JP7485234B1 - 高周波焼入れ用鋼 - Google Patents
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Abstract
Description
C:0.36~0.55質量%、
Si:0.10質量%以下、
Mn:0.15~0.45質量%、
P:0.050質量%以下、
S:0.050質量%以下、
Al:0.010~0.090質量%、
Mo:0.05~0.35質量%、
Ti:0.010~0.200質量%、
B:0.0005~0.0100質量%及び
N:0.0150質量%以下
を含み、残部はFe及び不純物であり、
フェライト組織及びパーライト組織の合計分率が80%以上であり、フェライト組織の分率が40%以上である高周波焼入れ用鋼。
Cr:0.65質量%以下、
Cu:1質量%以下及び
Ni:1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)に記載の高周波焼入れ用鋼。
Se:0.3質量%以下、
Ca:0.05質量%以下、
Pb:0.3質量%以下、
Bi:0.3質量%以下、
Mg:0.05質量%以下、
Zr:0.2質量%以下、
REM:0.01質量%以下及び
O:0.025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)又は(2)に記載の高周波焼入れ用鋼。
Nb:0.1質量%以下及び
V:0.3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)のいずれか一つに記載の高周波焼入れ用鋼。
Sn:0.1質量%以下及び
Sb:0.1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(4)のいずれか一つに記載の高周波焼入れ用鋼。
Cは、高周波焼入れ後の硬化層強度を確保するため、少なくとも0.36質量%の添加が必要である。Cの添加量が0.55質量%を超えると、冷間鍛造性が低下するとともに高周波焼入れ時の焼割れが発生しやすくなる。なお、冷間鍛造性と高周波焼入れ後の強度バランスを向上させるためには、Cの添加量は0.36質量%以上0.55質量%以下であり、0.36質量%以上0.50質量%以下が好ましく、さらに好ましくは0.36質量%以上0.40質量%以下の範囲である。
Siは、脱酸剤として有効であり、0.01%以上で添加することが好ましい。Siの添加量が0.10質量%を超えると冷間鍛造性を低下させる。Siの添加量は、0.10質量%以下、好ましくは、0.08質量%以下であり、さらに好ましくは0.07質量%以下である。
Mnは、焼入れ性を向上させる効果を有し、高周波焼入れ後の強度を確保するためには少なくとも0.15質量%の添加が必要である。Mnの添加量が0.45質量%を超えると、冷間鍛造性が低下する。Mnの添加量は、0.15質量%以上0.45質量%以下、好ましくは0.20質量%以上0.40質量%以下であり、さらに好ましくは0.20質量%以上0.35質量%以下である。
Pは、鋼の靭性を低下させるため、その添加量を低減させることが望ましいが、極端な低P化は製鋼工程のコスト増大を招く。このコストの観点からは、Pの添加量は0.002質量%以上とすることが好ましい。機械構造部品用途としては、Pの添加量は0.050質量%以下であればよい。Pの添加量は、好ましくは0.030質量%以下であり、さらに好ましくは0.015質量%以下である。
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。Sの添加量は、0.050質量%以下である。0.050質量%を超えるSの添加は、冷間鍛造時の変形抵抗増大はないが、割れの発生率を増大させる。なお、被削性の向上が必要な場合、Sは0.005質量%以上添加してもよく、Sの添加量は0.005質量%以上0.050質量%以下の範囲が好適である。Sの添加量は、更に好ましくは0.010質量%以上0.035質量%以下である。
Alは、脱酸に有効な元素である。また、Nと結合し微細な窒化物を形成することで結晶粒径を微細化させる作用がある。これらの効果を得るためには、Alの添加量は0.010質量%以上の添加が必要である。一方、0.090質量%を超えてAlを添加しても、上記の効果は飽和するのみである。Alの添加量は、0.010質量%以上0.090質量%以下、好ましくは0.015質量%以上0.050質量%以下であり、さらに好ましくは0.015質量%以上0.035質量%以下である。
Moは、焼入れ性を向上させる効果を有し、高周波焼入れ後の強度を確保するためには少なくとも0.05質量%の添加が必要である。一方、Moの添加量が0.35質量%を超えると、冷間鍛造性が低下する。Moの添加量は、0.05質量%以上0.35質量%以下、好ましくは0.07質量%以上0.30質量%以下であり、さらに好ましくは0.07質量%以上0.25質量%以下である。
Tiは、Nと結合し窒化物を形成することで鋼中の固溶Nを低減させる効果がある。また、TiはBよりも窒化物を形成する傾向が強いため、Bの窒化物形成が抑制され、固溶Bを増大させることにより鋼の焼入れ性を向上させることができる。この効果を得るためには、少なくとも0.010質量%のTiの添加が必要である。一方、0.200質量%を超えてTiを添加すると、窒化物が粗大化して疲労破壊の原因となる。Tiの添加量は、0.010質量%以上0.200質量%以下、好ましくは0.010質量%以上0.050質量%以下であり、さらに好ましくは0.012質量%以上0.035質量%以下である。
