JP4213022B2 - High-stiffness steel that can be manufactured by melting method and manufacturing method thereof - Google Patents

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  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)

Description

本発明は、高いヤング率を有し、かつ溶製法で製造可能な高剛性鋼及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a high-rigidity steel having a high Young's modulus and capable of being manufactured by a melting method and a method for manufacturing the same.

鉄鋼材料は最も安価で容易に大量生産が可能なことから、機械構造部材に最も多く使用されている。これらの構造部材には、使用されている部位によって様々な要求特性が存在するが、共通している大きな要求事項は、以前から変化はなく、それは軽量化である。なぜなら、軽量化は、例えば自動車、トラックなどの製品においては、製品を使用する際のエネルギー消費量を低下させ、省エネに大きな効果の得られることが客観的に証明されているからである。しかしながら、軽量化を達成することは、大きな困難を伴うことが多い。すなわち、軽量化の達成を検討する際には、部品寸法を小さくしても、必要な強度が確保できているかという点と、実際の使用中に負荷される力によって生じる弾性変形量(撓み、ねじれ等)が問題とならないレベル以下に抑えられているかという点の解決が避けて通れないからである。   Steel materials are most commonly used for machine structural members because they are the cheapest and can be easily mass-produced. These structural members have various required characteristics depending on the parts used, but the common requirement is that there is no change from the past, which is weight reduction. This is because it has been objectively proved that weight reduction reduces the amount of energy consumed when using a product such as an automobile or a truck, and a great effect in energy saving can be obtained. However, achieving weight reduction often involves great difficulties. In other words, when considering the achievement of weight reduction, the required strength can be ensured even if the component dimensions are reduced, and the amount of elastic deformation caused by the force applied during actual use (deflection, This is because it is impossible to avoid the solution of whether or not torsion is suppressed to a level that does not cause a problem.

このうち、前者の問題については、鉄鋼材料は多数の添加元素を適量添加することが可能であり、その添加による効果によって、固溶強化、析出強化を図ったり、最適な熱処理を行うことによって、材料の高強度化を図ることができ、現在まで多数の問題を解決してきた。   Among these, with regard to the former problem, it is possible to add an appropriate amount of a large number of additive elements to the steel material, and by the effect of the addition, solid solution strengthening, precipitation strengthening, or by performing an optimal heat treatment, The strength of the material can be increased, and many problems have been solved so far.

しかしながら、後者については、従来から決定的な解決方法が見出されていない。すなわち、固溶強化、析出強化、熱処理による強化のどの手段で鋼を強化しても、鉄鋼材料のヤング率は大きく変化することがなく、高強度化して軽量化すればするほど部品寸法は小さくなって、部品自体の剛性は低下するから、変形量としては逆に増加してしまうからである。また、鉄鋼材料以外の材料への変更も考えられないわけではないが、Mg合金、Ti合金、Al合金等鉄合金より密度の小さい他の合金は、全て鉄鋼材料に比べヤング率が著しく低く、使用合金の変更によっても問題を解決することができないのである。従って、従来の技術では、使用中の負荷応力に耐えうる強度が得られていても、弾性変形量の面で問題があると、部品寸法を大きくして弾性変形量を小さく抑えるしか方法がなかった。しかし、これは当然の結果として質量の増加を招いてしまい、結果として当初の目的である軽量化を達成できなくなった。   However, no definitive solution has been found for the latter. In other words, even if steel is strengthened by means of solid solution strengthening, precipitation strengthening or strengthening by heat treatment, the Young's modulus of the steel material does not change greatly, and the higher the strength and weight, the smaller the component dimensions. This is because the rigidity of the component itself decreases, and the amount of deformation increases conversely. In addition, it is not inconceivable to change to materials other than steel materials, but other alloys with lower density than iron alloys such as Mg alloy, Ti alloy, Al alloy, all have Young's modulus significantly lower than steel materials, The problem cannot be solved even by changing the alloy used. Therefore, in the conventional technology, even if the strength that can withstand the load stress during use is obtained, if there is a problem in terms of the amount of elastic deformation, there is only a method for suppressing the amount of elastic deformation by increasing the component dimensions. It was. However, this naturally leads to an increase in mass, and as a result, it is no longer possible to achieve the original weight reduction.

部品の質量増加は別の面からも問題となる。すなわち、構造用部材にかかる負荷応力は、その構造用部材からなる製品(自動車等)を使用することによって、外部から当然受ける負荷(例えばトラックにおいて重量物を積載することによって、各部品にかかる応力)だけでなく、外力に関係なく各部材自体の動きによって当然の如く負荷されてしまう力(例えばピストン・ピン等の往復運動する部材に働く慣性力や回転軸に作用する重力や遠心力によって生じる曲げモーメント等)がある。この慣性力、遠心力、重力等は全て構造用部材の各部品の質量が増加するほど大きくなるという問題がある。従って、各部品の撓み等の変形量を小さくするためには、部品寸法を大きくすることなく、部品の剛性を高める以外に方法はなく、そのためには、高いヤング率を有する材料の開発が不可欠であった。   The increase in the mass of parts is also a problem from another aspect. In other words, the load stress applied to the structural member is the load applied to each component by using a product (such as an automobile) made of the structural member, which is naturally received from the outside (for example, loading a heavy object on a truck). ) As well as the force that is naturally applied by the movement of each member regardless of the external force (for example, the inertial force acting on a reciprocating member such as a piston or a pin, or the gravity or centrifugal force acting on the rotating shaft) Bending moment). This inertial force, centrifugal force, gravity, and the like all have a problem that they increase as the mass of each part of the structural member increases. Therefore, in order to reduce the amount of deformation such as bending of each component, there is no method other than increasing the rigidity of the component without increasing the size of the component. For this purpose, development of a material having a high Young's modulus is indispensable. Met.

この問題に対する適切な対応を可能にするために、高いヤング率を有する材料の開発に対する新しい試みが、最近行われるようになり、開発成果としての特許出願も少しずつ増加している。例えば、特許文献1〜3の出願がされている。これらの3件の特許は、その内容に関し互いに若干の相違はあるが、3件共に共通している点は、鉄を主成分とするマトリックス中に高いヤング率を示すことがわかっている4A族元素、5A族元素のホウ化物を分散させることによって、高いヤング率を得ることを可能にしたことを特徴とするものである。   In order to enable an appropriate response to this problem, new attempts for the development of materials having a high Young's modulus have recently been made, and patent applications as development results are gradually increasing. For example, patent documents 1 to 3 have been filed. Although these three patents are slightly different from each other in terms of their contents, the common point of all three patents is that the group 4A is known to exhibit a high Young's modulus in a matrix composed mainly of iron. It is characterized in that a high Young's modulus can be obtained by dispersing a boride of the element, group 5A element.

特開平7−188874号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-188874 特開平7−252609号公報JP-A-7-252609 特開平10−68048号公報JP-A-10-68048

しかしながら、前記した従来技術には、以下の問題がある。
前記した3件の特許のうち、特許文献1、2に記載の発明は、原料として鉄粉末又は鉄合金粉末を用いて焼結により製造することが前提となって、発明が完成している。しかしながら、焼結による製造方法では、成形工程で高価な型が必要なことは勿論であるが、多大な力を必要とするため、クランクシャフト等比較的大きな部品の製造には不向きであり、かつ部品が大きい場合には、粉末の緻密化の程度を均一にすることが難しく、生産性の面でも溶製法に比べ劣ることから、低コスト化には限界がある。
However, the above-described conventional technology has the following problems.
Of the above-mentioned three patents, the inventions described in Patent Documents 1 and 2 have been completed on the premise that they are manufactured by sintering using iron powder or iron alloy powder as a raw material. However, in the manufacturing method by sintering, an expensive mold is necessary in the molding process. However, since a large amount of force is required, it is not suitable for manufacturing relatively large parts such as a crankshaft, and If the parts are large, it is difficult to make the degree of densification of the powder uniform, and the productivity is inferior to the melting method, so there is a limit to cost reduction.

また、特許文献3には、溶製法により得られる高剛性高靭性鋼について記載されているが、ホウ化物を溶製法で分散させるに際して、マトリックスとして用いられる鉄合金についての最適な範囲については、前記2件の特許に対して何らの新しい知見も示していない。すなわち、炭素鋼、ニッケルクロム鋼、クロム鋼、クロムモリブデン鋼、ばね鋼、軸受鋼等多数の鋼材が記載されているが、粉末の焼結による製造方法では起きなかった問題であって、溶製法による製造をする場合に起きる問題点についての検討が十分にされていない。本発明者等が、実際に試作テストを繰返して調査した結果、溶製法を適用して高剛性鋼を製造する場合においては、製造可能な範囲がかなり狭められ、その範囲内で製造しないと品質の良い高剛性鋼が得られないことが判明した。   Further, Patent Document 3 describes a high-rigidity and high-toughness steel obtained by a melting method, but the optimum range for an iron alloy used as a matrix when dispersing boride by a melting method is described above. It does not show any new findings for the two patents. In other words, many steel materials such as carbon steel, nickel chrome steel, chrome steel, chrome molybdenum steel, spring steel, bearing steel are described, but this is a problem that did not occur in the manufacturing method by powder sintering, The problem that occurs when manufacturing by the method is not fully studied. As a result of the present inventors repeatedly investigating trial production tests, when manufacturing high-rigidity steel by applying the melting method, the manufacturable range is considerably narrowed, and if it is not manufactured within that range, the quality It was found that high-stiffness steel with good quality could not be obtained.

本発明は、溶製法により高剛性鋼を得る場合において容易に製造可能とするための範囲を明確にし、溶製法による高剛性鋼の製造を可能にして、構造用部材の軽量化を確実に達成可能にすることを目的とする。   The present invention clarifies the range for easy manufacture when high-rigidity steel is obtained by the melting method, enables the production of high-rigidity steel by the melting method, and reliably achieves weight reduction of structural members. The purpose is to make it possible.

