JP5171054B2 - クロムモリブデン鋼の代替鋼の成分設計方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用や各種産業機械用のボルトの素材として使用されるクロムモリブデン鋼に関するものであり、より詳細には、クロムモリブデン鋼の代替鋼を設計する方法に関するものである。

引張強さが約１０００Ｎ／ｍｍ²を超える高強度ボルトは、一定期間後に突然脆性破壊するいわゆる遅れ破壊が生じ易い。そこで高強度ボルト用の鋼としては、耐食性を有しており、しかも耐遅れ破壊性を改善するために、比較的高温で焼戻しできるクロムモリブデン鋼が使用されている。

クロムモリブデン鋼は、ＪＩＳ Ｇ４０５３に化学成分が規定されており、この規定によると、Ｍｏを少なくとも０．１５％含有している。

しかし近年、Ｍｏ元素の価格高騰により、クロムモリブデン鋼の鋼材費が高くなってきた。そのためボルト１本当たりに占める鋼材費の割合が高くなってきている。

そこでボルトのコストを削減するために、Ｍｏの使用量を低減した代替鋼が求められる。ところが本発明者らが代替鋼について検討したところ、Ｍｏの使用量を単純に低減すると、焼入性や耐食性が劣化する他、耐遅れ破壊性も著しく低下することが判明した。

ところで上記ボルトは、溶製したボルト用鋼を圧延し、軟化焼鈍した後、伸線し、ボルト形状に形成した後、焼入れ焼戻して製造される。ところがＭｏの使用量を低減した代替鋼を、Ｍｏ低減前のクロムモリブデン鋼を同じ条件で焼戻しすると、鋼材の品質が大きく変化（例えば、内部硬さの低下や引張強度の低下）することが分かった。そのためクロムモリブデン鋼と同程度の品質を確保するには、焼戻し条件を変えなければならない。
ＪＩＳ Ｇ４０５３（２００３年）

本発明は、この様な状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、Ｍｏの使用量を低減でき、クロムモリブデン鋼と代替鋼とを同じ条件で焼戻ししても内部硬さの差や引張強度の差が殆どなく、耐遅れ破壊性にも優れた代替鋼の成分を設計する方法を提供することにある。

上記課題を解決することのできた本発明に係るクロムモリブデン鋼の代替鋼の成分設計方法とは、クロムモリブデン鋼のＭｏを０．０５％（質量％の意味。以下同じ）以下に低減する一方、鋼中のＣｒを下記式（１）を満足するように増量する点に要旨を有する。
Ａ_Cr＋１．８×Ａ_Mo≦Ｂ_Cr≦Ａ_Cr＋４．２×Ａ_Mo …（１）
式中、Ａ_Crはクロムモリブデン鋼中のＣｒ量（％）を示し、Ａ_Moはクロムモリブデン鋼中のＭｏ量（％）を示し、Ｂ_Crは代替鋼中のＣｒ量（％）を示す。

上記方法で設計された代替鋼は、前記クロムモリブデン鋼と同じ条件で焼戻ししたとき、内部硬さの差が±１０Ｈｖ以内であり、引張強度の差が±３０ＭＰａ以内となる。

上記クロムモリブデン鋼は、強度を高めるために、ＪＩＳで規定されるＳＣＭ４３０、ＳＣＭ４３２、ＳＣＭ４３５、ＳＣＭ４４０、またはＳＣＭ４４５のいずれかであることが好ましい。

前記代替鋼に含まれるＮｉ量は、ＪＩＳに規定されているように０．２５％以下（０％を含まない）とするのがよい。耐食性を一層向上させるためである。また、前記代替鋼が０．２５％以下（０％を含まない）のＣｕを含有するように成分設計しても耐食性を一層向上させることができる。

