JPWO2019177034A1 - 鋼材 - Google Patents
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Abstract
Description
質量%で、
C:0.05〜0.55%、
Si:0.05〜1.00%、
Mn:1.51〜3.50%、
P:0.1000%以下、
S:0.3000%以下、
Cr:0.05〜2.50%、
V:0.10〜0.75%、
Ti:0.005〜0.250%、
Al:0.003〜0.100%、
N:0.020%以下、
Cu:0〜0.60%、
Ni:0〜0.60%、
Mo:0〜0.70%、
Nb:0〜0.100%、
Pb:0〜0.30%、
Te:0〜0.3000%、
Ca:0〜0.0100%、
Bi:0〜0.4000%、及び、
残部:Fe及び不純物からなり、
C含有量が0.05〜0.38%未満である場合、式(1)を満たし、
C含有量が0.38〜0.55%である場合、式(2)を満たす、化学組成を有し、
Al2O3を質量%で70.0%以上含有し、√AREAが3μm以上である介在物を粗大Al2O3系介在物と定義したとき、
鋼材中の前記粗大Al2O3系介在物の数密度が0.05〜1.00個/mm2である。
0.38≦C+0.11Mn+0.08Cr+0.75V+0.20Mo≦1.50 (1)
0.73≦C+0.11Mn+0.08Cr+0.75V+0.20Mo≦1.65 (2)
ここで、式(1)及び式(2)中の元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
強度と被削性とは、相反する機械特性である。鋼材の化学組成を適正に調整できれば、これらの機械特性の両立が可能である。
上記の通り、高いクラッキング性が求められる熱間鍛造品の降伏強度及び疲労強度の向上を目的として、素材となる鋼材に対して熱間鍛造を実施した結果、仮に、熱間鍛造後の鋼材(熱間鍛造品)の組織が、ベイナイトを主体とするような組織となった場合、クラッキング性が低下する。ベイナイトは靭性が高く、クラッキング後の破断面に延性破面が生じやすいためである。そのため、クラッキング性を高める場合、ミクロ組織中におけるベイナイトの面積率は低い方が好ましい。
質量%で、
C:0.05〜0.55%、
Si:0.05〜1.00%、
Mn:1.51〜3.50%、
P:0.1000%以下、
S:0.3000%以下、
Cr:0.05〜2.50%、
V:0.10〜0.75%、
Ti:0.005〜0.250%、
Al:0.003〜0.100%、
N:0.020%以下、
Cu:0〜0.60%、
Ni:0〜0.60%、
Mo:0〜0.70%、
Nb:0〜0.100%、
Pb:0〜0.30%、
Te:0〜0.3000%、
Ca:0〜0.0100%、
Bi:0〜0.4000%、及び、
残部:Fe及び不純物からなり、
C含有量が0.05〜0.38%未満である場合、式(1)を満たし、
C含有量が0.38〜0.55%である場合、式(2)を満たす、化学組成を有し、
Al2O3を質量%で70.0%以上含有し、√AREAが3μm以上である介在物を粗大Al2O3系介在物と定義したとき、
鋼材中の前記粗大Al2O3系介在物の数密度が0.05〜1.00個/mm2である。
0.38≦C+0.11Mn+0.08Cr+0.75V+0.20Mo≦1.50 (1)
0.73≦C+0.11Mn+0.08Cr+0.75V+0.20Mo≦1.65 (2)
ここで、式(1)及び式(2)中の元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
前記化学組成は、
Cu:0.01〜0.60%、
Ni:0.01〜0.60%、
Mo:0.01〜0.70%、及び
Nb:0.005〜0.100%、
からなる群から選択される1元素又は2元素以上を含有する。
前記化学組成は、
Pb:0.01〜0.30%、
Te:0.0003〜0.3000%、
Ca:0.0003〜0.0100%、及び
Bi:0.0003〜0.4000%、
からなる群から選択される1元素又は2元素以上を含有する。
本発明の鋼材の化学組成は、次の元素を含有する。