Bは、鋼中に固溶することで鋼の焼入れ性を向上させる効果を有する。とくに、Si、Mn、Crなどと比較して変形抵抗を増大させずに焼入れ性の増大をはかることが可能であり、優れた冷間鍛造性と十分な焼入れ性を両立させるためにはBの添加が必要不可欠である。この効果を得るためには、少なくとも0.0005質量%のBの添加が必要である。一方、Bの添加量が0.0100質量%を超えると、連続鋳造後の割れが発生しやすくなり歩留り低下を引き起こす。Bの添加量は、0.0005質量%以上0.0100質量%以下、好ましくは、0.0005質量%以上0.0050質量%以下の範囲である。さらに好ましくは0.0010質量%以上0.0035質量%以下である。
Nは、Al、Ti、Bと結合し窒化物を形成する。Nの添加量は、0.0150質量%以下である。Nの添加量が0.0150質量%を超えると、BN(窒化ホウ素)の生成が顕著になり、固溶Bが減少することで鋼の焼入れ性が低下してしまう。また、過度な低N化は製鋼工程のコスト増大を招くため、好ましいNの添加量の範囲は0.0010質量%以上0.0150質量%以下である。Nの添加量は、さらに好ましくは0.0015質量%以上0.0080質量%以下であり、最適は0.0020質量%以上0.0065質量%以下である。
Cr(クロム)は、焼入れ性を向上させる効果を有し、高周波焼入れ後の強度向上が必要な場合に、好ましくは0.05質量%以上で添加してもよい。ただし、Crは炭化物中に濃化し炭化物の熱的安定性を増大させる作用が強く、0.65質量%を超えて添加すると、高周波焼入れの加熱時に炭化物が未溶解となる結果、鋼中の固溶炭素が低減し、高周波焼入れ後の強度が低下する弊害がある。従って、Crの添加量は、0.65質量%以下の範囲であれば高周波焼入れの条件次第で適宜添加してもよいが、前述の弊害を安定的に回避しなければならない適用用途においては、Crの添加量を0.35質量%以下とするとよい。Crの添加量は、さらに望ましくは0.25質量%以下である。
Ni:1質量%以下
Cu(銅)及びNi(ニッケル)は、焼入れ性を向上させる効果を有し、高周波焼入れ後の強度向上が必要な場合に、好ましくは0.01質量%以上で添加してもよい。ただし、CuやNiをそれぞれ1質量%を超えて添加すると、冷間鍛造性が低下する。これらのCu及びNi添加量はそれぞれ、1質量%以下、好ましくは0.5質量%以下であり、さらに好ましくは0.35質量%以下である。
Se(セレン)、Ca(カルシウム)、Pb(鉛)、Bi(ビスマス)、Mg(マグネシウム)、Zr(亜鉛)、REM(希土類金属)及びO(酸素)は、いずれも被削性を向上させる効果があり必要に応じて上記の範囲内で添加してもよいが、上記の範囲を超えて添加してもその効果は飽和する。
V:0.3質量%以下
Nb(ニオブ)及びV(バナジウム)は、Cと結合して微細な炭化物を生成することで、鋼を析出強化させる作用がある。この効果を得るために、これらNb及びVはそれぞれ、好ましくは0.005質量%以上で添加してもよい。Nbの添加量は0.1質量%以下とするとよい。Vの添加量は0.3質量%以下とするとよい。これらを超えるNb及びVの添加は、連続鋳造性を低下させ歩留りの低下を招く。
Sb:0.1質量%以下
Sb(アンチモン)及びSn(錫)は、ショットブラストや酸洗といった脱スケール処理において、スケールが除去しやすくなる効果があり、この効果を得るため、好ましくは0.003質量%以上で添加してもよい。Sb及びSnの添加量は0.1質量%以下とするとよい。しかし、Sb及びSnは0.1質量%を超えて添加しても、脱スケール性向上効果は飽和する。
本発明鋼で冷間鍛造前の焼鈍を省略可能とするためにはフェライト組織の分率を40%以上とする必要がある。フェライト組織の分率が40%以上であれば変形抵抗の低減が著しくなり焼鈍の省略が可能である。このためには熱間圧延における加熱温度は1050℃以下にするとよい。熱間圧延の加熱温度が低温化すると、オーステナイトが微細になり、その後のフェライト変態の核生成が促進されることでフェライトの分率が増大する。
本開示に係る鋼におけるミクロ組織は、熱間圧延後の冷却速度に応じて、少なくともフェライトを含み、また、パーライト、ベイナイト及びマルテンサイトのいずれかを含み得る。この冷却速度が高い場合に生じる、ベイナイト及びマルテンサイトは比較的硬質な組織であるため、鋼材硬度ひいては変形抵抗を増大させるミクロ組織である。一方、冷却速度が低い場合に生じる、フェライト及びパーライトは比較的軟質な組織であるため、鋼材硬度ひいては変形抵抗を減少させるのに好適なミクロ組織である。そこで、本開示に係る鋼では、冷間鍛造性を向上させるために、フェライト組織及びパーライト組織の合計分率を80%以上とする。より好ましくは、90%以上である。勿論、100%であっても良い。
Claims (2)
- 成分組成として、
C:0.36~0.55質量%、
Si:0.10質量%以下、
Mn:0.15~0.45質量%、
P:0.050質量%以下、
S:0.050質量%以下、
Al:0.010~0.090質量%、
Mo:0.05~0.35質量%、
Ti:0.010~0.200質量%、
B:0.0005~0.0100質量%及び
N:0.0150質量%以下
を含み、残部はFe及び不純物からなり、
フェライト組織及びパーライト組織の合計分率が80%以上であり、フェライト組織の分率が40%以上である高周波焼入れ用鋼。 - 前記成分組成として、さらに、
A群:
Cu:1質量%以下、及び
Ni:1質量%以下
のうちから選ばれる1種以上、
B群:
Se:0.3質量%以下、
Ca:0.05質量%以下、
Pb:0.3質量%以下、
Bi:0.3質量%以下、
Mg:0.05質量%以下、
Zr:0.2質量%以下、
REM:0.01質量%以下、及び
O:0.025質量%以下
のうちから選ばれる1種以上、
C群:
Nb:0.1質量%以下、及び
V:0.3質量%以下
のうちから選ばれる1種以上、並びに
D群:
Sn:0.1質量%以下、及び
Sb:0.1質量%以下
のうちから選ばれる1種以上
から選ばれる1群以上を含む、請求項1に記載の高周波焼入れ用鋼。
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