JPH09157740A - 高硬度・高熱膨張率鋼材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】室温でのビッカース硬度が２００〜３８５で、
室温〜２００℃での熱膨張率が１６×１０^-6／℃以上で
ある高硬度・高熱膨張率鋼材を製造する方法の提供。 【解決手段】Ｃ：０．８０〜１．１０％、Ｓｉ：１．８
０〜２．１５％、Ｍｎ：１．２５〜１．５５％、Ｓ：
０．０５０％以下、Ｃｒ：０．０５％以下、Ｐ：０．０
３０％以下、残部はＦｅ及び不可避不純物の組成を有す
る鋼材を、オ−ステナイト域の温度に加熱した後、５５
０℃からＭｓ点までの温度域に急冷し、その温度域で恒
温保持した後に室温まで冷却し、更にサブゼロ処理す
る。Ｃｒ：０．２０％以下の場合には、熱間での所要形
状への加工の前及び／又は後でソーキングを施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、室温でのビッカー
ス硬度が２００〜３８５で、且つ室温〜２００℃での熱
膨張率が１６×１０^-6／℃以上である高硬度・高熱膨張
率鋼材の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球的規模の環境汚染問題から、
鋼と非鉄金属材料とが共用される場合が増加してきてい
る。例えば、自動車の軽量化による燃費向上の要求を始
めとして、各種機械装置の軽量化が求められており、こ
の要望に応えてアルミニウムあるいはアルミニウム合金
などの軽量非鉄金属材料の使用が増加しつつある。しか
し、こうした軽量の非鉄金属材料は硬度（強度）が比較
的低い。このため高硬度の鋼と併用することで機械装置
の強度と軽量化とを両立させることが行われている。

【０００３】ところで、非鉄金属材料の熱膨張率は一般
に鋼のそれより大きい。従って、両者を併用した場合の
熱膨張率の差異に基づく問題を解決するための提案が種
々なされてきた。

【０００４】例えば、所謂「オ−ステナイト系ステンレ
ス鋼」を非鉄金属材料との併用材料として用いる提案が
ある。これはオ−ステナイト系ステンレス鋼の熱膨張率
がフェライト系の一般鋼材のそれよりも約１．５倍大き
いことを利用しようとするものである。

【０００５】しかしオ−ステナイト系ステンレス鋼は、
オ−ステナイト相を安定にするために高価なＮｉ、Ｃｒ
を多量に含んでいるためコストが嵩み、一般的な機械構
造用鋼としては使用が困難である。更に機械構造用鋼と
しては、寒冷地域でも充分に使用できなければならな
い。すなわち、寒冷地域では冬場に−６０℃程度にまで
気温が低下するので、こうした低温にさらされた後でも
安定した大きな熱膨張率の維持が必要である。しかしな
がら、オ−ステナイト系ステンレス鋼のオ−ステナイト
相はこうした低温環境では実用に耐えない不安定なもの
が多く、オ−ステナイト相の安定化を図るためにはＮｉ
を更に多量に含有させる必要があって極めて高価なもの
になってしまう。

【０００６】更に、オ−ステナイト系ステンレス鋼は一
般に固溶化熱処理ままの状態で使われるために強度が低
いという問題をも有している。

【０００７】特開平６−３０６４５６号公報には低Ｃｒ
−低Ｎｉで１４．０〜２６．０％のＭｎを含有した「高
強度オ−ステナイト組織鋼部品の製造方法」が提案され
ている。しかし、この公報に提案された鋼は上記のよう
に多量のＭｎを含むのでやはりコストが嵩む。

【０００８】特公昭５８−４２２４６号公報にはＣ：
０．４０〜０．８５％、Ｓｉ：１．４０〜２．５０％、
Ｍｎ：０．３０〜１．００％の鋼帯を、オ−ステナイト
化後ＴＴＴ線図のノーズを通過する速度よりも大きい冷
却速度で３８０〜４８０℃まで冷却し、そこで恒温保持
して６５〜８５％のベイナイトと残部がオ−ステナイト
からなる「複合組織を有する高強度鋼帯の製造方法」が
提案されている。

