JP2019143236A - 非調質鍛造部品および非調質鍛造用鋼 - Google Patents
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Description
C :0.40〜0.60質量%、
Si:0質量%超、1.0質量%以下、
Mn:0.01〜0.70質量%、
P :0質量%超、0.20質量%以下、
S :0質量%超、0.20質量%以下、
Cr:0.01〜1質量%、
Al:0質量%超、0.1質量%以下、
V :0.30〜0.38質量%、および
N :0質量%超、0.0080質量%以下
を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、
下記式(1)〜(4)を全て満たし、更に、
全組織に対するベイナイトの分率が5面積%以下であり、かつ全組織に対するフェライトの分率が25面積%以下であり、残部がパーライトであることを特徴とする非調質鍛造部品である。
1.10≦[C]+0.5×[Mn]+0.3×[Cr]+0.9×[V]≦1.28
・・・(1)
[Mn]/[Cr]≦1.2 ・・・(2)
[C]×([V]−[N]×50.94/14.0)≧0.130 ・・・(3)
[V]×([N]−[Ti]×14.0/47.9)×10000≦35.0 ・・・(4)
但し、上記式(1)〜(4)において、[元素名]は各元素の質量%で表される含有量を意味する。
C :0.40〜0.60質量%、
Si:0質量%超、1.0質量%以下、
Mn:0.01〜0.70質量%、
P :0質量%超、0.20質量%以下、
S :0質量%超、0.20質量%以下、
Cr:0.01〜1質量%、
Al:0質量%超、0.1質量%以下
V :0.30〜0.38質量%、および
N :0質量%超、0.0080質量%以下
を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、
下記式(1)〜(4)を全て満たすことを特徴とする非調質鍛造用鋼である。
1.10≦[C]+0.5×[Mn]+0.3×[Cr]+0.9×[V]≦1.28
・・・(1)
[Mn]/[Cr]≦1.2 ・・・(2)
[C]×([V]−[N]×50.94/14.0)≧0.130 ・・・(3)
[V]×([N]−[Ti]×14.0/47.9)×10000≦35.0 ・・・(4)
但し、上記式(1)〜(4)において、[元素名]は各元素の質量%で表される含有量を意味する。
1.10≦[C]+0.5×[Mn]+0.3×[Cr]+0.9×[V]≦1.28
・・・(1)
[Mn]/[Cr]≦1.2 ・・・(2)
[C]×([V]−[N]×50.94/14.0)≧0.130 ・・・(3)
但し、上記式(1)〜(3)において、[元素名]は各元素の質量%で表される含有量を意味する。
[V]×([N]−[Ti]×14.0/47.9)×10000≦35.0 ・・・(4)
但し、上記式(4)において、[元素名]は各元素の質量%で表される含有量を意味する。
Cは、強度の確保に必要な元素であり、Cが少なすぎると強度が低下する。こうした観点から、C含有量は0.40質量%以上とする必要がある。C含有量は、好ましくは0.45質量%以上であり、より好ましくは0.48質量%以上である。しかしながら、C含有量が過剰になると、強度が必要以上に高くなり、被削性及び製造性が劣化する。こうした観点から、C含有量は0.60質量%以下とする必要がある。C含有量は、好ましくは0.58質量%以下であり、より好ましくは0.56質量%以下である。更に0.54質量%以下、より更には0.52質量%以下としてもよい。
Siは、鋼溶製時の脱酸元素として有用であると共に、鍛造部品の強度を高めるためにも有用な元素である。強度を確保する観点から、Si含有量を、0.05質量%以上とすることができ、更には0.10質量%以上、より更には0.15質量%以上とすることができる。しかしながら、Si含有量が過剰になると、強度が必要以上に高くなり被削性が劣化する。また、熱間圧延と熱間鍛造で生じるスケールの生成量が増加し、工具摩耗の原因にもなる。よって、Si含有量は、1.0質量%以下とする必要がある。Si含有量は、好ましくは0.9質量%以下、より好ましくは0.7質量%以下である。更に0.50質量%以下、より更には0.30質量%以下としてもよい。
