JP3751250B2 - 改良ベイナイト鋼 - Google Patents
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Description
本発明は、強度、硬度、および熱処理に抵抗性のある高炭素鋼に関する。また、この鋼を製造する方法に関する。
【0002】
高炭素、高ケイ素鋼の強度を改良することが絶えず望まれている。
【0003】
本発明者は高硬度、高強度および高延性の鋼組成を決定し、さらに、この鋼を製造する方法を案出した。
【0004】
本発明は、重量%で、炭素0.6〜1.1%、ケイ素1.5〜2.0%、マンガン1.8〜4.0%、ニッケル0〜3%、クロム1.2〜1.4%、モリブデン0.2〜0.5%、バナジウム0.1〜0.2%、偶然の不純物を除き残部は鉄から構成される鋼を含む。
【0005】
この鋼は意図的に添加したものではない偶然の不純物を有することがある。
【0006】
この鋼は、重量%で、炭素0.7〜0.9%、ケイ素1.5〜1.7%、マンガン1.9〜2.2%、クロム1.25〜1.4%、ニッケル0〜0.05%、モリブデン0.25〜0.35%、バナジウム0.1〜0.15%、偶然の不純物を除き残部は鉄から構成される組成であることが好ましい。
【0007】
この鋼は、硬度、降伏応力、最大抗張力を改良したベイナイト主体の微細構造からなることが好ましい。ベイナイト主体の微細構造は少なくとも50%、好ましくは65%、および、95%も達成可能であるがさらに好ましくは85%のベイナイト構造として定義される。残る構造はオーステナイトのまま含まれる。
【0008】
本発明を、以下の図を参照しながら例によって説明する。
図1は、1200℃で2日間の均質化熱処理を行った、マルテンサイトおよびオーステナイトのみの混合物を示す微細構造を示す図である。
図2は、ベイナイト構造を有する本発明による鋼の微細構造を示す図である。
図3は、3タイプの熱処理に対する硬度を示す図である。
図4は、本発明による鋼の時間−温度−変態(TTT)図を示す図である。
図5および図6は、190℃で2週間の恒温変態を行って形成された鋼の微細構造の圧縮および引張りカーブを示す図である。
図7は、鋳造材を190℃で2週間で形成された微細構造を示す図である。
【0009】
重量%で、炭素0.79%、ケイ素1.59%、マンガン1.94%、クロム1.33%、モリブデン0.3%、バナジウム0.11%、ニッケル0.02%の組成を有する鋼が直径12mmの鋳造棒として供給される。この棒は1200℃で2日間、真空石英カプセル中で均質化され、続いて空冷される。直径3mmの棒は1000℃で15分間オーステナイト化され、温度範囲150〜500℃で時間を変えて恒温変態させ、続いて水で焼き入れされる。全ての図および結果において、鋼はこの組成で形成されている。
【0010】
図1は、1200℃で2日間の均質化熱処理を行った、マルテンサイトおよびオーステナイトのみの混合物を示す微細構造を示す。
【0011】
表1は、オーステナイトが恒温分解した後得られた微細構造の全ての温度維持時間および硬度の値を示す。
【0012】
【表1】
【0013】
図2は、190℃、2週間で形成された鋼の微細構造、およびベイナイトフェライトおよび炭素リッチな残留オーステナイトの混合物を示す。
【0014】
図3は、恒温変態温度に対する硬度のグラフである。2週間の恒温処理の後、350℃で測定した硬度の増加はベイナイト変態が始まる温度がこのレベルであることを示唆している。150℃、350℃および400℃で形成した微細構造と、190℃および300℃の間で2週間の処理により得られた構造には相違があり、400℃で1時間の焼き戻しで、190℃〜300℃の微細構造はベイナイトであるが、150℃および400℃の微細構造はマルテンサイトであることを示した。低温での焼き戻し後に硬度が低下することは、通常、微細構造においてベイナイトではなくマルテンサイトが存在することを確証させるものである。450℃および500℃で形成された微細構造はパーライトと残留オーステナイトの混合物である。さらに、プレート形状の初晶セメンタイトが形成されているようである。極めて高い硬度および焼き戻しに対する抵抗性を有する完全なベイナイト微細構造は190℃2週間の変態で形成される。また、得られるベイナイト画分の最大量は変態温度を低くすると増加する。