【０００９】この公報に開示された技術は、精密機械用
小物部品に使用される高強度熱処理鋼帯の延性を高める
ために６５〜８５％のベイナイトと残留オ−ステナイト
の複合組織にするものである。従って、鋼の熱膨張率を
大きくするということには配慮がなされておらず、上記
の割合のベイナイトとオ−ステナイトの組織割合では本
発明の指向するところの、室温〜２００℃での熱膨張率
が１６×１０^-6／℃以上という高い熱膨張率が得られな
い。

【００１０】更に、上記公報で提案された鋼は焼入れ性
が低いため、これを一般の機械部品に用いた場合には、
ＴＴＴ線図のノーズを通過する速度よりも大きい冷却速
度で３８０〜４８０℃まで冷却することは極めて困難
で、所望の組織とはならない。

【００１１】特開平１−１０８３４２号公報にはＣ：
０．５〜２．５％、Ｓｉ：１．０〜４．０％、Ｍｎ：
０．６％以下、Ｓ：０．０５％以下、Ｂ：０．０１〜
０．１％でオーステンパ処理により、基地がベイナイト
と残留オ−ステナイトからなり、球状黒鉛が分散してい
る「高強度、高剛性、高靭性を有する鉄系鋳物およびそ
の製造法」が提案されている。

【００１２】この公報に提案された技術の場合にも、熱
膨張率を大きくするということには配慮がなされておら
ず、上記の球状黒鉛が分散したベイナイトとオ−ステナ
イトの組織とするだけでは必ずしも本発明の指向すると
ころの、室温〜２００℃での熱膨張率が１６×１０^-6／
℃以上という高い熱膨張率は得られない。

【００１３】更に、上記公報で提案された技術は「鉄系
鋳物」に関する提案であり、この組成の鋳鉄を熱間で加
工することはできない。

【００１４】特開昭６１−２５２９１２号公報にはアル
ミニウム合金製の軸受部に、Ｃ：２．６〜４．０％、Ｓ
ｉ：１．５〜３．５％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｍ
ｇ：０．０５〜０．０８％の組成を有し、残留オ−ステ
ナイト量が３０〜５０％となるようにオーステンパ処理
した球状黒鉛鋳鉄製のクランクシャフトを支承する「エ
ンジンのクランクシャフト軸受構造」が開示されてい
る。

【００１５】上記公報で提案されたクランクシャフトに
関する技術は「鋳鉄」に関する提案であり、この組成の
鋳鉄を熱間で加工することはできない。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の現状
に鑑みなされたもので、室温でのビッカース硬度が２０
０〜３８５で、且つ室温〜２００℃での熱膨張率が１６
×１０^-6／℃以上である高硬度・高熱膨張率鋼材の製造
方法の提供を課題とする。

【００１７】

【発明を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するために種々検討を重ねた。その結果、本出
願人は先に特願平７−４２９４号の出願で、「高強度・
高熱膨張率鋼材とその製造方法」を提案した。

【００１８】すなわち、［１］特定の化学組成からなる
鋼組成を有し、体積率で３０％以上７０％以下のオ−ス
テナイトと残部がベイナイトもしくはベイナイトとマル
テンサイトである複合組織からなり、降伏強度が３４３
ＭＰａ以上、且つ、室温〜１００℃での熱膨張率が１３
×１０^-6／℃以上である高強度・高熱膨張率鋼材と、
［２］Ａc₁点以上に加熱した後、パーライトを生成する
臨界冷却速度よりも大きい冷却速度でＭｓ点以上５５０
℃以下の温度域に冷却し、当該温度域で恒温保持した
後、室温まで冷却する前記［１］の高強度・高熱膨張率
鋼材の製造方法を提案した。

【００１９】しかし、その後の検討で下記の問題点が明
らかになった。

【００２０】（イ）機械装置はその運転中に２００℃程
度まで温度が上昇する場合が多く、その場合には上記の
出願で提案した鋼材では必ずしも鋼と非鉄金属材料との
熱膨張率の差異に基づく各種の問題を解決できないこと
がある。

