JP5495648B2 - 耐結晶粒粗大化特性に優れた機械構造用鋼及びその製造方法 - Google Patents
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Description
Cは機械構造用部品としての鋼材の浸炭処理後の芯部強度を確保するために必要な元素である。しかし、Cが0.10%未満ではその効果が十分に得られず、0.25%を超えると加工性を低下させ、かつ、靱性を低下させる。そこでCは0.10〜0.25%とする。
Siは脱酸に必要な元素である。しかし、Siが0.05%未満では脱酸が十分に得られず、2.0%を超えると加工性を低下させる。そこでSiは0.05〜2.0%とし、望ましくは0.05〜1.0%とする。
Mnは焼入れ性を確保するために必要な元素である。しかし、Mnが0.1%未満では焼入れ性の効果は十分に得られず、1.5%を超えると加工性を低下させる。そこでMnは0.1〜1.5%とし、より望ましくは0.2〜0.8%とする。
Pはスクラップから含有される不可避な元素であり、オーステナイト粒界に偏析して衝撃強度や曲げ強度などの靱性を低下する。そこでPは0.030%以下とする。
Sは被削性を向上させる元素である。しかし、非金属介在物であるMnSを生成して横方向の靱性及び疲労強度を低下する。そこでSは0.030%以下とする。
Crは球状化焼なまし時のラメラーパーライトの生成を抑えて、球状炭化物主体の均質な球状化焼なまし組織を得るために不可欠な元素である。この効果を得るためにはCrは1.80%以上必要である。一方、Crは過剰に添加すると加工性を損ない、また、浸炭性を阻害するので実施例である表1の発明鋼3のCrの含有量に基づき2.47%以下とする。そこでCrは1.80〜2.47%、望ましくは、2.00〜2.47%とする。なお、Crを1.80%以上添加することにより、球状化焼なましの徐冷過程でフェライト−オーステナイト界面における球状炭化物の生成反応が促進されることにより、均質な球状化焼なまし組織がもたらされる。
Alは脱酸材として使用される元素であり、また後述のようにNと結合してAlNとして析出し、結晶粒粗大化抑制効果をもたらす。この効果を得るためには、Alは0.005%以上を添加する必要がある。一方、Alは0.050%を超えるとアルミナ系酸化物が増加し、疲労特性及び加工性を低下する。そこで、Alは0.005〜0.050%とし、望ましくは0.015〜0.050%とする。
Nは鋼中でAlNやNb窒化物として微細析出し、結晶粒粗大化を防止する効果をもたらす。しかし、0.030%を超えると窒化物が増加し、疲労強度や加工性が低下する。そこで、請求鋼1〜請求鋼4の発明では、Nは0.030%以下とし、望ましくは0.025%以下とする。なお、Tiを含有する鋼材では、N量が多いとTiNが過剰に生成して加工性や疲労強度を損なう。また、Bを含有する鋼材ではNが0.010%以上含有されると、化合物のBNが生成して固溶Bが減少し、焼入性の向上効果が阻害される。そこで、請求項2または請求項4に記載の鋼のうち、特にTi及び/又はBを含有する鋼においてはNは0.010%未満とする。
Nbは炭化物あるいは窒化物を形成し、結晶粒粗大化防止効果をもたらす。特に鋼中に微細に分散したナノオーダーのNbC又はNb(C、N)が結晶粒の成長を抑制する。Nbが0.02%未満ではその効果が得られず、0.10%を超えると析出物の量が過剰となり加工性を低下する。そこで、Nbは0.02〜0.10%、望ましくは0.02〜0.08%とする。
Tiは鋼中のfree−Nを固定し、Bが化合物BNとなるのを抑えることにより、Bを焼入性向上に寄与させることができる。その効果を得る場合には、Tiを0.050%未満で添加する必要がある。
Bは極少量の含有によって鋼の焼入性を著しく向上させる元素で選択的に含有される。その効果を得る場合には、0.0010%未満では焼入性の向上効果が小さく、一方、0.0050%を超えると強度を低下する。そこで、Bは0.0010〜0.0050%とする。