炭素(C)は、式(1)又は式(2)を満たすことを前提として、鋼材の熱間鍛造後の降伏強度及び疲労強度を高める。C含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、この効果は得られない。一方、C含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間鍛造後の被削性が低下する。したがって、C含有量は0.05〜0.55%である。C含有量の好ましい下限は0.06%であり、より好ましくは0.07%であり、さらに好ましくは0.10%である。C含有量の好ましい上限は0.54%であり、より好ましくは0.53%であり、さらに好ましくは0.52%である。
シリコン(Si)は、鋼材に固溶して鋼材の熱間鍛造後の疲労強度を高める。Si含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、この効果は得られない。一方、Si含有量が高すぎれば、上記効果は飽和する。Si含有量が高すぎればさらに、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下し、鋼材の製造コストも高くなる。したがって、Si含有量は0.05〜1.00%である。Si含有量の好ましい下限は0.06%であり、より好ましくは0.07%であり、さらに好ましくは0.08%である。Si含有量の好ましい上限は0.99%であり、より好ましくは0.95%であり、さらに好ましくは0.90%である。
マンガン(Mn)は製造工程中の溶鋼段階で鋼材を脱酸する。Mnはさらに、式(1)又は式(2)を満たすことを前提として、鋼材の熱間鍛造後の降伏強度及び疲労強度を高める。Mn含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、これらの効果は得られない。一方、Mn含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Mn含有量は1.51〜3.50%である。Mn含有量の好ましい下限は1.52%であり、より好ましくは1.53%であり、さらに好ましくは1.55%である。Mn含有量の好ましい上限は3.49%であり、より好ましくは3.48%であり、さらに好ましくは3.45%である。
リン(P)は、不可避に含有される不純物である。つまり、P含有量は0%超である。P含有量が0.1000%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、P含有量は0.1000%以下であり、より具体的には、P含有量は0超〜0.1000%である。P含有量の好ましい上限は、0.0800%であり、より好ましくは0.0500%である。P含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、精錬工程によりP含有量を極限まで低減すれば、生産性が低下し、製造コストが高くなる。したがって、通常の操業を考慮した場合、P含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0005%である。
硫黄(S)は、不可避に含有される不純物である。つまり、S含有量は0%超である。S含有量が0.3000%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、S含有量は0.3000%以下であり、より具体的には、S含有量は0超〜0.3000%である。S含有量の好ましい上限は、0.2000%であり、より好ましくは0.1500%である。S含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、精錬工程によりS含有量を極限まで低減すれば、生産性が低下し、製造コストが高くなる。したがって、通常の操業を考慮した場合、S含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0005%である。
クロム(Cr)は、式(1)又は式(2)を満たすことを前提として、鋼材の熱間鍛造後の降伏強度及び疲労強度を高める。Cr含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、この効果は得られない。一方、Cr含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間鍛造後の硬さが硬くなりすぎ、鋼材の熱間鍛造後の被削性が低下する。Cr含有量が高すぎればさらに、製造コストが高くなる。したがって、Cr含有量は0.05〜2.50%である。Cr含有量の好ましい下限は0.10%であり、より好ましくは0.12%であり、さらに好ましくは0.15%である。Cr含有量の好ましい上限は2.00%であり、より好ましくは1.80%であり、さらに好ましくは1.60%である。