前記代替鋼に含まれるＮ量を０．０１％以下（０％を含まない）とすることにより、耐遅れ破壊性を一層向上させることができる。

前記代替鋼は、更に他の成分として、（ａ）Ｔｉ：０．１５％以下（０％を含まない）および／またはＢ：０．００３％以下（０％を含まない）、（ｂ）Ａｌ：０．１５％以下（０％を含まない）、（ｃ）Ｍｇ：０．００５％以下（０％を含まない）および／またはＣａ：０．００５％以下（０％を含まない）、等を含有することが好ましい。

本発明には、上記代替鋼の成分設計方法に基づいて成分調整する機械構造用合金鋼の製造方法も含まれる。

本発明によれば、クロムモリブデン鋼中のＣｒ量とＭｏ量に基づいて、代替鋼中のＣｒ量を増量することにより、Ｍｏ量の使用量を低減でき、この代替鋼は、クロムモリブデン鋼と同じ条件で焼戻ししても内部硬さや引張強度が同程度で、しかも耐遅れ破壊性にも優れている。

本発明では、クロムモリブデン鋼のＭｏの使用量を０．０５％以下に低減することが重要である。価格が高騰しているＭｏの使用量を低減することで、コスト削減できるからである。

Ｍｏの使用量はできるだけ低減することが好ましく、例えば０．０３％以下とするのが好ましい。より好ましくは０．０１％以下であり、最も好ましくは０％である。

ところがクロムモリブデン鋼の化学成分に対して、Ｍｏ使用量を単に低減すると、耐遅れ破壊性が劣化する他、クロムモリブデン鋼と同じ条件で焼戻ししても同程度の硬さや引張強度を確保することができない。

そこで本発明では鋼中のＣｒを、下記（１）式を満足するように増量する。
Ａ_Cr＋１．８×Ａ_Mo≦Ｂ_Cr≦Ａ_Cr＋４．２×Ａ_Mo …（１）
式中、Ａ_Crはクロムモリブデン鋼中のＣｒ量（％）を示し、Ａ_Moはクロムモリブデン鋼中のＭｏ量（％）を示し、Ｂ_Crは代替鋼中のＣｒ量（％）を示す。

Ｃｒは、Ｍｏの代替元素であり、焼戻し後の強度と引張強さを確保するために重要な元素である。特にＣｒは、焼入れ性を高めて高強度を確保する上で有用に作用する元素であり、強度を高めても冷間鍛造性（特に変形能）を大きく劣化させないという特色を有している。またＣｒは、耐食性の向上にも作用する。

上記（１）式は、代替鋼中のＣｒ量を、クロムモリブデン鋼中のＣｒ量とＭｏ量に基づいて成分設計することを示しており、上記（１）式を規定した理由は次の通りである。クロムモリブデン鋼（成分設計前）と代替鋼（成分設計後）について夫々試験片を作製し、これを同じ条件で焼戻しし、試験片に含まれるＣｒ量とＭｏ量が内部硬さと引張強度に及ぼす影響度合いを調べた。その結果、Ｃｒ量とＭｏ量が内部硬さと引張強度に及ぼす影響度合いは、Ｃｒ：Ｍｏ＝１：３、であった。つまり、クロムモリブデン鋼からＭｏを０．１％低減した場合、同じ条件で焼戻してクロムモリブデン鋼（成分設計前）と同じ内部硬さと引張強度を確保するには、Ｃｒを０．３％添加しなければならないことが分かった。またこのときの標準偏差（σ）を求めたところ約０．４であった。従って±３σをとったところ、上記（１）式を導出するに至った。

代替鋼中のＣｒ量が上記（１）式を満足するように成分設計すれば、Ｍｏを０．０５％以下に低減しても、耐遅れ破壊性を確保することができ、しかもクロムモリブデン鋼と同じ条件で焼戻しすることにより同程度の硬度や引張強度を維持できる。具体的には、前記クロムモリブデン鋼と前記代替鋼とを同じ条件で焼戻ししても、内部硬さの差が±１０Ｈｖ以内となり、引張強度の差が±３０ＭＰａ以内となる。

