JPH0770712A - High rigidity composite material and production thereof - Google Patents

High rigidity composite material and production thereof

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JPH0770712A
JPH0770712A JP22012393A JP22012393A JPH0770712A JP H0770712 A JPH0770712 A JP H0770712A JP 22012393 A JP22012393 A JP 22012393A JP 22012393 A JP22012393 A JP 22012393A JP H0770712 A JPH0770712 A JP H0770712A
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JP
Japan
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composite material
particles
heat treatment
weight
rigidity
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Withdrawn
Application number
JP22012393A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Sukeyoshi Yamamoto
祐義 山本
Kazutaka Asabe
和孝 阿佐部
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Priority to US08/300,034 priority patent/US5462808A/en
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Abstract

PURPOSE:To produce a high rigidity composite material high in Young's module by dispersing dispersion particles into a matrix of a ferritic steel containing a specific quantity of Al and Cr and prescribing a integrated degree of (111) plane in the vertical face to a certain direction. CONSTITUTION:A composite powder is prepared by dispersing 0.2-5vol.% dispersion particles (of Y2O3 or the like and having 0.005-0.1mum average particle diameter) into the matrix of the ferritic steel containing >=16wt.%-<=30wt.% Cr and 0-<=4wt.% Al. Next, the composite powder is, after extruded at the extruding ratio of >=3, heat treated and secondarily recrystallized to make the integrated degree of (111) plane in the vertical face to the fixed direction >=30 times of that of an isotropic polycrystalline body in X-ray integrated intensity ratio. As a result, the high rigidity composite material having about 25000kgf/ mm<2> Young's module is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は主に、自動車、航空機、
ロケット、産業用機械、ロボットなどの優れた剛性を必
要とする構造部材として利用される高剛性材料およびそ
の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention is mainly applied to automobiles, aircraft,
The present invention relates to a high-rigidity material used as a structural member requiring excellent rigidity such as a rocket, an industrial machine, and a robot, and a manufacturing method thereof.

【0002】本発明にかかる高剛性複合材料は、例えば
より具体的には、自動車を主とするエンジン部品として
は、クランクシャフト、ピストンピン、コンロッド、各
種バルブへの利用、また機械部品としてはボールネジ等
の部品への利用、その他ゴルフクラブのシャフトへの利
用可能性もある。
The high-rigidity composite material according to the present invention is used, for example, more specifically in crankshafts, piston pins, connecting rods, various valves as engine parts mainly for automobiles, and ball screws as machine parts. It may be used for parts such as golf clubs and other golf club shafts.

【0003】[0003]

【従来の技術】近年、例えば自動車用材料としては、燃
費向上を目的とする軽量化材料や、乗り心地の向上を目
的とする制振材料へのニーズが高まっている。軽量化の
ために高剛性材料を用いれば、高剛性材料によってたわ
み等の歪量を吸収でき、部品形状を小さくできるという
利点がある。高剛性材料が歪を吸収する性質を有してい
るからである。
2. Description of the Related Art In recent years, for example, as materials for automobiles, there is an increasing need for lightweight materials for improving fuel efficiency and damping materials for improving riding comfort. If a high-rigidity material is used to reduce the weight, the high-rigidity material has an advantage that the amount of strain such as bending can be absorbed and the shape of the component can be reduced. This is because the high-rigidity material has a property of absorbing strain.

【0004】一方、制振材料として高剛性材料を用いる
ことによっても、少量の材料を使うだけで振動=歪を吸
収することが可能となる。したがって、これからも明ら
かなように、自動車用の部品だけでなくあらゆる構造部
材において、小さな形状で大きな歪量を吸収することの
可能な高剛性材料に期待が集まっている。
On the other hand, even if a high rigidity material is used as the vibration damping material, it is possible to absorb vibration = strain by using a small amount of material. Therefore, as is clear from the future, expectations are growing for a high-rigidity material capable of absorbing a large amount of strain with a small shape in all structural members as well as automobile parts.

【0005】ところで、従来、合金元素添加や高ヤング
率粒子の分散複合化により、材料の剛性向上が図られて
きた。しかし、前者の場合、Fe基合金においては、Re元
素の添加によっても高々21,000から22,000kgf/mm2 程度
のヤング率の向上しか得られず、後者の場合にも、Ti
(C, N)粒子等の分散複合化によっても高々24,000〜25,0
00kgf/mm2 のヤング率が実用材料として得られるにすぎ
ず、また大量に粒子を添加する必要があるため延性、靱
性の点からも十分とはいえない。
By the way, conventionally, the rigidity of a material has been improved by adding an alloying element or dispersing and compounding particles having a high Young's modulus. However, in the former case, in the Fe-based alloy, even if the Re element is added, only a Young's modulus improvement of at most about 21,000 to 22,000 kgf / mm 2 can be obtained, and in the latter case, Ti
Even with the combination of (C, N) particles, etc., it will be at most 24,000-25,0
The Young's modulus of 00 kgf / mm 2 can only be obtained as a practical material, and since it is necessary to add a large amount of particles, the ductility and toughness are not sufficient.

【0006】一方、鉄鋼材料では加工熱処理によりヤン
グ率の高い結晶方位を特定方向に揃えること、つまり集
積化することにより高剛性化を実現する手法が取り入れ
られている。すなわち、体心立方格子を有するフェライ
ト系鋼の{111 }面の集積化を狙った材料設計、プロセ
ス設計である。
On the other hand, for steel materials, a method of realizing high rigidity by aligning crystal orientations having a high Young's modulus in a specific direction by thermomechanical processing, that is, by integrating them, is adopted. That is, it is a material design and process design aiming at the integration of the {111} planes of ferritic steel having a body-centered cubic lattice.