バナジウム(V)は、熱間鍛造後の冷却過程でフェライト中に炭化物として析出し、式(1)又は式(2)を満たすことを前提として、鋼材の熱間鍛造後の降伏強度及び疲労強度を高める。V含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、この効果は得られない。一方、V含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の製造コストが高くなる。V含有量が高すぎればさらに、鋼材の被削性が低下する。したがって、V含有量は0.10〜0.75%である。V含有量の好ましい下限は0.11%であり、より好ましくは0.12%であり、さらに好ましくは0.15%である。V含有量の好ましい上限は0.70%であり、より好ましくは0.68%であり、さらに好ましくは0.66%である。
チタン(Ti)は、熱間鍛造後の冷却及び加熱過程でVと共に炭化物として析出し、鋼材の熱間鍛造後の疲労強度を高める。Tiはさらに、連続鋳造による溶鋼の凝固過程でTi硫化物及びTi炭硫化物を形成し、鋼材の被削性を高める。Ti含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、この効果は得られない。一方、Ti含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ti含有量は0.005〜0.250%である。Ti含有量の好ましい下限は0.010%であり、より好ましくは0.020%である。Ti含有量の好ましい上限は0.240%であり、より好ましくは0.220%である。
アルミニウム(Al)は、製造工程中の溶鋼段階で鋼を脱酸する。Alは酸素と結合して粗大Al2O3系介在物を形成する。粗大Al2O3系介在物は鋼材中に残存して、鋼材の熱間鍛造後のクラッキング性を高める。Al含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、これらの効果は得られない。一方、Al含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大Al2O3系介在物が過剰に生成し、鋼材の熱間加工性及び鋼材の熱間鍛造後の疲労強度が低下する。Al含有量が高すぎればさらに、製造コストが高くなる。したがって、Al含有量は0.003〜0.100%である。Al含有量の好ましい下限は0.004%であり、より好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.006%であり、さらに好ましくは0.011%である。Al含有量の好ましい上限は0.080%であり、より好ましくは0.060%であり、さらに好ましくは0.050%である。本発明の実施の形態の鋼材において、Al含有量とは全Al含有量を意味する。
窒素(N)は不可避に含有される。つまり、N含有量は0%超である。NはAlと結合してAlNを形成し、Al2O3の形成を阻害する。その結果、鋼材の熱間鍛造後のクラッキング性を低下する。したがって、N含有量は0.020%以下であり、より具体的には、N含有量は0超〜0.020%である。N含有量の好ましい上限は0.015%であり、より好ましくは0.010%である。N含有量はなるべく低いほうが好ましい。しかしながら、精錬工程によりN含有量を極限まで低減すれば、生産性が低下し、製造コストが高くなる。したがって、通常の操業を考慮した場合、N含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0005%である。
B:0.01%以下、Sb:0.30%以下、Sn:0.30%以下、W:0.30%以下、Co:0.30%以下、As:0.30%以下、及び、H:0.005%以下。
本実施形態による鋼材はさらに、Feの一部に代えて、Cu、Ni、Mo、及びNbからなる群から選択される1元素又は2元素以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも、鋼材の強度を高める。