但し、上記Ｂ_Crが、「Ａ_Cr＋１．８×Ａ_Mo」を下回ると、焼入れ性が悪くなるため、クロムモリブデン鋼と同じ条件で焼戻ししても硬度や引張強度が低下する。従ってＢ_Crは、「Ａ_Cr＋２．２×Ａ_Mo」以上とすることが好ましく、より好ましくは「Ａ_Cr＋２．６×Ａ_Mo」以上、更に好ましくは「Ａ_Cr＋２．８×Ａ_Mo」以上とする。しかし上記Ｂ_Crが、「Ａ_Cr＋４．２×Ａ_Mo」を超えると、焼入れ性が良くなり過ぎるため、クロムモリブデン鋼と同じ条件で焼戻すと、硬度や引張強度が高くなり過ぎる。また、耐遅れ破壊性も劣化する。従ってＢ_Crは、「Ａ_Cr＋３．８×Ａ_Mo」以下とすることが好ましく、より好ましくは「Ａ_Cr＋３．４×Ａ_Mo」以下、更に好ましくは「Ａ_Cr＋３．２×Ａ_Mo」以下とする。特に好ましくは、下記（１ａ）式を満足するように増量するのがよい。
Ｂ_Cr＝Ａ_Cr＋３．０×Ａ_Mo …（１ａ）

本発明は、クロムモリブデン鋼のＭｏを０．０５％以下に低減すると共に、鋼中のＣｒ量をクロムモリブデン鋼中のＣｒ量やＭｏ量に基づいて代替鋼の成分を設計するところに特色があり、代替鋼を構成する他の元素は、元のクロムモリブデン鋼と同様であり、例えばＪＩＳ Ｇ４０５３に「クロムモリブデン鋼」として規定されている範囲を満足すればよい。即ち、ＪＩＳに規定されるクロムモリブデン鋼に従えば、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，Ｎｉ量は下記表１の通りである。

特にＮｉは、耐食性を向上させる元素であり、こうした効果を有効に発揮させるには、０．０５％以上含有するのがよい。しかし過剰に含有すると、コスト高となり、Ｍｏ量を低減することによるコスト削減効果が損なわれる。従ってＮｉは０．２５％以下とする。

代替鋼の基本成分は上記の通りであり、残部はＦｅおよび不可避不純物（例えば、Ｐ，Ｓ，Ｃｕ，トランプ元素等）である。特に、Ｐは０．０２５％以下（０％を含まない）、Ｓは０．０２５％以下（０％を含まない）であることが好ましい。

Ｐは、粒界偏析を起こして、耐遅れ破壊性を劣化させる元素である。従ってＰは０．０２５％以下であることが好ましく、より好ましくは０．０１５％以下、更に好ましくは０．０１２％以下、特に好ましくは０．０１０％以下である。

Ｓは、鋼中で硫化物（例えば、ＭｎＳなど）を形成し、応力が負荷されたときにこの硫化物が応力集中箇所となって破壊の原因となる。従ってＳは０．０２５％以下であることが好ましく、より好ましくは０．０１５％以下、更に好ましくは０．０１２％以下、特に好ましくは０．０１０％以下である。

なお、ＪＩＳによれば、Ｃｕは０．３０％を超えてはならないと規定されている。しかしＣｕは、Ｎｉと同様に耐食性を向上させる作用を有する元素である。こうした効果を有効に発揮させるには、０．０５％以上のＣｕを含有するのがよい。しかし過剰に含有すると粒界脆化を起こして耐遅れ破壊性を劣化させる原因となるほか、加工性も劣化させる。従ってＣｕは特に０．２５％以下とするのがよい。

なお、クロムモリブデン鋼（成分設計前）の基本成分に対して、代替鋼の基本成分が、Ｃで±０．０２％、Ｓｉで±０．０５％、Ｍｎで±０．０８％、Ｐで±０．０１％、Ｓで±０．０１５％、Ｎｉで±０．０５％であれば、クロムモリブデン鋼と代替鋼の成分は同じと考えてよい。

