JP6687047B2 - 熱間圧延鋼材 - Google Patents
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Description
C :0.10%以上0.39%未満、
Si:0.15%以下、
Mn:0.42%超0.80%以下、
P :0.03%以下、
S :0.05%以下、
Cr:1.1%超2.5%以下、
Al:0.010〜0.090%、
N :0.0080%以下、および
O :0.0030%以下、
を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなる成分組成を有する強靭鋼。
Nb:0.050%以下、
Ti:0.050%以下、
V :0.050%以下、
Zr:0.050%以下、
W :0.050%以下、
Ta:0.050%以下、
Y :0.050%以下、および
Hf:0.050%以下
からなる群より選択される1または2以上を含有する、上記1に記載の強靭鋼。
Cu:1.0%以下、
Ni:1.0%以下、および
Mo:1.0%以下、
からなる群より選択される1または2以上を含有する、上記1または2に記載の強靭鋼。
Pb:0.01〜0.50%、
Bi:0.01〜0.50%、
Ca:0.01%以下、
Se:0.1%以下、および
Te:0.1%以下、
からなる群より選択される1または2以上を含有する、上記1〜3のいずれか一項に記載の強靭鋼。
Sb:0.010%以下、および
Sn:0.010%以下、
のいずれか一方または両方を含有する、上記1〜4のいずれか一項に記載の強靭鋼。
B :0.0050%以下を含有する、上記1〜5のいずれか一項に記載の強靭鋼。
Ti:0.010〜0.050%、および
Al:0.045〜0.090%、
のいずれか一方または両方と、
B :0.0010〜0.0050%とを含有する、上記6に記載の強靭鋼。
本発明において、成分組成を上記のように限定する理由を説明する。なお、成分組成に関する「%」は、特に断らない限り「質量%」を意味するものとする。
Cは鋼の強度向上に資する元素である。構造用鋼として十分な強度を得るため、C含有量を0.10%以上とする。C含有量は0.13%以上とすることが好ましい。一方、C含有量が0.39%以上であると強度が過度に上昇することで脆化、すなわち靱性の低下を招く。そのため、C含有量は0.39%未満とする。C含有量は、0.35%以下とすることが好ましく、0.30%以下とすることが好ましい。
Siは、焼き入れ性を向上させる元素である。しかし、多量の添加は過度の固溶強化を招き、冷間鍛造性を低下させる。そのため、Si含有量は0.15%以下とする。Si含有量は0.12%以下とすることが好ましく、0.11%以下とすることがより好ましい。一方、Si含有量の下限は特に限定されないが、0.03%以上とすることが好ましい。
Mnは、焼き入れ性を向上させる効果を有する元素である。また、Mnは、硫化物を形成することにより被削性を向上させる効果を有している。前記効果を得るために、Mn含有量を0.42%超とする。Mn含有量は0.45%以上とすることが好ましく、0.48%以上とすることがより好ましい。一方、Mnの過剰な添加は、固溶強化による冷間鍛造性の低下を招く。そのため、Mn含有量は0.80%以下とする。Mn含有量は0.70%以下とすることが好ましく、0.60%以下とすることがより好ましい。
Pは、結晶粒界に偏析して粒界の脆化を招き、靱性を低下させる作用を有する。そのため、P含有量を0.03%以下に抑制する。P含有量は0.02%以下とすることが好ましく、0.01%以下とすることがより好ましい。一方、P含有量の下限は特に限定されずゼロであってよいが、工業的には0超であってよい。また、過度の低減は製造コストの増加を招く場合があるため、P含有量を0.003%以上とすることが好ましい。
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。しかし、過剰な添加は限界成形能の低下を招くため、S含有量は0.05%以下に抑制する。S含有量は0.03%以下とすることが好ましく、0.015%以下とすることがより好ましい。一方、S含有量の下限は特に限定されずゼロであってよいが、工業的には0超であってよい。また、被削性向上の観点からは、S含有量を0.005%以上とすることが好ましい。
Crは、SiやMnと同様に、焼き入れ性を向上させる元素である。前記効果を得るために、Cr含有量を1.1%超とする。Cr含有量は1.2%以上とすることが好ましく、1.3%以上とすることがより好ましい。一方、Crの過剰な添加は、固溶強化による冷間鍛造性の低下を招く。しかし、SiやMnと比較して、Crによる冷間鍛造性の低下は緩やかである。そこで、Cr含有量は2.5%以下とする。Cr含有量は1.9%以下とすることが好ましく、1.8%以下とすることがより好ましい。
Alは、脱酸のため一定量の添加が必要な元素である。そのため、Al含有量は0.010%以上とする。一方、Alの過剰な添加は、粗大なAl酸化物の量を増大させ、疲労特性を低下させるおそれがある。そのため、Al含有量は0.090%以下とする。また、AlはNと結合してAlNを析出させる作用を有している。そのため、固溶Bの焼き入れ性向上効果を活用するためにもAlの添加は有益である。前記効果を得るためには、Al含有量を0.045%以上とすることが好ましい。
