JP4415219B2 - 時効硬化鋼 - Google Patents
時効硬化鋼 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4415219B2 JP4415219B2 JP2004220223A JP2004220223A JP4415219B2 JP 4415219 B2 JP4415219 B2 JP 4415219B2 JP 2004220223 A JP2004220223 A JP 2004220223A JP 2004220223 A JP2004220223 A JP 2004220223A JP 4415219 B2 JP4415219 B2 JP 4415219B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- steel
- mass
- aging treatment
- hardness
- less
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Description
これらの部品は、従来から所定の鋼材に焼入れ・焼戻しを行なって調質したのち、または鍛造もしくは圧延ままの非調質の状態で切削などの機械加工を施して所定の形状に加工し、その後、必要に応じて窒化や高周波焼入れなどを行なうことにより表面改質して製造されている。
このような要求を満たすためには、意識的に高硬度の鋼材を製造し、それを機械加工することが必要になる。しかしながら、高硬度の鋼材の機械加工は、工具寿命を短くし、したがってそのことに伴う工具取替え時間の増加などの問題を引起し、更には冷鍛ができないので、部品の高効率製造の点では問題がある。
この方法によれば、工具寿命の短縮は抑制され、冷鍛も可能となり、また、従来の焼入・焼戻しも省略できて、熱経済的にも有利となる。
この鋼は、C:0.06〜0.20%、Si:0.03〜1.00%、Mn:1.50〜3.00%、Cr:0.50〜2.00%、Mo:0.05〜1.00%、Al:0.002〜0.100%、V:0.51〜1.00%、N:0.0080〜0.0200%、残部はFeと不可避的不純物から成る組成を有し、時効処理前におけるベイナイト組織の割合が70%以上でかつ硬さはHv400以下のベイナイト鋼である。
目的として開発されている。
そして、鋼組成においては、Mo、Vはいずれも時効処理時に炭化物を生成して鋼の靭性と硬さを高める成分として添加されている。しかしながら、鋼を高硬度化するという観点に立って、MoとVの添加量関係、更に各成分間の添加量の関係が考察されているわけではない。
本発明の鋼は、時効処理前に良好な加工性を備えていることは上記した特許文献の鋼の場合と同じであるが、時効処理では高硬度化させることを目的として開発された鋼である。
C:0.11〜0.60質量%、Si:0.03〜3.0質量%、Mn:0.01〜2.5質量%、Mo:0.3〜4.0質量%、V:0.05〜0.5質量%、Cr:0.1〜3.0質量%、Al:0.001〜0.3質量%、N:0.005〜0.025質量%、残部がFeと不可避的不純物から成り、各成分間では、 次式:
4C+Mn+0.7Cr+0.6Mo−0.2V≧2.5…(1)
C≧Mo/16+V/5.7…(2)
V+0.15Mo≧0.4…(3)
を満たす関係が成立しており、
圧延、鍛造、または溶体化処理後に、温度域800〜300℃において0.05〜10℃/秒の平均冷却速度で冷却され、
時効処理前においては、ベイナイト組織の面積率が50%以上で、かつ硬さは40HRC以下であり、
時効処理によって、硬さが時効処理前の硬さよりも7HRC以上高くなる
ことを特徴とする時効硬化鋼が提供される。
そして、各成分間で(2)式が成立しているので、時効処理により充分量の炭化物が析出して、時効処理前に比べて7HRC以上高硬度化する。したがって、この鋼は、時効処理前は軟質で加工性に優れているので、その時点で目的形状の部品を製造しておき、それを時効処理して高硬度化して使用することができる。
Cは、鋼の強度を確保すると同時に、ベイナイト組織を生成し、時効処理時に後述する
Mo、Vと炭化物を生成して鋼を高硬度化するための成分であり、その含有量は、0.1〜0.6質量%に設定される。
0.1質量%より少ない場合は、強度が確保されないと同時に時効処理時の炭化物の生成量も少なくなって、時効処理後の硬さが時効処理前の硬さよりも7HRC以上高くならない。また、0.6質量%より多い場合は、鍛造、圧延または溶体化処理後の硬さが増加して加工性が劣化する。
Mnは、時効処理前の後述する冷却工程でCr,Moとともにベイナイト組織を生成するために必要な成分であって、その含有量は0.01〜2.5質量%に設定される。
Moは、ベイナイト組織を生成するために必要であるとともに、時効処理時にCと炭化物を生成して鋼を高硬度化するための成分であって、その含有量は0.3〜4.0質量%に設定される。
含有量が0.05質量%より少ないと、時効処理時に炭化物の生成量が少なくなって鋼の高硬度化を実現できなくなり、また、0.5質量%よりも多くすると、溶体化処理時に鋼に均一に固溶しないので時効処理後に生成する炭化物も不均一となり、鋼の硬さは場所によってばらついて製品の品質として信頼性に欠けたものになる。
あって、その含有量は0.1〜3.0質量%に設定される。
0.1質量%より少ない場合はベイナイト組織を安定して生成することができず、また、3.0質量%より多くしても、上記した効果は飽和するとともにマルテンサイト組織が生成するようになり、鋼の加工性が劣化する。