銅(Cu)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Cu含有量は0%であってもよい。含有される場合、Cuは鋼材に固溶して鋼材の熱間鍛造後の疲労強度を高める。Cuが少しでも含有されれば、上記効果はある程度得られる。しかしながら、Cu含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の製造コストが高くなるだけでなく、鋼材の熱間鍛造後の被削性が低下する。したがって、Cu含有量は0〜0.60%である。上記効果をより有効に高めるためのCu含有量の好ましい下限は0.01%であり、より好ましくは0.05%であり、さらに好ましくは0.10%である。Cu含有量の好ましい上限は0.59%であり、より好ましくは0.55%であり、さらに好ましくは0.50%である。
ニッケル(Ni)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ni含有量は0%であってもよい。含有される場合、Niは鋼材に固溶して鋼材の熱間鍛造後の疲労強度を高める。Niが少しでも含有されれば、上記効果はある程度得られる。しかしながら、Ni含有量が高すぎれば、製造コストが高くなる。Ni含有量が高すぎればさらに、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間鍛造後の靭性が高くなりすぎる。その結果、熱間鍛造後の鋼材(熱間鍛造品)を破断した場合、破断分離後の破面に延性破面が生成し、クラッキング性が低下する。したがって、Ni含有量は0〜0.60%である。上記効果をより有効に高めるためのNi含有量の好ましい下限は0.01%であり、より好ましくは0.02%であり、さらに好ましくは0.05%である。Ni含有量の好ましい上限は0.59%であり、より好ましくは0.58%であり、さらに好ましくは0.55%である。
モリブデン(Mo)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Mo含有量は0%であってもよい。含有される場合、Moは鋼材中で炭化物を形成する。そのため、式(1)又は式(2)を満たすことを前提として、鋼材の熱間鍛造後の降伏強度及び疲労強度を高める。Moが少しでも含有されれば、上記効果はある程度得られる。しかしながら、Mo含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の硬さが高くなりすぎ、鋼材の熱間鍛造後の被削性が低下する。Mo含有量が高すぎればさらに、製造コストが高くなる。したがって、Mo含有量は0〜0.70%である。上記効果をより有効に高めるためのMo含有量の好ましい下限は0.01%であり、より好ましくは0.02%であり、さらに好ましくは0.05%である。Mo含有量の好ましい上限は0.69%であり、より好ましくは0.68%であり、さらに好ましくは0.65%である。
ニオブ(Nb)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Nb含有量は0%であってもよい。含有される場合、Nbは鋼材中で炭化物を形成して鋼材の熱間鍛造後の疲労強度を高める。Nbが少しでも含有されれば、上記効果はある程度得られる。しかしながら、Nb含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の硬さが高くなりすぎ、鋼材の熱間鍛造後の被削性が低下する。Nb含有量が高すぎればさらに、結晶粒が微細化し、鋼材の熱間鍛造後の靭性が高くなりすぎる。その結果、熱間鍛造後の鋼材(熱間鍛造品)を破断した場合、破断分離後の破面に延性破面が生成し、鋼材のクラッキング性が低下する。したがって、Nb含有量は0〜0.100%である。上記効果をより有効に高めるためのNb含有量の好ましい下限は0.005%であり、より好ましくは0.010%であり、さらに好ましくは0.015%である。Nb含有量の好ましい上限は0.095%であり、より好ましくは0.090%であり、さらに好ましくは0.085%である。
鉛(Pb)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Pb含有量は0%であってもよい。含有される場合、Pbは鋼材の熱間鍛造後の被削性を高める。Pbが少しでも含有されれば、上記効果はある程度得られる。しかしながら、Pb含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Pb含有量は0〜0.30%である。上記効果をより有効に高めるためのPb含有量の好ましい下限は0.01%であり、より好ましくは0.05%であり、さらに好ましくは0.10%である。Pb含有量の好ましい上限は0.29%であり、より好ましくは0.25%であり、さらに好ましくは0.20%である。
