JP6466152B2 - ホウ素含有鋼の熱処理方法 - Google Patents
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Description
本件発明に係る熱処理方法において用いるホウ素含有鋼は、少なくともホウ素を0.0005質量%〜0.0040質量%含む鋼を採用する。また、当該ホウ素含有鋼として、炭素が0.30質量%〜0.50質量%、ケイ素が0.15質量%〜0.35質量%、マンガンが0.60質量%〜0.90質量%、リンが0.030質量%以下、硫黄が0.035質量%以下であり、残部が鉄及び不可避的不純物からなる化学組成を備えるホウ素含有鋼を用いる。当該化学組成を備えた鋼の一例として、S35C(JIS G4051)にホウ素を0.0005質量%〜0.0040質量%で含む炭素鋼を挙げることができる。
次に、本件発明に係るホウ素含有鋼の熱処理方法について図1の熱処理サイクルの模式図を参照して述べる。なお、本件発明に係る熱処理方法の一連の工程の前後におけるその他の工程に関しては、任意の工程であることを、念のために明記しておく。
評価に用いる供試材としては、本件発明により得られるホウ素添加鋼と、ホウ素添加前の炭素鋼について、前組織の条件を合わせるため焼鈍を行い、図2に示すように、組織中のフェライト面積率を約45%にそろえたα+パーライト組織に調整をしたものを用いる。図2中、AFGSは、集合フェライトの粒径を示す。以下の表1に実施例としての供試材と、比較例としての供試材の化学成分を示す。表1における実施例はS35Cにホウ素を添加したホウ素添加鋼であり、比較例はホウ素を添加する前のS35C鋼である。
まずはじめに、ホウ素を添加することにより得られる基本的な焼入性の向上効果を確認するため、実施例と同様の成分組成のホウ素含有鋼と、比較例としてのS35C鋼について、ジョミニー試験(一端焼入方法 JIS G 0561)を行った。
次に、本件発明の熱処理方法により処理されたホウ素含有鋼の焼入性の向上効果を確認するため、実施例としてのホウ素含有鋼と、比較例としてのS35C鋼のそれぞれについて、高周波誘導加熱方式の変態点測定装置(Formastor−EDP、試験片形状:直径3mm×長さ10mm)を用いて連続冷却変態の測定を行い、CCT線図(Continuous−Cooling−Transformation diagram)を作成した。当該CCT線図は、実施例としてのホウ素含有鋼と、比較例としてのS35C鋼について、高周波焼き入れ法を用いて、室温から1273Kに設定した加熱温度に5秒で上昇させ、当該1273Kを10秒保持した後、10K/秒、20K/秒、30K/秒、50K/秒75K/秒、100K/秒、150K/秒のいずれかの冷却速度で冷却した。作成したCCT線図を図4に示す。
次に、本件発明による熱処理方法により処理されたホウ素含有鋼の焼入性の向上効果を確認するため、実施例としてのホウ素含有鋼と、比較例としてのS35C鋼のそれぞれについて、高周波誘導加熱方式の変態点測定装置(Formastor−EDP、試験片形状:直径3mm×長さ10mm)を用いてTTA線図(Time−Temperature−Austenitizing diagram)を作成した。当該TTA線図は、実施例としてのホウ素含有鋼と、比較例としてのS35C鋼について、高周波焼き入れ法を用いて、室温から各加熱温度Tに5秒で上昇させ、当該加熱温度Tを各保持時間t保持した後、0.5MPaのヘリウムガスを用いて急冷した。当該加熱温度Tは、1073K〜1373Kの間で50K刻みで7段階で変化させ、保持時間tを1秒、10秒、50秒の3段階で変化させて熱処理を行った。図5は実施例としてのホウ素含有鋼についての各条件下での試験片の15点平均値を用いた硬さ(HV0.1)と、旧オーステナイト結晶粒度番号を示し、図6は比較例としてのホウ素含有鋼についての各条件下での試験片の15点平均値を用いた硬さ(HV0.1)と、旧オーステナイト結晶粒度番号を示す。各図において、上限線はオーステナイト化粗粒域として結晶粒度番号が8.0を超える条件を示し、下限線はオーステナイト化不十分域として金属顕微鏡観察(400倍)で未溶解フェライトが見えなくなる条件を結んでいる。そして、これら上限線と下限線との間をオーステナイト化適切域として示している。比較を容易とするために、図7には、実施例の上限線及び下限線と、比較例の上限線及び下限線とを重ねて示す。
次に、本件発明に係る熱処理方法による焼入性を検証するために、実施例としてのホウ素含有鋼と、比較例としてのS35Cのそれぞれについて、シャルピー衝撃試験を行った。シャルピー衝撃試験は、実施例と比較例の供試材を、高周波焼き入れ法を用いて、室温から1273Kに設定した加熱温度に5秒で上昇させ、当該1273Kを10秒保持した後、急冷した。その後、各供試材について、株式会社東京衡機製造所製のシャルピー衝撃試験装置(容量294kN)を用いて、JIS Z 2242(1998)に準じてシャルピー衝撃試験を行った。試験条件は、供試材としてVノッチを形成した5.0×5.0×55mmを用い、試験温度を25.0℃(23±5℃)、1試料につき試験回数3回実施した。当該シャルピー衝撃試験の結果を表2に示す。
Claims (1)
- ホウ素を0.0005質量%〜0.0040質量%含むホウ素含有鋼の熱処理方法において、
炭素が0.30質量%〜0.50質量%、ケイ素が0.15質量%〜0.35質量%、マンガンが0.60質量%〜0.90質量%、リンが0.030質量%以下、硫黄が0.035質量%以下であり、残部が鉄及び不可避的不純物からなる化学組成を備える当該ホウ素含有鋼を、高周波誘導加熱法を用いて、室温から1023K〜1373Kの範囲に設定した加熱温度に3秒〜10秒で上昇させ、当該加熱温度を1秒〜1800秒保持した後、30K/秒以上の速度で冷却することを特徴とするホウ素含有鋼の熱処理方法。
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