【００２１】（ロ）上記提案の組成を有する鋼を実験室
レベルで小規模溶製した場合には上記提案の条件で処理
を行えば所望の組織（オ−ステナイト量）と特性が得ら
れる。

【００２２】しかし、工業的規模で溶製し、上記の条件
の処理を行って所望の組織と特性を得るためには、特に
鋼塊の寸法を調整する必要がある。

【００２３】そこで、上記の問題点を解決すべく検討を
重ねたところ、次の重要な知見が得られた。

【００２４】（ａ）鋼の室温〜２００℃での熱膨張率が
１６×１０^-6／℃以上であれば、機械装置がその運転中
に２００℃程度まで温度が上昇する場合にも非鉄金属材
料と鋼との熱膨張率の差異に基づく問題を解決できる。

【００２５】（ｂ）機械装置が２００℃程度にまで温度
上昇した場合に熱分解してしまう残留オ−ステナイトが
存在する。この残留オ−ステナイトを上記の２００℃程
度への温度上昇で熱分解させないためには、サブゼロ処
理しておけば良い。

【００２６】（ｃ）サブゼロ処理後の残留オ−ステナイ
トの量が体積率にして４０％以上であれば、室温〜２０
０℃での熱膨張率が１６×１０^-6／℃以上となる。

【００２７】（ｄ）工業的規模で溶製した場合の鋼塊寸
法の調整が製品の組織と特性に影響するのは、とりべ分
析値と製品分析値における成分元素量の違い、なかでも
Ｃｒ量の微妙な違いによるところが大きい。すなわち工
業的規模で溶製した場合には、Ｃｒ含有量がオ−ステナ
イトの残留量を大きく左右する。これはＣｒのミクロ偏
析のために恒温処理したときのベイナイト変態が著しく
遅延することと、ベイナイト変態させるための恒温処理
時間を長くすればオ−ステナイトが熱分解してしまって
残留するオ−ステナイト量が変化することによる。

【００２８】前述のサブゼロ処理後に所要の残留オ−ス
テナイト量を確保するためにはＣｒのミクロ偏析率（製
品分析値／とりべ分析値）を１．２０以下に抑えること
が必要である。

【００２９】上記知見に基づく本発明は、下記（１）及
び（２）の高硬度・高熱膨張率鋼材の製造方法を要旨と
する。

【００３０】（１）重量％で、Ｃ：０．８０〜１．１０
％、Ｓｉ：１．８０〜２．１５％、Ｍｎ：１．２５〜
１．５５％、Ｓ：０．０５０％以下、Ｃｒ：０．０５％
以下、Ｐ：０．０３０％以下、残部はＦｅ及び不可避不
純物の組成を有する鋼材を、オ−ステナイト域の温度に
加熱した後、５５０℃からＭｓ点までの温度域に急冷
し、その温度域で恒温保持した後に室温まで冷却し、更
にサブゼロ処理することを特徴とする、体積率で４０〜
６５％のオ−ステナイトと残部がベイナイトもしくはベ
イナイトとマルテンサイトの複合組織からなり、室温で
のビッカース硬度が２００〜３８５、室温〜２００℃で
の熱膨張率が１６×１０^-6／℃以上である高硬度・高熱
膨張率鋼材の製造方法。

【００３１】（２）重量％で、Ｃ：０．８０〜１．１０
％、Ｓｉ：１．８０〜２．１５％、Ｍｎ：１．２５〜
１．５５％、Ｓ：０．０５０％以下、Ｃｒ：０．２０％
以下、Ｐ：０．０３０％以下、残部はＦｅ及び不可避不
純物の組成を有する鋼片に、熱間での所要形状への加工
の前及び／又は後でソーキングを施し、次いで、オ−ス
テナイト域の温度に加熱した後、５５０℃からＭｓ点ま
での温度域に急冷し、その温度域で恒温保持した後に室
温まで冷却し、更にサブゼロ処理することを特徴とす
る、体積率で４０〜６５％のオ−ステナイトと残部がベ
イナイトもしくはベイナイトとマルテンサイトの複合組
織からなり、室温でのビッカース硬度が２００〜３８
５、室温〜２００℃での熱膨張率が１６×１０^-6／℃以
上である高硬度・高熱膨張率鋼材の製造方法。