Mnは、固溶強化や組織強化による鋼材の強度確保に有用な元素である。よって、Mn含有量は0.01質量%以上とする。Mn含有量は、好ましくは0.1質量%以上であり、より好ましくは0.2質量%以上である。しかしながら、Mn含有量が過剰になると、ベイナイトなどの過冷組織が生成し、耐力が却って低下する。よって、Mn含有量は0.70質量%以下とする必要がある。Mn含有量は、好ましくは0.60質量%以下、より好ましくは0.55質量%以下、更に好ましくは0.50質量%以下である。
Pは、連続鋳造時に割れなどの鋳造欠陥を誘発しうる元素である。こうした観点から、P含有量は0.20質量%以下とする。P含有量は、好ましくは0.10質量%以下であり、より好ましくは0.030質量%以下、更に好ましくは0.020質量%以下、より更に好ましくは0.010質量%以下である。
Sは被削性確保に有用な元素である。具体的にSは、鋼中にほとんど固溶せず、例えばMnS等の硫化物を形成し、切削時に該硫化物へ応力が集中することで切り屑が分離し易くなり、被削性を高める効果を有する。この効果を十分発揮させるには、S含有量を0.010質量%以上とすることが好ましく、より好ましくは0.020質量%以上である。一方、過剰のSは、連続鋳造時の割れ、熱間鍛造時の割れ、疲労強度の低下、及び欠けの誘発の原因となる。よって、S含有量は0.20質量%以下とする必要がある。S含有量は、好ましくは0.070質量%以下、より好ましくは0.050質量%以下、さらに好ましくは0.040質量%以下である。
Crは、固溶強化や組織強化による鋼材の強度確保に有用な元素である。よって、Cr含有量は0.01質量%以上とする。Cr含有量は、好ましくは0.05質量%以上であり、より好ましくは0.10質量%以上である。Cr含有量は、更に0.20質量%以上、より更には0.30質量%以上、特には0.40質量%以上とすることができる。しかしながら、Cr含有量が過剰になると、ベイナイトなどの過冷組織が生成し、却って耐力が低下してしまう。こうした観点から、Cr含有量は1質量%以下とする必要がある。Cr含有量は、好ましくは0.80質量%以下であり、より好ましくは0.70質量%以下、さらに好ましくは0.60質量%以下である。
Alは、鋼溶製時の脱酸に有用な元素である。また溶製時、Alと共に適量のSi、Caが溶鋼中に存在することで被削性の確保に有用な複合酸化物が形成される。これらの観点から、Al含有量を0.001質量%以上としてもよい。しかしながら、Al含有量が過剰になると、硬質な酸化物が形成されて被削性が阻害される。こうした観点から、Al含有量は0.1質量%以下とする必要がある。Al含有量は、好ましくは0.05質量%以下であり、より好ましくは0.030質量%以下である。Al含有量は、更に0.020質量%以下、より更に0.010質量%以下とすることが好ましい。最も好ましくは0.005質量%以下である。
Vは、強度の確保に必要な元素であるため、V含有量は0.30質量%以上とする必要がある。V含有量は、好ましくは0.31質量%以上、より好ましくは0.32質量%以上である。しかしながら、V含有量が過剰になると、上記の効果が飽和し、添加コストに見合わなくなる。また、連続鋳造性の低下が生じやすくなる。こうした観点から、V含有量は0.38質量%以下とする必要がある。V含有量は、好ましくは0.37質量%以下であり、より好ましくは0.36質量%以下である。
Nは不可避的不純物であり、通常の製鋼技術では約0.0030質量%以上は混入しうる。Nを添加しても構わないが、N含有量が過剰になると、製造性の劣化、特に熱間加工性が阻害される。こうした観点から、N含有量は0.0080質量%以下とする必要がある。N含有量は、好ましくは0.0070質量%以下、より好ましくは0.0060質量%以下である。
Tiは、固溶強化により高強度の確保に有用な元素である。また、TiがNとTiNを形成し析出することで、粒界に生成するVNが相対的に抑制されて高温延性を著しく改善でき、表面割れのリスクをより回避することができる。上記効果を発揮させるには、Ti含有量を0.001質量%以上とすることが好ましい。Ti含有量は、より好ましくは0.0012質量%以上、更に好ましくは0.0015質量%以上である。しかしながら、Ti含有量が過剰になると、硬質介在物が形成されて被削性が劣化しやすくなる。こうした観点から、Ti含有量は、0.030質量%以下であることが好ましい。Ti含有量は、より好ましくは0.025質量%以下であり、更に好ましくは0.020質量%以下である。最も好ましくは0.015質量%以下である。