【0007】しかしながら、特開昭56−23223 号公報や
特開昭59−83721 号公報に示されているように、従来
は、5〜10%以上の加工率の加工を施した後に720 〜90
0 ℃以下の温度で焼戻し、あるいは巻取り等の熱処理を
することで、一定方向に結晶方位を集積させても、その
ヤング率は高々23,000〜24,000kgf/mm2 にすぎなかっ
た。
However, as disclosed in JP-A-56-23223 and JP-A-59-83721, in the past, after processing at a processing rate of 5 to 10% or more, 720 to 90
Even if the crystal orientation was accumulated in a certain direction by heat treatment such as tempering or winding at a temperature of 0 ℃ or less, the Young's modulus was only 23,000 to 24,000 kgf / mm 2 at most.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ここに、本発明の目的
は、より一般的には、高靱性を有した高剛性材料および
その製造方法を提案しようとするものである。より具体
的には、本発明の目的は、ヤング率が25,000kgf/mm2
の高剛性材料およびその製造方法を提供することであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to more generally propose a high rigidity material having high toughness and a method for producing the same. More specifically, an object of the present invention is to provide a highly rigid material having a Young's modulus of over 25,000 kgf / mm 2 and a method for producing the same.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、かかる目
的を達成すべく種々の検討を重ねたところ、従来法にお
いて、加工熱処理法によっても僅かなヤング率の向上し
か得られない原因は、フェライト系鋼における{111 }
面の集積度が等方性多結晶体に比べ高々15〜20倍と少な
いためであり、これは加工工程で導入される加工歪およ
びその蓄積が少ないためであることを知った。
The inventors of the present invention have made various investigations in order to achieve such an object. As a result, it is found that in the conventional method, the Young's modulus is slightly improved even by the thermomechanical treatment method. , In ferritic steels {111}
It was found that the degree of surface integration is as small as 15 to 20 times as high as that of the isotropic polycrystal, and this is due to the processing strain introduced in the processing step and its accumulation.

【0010】そこで、高加工歪付与の可能な材料系およ
びその付与方法を見出すために種々検討を重ねた結果、
次の点を見い出し、本発明を完成した。 加工歪の導入には分散粒子による転位のピン止が有効
であり、そのような分散粒子を含む材料系においては例
えば押出比3 以上という熱間押出成形によって十分な歪
の付与が行われること。
Therefore, as a result of various studies to find out a material system capable of imparting high working strain and an imparting method thereof,
The following points were found and the present invention was completed. Pinning of dislocations by dispersed particles is effective for introducing processing strain, and in a material system containing such dispersed particles, sufficient strain should be imparted by hot extrusion molding with an extrusion ratio of 3 or more, for example.

【0011】このように分散粒子によりピン止めされ
た転位が導入された複合材料は、次いで例えば1300℃と
いう高温の熱処理を行うことにより急激な2次再結晶が
起こるとともに加工方向に{111 }面が著しく集積する
こと。ここに、本発明は、Cr:16 重量%超30重量%以
下、さらに所望によりAl:4重量%以下を含有するフェ
ライト鋼のマトリックスに分散粒子を分散させて成る複
合材料であって、一定方向における{111 }面の集積度
が等方性多結晶体に比べX線積分強度比で30倍以上であ
ることを特徴とする高剛性複合材料である。
The composite material in which the dislocations pinned by the dispersed particles are introduced is then subjected to a heat treatment at a high temperature of, for example, 1300 ° C. to cause a rapid secondary recrystallization and a {111} plane in the processing direction. Remarkably accumulated. Here, the present invention is a composite material in which dispersed particles are dispersed in a matrix of ferritic steel containing Cr: more than 16% by weight and 30% by weight or less, and further, Al: 4% by weight or less, in a fixed direction. It is a high-rigidity composite material characterized in that the degree of integration of {111} planes in X is 30 times or more in X-ray integrated intensity ratio as compared with an isotropic polycrystal.

【0012】上述のように一定方向における{111 }面
の集積度が等方性多結晶体に比べX線積分強度比で30倍
以上にする手段としては各種あるが、実用手段としては
次の方法が考えられる。なお、「一定方向」とは、任意
の一つの方向ということであって、本発明にあっては少
なくともその方向で上述の関係を満足すればよい。一般
に、その「一定方向」は押出方向である。
As described above, there are various means for increasing the degree of integration of {111} planes in a certain direction by 30 times or more in X-ray integrated intensity ratio as compared with an isotropic polycrystalline body. A method can be considered. The "constant direction" means any one direction, and in the present invention, at least that direction may satisfy the above relationship. Generally, the "constant direction" is the extrusion direction.

【0013】すなわち、粒子分散した複合粉末を押出比
3以上という強成形加工してから2次再結晶熱処理を行
う方法である。好ましくは、このような複合粉末は、機
械的合金化法によって製造したものを使用する。
That is, it is a method of subjecting the composite powder in which the particles are dispersed to a strong forming process with an extrusion ratio of 3 or more and then performing a secondary recrystallization heat treatment. Preferably, such a composite powder used is one produced by a mechanical alloying method.