【００３２】以下、上記（１）及び（２）の発明をそれ
ぞれ（１）の発明、（２）の発明ということにする。

【００３３】

【発明の実施の形態】本発明においては、「オーステン
パ」として知られている恒温変態処理によって、オ−ス
テナイト及び残部がベイナイトもしくはベイナイトとマ
ルテンサイトの混合組織を得ようとするものである。す
なわち、適正量のオ−ステナイトと残部がベイナイトも
しくはベイナイトとマルテンサイトの混合組織を得て室
温〜２００℃での熱膨張率を１６×１０^-6／℃以上とな
し、機械装置がその運転中に２００℃程度まで温度が上
昇する場合にも非鉄金属材料と鋼との熱膨張率の差異に
基づく問題を解決しようとするものである。

【００３４】以下、本発明の要件について説明する。な
お、成分元素の量における「％」は「重量％」を意味す
る。

【００３５】（Ａ）化学組成 Ｃ：Ｃは鋼の焼入れ性及び硬度（強度）を高める作用が
ある。又、結晶粒を微細化すると共にオ−ステナイトを
安定に残留させる作用を有する。しかし、その含有量が
０．８０％未満ではサブゼロ処理後に安定して残留する
オ−ステナイトの体積率が４０％未満となる。一方、
１．１０％を超えて含有すると熱間での加工時に割れを
生じ易くなる。従って、Ｃの含有量を０．８０〜１．１
０％とした。なおＣ含有量は０．８５〜０．９５％とす
ることが好ましい。

【００３６】Ｓｉ：Ｓｉは通常の鋼において含有される
ように脱酸剤としての作用及び固溶強化と焼入れ性向上
による機械的性質改善の作用も有するが、本発明におい
てはそうした作用よりも本発明に係る熱処理において残
留させるオ−ステナイトの量と安定性を確保する上で極
めて重要な元素である。Ｓｉの含有量が１．８０％未満
ではサブゼロ処理後に安定して残留するオ−ステナイト
の体積率が４０％未満となる。一方、２．１５％を超え
て含有すると熱間での加工時に割れを生じ易くなる。

【００３７】従って、Ｓｉの含有量を１．８０〜２．１
５％とした。なお、Ｓｉ含有量は１．８５〜２．１５％
とすることが好ましい。

【００３８】Ｍｎ：Ｍｎは鋼の焼入れ性を高め、機械部
品を熱処理して残留オ−ステナイトとベイナイト、ある
いは残留オ−ステナイトとベイナイト及びマルテンサイ
トの複合組織を得るために必須の合金元素である。Ｃと
Ｓｉだけでは焼入れ性が充分でないためにＭｎ含有量が
１．２５％未満の場合、恒温熱処理時にパーライト変態
を伴ってその後のベイナイトの生成とオ−ステナイトの
残留に支障をきたす。一方、１．５５％を超えて含有す
れば熱間での加工時に割れを生じ易くなると共に、オ−
ステナイトを残留させるための恒温処理時間が長くなる
ので逆に残留するオ−ステナイトの量が減少する。この
ためＭｎの含有量を１．２５〜１．５５％とした。

【００３９】Ｓ：Ｓは添加しなくても良い。添加すれば
上記のＭｎと結合してＭｎＳを生成し、鋼の被削性を高
める作用を有する。この効果を確実に得るには、Ｓは
０．０１０％以上の含有量とすることが好ましい。しか
し、その含有量が０．０５０％を超えると熱間加工性の
劣化をきたす。従って、Ｓの含有量を０．０５０％以下
とした。なおＳ含有量の上限は０．０３５％とすること
が好ましい。