テルル(Te)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Te含有量は0%であってもよい。含有される場合、Teは鋼材の熱間鍛造後の被削性を高める。Teが少しでも含有されれば、上記効果はある程度得られる。しかしながら、Te含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Te含有量は0〜0.3000%である。上記効果をより有効に高めるためのTe含有量の好ましい下限は0.0003%であり、より好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.0010%である。Te含有量の好ましい上限は0.2900%であり、より好ましくは0.2500%であり、さらに好ましくは0.2000%である。
カルシウム(Ca)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ca含有量は0%であってもよい。含有される場合、Caは鋼材の熱間鍛造後の被削性を高める。Caが少しでも含有されれば、上記効果はある程度得られる。しかしながら、Ca含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ca含有量は0〜0.0100%である。上記効果をより有効に高めるためのCa含有量の好ましい下限は0.0003%であり、より好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.0010%である。Ca含有量の好ましい上限は0.0090%であり、より好ましくは0.0080%であり、さらに好ましくは0.0050%である。
ビスマス(Bi)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Bi含有量は0%であってもよい。含有される場合、Biは鋼材の熱間鍛造後の被削性を高める。Biが少しでも含有されれば、上記効果はある程度得られる。しかしながら、Bi含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Bi含有量は0〜0.4000%である。上記効果をより有効に高めるためのBi含有量の好ましい下限は0.0003%であり、より好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.0010%である。Bi含有量の好ましい上限は0.3900%であり、より好ましくは0.3000%であり、さらに好ましくは0.2000%である。
本発明の実施の形態の鋼材の化学組成はさらに、C含有量が0.05〜0.38%未満である場合、式(1)を満たし、C含有量が0.38〜0.55%である場合、式(2)を満たす。
0.38≦C+0.11Mn+0.08Cr+0.75V+0.20Mo≦1.50 (1)
0.73≦C+0.11Mn+0.08Cr+0.75V+0.20Mo≦1.65 (2)
ここで、式(1)及び式(2)中の元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
C含有量が0.05〜0.38%未満である場合、fn1が0.38未満であれば、鋼材の強度が低すぎ、熱間鍛造後の鋼材(熱間鍛造品)において、十分な降伏強度が得られない。一方、fn1が1.50よりも高ければ、鋼材の熱間鍛造後の強度が高くなりすぎ、鋼材の熱間鍛造後の被削性が低下する。したがって、C含有量が0.05〜0.38%未満である場合、fn1は0.38〜1.50である。fn1の好ましい下限は0.39であり、より好ましくは0.40であり、さらに好ましくは0.41である。fn1の好ましい上限は1.49であり、より好ましくは1.48であり、さらに好ましくは1.47である。
C含有量が0.38〜0.55%である場合、fn1が0.73未満であれば、鋼材の強度が低すぎ、熱間鍛造後の鋼材(熱間鍛造品)において、十分な降伏強度が得られない。一方、fn1が1.65よりも高ければ、鋼材の熱間鍛造後の強度が高くなりすぎ、鋼材の熱間鍛造後の被削性が低下する。したがって、C含有量が0.38〜0.55%である場合、fn1は0.73〜1.65である。fn1の好ましい下限は0.74であり、より好ましくは0.75であり、さらに好ましくは0.76である。fn1の好ましい上限は1.64であり、より好ましくは1.63であり、さらに好ましくは1.62である。