まず溶製法で製造可能な高剛性鋼としては、純鉄又は鉄合金よりなるマトリックス相中に、4A族元素、5A族元素、6A族元素及びFeを含むグループから選択される1種以上の元素を含むホウ化物又は/及びその複合化物を5〜25vol%分散させた鋼であり、分散させた上記ホウ化物又は/及びその複合化物のうち体積率で80%以上がTiB2であって、鋼全体におけるCの含有率が0.20質量%以下であることを特徴とする溶製法で製造可能な高剛性鋼ある。 First, as a high-rigidity steel that can be produced by a melting method, one or more elements selected from the group comprising a group 4A element, a group 5A element, a group 6A element, and Fe in a matrix phase made of pure iron or an iron alloy Is a steel in which 5 to 25 vol% of a boride containing and / or a composite thereof is dispersed, and 80% or more by volume of TiB 2 in the dispersed boride or / and the composite thereof is TiB 2 , There is a high-rigidity steel that can be produced by a melting method characterized in that the C content in the whole is 0.20% by mass or less.

本発明において注目すべきことは、高剛性の鋼材を溶製法で製造可能とするための、マトリックス中に含有するC含有率の範囲及びホウ化物の体積率の範囲を明確にした点にある。   What should be noted in the present invention is that the range of the C content contained in the matrix and the range of the volume fraction of boride in order to make it possible to produce a highly rigid steel material by a melting method.

溶製法で製造した場合、当然のごとく原料は高温に加熱して溶解させるために、溶鋼中では活発な反応が起きる。この反応の中には、粉末法では起きにくい反応もあり、その反応が性能の良い高剛性鋼を製造する際において、障害となる場合がある。   When manufactured by the melting method, as a matter of course, the raw material is heated to be melted at a high temperature, so that an active reaction occurs in the molten steel. Among these reactions, there is a reaction that is difficult to occur in the powder method, and this reaction may be an obstacle in producing high-performance steel with good performance.

本発明者等は、溶製法で製造した場合に、粉末法による製造では考慮する必要のなかった新たな問題が生じることがないかについて詳細に調査した。その結果、以下の知見を得ることにより、本発明を完成したものである。   The inventors of the present invention investigated in detail whether or not a new problem that did not need to be considered in the production by the powder method would occur when produced by the melting method. As a result, the present invention has been completed by obtaining the following knowledge.

すなわち、4A族、5A族及び6A族に属する元素であるTi、Nb、V、Ta、Zr、Hf、Cr、Mo等は全て炭化物となりやすい性質を有する元素であり、Cを含有している溶鋼中に前記4A族、5A族、6A族元素を含む合金とBを添加すると、これらの元素の一部がBと結合せずにCと結合し、炭化物が形成される。特に溶鋼中のC含有率が高くなると、炭化物になってしまう元素が増加し、目的とするホウ化物を十分に生成させた状態とすることができないことがわかった。   That is, Ti, Nb, V, Ta, Zr, Hf, Cr, Mo, etc., which are elements belonging to the 4A group, 5A group, and 6A group, are all elements having a property of easily becoming carbides, and a molten steel containing C. When an alloy containing the 4A group, 5A group, and 6A group elements and B are added therein, a part of these elements does not bond with B but bonds with C, and a carbide is formed. In particular, it has been found that when the C content in molten steel increases, the number of elements that become carbide increases, and the target boride cannot be sufficiently produced.

特に、Tiホウ化物であるTiB2は鋼に比べ密度が小さく、比ヤング率(ヤング率の密度に対する比率)の向上のためには、その利用が本発明の目的達成のために非常に効果的であるが、TiB2が生成されずに、TiCが多量に生成してしまうと、比ヤング率向上効果が低下すると同時に、溶解時の鋳造性が低下し、良好な鋼塊が得られなくなる。
但し、少量のTiCの生成は、ヤング率の低下に対し大きな影響はなく、その一方で、TiB2が長い六角柱状に成長するのを抑制し、被削性の改善に寄与するので、ヤング率低下の悪影響がでない範囲内で、TiCを生成させておく方が好ましい。
In particular, TiB 2, which is a Ti boride, has a lower density than steel, and its use is very effective for achieving the object of the present invention in order to improve the specific Young's modulus (ratio of Young's modulus to the density). However, if TiB 2 is not produced and a large amount of TiC is produced, the effect of improving the specific Young's modulus is lowered, and at the same time, the castability at the time of melting is lowered and a good steel ingot cannot be obtained.
However, the generation of a small amount of TiC has no significant effect on the decrease in Young's modulus. On the other hand, it suppresses the growth of TiB 2 into a long hexagonal column and contributes to the improvement of machinability. It is preferable to generate TiC within a range where there is no adverse effect of the decrease.

また、4A族、5A族、6A族元素の炭化物は以前から高いヤング率を示すことが知られており、炭化物の利用した高剛性鋼の特許も出願されているが、炭化物は粗大化しやすく、そのために鋳造性を悪くする傾向があることが判った。また、溶製の高剛性鋼の場合、鋼塊を圧延し、さらに鍛造、機械加工等を行って目的とする部品形状まで加工する必要があり、途中工程の製造性は粉末を焼結して製造する場合に比べて厳しい条件が要求されるので、特別な考慮が必要である。そこで、ホウ化物となる原料をマトリックス相に添加することによる熱間加工性への影響を調査した結果、後述するように各成分範囲を最適化した上で、ホウ化物の体積率を25%以下とすることが圧延、鍛造等の熱間加工を可能とするために必須となることがわかった In addition, carbides of 4A group, 5A group, and 6A group elements have been known to show high Young's modulus for a long time, and patents for high-rigidity steels using carbides have been filed, but carbides are easy to coarsen, Therefore, it turned out that there exists a tendency which worsens castability. Also, in the case of molten high-rigidity steel, it is necessary to roll the steel ingot and further perform forging, machining, etc. to the desired part shape. Since severer conditions are required compared with the case of manufacturing, special consideration is required. Therefore, as a result of investigating the influence on hot workability by adding a raw material to be a boride to the matrix phase, after optimizing each component range as described later, the volume ratio of the boride is 25% or less. It has been found that it is essential to enable hot working such as rolling and forging .

なお、請求の範囲にFeを含むホウ化物を範囲に含めたのは、添加したBの一部がTi等の4A族、5A族、6A族元素と結合せず多量に存在するFeと結合する場合があり、Feを含むホウ化物の存在を全く認めないとすると製造が難しくなる場合があるからである。   In addition, the reason why the boride containing Fe is included in the claims is that a part of the added B does not bind to elements such as Ti, 4A group, 5A group, and 6A group but binds to Fe that exists in a large amount. This is because production may be difficult if the presence of a boride containing Fe is not recognized at all.

次に各条件の限定理由について、以下に説明する。
C含有率の上限を0.20質量%(成分範囲は、製品で本発明の範囲内かそうでないかを明確にするため、マトリックス相のみの範囲ではなく分散させたホウ化物とマトリックス相とに含まれる元素の合計に対する含有率で示す。また、TiCとなっているCも含む。)に限定したのは、Cが多いとホウ化物の原料を添加しても、添加した4A族、5A族、6A族元素が溶鋼中の炭素と結合して炭化物が生成し、狙いとする量だけホウ化物が生成されず、ヤング率向上効果が十分に得られなくなるためである。また、炭化物は少量であれば強度向上に効果的であり、弊害は少ないが、多量に生成すると鋳造時の流動性、熱間加工性が低下するので、上限を0.20%に限定した。
Next , the reasons for limiting each condition will be described below.
The upper limit of the C content is 0.20% by mass (in order to clarify whether the component range is within the scope of the present invention in the product or not , the dispersed boride and the matrix phase In addition, the content is limited to the total content of elements contained in C. In addition, the content of C is TiC). This is because the group 6A element and carbon in the molten steel are combined with carbon in the molten steel to form carbides, and borides are not generated in a target amount, and the Young's modulus improvement effect cannot be obtained sufficiently. A small amount of carbide is effective for improving the strength and is less harmful. However, if a large amount of carbide is produced, the flowability and hot workability during casting deteriorate, so the upper limit was limited to 0.20%.

但し、Cはその添加が少量であれば、TiCが生成しても、ヤング率には大きな悪影響はなく、かつ、後述するようにTiB2を微細晶出させるためには、その核となるTiCが必要であり、少量は必要な元素である。また、TiCが生成すると、TiB2が細長く六角柱状に成長するのを抑制し、かつTiB2、TiCのそれぞれが同位置に互いに微細に分散したTi炭ホウ化物(EPMAで同じ位置からTi、B、Cの3元素全てが検出される。)を形成し、機械加工時に硬くて細長いTiB2が短く破砕される際の工具へのダメージを低減し、工具寿命を改善する効果もある。従って、Cの添加量は、加工性の点を考慮すると、少なくとも質量%で0.06%、より好ましくは、0.08%以上とした方が良い。 However, if C is added in a small amount, even if TiC is produced, the Young's modulus does not have a significant adverse effect, and in order to finely crystallize TiB 2 as will be described later, its core TiC Is necessary, and a small amount is a necessary element. Further, when TiC is formed, TiB 2 is prevented from growing into a long and hexagonal columnar shape, and TiB 2 and TiC are finely dispersed in the same position with each other. All three elements of C and C are detected), and the damage to the tool when the hard and elongated TiB2 is shortly crushed during machining is reduced, and the tool life is improved. Therefore, in consideration of workability, the amount of C added is at least 0.06% by mass, more preferably 0.08% or more.