【００４０】Ｃｒ：工業的規模で溶製した場合に、サブ
ゼロ処理後に所要の残留オ−ステナイト量を確保するた
めには、不純物元素としてのＣｒのミクロ偏析率（製品
分析値／とりべ分析値）を１．２０以下に抑えることが
極めて重要となる。

【００４１】工業的規模で溶製後、熱間での所要形状
への加工の前及び／又は後でソーキングを行わない場合
には、不純物元素としてのＣｒの含有量が０．０５％を
超えると上記のミクロ偏析率が１．２０を超えるのでサ
ブゼロ処理後に所要の残留オ−ステナイト量であるとこ
ろの体積率で４０％以上の量を確保できず、１６×１０
^-6／℃以上の室温〜２００℃での熱膨張率が得られな
い。従って、（１）の発明の場合には、不純物元素とし
てのＣｒ含有量の上限を０．０５％とした。

【００４２】工業的規模で溶製して不純物元素として
のＣｒ含有量が０．２０％を超える場合には、熱間での
所要形状への加工の前及び／又は後でソーキング（均
熱）を行っても上記のミクロ偏析率を１．２０以下に抑
えることは極めて困難である。

【００４３】この場合には、所要の体積率である４０％
以上の残留オ−ステナイト量を安定して確保できず、１
６×１０^-6／℃以上の室温〜２００℃での熱膨張率が得
られない。

【００４４】又、熱間での所要形状への加工の前及び／
又は後でのソーキングを行うことでミクロ偏析率を１．
２０以下に抑えることができる場合でも、極めて高温で
長時間処理しなければならないので、オ−ステナイト粒
の粗大化や多大なスケールロスをきたし、更にエネルギ
ー消費も大きくなるという問題を生ずる。

【００４５】従って、（２）の発明の場合には、不純物
元素としてのＣｒ含有量の上限を０．２０％とした。

【００４６】Ｐ：不純物元素であるＰはいかなる熱処理
を施してもその粒界偏析を消滅させることはできず、特
に、０．０３０％を超えて含有すると著しい粒界強度の
低下と靭性劣化をもたらす。従って、最終製品としての
機械部品に良好な機械的性質を付与するため、Ｐ含有量
の上限を０．０３０％とした。

【００４７】（Ｂ）熱処理 （Ｂ−１）鋼材の加熱温度 鋼材、すなわち板・棒・線・管などの中間材、又は、こ
れらから作製された各種の部品を熱処理して体積率で４
０〜６５％のオ−ステナイトと残部がベイナイトもしく
はベイナイトとマルテンサイトの複合組織とするために
は、先ずＡc₃点以上又はＡ_cm点以上の温度に加熱してオ
−ステナイト組織とする必要がある。この加熱温度は細
粒の安定なオ−ステナイト状態とするために８２０〜９
８０℃とすることが好ましい。又、このオ−ステナイト
化の加熱処理に際し、保持時間は細粒のオ−ステナイト
組織を得るために４時間未満とすることが好ましい。

【００４８】（Ｂ−２）冷却と恒温処理及びサブゼロ処
理 オ−ステナイト化加熱の後、所望の組織を得るために
は、オ−ステナイトからベイナイトへの変態に先立っ
て、オ−ステナイトから冷却する途上でパーライトが生
成しないようにその生成臨界冷却速度よりも大きい冷却
速度で急冷する必要がある。これは、パーライトが生成
してしまうと未変態のオ−ステナイト量が少なくなるた
め、その後の恒温変態とサブゼロ処理で残留するオ−ス
テナイトの量が所要量の下限値の４０％に達しなくなる
からである。

【００４９】上記のパーライトの生成臨界冷却速度より
も大きい冷却速度で急冷し、恒温処理する温度域は５５
０℃からＭｓ点の間とする必要がある。急冷・恒温処理
する温度域が５５０℃を超えるとパーライトが生成して
しまい、Ｍｓ点を下回れば多量のマルテンサイトが生成
してしまって、いずれもサブゼロ処理後に所望量の下限
値である４０％を下回る量のオ−ステナイトしか残留し
ないからである。

