JP5632659B2 - 熱処理歪みの少ない肌焼鋼 - Google Patents
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T(℃)=−163×[C]+43.1×[Si]−55.2×[Mn]+32.6×[Cu]−30.0×[Ni]−47.8×[Cr]+104×[Mo]+412×[V]+677 …(1)
t(秒)=40.4×[C]+1.31×[Si]+18.7×[Mn]+8.37×[Cu]+5.33×[Ni]+5.57×[Cr]+11.8×[Mo]−51.1×[V]−17.8 …(2)
但し、[C],[Si],[Mn],[Cu],[Ni],[Cr],[Mo]および[V]は、夫々C,Si,Mn,Cu,Ni,Cr,MoおよびVの含有量(質量%)を示す。
t(秒)=40.4×[C]+1.31×[Si]+18.7×[Mn]+8.37×[Cu]+5.33×[Ni]+5.57×[Cr]+11.8×[Mo]−51.1×[V]−17.8 …(2)
但し、[C],[Si],[Mn],[Cu],[Ni],[Cr],[Mo]および[V]は、夫々C,Si,Mn,Cu,Ni,Cr,MoおよびVの含有量(質量%)を示す。
Cは鋼材のベイナイト変態開始温度を低下させ、変態開始時間を遅くするため、可能な限り多く含有させるのが良い。こうした観点から、JIS SCr420H、JIS SCM420H等の一般的な肌焼鋼として用いられる鋼材のC含有量:0.2%(規格は0.17〜0.23%)よりも増大させる。しかしながら、C含有量が過剰になると、切削加工性、冷間鍛造性が低下するため0.3%以下とする必要がある。尚、C含有量の好ましい下限は0.23%以上(より好ましくは0.24%以上)であり、好ましい上限は0.28%以下(より好ましくは0.27%以下)である。
Siは、鋼材のベイナイト変態開始時間を遅くする効果のある元素であるが、Mn,Cu,Ni,Moほど効果はなく、また、ベイナイト変態開始温度を大きく上昇させてしまう元素であるため極力低減することが好ましい。ベイナイト変態開始温度を上昇させないという観点から、0.6%以下とする必要がある。また、Siは、鉄中に固溶して材料の変形抵抗を増大させて冷間鍛造性を低下させることからも、0.6%以下とする必要がある。尚、Si含有量の好ましい上限は0.35%以下(より好ましくは0.15%以下)である。
Mnはベイナイト変態開始温度を低下させ、変態開始時間を遅くするために有効な元素であるため、可能な限り多く含有させる。こうした観点から、JIS SCr420H、JIS SCM420H等の肌焼鋼の規格上限(0.95%)をMn含有量の下限とした。しかしながら、Mn含有量が過剰になると、縞状の偏析が顕著となり、材質のバラツキが大きくなる結果、変形能(割れ発生)にも悪影響を与えるので2.2%を上限とした。尚、Mn含有量の好ましい下限は1.2%以上(より好ましくは1.3%以上)であり、好ましい上限は2.0%以下(より好ましくは1.8%以下)である。
Pは、鋼材中に不可避的に含まれる不純物であり、結晶粒界に偏析して部品の衝撃特性を低下させる元素であるため、できるだけ低減するのが良い。そのため上限を0.03%とした。P含有量の好ましい上限は0.02%以下(より好ましくは0.015%以下)である。尚、Pは、その含有量を0%とすることは工業的に困難である。
Sは、鋼材中に不可避的に含まれる不純物であり、結晶粒界に偏析して部品の衝撃特性を低下させる元素であるため、なるべく低減するのが良い。しかしながら、SはMnSを形成して鋼材の切削性を向上させる元素でもあるため、適量を含有させてもよい。但し、部品強度に悪影響を与えないためにもその上限は0.03%以下にする必要がある。好ましくは0.02%以下であり、より好ましくは0.015%以下である。尚、Sは、鋼に不可避的に含まれる不純物であり、その量を0%とすることは工業的に困難である。
CrはMnと同様にベイナイト変態開始温度を低下させ、変態開始時間を遅くする元素であるため可能な限り多く含有させる。こうした観点から、Cr含有量は0.1%以上とした。但し、Mnに比べ高価な合金元素であるためその含有量は控えることが好ましい。また、Cr含有量が過剰になると、浸炭時にCr炭化物の析出が過剰になり、目的とする浸炭硬化層深さが得られない等の不具合が生じる場合があるため、その上限を1.8%とした。尚、Cr含有量の好ましい下限は0.5%以上(より好ましくは0.7%以上)であり、好ましい上限は1.6%以下(より好ましくは1.3%以下)である。
Alは脱酸剤として作用し、酸化物系介在物量を低減して鋼材の内部品質を高める作用を発揮するため適量含有させることが好ましい。しかしながら、Al含有量が過剰になると粗大で硬い非金属介在物(Al2O3)が生成し、疲労特性を低下させるので0.06%以下とする必要がある。尚、Al含有量の好ましい下限は0.005%以上(より好ましくは0.01%以上)であり、好ましい上限は0.05%以下(より好ましくは0.03%以下)である。
