JP6256416B2 - 肌焼鋼 - Google Patents
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Description
また、特許文献2に記載の技術は、Al, Nbを添加するとともに圧延条件を制御することで、窒化物、炭化物、炭窒化物を分散させ結晶粒の粗大化防止を図っているが、Al、Nbの析出物は、互いに結合し、粗大な析出物となりやすく、結晶粒のピン止め力が不足し、結晶粒が粗大化してしまう場合が多々あるという課題があった。
特許文献3に記載の技術は、Tiを添加し、Ti炭化物、Ti含有複合炭化物、Ti窒化物を微細に析出させるとともに、Ti系硫化物を析出させることで、結晶粒の粗大化防止と被削性の向上を図っているが、Ti窒化物が鋳造凝固時に粗大生成してしまい、Ti微細析出物の分量が減少し、結晶粒のピン止め力が低下する場合があり、結晶粒が粗大化しやすくなるという問題があった。
Si:0.01〜0.70質量%、
Mn:0.30〜1.5質量%、
P:0.1質量%以下、
S:0.5質量%以下、
Se:0.0010〜0.300質量%および
N:0.050質量%以下
を含み、残部はFe及び不可避的不純物の成分組成を有する肌焼鋼。
Cr:2.0質量%以下、
Mo:1.00質量%以下、
Cu:1.00質量%以下、
Ni:1.00質量%以下および
B:0.0100質量%以下
のうちから選ばれる1種以上を含有する前記1に記載の肌焼鋼。
Al:0.100質量%以下、
Nb:0.100質量%以下、
Hf:0.100質量%以下および
Ta:0.100質量%以下
のうちから選ばれる1種以上を含有する前記1または2に記載の肌焼鋼。
Sb:0.500質量%以下および
Sn:0.500質量%以下
のうちから選ばれる1種以上を含有する前記1から3のいずれかに記載の肌焼鋼。
C:0.10〜0.30質量%
浸炭熱処理後の焼入れにより、例えば機械構造部品の中心部の硬度を高めるために、0.10質量%以上のCを必要とする。一方、含有量が0.30質量%を超えると、部品芯部の靭性が低下するため、C量は0.10〜0.30質量%の範囲に限定する。好ましくは0.13〜0.27質量%、より好ましくは0.15〜0.25%の範囲である。
Siは、脱酸剤として、少なくとも0.01質量%の添加が必要である。しかしながら、Siは浸炭表層で優先的に酸化し、粒界酸化を促進する元素である。さらに、固溶強化により変形抵抗を高めて鍛造性を劣化させるため、上限を0.70質量%とする。好ましくは0.02〜0.50質量%、さらに好ましくは0.03〜0.35質量%である。
Mnは、焼入性の向上に有効な元素であるとともに、Seと結合し、高温でも安定な微細析出物を形成することで結晶粒の微細化に寄与する。このためには、少なくとも0.30質量%の添加を必要とする。しかし、Mnの過剰な添加は、固溶強化による変形抵抗の上昇を招くため、上限を1.5質量%とした。好ましくは0.4〜1.0質量%、より好ましくは0.5〜0.9質量%である。
Pは、結晶粒界に偏析し、靭性を低下させるため、その混入量は低いほど望ましいが、0.1質量%までは許容される。好ましくは、0.02質量%以下である。また、下限については特に限定せずとも問題はないが、無駄な低P化は精錬時間の増長や精錬コストを上昇させてしまうため、0.003%以上にするとよい。
Sは、硫化物系介在物として存在し、被削性の向上に有効な元素であるが、過剰な添加は冷間鍛造性の低下を招くため、上限を0.5質量%とした。また、下限については特に限定しないが、過度の低S化は精錬コストを上昇させてしまうため、0.003%以上にするとよい。好ましくは0.004〜0.3質量%、さらに好ましくは0.005〜0.09質量%である。
Seは、MnやCuと結合し、鋼中に析出物として分散する。Se析出物は浸炭熱処理温度域で析出物成長がほとんど起こらず安定に存在しており、オーステナイト粒径のピン止め効果が高い。このため、Seの添加は結晶粒の粗大化防止に有効であるが、この効果を得るためには、少なくとも0.0010質量%の添加が必要である。但し、0.300質量%を超えて添加しても、結晶粒の粗大化防止効果は飽和する。以上の理由から、Se添加量は0.0010〜0.300質量%とする。好ましくは0.005〜0.100質量%、さらに好ましくは0.008〜0.090質量%である。
Nは、鋼の精錬時に大気中より混入する。0.050質量%を超えた場合、凝固時に割れが発生してしまい、圧延または鍛造後でも疵として残り、製品として使用できなくなる。疵が残ったまま鍛造をした場合、その疵が開き、割れが著しく発生しやすくなってしまう。そこで、Nの上限を0.050質量%とした。また、下限については特に限定しないが、過度の低N化は精錬コストを上昇させてしまうため、0.001%以上とするとよい。好ましくは0.0015〜0.0300質量%、さらに好ましくは0.002〜0.025質量%である。