【0014】[0014]

【作用】次に、本発明において鋼組成などを上述のよう
に限定した理由を説明する。本発明において、複合材料
のマトリックスを体心立方格子の結晶構造を有するフェ
ライト系鋼でもって構成したのは、鉄の単結晶で確認さ
れているように<111>方向がもっともヤング率が高
く、フェライト鉄の場合、その値がほぼ29,000kgf/mm2
であるからである。
Next, the reason why the steel composition and the like are limited as described above in the present invention will be explained. In the present invention, the matrix of the composite material is constituted by the ferritic steel having the crystal structure of the body-centered cubic lattice, the <111> direction has the highest Young's modulus as confirmed in the iron single crystal, In the case of ferritic iron, the value is almost 29,000 kgf / mm 2
Because it is.

【0015】本発明におけるマトリックス相は、Cr:16
重量%超、30重量%以下、さらに所望によりAl:4重量
%以下を含有するフェライト系相である。16重量%Cr超
とした理由は、フェライト形成元素としての添加目的の
他、耐食性を向上させるためである。
The matrix phase in the present invention comprises Cr: 16
A ferrite phase containing more than 30% by weight and more than 30% by weight, and optionally 4% by weight or less of Al. The reason why the content of Cr exceeds 16% by weight is to improve the corrosion resistance in addition to the purpose of addition as a ferrite forming element.

【0016】すなわち、16%超のCr添加により、硝酸等
の各種酸に対する耐食性が向上するほか、海岸構造物で
問題となる海塩粒子環境下においても優れた耐候性を発
揮する特徴がある。また30重量%Cr以下とした理由は、
Crが30重量%を超えると、靱性・強度の低下が認められ
るからである。
That is, the addition of Cr in excess of 16% improves the corrosion resistance to various acids such as nitric acid, and exhibits excellent weather resistance even under the environment of sea salt particles, which is a problem for coastal structures. In addition, the reason why it is set to 30 wt% Cr or less is
This is because if Cr exceeds 30% by weight, a decrease in toughness and strength is recognized.

【0017】Alは所望により耐酸化性のために添加する
ことは有効である。ただし4%Al超の添加は靱性の低下
がみられる他、分散粒子がAl2O3 の場合、粒子の粗大化
により微細分散の効果が失われて剛性向上を阻害するこ
とがある。
It is effective to add Al for oxidation resistance, if desired. However, addition of more than 4% Al causes a decrease in toughness, and when the dispersed particles are Al 2 O 3 , the effect of fine dispersion is lost due to the coarsening of the particles, which may hinder the improvement of rigidity.

【0018】また、16%超のCrを添加した場合、Alの添
加量が4%を超えると、475 ℃脆性の問題が生ずる。す
なわち、高Cr高Al鋼においては、475 ℃付近の温度領域
における環境下に曝すと材料が脆くなる性質があり、4
%を超えるAlを添加するとこの問題が顕著に現れる。こ
のことは自動車エンジン、特に排気バルブ等の高温環境
下に曝される部品にとって大きな問題であるが、4.0%
Al以下に抑えることにより回避することができる。
When Cr is added in excess of 16% and the amount of Al added exceeds 4%, the problem of 475 ° C. brittleness arises. That is, in high Cr and high Al steel, the material becomes brittle when exposed to the environment in the temperature range near 475 ° C.
If Al is added in excess of%, this problem becomes remarkable. This is a big problem for automobile engines, especially for parts exposed to high-temperature environments such as exhaust valves.
It can be avoided by suppressing the amount of Al or less.

【0019】本発明におけるマトリックス相は、主に高
ヤング率を発現するフェライト相により構成されるもの
とするが、オ−ステナイト相やマルテンサイト相など他
の相については、ヤング率が25000 kgf/mm2 を下回らな
い限りにおいて、もちろん混相組織となってもよい。他
の相については、5 %以内なら問題ない。
The matrix phase in the present invention is mainly composed of a ferrite phase exhibiting a high Young's modulus, but other phases such as an austenite phase and a martensite phase have a Young's modulus of 25000 kgf / As long as it does not fall below mm 2 , of course, it may be a multiphase structure. For other phases, there is no problem if it is within 5%.

【0020】本発明はフェライト系鋼の有する特性を利
用して高剛性化を図るものであって、上述の組成を有す
る限りにおいて特に制限されないが、一般的には、次の
鋼組成を有するものが望ましい。
The present invention is intended to achieve high rigidity by utilizing the characteristics of ferritic steels and is not particularly limited as long as it has the above composition, but generally has the following steel composition: Is desirable.

【0021】Mn: 1.0%以下、Ni: 5.0%以下、Mo:
2.5%以下、W: 5.0%以下、Nb: 3.0%以下、Ti: 2.
0%以下、V: 2.0%以下、Si: 0.5%以下、P: 0.1
%以下、S: 0.1%以下、酸素:酸化物に含まれる酸素
分を除いて0.2 %以下、N:窒化物に含まれるN分を除
いて0.2 %以下、C:炭化物に含まれるC分を除いて0.
2 %以下、残部鉄である。 (%表示はいずれも重量%) これらの元素は必ずしもすべてを含む必要はないが、強
度や靱性の向上を図る場合には、Ni、Mo、W 、Nb、Ti、
V 等の元素を1種または2種以上添加するのが望まし
い。すなわち、C、Mnは少量の添加で強度が向上し、Ni
添加は靱性向上に有効である。
Mn: 1.0% or less, Ni: 5.0% or less, Mo:
2.5% or less, W: 5.0% or less, Nb: 3.0% or less, Ti: 2.
0% or less, V: 2.0% or less, Si: 0.5% or less, P: 0.1
% Or less, S: 0.1% or less, oxygen: 0.2% or less excluding oxygen contained in oxide, N: 0.2% or less excluding N contained in nitride, C: C content contained in carbide. Except 0.
Less than 2%, balance iron. (All percentages are% by weight.) These elements do not necessarily need to include all of them, but Ni, Mo, W, Nb, Ti, and
It is desirable to add one or more elements such as V. That is, the addition of a small amount of C and Mn improves the strength,
Addition is effective in improving toughness.