クロムモリブデン鋼としては、上記表１に挙げた鋼種の中でも、特にＳＣＭ４３０、ＳＣＭ４３２、ＳＣＭ４３５、ＳＣＭ４４０、またはＳＣＭ４４５のいずれかであることが好ましい。これらの鋼種は、Ｃを多く含むため、鋼の焼入れ性が良く、高強度（例えば、引張強度が１０００〜１４００Ｎ／ｍｍ²）を確保できるからである。

前記代替鋼に含まれるＮ量は特に限定されず、通常クロムモリブデン鋼に含まれる量と同様であってもよいが、特に０．０１％以下（０％を含まない）であるのが好ましい。Ｎは、鋼中にＡｌＮやＴｉＮを形成して結晶粒を微細化し、耐遅れ破壊性を向上させるからである。Ｎは、より好ましくは０．００８％以下、更に好ましくは０．００６％以下である。なお、Ｎは０．００２％以上であることが好ましく、より好ましくは０．００３５％以上である。

本発明では、上記代替鋼が、更に他の元素として、（ａ）Ｔｉおよび／またはＢ、（ｂ）Ａｌ、（ｃ）Ｍｇおよび／またはＣａ、等を含有することも有効であり、含有させる成分の種類に応じて特性が更に改善される。これらの成分を含有する場合の好ましい範囲について以下説明する。

（ａ）Ｔｉ：０．１５％以下（０％を含まない）および／またはＢ：０．００３％以下（０％を含まない）
ＴｉとＢは、耐遅れ破壊性を向上させる元素である。

Ｔｉは、鋼中のＮを固定してＴｉＮを形成する他、ＴｉＣを析出させて耐遅れ破壊性を向上させる元素である。また、これらの窒化物や炭化物は、結晶粒を微細化するのにも有効に作用し、耐遅れ破壊性を更に向上させる。しかし０．１５％を超えると、加工性が低下し、熱間圧延後の表面に疵を形成する原因となる。従ってＴｉは０．１５％以下とするのがよい。好ましくは０．１０％以下であり、より好ましくは０．０８０％以下である。Ｔｉの下限は０．０１％であることが好ましく、より好ましくは０．０３０％、更に好ましくは０．０５０％である。

Ｂは、鋼の焼入れ性を向上させる他、耐遅れ破壊性を向上させるのにも作用する元素である。しかし０．００３％を超えると、靭性を低下させる。従ってＢは０．００３％以下であることが好ましく、より好ましくは０．００２５％以下である。Ｂの下限は０．０００５％であることが好ましく、より好ましくは０．００１０％である。

（ｂ）Ａｌ：０．１５％以下（０％を含まない）
Ａｌは、鋼中のＮを捕捉してＡｌＮを形成し、結晶粒を微細化して耐遅れ破壊性を向上する元素である。しかし０．１５％を超えると、酸化物系介在物が多く生成し、この介在物が耐遅れ破壊性を却って低下させる。従ってＡｌは０．１５％以下であることが好ましく、より好ましくは０．１２％以下、更に好ましくは０．１１％以下である。Ａｌの下限は０．０２％であることが好ましく、より好ましくは０．０５％、更に好ましくは０．０７％、特に好ましくは０．０９％である。