【００５０】上記の温度域での恒温保持は、これによっ
てオ−ステナイトの一部をベイナイトに変態させ、且つ
未変態のオ−ステナイトを安定化させるために行う。ベ
イナイトの生成量が少なすぎると未変態オ−ステナイト
の安定化が不十分となってサブゼロ処理後に残留するオ
−ステナイトの量が所要量の下限値の４０％に達しなく
なってしまうので、充分な量のベイナイトの変態生成に
必要な時間の恒温保持が必要である。一方、ベイナイト
変態させるための恒温処理時間を長くすればオ−ステナ
イトが熱分解してしまって残留するオ−ステナイト量が
やはり減少してしまう。このため、上記の温度域での恒
温保持時間は１５分以上３時間未満とすることが好まし
い。

【００５１】上記のパーライトの生成臨界冷却速度より
も大きい冷却速度で急冷して恒温処理するには、前記の
温度域の温度に設定した塩浴や鉛浴の中に浸漬したり、
流動層熱処理炉を用いれば良い。

【００５２】恒温処理後の室温までの冷却は任意の冷却
速度で行って良い。

【００５３】サブゼロ処理は上記の恒温処理後に室温ま
で冷却した際の残留オ−ステナイトのうち不安定なもの
をマルテンサイトに変態させて、最終製品たる機械部品
に安定した特性を付与するために行う。このサブゼロ処
理の温度は、寒冷地域では冬場に−６０℃程度にまで気
温が低下することを考えると、最終製品たる機械部品に
安定した特性を付与するために−６０〜−８５℃の所謂
「普通サブゼロ」処理の温度とすれば充分である。この
温度を下回る所謂「超サブゼロ」処理を行っても良い。

【００５４】サブゼロ処理後室温までの昇温は室温放置
によっても良いし、水中や油中に浸漬する所謂「サブゼ
ロ急熱法」によっても良い。

【００５５】機械装置はその運転中に１００℃程度には
必ず温度上昇し、２００℃程度まで温度が上昇する場合
も多い。従って、上記のサブゼロ処理で変態したマルテ
ンサイトは低温での焼戻しを受けることになるので、サ
ブゼロ処理後の焼戻しは必ずしも必要ではない。

【００５６】（Ｃ）ミクロ組織 室温〜２００℃での熱膨張率を１６×１０^-6／℃以上と
するためには、体積率で４０％以上のオ−ステナイトが
残留していなければならない。一方、残留オ−ステナイ
トの量が体積率で６５％を超えると、機械構造用鋼に要
求される所望の最低硬度（ビッカース硬度で２００）が
得難くなる。従って、オ−ステナイト組織の割合を体積
率で４０〜６５％とした。所望の熱膨張率を得るための
オ−ステナイト以外の残部の組織は、恒温処理とサブゼ
ロ処理によって生成したベイナイト、又はベイナイトと
マルテンサイトであれば良い。

【００５７】（Ｄ）室温での硬度 強度が要求される機械構造用鋼では、多くの場合にビッ
カース硬度で２００以上が必要である。従って、機械部
品など機械構造用鋼への用途を想定している本発明で
は、ビッカース硬度は２００以上なければならない。一
方、ビッカース硬度で３８５を上回ると遅れ破壊を生じ
ることが多くなるので、硬度の上限をビッカース硬度で
３８５とした。

【００５８】（Ｅ）熱膨張率 各種機械装置の軽量化が求められて鋼とアルミニウムあ
るいはアルミニウム合金などの非鉄金属材料との共用を
図る場合、これらの非鉄金属材料の熱膨張率が一般に鋼
のそれより大きい（例えば、Ａｌの場合には２２×１０
^-6／℃程度）ため、熱膨張率の不一致から様々な技術的
問題（例えば、締結部の緩みによる締結強度の低下や振
動など）が発生する。しかし、非鉄金属材料の熱膨張率
の低下には技術的な限界があって、現在のところ鋼の熱
膨張率に近づけることは困難な状況にある。そこでオ−
ステナイト組織がフェライト組織よりも大きな熱膨張率
を有することを利用して、鋼の室温〜２００℃での熱膨
張率を１６×１０^-6／℃以上にする。鋼と非鉄金属材料
との熱膨張率の差異がほぼ８×１０^-6／℃以下であれ
ば、併用する相手材としての非鉄金属材料が何であって
も、機械装置が２００℃程度まで昇温した場合でも実用
上問題がない。

