JP5427418B2 - 軟窒化用鋼 - Google Patents
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Description
1.質量%で、C≦0.15%、Si≦0.5、Mn≦2.5%、0.03≦S≦0.1%Ti:0.03〜0.35%、Mo:0.03〜0.8%、Cr≦2%、Al≦0.1%を式(1)を満足するように含み、残部はFeおよび不可避不純物からなり、軟窒化処理温度:550〜750℃での軟窒化後において、ベイナイト面積率50%以上の組織を有し、ベイナイト相中に粒径が10nm未満の微細析出物が全析出物の90%以上、分散析出していることを特徴とする軟窒化用鋼。
0.5≦(C/12)/{(Ti/48)+(Mo/96)}≦1.5 −−−(1)
但し、各元素は含有量(質量%)とし、含有しない元素は0とする。
2.微細析出物がTi、Moを含む炭化物であることを特徴とする1記載の軟窒化用鋼。
3.1または2に記載の軟窒化用鋼を素材とする、軟窒化処理温度:550〜750℃で軟窒化処理されて、ベイナイト面積率50%以上の組織を有し、ベイナイト相中に粒径が10nm未満の微細析出物が全析出物の90%以上、分散析出している金属組織を有する軟窒化部品。
本発明に係る軟窒化用鋼のミクロ組織、成分組成および製造条件について以下に詳細に説明する。尚、ミクロ組織は軟窒化後のミクロ組織とする。
1.ミクロ組織
軟窒化後のミクロ組織をベイナイト面積率50%以上で、かつベイナイト相中に粒径10nm未満の微細析出物を分散析出させた組織とする。母相をベイナイト組織とした場合、フェライト等その他の組織に比べ、軟窒化後の微細析出物の析出量が多く、ベイナイト面積率を50%以上とすると、軟窒化後の疲労強度ならびに強度が顕著に向上する。
本発明鋼は、以下の成分組成とすることが好ましい。説明において%は質量%とする。
C
Cはベイナイト組織生成および強度確保のため添加する。0.15%超えで含有すると微
細析出物が粗大化し、強度が低下するため0.15%以下とする。より好ましくは0.03%以上0.12%以下である。
Siは脱酸のため添加するが、0.5%を超えるとフェライトおよびベイナイト組織中に
固溶し、機械加工性および冷間加工性を劣化させるため0.5%以下とする。より好まし
くは0.3%以下である。
Mnはベイナイト組織生成ならびに強度向上に有効なため添加するが、2.5%を超える
と機械加工性および冷間加工性を劣化させるので2.5%以下とする。より好ましくは0.5%以上2.0%以下である。さらに好ましくは1.0%以上2.0%以下である。 Ti
TiはTi系炭化物や、MoとともにTi−Mo系炭化物を含む析出物を微細に析出させ、軟窒化処理材の疲労強度を向上させるため添加する。0.03%未満では析出物量が少なく所望の疲労強度が得られないため0.03%以上とし、一方、0.35%を超えて添加すると析出物が粗大化し、疲労強度向上効果が低下するため0.03〜0.35%とする。
より好ましくは0.03〜0.25%である。
MoはMo系炭化物や、TiとともにTi−Mo系炭化物を含む析出物を微細に析出させ、
軟窒化処理材の疲労強度を向上させるため添加する。疲労強度向上のため0.03%以上
添加し、一方、0.8%を超えて添加すると、機械加工性が低下するため0.03〜0.8%とする。より好ましくは0.10〜0.45%である。さらに好ましくは0.12〜0.40%である。
本パラメータ式は、析出物の大きさに影響を与えるもので、0.5以上、1.5以下とした場合、粒径10nm未満の微細析出物の形成が容易となる。
NbはTiと同様に、微細析出物を形成して疲労強度向上に寄与する。また、組織を微細
化し、結晶粒の整粒化により延性を向上させる。0.08%を超えると過度に微細化し、
延性が低下するため添加する場合は、0.08%以下とする。より好ましくは0.04%以下である。
VはTiと同様に、微細析出物を形成して疲労強度向上に寄与するが、0.15%を超えると析出物が粗大化するようになるため、添加する場合は0.15%以下とする。より好ましくは0.10%以下である。
WはTiと微細析出物を形成して疲労強度向上に寄与するが、1.5%を超えると析出物が粗大化するようになるため、添加する場合は1.5%以下とする。より好ましくは1.0%以下である。
図1は本発明に係る軟窒化鋼を用いて軟窒化部品を製造する概略製造工程を示し、S1は素材となる棒鋼製造工程、S2は搬送工程、S3は製品(軟窒化部品)仕上げ工程を示す。棒鋼製造工程(S1)で鋼塊を熱間圧延し棒鋼とし品質検査後、出荷する。
圧延加熱温度は950〜1250℃とする。本発明鋼は、圧延材(熱間鍛造部品の素材となる棒鋼)に微細析出物が析出し鍛造性を損なわないよう、熱間圧延時に溶解時から残存する炭化物を固溶させる。
圧延仕上げ温度は800℃未満ではフェライト組織が生成し、次工程として特に、冷間鍛造あるいは切削加工後に軟窒化を施す場合、軟窒化後に母相を面積率で50%以上のベイナイト組織とするためには不利である。また、圧延荷重が高く、圧延材の真円度も劣化する。このため、圧延仕上げ温度を800℃以上とする。
鍛造前に微細析出物が析出し、鍛造性を損なわないよう、圧延後の冷却速度を規定する。
微細析出物の析出温度範囲の700〜550℃を、微細析出物が得られる限界冷却速度(0.5℃/sec)超えで冷却する。
得られた棒鋼を素材とし、鍛造後、切削加工等により部品形状とする。その後、軟窒化処
理を行う。軟窒化処理は微細析出物を析出させるように、軟窒化処理温度:550〜750℃、処理時間10分以上で行う。550℃未満では、十分な量の析出物が得られず、750℃超えでは析出物が粗大化するため、550〜750℃とする。なお、より好ましくは550〜700℃とする。
で観察し、組成をエネルギー分散型X線分光装置(EDX)により求めた。
Claims (3)
- 質量%で、C≦0.15%、Si≦0.5、Mn≦2.5%、0.03≦S≦0.1%Ti:0.03〜0.35%、Mo:0.03〜0.8%、Cr≦2%、Al≦0.1%を式(1)を満足するように含み、残部はFeおよび不可避不純物からなり、軟窒化処理温度:550〜750℃での軟窒化後において、ベイナイト面積率50%以上の組織を有し、ベイナイト相中に粒径が10nm未満の微細析出物が全析出物の90%以上、分散析出していることを特徴とする軟窒化用鋼。
0.5≦(C/12)/{(Ti/48)+(Mo/96)}≦1.5 −−−(1)
但し、各元素は含有量(質量%)とし、含有しない元素は0とする。 - 微細析出物がTi、Moを含む炭化物であることを特徴とする請求項1記載の軟窒化用鋼。
- 請求項1または2に記載の軟窒化用鋼を素材とする、軟窒化処理温度:550〜750℃で軟窒化処理されて、ベイナイト面積率50%以上の組織を有し、ベイナイト相中に粒径が10nm未満の微細析出物が全析出物の90%以上、分散析出している金属組織を有する軟窒化部品。
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