（ｃ）Ｍｇ：０．００５％以下（０％を含まない）および／またはＣａ：０．００５％以下（０％を含まない）
ＭｇとＣａは、耐食性を向上させる元素であり、酸性になった腐食ピット部を中和し、応力が集中するのを低減する作用を有する。即ち、本発明ではＣｒを増量しているが、Ｃｒを増量すると耐食性が向上する一方で、腐食ピットを形成しやすい。そこでＭｇやＣａを含有させると、腐食ピットを中和して応力が集中するのを防止できる。しかし多量に含有すると、鋼中に酸化物系介在物が生成し、この介在物が耐遅れ破壊性を低下させる。従ってＭｇは０．００５％以下であることが好ましく、より好ましくは０．００４０％以下、更に好ましくは０．００３５％以下である。Ｃａは０．００５％以下であることが好ましく、より好ましくは０．００４０％以下、更に好ましくは０．００３５％以下である。Ｍｇの下限は０．００１％であることが好ましく、より好ましくは０．００２０％、更に好ましくは０．００２５％である。Ｃａの下限は０．００１％であることが好ましく、より好ましくは０．００２０％、更に好ましくは０．００２５％である。

ＭｇとＣａは夫々単独で、或いは併用して使用できる。ＭｇとＣａを併用する場合には、合計を０．００８％以下とするのが好ましく、より好ましくは０．００７％以下、更に好ましくは０．００６％以下である。

本発明におけるクロムモリブデン鋼の代替鋼は、上記の通りに構成されており、この代替鋼を用いて製造されるボルトは、引張強度が１０００〜１４００Ｎ／ｍｍ²程度となり、しかもＭｏの使用量を低減しているにもかかわらず耐遅れ破壊性に優れている。

上記代替鋼を用いてボルトを製造するに当たっては、上記成分設計方法に基づいて鋼の化学成分を調整し、得られた機械構造用合金鋼（代替鋼）を成分設計前のクロムモリブデン鋼と同じ条件でボルト形状に成形加工したものを焼入れ焼戻しすればよい。代替鋼の化学成分が、上述した要件を満足すれば、成分設計前のクロムモリブデン鋼と同じ条件で焼戻ししても、内部硬さの差が±１０Ｈｖ以内で、引張強度の差が±３０ＭＰａ以内となるからである。

なお、本発明の成分設計方法は、クロムモリブデン鋼に適用できるものであるから、該クロムモリブデン鋼に相当する鋼（ＳＣＭ相当鋼）として海外の例えばＩＳＯ、ＳＡＥ、ＡＩＳＩ、ＤＩＮ、ＮＦ、ＢＳ、ＥＮなどの規格で規定されている鋼種にも適用できる。これらの規格で規定されているＳＣＭ相当鋼の成分組成は、下記表２−１および表２−２の通りである。なお、これらの元素の範囲は、ＪＩＳで規定するクロムモリブデン鋼の範囲と若干ずれる場合があるが、本発明の効果には影響を及ぼさないことを確認している。

以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更して実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。

実験例１（ＳＣＭ４３５相当鋼）
クロムモリブデン鋼（成分設計前の鋼）として、下記表３のＡ１に示す化学成分を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼を用いた。鋼種Ａ１は、ＪＩＳで規定されるＳＣＭ４３５相当鋼である。

この鋼を、φ１１．５ｍｍまで熱間圧延した後、焼入れ焼戻し処理を行ない、供試鋼を得た。焼入れ温度は下記表４に示す温度とし、この温度で３０分間保持した後、油冷して焼入れを行なった。焼戻し温度は下記表４に示す温度とし、この温度で９０分間加熱した後、水冷して焼戻しを行なった。

また、鋼種Ａ１の化学成分を基準とし、成分設計した下記表３に示す化学成分を含有する代替鋼（鋼種Ａ２〜Ａ１１；残部はＦｅおよび不可避不純物）を用い、上記と同じ条件で熱間圧延した後、焼入れ焼戻し処理を行ない、供試鋼を得た。

なお、表３には、クロムモリブデン鋼中のＣｒ量とＭｏ量から算出した「Ａ_Cr＋１．８×Ａ_Mo」と「Ａ_Cr＋４．２×Ａ_Mo」の値を示した。また、表３には、代替鋼中のＣｒ量（ＢCr）が、上記（１）式を満足する場合を○、満足しない場合を×で示した。