鋼中に固溶したNは、冷間鍛造時に動的ひずみ現象を生じさせ、鋼材の変形抵抗を上昇させる作用がある。そこで、N含有量は0.0080%以下に抑制する。N含有量は0.0060%以下とすることが好ましく、0.0050%以下とすることがより好ましい。一方、一方、N含有量の下限は特に限定されずゼロであってよいが、工業的には0超であってよい。また、過度の低減は製造コストの増加を招く場合があるため、N含有量を0.0005%以上とすることが好ましい。
Oは、鋼材の靱性低下を招くため、できるかぎり低減する方がよい。そこで、O含有量は0.0030%以下とする。O含有量は0.0025%以下とすることが好ましく、0.0020%以下とすることがより好ましい。一方、O含有量の下限は特に限定されずゼロであってよいが、工業的には0超であってよい。また、過度の低減は、二次精錬における脱ガス処理時間の増加と、それに伴う製造コストの上昇を招く場合があるため、O含有量を0.0001%以上とすることが好ましい。
(A群元素)
Nb:0.050%以下、
Ti:0.050%以下、
V :0.050%以下、
Zr:0.050%以下、
W :0.050%以下、
Ta:0.050%以下、
Y :0.050%以下、および
Hf:0.050%以下
(B群元素)
Cu:1.0%以下、
Ni:1.0%以下、および
Mo:1.0%以下
(C群元素)
Pb:0.01〜0.50%、
Bi:0.01〜0.50%、
Ca:0.01%以下、
Se:0.1%以下、および
Te: 0.1%以下
(D群元素)
Sb:0.010%以下、および
Sn:0.010%以下、
Bは、鋼中のNと化合物を形成し、固溶Nの低減を通じて、冷間変形抵抗を低減する作用を有する。そのため、特に、厳しい条件で冷間鍛造成形が施される部材に用いる強靭鋼においては、Bを添加することが有効である。また、Bは粒界を強化する作用を有しているため、靱性の向上にも有効である。しかし、0.0050%を超える過剰な添加は鋼の熱間加工性を低下させるため、Bを添加する場合、B含有量は0.0050%以下とする。
Tiおよび/またはAlと、Bとを複合添加することにより、固溶Bを生じさせ、焼き入れ性を改善することができる。前記効果を得るためには、上記成分組成が、Ti:0.010〜0.050%およびAl:0.045〜0.090%のいずれか一方または両方と、B:0.0010〜0.0050%とを含有することが必要である。
前記熱間圧延後の丸棒のそれぞれより、φ20×30mmの円柱試験片を切り出した。前記円柱試験片に対して、同心円溝付きの金型を用いて、30spm(spm=stroke per minute)の鍛造速度で据え込率50%の冷間圧縮鍛造を行い、その際の鍛造荷重を測定することで冷間鍛造性を評価した。なお、SCM435、SCM440、およびSCr440を用いた比較例では、球状化焼鈍を行った後に前記冷間鍛造性の評価を行った。前記球状化焼鈍においては、760℃で7時間保持した後、0.004℃/sの冷却速度で徐冷した。
前記熱間圧延後の丸棒のそれぞれに対して、表3、4に示す条件で焼き入れ焼き戻しを施し、次いで、前記丸棒から図1に示す形状の衝撃試験片を切り出した。前記衝撃試験片に対して10Jの繰り返し衝撃エネルギーを付与し、き裂長さが1mmに到達するまでの繰り返し数を評価した。前記き裂長さの測定は、高速度カメラを用い、試験片側面部から直接観察して行った。
前記熱間圧延後の丸棒のそれぞれに対して、表3、4に示した条件で焼き入れ焼き戻しを施し、次いで、前記丸棒から引張試験片(JIS4号)を切り出した。前記引張試験片を用いて、2mm/minの速度で引張試験を行い、引張強度を評価した。なお、焼き戻し温度は引張強度1200MPa程度を得ることを目標として設定した。ただし、焼き戻し温度を150℃未満にしても、それ以上の強度向上が見込めないばかりか、かえって靭性の悪化が懸念される。そのため、焼き戻し温度の下限は150℃とした。
Claims (3)
- 質量%で、
C :0.10%以上0.39%未満、
Si:0.15%以下、
Mn:0.42%超0.80%以下、
P :0.03%以下、
S :0.05%以下、
Cr:1.1%超2.5%以下、
Al:0.010〜0.090%、
N :0.0080%以下、および
O :0.0030%以下
を含み、さらに、
Pb:0.01〜0.50%、
Bi:0.01〜0.50%、
Ca:0.01%以下、
Se:0.1%以下、
Te:0.1%以下、
Sb:0.010%以下、および
Sn:0.010%以下
からなる群より選択される1または2以上を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる成分組成を有する熱間圧延鋼材。 - 前記成分組成がさらに、質量%で、
Nb:0.050%以下、
Ti:0.050%以下、
V :0.050%以下、
Zr:0.050%以下、
W :0.050%以下、
Ta:0.050%以下、
Y :0.050%以下、および
Hf:0.050%以下、
からなる群より選択される1または2以上を含有する、請求項1に記載の熱間圧延鋼材。 - 前記成分組成がさらに、質量%で、
Cu:1.0%以下、
Ni:1.0%以下、および
Mo:1.0%以下、
からなる群より選択される1または2以上を含有する、請求項1または2に記載の熱間圧延鋼材。
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