Nは鋼中に不可避的に含まれる不純物元素であるが、N含有量が多いと鋼材の変形能を低下させるAlN等の窒化物が生成するためできるだけ少なくするほうが好ましい。そのため、N含有量は0.02%以下とする必要がある。尚、N含有量の好ましい上限は0.018%以下(より好ましくは0.015%以下)である。
O含有量が過剰になると、粗大な酸化物系介在物が生成して、被削性や延性・靭性、鋼の熱間加工性および延性に悪影響を及ぼす。そこでO含有量の上限を、0.003%(好ましくは0.002%)と定めた。
Cuは、ベイナイト変態開始時間を遅くするのに有効な元素であるが、変態開始温度を上昇させる元素でもあるため、なるべく低減することが好ましい。そのため、その上限を0.3%(JIS規格と同等)とした。尚、Cu含有量のより好ましい上限は0.1%以下(更に好ましくは0.05%以下)である。
NiはMnと同様に、ベイナイト変態開始温度を低下させ、変態開始時間を遅くするために有効な元素であるため、可能な限り多く含有させる。しかしながら、効果のわりには高価な合金元素であるため極力添加を控えることが好ましい。こうした観点から、その上限を0.25%以下(JIS規格と同等)とした。Ni含有量のより好ましい上限は0.1%以下(更に好ましくは0.05%以下)である。
Moはベイナイト変態開始時間を遅くするのに効果的な元素であるが、変態開始温度を上昇させるため過剰の含有は望ましくない。こうした観点から、その上限をJIS SCM420H等の肌焼鋼の規格下限を考慮し、0.15%未満とする。Mo含有量のより好ましい上限は0.10%以下(更に好ましくは0.05%以下)である。
V,NbおよびTiは、いずれも微細な析出物を生成することで結晶粒粗大化防止特性を発揮させるのに有効な元素である。このうちVは、炭素ならびに窒素と活性な元素であり、微細な析出物を生成することで結晶粒粗大化防止特性を向上させることができるので添加しても良いが、フェライト中に固溶して素材硬さを増大させ、素材の切削性を低下させることがあるのでその上限は0.30%とした。V含有量のより好ましい上限は0.20%以下(更に好ましくは0.10%以下)である。尚、上記の効果を発揮させるための好ましいV含有量は0.05%以上(より好ましくは0.035%以上)である。
Bは、微量で鋼材の焼入れ性を大幅に向上させる効果があるため必要によって含有してもよい。上記効果は、B含有量が0.0005%以上で有効に発揮されるが、0.005%を超えて過剰に含有されると、冷間および熱間の変形能が悪くなり、割れ等が生じ易くなる。尚、Bを含有させるときのより好ましい下限は0.0008%以上(更に好ましくは0.0010%以上)であり、より好ましい上限は0.003%以下(更に好ましくは0.0020%以下)である。
Claims (5)
- C:0.21〜0.3%(質量%の意味、以下同じ)、Si:0.6%以下(0%を含まない)、Mn:0.95〜2.2%、P:0.03%以下(0%を含まない)、S:0.03%以下(0%を含まない)、Cr:0.1〜1.8%、Al:0.06%以下(0%を含まない)、N:0.02%以下(0%を含まない)、Mo:0.15%未満(0%を含まない)およびO:0.003%以下(0%を含まない)を夫々含有し、残部が鉄および不可避不純物からなり、且つ下記(1)式で表される変態開始温度T(℃)が540℃以下であると共に、下記(2)式で表される変態開始時間t(秒)が15秒以上であることを特徴とする熱処理歪みの少ない肌焼鋼。
T(℃)=−163×[C]+43.1×[Si]−55.2×[Mn]+32.6×[Cu]−30.0×[Ni]−47.8×[Cr]+104×[Mo]+412×[V]+677 …(1)
t(秒)=40.4×[C]+1.31×[Si]+18.7×[Mn]+8.37×[Cu]+5.33×[Ni]+5.57×[Cr]+11.8×[Mo]−51.1×[V]−17.8 …(2)
但し、[C],[Si],[Mn],[Cu],[Ni],[Cr],[Mo]および[V]は、夫々C,Si,Mn,Cu,Ni,Cr,MoおよびVの含有量(質量%)を示す。 - 更に、Cu:0.3%以下(0%を含まない)を含有するものである請求項1に記載の肌焼鋼。
- 更に、Ni:0.25%以下(0%を含まない)を含有するものである請求項1または2に記載の肌焼鋼。
- 更に、V:0.30%以下(0%を含まない)、Nb:0.08%以下(0%を含まない)およびTi:0.08%以下(0%を含まない)よりなる群から選ばれる1種以上を含有する請求項1〜3のいずれかに記載の肌焼鋼。
- 更に、B:0.005%以下(0%を含まない)を含有するものである請求項1〜4のいずれかに記載の肌焼鋼。
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