Mo:1.00質量%以下、
Cu:1.00質量%以下、
Ni:1.00質量%以下および
B:0.0100質量%以下
のうちから選ばれる1種以上を含有することができる。
Crは、焼入性と焼戻し軟化抵抗の向上に寄与し、さらには炭化物の球状化促進にも有用な元素であるため添加することができる。これらの効果を得るためには、0.5質量%以上で添加することが好ましい。一方、2.0質量%を超えると、過剰浸炭や残留オーステナイトの生成を促進し、疲労強度に悪影響を与える。よって、Cr量は2.0質量%以下の範囲にするとよい。好ましくは0.5〜2.0質量%の範囲であり、より好ましくは0.7〜1.9質量%の範囲である。さらに好ましくは0.8〜1.8質量%である。
Moは、焼入性と焼戻し軟化抵抗の向上に寄与し、さらには浸炭異常層を低減する効果も示し、有用な元素であるため添加することができる。これらの効果を得るためには0.01質量%以上で添加することが好ましい。一方、1.00質量%を超えると、焼入性過剰となり、圧延後の取り扱い時に疵発生または割れ発生する懸念がある。そこで、Mo量は1.00質量%以下の範囲にするとよい。好ましくは0.01〜1.00質量%の範囲であり、より好ましくは0.03〜0.50質量%の範囲である。さらに好ましくは0.05〜0.30質量%である。
Cuは、焼入性の向上に寄与するとともに、Seと結合し、結晶粒の粗大化防止効果を示し、有用な元素であるため添加することができる。これらの効果を得るためには0.01質量%以上で添加することが好ましい。一方、1.00質量%を超えると、圧延材表面肌が荒れてしまい、疵として残存する懸念がある。そこで、Cu量は1.00質量%以下の範囲にするとよい。好ましくは0.01〜1.00質量%であり、より好ましくは0.015〜0.500質量%、さらに好ましくは0.03〜0.30質量%である。
Niは、焼入性の向上に寄与するとともに、靱性の向上に有用な元素であるため添加することができる。これらの効果を得るためには0.01質量%以上で添加することが好ましい。一方、1質量%を超えた添加は効果が飽和する。よって、Ni量は1.00質量%以下の範囲にするとよい。好ましくは0.01〜1.00質量%の範囲であり、より好ましくは0.015〜0.500質量%の範囲である。さらに好ましくは0.03〜0.30質量%である。
Bは、粒界に偏析し、拡散型変態を抑制することで、焼入れ性の向上に有効であるため添加することができる。この効果を得るためには0.0003質量%以上添加することが好ましい。一方、0.0100%を超えると、靱性の低下を招くことから、B量は0.0100質量%以下にするとよい。好ましくは0.0003〜0.0100質量%の範囲である。より好ましくは、0.0005〜0.0050質量%の範囲、さらに好ましくは0.0007〜0.0020質量%の範囲である。
Al:0.100質量%以下、
Nb:0.100質量%以下、
Hf:0.100質量%以下および
Ta:0.100質量%以下
のうちから選ばれる1種以上を含有することができる。
Alは脱酸に有効な元素であるとともに、窒化物を形成して結晶粒の粗大化防止に有効であるため添加することができる。これらの効果を得るためには、0.001質量%以上で添加することが好ましい。一方、過剰な添加は介在物の増加を招き、疲労破壊の起点を増やし、低疲労強度の原因となることから、上限を0.100質量%とするとよい。好ましくは0.001〜0.100質量%であり、より好ましくは0.01〜0.08質量%であり、さらに好ましくは0.015〜0.055%である。
Nbは、鋼中でNbCを形成し、浸炭熱処理時のオーステナイト粒径の粗粒化をピン止め効果により抑制するため添加することができる。この効果を得るためには、少なくとも0.003質量%の添加が好ましい。一方、0.100質量%を超えて添加すると、粗大なNbCの析出による粗粒化抑制能の低下や疲労強度の劣化を招くおそれがあるため、0.100質量%以下とする。好ましくは0.003〜0.100質量%であり、より好ましくは0.005〜0.080質量%である。さらに好ましくは、0.01〜0.06質量%である。
Hfは、鋼中で炭化物を形成し、浸炭熱処理時のオーステナイト粒径の粗粒化をピン止め効果により抑制する。この効果を得るためには、少なくとも0.003質量%の添加が好ましい。一方、0.100質量%を超えて添加すると、鋳造凝固時に粗大な析出を生成し、粗粒化抑制能の低下や疲労強度の劣化を招くおそれがあるため、0.100質量%以下とするとよい。好ましくは0.003〜0.100質量%、より好ましくは0.005〜0.060質量%である。さらに好ましくは、0.01〜0.05質量%である。