本発明の実施の形態による鋼材において、√AREAが3μm以上であるAl2O3系介在物(すなわち、粗大Al2O3系介在物)の数密度は0.05〜1.00個/mm2である。上記のとおり、Al2O3系介在物とは、Al2O3を質量%で70.0%以上含有する介在物を意味する。
上記の鋼材の製造方法の一例を説明する。この一例の製造方法は、精錬工程と、鋳造工程と、熱間加工工程とを含む。
上記の化学組成及び式(1)(C含有量が0.05〜0.38%未満)又は式(2)(C含有量が0.38〜0.55%)を満たす溶鋼を周知の方法で製造する。具体的には、転炉での脱炭、脱燐、脱珪処理を、周知の方法で行う。出鋼後、取鍋にアルミ脱酸剤を添加し、脱酸処理を実施する。なお、SiO2やCaOの混入を防ぐため、取鍋はアルミ脱酸専用鍋を使用する。また、アルミ脱酸剤は、Al含有量が質量%で80%以上の金属Al又はAl合金である。
上記の溶鋼を用いて、周知の方法により鋳片(スラブ又はブルーム)又は鋼塊(インゴット)を製造する。鋳造方法はたとえば、連続鋳造法や造塊法である。
熱間加工工程では、上記鋳造工程で製造された鋳片又は鋼塊に対して、熱間加工を実施して、鋼材を製造する。鋼材はたとえば、棒鋼である。熱間加工工程は周知の方法により実施される。熱間加工工程はたとえば、粗圧延工程と、仕上げ圧延工程とを含む。粗圧延工程はたとえば、分塊圧延機を用いた分塊圧延である。仕上げ圧延工程はたとえば、連続圧延機を用いた圧延である。連続圧延機では、一対の水平ロールを有する水平スタンドと、一対の垂直ロールを有する垂直スタンドとが交互に一列に配列される。粗圧延工程での加熱温度はたとえば、1000〜1300℃である。仕上げ圧延工程での加熱温度はたとえば、1000〜1300℃である。1000〜1300℃の加熱温度域では、Al2O3系介在物の形態は特に変化しない。なお、熱間加工工程は、熱間圧延に代えて熱間鍛造により実施してもよい。また、上記説明では、熱間加工工程は粗圧延工程と仕上げ圧延工程との2工程を含んだが、粗圧延工程を省略して、仕上げ圧延工程のみを実施してもよい。
上記の鋼材を用いた熱間鍛造品の製造方法の一例として、クラッキングコンロッドの製造方法を説明する。
製造された熱間鍛造品のミクロ組織は特に限定されない。しかしながら、降伏強度及び疲労強度の向上を目的として上記化学組成を有する鋼材を熱間鍛造して熱間鍛造品を製造する場合、熱間鍛造後の鋼材(熱間鍛造品)の組織が、ベイナイトを主体とする組織となり得る。ここで、「ベイナイト主体のミクロ組織」とは、熱間鍛造品のミクロ組織において、ベイナイトの面積率は80%以上であることを意味する。なお、本明細書でいうベイナイトは、マルテンサイトも含む。
棒鋼を長手方向と垂直な方向に切断し、直径40mm、長さ100mmの供試材を採取した。供試材を加熱して、1250℃で5分間保持した。加熱後速やかに、軸方向に90%熱間圧縮を実施して、円盤形状に成型し熱間鍛造模擬品(熱鍛模擬品という)を製造した。成型後の熱鍛模擬品を大気中で放冷した。放冷後、試験片を再加熱して、600℃に30分保持した。以上の製造工程により、熱鍛模擬品を製造した。
供試材及び熱鍛模擬品を用いて、次の評価試験を実施した。
各試験番号の鋼材(直径40mmの棒鋼)のR/2部(Rは熱鍛模擬品の表面と中心軸とを結ぶ半径)からサンプルを採取した。サンプルの表面のうち、供試材の軸方向を含む断面(縦断面)に相当する表面から、長さ4mm×幅2.5mmを被検面積とする試料を30個採取した。上記の方法で粗大Al2O3系介在物の数密度(個/mm2)を求めた。求めた粗大Al2O3系介在物の数密度(個/mm2)を表3及び表4中の「数密度」欄に示す。
各試験番号の熱鍛模擬品を用いて、ミクロ組織観察試験を実施した。具体的には、熱鍛模擬品の縦断面のうち、R/2部を含むサンプルを採取し、上記の方法により、ベイナイトの面積率(%)を求めた。求めたベイナイトの面積率(%)を表3及び表4中の「ベイナイト面積率」欄に示す。
上記の方法で、熱鍛模擬品を試験番号ごとに50個製造した。製造後の熱鍛模擬品の表面の割れの有無を目視で確認した。割れの発生が50個中0個であった場合を評価「A」とし、1個であった場合を評価「B」、2〜3個であった場合を評価「C」とし、4個以上であった場合を評価「E」とした。評価「A」〜「C」の場合、十分な熱間加工性が得られたと判断し、評価「E」の場合、熱間加工性が低いと判断した。評価結果を表3及び表4中の「熱間加工性」欄に示す。