生成させるホウ化物をFe以外では4A族、5A族、6A族の元素に限定(Feを含めたのは前記した通り)したのは、前記した特許文献にも記載されているように、これらの元素のホウ化物が、高いヤング率を有しているからである。また、本発明では、その中でも特に主体をTiを含有するホウ化物であるTiB2に限定している。これは、TiB2は、高いヤング率を示す一方、鋼に比べ密度がはるかに小さいため、軽量化しつつヤング率の高い材料を得るために、効果的であるからである。従って、比ヤング率の向上を図るために、生成させるホウ化物の80%以上(体積率)をTiを含有するホウ化物(TiB2)とすることが必要である。これは、Ti以外のホウ化物が増加し、例えば(Mo、Fe)B2、(Cr、Fe)B等の生成量が増加すると、ホウ化物を分散させる前の鋼に比べればヤング率は上昇するが、ホウ化物がTiのみの場合に比べ、比ヤング率向上効果が小さくなるためである。また、これらのホウ化物が増加すると、熱間加工性、鋳造性も低下して溶製法による製造が困難になるという問題も生じる。従って、Tiを主体とするホウ化物を主に分散させることにより、比重が小さい割に高いヤング率を有し、溶製法による製造がしやすい高剛性鋼を得ることができる。 Except for Fe, the borides to be generated are limited to elements of Group 4A, 5A, and 6A (including Fe as described above). This is because elemental borides have a high Young's modulus. In the present invention, the main component is particularly limited to TiB 2 which is a boride containing Ti. This is because TiB 2 exhibits a high Young's modulus, but has a much lower density than steel, and is therefore effective for obtaining a material having a high Young's modulus while reducing the weight. Therefore, in order to improve the specific Young's modulus, it is necessary to make boride containing Ti (TiB 2 ) 80% or more (volume ratio) of the boride to be generated. This is because the amount of borides other than Ti increases. For example, when the amount of (Mo, Fe) B 2 , (Cr, Fe) B, etc. increases, the Young's modulus increases compared to the steel before the boride is dispersed. However, this is because the specific Young's modulus improvement effect is smaller than when the boride is only Ti. Moreover, when these borides increase, the hot workability and castability will also fall and the problem that manufacture by a melting method will become difficult will also arise. Therefore, by mainly dispersing boride mainly composed of Ti, it is possible to obtain a high-rigidity steel having a high Young's modulus for a small specific gravity and easy to manufacture by a melting method.

なお、Feを含むホウ化物の生成を防止するには、生成させようとする4A族、5A族、6A族元素とBの添加量の比を調整して、過剰なBが存在しないような量とすれば良い。Bは4A族、5A族、6A族元素と優先的に結合するため、Bが過剰に存在する状態となった場合に、多量に存在するFeと結びついて、Feを含むホウ化物が生成するためである。例えば、TiB2を生成させる場合には、TiとBの配合比が原子比で1:2(質量比でTi/B=2.215)に近くなるようにすれば良い。これにより、Feを含むホウ化物の生成を防止することができる。 In order to prevent the formation of borides containing Fe, the ratio of the addition amount of the 4A group, 5A group, 6A group element and B to be generated is adjusted so that no excessive B exists. What should I do? B binds preferentially to 4A group, 5A group, and 6A group elements, so when B is in an excessively existing state, it is combined with a large amount of Fe to form a boride containing Fe. It is. For example, when TiB 2 is generated, the mixing ratio of Ti and B may be close to an atomic ratio of 1: 2 (mass ratio of Ti / B = 2.215). Thereby, the production | generation of the boride containing Fe can be prevented.

鋼中に分散させるホウ化物又はその複合化物の体積率を5〜25%に限定したのは、5%未満ではヤング率向上効果が十分に得られないためであり、多量に添加して25%超とした場合には、得られるヤング率は添加量が少ない場合に比べ上昇するが、均一に分散させることが困難となり、製品の場所によってヤング率の不均一が生じ、安定して高いヤング率を保証することが難しくなるためである。これに対し、粉末法の場合には、原料粉末をよく混合することにより、かなり均一にすることが可能であるので、溶製法に比べ有利である。また、溶製法では、ホウ化物を多量に添加した場合、熱間加工性が低下して、圧延、鍛造による所定形状への加工が困難になるという問題もある。従って、分散させるホウ化物量の上限を先願等で限定されている上限に比べ厳しく限定した。また、多量に添加するほどヤング率、強度が共に上昇するが、伸び、絞りは低下して熱間加工性が低下するので、注意が必要である。   The reason why the volume ratio of the boride dispersed in the steel or its composite is limited to 5 to 25% is that the Young's modulus improvement effect cannot be obtained sufficiently if it is less than 5%. If it is over, the resulting Young's modulus will be higher than when the amount added is small, but it will be difficult to disperse uniformly, resulting in non-uniform Young's modulus depending on the location of the product, stable high Young's modulus It is because it becomes difficult to guarantee. On the other hand, the powder method is more advantageous than the melting method because it can be made fairly uniform by mixing raw material powders well. In addition, in the melting method, when a large amount of boride is added, there is a problem that hot workability is lowered and it is difficult to process into a predetermined shape by rolling or forging. Therefore, the upper limit of the amount of boride to be dispersed was strictly limited as compared with the upper limit limited in the prior application. Further, although the Young's modulus and the strength are both increased as a large amount is added, it is necessary to pay attention because the elongation and drawing are lowered and the hot workability is lowered.

次に、請求項1に記載の発明の特徴は、C、Si、Mn、P、S、及びAlを含有し、残部Fe及び不可避的不純物元素からなるマトリックス相を有する鋼であって、
上記マトリックス相には、4A族元素、5A族元素、6A族元素及びFeを含むグループから選択される1種以上の元素を含むホウ化物又は/及びその複合化物を5〜25vol%分散させてなり、分散させた上記ホウ化物又は/及びその複合化物のうち体積率で80%以上がTiB2であり、
かつ、鋼全体を100%とした場合における上記マトリックス相のみに含まれる前記元素の含有率が、質量%で、C:0.20%以下、Si:0.10〜1.00%、Mn:0.20〜8.00%、P:0.045%以下、S:0.030%以下、Al:1.00%以下であることを特徴とする溶製法で製造可能な高剛性鋼にある。
以下にCを除く成分範囲限定理由について説明する。なお、本発明は溶製法による製造に適した鋼の提供が目的で、特定の用途に限定せず、多種類の用途に使用可能な鋼の提供を目的としているので、指定した成分範囲内の中で大きく特性が異なる範囲を含むことは勿論である。
なお、上記各元素の含有率は、マトリックス相のみに含まれる含有質量を、鋼全体の質量で割って算出したものであり、ホウ化物内の含有量は、上記含有率の計算には考慮に入れない。
Next, the feature of the invention described in claim 1 is steel that contains C, Si, Mn, P, S, and Al, and has a matrix phase composed of the balance Fe and unavoidable impurity elements,
In the matrix phase, boride containing at least one element selected from the group containing 4A group element, 5A group element, 6A group element and Fe and / or its complex is dispersed in an amount of 5 to 25 vol%. , 80% or more by volume of the dispersed boride or / and its composite is TiB 2 ,
And the content rate of the said element contained only in the said matrix phase when the whole steel is made into 100% is the mass%, C: 0.20% or less, Si: 0.10-1.00%, Mn: It is a high-rigidity steel that can be produced by a melting method characterized by 0.20 to 8.00%, P: 0.045% or less, S: 0.030% or less, and Al: 1.00% or less. .
The reason for limiting the component range excluding C will be described below. The present invention is intended to provide a steel suitable for production by a melting method, and is not limited to a specific application, but is intended to provide a steel that can be used for various types of applications. Of course, it includes a range having greatly different characteristics.
The content of each element is calculated by dividing the mass contained only in the matrix phase by the mass of the entire steel, and the content in the boride should be taken into account in the calculation of the content. does not enter.

Si:0.10〜1.00%、
Siは、鋳造時の溶鋼の流動性を確保するために、少量添加することが必要であり、最低でも0.10%以上の含有が必要である。望ましくは、0.30%以上とするのが良い。一方、多量に含有させると、凝固に際してTiを主体とする4A族、5A族、6A族元素のホウ化物が粗大化しやすくなり、さらにマトリックスを必要以上に硬化させるため、熱間加工性が低下して、圧延による製造が困難となるので、上限を1.00%とした。
Si: 0.10 to 1.00%,
Si needs to be added in a small amount in order to ensure the fluidity of the molten steel at the time of casting, and it must contain at least 0.10%. Desirably, it is good to set it as 0.30% or more. On the other hand, when contained in a large amount, boride of 4A group, 5A group, 6A group element mainly composed of Ti is easily coarsened during solidification, and the matrix is hardened more than necessary, so that hot workability is lowered. Therefore, since the production by rolling becomes difficult, the upper limit was made 1.00%.

Mn:0.20〜8.00%、
Mnは固溶強化によって強度向上に寄与する元素であり、最低でも0.20%以上含有させる必要がある。また、Mnは多量に添加するとマトリックスがオ−ステナイトとなって、鋼が非磁性となるので、非磁性であってヤング率の高い材料の提供も可能となる。しかしながら、多量に含有させると、熱間加工性が低下して、熱間圧延による製造が難しくなるので、上限を8.00%に限定した。
Mn: 0.20 to 8.00%
Mn is an element that contributes to strength improvement by solid solution strengthening, and must be contained at least 0.20% or more. Further, when Mn is added in a large amount, the matrix becomes austenite and the steel becomes nonmagnetic, so that it is possible to provide a nonmagnetic and high Young's modulus material. However, when it is contained in a large amount, the hot workability is lowered and the production by hot rolling becomes difficult, so the upper limit is limited to 8.00%.

