JP2016204699A - 疲労剥離特性に優れた冷間鍛造プーリ用肌焼鋼及びそれを用いたプーリの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の冷間鍛造プーリ用肌焼鋼は、質量%で、C:0.05〜0.15%、Si:0.30%以下、Mn:0.80%以下、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Cr:1.25〜2.50%、Nb:0.030〜0.15%、s−Al:0.025〜0.060%、N:0.010〜0.030%、を含有し、残部がFe及び不可避不純物からなり、熱間圧延後の鋼材組織がフェライトと、パーライト及び介在物からなる第2相とで構成され、冷間鍛造前の圧延材硬さが75HRB以下で、かつ、鋼材組織中に占める第2相の体積率が25%以下であることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
冷間鍛造前の軟化熱処理(代表的には球状化焼鈍)を省略可能な発明については、例えば下記特許文献1〜4に記載のものが知られている。下記特許文献1〜4はいずれも金属組織がフェライト+パーライトとなる肌焼鋼に関するものであり、下記特許文献1,2では冷間成形前の硬さの上限を規定すると共に,安定した硬さが得られる組織としてフェライト+パーライトの面積率が80%以上となる組織が望ましいとしている。下記特許文献3ではフェライトの面積率が50%以上となる組織を形成し、下記特許文献4ではフェライトの面積率が90%以上となる組織を形成するようにしている。
また、冷間鍛造後の歪除去熱処理を省略可能な発明については、下記特許文献5〜8に記載されているように、NbやTiを添加することでオーステナイト結晶粒を微細化するようにした技術が知られている。
プーリの軸部を中空に成形する前方押し出し工程と、プーリのシーブ部を成形するシーブ成形工程と、プーリの軸部を所定の軸径に成形する絞り成形工程と、プーリの軸部に所定のスプラインを成形するスプライン成形工程と、を含むことを特徴とする。
さらに、本発明の第二プーリの製造方法は、質量%で、C:0.05〜0.15%、Si:0.30%以下、Mn:0.80%以下、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Cr:1.00〜2.50%、Nb:0.030〜0.15%、s−Al:0.025〜0.060%、N:0.010〜0.030%、Ti:3.4×N〜0.20%、B:0.0005〜0.0030%、を含有し、残部がFe及び不可避不純物からなり、熱間圧延後の鋼材組織がフェライトと、パーライト及び介在物からなる第2相とで構成され、冷間鍛造前の圧延材硬さが75HRB以下で、かつ、鋼材組織中に占める第2相の体積率が25%以下である鋼材を用いて、冷間鍛造によりプーリを製造するプーリの製造方法であって、
プーリの軸部を中空に成形する前方押し出し工程と、プーリのシーブ部を成形するシーブ成形工程と、プーリの軸部を所定の軸径に成形する絞り成形工程と、プーリの軸部に所定のスプラインを成形するスプライン成形工程と、を含むことを特徴とする。
Cは、鋼の強度を確保するための元素である。この効果を得るには、0.05%以上の含有が必要である。他方、過度に含有させると、硬さが高くなり過ぎ変形抵抗が大きくなって冷間加工性を著しく損なうため、上限を0.15%以下とする。好ましくは0.08〜0.12%の含有とする。
Siは、溶製時の脱酸剤として添加される。過剰な含有はCの場合と同様、冷間加工性を著しく損なうため、0.30%以下の含有とする。製造コストを考慮に入れると、0.03〜0.15%の含有とするのが好ましい。
Mnは、添加し過ぎると硬さが高くなり過ぎ冷間加工性を著しく損なうため、その含有を制限する必要があり、0.80%以下の含有とする。一方、鋼の焼入れ性を高めるのに有効な元素であり、所定の内部硬さを得るために添加してもよい。好ましくは0.20〜0.50%の含有とする。
Pは、その含有量が0.030%を超えると、衝撃疲労強度を著しく低下させて冷間鍛造時に割れを引き起こすため、0.030%以下の含有とする。好ましくは0.020%以下である。また、Pは、不純物元素であるので、できるだけ含有量を0%に近づけることが好ましい。