【0022】MoおよびW はそれぞれ2.5 %、5.0 %まで
の添加は固溶強化により強度を向上させるのに有効であ
るが、これを超えるとσ相等金属間化合物の粒界析出の
ため脆化することがある。
Addition of Mo and W up to 2.5% and 5.0% respectively is effective for improving strength by solid solution strengthening, but if it exceeds this, embrittlement occurs due to intergranular precipitation of intermetallic compounds such as σ phase. Sometimes.

【0023】Nb、Ti、V のそれぞれ少量の添加はCを炭
化物として安定化させ、フェライト相を安定化し、また
析出強化により強度向上効果がある。しかし、それぞれ
3.0%、2.0 %、2.0 %超の添加は粒界等への炭化物析
出による脆化が認められることがある。
The addition of small amounts of Nb, Ti and V stabilizes C as a carbide, stabilizes the ferrite phase, and has the effect of improving strength by precipitation strengthening. But each
Addition of 3.0%, 2.0%, or more than 2.0% may cause embrittlement due to carbide precipitation on grain boundaries.

【0024】さらに、Si、P、Sはそれぞれ0.5 %以
下、0.1 %以下、0.1 %以下の不純物程度であれば許容
される。これを超えると粒界等への析出により靱性の低
下が認められる。酸素および窒素はそれぞれ0.2 %以下
という少量の含有は強度を向上させるが、これを超える
と靱性が低下することがある。
Further, Si, P, and S are acceptable as long as the impurities are 0.5% or less, 0.1% or less, and 0.1% or less, respectively. If it exceeds this value, the toughness is lowered due to precipitation at grain boundaries and the like. When oxygen and nitrogen are contained in a small amount of 0.2% or less, the strength is improved, but if the contents are exceeded, the toughness may decrease.

【0025】このように、本発明によれば、材料の高剛
性化を図るためには、フェライト系鋼において一つの方
向に対する垂直面において{111 }面をより高度に集積
化することが重要である。フェライト系鋼における{11
1 }面の集積化は加工歪=転位の蓄積量が多いほど容易
である。そこで、加工工程で与えられた歪=転位を、分
散粒子によりピン止めし、蓄積量を増すのである。。
As described above, according to the present invention, in order to increase the rigidity of the material, it is important to highly integrate the {111} plane in the plane perpendicular to one direction in the ferritic steel. is there. {11 in ferritic steel
It is easier to integrate the 1} plane as the amount of processing strain = dislocation accumulation increases. Therefore, the strain = dislocation given in the processing step is pinned by the dispersed particles to increase the accumulated amount. .

【0026】ここに、上記分散粒子としては、酸化物、
炭化物、窒化物、ほう化物、さらには金属間化合物等の
分散粒子があり、それらの平均粒径は、特にそれに制限
されるものではないが、好ましくは、0.005 〜0.1 μm
、その配合割合は、0.2 〜5% (体積%) である。
Here, as the dispersed particles, an oxide,
There are dispersed particles of carbides, nitrides, borides, and further intermetallic compounds, and the average particle size thereof is not particularly limited, but preferably 0.005 to 0.1 μm.
, Its compounding ratio is 0.2 to 5% (volume%).

【0027】すなわち、その分散粒子の種類、形状、大
きさ、量には特に限定はないが、好ましくは、熱的に安
定であり、かつ、効果的に転位がピン止めされる大きさ
であり、また、実用材料として延性、靱性を確保するた
めには少量に制限することが良い。基地成分のフェライ
ト系鋼に1200℃以上の高温でも再固溶しない平均粒径0.
1 μm 以下、3体積%以下のほう化物、易酸化性金属元
素( 例: Al、Ti、Y等) の酸化物粒子、窒化物粒子が好
ましい。
That is, the type, shape, size, and amount of the dispersed particles are not particularly limited, but preferably they are of a size that is thermally stable and that dislocations are effectively pinned. Also, in order to secure ductility and toughness as a practical material, it is preferable to limit the amount to a small amount. Average grain size that does not re-dissolve in ferritic steel as a base component even at high temperatures of 1200 ° C or higher.
Borides of 1 μm or less and 3% by volume or less, oxide particles of easily oxidizable metal elements (eg, Al, Ti, Y, etc.), and nitride particles are preferable.

【0028】かかる分散粒子を含むフェライト系鋼は、
1000〜1200℃程度の熱間押出成形が施されることにより
歪が蓄積される。もちろん、温間、冷間加工による歪付
与も良好であることは言うまでもない。強加工成形での
加工率は押出比3以上とするが、これよりも小さいと十
分な転位が導入されないおそれがあるからである。
The ferritic steel containing such dispersed particles is
Strain is accumulated by performing hot extrusion molding at about 1000 to 1200 ° C. Of course, it is needless to say that the strain imparted by warm and cold working is also good. The processing ratio in the strong work forming is set to an extrusion ratio of 3 or more, but if it is smaller than this, sufficient dislocations may not be introduced.