得られた供試鋼のＤ／４位置（Ｄは直径）の硬さを、ビッカース硬度計を用いて４箇所測定し、その平均値を内部硬さとした。結果を下記表４に示す。

また、得られた供試鋼から、図１に示す形状の引張試験用試験片と、図２に示す形状の遅れ破壊試験用試験片を夫々切り出し、夫々の試験片を用いて引張試験または遅れ破壊試験を行った。結果を下記表４に示す。表４には、クロムモリブデン鋼（成分設計前の鋼）の引張強さとの差が±３０ＭＰａ以内の場合を判定○（合格）とし、±３０ＭＰａを超える場合を判定×（不合格）として判定結果を示した。

なお、遅れ破壊試験は、図２に示す形状の遅れ破壊試験用試験片を、酸（１５質量％ＨＣｌ）に３０分間浸漬した後、水洗、乾燥し、この試験片に大気中で応力を負荷し、１００時間経過後における破断の有無を観察して行なった。負荷した応力は、１０００Ｎ／ｍｍ²（切欠き引張強さの約５０％に相当）、１５００Ｎ／ｍｍ²（切欠き引張強さの約７５％に相当）、１８００Ｎ／ｍｍ²（切欠き引張強さの約９０％に相当）の３段階とし、負荷応力が１５００Ｎ／ｍｍ²の場合に破断が無ければ「耐遅れ破壊性に優れている」と評価し、負荷応力が１８００Ｎ／ｍｍ²の場合に破断が無ければ「耐遅れ破壊性に特に優れている」と評価し、表４に○で示した。試験片の数は各５本とし、破断が認められた試験片が１本でも有る場合を「破断有り」とし、表４に×で示した。

表３と表４から次のように考察できる。Ｎｏ．１は、従来鋼であり、Ｎｏ．２〜１３は、従来鋼の化学成分に対して鋼中のＭｏを低減し、化学成分を設計変更した例である。

Ｎｏ．２〜４は、鋼中のＣｒが少な過ぎるため、従来鋼（クロムモリブデン鋼）と同じ条件で焼戻ししても内部硬さが低く、引張強度も低くなる。一方、Ｎｏ．９は、鋼中のＣｒが多過ぎるため、従来鋼（クロムモリブデン鋼）と同じ条件で焼戻しすると内部硬さが高く、引張強度も高くなる。

これに対し、Ｎｏ．５〜８、Ｎｏ．１０、Ｎｏ．１３は、いずれも本発明で規定する要件を満足する代替鋼であり、Ｍｏを低減しているにもかかわらず、従来鋼と同じ条件で焼戻ししても内部硬さの差や引張強度の差が殆どなく、しかも耐遅れ破壊性の劣化も認められない。特に、Ｎｏ．６〜８、Ｎｏ．１０、Ｎｏ．１３は、従来鋼（Ｎｏ．１）よりも耐遅れ破壊性は良好となる。

Ｎｏ．１１とＮｏ．１２は、参考例であり、これらの例は、本発明で規定する要件を満足する代替鋼であるが、焼戻し温度を従来鋼の焼戻し温度と変えたため、内部硬さの差や引張強度の差が大きくなった。

実験例２（ＳＣＭ４３０相当鋼）
クロムモリブデン鋼（成分設計前の鋼）として、下記表５のＢ１に示す化学成分を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼を用い、上記実験例１と同様に熱間圧延、焼入れ焼戻し処理し、供試鋼を得た。鋼種Ｂ１は、ＪＩＳで規定されるＳＣＭ４３０相当鋼である。

また、鋼種Ｂ１の化学成分を基準とし、成分設計した下記表５に示す化学成分を含有する代替鋼（鋼種Ｂ２〜Ｂ６；残部はＦｅおよび不可避不純物）を用い、上記と同じ条件で熱間圧延した後、焼入れ焼戻し処理を行ない、供試鋼を得た。