P:0.045%以下、
Pは製造上含有が避けられない不純物として鋼中に存在するが、多量に存在すると、製造した鋼の靭性が低下し、かつ熱間加工性も低下するので、上限を0.045%に限定した。
P: 0.045% or less,
P is present in steel as an unavoidable impurity in production, but if present in a large amount, the toughness of the produced steel is lowered and hot workability is also lowered, so the upper limit is limited to 0.045%. did.

S:0.030%以下、
Sは、被削性向上に効果のある元素であるが、増量すると熱間加工性が著しく低下するため、上限を0.030%とした。
S: 0.030% or less,
S is an element effective in improving the machinability, but when the amount is increased, the hot workability is remarkably lowered, so the upper limit was made 0.030%.

Al:1.00%以下、
Alは脱酸のために必要な元素であり、結晶粒微細化に効果のある元素でもある。また、窒化処理を行う場合には、窒化層硬さ向上に効果があるため、少量含有させることができる。しかしながら、多量に含有させると凝固に際してTiを主体とする4A族、5A族、6A族元素のホウ化物が粗大化しやすくなり、かつマトリックスを必要以上に硬化させて機械的性質が低下するため、上限を1.00%とした。
Al: 1.00% or less,
Al is an element necessary for deoxidation, and is also an element effective for crystal grain refinement. Further, when nitriding is performed, it is effective for improving the hardness of the nitrided layer, so that it can be contained in a small amount. However, if contained in a large amount, the boride of the 4A group, 5A group, and 6A group elements mainly composed of Ti is easily coarsened during solidification, and the matrix is hardened more than necessary, so that the mechanical properties are lowered. Was 1.00%.

次に請求項2の発明は、使用する様々な用途によって要求される特性に合わせ、必要に応じて添加でき、かつ溶製法で製造可能な成分範囲を明確にしたものである。具体的には、C、Si、Mn、P、S及びAlを含有し、さらにNi、Cr、Mo、V、Alのうちの1種又は2種以上の任意元素を含有し、残部Fe及び不可避的不純物元素からなるマトリックス相を有する鋼であって、
上記マトリックス相には、4A族元素、5A族元素、6A族元素及びFeを含むグループから選択される1種以上の元素を含むホウ化物又は/及びその複合化を5〜25vol%分散させてなり、分散させた上記ホウ化物又は/及びその複合化物のうち体積率で80%以上がTiB2であり、
かつ、鋼全体を100%とした場合における上記マトリックス相のみに含まれる前記元素の含有率が、質量%で、C:0.20%以下、Si:0.10〜1.00%、Mn:0.20〜8.00%、P:0.045%以下、S:0.030%以下、Al:1.00%以下であり、かつ上記任意元素を含有する場合の含有率は、質量%でNi:14.00%以下、Cr:28.00%以下、Mo:4.00%以下、V:1.00%以下、Nb:1.00%以下であることを特徴とする溶製法で製造可能な高剛性鋼にある。
以下、任意添加元素のそれぞれの成分の限定理由について説明する。他成分の限定理由については、前記した通りである。
Next, the invention of claim 2 clarifies the component range that can be added as necessary and can be produced by a melting method in accordance with characteristics required by various uses to be used. Specifically, it contains C, Si, Mn, P, S, and Al, and further contains one or more optional elements of Ni, Cr, Mo, V, and Al, with the balance being Fe and inevitable. Steel having a matrix phase composed of mechanical impurity elements,
In the matrix phase, boride containing one or more elements selected from the group containing 4A group element, 5A group element, 6A group element and Fe, and / or its complex is dispersed in an amount of 5 to 25 vol%. , 80% or more by volume of the dispersed boride or / and its composite is TiB 2 ,
And the content rate of the said element contained only in the said matrix phase when the whole steel is made into 100% is the mass%, C: 0.20% or less, Si: 0.10-1.00%, Mn: When the content is 0.20 to 8.00%, P: 0.045% or less, S: 0.030% or less, Al: 1.00% or less, and the above-mentioned optional element is contained, Ni: 14.00% or less, Cr: 28.00% or less, Mo: 4.00% or less, V: 1.00% or less, and Nb: 1.00% or less. It is in high-stiffness steel that can be manufactured.
Hereinafter, the reason for limitation of each component of an arbitrary addition element is demonstrated. The reasons for limiting the other components are as described above.

Ni:14.00%以下、
Niは、少量添加した場合(概ね5%以下)には、低合金鋼の焼入性、靭性の向上に効果があり、またマトリックスがステンレス鋼である場合においては、ステンレス鋼の基本元素として耐食性改善のために効果のある元素である。Niを多量添加した場合には、組織がオ−ステナイト化するため、得られる鋼を非磁性とすることもできる。しかしながら、多量に添加すると熱間加工性が低下して熱間圧延が難しくなるので、上限を14.00%とした。
Ni: 14.00% or less,
When Ni is added in a small amount (approximately 5% or less), it is effective in improving the hardenability and toughness of the low alloy steel. When the matrix is stainless steel, corrosion resistance is a basic element of stainless steel. It is an effective element for improvement. When a large amount of Ni is added, the structure is austenitized, so that the obtained steel can be made nonmagnetic. However, if it is added in a large amount, the hot workability decreases and hot rolling becomes difficult, so the upper limit was made 14.00%.

Cr:28.00%以下、
Crは、低合金鋼においては窒化処理する場合の窒化性向上のため必要な元素であり、ステンレス鋼においては、優れた耐食性を確保するための基本元素となるので、必要に応じて適切な量を添加することができる。そして、その必要な添加量は狙いとする目的によって大きく異なり、目的によっては不純物レベルに近い少量でも良い場合もあるので、下限値は特に限定しない。しかしながら、添加量を多くした場合には、圧延後の冷却中に割れが発生しやすくなり、不純物元素として含有するP、Sの存在による熱間加工性への悪影響も顕著となるため、上限を28.00%とした。
Cr: 28.00% or less,
Cr is an element necessary for improving nitriding properties when nitriding in low-alloy steels. In stainless steel, it is a basic element for ensuring excellent corrosion resistance. Can be added. The required amount of addition varies greatly depending on the intended purpose, and depending on the purpose, a small amount close to the impurity level may be sufficient, so the lower limit is not particularly limited. However, when the addition amount is increased, cracks are likely to occur during cooling after rolling, and the adverse effect on hot workability due to the presence of P and S contained as impurity elements becomes significant, so the upper limit is set. It was 28.00%.

Mo:4.00%以下、
Moは、一般にマトリックスの固溶強化に効果があるとともに、ステンレス鋼において、耐食性向上のために必要な元素である。そして、その必要な添加量は、Crと同様に狙いとする目的によって大きく異なり、場合によっては不純物に近い少量でも良い場合があるので、下限値は特に限定しない。但し、多量に含有させても得られる効果が飽和し、コスト高となるだけであるので、上限を4.00%とした。
Mo: 4.00% or less,
Mo is generally effective for solid solution strengthening of the matrix, and is an element necessary for improving corrosion resistance in stainless steel. Further, the necessary addition amount varies greatly depending on the intended purpose, similarly to Cr, and in some cases, a small amount close to impurities may be sufficient, so the lower limit value is not particularly limited. However, since the effect obtained even if it is contained in a large amount only saturates and increases the cost, the upper limit was made 4.00%.

V:1.00%以下、
Vは、窒化処理をした場合における窒化層硬さ向上効果を得ることができる元素であり、必要に応じて少量添加することができる。但し、多量に含有させても効果が飽和し、コスト高となるので、上限を1.00%とした。
V: 1.00% or less,
V is an element that can obtain the effect of improving the hardness of the nitrided layer when nitriding is performed, and can be added in a small amount as necessary. However, even if it is contained in a large amount, the effect is saturated and the cost is increased, so the upper limit was made 1.00%.

Nb:1.00%以下、
Nbは、一般にマトリックスの固溶強化の効果がある。従って、必要に応じて少量添加することができるが、多量の添加は効果が飽和し、コスト高となるので、上限を1.00%とした。
Nb: 1.00% or less,
Nb generally has an effect of strengthening the solid solution of the matrix. Accordingly, a small amount can be added if necessary, but since the effect is saturated and the cost increases due to the addition of a large amount, the upper limit was made 1.00%.

なお、以上説明した多くの元素において下限値を明確にしていないのは、本発明が既に出願公開されている他の多くの合金特許とは異なり、特定の用途に使用することを前提に開発された発明でなく、あくまでも溶製法で製造可能な高剛性鋼の範囲を明確にすることを目的としているためである。すなわち、Crの限定理由の箇所でも説明したように、用途によって最適な添加量は大きく異なり、用途によっては不純物量に近い少量の添加ですむ場合があるからである。   The lower limit value is not clarified in many of the elements described above, which is developed on the assumption that the present invention is used for a specific application, unlike many other alloy patents whose applications have already been published. This is because it aims to clarify the range of high-rigidity steel that can be manufactured by the melting method, not just the invention. That is, as explained in the section on the reason for limiting Cr, the optimum addition amount varies greatly depending on the use, and depending on the use, a small amount of addition close to the impurity amount may be required.