Taは、鋼中で炭化物を形成し、浸炭熱処理時のオーステナイト粒径の粗粒化をピン止め効果により抑制する。この効果を得るためには、少なくとも0.003質量%の添加が好ましい。一方、0.100質量%を超えて添加すると、鋳造凝固時に割れを生じやすくなり、圧延および鍛造後でも疵が残存してしまう懸念があるため、0.100質量%以下とするとよい。好ましくは、0.003〜0.100質量%であり、より好ましくは、0.005〜0.06質量%である。さらに好ましくは、0.01〜0.05質量%である。
Sb:0.500質量%以下および
Sn:0.500質量%以下
のうちから選ばれる1種以上を含有することができる。
Sb:0.500質量%以下
Sbは、鋼材表面の脱炭を抑制し、表面硬度の低下を防止するのに有効な元素であるため添加することができる。この効果を得るためには、0.0003質量%以上添加することが好ましい。ただし、過剰な添加は鍛造性を劣化させることから、Sbは0.500質量%以下とする。Sbの好適範囲は0.0003〜0.500質量%であり、好ましくは、0.001〜0.050質量%、更に好ましくは0.0015〜0.0350質量%である。
Snは、鋼材表面の耐食性を向上させるために有効な元素であるため添加することができる。この効果を得るためには、0.0003質量%以上添加することが好ましい。ただし、過剰な添加は鍛造性を劣化させることから、Snは0.500質量%以下とする。Snの好適範囲は0.0003〜0.500質量%であり、好ましくは、0.0010〜0.050質量%であり、更に好ましくは、0.0015〜0.0350質量%である。
表1に示す成分組成の鋼を溶製し熱間圧延によって30mmφの丸棒に成形した。得られた丸棒について、機械構造用鋼に求められる各種特性の評価を行った。すなわち、圧延ままの光学顕微鏡組織観察、硬さ測定、鍛造性(限界割れ試験)、ジョミニー試験、浸炭後硬度分布測定、浸炭後回転曲げ疲労試験、浸炭後ローラーピッチング疲労試験、浸炭後衝撃疲労試験および浸炭後旧オーステナイト粒観察を実施した。
Claims (9)
- C:0.10〜0.30質量%、
Si:0.01〜0.70質量%、
Mn:0.30〜1.5質量%、
P:0.1質量%以下、
S:0.5質量%以下、
Se:0.0010〜0.300質量%および
N:0.050質量%以下
を含み、残部はFe及び不可避的不純物の成分組成を有する肌焼鋼。 - 前記成分組成はさらに
Cr:2.0質量%以下、
Mo:1.00質量%以下、
Cu:1.00質量%以下、
Ni:1.00質量%以下および
B:0.0100質量%以下
のうちから選ばれる1種以上を含有する請求項1に記載の肌焼鋼。 - 前記成分組成は、さらに
Sb:0.500質量%以下および
Sn:0.500質量%以下
のうちから選ばれる1種以上を含有する請求項1または2に記載の肌焼鋼。 - C:0.10〜0.30質量%、
Si:0.01〜0.70質量%、
Mn:0.30〜1.5質量%、
P:0.1質量%以下、
S:0.5質量%以下、
Se:0.0010〜0.300質量%および
N:0.050質量%以下
を含み、残部はFe及び不可避的不純物の成分組成を有する肌焼鋼を、950℃〜1070℃で浸炭を施した後、焼入れおよび焼戻し処理を施す浸炭焼入れ・焼戻し材の製造方法。 - 前記成分組成は、さらに
Cr:2.0質量%以下、
Mo:1.00質量%以下、
Cu:1.00質量%以下、
Ni:1.00質量%以下および
B:0.0100質量%以下
のうちから選ばれる1種以上を含有する請求項4に記載の浸炭焼入れ・焼戻し材の製造方法。 - 前記成分組成は、さらに
Al:0.100質量%以下、
Nb:0.100質量%以下、
Hf:0.100質量%以下および
Ta:0.100質量%以下
のうちから選ばれる1種以上を含有する請求項4または5に記載の浸炭焼入れ・焼戻し材の製造方法。 - 前記成分組成は、さらに
Sb:0.500質量%以下および
Sn:0.500質量%以下
のうちから選ばれる1種以上を含有する請求項4から6のいずれかに記載の浸炭焼入れ・焼戻し材の製造方法。 - 前記浸炭を施す前に冷間鍛造を施す請求項4から7のいずれかに記載の浸炭焼入れ・焼戻し材の製造方法。
- 前記浸炭素焼入れ・焼戻し材は、JIS G0551に従う結晶粒度が3.5以上である、請求項4から8のいずれかに記載の浸炭焼入れ・焼戻し材の製造方法。
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