【0029】また、押出加工前にHIP 、CIP 、圧延、鍛
造を施しても、最終的に押出加工が押出比3以上で行わ
れれば加工歪が十分付与される。さらに、押出加工後、
HIP、圧延、鍛造等がなされても、押出による加工歪が
十分付与されていれば問題ない。
Further, even if HIP, CIP, rolling and forging are performed before the extrusion, if the extrusion is finally performed at an extrusion ratio of 3 or more, a sufficient processing strain is imparted. Furthermore, after extrusion processing,
Even if HIP, rolling, forging, etc. are performed, there is no problem as long as the processing strain due to extrusion is sufficiently imparted.

【0030】さらに望ましくは、粒子を分散させる工程
において、冷間で強加工を加えながら均一微細分散させ
ることが可能な機械的合金化法を用いる。ここに、機械
的合金化法(MA)とは、ボールミル等を用いて、粉末を強
制的に冷間で混合し、圧延、鍛造、圧着を繰り返し行わ
せる方法である。
More preferably, in the step of dispersing the particles, a mechanical alloying method capable of uniformly finely dispersing the material while cold-working is used. Here, the mechanical alloying method (MA) is a method of using a ball mill or the like to forcefully mix the powders in a cold manner and repeatedly perform rolling, forging, and pressure bonding.

【0031】このようにして強加工成形された複合材料
は、次いで、高温での2次再結晶熱処理を行うが、その
ときの熱処理条件は、マトリックスや分散粒子の種類、
数、量、サイズ等により異なるが、好ましくは、1100〜
1400℃×0.5 〜2時間の2次再結晶熱処理を行う。
The composite material thus hard-worked and molded is then subjected to a secondary recrystallization heat treatment at a high temperature. The heat treatment conditions at that time are the type of matrix and dispersed particles,
It depends on the number, amount, size, etc., but preferably from 1100
A secondary recrystallization heat treatment is performed at 1400 ° C for 0.5 to 2 hours.

【0032】ここで、2次再結晶熱処理とは{111 }面
を特定方向と垂直な面にそろえるために行う熱処理であ
る。換言すれば、そのような目的を達成できれば特定条
件の熱処理にのみ制限されない。
Here, the secondary recrystallization heat treatment is a heat treatment performed to align the {111} planes with the planes perpendicular to the specific direction. In other words, as long as such an object can be achieved, the heat treatment is not limited to the specific condition.

【0033】このようにして得られた複合材料は、一定
方向に対する垂直面における{111}面の集積度がX線
積分強度比で等方性多結晶体の30倍以上となるが、これ
が30倍未満では本発明の目的とするヤング率が25,000kg
f/mm2 超の高剛性材料を得ることができない。なお、上
記X線積分強度比30倍以上であることの判断基準のひと
つとして、一定方向に対する垂直面における{222 }面
のX線積分強度と{110 }面のX線積分強度との比が0.
10以上であることが挙げられる。
In the composite material thus obtained, the degree of integration of the {111} planes in the plane perpendicular to the fixed direction is 30 times or more that of the isotropic polycrystalline body in terms of the X-ray integrated intensity ratio. If less than twice, the Young's modulus targeted by the present invention is 25,000 kg.
It is not possible to obtain high-rigidity materials exceeding f / mm 2 . As one of the criteria for determining that the X-ray integrated intensity ratio is 30 times or more, the ratio between the X-ray integrated intensity of the {222} plane and the X-ray integrated intensity of the {110} plane in the plane perpendicular to the certain direction is 0.
It may be 10 or more.

【0034】ここに、これらの点についてさらに説明す
る。一般に、押出、圧延等の強加工により格子歪の導入
された微細組織を有する材料は熱処理により、格子歪エ
ネルギーを駆動力として1次再結晶を開始し、格子欠陥
の極めて少ない結晶粒に埋めつくされる。1次再結晶を
完了した材料は、さらに長時間または高温で熱処理する
ことにより、粒界エネルギーを駆動力とした1次再結晶
粒の粗大化が開始し、極めて粗大な2次再結晶粒組織を
形成する。
Here, these points will be further described. In general, a material having a fine structure in which lattice strain is introduced by strong processing such as extrusion and rolling is subjected to heat treatment to start primary recrystallization with the lattice strain energy as a driving force and to be embedded in crystal grains with extremely few lattice defects. To be done. The material that has undergone the primary recrystallization is further heat-treated for a long time or at a high temperature, and then the coarsening of the primary recrystallized grains is started by using the grain boundary energy as a driving force, resulting in an extremely coarse secondary recrystallized grain structure. To form.

【0035】本発明の場合、この一連の再結晶現象の過
程において<110> 押出集合組織は<111> 2次再結晶集合
組織に変化し、それに伴ってヤング率は約22,000kgf/mm
2 から約29,000kgf/mm2 にまで向上するのである。
In the case of the present invention, the <110> extruded texture is changed to the <111> secondary recrystallized texture in the course of this series of recrystallization phenomena, and accordingly, the Young's modulus is about 22,000 kgf / mm.
From 2 to about 29,000 kgf / mm 2 .