次に、請求項3、4に記載の発明は、請求項1、2の発明で示した溶製法で製造可能な高剛性鋼に適用できるマトリックス相の成分にさらにCuを0.5〜3.5%添加して強度の向上を図ろうとするものである。
具体的には、請求項4の発明は、C、Si、Mn、P、S、Al及びCuを含有し、残部Fe及び不可避的不純物元素からなるマトリックス相を有する鋼であって、
上記マトリックス相には、4A族元素、5A族元素、6A族元素及びFeを含むグループから選択される1種以上の元素を含むホウ化物又は/及びその複合化物を5〜25vol%分散させてなり、分散させた上記ホウ化物又は/及びその複合化物のうち体積率で80%以上がTiB2であり、
かつ、鋼全体を100%とした場合における上記マトリックス相のみに含まれる前記元素の含有率が、質量%で、C:0.20%以下、Si:0.10〜1.00%、Mn:0.20〜8.00%、P:0.045%以下、S:0.030%以下、Al:1.00%以下、Cu:0.5〜3.5%であることを特徴とする溶製法で製造可能な高剛性鋼にある。
Next, according to the third and fourth aspects of the present invention, Cu is further added to the component of the matrix phase applicable to the high-rigidity steel that can be produced by the melting method shown in the first and second aspects of the invention. It is intended to improve the strength by adding 5%.
Specifically, the invention of claim 4 is a steel containing C, Si, Mn, P, S, Al and Cu and having a matrix phase composed of the balance Fe and inevitable impurity elements,
In the matrix phase, boride containing at least one element selected from the group containing 4A group element, 5A group element, 6A group element and Fe and / or its complex is dispersed in an amount of 5 to 25 vol%. , 80% or more by volume of the dispersed boride or / and its composite is TiB 2 ,
And the content rate of the said element contained only in the said matrix phase when the whole steel is made into 100% is the mass%, C: 0.20% or less, Si: 0.10-1.00%, Mn: 0.20 to 8.00%, P: 0.045% or less, S: 0.030% or less, Al: 1.00% or less, Cu: 0.5 to 3.5% It is a high-rigidity steel that can be manufactured by melting.

また、請求項4の発明は、C、Si、Mn、P、S、Al及びCuを含有し、さらにNi、Cr、Mo、V、Alのうちの1種又は2種以上の任意元素を含有し、残部Fe及び不可避的不純物元素からなる鋼をマトリックス相に用いた鋼であって、
上記マトリックス相には、4A族元素、5A族元素、6A族元素及びFeを含むグループから選択される1種以上の元素を含むホウ化物又は/及びその複合化物を5〜25vol%分散させてなり、分散させた上記ホウ化物又は/及びその複合化物のうち体積率で80%以上がTiB2であり、
かつ、鋼全体を100%とした場合における上記マトリックス相のみに含まれる前記元素の含有率が、質量%で、C:0.20%以下、Si:0.10〜1.00%、Mn:0.20〜8.00%、P:0.045%以下、S:0.030%以下、Al:1.00%以下、Cu:0.5〜3.5%であり、かつ上記任意元素を含有する場合の含有率は、質量%でNi:14.00%以下、Cr:28.00%以下、Mo:4.00%以下、V:1.00%以下、Nb:1.00%以下であることを特徴とする溶製法で製造可能な高剛性鋼にある。
The invention of claim 4 contains C, Si, Mn, P, S, Al and Cu, and further contains one or more optional elements of Ni, Cr, Mo, V and Al. And steel using the balance Fe and inevitable impurity elements in the matrix phase,
In the matrix phase, boride containing at least one element selected from the group containing 4A group element, 5A group element, 6A group element and Fe and / or its complex is dispersed in an amount of 5 to 25 vol%. , 80% or more by volume of the dispersed boride or / and its composite is TiB 2 ,
And the content rate of the said element contained only in the said matrix phase when the whole steel is made into 100% is the mass%, C: 0.20% or less, Si: 0.10-1.00%, Mn: 0.20 to 8.00%, P: 0.045% or less, S: 0.030% or less, Al: 1.00% or less, Cu: 0.5 to 3.5%, and the above optional elements In the case of containing Ni, the content is Ni: 14.00% or less, Cr: 28.00% or less, Mo: 4.00% or less, V: 1.00% or less, Nb: 1.00% by mass%. It is a high-rigidity steel that can be produced by a melting method characterized by the following.

前記した通り、本発明はホウ化物を分散させることにより、高いヤング率を確保しているが、ホウ化物生成を目的として添加した元素が溶鋼中の炭素と結合すると、ヤング率向上効果が小さくなる。そのため、本発明では、マトリックス相の炭素含有率の上限を0.20%に制限して、ヤング率向上効果への悪影響が大きくならないようにしている。   As described above, the present invention secures a high Young's modulus by dispersing boride, but when the element added for the purpose of boride formation is combined with carbon in the molten steel, the Young's modulus improving effect is reduced. . Therefore, in the present invention, the upper limit of the carbon content of the matrix phase is limited to 0.20% so that the adverse effect on the Young's modulus improvement effect is not increased.

しかしながら、Cは侵入型元素として鋼中に固溶し、固溶強化によって鋼の強度向上に最も効果の大きい元素であり、Cの固溶強化による強度向上が図れないとすると、適用する部品によっては十分な強度を確保できない場合が生じる。本発明鋼は、ホウ化物を分散させることによって分散させる前に比べかなり高強度化を図ることができるが、その効果のみで不十分な場合には、Cuを添加して析出強化させることにより、さらなる高強度化が可能であることを見出したものである。以下、Cuの成分範囲限定理由について説明する。他成分の限定理由については、前記した通りである。   However, C dissolves in steel as an interstitial element and is the most effective element for improving the strength of steel by solid solution strengthening. If the strength cannot be improved by solid solution strengthening of C, May not be able to secure sufficient strength. The steel of the present invention can achieve a considerably higher strength than before being dispersed by dispersing the boride, but when the effect alone is insufficient, by adding Cu to enhance precipitation, It has been found that the strength can be further increased. Hereinafter, the reasons for limiting the Cu component range will be described. The reasons for limiting the other components are as described above.

Cu:0.5〜3.5%、
Cuは、析出強化により強度を向上できる効果があり、Cによる固溶強化が期待できない本発明の強度不足の問題を解決するために必要な元素である。そして、部品毎に要求される強度に合わせて必要量添加することができる。下限を0.5%としたのは、0.5%未満では添加しない場合と比較して明確な効果が得られないからである。一方、多量に添加しすぎると、熱間加工性が低下するとともに、圧延材等に表面疵が発生しやすくなり、製造が難しくなるので、上限を3.5%とした。
Cu: 0.5 to 3.5%,
Cu has an effect of improving the strength by precipitation strengthening, and is an element necessary for solving the problem of insufficient strength of the present invention in which solid solution strengthening due to C cannot be expected. And a required amount can be added according to the intensity | strength requested | required for every components. The reason why the lower limit is set to 0.5% is that if it is less than 0.5%, a clear effect cannot be obtained as compared with the case where it is not added. On the other hand, when too much is added, hot workability is deteriorated and surface flaws are likely to occur in the rolled material and the production becomes difficult, so the upper limit was made 3.5%.

なお、Cuの析出硬化による強度向上効果を十分に得るためには、析出硬化させるための熱処理が必要となる。具体的には、450〜650℃で2〜10時間加熱保持することにより、強度の向上を図ることができる。   In order to sufficiently obtain the effect of improving the strength by precipitation hardening of Cu, heat treatment for precipitation hardening is required. Specifically, the strength can be improved by heating and holding at 450 to 650 ° C. for 2 to 10 hours.

次に、請求項5の発明は、本発明である高剛性鋼の製造方法に関するものである。即ち、気圧が250Pa以下の閉空間の中でマトリックス相となる鋼の原料を溶解すると共に、4A族元素、5A族元素、及び6A族元素を含むグループから選択される1種以上の元素を含むホウ化物又は/及びその複合化物を最終的に得られるマトリックス相中に分散させるための第一原料であるBを含む合金を溶解し、
最後に、上記ホウ化物又は/及びその複合化物を最終的に得られるマトリックス相中に分散させるための第二原料である4A族元素、5A族元素、及び6A族元素を含むグループから選択される1種以上の元素を含む合金を添加し、溶解させた後、鋳型内に鋳造することを特徴とする高剛性鋼の製造方法である。
Next, invention of Claim 5 is related with the manufacturing method of the highly rigid steel which is this invention. That is, the steel raw material that becomes a matrix phase is melted in a closed space having an atmospheric pressure of 250 Pa or less, and at least one element selected from the group including a group 4A element, a group 5A element, and a group 6A element is included. Melting an alloy containing B as a first raw material for dispersing boride or / and its composite in the finally obtained matrix phase;
Finally, it is selected from the group including the 4A group element, 5A group element, and 6A group element which are the second raw materials for dispersing the boride or / and its composite in the finally obtained matrix phase. An alloy containing one or more elements is added, dissolved, and then cast into a mold.

本発明による高剛性鋼は、真空誘導溶解炉等の減圧した閉空間内で溶解することのできる炉を用いて原料を溶解することにより製造する。具体的には、閉空間内の気圧を250Pa(約1.9torr)以下とする。気圧の上限を250Paとしたのは、溶鋼表面が大気と接触すると、大気との接触面において酸化膜が生成され、鋳型内への注湯が難しくなるからである。   The high-rigidity steel according to the present invention is manufactured by melting raw materials using a furnace that can be melted in a closed space such as a vacuum induction melting furnace. Specifically, the atmospheric pressure in the closed space is set to 250 Pa (about 1.9 torr) or less. The reason why the upper limit of the atmospheric pressure is set to 250 Pa is that when the surface of the molten steel comes into contact with the atmosphere, an oxide film is generated on the contact surface with the atmosphere, making it difficult to pour molten metal into the mold.

すなわち、本発明の成分からなる溶湯は当然のごとく多量のTiを含有しており、大気と接触するとTiの酸化物が生成する。このTi酸化物は鋼に比べ融点が高いため、固体状態の酸化膜が生成される。このような固体の膜が存在した状態で溶鋼を注湯しようとして溶鋼の入った取鍋を傾動させても、期待通りに鋳型内へ溶鋼が流れないという問題がある。一方、この酸化膜を溶解させようとすると、通常の鋼の溶解温度よりもかなり高温に上げなくてはならず、エネルギーを浪費するとともに、温度を上げて溶解できたとしても製造された鋼は酸化物系介在物を多く含んだ状態となるため、結果として様々な特性が低下するという問題が生じる。   That is, the molten metal composed of the components of the present invention naturally contains a large amount of Ti, and when it comes into contact with the atmosphere, an oxide of Ti is generated. Since this Ti oxide has a higher melting point than steel, a solid oxide film is produced. Even if the ladle containing the molten steel is tilted in an attempt to pour the molten steel in a state where such a solid film exists, there is a problem that the molten steel does not flow into the mold as expected. On the other hand, if this oxide film is to be melted, it must be raised to a temperature considerably higher than the melting temperature of ordinary steel, and energy is wasted. Since a large amount of oxide inclusions is contained, there arises a problem that various characteristics are deteriorated as a result.