得られた供試鋼について、上記実験例１と同じ条件で内部硬さの測定、引張強度試験、遅れ破壊試験を行った。結果を下記表６に示す。

表５と表６から次のように考察できる。Ｎｏ．２１は、従来鋼であり、Ｎｏ．２２〜２６は、従来鋼の化学成分に対して鋼中のＭｏを低減し、化学成分を設計変更した例である。Ｎｏ．２２〜２６は、Ｍｏ量の使用量を低減しているにもかかわらず、クロムモリブデン鋼と同じ条件で焼戻ししても内部硬さや引張強度が同程度で、耐遅れ破壊性にも優れている。

実験例３（ＳＣＭ４３２相当鋼）
クロムモリブデン鋼（成分設計前の鋼）として、下記表７のＣ１に示す化学成分を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼を用い、上記実験例１と同様に熱間圧延、焼入れ焼戻し処理し、供試鋼を得た。鋼種Ｃ１は、ＪＩＳで規定されるＳＣＭ４３２相当鋼である。

また、鋼種Ｃ１の化学成分を基準とし、成分設計した下記表７に示す化学成分を含有する代替鋼（鋼種Ｃ２〜Ｃ６；残部はＦｅおよび不可避不純物）を用い、上記と同じ条件で熱間圧延した後、焼入れ焼戻し処理を行ない、供試鋼を得た。

得られた供試鋼について、上記実験例１と同じ条件で内部硬さの測定、引張強度試験、遅れ破壊試験を行った。結果を下記表８に示す。

表７と表８から次のように考察できる。Ｎｏ．３１は、従来鋼であり、Ｎｏ．３２〜３６は、従来鋼の化学成分に対して鋼中のＭｏを低減し、化学成分を設計変更した例である。Ｎｏ．３２〜３６は、Ｍｏ量の使用量を低減しているにもかかわらず、クロムモリブデン鋼と同じ条件で焼戻ししても内部硬さや引張強度が同程度で、耐遅れ破壊性にも優れている。

実験例４（ＳＣＭ４４０相当鋼）
クロムモリブデン鋼（成分設計前の鋼）として、下記表９のＤ１に示す化学成分を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼を用い、上記実験例１と同様に熱間圧延、焼入れ焼戻し処理し、供試鋼を得た。鋼種Ｄ１は、ＪＩＳで規定されるＳＣＭ４４０相当鋼である。

また、鋼種Ｄ１の化学成分を基準とし、成分設計した下記表９に示す化学成分を含有する代替鋼（鋼種Ｄ２〜Ｄ６；残部はＦｅおよび不可避不純物）を用い、上記と同じ条件で熱間圧延した後、焼入れ焼戻し処理を行ない、供試鋼を得た。

得られた供試鋼について、上記実験例１と同じ条件で内部硬さの測定、引張強度試験、遅れ破壊試験を行った。結果を下記表１０に示す。

表９と表１０から次のように考察できる。Ｎｏ．４１は、従来鋼であり、Ｎｏ．４２〜４６は、従来鋼の化学成分に対して鋼中のＭｏを低減し、化学成分を設計変更した例である。Ｎｏ．４２〜４６は、Ｍｏ量の使用量を低減しているにもかかわらず、クロムモリブデン鋼と同じ条件で焼戻ししても内部硬さや引張強度が同程度で、耐遅れ破壊性の劣化も認められない。特に、Ｎｏ．４３〜４６は、従来鋼（Ｎｏ．４１）よりも耐遅れ破壊性は良好となる。

実験例５（ＳＣＭ４４５相当鋼）
クロムモリブデン鋼（成分設計前の鋼）として、下記表１１のＥ１に示す化学成分を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼を用い、上記実験例１と同様に熱間圧延、焼入れ焼戻し処理し、供試鋼を得た。鋼種Ｅ１は、ＪＩＳで規定されるＳＣＭ４４５相当鋼である。

