減すると、製造コストが大幅に上昇するので、実用鋼管上、0.001%が実質的な下限である。
Sは、切削性の向上に寄与する元素である。0.005%未満では、添加効果が充分に発現しないので、Sは0.005%以上とする。好ましくは0.010%以上である。一方、0.03%を超えると、伸びや靭性が低下するので、Sは0.03%以下とする。好ましくは0.02%以下である。
Alは、脱酸に有効な元素である。0.01%未満では、添加効果が充分に発現しないので、Alは0.01%以上とする。好ましくは0.02%以上である。一方、0.08%を超えると、粗大なAl酸化物が生成し、伸びや靭性が低下するので、Alは0.08%以下とする。好ましくは0.07%以下である。
Nは、微細な窒化物を形成し、組織の微細化に寄与する元素である。しかし、0.0060%を超えると、粗大な窒化物(AlNやTiN)が生成し、伸びや靭性を阻害するので、Nは0.0060%以下とする。下限は、0%を含むが、0.0005%程度以下に低減すると、製造コストが大幅に上昇するので、実用鋼管上、0.0005%が実質的な下限である。
Oは、脱酸後、不可避的に残留し、粒内変態の核として機能する酸化物を生成する元素である。Oが0.0060%を超えると、粗大な酸化物が生成し、伸びや靭性が低下するので、0.0060%以下とする。下限は、0%を含むが、0.0005%程度以下に低減すると、製造コストが大幅に上昇するので、実用鋼管上、0.0005%が実質的な下限である。
Tiは、TiNを形成し、オーステナイト粒の成長抑制に寄与する元素である。オーステナイト粒が粗大化すると、焼入れ性が過剰となり、マルテンサイトが混じる可能性が高まる。0.002%未満では、添加効果が充分に発現しないので、Tiは0.002%以上とする。好ましくは0.004%以上である。
Crは、強度の向上に寄与する元素である。0.05%未満では、添加効果が充分に発現しないので、Crは0.05%以上とする。好ましくは0.08%以上である。一方、0.50%を超えると、Cr化合物が析出し、伸びや靭性が低下するので、Crは0.50%以下とする。好ましくは0.45%以下である。
Niは、強度の向上に寄与する元素である。0.05%未満では、添加効果が充分に発現しないので、Niは0.05%以上とする。好ましくは0.08%以上である。一方、1.00%を超えると、偏析して組織が不均一になり、伸びや靭性が低下するので、Niは1.00%以下とする。好ましくは0.90%以下である。
Cuは、強度の向上に寄与する元素である。0.05%未満では、添加効果が充分に発現しないので、Cuは0.05%以上とする。好ましくは0.08%以上である。一方、1.00%を超えると、溶接性が低下するので、Cuは1.00%以下とする。好ましくは0.90%以下である。
Moは、強度の向上に寄与する元素である。0.05%未満では、添加効果が充分に発現しないので、Moは0.05%以上とする。好ましくは0.08%以上である。一方、0.50%を超えると、溶接性が低下するので、Moは0.50%以下とする。好ましくは0.40%以下である。
Nbは、組織の微細化と、靭性の向上に寄与する元素である。0.001%未満では、添加効果が充分に発現しないので、Nbは0.001%以上とする。好ましくは0.005%以上である。一方、0.10%を超えると、粗大なNb化合物が生成し、伸びや靭性が低下するので、Nbは0.10%以下とする。好ましくは0.06%以下である。
本発明鋼管の金属組織は、基本的には、マルテンサイトを含まない、(a1)微細パーライト、又は、(a2)ベイナイトを含む微細パーライトからなる組織において、(b)フェライトが、旧オーステナイト粒界に、面積率で15%未満、不連続に析出した金属組織である。
硬度は、本発明シームレス鋼管の肉厚をt(mm)としたとき、肉厚の中心から、肉厚方向に±0.45tの範囲で、250〜300Hvとする。機械構造部材用鋼管を機械構造部材として使用する場合、通常、表面から0.05tの表層部分は研削で除去されるので、機械構造部材用鋼管として実質的に使用される範囲、即ち、肉厚の中心から、肉厚方向に±0.45tの範囲を、硬度を規定する範囲とした。
本発明製造方法は、本発明シームレス鋼管を950〜1100℃に加熱し、次いで、840℃以上から、冷却速度50℃/秒以上で加速冷却を開始し、350〜550℃で加速冷却を停止する。
本発明シームレス鋼管の温度が950℃未満では、熱間圧延において、粒成長が進行し難く、オーステナイト粒が不均一になる。その結果、オーステナイト粒が微細な領域にて、フェライトの生成頻度が増大し、硬度が低下するので、加熱温度は950℃以上とする。好ましくは980℃以上である。
シームレス鋼管の温度が840℃に達する前に加速冷却を開始する。冷却開始温度が840℃未満では、冷却開始時の金属組織をオーステナイト単相に維持することが難しいので、冷却開始温度は840℃以上とする。好ましくは870℃以上である。シームレス鋼管の温度が840℃に達する前に加速冷却を開始すればよいので、冷却開始温度の上限は限定しない。