また、傾動させずに取鍋の下部から注湯しようとした場合でも、酸化膜の存在が障害となって、鋳造効率が著しく低下し、注湯終了までの温度低下が大きくなってしまうという問題がある。従って、このような鋳造時の障害となる酸化膜生成を防止するため、溶解する雰囲気の気圧を250Pa以下に限定することとした。   Also, even when trying to pour from the bottom of the ladle without tilting, the presence of the oxide film becomes an obstacle, the casting efficiency is remarkably lowered, and the temperature drop until the end of pouring is increased. There is. Therefore, in order to prevent the formation of an oxide film that becomes an obstacle during casting, the atmospheric pressure of the melting atmosphere is limited to 250 Pa or less.

また、マトリックスとなる鋼の原料、およびホウ化物の第一原料であるBを多く含む合金を溶解し、最後に第二原料である分散させたい4A族元素、5A族元素、6A族元素を多く含む合金を添加するのは、ひとつにはマトリックスとなる鋼を先に製造することにより、品質の安定した鋼を製造可能とするため、ふたつには鉄−ホウ素系に存在する比較的低温の共晶反応を利用して、容易かつ低エネルギーで溶解させるためである。さらには、特に最後にTiを多く含む合金を添加する場合、最終添加から出湯までの時間を短縮して、Tiの酸化物が生成することをできるだけ、抑制するねらいもある。   Also, the steel material used as the matrix and the alloy containing a large amount of B which is the first material of boride are dissolved, and finally the 4A group element, 5A group element and 6A group element which are the second material to be dispersed are increased. One of the reasons for adding the alloy is to produce a stable steel by producing the matrix steel first, so that the two are relatively low temperature co-existing in the iron-boron system. This is because the crystallization reaction is used for easy and low energy dissolution. Furthermore, when an alloy containing a large amount of Ti is added at the end, the time from the final addition to the hot water is shortened to suppress the generation of Ti oxide as much as possible.

なお、前述した通り、Feを含むホウ化物の生成を抑制するためには、Bが過剰とならないようにBと生成させたい4A族、5A族、6A族の元素の配合比を調整することが必要である。
また、第一原料であるBを多く含む合金としてはフェロボロンを使用すると良い。さらに、第二原料としては、本発明では分散させるホウ化物の主体をTiB2としているので、スポンジチタン、チタンスクラップ等を使用すると良い。その他の4A族、5A族、6A族元素を分散させる場合には、金属モリブデン等の純金属、分散させたい元素を多く含む合金鉄等を使用することができる。
また、TiB2を微細に晶出させるためには、その核となるTiCを優先的に晶出させなければならない。このため、鋳型内での冷却速度を適切に調整する必要があり、具体的には10K/分より遅い速度とすることが好ましい。
As described above, in order to suppress the formation of boride containing Fe, it is possible to adjust the compounding ratio of the elements of Group 4A, Group 5A, and Group 6A to be generated so that B does not become excessive. is necessary.
Further, ferroboron may be used as an alloy containing a large amount of B as the first raw material. Further, as the second raw material, TiB 2 is mainly used for the boride to be dispersed in the present invention, so it is preferable to use sponge titanium, titanium scrap or the like. When other 4A group, 5A group, and 6A group elements are dispersed, pure metal such as metallic molybdenum, alloy iron containing a large amount of elements to be dispersed, or the like can be used.
Further, in order to crystallize TiB 2 finely, TiC as the nucleus must be crystallized preferentially. For this reason, it is necessary to appropriately adjust the cooling rate in the mold, and specifically, it is preferable to set the rate slower than 10 K / min.

最後に本発明による高剛性鋼の熱処理方法について説明する。
本発明の高剛性鋼は、以上説明した通り、使用する用途に合わせてマトリックス相の成分を広範囲に調整することができる。そして、熱処理はマトリックス相の鋼種に合わせて、従来から行われている熱処理(例えばマトリックス相がオ−ステナイト系ステンレス鋼である場合には、1000℃程度での固溶化熱処理)を行えば良い。それにより、狙いとする特性を得ることができる。
Finally, the heat treatment method for high-rigidity steel according to the present invention will be described.
As described above, the high-rigidity steel of the present invention can adjust the components of the matrix phase in a wide range according to the intended use. Then, the heat treatment may be performed according to the steel type of the matrix phase as conventionally performed (for example, when the matrix phase is austenitic stainless steel, solution heat treatment at about 1000 ° C.). Thereby, the target characteristic can be obtained.

また、Cuが添加されている場合には、Cuを十分固溶させる熱処理(ステンレス鋼において通常行われている固溶化熱処理、あるいは焼入焼もどしされる鋼では、焼入時の温度調整でCuを十分に固溶させる。)を行った後に、前述の析出硬化熱処理を行うことによって、強度向上を図ることができる。   In addition, when Cu is added, heat treatment for sufficiently dissolving Cu (in the case of a solution heat treatment usually performed in stainless steel, or in steel that is quenched and tempered, the temperature is adjusted at the time of quenching. Can be sufficiently dissolved, and then the above precipitation hardening heat treatment can be performed to improve the strength.

なお、低合金鋼等の焼もどし等で、前述のCuの析出硬化処理と温度範囲の重複する熱処理を行う場合は、この熱処理によって、通常の熱処理効果を得るとともにCuの析出硬化処理も兼ねることができる。   In addition, when performing heat treatment that overlaps the above-mentioned Cu precipitation hardening treatment with a temperature range by tempering low alloy steel, etc., this heat treatment can obtain a normal heat treatment effect and also serve as Cu precipitation hardening treatment. Can do.

(実施例1)
次に本発明により得られる効果を実施例により明らかにする。表1〜表4に本例で用いた供試材の化学成分を示す。このうち、1〜19鋼は、本発明で規定している成分範囲及び溶解時の雰囲気圧の条件を満足する鋼であり、20〜32鋼は、一部の成分又は溶解時の雰囲気圧が本発明の条件を満足しない比較例である。なお、表1〜表4に記載のOは、請求の範囲に記載していないが不純物として含有するので、その実績値を示したものである。
Example 1
Next, the effects obtained by the present invention will be clarified by examples. Tables 1 to 4 show the chemical components of the test materials used in this example. Among these, 1-19 steel is steel which satisfies the conditions of the component range prescribed | regulated by this invention, and the conditions of the atmospheric pressure at the time of melt | dissolution, and 20-32 steel has the atmospheric pressure at the time of a one part component or melt | dissolving. It is a comparative example which does not satisfy the conditions of the present invention. In addition, although O described in Tables 1 to 4 is not described in the claims but is contained as an impurity, it shows the actual value.

溶解は真空誘導溶解炉を用い、一部の比較例を除き、250Pa以下の雰囲気圧に調整された閉空間内で行った。そして、最初にマトリックスとなる鋼の原料とBを多く含む合金(第一原料)としてフェロボロンを添加して溶製し、最後に分散させたい4A族、5A族、6A族元素を多く含む合金(第二原料)として、分散させるホウ化物がTiB2のみの場合はスポンジチタンを、TiB2以外のホウ化物も同時に分散させる場合には、分散させる4A族、5A族、6A族元素を含む純金属を必要量添加して、狙いとする量のホウ化物を分散させたものである。 Melting was performed in a closed space adjusted to an atmospheric pressure of 250 Pa or less, except for some comparative examples, using a vacuum induction melting furnace. First, an alloy containing a large amount of elements of Group 4A, Group 5A, and Group 6A to be dispersed by adding ferroboron as an alloy containing a large amount of B and a steel material (first material). As the second raw material), if the boride to be dispersed is only TiB 2 , the sponge titanium is dispersed. If the boride other than TiB 2 is also dispersed at the same time, the pure metal containing the 4A group, 5A group and 6A group elements to be dispersed is used. Is added, and a desired amount of boride is dispersed.

Figure 0004213022
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表1〜表4に示す成分からなる供試鋼は、得られた鋼塊を試験片が作成しやすい径に鍛伸し、表5に示す熱処理条件のうち、それぞれのマトリックス相の成分に適した条件(選択した条件は後述の表6に示す。)で熱処理し、所定形状に機械加工して試験を行った。以下、行った試験方法について説明する。   The test steels composed of the components shown in Tables 1 to 4 forge the obtained steel ingot to a diameter that makes it easy to create a test piece, and are suitable for each matrix phase component among the heat treatment conditions shown in Table 5. The samples were heat-treated under the conditions (selected conditions are shown in Table 6 below), machined into a predetermined shape, and tested. Hereinafter, the test method performed will be described.

Figure 0004213022
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ヤング率は、φ15に鍛伸した供試材の中心部より、1×2×11.2mmの角棒を作成し、水晶振動子を用いた複合振動子法により測定した。なお、水晶振動子の共振周波数は110.25kHzである。   The Young's modulus was measured by preparing a square bar of 1 × 2 × 11.2 mm from the center portion of the specimen forged to φ15, and measuring it by a composite vibrator method using a crystal vibrator. The resonance frequency of the crystal resonator is 110.25 kHz.

