JP4450217B2 - 軟窒化用非調質鋼 - Google Patents
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Description
(1)V炭窒化物によるオーステナイト粒のピン止め、
(2)V炭窒化物を核とするオーステナイト粒内フェライトの生成による組織の微細化、
及び、
(3)フェライト地を過度に強化しない適度な強化、
を組み合わせることが有効である。
Cは、V及びNと結合して微細なV炭窒化物を形成し、組織の微細化及び析出強化に寄与して疲労強度を向上させる作用を有する。また、Cはクランクシャフトやコネクティングロッドなど機械部品に耐摩耗性を付与するのに有効な元素である。これらの効果を得るには、0.30%以上のC含有量が必要である。しかしながら、Cを過剰に添加するとパーライト量が増加して曲げ矯正性が損なわれ、特に、Cの含有量が0.50%を超えると曲げ矯正性の劣化が著しくなる。したがって、Cの含有量を0.30〜0.50%とした。
Siは、脱酸作用を有するとともにフェライト中に固溶して固溶強化作用を有する。しかしながら、その含有量が0.05%未満では添加効果に乏しい。一方、Siを過剰に添加すると曲げ矯正性が損なわれ、特に、Siの含有量が0.5%を超えると曲げ矯正性の劣化が著しくなる。したがって、本発明においては、フェライトの固溶強化に必要かつ十分な0.5%をその含有量の上限とした。
Mnは、固溶強化元素であり、母材硬さを高めて疲労強度を向上させる作用を有する。この効果を得るには、0.2%以上のMn含有量が必要である。しかしながら、Mnを過剰に添加すると曲げ矯正性が損なわれ、特に、Mnの含有量が0.8%を超えると曲げ矯正性の劣化が著しくなる。したがって、Mnの含有量を0.2〜0.8%とした。
Pは、強化元素として有効であるため0.005%以上含有させる。しかしながら、過剰のPは粒界に偏析して粒界の脆化割れを助長し、特に、その含有量が0.05%を超えると粒界の脆化割れが著しくなる。したがって、Pの含有量を0.005〜0.05%とした。
Sは、鋼の被削性の向上に有効な元素であり、この効果を得るためには0.005%以上含有させる必要がある。しかし、Sの含有量が多すぎると熱間加工性や疲労強度の低下を招き、特に、その含有量が0.1%を超えると熱間加工性及び疲労強度の低下が著しくなる。したがって、Sの含有量を0.005〜0.1%とした。
Vは、本発明において最も重要な元素である。すなわち、V炭窒化物の母材組織の微細化作用及び析出強化作用を通じて高い疲労強度を確保することができるが、そのためには、0.2%を超える量のVを含有させる必要がある。しかしながら、Vの過度の添加はコスト増大につながるため、0.3%をV含有量の上限とした。
Ti:0.011〜0.02%
Tiは、疲労強度を高める作用を有する。すなわち、Tiは、N及びCと結合して微細なTi炭窒化物を形成し、このTi炭窒化物が結晶粒のピン止め作用及びオーステナイト粒内のフェライト生成核としての作用を有するため疲労強度を高めることができる。一方、Tiの含有量が0.02%を超えると、Ti炭窒化物が粗大化して曲げ矯正性の低下をきたすし、TiはNとの親和力が大きいので、微細なV炭窒化物の形成が阻害されるため、V炭窒化物による組織の微細化及び析出強化作用が得られず疲労強度も低下する。したがって、Tiの含有量を0.02%以下とした。
Nは、V及びCと結合して微細なV炭窒化物を形成し、組織の微細化及び析出強化に寄与して疲労強度を向上させる作用を有する。また、NはTi及びCと結合して微細なTi炭窒化物を形成し、このTi炭窒化物も結晶粒のピン止め作用及びオーステナイト粒内のフェライト生成核としての作用を有するため、疲労強度を高めるのに有効である。前記の効果を得るには、0.005%以上のN含有量が必要である。しかしながら、Nを含有量で0.030%を超えて添加するのは工業的な困難を伴う上、例えば、インゴット中で気泡欠陥を生成して材質を損なうことがある。このため、Nの含有量を0.005〜0.030%とした。なお、Nの含有量は0.015〜0.025%とすることが好ましい。
0.2%を超えるVを含む本発明に係る軟窒化用非調質鋼の場合、Crは曲げ矯正性の低下を招き、特に、その含有量が0.10%以上になると、曲げ矯正性の低下が著しくなる。したがって、不純物中のCrの含有量を0.10%未満とした。
(i)Mo:0.5%以下、
(ii)Ca:0.05%以下、
(iii)Al:0.04%以下、
の各グループの元素の1種以上を選択的に含有させることができる。すなわち、前記(i)〜(iii)の3グループの元素の1種以上を、Feの一部に代えて、任意添加元素として添加し、含有させてもよい。
Moは添加すれば、疲労強度を高める作用を有する。
Caは、鋼の被削性を高める作用を有する。一方、Caの過度の添加は熱間加工性及び疲労強度の低下をきたし、特に、Caの含有量が0.05%を超えると熱間加工性及び疲労強度の低下が著しくなる。したがって、添加する場合のCaの含有量を0.05%以下とした。なお、十分な被削性向上効果を得るためには、Caの含有量は0.0005%以上とすることが好ましい。
Alは溶製時に脱酸剤として作用する。但し、0.2%を超えるVを含む本発明に係る軟窒化用非調質鋼の場合には、Alの含有量が0.04%を超えると曲げ矯正性の劣化が著しくなる。したがって、添加する場合のAlの含有量を0.04%以下とした。
Cuは、その含有量が0.3%を超えると、粒界偏析に起因した熱間加工割れをきたすおそれがある。したがって、Cuの含有量は0.3%以下とすることが好ましい。
Niは、その含有量が0.3%を超えると被削性が低下する。したがって、Niの含有量は0.3%以下とすることが好ましい。
Nbは、特に0.2%を超えるVを含有する本発明に係る軟窒化用非調質鋼の場合、0.003%を超えて含有すると曲げ矯正性を阻害する。したがって、Nbの含有量は0.003%以下とすることが好ましい。
Claims (4)
- 質量%で、C:0.30〜0.50%、Si:0.05〜0.5%、Mn:0.2〜0.8%、P:0.005〜0.05%、S:0.005〜0.1%、V:0.2%を超えて0.3%以下、Ti:0.011〜0.02%及びN:0.005〜0.030%を含有し、残部はFe及び不純物からなり、不純物中のCrが0.10%未満であることを特徴とする軟窒化用非調質鋼。
- Feの一部に代えて、Mo:0.5%以下を含有する請求項1に記載の軟窒化用非調質鋼。
- Feの一部に代えて、Ca:0.05%以下を含有する請求項1又は2に記載の軟窒化用非調質鋼。
- Feの一部に代えて、Al:0.04%以下を含有する請求項1から3までのいずれかに記載の軟窒化用非調質鋼。
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