【００５９】（Ｆ）ソーキング（均熱） 工業的規模で溶製した場合でも、ソーキング（均熱）を
施さなくともＣｒのミクロ偏析率（製品分析値／とりべ
分析値）を１．２０以下に抑えることが可能な（１）の
発明の対象鋼（不純物元素としてのＣｒ含有量が０．０
５％以下の鋼）に対しては、前記（Ｂ）の熱処理を行う
だけで所望の組織、換言すれば所望の特性を付与でき
る。

【００６０】しかし、（２）の発明の対象鋼であるＣｒ
含有量が０．２０％以下の鋼において、なかでもＣｒ含
有量が０．０５％を超え０．２０％以下の鋼の場合には
前記（Ｂ）の熱処理を行うだけでは所望の組織が得られ
ない。上記鋼に対してＣｒのミクロ偏析率を１．２０以
下に抑えるためには、熱間での所要形状への加工の前及
び／又は後でソーキングを行う必要がある。このソーキ
ングはＣｒのミクロ偏析率を低くすると共にオ−ステナ
イトの粗大化を防止するために、１０００〜１２８０℃
の温度域で１〜２０時間程度行うことが好ましい。

【００６１】このＣｒ含有量が０．２０％以下の鋼に対
して、熱間での所要形状への加工の前及び／又は後でソ
ーキングを行い、更に前記（Ｂ）の熱処理を行えば所望
の組織、換言すれば所望の特性を付与できる。

【００６２】前記のソーキングは熱間での所要形状への
加工の前及び／又は後で１〜３回行えば充分である。４
回以上のソーキングはＣｒのミクロ偏析率低減の効果が
小さい反面スケールロスやエネルギーロスを生じて経済
的でない。

【００６３】前記したように不純物元素としてのＣｒ含
有量が０．０５％以下の鋼に対しては、前記（Ｂ）の熱
処理を行うだけで所望の組織、換言すれば所望の特性を
付与できるため、熱間での所要形状への加工の前及び／
又は後でソーキングを行うことは必須ではない。しか
し、Ｃｒのミクロ偏析率を一層低くしたい場合には、上
記ソーキングを行っても良い。

【００６４】なお、鋼塊段階でのＣｒのミクロ偏析率を
低減しておけば鋼片の段階におけるＣｒのミクロ偏析率
が低減するために、鋼塊は連続鋳造で製造される鋳片と
することが好ましい。やむを得ず鋼塊を造塊法で製造す
る場合には、Ｃｒのミクロ偏析率を低減するために鋳型
はできるだけ小さいものを用いることが好ましい。

【００６５】以下、実施例に関連させて本発明を更に具
体的に説明する。

【００６６】

【実施例】表１に示す化学組成を有する鋼を通常の方法
によって７０ｔ転炉溶製し、連続鋳造によって厚さ３０
０ｍｍ×幅４００ｍｍの鋳片とした後、通常の方法によ
って１１５０℃に加熱してから２７０ｍｍ×２７０ｍｍ
の中間鋼片を作製した。なお、表１はとりべ分析値を示
すものである。

【００６７】次いで、上記の中間鋼片を素材として表２
に示した条件で一旦１８０ｍｍ×１８０ｍｍの角材とし
た後、直径が３０ｍｍの丸棒に圧延し、更に表２に示し
た条件で熱処理を施した後、丸棒から製品分析試験片、
ミクロ試験片及び熱膨張測定用試験片を切り出した。な
お、オ−ステナイト域の温度に加熱した後の急冷・恒温
保持の処理には塩浴炉を用いた。