鋳造性は、実際に真空誘導溶解炉にてそれぞれの鋼を溶解した後、鋳型に鋳造した際の状況を観察し、その結果により評価した。具体的には、ホウ化物を分散させていない通常鋼と同等で、何ら問題のなかった場合を◎、◎の場合に比べ若干流動性が劣るが、鋳造作業に大きな影響がなかった場合を○、鋳造はできたが、流動性が大きく低下し、炉体に鋼が多量に付着し、鋳造作業にかなり支障があり、生産性が大幅に低下した場合を△、鋳造性が極端に低下し、炉体を傾動させても正常な鋳造作業が実施できなかった場合を×で後述の表6に示した。なお、鋳造作業の実施ができなかったものは、炉体内に凝固した材料を取出し、他の評価を実施した。   Castability was evaluated by observing the situation when each steel was actually melted in a vacuum induction melting furnace and then cast into a mold, and the result was evaluated. Specifically, it is equivalent to ordinary steel without boride dispersed, and when there is no problem, ◎, fluidity is slightly inferior to ◎, but there is no significant influence on casting work ○ Although casting was possible, the fluidity was greatly reduced, and a large amount of steel adhered to the furnace body, which significantly hindered the casting operation, and the productivity dropped significantly. The case where normal casting work could not be carried out even if the furnace body was tilted was shown in Table 6 below. For those that could not carry out the casting operation, the solidified material was taken out into the furnace and subjected to other evaluations.

熱間加工性は、鍛伸材より平行部寸法がφ8×50mmの試験片を作成し、所定の温度まで100秒で昇温し、60秒温度保持した後に50mm/秒の速度で引っ張って破断させ、破断部の絞り率を測定することにより評価した。そして、1000〜1100℃の温度範囲において、絞り率が90%以上の場合を◎、80〜90%未満のものを○、70〜80%未満のものを△、70%未満のものを×で後述の表6に示した。   For hot workability, a test piece having a parallel part size of φ8 × 50 mm was prepared from a forged material, heated to a predetermined temperature in 100 seconds, held at the temperature for 60 seconds, and then pulled at a speed of 50 mm / second to break. And evaluated by measuring the squeezing rate of the fractured portion. And in the temperature range of 1000 to 1100 ° C., when the drawing ratio is 90% or more, ◎, 80 to less than 90% ○, 70 to less than 80% Δ, and less than 70% × This is shown in Table 6 below.

Figure 0004213022
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表6から明らかなように、本発明鋼である1〜19鋼は、ヤング率が235〜273GPaと通常鉄合金の約200GPaに比べ高いヤング率を確保するとともに、実生産に問題のない鋳造性と熱間加工性を示すことがわかる。それに対し、比較例である20〜32鋼は、一部の条件が本発明で指定した条件を満足していないため、ヤング率、鋳造性、熱間加工性のうちのいずれかが低下したものである。具体的には、20、30鋼は、C含有率が高いため、TiCが生成してヤング率向上効果が低下するとともに、鋳造性、熱間加工性が低下したものであり、21鋼は、溶解時の気圧が高すぎるため、酸化膜が生成して鋳造性が低下したものであり、22、23鋼は、それぞれCu又はSi含有率が高いため熱間加工性が低下したものであり、24鋼は多量のTiホウ化物を分散させようとしたが、均一な鋼塊を製造することができず、ヤング率が部位により一定でない鋼塊となり(ヤング率が一定でないため、表6にヤング率測定結果は示していない。)、かつ鋳造性、熱間加工性が大幅に低下したものであり、25鋼はホウ化物の添加量が少ないため、ヤング率向上効果が十分に得られなかったものであり、26〜29鋼は、それぞれMn、Ni、P、Sの含有率が高いため、熱間加工性が低下したものである。また、31〜33鋼はTi以外のホウ化物を15、16鋼に比べ増量したものであるが、増量した割に15、16鋼に比べたヤング率向上効果は小さく、かつ鋳造性、熱間加工性が低下したものである。   As is apparent from Table 6, the steels 1 to 19 of the present invention have a Young's modulus of 235 to 273 GPa and a high Young's modulus as compared with about 200 GPa of a normal iron alloy, and there is no problem in actual production. It can be seen that it exhibits hot workability. On the other hand, steels 20 to 32, which are comparative examples, are those in which any of the Young's modulus, castability, and hot workability is lowered because some conditions do not satisfy the conditions specified in the present invention. It is. Specifically, Steel Nos. 20 and 30 have a high C content, so TiC is generated and the Young's modulus improvement effect is reduced, and castability and hot workability are reduced. Since the atmospheric pressure at the time of dissolution is too high, an oxide film is generated and castability is lowered, and steels 22 and 23 are those in which hot workability is lowered due to high Cu or Si content, Steel No. 24 tried to disperse a large amount of Ti boride, but it could not produce a uniform steel ingot, and the Young's modulus was not constant depending on the part. The rate measurement results are not shown.) And castability and hot workability are greatly reduced, and 25 steel has a small amount of added boride, so the Young's modulus improvement effect could not be sufficiently obtained. 26-29 steel is Mn Ni, since P, the content of S higher, in which hot workability is lowered. In addition, the steels 31 to 33 are borides other than Ti, which are increased compared to the 15 and 16 steels. However, the increased Young's modulus compared to the 15 and 16 steels is small, and the castability and hotness are small. The workability is reduced.

このように、溶製法での製造を可能にするには、かなりの制約条件があるが、本発明で示した範囲内で製造することにより、溶製法による製造を可能にして、従来の焼結による高剛性鋼に比べコストの大幅低下を達成することが可能となる。   As described above, there are considerable restrictions on enabling the production by the melting method, but the production within the range shown in the present invention enables the production by the melting method, and the conventional sintering. It is possible to achieve a significant cost reduction compared to the high rigidity steel.

次に本発明による高剛性鋼により得られる強度を説明する別の実施例を示す。前記実施例で使用した供試材のうち、1、2、4〜8、11、13、14、19鋼についてφ8×55mmの平行部を有する引張試験片を作成し、引張速度2mm/分で引張試験を実施し、0.2%耐力と引張強度を測定した。なお、ホウ化物を分散させたことによる強度変化を正確に把握するために、1、4、6、11、19鋼についてはホウ化物を添加する前のベース鋼(すなわちマトリックス相のみ)も同時に引張強度を測定した。結果を表7に示す。   Next, another embodiment for explaining the strength obtained by the high-rigidity steel according to the present invention will be shown. Among the test materials used in the above examples, 1, 2, 4-8, 11, 13, 14, 19 steel, tensile test pieces having a parallel portion of φ8 × 55 mm were prepared, and the tensile speed was 2 mm / min. A tensile test was performed to measure 0.2% proof stress and tensile strength. In addition, in order to accurately grasp the strength change due to the dispersion of boride, the base steel before adding boride (that is, only the matrix phase) is simultaneously pulled for steels 1, 4, 6, 11, 19 The strength was measured. The results are shown in Table 7.

Figure 0004213022
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表7から明らかなように、ホウ化物を分散させることによりヤング率が向上するだけでなく強度も上昇すること、Cuを添加して時効処理を行った場合にはさらに強度が上昇すること、Mo、Mnの増量によっても強度が上昇することがわかる。このように、本発明による高剛性鋼はホウ化物を分散させたり、Cu、Mo、Mn等を添加する等の方法でヤング率、強度を共に上昇させることができるので、部品として使用した際に大きな軽量化効果が期待できるものである。   As is apparent from Table 7, not only the Young's modulus is improved but also the strength is increased by dispersing the boride, and the strength is further increased when Cu is added to perform aging treatment. It can be seen that the strength is increased by increasing the amount of Mn. As described above, the high-rigidity steel according to the present invention can increase the Young's modulus and strength by a method such as dispersing boride or adding Cu, Mo, Mn, etc. A great lightening effect can be expected.

以上静的強度についての評価結果について示したが、自動車等の部品は長期間繰り返し変動応力が負荷されるものが多く、疲労強度についても優れていることが要求される。そこで、前記した本発明鋼の供試材のうち、1、2、4〜6、8鋼と1、6鋼のホウ化物を添加する前のベース鋼(すなわちマトリックス相のみ)の鋼について平行部φ8の試験片で回転曲げ疲労試験(平滑)を実施し、107回転での疲労強度を求めることにより、疲労特性について評価した。なお、4、5、8鋼は1、2、6鋼にCuを添加した鋼に相当しており、この結果よりCuを添加して析出強化を図ったことによる疲労強度向上効果を正確に把握することができる。結果を表8に示す。   Although the evaluation results for static strength have been described above, parts such as automobiles are often subjected to repeated stress for a long period of time and are required to have excellent fatigue strength. Therefore, among the test materials of the steel of the present invention described above, the parallel parts of the steels of the base steel (that is, only the matrix phase) before adding boride of steels 1, 2, 4-6, 8 and 1 and 6 A rotating bending fatigue test (smooth) was performed on a φ8 specimen, and the fatigue strength at 10 7 revolutions was determined to evaluate the fatigue characteristics. Steels 4, 5, and 8 correspond to steels with Cu added to steels 1, 2, and 6. From this result, the fatigue strength improvement effect due to precipitation strengthening by adding Cu is accurately grasped. can do. The results are shown in Table 8.

Figure 0004213022
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ホウ化物を分散させることによって前記したようにヤング率が向上するのは勿論であるが、表8から明らかなように、同時に疲労強度についても改善できることがわかる。また、引張強度の結果と同様に、Cuを添加し時効処理することによって、さらに強度を改善することができる。従って、疲労特性が重視される部位に対しても、本発明鋼を用いることにより大幅な軽量化が期待できる。   It goes without saying that the Young's modulus is improved as described above by dispersing the boride, but as is apparent from Table 8, it can be seen that the fatigue strength can also be improved at the same time. Similarly to the result of tensile strength, the strength can be further improved by adding Cu and aging treatment. Therefore, a significant reduction in weight can be expected by using the steel of the present invention even for a portion where fatigue characteristics are important.