目標1:時効処理後の硬さ(H)は時効処理前の硬さ(Ho)よりも7HRC以上高いこと。すなわち、H−Ho=△H≧7HRCであること。
目標2:そのために、時効処理前の鋼の組織はベイナイト組織が面積率で50%以上であり、かつ硬さは(Ho)は40HRC以下であること。
時効処理前の鋼が面積率で50%以上のベイナイト組織になるためには、C、Mn、Cr、Moの含有量が(1)式を満たす量比関係になっていることが必要である。
(1)式が成立していない場合は、ベイナイト組織の面積率が50%より少なくなり、そのため、時効処理後にあっても、△H≧7HRCを実現することができない。
仮に、この冷却工程でMo、Vが例えば炭化物となって析出した場合は、時効処理前の鋼は高硬度化しているので加工性が劣化しているとともに、△H≧7HRCの実現が困難になるからである。
このような冷却条件であれば、Mo、Vの大部分は鋼組織に固溶していて、時効処理時に炭化物となって析出可能な状態になる。
仮にCとMoとVの量比関係がこの条件を満たしていない場合は、炭化物の生成量が少なく、時効処理を行なっても鋼の高硬度化は実現しない。具体的には、△H≧7HRCを実現することはできない。
また、本発明の鋼において、Moの一部をVで置換した組成の鋼は、Moを単独添加した場合の鋼に比べ、時効処理後の硬さを高くすることができ、高価なMoの使用量を低減することができて好適である。したがって、(3)式を満たすことは、時効処理後の硬さを△H≧7HRCにするだけでなく、材料コストを低減できるという点でも有効である。
Alは溶製時の脱酸剤として添加されるが、その場合には0.001質量%以上添加することが好ましい。またAlは鋼に対する例えば軟窒化処理のような表面硬化処理時に、
鋼の表面の硬さを高める成分でもある。しかし、多量に添加すると、軟窒化時に窒素の内部拡散を阻害して硬化層の厚みを薄くしてしまうので、0.3質量%を上限とする。
本発明の鋼には、更に次のような任意成分を含有させてもよい。
(1) Nb:0.04質量%以下、Ti:0.091質量%以下、Zr:0.5質量%以下
鋼の溶製時にこれらの成分を添加すると、溶鋼中に生成するこれらの酸化物により、後述するSとMnの生成物であるMnSが微細化して分散するので、得られた鋼の被削性は向上する。そして、微細化して分散するMnSは、鋼の鍛造後や焼きならし後の組織を微細化して鋼の疲労強度を向上させる。しかし、あまり多重に添加しても、上記した添加効果は飽和するので、Nbは0.04質量%、Tiは0.091質量%、Zrは0.5質量%を上限とする。
(2)S:0.01〜0.2質量%、Ca:0.003〜0.010質量%、Pb:0.3質量%以下、Bi:0.3質量%以下
これらの成分は、いずれも、鋼の被削性を向上させる。したがって、時効処理前に行なう機械加工時に高い被削性が要求される場合には、これらの成分の少なくとも1種を添加することが好ましい。しかし、これらの成分をあまり多量に添加すると、鋼の熱間加工性や疲れ限度を劣化させるので、Sは0.2質量%、Caは0.010質量%、Pbは0.3質量%、Biは0.3質量%を添加量の上限とする。
その後、制御冷却する。とくに鋼温度が800℃から300℃に降温する過程では、平均の冷却速度が0.05〜10℃/秒となるように制御する。冷却終了の時点で、鋼のベイナイト組織は面積率で50%以上となり、かつ硬さは40HRC以下になっている。
そして、それらの計算値につき、各式で示した関係が成立している場合を○、成立していない場合を×として、各欄に示した。
ついで、各鋼を温度800℃から温度300℃までの間は表2で示した冷却速度(平均)で制御冷却し、それぞれの硬さ(Ho:HRC)を測定した。また、組織を顕微鏡観察して、ベイナイト組織の面積率を測定した。
ついで、各鋼に、温度500〜700℃で0.5〜10時間の時効処理を行ない、時効処理後の硬さ(H:HRC)を測定し、△H=H−Hoを計算した。
以上の結果を一括して表2に示した。
1.(1)式が成立していない比較例1の鋼は、ベイナイト組織の面積率が非常に小さくなり、そのためHo値は低くなりすぎて、時効処理によっても高硬度化しない。また、(2)式が成立していない比較例2の鋼の場合は、(1)式が成立しているのでベイナイト組織の面積率は75%と50%を超しているが、Moに比べてCが少ないので時効処理によって充分量の炭化物が析出せず、時効処理時に△H≧7HRCを満たす高硬化は実現しない。
このようなことから、時効処理によって△H≧7HRCを満たすためには、(1)式を満たす成分範囲を規定し、ベイナイト組織の面積率を50%以上とし、(2)式を満たすMo、Vに対するCと、(3)式を満たすMoとVの適切な量比関係を規定することが必要である。
2.また、冷却速度が大きい比較例4の鋼の場合は、時効処理前でHo値が非常に高くなってしまい、被削性が低下するだけではなく、時効処理を行なっても硬度はそれほど高くはならず、△H≧7HRCを実現しない。
このようなことから、溶体化処理後または熱間鍛造後における冷却速度は0.05〜10℃/秒の範囲で選択すべきである。
3.比較例6の鋼は、時効処理前の硬さ(Ho値)が高く、時効処理を行なっても△H≧7HRCを満たさない。このことから、時効処理によって△H≧7HRCを満たすためには、時効処理前のHo値は40HRC以下にすべきである。
Claims (2)
- C:0.11〜0.60質量%、Si:0.03〜3.0質量%、Mn:0.01〜2.5質量%、Mo:0.3〜4.0質量%、V:0.05〜0.5質量%、Cr:0.1〜3.0質量%、Al:0.001〜0.3質量%、N:0.005〜0.025質量%、残部がFeと不可避的不純物から成り、各成分間では、次式:
4C+Mn+0.7Cr+0.6Mo−0.2V≧2.5、C≧Mo/16+V/5.7、V+0.15Mo≧0.4
を満たす関係が成立しており、
圧延、鍛造、または溶体化処理後に、温度800℃から温度300℃の間は0.05〜10℃/秒の平均冷却速度で冷却され、
時効処理前においては、ベイナイト組織の面積率が50%以上で、かつ硬さは40HRC以下であり、
時効処理によって、硬さが時効処理前の硬さよりも7HRC以上高くなることを特徴とする時効硬化鋼。 - Nb:0.04質量%以下、およびTi:0.091質量%以下の群から選ばれる少なくとも1種が含まれている請求項1の時効硬化鋼。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004220223A JP4415219B2 (ja) | 2004-07-28 | 2004-07-28 | 時効硬化鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004220223A JP4415219B2 (ja) | 2004-07-28 | 2004-07-28 | 時効硬化鋼 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006037177A JP2006037177A (ja) | 2006-02-09 |
JP4415219B2 true JP4415219B2 (ja) | 2010-02-17 |
Family
ID=35902485
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004220223A Active JP4415219B2 (ja) | 2004-07-28 | 2004-07-28 | 時効硬化鋼 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4415219B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101750643B1 (ko) * | 2013-10-02 | 2017-06-23 | 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 | 시효 경화성 강 |
CN110468328A (zh) * | 2019-08-05 | 2019-11-19 | 洛阳双瑞特种装备有限公司 | 一种钢结构螺栓用钢 |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4801485B2 (ja) * | 2006-04-07 | 2011-10-26 | 株式会社神戸製鋼所 | 冷間鍛造部品、それを得るための製造方法および鋼材 |
JP4946328B2 (ja) * | 2006-10-03 | 2012-06-06 | 住友金属工業株式会社 | 時効硬化機械部品の製造方法 |
WO2010090238A1 (ja) * | 2009-02-04 | 2010-08-12 | 住友金属工業株式会社 | 時効硬化性鋼および機械部品の製造方法 |
JP5664371B2 (ja) * | 2011-03-17 | 2015-02-04 | 新日鐵住金株式会社 | 時効硬化性鋼および機械部品の製造方法 |
CN103201401B (zh) | 2011-05-26 | 2014-07-02 | 新日铁住金株式会社 | 机械结构用钢部件及其制造方法 |
JP5620336B2 (ja) * | 2011-05-26 | 2014-11-05 | 新日鐵住金株式会社 | 高疲労強度、高靭性機械構造用鋼部品およびその製造方法 |
CN103201400A (zh) * | 2011-05-26 | 2013-07-10 | 新日铁住金株式会社 | 机械结构用钢部件及其制造方法 |
JP5974623B2 (ja) * | 2012-05-07 | 2016-08-23 | 大同特殊鋼株式会社 | 時効硬化型ベイナイト非調質鋼 |
WO2015050151A1 (ja) | 2013-10-02 | 2015-04-09 | 新日鐵住金株式会社 | 時効硬化性鋼 |
US10745772B2 (en) | 2014-03-05 | 2020-08-18 | Daido Steel Co., Ltd. | Age hardening non-heat treated bainitic steel |
EP3279356A4 (en) * | 2015-03-31 | 2018-10-03 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Age-hardening steel and method of manufacturing parts using age-hardening steel |
WO2019230946A1 (ja) * | 2018-05-31 | 2019-12-05 | 日本製鉄株式会社 | スチールピストン用鋼材 |
JP7071222B2 (ja) * | 2018-06-07 | 2022-05-18 | 大同特殊鋼株式会社 | 燃料噴射部品の製造方法 |
-
2004
