JPS6039741B2

JPS6039741B2 - 靭性にすぐれた高炭素低合金鋼

Info

Publication number: JPS6039741B2
Application number: JP852179A
Authority: JP
Inventors: 一男吉川; 孝遠溝口; 定雄太田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1979-01-27
Filing date: 1979-01-27
Publication date: 1985-09-07
Also published as: JPS55100965A

Description

【発明の詳細な説明】本発は、軸受あるし、は冷間圧延用作動ロール等として
使用される鞠性のすぐれた高炭素低合金鋼に関する。

軸受や冷間圧延用作動ロールはきわめて苛酷な摩耗条件
下で使用されるものであるため、特に耐摩耗性にすぐれ
ることが要求される。

かかる材料として従来より、マルテソサィト基地中に炭
化物を含み、高い硬度を有する高炭素低合金鋼が広く使
用されてきた。しかし、この材料は、耐摩耗性にすぐれ
る半面、表面剥離、折損、スポーリングなど、微細な亀
裂や欠陥を起点とした脆性破壊による事故が頻繁に発生
し、機械部品としての寿命が著しく短いという欠点があ
った。このような脆性破壊事故を防止するには、材料の
衝撃値を高め、鞠性を改善することが第一に必要である
。従来より、材料の衝撃値は、一般に結晶粒径の細かい
もの程すぐれることが知られており、上記高炭素低合金
鋼についても、専ら熱処理によって結晶粒を微細化する
ことにより靭性の改善を図るべく各種の試みがなされて
きた。しかし、かかる努力にもかかわらず、軸受や冷間
圧延用作動ロール等の機械部品としての寿命になお不満
があり、まだ結晶粒の微細化に要する熱処理操作の煩雑
さの故に、労力・コスト面等での負担増を余儀なくされ
ていた。本発明は、軸受や冷間圧延用作動ロール等の上
記問題点を克服し、耐摩耗性・鞠性の両特性を満たし、
かつ経済的にも有利な新規高炭素低合金鋼を提供せんと
するものである。

軸受あるいは袷延用作動ロールにおける脆性破壊事故は
、熱衝撃、熱疲労あるいは転勤疲労などにより生じた微
細な亀裂等を起点として発生するものであるが、本発明
者等は、このような高炭素低合金鋼の破壊靭性に影響を
及ぼすと考えられる各種因子について詳細な検討を重ね
た結果、結晶粒度に関し、前記従来の一般的見解とは全
く逆に、「結晶粒径が大きくなると、破壊靭性が高くな
る」という特異の事実を発見し、熱処理によって一定組
成の銅の結晶粒度を増大させることにより、破壊鞠性を
向上させ、機械部品としての寿命を顕著に改善すること
ができるという知見を得、本発明を完成するに到った。

すなわち、本発明は、ＣＯ．６〜１．２％、Ｓ心１５〜
１．６％、Ｍｎｏ．１５〜１．６％、Ｎｉｌ．０％以下
、Ｃｒ２．６〜６％、Ｍｏｌ．０％以下、ＶＩ．０％以
下、残鉄部および不可避的不純物からなり平均結晶粒径
３０山ｍ以上の鋼組織を有する、鞠性にすぐれた高摩耗
性高炭素低合金鋼を提供するものである。本発明に係る
高炭素低合金鋼は、耐摩耗性等の要求される軸受材や冷
延用作動ロール材等を主要用途として包含するものであ
り、その用途上の材質特性に応じるため、化学成分組成
は以下の如く規定される。

Ｃは、鋼の焼入性に関する最も重要な元素であるととも
に、後記Ｃｒ等と結合して炭化物が形成し、耐摩耗性を
付与するのに有用な元素である。

その添加量が０．６％に満たないと、良好な耐摩耗性を
付与するに十分な量の炭化物が得られず、一方、１．２
％を越えて添加すると、炭化物の均一は分散状態が得ら
れないため、籾性の低下を招く。このため、好ましくは
、０．６〜１．２％の範囲で添加される。ＳｉおよびＭ
ｎは、製鋼過程での脱酸剤として必要である。

このため、それぞれ０．１５％以上添加される。但し、
過度に加えると、得られる鋼塊の清浄度を害するので、
いずれも１．６％を上限とすることが望ましい。Ｎｉは
、焼入性の改善に有用な元素である。

しかし、多量に加えると、炭化物の球状化を阻害し、所
要の硬度・耐摩耗性が得られなくなる。このため、好ま
しくは、１．０％を上限として添加される。Ｃｒは、靭
性を付与するほか、炭化物を形成＊し、硬度や耐摩耗性
を高めるための重要な元素である。