Ni:0質量%超、0.2質量%以下、
Mo:0質量%超、0.2質量%以下、および
Nb:0質量%超、0.2質量%以下
よりなる群から選択される1種以上の元素
これらの元素は、非調質鍛造部品と非調質鍛造用鋼を構成する鋼材の更なる強度向上に有用な元素である。以下、各元素について説明する。
Cuを含むことによって、鋼材の焼入れ性を向上でき、鋼材の安定した強度を得ることができる。この効果を得るには、Cu含有量を0質量%超とすることが好ましく、より好ましくは0.01質量%以上であり、さらに好ましくは0.03質量%以上である。しかしながら、Cu含有量が過剰になると、熱間加工性が阻害されるため、製造性が劣化する。こうした観点から、Cu含有量は0.2質量%以下であることが好ましく、より好ましくは0.15質量%以下であり、更に好ましくは0.10質量%以下である。
Niを含むことによって、鋼材の焼入れ性を向上でき、鋼材の安定した強度を得ることができる。この効果を得るには、Ni含有量を0質量%超とすることが好ましく、より好ましくは0.01質量%以上であり、さらに好ましくは0.03質量%以上である。しかしながら、Ni含有量が過剰になると、鋼材の靭性が高まりすぎて、例えば破断分離型コンロッドの製造時に嵌合性良く分離することが難しくなる。こうした観点から、Ni含有量は0.2質量%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.15質量%以下であり、更に好ましくは0.10質量%以下である。
Moを含むことによって、鋼材の焼入れ性を向上でき、鋼材の安定した強度を得ることができる。この効果を得るには、Mo含有量を0質量%超とすることが好ましく、より好ましくは0.01質量%以上であり、さらに好ましくは0.03質量%以上である。しかしながら、Mo含有量が過剰になると、強度が過剰に高くなり被削性が劣化する。こうした観点から、Mo含有量は0.2質量%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.15質量%以下であり、更に好ましくは0.10質量%以下である。
Nbを含むことによって、鋼材の強度が向上する。この効果を得るには、Nb含有量を0質量%超とすることが好ましく、より好ましくは0.01質量%以上であり、さらに好ましくは0.03質量%以上である。しかしながら、Nb含有量が過剰になると、強度向上効果が飽和するため、効果が合金コストに見合わなくなる。こうした観点から、Nb含有量は0.2質量%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.15質量%以下であり、更に好ましくは0.10質量%以下である。
Te:0質量%超、0.20質量%以下、
Sn:0質量%超、0.20質量%以下、
Zr:0質量%超、0.20質量%以下、
Ca:0質量%超、0.01質量%以下、
Mg:0質量%超、0.01質量%以下、および
B:0質量%超、0.02質量%以下
よりなる群から選択される1種以上の元素
これらの元素は、被削性の確保に有用な元素である。以下、各元素について説明する。
Pb、Te、Sn、Zrは被削性確保に有用な元素であり、鋼中にほとんど固溶せず、溶融脆化やMnSの球状化などの効果により被削性を高める効果を有する。この効果を発揮させるべく上記元素を含有させる場合、各元素の含有量を、0質量%超とすることが好ましく、より好ましくは0.01質量%以上であり、さらに好ましくは0.03質量%以上である。しかしながら、過剰なPb、Te、Sn、Zrは、連続鋳造で生じる鋳片の割れ、熱間鍛造で生じる鍛造部品の割れ、および疲労強度低下の原因となる。よって、各元素の含有量は0.20質量%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.10質量%以下であり、更に好ましくは0.05質量%以下である。