【0036】本発明にあっては、例えば0.2 体積%Y2O3
添加をした材料においては押出ままでは格子歪の導入さ
れた非常に微細な結晶粒組織を形成しているが、これに
1200℃×1hrの熱処理を加えると、2次再結晶現象の結
果として結晶粒の粗大化および<111> 集合組織の形成が
おこり、押出方向のヤング率が28,000kgf/mm2 にまで向
上する。
In the present invention, for example, 0.2% by volume Y 2 O 3
In the as-extruded material, a very fine crystal grain structure with lattice strain introduced was formed in the as-extruded state.
When a heat treatment of 1200 ° C. × 1 hr is applied, coarsening of crystal grains and formation of <111> texture occur as a result of the secondary recrystallization phenomenon, and the Young's modulus in the extrusion direction is improved to 28,000 kgf / mm 2 .

【0037】2次再結晶のための熱処理条件は、分散粒
子量および加工条件により異なるため、一概には決めら
れない。例えば、押出条件を1050℃、押出比を10にした
場合、0.2 体積%Y2O3添加では1200℃が2次再結晶温度
だが、0.5 体積%Y2O3添加では1300℃が2次再結晶温度
となる。これは分散粒子が再結晶過程において粒界移動
を阻むインヒビターとして働き、分散粒子が多い程その
効果が大きいからである。
The heat treatment conditions for the secondary recrystallization differ depending on the amount of dispersed particles and processing conditions, and therefore cannot be determined unconditionally. For example, the extrusion conditions 1050 ° C., when the extrusion ratio of 10, but the secondary recrystallization temperature of 1200 ° C. at 0.2 vol% Y 2 O 3 added, the secondary re is 1300 ° C. at 0.5 vol% Y 2 O 3 added The crystal temperature is reached. This is because the dispersed particles act as an inhibitor that prevents grain boundary migration in the recrystallization process, and the more dispersed particles, the greater the effect.

【0038】また分散粒子量を0.5 体積%Y2O3に固定し
た場合、押出温度が低く、押出比が高い程、結晶温度は
低くなる。これは、導入される格子歪エネルギーが大き
い方が再結晶がより低温で開始するためである。
When the amount of dispersed particles is fixed to 0.5% by volume of Y 2 O 3 , the lower the extrusion temperature and the higher the extrusion ratio, the lower the crystallization temperature. This is because recrystallization starts at a lower temperature when the introduced lattice strain energy is higher.

【0039】ここで、高剛性材料の一定方向、つまり押
出方向への{111 }面あるいは{110 }面の集積度は本
発明においては、等方性 (ランダム) 多結晶体 (例え
ば、充填率65%、密度5.1 g/cm3 の還元鉄粉末試料を標
準試料とする) に対するX線積分強度比で記述するもの
である。
Here, in the present invention, the degree of integration of the {111} planes or {110} planes in a certain direction of the high-rigidity material, that is, in the extrusion direction, is the isotropic (random) polycrystal (for example, the packing ratio). The reduced iron powder sample of 65% and the density of 5.1 g / cm 3 is used as a standard sample).

【0040】X線積分強度比を求めるには、例えばフェ
ライト鋼の押出方向での{110 }面、{222 }面のピー
クのX線積分強度を測定し、それぞれI110 、I222
し、同様に標準試料についても測定し、それぞれ
0 110、I0 222とする。このとき{110}面の積分強
度比はI110/I0 110、{222 }面の積分強度比はI222
/I0 222で表わされる。
To obtain the X-ray integrated intensity ratio, for example, the X-ray integrated intensities of the peaks of the {110} plane and the {222} plane in the extrusion direction of ferritic steel are measured and designated as I 110 and I 222 , respectively. A standard sample is also measured and designated as I 0 110 and I 0 222 , respectively. At this time, the integrated intensity ratio of the {110} plane is I 110 / I 0 110 , and the integrated intensity ratio of the {222} plane is I 222.
/ I 0 222 .

【0041】かくして、本発明にあっては、ヤング率25
000kgf/mm2超、多くは、28000kgf/mm2以上をもった高剛
性材料が提供される。
Thus, according to the present invention, Young's modulus is 25.
000kgf / mm 2 greater, many, high rigidity material having 28000kgf / mm 2 or more is provided.

【0042】[0042]

【実施例】以下、実施例により本発明の作用効果を詳細
に説明する。平均結晶粒径が、約0.02μm のY2O3粒子、
およびそれぞれ0.02、0.06、0.10μm のAl2O3 粒子、な
らびに0.02μm のTiC 、AlN 、TiB2、BN粒子と電解鉄粉
末 (平均粒径約100 μm)、C (黒鉛) 粉末 (約3μm)、
Mn粉末 (約10μm)、Ni粉末 (約100 μm)、Cr粉末 (約40
μm)、Al粉末 (約60μm)、Mo粉末 (約3μm)、W粉末
(約2μm)、Nb粉末 (約50μm)、Ti粉末 (約10μm)、V
粉末 (約20μm)、Fe−22Cr −3Al合金粉末 (ガスアト
マイズ粉末、約30μm ) を用いてアトリッション型のボ
ールミルで機械的合金化法 (MA) を行い複合粉末を作製
した。各粉末の配合割合は全体としてフェライト系鋼の
組成となるようにした。
EXAMPLES The effects of the present invention will be described in detail below with reference to examples. Y 2 O 3 particles having an average crystal grain size of about 0.02 μm,
And 0.02, 0.06, 0.10 μm Al 2 O 3 particles, and 0.02 μm TiC, AlN, TiB 2 , BN particles and electrolytic iron powder (average particle size about 100 μm), C (graphite) powder (about 3 μm) ,
Mn powder (about 10 μm), Ni powder (about 100 μm), Cr powder (about 40 μm)
μm), Al powder (about 60 μm), Mo powder (about 3 μm), W powder
(About 2 μm), Nb powder (about 50 μm), Ti powder (about 10 μm), V
Powder (about 20 μm) and Fe-22Cr-3Al alloy powder (gas atomized powder, about 30 μm) were used for mechanical alloying (MA) with an attrition type ball mill to produce a composite powder. The mixing ratio of each powder was set to be the composition of ferritic steel as a whole.