シームレス鋼管を、冷却開始温度840℃以上の温度から、冷却速度:50℃/秒以上で、冷却停止温度:350〜550℃まで加速冷却する。冷却速度が50℃/秒未満では、フェライト分率が過大となり、硬度が低下するので、冷却速度は50℃/秒以上とする。好ましくは55℃/秒以上である。
所要の金属組織を得るため、冷却速度50℃/秒以上で、冷却停止温度:350〜550℃まで加速冷却する。冷却停止温度が350℃未満であると、金属組織中にマルテンサイトが混在し、被削性が低下するので、冷却停止温度は350℃以上とする。好ましくは370℃以上である。
表1に示す成分組成の溶鋼を、転炉−連続鋳造プロセスにより鋳造し、直径170mmの円筒状ビレットを製造した。このビレットを1230℃に加熱し、マンネスマン−プラグミル方式で穿孔−圧延して、シームレス素鋼管を製造した。
切込み:1mm
送り量:0.2mm/rev
切削速度:200m/分
Claims (14)
- 質量%で、C:0.30〜0.60%、Si:0.05〜0.40%、Mn:0.50〜1.00%、P:0.03%以下、S:0.005〜0.03%、Al:0.01〜0.08%を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなるシームレス鋼管であって、
(i)上記鋼管の金属組織が、マルテンサイトを含まず、(a)微細パーライト、又は、ベイナイトを含む微細パーライト、及び、(b)旧オーステナイト粒界に不連続に析出した、面積率で15%未満のフェライトからなり、
(ii)上記鋼管の肉厚t(mm)の中心から、肉厚方向に±0.45tの範囲の硬度が、250〜300Hvである
ことを特徴とする被削性に優れた機械構造部材用鋼管。 - 前記シームレス鋼管が、さらに、質量%で、N:0.0060%以下を含有することを特徴とする請求項1に記載の被削性に優れた機械構造部材用鋼管。
- 前記シームレス鋼管が、さらに、質量%で、O:0.0060%以下を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の被削性に優れた機械構造部材用鋼管。
- 前記シームレス鋼管が、さらに、質量%で、Ti:0.002〜0.05%、Cr:0.05〜0.50%、Ni:0.05〜1.00%、Cu:0.05〜1.00%、Mo:0.05〜0.50%、及び、Nb:0.001〜0.10%の1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の被削性に優れた機械構造部材用鋼管。
- 前記シームレス鋼管の肉厚が5〜30mmであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の被削性に優れた機械構造部材用鋼管。
- 前記金属組織における微細パーライトのラメラー間隔が0.05〜3.00μmであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の被削性に優れた機械構造部材用鋼管。
- 前記金属組織における微細パーライトのラメラー間隔が、前記シームレス鋼管の肉厚t(mm)の中心から、肉厚方向に±0.45tの範囲で、0.05〜3.00μmであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の被削性に優れた機械構造部材用鋼管。
- 前記金属組織の引張強度が、740〜900MPaであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の被削性に優れた機械構造部材用鋼管。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載のシームレス鋼管を950〜1100℃に加熱し、次いで、840℃以上から、冷却速度50℃/秒以上で加速冷却を開始し、350〜550℃で加速冷却を停止する
ことを特徴とする被削性に優れた機械構造部材用鋼管の製造方法。 - 前記加速冷却を、シームレス鋼管を円周方向に回転して行うことを特徴とする請求項9に記載の被削性に優れた機械構造部材用鋼管の製造方法。
- 前記加速冷却の停止後、放冷することを特徴とする請求項9又は10に記載の被削性に優れた機械構造部材用鋼管の製造方法。
- 前記シームレス鋼管の肉厚が5〜30mmであることを特徴とする請求項9〜11のいずれか1項に記載の被削性に優れた機械構造部材用鋼管の製造方法。
- 前記シームレス鋼管が、請求項1〜4のいずれか1項に記載のシームレス鋼管と成分組成が同じ円筒状ビレットを圧延及び延伸して製造したものであることを特徴とする請求項9〜12のいずれか1項に記載の被削性に優れた機械構造部材用鋼管の製造方法。
- 前記円筒状ビレットの直径が、100〜180mmであることを特徴とする請求項13に記載の被削性に優れた機械構造部材用鋼管の製造方法。
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