以上説明したように、本発明により溶製法によって高剛性鋼を製造可能な条件が明確になった。この結果、焼結により製造した場合に比べ、大幅に低コストでの製造を可能にするとともに、焼結に比べ大きな部品の製造も可能になった。
また、本発明鋼はホウ化物の分散によりヤング率と強度の両方を上昇させることができ、かつ必要な場合にはCu添加+時効処理によってさらに強度を改善できるため、大幅な軽量化を実現可能とするものである。従って、産業上の効果は極めて顕著なるものがある。
As described above, the conditions under which high-rigidity steel can be produced by the melting method have been clarified by the present invention. As a result, it is possible to manufacture at a significantly lower cost compared to the case of manufacturing by sintering, and it is also possible to manufacture large parts compared to sintering.
In addition, the steel of the present invention can increase both Young's modulus and strength due to the dispersion of boride, and if necessary, the strength can be further improved by adding Cu and aging treatment. It is what. Therefore, the industrial effect is extremely remarkable.

Claims (5)

C、Si、Mn、P、S、及びAlを含有し、残部Fe及び不可避的不純物元素からなるマトリックス相を有する鋼であって、A steel containing C, Si, Mn, P, S, and Al and having a matrix phase composed of the balance Fe and inevitable impurity elements,
上記マトリックス相には、4A族元素、5A族元素、6A族元素及びFeを含むグループから選択される1種以上の元素を含むホウ化物又は/及びその複合化物を5〜25vol%分散させてなり、分散させた上記ホウ化物又は/及びその複合化物のうち体積率で80%以上がTiB  In the matrix phase, boride containing at least one element selected from the group containing 4A group element, 5A group element, 6A group element and Fe and / or its complex is dispersed in an amount of 5 to 25 vol%. 80% or more by volume of the boride and / or its composites dispersed is TiB. 22 であり、And
かつ、鋼全体を100%とした場合における上記マトリックス相のみに含まれる前記元素の含有率が、質量%で、C:0.20%以下、Si:0.10〜1.00%、Mn:0.20〜8.00%、P:0.045%以下、S:0.030%以下、Al:1.00%以下であることを特徴とする溶製法で製造可能な高剛性鋼。  And the content rate of the said element contained only in the said matrix phase when the whole steel is made into 100% is the mass%, C: 0.20% or less, Si: 0.10-1.00%, Mn: A high-rigidity steel that can be manufactured by a melting method, characterized by 0.20 to 8.00%, P: 0.045% or less, S: 0.030% or less, and Al: 1.00% or less.
C、Si、Mn、P、S及びAlを含有し、さらにNi、Cr、Mo、V、Nbのうちの1種又は2種以上の任意元素を含有し、残部Fe及び不可避的不純物元素からなるマトリックス相を有する鋼であって、It contains C, Si, Mn, P, S and Al, and further contains one or more optional elements of Ni, Cr, Mo, V and Nb, and consists of the remainder Fe and unavoidable impurity elements. A steel having a matrix phase,
上記マトリックス相には、4A族元素、5A族元素、6A族元素及びFeを含むグループから選択される1種以上の元素を含むホウ化物又は/及びその複合化物を5〜25vol%分散させてなり、分散させた上記ホウ化物又は/及びその複合化物のうち体積率で80%以上がTiB  In the matrix phase, boride containing at least one element selected from the group containing 4A group element, 5A group element, 6A group element and Fe and / or its complex is dispersed in an amount of 5 to 25 vol%. 80% or more by volume of the boride and / or its composites dispersed is TiB. 22 であり、And
かつ、鋼全体を100%とした場合における上記マトリックス相のみに含まれる前記元素の含有率が、質量%で、C:0.20%以下、Si:0.10〜1.00%、Mn:0.20〜8.00%、P:0.045%以下、S:0.030%以下、Al:1.00%以下であり、かつ上記任意元素を含有する場合の含有率は、質量%でNi:14.00%以下、Cr:28.00%以下、Mo:4.00%以下、V:1.00%以下、Nb:1.00%以下であることを特徴とする溶製法で製造可能な高剛性鋼。  And the content rate of the said element contained only in the said matrix phase when the whole steel is made into 100% is the mass%, C: 0.20% or less, Si: 0.10-1.00%, Mn: When the content is 0.20 to 8.00%, P: 0.045% or less, S: 0.030% or less, Al: 1.00% or less, and the above-mentioned optional element is contained, Ni: 14.00% or less, Cr: 28.00% or less, Mo: 4.00% or less, V: 1.00% or less, and Nb: 1.00% or less. High rigidity steel that can be manufactured.
C、Si、Mn、P、S、Al及びCuを含有し、残部Fe及び不可避的不純物元素からなるマトリックス相を有する鋼であって、A steel containing C, Si, Mn, P, S, Al and Cu and having a matrix phase composed of the remaining Fe and inevitable impurity elements,
上記マトリックス相には、4A族元素、5A族元素、6A族元素及びFeを含むグループから選択される1種以上の元素を含むホウ化物又は/及びその複合化物を5〜25vol%分散させてなり、分散させた上記ホウ化物又は/及びその複合化物のうち体積率で80%以上がTiB  In the matrix phase, boride containing at least one element selected from the group containing 4A group element, 5A group element, 6A group element and Fe and / or its complex is dispersed in an amount of 5 to 25 vol%. 80% or more by volume of the boride and / or its composites dispersed is TiB. 22 であり、And
かつ、鋼全体を100%とした場合における上記マトリックス相のみに含まれる前記元素の含有率が、質量%で、C:0.20%以下、Si:0.10〜1.00%、Mn:0.20〜8.00%、P:0.045%以下、S:0.030%以下、Al:1.00%以下、Cu:0.5〜3.5%であることを特徴とする溶製法で製造可能な高剛性鋼。  And the content rate of the said element contained only in the said matrix phase when the whole steel is made into 100% is the mass%, C: 0.20% or less, Si: 0.10-1.00%, Mn: 0.20 to 8.00%, P: 0.045% or less, S: 0.030% or less, Al: 1.00% or less, Cu: 0.5 to 3.5% High-rigidity steel that can be manufactured by melting.
C、Si、Mn、P、S、Al及びCuを含有し、さらにNi、Cr、Mo、V、Nbのうちの1種又は2種以上の任意元素を含有し、残部Fe及び不可避的不純物元素からなる鋼をマトリックス相に用いた鋼であって、Contains C, Si, Mn, P, S, Al, and Cu, and further contains one or more optional elements of Ni, Cr, Mo, V, and Nb, and the balance Fe and inevitable impurity elements A steel using matrix steel for the matrix phase,
上記マトリックス相には、4A族元素、5A族元素、6A族元素及びFeを含むグループから選択される1種以上の元素を含むホウ化物又は/及びその複合化物を5〜25vol%分散させてなり、分散させた上記ホウ化物又は/及びその複合化物のうち体積率で80%以上がTiB  In the matrix phase, boride containing at least one element selected from the group containing 4A group element, 5A group element, 6A group element and Fe and / or its complex is dispersed in an amount of 5 to 25 vol%. 80% or more by volume of the boride and / or its composites dispersed is TiB. 22 であり、And
かつ、鋼全体を100%とした場合における上記マトリックス相のみに含まれる前記元素の含有率が、質量%で、C:0.20%以下、Si:0.10〜1.00%、Mn:0.20〜8.00%、P:0.045%以下、S:0.030%以下、Al:1.00%以下、Cu:0.5〜3.5%であり、かつ上記任意元素を含有する場合の含有率は、質量%でNi:14.00%以下、Cr:28.00%以下、Mo:4.00%以下、V:1.00%以下、Nb:1.00%以下であることを特徴とする溶製法で製造可能な高剛性鋼。  And the content rate of the said element contained only in the said matrix phase when the whole steel is made into 100% is the mass%, C: 0.20% or less, Si: 0.10-1.00%, Mn: 0.20 to 8.00%, P: 0.045% or less, S: 0.030% or less, Al: 1.00% or less, Cu: 0.5 to 3.5%, and the above optional elements In the case of containing Ni, the content is Ni: 14.00% or less, Cr: 28.00% or less, Mo: 4.00% or less, V: 1.00% or less, Nb: 1.00% by mass%. A high-rigidity steel that can be produced by a melting method characterized by the following.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の高剛性鋼を製造する方法であって、A method for producing the high-rigidity steel according to any one of claims 1 to 4,
気圧が250Pa以下の閉空間の中でマトリックス相となる鋼の原料を溶解すると共に、4A族元素、5A族元素、及び6A族元素を含むグループから選択される1種以上の元素を含むホウ化物又は/及びその複合化物を最終的に得られるマトリックス相中に分散させるための第一原料であるBを含む合金を溶解し、  A boride containing one or more elements selected from the group comprising a group 4A element, a group 5A element, and a group 6A element, while dissolving a steel raw material that becomes a matrix phase in a closed space having an atmospheric pressure of 250 Pa or less Or / and melting the alloy containing B as the first raw material for dispersing the composite in the finally obtained matrix phase;
最後に、上記ホウ化物又は/及びその複合化物を最終的に得られるマトリックス相中に分散させるための第二原料である4A族元素、5A族元素、及び6A族元素を含むグループから選択される1種以上の元素を含む合金を添加し、溶解させた後、鋳型内に鋳造することを特徴とする高剛性鋼の製造方法。  Finally, it is selected from the group including the 4A group element, 5A group element, and 6A group element which are the second raw materials for dispersing the boride or / and its composite in the finally obtained matrix phase. A method for producing high-rigidity steel, wherein an alloy containing one or more elements is added and dissolved, and then cast into a mold.
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