各熱鍛模擬品から、図2Aに示す、コンロッド1の大端部100を模擬した試験片10を、機械加工により製造した。試験片10は平面視で正方形であり、試験片10の一辺の長さは80mmであり、厚さは10mmであった。試験片10の中央には孔(貫通孔)11を形成した。孔11の直径は60mmであり、その中心は、試験片10の中心と同軸であった。図2Aに示すとおり、孔11の周縁のうち、直径の各端点に相当する2箇所に、V字形状の切欠きMを加工した。切欠きMの深さは1mm、先端曲率半径は0.1mm、開き角は60°であった。
各試験番号の熱鍛模擬品の表面から5mmの深さ位置までの領域(表層領域)を除く部分(内部領域)から、JIS 14A号試験片を2本採取した。採取された試験片を用いて、JIS Z 2241(2011)に準拠して、大気中の室温(25℃)で引張試験を実施し、2本平均の降伏強度(MPa)を求めた。
各熱鍛模擬品の表面から5mm深さ位置までの領域(表層領域)を除く部分(内部領域)から、JIS 14A号試験片を採取した。採取された試験片を用いて、JIS Z 2273(1978)に準拠して、大気中の室温(25℃)において、正弦波で位相0(MPa)の両振り疲労試験を実施した。繰り返し数107回で破断しない最大の応力を疲労強度(MPa)とした。周波数は15Hzとした。
試験番号ごとに5つの熱鍛模擬品を準備した。準備した5つの熱鍛模擬品に対して任意の位置に厚さ方向にドリル穴あけ加工を行い、ドリル穴あけ加工した際のドリル軸方向の切削抵抗を測定した。ドリル径を8mm、主軸の回転速度を720回/minとした。
表1〜表4を参照して、試験番号E−1〜E−80の化学組成は適切であり、C含有量が0.05〜0.38%未満である試験番号E−1〜E−40では、fn1が式(1)を満たし、C含有量が0.38〜0.55%である試験番号E−41〜E−80では、fn2が式(2)を満たした。さらに、取鍋、アルミ脱酸剤、脱酸剤添加率、Si添加タイミング、及び溶鋼の1600℃以上での保持時間も適切であった。そのため、鋼中の粗大Al2O3系介在物の数密度は0.05〜1.00個/mm2の範囲内であった。その結果、熱間鍛造後の鋼材のミクロ組織において、ベイナイトの面積率が95〜100%となったものの、内径変形量ΔDが30μm以下であり、優れたクラッキング性が得られた。さらに、降伏強度、疲労強度、被削性、熱間加工性にも優れた。
Claims (3)
- 質量%で、
C:0.05〜0.55%、
Si:0.05〜1.00%、
Mn:1.51〜3.50%、
P:0.1000%以下、
S:0.3000%以下、
Cr:0.05〜2.50%、
V:0.10〜0.75%、
Ti:0.005〜0.250%、
Al:0.003〜0.100%、
N:0.020%以下、
Cu:0〜0.60%、
Ni:0〜0.60%、
Mo:0〜0.70%、
Nb:0〜0.100%、
Pb:0〜0.30%、
Te:0〜0.3000%、
Ca:0〜0.0100%、
Bi:0〜0.4000%、及び、
残部:Fe及び不純物からなり、
C含有量が0.05〜0.38%未満である場合、式(1)を満たし、
C含有量が0.38〜0.55%である場合、式(2)を満たす、化学組成を有し、
Al2O3を質量%で70.0%以上含有し、√AREAが3μm以上である介在物を粗大Al2O3系介在物と定義したとき、
鋼材中の前記粗大Al2O3系介在物の数密度が0.05〜1.00個/mm2である、
鋼材。
0.38≦C+0.11Mn+0.08Cr+0.75V+0.20Mo≦1.50 (1)
0.73≦C+0.11Mn+0.08Cr+0.75V+0.20Mo≦1.65 (2)
ここで、式(1)及び式(2)中の元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。 - 請求項1に記載の鋼材であって、
前記化学組成は、
Cu:0.01〜0.60%、
Ni:0.01〜0.60%、
Mo:0.01〜0.70%、及び
Nb:0.005〜0.100%、
からなる群から選択される1元素又は2元素以上を含有する、
鋼材。 - 請求項1又は請求項2に記載の鋼材であって、
前記化学組成は、
Pb:0.01〜0.30%、
Te:0.0003〜0.3000%、
Ca:0.0003〜0.0100%、及び
Bi:0.0003〜0.4000%、
からなる群から選択される1元素又は2元素以上を含有する、
鋼材。
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