Sも、Pと同様にその含有量が0.030%を超えると、冷間鍛造時に割れを引き起こすため、0.030%以下の含有とする。好ましくは0.020%以下である。一方、Sは鋼中のMnと反応してMnSを生成し、被削性を向上させるため、生成されるMnSの体積率とのバランスを考慮に入れて添加してもよい。好ましくは0.005〜0.020%の含有とする。
Crは、鋼の焼入れ性を高め、かつ、ピーリング摩耗強度を高めるのに有効な元素である。これらの効果を得るために1.25%以上の添加が必要である。他方、2.50%を超えて添加すると、圧延時に硬質なベイナイトを生成し冷間鍛造性を著しく損なうため、2.50%を上限とする。なお、後述するBを添加する場合には、Bにより焼入れ性・ピーリング摩耗強度が高められるため、Crの下限を1.00%とすることができる。
Nbは、鋼中のCやNと反応して炭窒化物を形成し、浸炭時のオーステナイト結晶粒の粗大化を防止するのに有効な元素である。ただし、0.030%未満では所定の浸炭処理時におけるオーステナイト結晶粒の粗大化を防止する効果が得られにくいため、0.030%を下限とする。一方、0.15%を超えるとその効果が飽和する一方で、硬さが高くなり過ぎて冷間鍛造性を著しく損なうため、0.15%を上限とする。好ましくは0.10%以下である。
s−Al(固溶Al)は、溶製時の脱酸剤として添加され、また浸炭時のオーステナイト結晶粒の粗大化を防止するのに有効な元素である。製造コストを考慮に入れつつこれらの効果を得るために、0.025〜0.060%以下の含有とする。
Nは、上述したとおり、鋼中のNbやAlと反応して炭窒化物や窒化物を形成する。ただし、0.030%を超えると上記したオーステナイト結晶粒の粗大化を防止する効果も飽和するため、0.010〜0.030%の含有とする。好ましくは0.010〜0.020%である。なお、後述するBを添加する場合には、Bによる焼入れ性効果を確保するために、Nの下限を0.005%とすることが望ましい。
B:0.0005〜0.0030%
Bは、鋼の焼入れ性を向上させるのに有効な元素である。また、Bは、ピーリング摩耗強度を高めるのに極めて有効な元素である。上記Crもピーリング摩耗強度を高めるのに有効な元素であったが、Bは著しくピーリング摩耗強度を高める効果があるという知見を得た。この効果を得るには、0.0005%以上の含有が必要である。他方、過度の含有は効果が飽和するため、0.0030%以下の含有とする。
Tiは、鋼中のNと結合してTiNを生成することにより、NがBと結合することを防止し、Bによる焼入れ性効果を確保するために添加する。鋼中のNをほぼ完全に固定するためには、Tiの下限を3.4×Nとする必要がある一方、Nの上限が0.030%であることを踏まえて、Tiの上限を0.20%とする。
冷間鍛造前の軟化熱処理を省略するためには、冷間鍛造時のプレス荷重が大きくなり過ぎない鋼材とすることが重要であり、後述する試験結果によると、冷間鍛造前の圧延材硬さが75HRB以下となる必要がある。より好ましくは70HRB以下である。
また、冷間鍛造前の軟化熱処理を省略するためには、冷間鍛造時に割れが発生しない鋼材とすることも重要であり、後述する試験結果によると、鋼材組織中に占める第2相の体積率が25%以下となる必要がある。より好ましくは20%以下である。ここでいう第2相とは、図1(a)に示されるフェライトF−パーライトP組織において、パーライトPの他、硫化物(MnS等)、酸化物(Al2O3等)などの介在物を意味する。従来、炭化物量が同一(C量が同一)である場合、鋼材の変形能を向上させるために、図1(a)に示されるようなフェライトF−パーライトP組織ではなく、図1(b)に示されるように、軟化熱処理としてのSA処理(Spheroidizing Annealing:球状化焼鈍)を行ってフェライトF−球状化セメンタイトθ組織とすることが有効であったが、SA処理を行わないために鋼材組織がフェライトF−パーライトP組織とされる場合であっても、第2相の体積率を減少させることで、フェライトF−球状化セメンタイトθ組織に近い変形能を得ることができるという知見を得た。
(13)仕上げ圧延温度が900℃以下
本発明鋼をより軟化させるために低温で圧延することで硬質組織の生成を抑制することも効果的である。つまり、鋼材の最終圧延段階である仕上げ圧延温度が900℃を超えると、圧延材硬さが高くなり過ぎるおそれがあるため、仕上げ圧延温度は900℃以下とする。好ましくは850℃以下である。
(表2)表1の各鋼種からなる試験片毎の素材硬さ、変形抵抗などを示す表。
(表3)表1の各鋼種からなる試験片毎の第2相体積率、限界圧縮率、粗大化温度などを示す表。