- 2004-07-28 JP JP2004220223A patent/JP4415219B2/ja active Active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101750643B1 (ko) * | 2013-10-02 | 2017-06-23 | 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 | 시효 경화성 강 |
US10066281B2 (en) | 2013-10-02 | 2018-09-04 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Age-hardenable steel |
CN110468328A (zh) * | 2019-08-05 | 2019-11-19 | 洛阳双瑞特种装备有限公司 | 一种钢结构螺栓用钢 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2006037177A (ja) | 2006-02-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4966316B2 (ja) | 冷間加工性及び焼入れ性に優れた鋼線材、及びその製造方法 | |
JP4728883B2 (ja) | 低サイクル疲労特性に優れた浸炭焼入れ鋼材及び浸炭焼入れ部品 | |
JP5655366B2 (ja) | ベイナイト鋼 | |
JP4415219B2 (ja) | 時効硬化鋼 | |
JP2010533240A (ja) | 低含量のコバルトを有するまたはコバルト不含の硬化マルテンサイト鋼、当該鋼から部品を製造する方法、およびこのようにして得られる部品 | |
JP5505263B2 (ja) | 低サイクル疲労特性に優れた浸炭焼入れ鋼材及び浸炭焼入れ部品 | |
JPWO2013024876A1 (ja) | ばね鋼およびばね | |
JP5871085B2 (ja) | 冷間鍛造性および結晶粒粗大化抑制能に優れた肌焼鋼 | |
JPH0953149A (ja) | 高強度高靭性肌焼き用鋼 | |
JP6601284B2 (ja) | 高強度ボルト | |
JP5080708B2 (ja) | 非調質鋼鍛造加工品及びその製法、並びにそれを用いた内燃機関用コンロッド部品 | |
JP3932995B2 (ja) | 高周波焼もどし用鋼およびその製造方法 | |
JP6620490B2 (ja) | 時効硬化性鋼 | |
JP2636816B2 (ja) | 合金工具鋼 | |
JPH09324219A (ja) | 耐水素脆性に優れた高強度ばねの製造方法 | |
JP4728884B2 (ja) | 低サイクル疲労特性に優れた高周波輪郭焼入れ鋼材及び高周波輪郭焼入れ部品 | |
JP4946328B2 (ja) | 時効硬化機械部品の製造方法 | |
JPH0138847B2 (ja) | ||
JP4752800B2 (ja) | 非調質鋼材 | |
JPH09310146A (ja) | 高強度コンロッド用非調質鋼および高強度コンロッドの製造方法 | |
JP6390685B2 (ja) | 非調質鋼およびその製造方法 | |
JP4344126B2 (ja) | ねじり特性に優れる高周波焼もどし鋼 | |
JP3069256B2 (ja) | 靭性に優れた窒化用鋼 | |
JP2008179848A (ja) | 耐衝撃疲労特性、面疲労強度に優れた歯車用鋼及びそれを用いた歯車 | |
JP4828321B2 (ja) | 低サイクル疲労特性に優れた高周波焼入れ鋼材及び高周波焼入れ部品 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070515 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090428 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090513 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090709 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090805 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091002 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20091028 |
|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7426 Effective date: 20091029 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20091110 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4415219 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121204 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121204 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131204 Year of fee payment: 4 |