ただし、添加量が２．６％に満たないと、その効果は充
分でなく、一方６％を越えると、製鋼技術上の問題を伴
い、健全な鋼塊の製造が困難となる。このため、２．６
％〜６．０％の範囲で添加するのが好ましい。Ｍｏは、
競入性を向上させ、硬度を高めるのに有効な元素として
添加される。

但し、多量に添加しても、それ以上の焼入性の向上は望
めず、経済的にも不利である。本発明では、１．０％以
下の添加で充分その目的を達することができる。Ｖも、
焼入性の改善に有用な元素であるが、高価であるので、
経済的効果も考慮し、添加量は１．０％を上限とする。

このほか、不純物として混入するＰおよびＳは少ない程
望ましく、靭性に与える悪影響をさげるため、好ましく
は、ＰＯ．０４％以下、ＳＯ．０３％以下に抑制する。

次に、結晶粒径と破壊鞠性との関係について説明する。
第１表掲示の化学成分組成を有するＡ，Ｂ，ＣおよびＤ
鋼について、熱処理により種々結晶粒径を与え、硬度Ｈ
ｖ７５０に調整したときの各鋼の破壊鋤性値（ｋ９１側
‐３／２）を第１図および第２図に示す。なお、各鋼
の結晶の調整は、Ａ，ＢおよびＤ鋼では、焼入れ処理の
くり返しにより、またＣ鋼については、競入温度を高く
することにより、それぞれ行なった。また、各鋼の硬度
調整は、焼もどし処理にて行なった。第１表供試鋼の
化学成分組成（ｗｔ略）第１図中、曲線Ａ及びＢ、第
２図中、曲線ＣおよびＤは、それぞれ上記Ａ，Ｂ，Ｃお
よびＤ鋼の破壊鞠性値を示す。

各図より、結晶粒径が大きくなるにつれ、破壊鞠性値は
向上し、特に結晶性径３０仏ｍを境に、急激に向上する
ことが認められる。従って、結晶粒径は、３０ｒｍ以上
、望ましくは５０山ｍ以上に調整される。また、冷延用
作動ロールにおいては、圧延中の熱衝撃により、ロール
表面に０．１〜０．２脚程度の微細な亀裂が生ずると、
これを起点として、圧延中の接触面圧による脆性破壊事
故が発生するので、かかる亀裂が生じても以下破壊に耐
え得る安定性を備えることが望まれる。

この安定性は、脆性破壊発生臨界点としての限界接触面
圧の高低により評価することができるが、この点につい
ても後記実施例にも示されるように、従来材に比し格段
すぐれた得性が保証されることが確認されている。なお
、本発明にいう結晶粒径は、平均結晶粒蓬をもって規定
することができ、厳密にすべての結晶の粒径が３０〆ｍ
以上である必要はなく、３０ムｍに満たない粒径のもの
が混在してさしつかえない。但し、できるだけ濠粒組織
を排し、均一粒径であることが望ましいことは言までも
ない。次に、実施例を挙げて本発明鋼の材質特性につい
て更に具体的に説明する。＊実施例１第２表掲示の化学成分組成を有する鋼１および２を供試
材とし、熱処理により種々の結晶粒度を与え、それぞれ
の破壊鞠性値と、材料表面に亀裂が存在する場合の脆性
破壊が生起する限界接触面圧を測定した。

なお、第２表中、供試材１は、冷延用作動ロール材とし
て溶製した。本発明鋼組成を有する高炭素低合金鋼であ
り、供試材２は、耐摩耗性と特に鋤性が要求される冷間
ダイスそして用いられるＪＩＳＳＫＤＩＩ種相当の比較
材である。第２表供試材の化学成分組成（ｗｔ略）
供試材１及び２のいずれも、予め鰍造および球状化処理
を施し、それぞれ下記の熱処理により結晶粒径の調整と
焼入れを行なった。ｍ供試材１の熱処理と結晶粒蓬： ‘ａ）８５０ｑｏｘ斑ｒ・空冷→６００００×２皿ｒ・
空冷→９３０００１５ｍｉｎ・油冷、平均粒蚤：９仏ｍ
（ｂ｝９３０００×３仇ｈｉｎ・空冷→９３０００３
仇ｈｉｎ・油冷、平均粒径：３１仏ｍ｛ｃ｝９３００
０×３仇ｈｉｎ・空冷：５回くり返し→９３０℃×３比
ｈｉｎ・油冷、平均粒錘：１３０仏ｍ（２１供試村２
の熱処理と結晶粒蚤：標準の焼入れ処理（１０５０ｏｏ
×３仇ｈ；ｎ・空冷）平均粒律：ｌｏＡｍ上記各熱処理
後、最高温度２００ｑｏまでの競もどしを施して種々の
硬度を与えたのち、破壊靭性値の測定に付した。