【0043】次いで、これらの複合粉末を用いて、押
出、HIP +押出、HIP +鍛造+押出、CIP +鍛造+押
出、押出+鍛造、押出+圧延等種々条件で、強加工成形
後、1100〜1450℃×1時間加熱後、空冷の熱処理を行っ
た。
Then, using these composite powders, after strong forming under various conditions such as extrusion, HIP + extrusion, HIP + forging + extrusion, CIP + forging + extrusion, extrusion + forging, extrusion + rolling, 1100- After heating at 1450 ° C. for 1 hour, air-cooled heat treatment was performed.

【0044】表1、表2はマトリックスが22%Cr−3%
Al鋼の場合であり、表3は16〜35%Cr−0〜3%Al鋼お
よびそれに他の添加元素を含む場合である。ここで、N
o.8、9 、10、11はFe−22Cr −3Al合金ガスアトマイ
ズ粉末をマトリックス原料粉として使用し、それ以外は
元素粉末の配合粉末を原料粉とした。
In Tables 1 and 2, the matrix is 22% Cr-3%
This is the case of Al steel, and Table 3 shows the case of containing 16 to 35% Cr-0 to 3% Al steel and other additive elements. Where N
In Nos. 8, 9, 10, and 11, Fe-22Cr-3Al alloy gas atomized powder was used as the matrix raw material powder, and other than that, the compounded powder of elemental powder was used as the raw material powder.

【0045】このようにして得られた材料の加工方向に
おける{111 }面の集積度、およびヤング率、シャルピ
ー衝撃値を測定した。また、475 ℃脆性の影響を調べる
ために、これらの材料に475 ×24時間 (大気雰囲気) の
熱処理を施した後、室温にて再びシャルピー衝撃値を測
定した。これらの結果を比較例とともに、表1〜3にま
とめて示す。
The degree of integration of {111} planes, Young's modulus, and Charpy impact value of the thus obtained material in the processing direction were measured. Further, in order to investigate the influence of 475 ° C. brittleness, these materials were heat-treated for 475 × 24 hours (atmosphere atmosphere), and then the Charpy impact value was measured again at room temperature. The results are shown in Tables 1 to 3 together with the comparative examples.

【0046】分散粒子量の影響を本発明例であるNo.2、
3、4、比較例であるNo.1に示す。分散粒子のない場合
は、2次再結晶がほとんどおこらず、{111 }面の集積
化も生ぜず、ヤング率は高くならない。分散粒子が必須
であることがわかる。分散粒子量が多くなると、最適2
次再結晶温度が高くなるが、{111 }面の集積化は生
じ、高ヤング率を発現する。
The influence of the amount of dispersed particles is No. 2, which is an example of the present invention,
3, 4 and No. 1 which is a comparative example. When there are no dispersed particles, secondary recrystallization hardly occurs, the {111} planes are not integrated, and the Young's modulus does not increase. It can be seen that dispersed particles are essential. Optimal 2 when the amount of dispersed particles increases
Although the secondary recrystallization temperature increases, the {111} planes are integrated and a high Young's modulus is exhibited.

【0047】熱処理条件の影響を1100℃〜1450℃まで温
度を変えて調査した。すでに述べたように、一般には11
00〜1400×0.5 〜2時間で十分であるが、本例の場合に
は、本発明例No.5、比較例No.23 、24に示すように、熱
処理温度が低くても、高くても2次再結晶が生ぜず最適
温度が1200〜1400℃程度に存在することがわかる。もち
ろん、この2次再結晶最適温度は、組成成分、分散粒子
種、径、量によって異なる。
The influence of heat treatment conditions was investigated by changing the temperature from 1100 ° C to 1450 ° C. As already mentioned, generally 11
00 to 1400 × 0.5 to 2 hours is sufficient, but in the case of this example, as shown in the invention sample No. 5 and the comparative samples No. 23 and 24, the heat treatment temperature may be low or high. It can be seen that secondary recrystallization does not occur and the optimum temperature exists at about 1200 to 1400 ° C. Of course, this optimum secondary recrystallization temperature differs depending on the composition component, dispersed particle type, diameter, and amount.

【0048】比較例No.1、本発明例No.3、5、8、9、
10、11から明らかな様に高剛性化するためには、微細な
分散粒子の存在が必須である。微細分散粒子が存在する
場合は、すべて熱処理により2次再結晶化し{111 }面
の集積度が30倍以上となっているが、分散粒子のない場
合はどの様な熱処理条件においても2次再結晶せず、し
たがって{111 }面の集積化はほとんど生じなかった。
Comparative Example No. 1, Inventive Example Nos. 3, 5, 8, 9
As is clear from 10 and 11, the presence of fine dispersed particles is essential for achieving high rigidity. When finely dispersed particles are present, they are all secondarily recrystallized by heat treatment and the degree of accumulation of {111} faces is 30 times or more. However, when there are no dispersed particles, secondary recrystallization is performed under any heat treatment condition. It did not crystallize and therefore little integration of {111} faces occurred.