【００６８】ミクロ試験片を用いて、ミクロ組織の観察
を行うと共に残留オ−ステナイト量と室温でのビッカー
ス硬度を測定した。なお、残留オ−ステナイト量の測定
にはフェライト相及びオ−ステナイト相のＸ線回折強度
積分値から求める通常の方法を用いた。

【００６９】熱膨張率は室温〜２００℃の間の線膨張係
数から求めた。

【００７０】Ｃｒのミクロ偏析率、残留オ−ステナイト
量、室温でのビッカース硬度及び室温〜２００℃の熱膨
張率の測定結果を表３に示す。なお、ミクロ組織はすべ
ての場合において残留オ−ステナイトとベイナイト、又
は残留オ−ステナイト、ベイナイト及びマルテンサイト
から構成されていた。

【００７１】表３の結果から、本発明で規定する化学組
成を有し、且つ本発明で規定する条件で処理された鋼材
（試験番号 1〜 8）にあっては、Ｃｒのミクロ偏析率が
１．２０以下であり所定のミクロ組織を有しているの
で、所望の室温におけるビッカース硬度と室温〜２００
℃の熱膨張率が得られている。

【００７２】

【表１】

【００７３】

【表２】

【００７４】

【表３】

【００７５】

【発明の効果】本発明の高硬度・高熱膨張率鋼材の製造
方法によれば、比較的容易に体積率で４０〜６５％のオ
−ステナイトと残部がベイナイトもしくはベイナイトと
マルテンサイトの複合組織が得られるので、室温でのビ
ッカース硬度が２００〜３８５且つ室温〜２００℃での
熱膨張率が１６×１０^-6／℃以上の特性を有する鋼材を
製造することが可能である。この鋼材をアルミニウムあ
るいはアルミニウム合金などの軽量非鉄金属材料と併用
しても熱膨張率の差異に基づく技術的問題が生ずること
はなく、従って、機械装置の強度と軽量化とを両立させ
ることができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％で、Ｃ：０．８０〜１．１０％、Ｓ
   ｉ：１．８０〜２．１５％、Ｍｎ：１．２５〜１．５５
   ％、Ｓ：０．０５０％以下、Ｃｒ：０．０５％以下、
   Ｐ：０．０３０％以下、残部はＦｅ及び不可避不純物の
   組成を有する鋼材を、オ−ステナイト域の温度に加熱し
   た後、５５０℃からＭｓ点までの温度域に急冷し、その
   温度域で恒温保持した後に室温まで冷却し、更にサブゼ
   ロ処理することを特徴とする、体積率で４０〜６５％の
   オ−ステナイトと残部がベイナイトもしくはベイナイト
   とマルテンサイトの複合組織からなり、室温でのビッカ
   ース硬度が２００〜３８５、室温〜２００℃での熱膨張
   率が１６×１０^-6／℃以上である高硬度・高熱膨張率鋼
   材の製造方法。
2. 【請求項２】重量％で、Ｃ：０．８０〜１．１０％、Ｓ
   ｉ：１．８０〜２．１５％、Ｍｎ：１．２５〜１．５５
   ％、Ｓ：０．０５０％以下、Ｃｒ：０．２０％以下、
   Ｐ：０．０３０％以下、残部はＦｅ及び不可避不純物の
   組成を有する鋼片に、熱間での所要形状への加工の前及
   び／又は後でソーキングを施し、次いで、オ−ステナイ
   ト域の温度に加熱した後、５５０℃からＭｓ点までの温
   度域に急冷し、その温度域で恒温保持した後に室温まで
   冷却し、更にサブゼロ処理することを特徴とする、体積
   率で４０〜６５％のオ−ステナイトと残部がベイナイト
   もしくはベイナイトとマルテンサイトの複合組織からな
   り、室温でのビッカース硬度が２００〜３８５、室温〜
   ２００℃での熱膨張率が１６×１０^-6／℃以上である高
   硬度・高熱膨張率鋼材の製造方法。