鋼中でラメラー状に炭化物が存在するパーライトの部分は硬く、母相の鋼に比べて変形しにくいことにより、部品を冷間鍛造する過程でラメラーパーライト周辺に局所的に不均一なひずみが集中しやすい。その結果、冷間鍛造もしくは冷間加工及び必要に応じた切削加工を行って所定の形状に加工した後に浸炭温度まで加熱する際に、ラメラーパーライト周囲で特に微細にフェライトが再結晶する過程を経るので、浸炭初期のオーステナイト粒が特に微細に形成される。これにより、浸炭中の結晶粒の粗大化が起こりやすくなる。これを回避するためには、球状化焼なまし後のラメラーパーライトの面積率は3%以下とする必要があり、望ましくは2%以下とする。
請求項に記載の鋼成分に加えて、上記条件の球状化焼なましを行うことにより、球状化焼なまし時のラメラーパーライトの生成が抑えられ、球状炭化物主体の均質な球状化焼なまし組織が得られるようになる。その結果、冷間鍛造もしくは冷間加工及び必要に応じた切削加工を行って所定の形状に加工してから浸炭処理を行った場合に、結晶粒が粗大化しにくい。その効果を得るために、740〜810℃、望ましくは760〜800℃に加熱して所定時間保持(保持時間は処理量や炉の特性によって変化するものであり、特に限定されない)した後に、720〜650℃まで8〜40℃/hr、望ましくは10〜20℃/hrの冷却速度で冷却し、その後空冷する球状化焼なましを行う必要がある。
Claims (4)
- 質量%で、C:0.10〜0.25%、Si:0.05〜2.0%、Mn:0.1〜1.5%、P:0.030%以下、S:0.030以下、Cr:1.80〜2.47%、Al:0.005〜0.050%、N:0.030%以下を含有し、残部Fe及び不可避不純物からなり、球状化焼なまし後のラメラーパーライトの面積率が3%以下であることを特徴とする耐結晶粒粗大化特性に優れた機械構造用鋼。
- 質量%で、C:0.10〜0.25%、Si:0.05〜2.0%、Mn:0.1〜1.5%、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Cr:1.80〜2.47%、Al:0.005〜0.050%、N:0.030%以下を含有し、さらに質量%で、Ti:0.050%未満、Nb:0.02〜0.10%、B:0.0010〜0.0050%の1種又は2以上を含有し、残部Fe及び不可避不純物からなり、球状化焼なまし後のラメラーパーライトの面積率が3%以下であることを特徴とする耐結晶粒粗大化特性に優れた機械構造用鋼。
- 機械構造用鋼を球状化焼なまし後に、冷間鍛造もしくは冷間加工及び必要に応じた切削加工を行って所定の形状に加工した後に浸炭処理する機械部品に供する機械構造用鋼の製造方法において、質量%で、C:0.10〜0.25%、Si:0.05〜2.0%、Mn:0.1〜1.5%、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Cr:1.80〜2.47%、Al:0.005〜0.050%、N:0.030%以下を含有し、残部Fe及び不可避不純物からなる鋼を用い、740〜810℃に加熱して所定時間保持後に、720〜650℃まで8〜40℃/Hrの冷却速度で冷却し、その後空冷する球状化焼なましを施すことを特徴とする耐結晶粒粗大化特性に優れた機械構造用鋼の製造方法。
- 機械構造用鋼を球状化焼なまし後に、冷間鍛造もしくは冷間加工及び必要に応じた切削加工を行って所定の形状に加工した後に浸炭処理する機械部品に供する機械構造用鋼の製造方法において、質量%で、C:0.10〜0.25%、Si:0.05〜2.0%、Mn:0.1〜1.5%、P:0.030%以下、S:0.030以下、Cr:1.80〜2.47%、Al:0.005〜0.050%、N:0.030%以下を含有し、さらに質量%で、Ti:0.050%未満、Nb:0.02〜0.10%、B:0.0010〜0.0050%の1種又は2種以上を含有し、残部Fe及び不可避不純物からなる鋼を用い、740〜810℃に加熱して所定時間保持後に、720〜650℃まで8〜40℃/Hrの冷却速度で冷却し、その後空冷する球状化焼なましを施すことを特徴とする耐結晶粒粗大化特性に優れた機械構造用鋼の製造方法。
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