【0049】加工条件の影響を本発明例No. 5、12、1
3、15、16、17、18、19、20、21、比較例No.14 に示
す。これからも明らかなように押出工程が必要であり、
その温度が低い程、また押出比が高い程、2次再結晶が
生じやすい傾向にある。また、押出比3以上でないと、
2次再結晶による{111 }面の集積化は不十分でありヤ
ング率が十分でない。
The influence of the processing conditions is shown in Example Nos. 5, 12, 1 of the present invention.
3, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 and Comparative Example No. 14 are shown. As will be clear from now on, an extrusion process is required,
The lower the temperature and the higher the extrusion ratio, the more likely secondary recrystallization will occur. Moreover, unless the extrusion ratio is 3 or more,
The integration of {111} faces by secondary recrystallization is insufficient and Young's modulus is not sufficient.

【0050】最後に成分の影響であるが、表3に示す様
に本質的にはマトリックスがフェライト相であれば、も
ちろん高ヤング率が得られるが。No. 43に示されるよう
なフェライトとオ−ステナイトの混相組織を有するマト
リックスにおいても25000 kgf/mm2 以上のヤング率が得
られることがある。
Finally, regarding the influence of the components, as shown in Table 3, if the matrix is essentially a ferrite phase, a high Young's modulus can be obtained, of course. Even in a matrix having a mixed phase structure of ferrite and austenite as shown in No. 43, a Young's modulus of 25000 kgf / mm 2 or more may be obtained.

【0051】16 Cr 以上の成分ではAlの増加は475 ℃
脆性を引き起こす。この475 脆性は4%Al以下の組成に
おいてはみられず4%Alを超える組成において顕著にみ
られた。 (比較例No. 29、50、51)
For components above 16 Cr, the increase in Al is 475 ° C.
Causes brittleness. This 475 brittleness was not seen in the composition of 4% Al or less, but was remarkable in the composition of more than 4% Al. (Comparative Examples No. 29, 50, 51)

【0052】[0052]

【表1】 [Table 1]

【0053】[0053]

【表2】 [Table 2]

【0054】[0054]

【表3】 [Table 3]

【0055】[0055]

【発明の効果】本発明により、大幅な加工歪付与が可能
となり{111 }面の集積度の著しい向上が図られた。そ
の結果、ヤング率25,000kgf/mm2 超の高剛性材料の製造
が可能となり、各種バネ材、各種シャフト材、振動吸収
を必要とする自動車をはじめとする各種構造部材への適
用が可能となった。
According to the present invention, a large amount of processing strain can be imparted, and the degree of integration of {111} planes can be remarkably improved. As a result, it becomes possible to manufacture high-rigidity materials with a Young's modulus of over 25,000 kgf / mm 2, and it is possible to apply them to various spring materials, various shaft materials, and various structural members such as automobiles that require vibration absorption. It was

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Cr: 16重量%超30重量%以下およびAl:0
〜4重量%以下を含有するフェライト系鋼のマトリック
スに分散粒子を分散させて成る複合材料であって、一定
方向に対する垂直面における{111}面の集積度がX
線積分強度比で等方性多結晶体の30倍以上であることを
特徴とする高剛性複合材料。
1. Cr: more than 16% by weight and 30% by weight or less and Al: 0
A composite material in which dispersed particles are dispersed in a matrix of ferritic steel containing up to 4% by weight, and the degree of accumulation of {111} planes in a plane perpendicular to a certain direction is X.
A high-rigidity composite material having a linear integrated intensity ratio of 30 times or more that of an isotropic polycrystal.
【請求項2】 Cr:16重量%超30重量%以下およびAl:0
〜4重量%以下を含有するフェライト系鋼のマトリック
スに分散粒子を分散させて成る複合材料であって、一定
方向に対する垂直面における{222}のX線積分強度
と{110}面のX線積分強度との比が0.10以上である
ことを特徴とする高剛性複合材料。
2. Cr: more than 16% by weight and 30% by weight or less and Al: 0
A composite material in which dispersed particles are dispersed in a matrix of ferritic steel containing up to 4% by weight, and the X-ray integrated intensity of {222} and the X-ray integration of {110} plane in a plane perpendicular to a certain direction. A high-rigidity composite material characterized by a ratio to strength of 0.10 or more.
【請求項3】 粒子分散した複合粉末を加工した後、熱
処理を施す高剛性複合材料の製造方法であって、該加工
が少なくとも押出比3以上の押出成形を含み、該熱処理
が2次再結晶熱処理であることを特徴とする請求項1ま
たは2記載の高剛性複合材料の製造方法。
3. A method for producing a high-rigidity composite material, which comprises subjecting a composite powder in which particles are dispersed to a heat treatment and then subjecting the composite powder to heat treatment, wherein the working includes extrusion molding with an extrusion ratio of 3 or more, wherein the heat treatment is a secondary recrystallization. The method for producing a high-rigidity composite material according to claim 1 or 2, which is heat treatment.
【請求項4】 前記複合粉末を機械的合金化法によって
粒子分散させて得ることを特徴とする請求項3記載の高
剛性複合材料の製造方法。
4. The method for producing a high-rigidity composite material according to claim 3, wherein the composite powder is obtained by dispersing the particles by a mechanical alloying method.
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