【0015】
発明者の結果によれば、ベイナイト変態後のオーステナイトの炭素組成は、平衡から期待されるよりもはるかに少なく、顕著な残留オーステナイトの増大はない。これはカーバイド粒子がフェライトのプレート内部に析出し、上ベイナイトではなく下ベイナイトが形成されるからである。下ベイナイト中のカーバイドは非常に微細であるに違いない。下ベイナイトの微細構造は、上ベイナイトがより高い強度を有するはずであるにも拘わらず、もっと強靭であることが期待される。下ベイナイト構造は恒温変態温度として上限約350℃までが使われるときに形成される。上ベイナイト構造は恒温変態温度として約350℃以上が使われるときに形成される。
【0016】
図4は鋼のTTT図の代表的な概念図を示す。
【0017】
図5および6は、190℃で2週間恒温変態をさせてベイナイトを製造したサンプルの圧縮および引張り試験結果のカーブを示す。この材料は圧縮および引張りいずれにおいても非常に高い強度を持っている。この条件で鋳造し熱処理したものは、シャルピー試験でエネルギー吸収値が僅かに5+/−1Jであった。
【0018】
恒温熱処理によって均質かつ完全なベイナイト微細構造を得るためには、均質化熱処理が必要である。図7は新鮮な材料から190℃、2週間で得られた微細構造を示し、サンプル中の偏析が明らかであり、オーステナイトの画分量がより高い。この微細構造を圧縮下で試験したが、均質化したサンプルで予測される降伏強さとの重大な相違は見られなかった。デンドライト微細構造中に塊状オーステナイトが存在するために靭性は少しも低下することはないであろう。
【0019】
異なる温度の均質化熱処理はマルテンサイトの形成を防止する。サンプルは1200℃、2日間で均質化し、次いで室温に冷却する前にパーライトまたはベイナイトに恒温変態した。次いで1000℃に再加熱してオーステナイトの粒子サイズを調質し、再びベイナイトに変態させた。
【図面の簡単な説明】
【図1】 1200℃で2日間の均質化熱処理を行った、マルテンサイトおよびオーステナイトのみの混合物を示す微細構造を示す図である。
【図2】 ベイナイト構造を有する本発明による鋼の微細構造を示す図である。
【図3】 3タイプの熱処理に対する硬度を示す図である。
【図4】 本発明による鋼の時間−温度−変態(TTT)図を示す図である。
【図5】 190℃で2週間の恒温変態を行って形成された鋼の微細構造の圧縮および引張りカーブを示す図である。
【図6】 190℃で2週間の恒温変態を行って形成された鋼の微細構造の圧縮および引張りカーブを示す図である。
【図7】 鋳造材を190℃で2週間で形成された微細構造を示す図である。
Claims (2)
- 鋼を熱処理する方法であって、鋼の組成が重量%で、
炭素0.6〜1.1、
ケイ素1.5〜2.0、
マンガン1.8〜4.0、
クロム1.2〜1.4、
ニッケル3以下、
モリブデン0.2〜0.5、
バナジウム0.1〜0.2、
偶然の不純物を除き残部は鉄であり、
鋼を、少なくとも1150℃の温度で少なくとも24時間均質化するステップ、
鋼を、空冷するステップ、
鋼を、900℃〜1000℃の間の温度に加熱するステップ、および
少なくとも50%のベイナイト構造を有する鋼を製造するために、鋼を、190℃〜260℃の間の温度で1〜3週間恒温変態させるステップ
とからなる方法。 - 鋼を熱処理する方法であって、鋼の組成が重量%で、
炭素0.7〜0.9、
ケイ素1.5〜1.7、
マンガン1.9〜2.2、
クロム1.25〜1.4、
ニッケル0.05以下、
モリブデン0.25〜0.35、
バナジウム0.1〜0.15、
偶然の不純物を除き残部は鉄であり、
鋼を、少なくとも1150℃の温度で少なくとも24時間均質化するステップ、
鋼を、空冷するステップ、
鋼を、900℃〜1000℃の間の温度に加熱するステップ、および
少なくとも65%のベイナイト構造を有し、構造の残りが残留オーステナイトよりなる鋼を製造するために、鋼を、190℃〜260℃の間の温度で1〜3週間恒温変態させるステップ
とからなる方法。
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