なお、およびａ，ｂおよびｃの各熱処理を施した供試村
１を、それぞれ１・ａ材、１・ｂ材および１・ｃ材と称
す。‘３’ 破壊靭性試験結果同試験により得られた各供試材の「硬度（Ｈｖ）と破壊籾性値（ｋ９・側側‐３／２）の関係」
を第３図に示す。

図中、‘ｉ｝は１・ａ材（平均粒径：９仏ｍ、ｔｉｉ｝
は１・ｂ材（同３１山ｍ）、‘ｉｉｉｌは１・ｃ材（同
１３０Ａｍ）、【Ｍは比較鋼である供試村２（同１０仏
ｍ）それぞれ示す。図り、本発明規定の鋼組成を有する
供試材１，（１・ａ材、１・ｂ材、１・ｃ材）のうち、
１・ｂ材のように結晶粒径を約３０仏ｍ以上にすること
によって、従来より行なわれてできた焼入れ処理を施し
た１・ａ材よりもすぐれた級性が与えられ、例えば袷延
用作動ロールの表硬度Ｈｖ８００において、破壊靭性値
は約４０％も向上し、Ｃｒを１２％含有する比較鋼のＳ
ＫＤＩ１２とはゞ同等の水準を示している。特に、結晶
粒を１３０仏ｍにした１・ｃ材では、Ｈｖ８００におけ
る破壊靭性値は約８３ｋｇ・柳‐３ノ２と、高炭素低合
金鋼について現在まで知られた値の最高水準を示し、従
来の焼入れ材に相当する前記１・ａ材に比し、８０％以
上の改善効果がみられる。｛４｝脆性破壊発生の限界
接触面圧測定結果供試材１（１・ａ材、１・ｂ材、１・
ｃ材）を用い、ロール表面に０．２側の熱衝撃亀裂が生
じたときの脆性破壊発生限界接触面圧の測定結果を第３
表に示す。

第３表限界接触面圧上記第３表から、結晶粒蓬が大きくなる程、耐え得る接
触面上が高くなり、従来の焼入れ相当材１・ａ鋼に比し
、結晶粒径約３０山ｍ以上の１・ｂ及び１・ｃ材は、約
２倍以上の接触面上を許容することが認められる。

実施例２第４表に掲示の化学成分組成を有する鋼３〜１０を供試
村とし、前記供試材１，２と同様な熱処＊＊理により平
均結晶粒を３５〜４５仏ｍに調整した後、硬度をＨｖ７
８０〜８２０の間にそろえて破壊級■性試験を行なった
。

第５表にその結果を示す。なお、第４表および第５表中
、供試材６，７および１０は、比較材である。第４表
供試材の化学成分組成（ｗｔ努）第５表破壊籾
性第５表により明らかなごとく、比較材である供試材６
，７および１０を除けば、いずれも供試材１と同程度の
靭性値が得られた。

供試材６，７については、Ｎｉ量が１％を越えており、
このため、変態点が低くなり残留オーステナィト量が他
の供試材よりも多くなっていることが判った。籾性が低
くなったのは、この残留オーステナィトの存在が影響し
ているものと考えられる。また、Ｎｊが１％を越えたも
のについては焼入後、サブゼロ処理すると残留オーステ
ナィトの変態により微小な割れが発生することが見出さ
れた。このことにより、Ｎｉは１％以下に抑える必要が
あることがわかる。また、供試材１川こついては、Ｖが
１％越えており、このためにＶＣ炭化物が多量に形成さ
れ、破壊靭性の低下を引き起こしたものである。従って
、Ｖについても１％を越えないことが望ましい。以上の
ように、本発明による成分組成と結晶粒度を備えた高炭
素低合金鋼は、著しく轍性にすぐれ、脆性破壊事故の危
険性は極めて小さく、軸受、袷延用作動ロール等として
用いて、製品寿命を大幅に改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、高炭素低合金鋼の結晶粒径と破壊
靭一性値の関係を示すグラフ、第３図は、高炭素低合金
鋼の硬度と破壊級性値の関係を示すグラフである。第１図第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

１Ｃ０．６〜１．２％、Ｓｉ０．１５〜１．６％、Ｍ
ｎ０．１５〜１．６％、Ｎｉ１．０％以下、Ｃｒ２．６
〜６．０％、Ｍｏ１．０％以下、Ｖ１．０％以下、残部
鉄および不可避的不純物から成り、平均結晶粒径が３０
μｍ以上であることを特徴とする靭性にすぐれた高炭素
低合金鋼。