(表4)表1の各鋼種からなる試験片毎のCr添加量、B添加量及びピーリング摩耗量の関係を示す表。
まず、表1に示す合金組成(残部はFe及び不可避不純物)の鋼材を小型溶解炉を用いて溶製し、インゴットに鋳造した。次に、分塊圧延により一辺が155mmの鋼片に成形後、再加熱後800〜900℃の仕上げ圧延温度で直径55mmの棒鋼に圧延した。鋼種a〜iが本発明鋼に該当し、鋼種jはJIS SCr420の合金元素添加量が少ないものに相当する。鋼種k、l、m、nはC,Mn,Cr,Nbが発明範囲から外れ、鋼種oはCrが下限以下であるがBが添加されたものである。
各圧延材において、「JIS Z2245」に規定されたロックウェル硬さ試験法に従ってロックウェル硬さ(=HRB)を測定した。
各圧延材は、いずれも図1(a)に示されるようなフェライトF−第2相(=パーライトP+介在物)の組織で構成されていた。なお、表3では割れの発生した圧縮率を記載してあるが、矢印付きの数字は割れの発生しなかったことを示している。
11 素材
11a 軸部
11b シーブ部
11c スプライン
20 ローラーピッチング試験片
21 ローラー部
21a 断面
Claims (4)
- 質量%で、
C:0.05〜0.15%、
Si:0.30%以下、
Mn:0.80%以下、
P:0.030%以下、
S:0.030%以下、
Cr:1.25〜2.50%、
Nb:0.030〜0.15%、
s−Al:0.025〜0.060%、
N:0.010〜0.030%、
を含有し、残部がFe及び不可避不純物からなり、
熱間圧延後の鋼材組織がフェライトと、パーライト及び介在物からなる第2相とで構成され、冷間鍛造前の圧延材硬さが75HRB以下で、かつ、鋼材組織中に占める第2相の体積率が25%以下であることを特徴とする疲労剥離特性に優れた冷間鍛造プーリ用肌焼鋼。 - 質量%で、
C:0.05〜0.15%、
Si:0.03〜0.30%、
Mn:0.80%以下、
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S:0.030%以下、
Cr:1.00〜2.50%、
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N:0.005〜0.030%、
Ti:3.4×N〜0.20%、
B:0.0005〜0.0030%、
を含有し、残部がFe及び不可避不純物からなり、
熱間圧延後の鋼材組織がフェライトと、パーライト及び介在物からなる第2相とで構成され、冷間鍛造前の圧延材硬さが75HRB以下で、かつ、鋼材組織中に占める第2相の体積率が25%以下であることを特徴とする疲労剥離特性に優れた冷間鍛造プーリ用肌焼鋼。 - 質量%で、
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を含有し、残部がFe及び不可避不純物からなり、
熱間圧延後の鋼材組織がフェライトと、パーライト及び介在物からなる第2相とで構成され、冷間鍛造前の圧延材硬さが75HRB以下で、かつ、鋼材組織中に占める第2相の体積率が25%以下である鋼材を用いて、冷間鍛造によりプーリを製造するプーリの製造方法であって、
前記プーリの軸部を中空に成形する前方押し出し工程と、
前記プーリのシーブ部を成形するシーブ成形工程と、
前記プーリの軸部を所定の軸径に成形する絞り成形工程と、
前記プーリの軸部に所定のスプラインを成形するスプライン成形工程と、
を含むことを特徴とするプーリの製造方法。 - 質量%で、
C:0.05〜0.15%、
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を含有し、残部がFe及び不可避不純物からなり、
熱間圧延後の鋼材組織がフェライトと、パーライト及び介在物からなる第2相とで構成され、冷間鍛造前の圧延材硬さが75HRB以下で、かつ、鋼材組織中に占める第2相の体積率が25%以下であるである鋼材を用いて、冷間鍛造によりプーリを製造するプーリの製造方法であって、
前記プーリの軸部を中空に成形する前方押し出し工程と、
前記プーリのシーブ部を成形するシーブ成形工程と、
前記プーリの軸部を所定の軸径に成形する絞り成形工程と、
前記プーリの軸部に所定のスプラインを成形するスプライン成形工程と、
を含むことを特徴とするプーリの製造方法。
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