また、鋼種Ｅ１の化学成分を基準とし、成分設計した下記表１１に示す化学成分を含有する代替鋼（鋼種Ｅ２〜Ｅ６；残部はＦｅおよび不可避不純物）を用い、上記と同じ条件で熱間圧延した後、焼入れ焼戻し処理を行ない、供試鋼を得た。

得られた供試鋼について、上記実験例１と同じ条件で内部硬さの測定、引張強度試験、遅れ破壊試験を行った。結果を下記表１２に示す。

表１１と表１２から次のように考察できる。Ｎｏ．５１は、従来鋼であり、Ｎｏ．５２〜５６は、従来鋼の化学成分に対して鋼中のＭｏを低減し、化学成分を設計変更した例である。Ｎｏ．５２〜５６は、Ｍｏ量の使用量を低減しているにもかかわらず、クロムモリブデン鋼と同じ条件で焼戻ししても内部硬さや引張強度が同程度で、耐遅れ破壊性にも優れている。

図１は、引張試験用試験片の形状を示す模式図である。 図２は、遅れ破壊試験用試験片の形状を示す模式図である。

Claims (10)

1. クロムモリブデン鋼のＭｏを０．０５％（質量％の意味。以下同じ）以下に低減する一方、鋼中のＣｒを下記式（１）を満足するように増量し、
   前記クロムモリブデン鋼の基本成分に対して、代替鋼の基本成分を、Ｃで±０．０２％、Ｓｉで±０．０５％、Ｍｎで±０．０８％、Ｐで±０．０１％、Ｓで±０．０１５％、Ｎｉで±０．０５％とすることを特徴とするクロムモリブデン鋼の代替鋼の成分設計方法。
   Ａ_Cr＋１．８×Ａ_Mo≦Ｂ_Cr≦Ａ_Cr＋４．２×Ａ_Mo …（１）
   ［式中、Ａ_Crはクロムモリブデン鋼中のＣｒ量（％）を示し、Ａ_Moはクロムモリブデン鋼中のＭｏ量（％）を示し、Ｂ_Crは代替鋼中のＣｒ量（％）を示す。］
2. 前記クロムモリブデン鋼と前記代替鋼とを同じ条件で焼戻ししたとき、内部硬さの差が±１０Ｈｖ以内であり、引張強度の差が±３０ＭＰａ以内である請求項１に記載の代替鋼の成分設計方法。
3. 前記クロムモリブデン鋼が、ＪＩＳで規定されるＳＣＭ４３０、ＳＣＭ４３２、ＳＣＭ４３５、ＳＣＭ４４０、またはＳＣＭ４４５のいずれかである請求項１または２に記載の代替鋼の成分設計方法。
4. 前記代替鋼に含まれるＮｉ量を０．２５％以下（０％を含まない）とする請求項１〜３のいずれかに記載の代替鋼の成分設計方法。
5. 前記代替鋼が０．２５％以下（０％を含まない）のＣｕを含有する請求項１〜４のいずれかに記載の代替鋼の成分設計方法。
6. 前記代替鋼に含まれるＮ量を０．０１％以下（０％を含まない）とする請求項１〜５のいずれかに記載の代替鋼の成分設計方法。
7. 前記代替鋼が、更に他の成分として、
   Ｔｉ：０．１５％以下（０％を含まない）および／または
   Ｂ ：０．００３％以下（０％を含まない）
   を含有する請求項１〜６のいずれかに記載の代替鋼の成分設計方法。
8. 前記代替鋼が、更に他の成分として、
   Ａｌ：０．１５％以下（０％を含まない）
   を含有する請求項１〜７のいずれかに記載の代替鋼の成分設計方法。
9. 前記代替鋼が、更に他の成分として、
   Ｍｇ：０．００５％以下（０％を含まない）および／または
   Ｃａ：０．００５％以下（０％を含まない）
   を含有する請求項１〜８のいずれかに記載の代替鋼の成分設計方法。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の代替鋼の成分設計方法に基づいて成分調整することを特徴とする機械構造用合金鋼の製造方法。

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