Caは被削性確保に有用な元素であり、ベラーグ(工具保護膜)生成などの効果により被削性を高める効果を持つ。また、硫化物系介在物を球状化して脆化を促進させて被削性を高める効果も有する。これらの効果を発揮させるには、Ca含有量を、0質量%超とすることが好ましい。しかしCaを過剰に添加しても上記効果が飽和するため、コスト上昇を招く。こうした観点から、Ca含有量は、0.01質量%以下であることが好ましく、より好ましくは0.005質量%以下であり、更に好ましくは0.004質量%以下であり、より更に好ましくは0.003質量%以下である。
Mgは脱酸元素であり、鋼中にほとんど固溶せず、MnSに固溶し球状化を促進することで、機械特性の異方性を低減する。しかしながら、過剰なMgは、連続鋳造で生じる鋳片の割れ、熱間鍛造で生じる鍛造部品の割れ、および疲労強度低下の原因となる。よってMg含有量は、0.01質量%以下であることが好ましく、より好ましくは0.005質量%以下、更に好ましくは0.004質量%以下であり、より更に好ましくは0.003質量%以下である。
Bは、Nが十分に存在する場合にBNを形成し、このBNが工具との潤滑作用をもたらして被削性を高める。良好な被削性を得るため、Bを0.0001質量%以上含有させてもよい。より好ましくは0.0005質量%以上である。しかしながら、過剰にBが含まれると、Bが固溶してベイナイトが発生し易くなる。よって、B含有量は、好ましくは0.02質量%以下であり、より好ましくは0.015質量%以下、更に好ましくは0.010質量%以下である。
図1は、上記鍛造鋼材における、組織の評価と後記するビッカース硬さの評価に用いる試験片の採取位置を説明する概略説明図であり、(a)は試験片の概略上面図、(b)は試験片の概略断面図を示す。前記図1において、長手方向Lの中央部、幅方向Wの中央部および厚さ方向Dの中央部のいずれも観察できるように、まずは、長手方向の中央部、即ち該長手方向に垂直な切断線X−Xで切断した。そして、切断線X−Xで切断して得られた切断面Qにおいて、幅方向の中央部と厚さ方向の中央部を観察できる(b)の観察領域Rを含む試験片を用意した。前記観察領域Rのサイズは、最大で幅方向Wが20mmかつ厚さ方向Dが4mmである。この試験片の上記観察領域Rを含む面を鏡面研磨した後、ナイタールで腐食させて組織観察用試験片とした。そして光学顕微鏡を用い、上記観察領域Rを100倍〜400倍で撮影し、得られた写真から金属組織の解析を行って、全組織に対する、フェライト組織、パーライト組織、及びベイナイト組織のそれぞれの面積分率、すなわちフェライト分率、パーライト分率、及びベイナイト分率を測定した。表2において「F率」はフェライト分率、「P率」はパーライト分率、「B率」はベイナイト分率を示す。
前記組織の評価と同様に各鍛造鋼材を切削して用意した試験片を用い、次の通りビッカース硬さを評価した。即ち、JIS Z 2244(2009)のビッカース硬さ試験−試験方法に準じて、ビッカース硬さ試験機を用い、荷重5kgfで、前記図1に示した組織の観察領域R付近のビッカース硬さを測定した。該評価では、ビッカース硬さを5点測定して平均値を算出した。なお、ビッカース硬さは350HV以上を合格とした。
一部の例については、下記の通り引張試験を行って0.2%耐力を測定した。
(引張試験)
各鍛造鋼材を切削し、該鍛造鋼材の長手方向の中央部、幅方向の中央部および厚さ方向の中央部のいずれも含む部位から、JIS Z 2241(2011)に示された14B号板状引張試験片を得た。この引張試験片の採取では、引張試験片の長手方向と、鍛造鋼材の長手方向が一致するようにした。また、引張試験で加える引張力も上記長手方向と同一の向きとした。引張試験は、JIS Z 2241(2011)に従い、常温で実施した。その結果を表2に示す。
前記角棒片を切削し、該角棒片の長手方向の中央部、幅方向の中央部および厚さ方向の中央部のいずれも含む部位から、平行部が直径6mm×長さ15mmで全長が68mmである引張試験片を得た。上記引張試験片の採取では、引張試験片の長手方向と、角棒片の長手方向が一致するようにした。また、引張試験で加える引張力も上記長手方向と同一の向きとした。高温延性試験は、Ar雰囲気中で1300℃に一旦加熱保持した後、800℃まで5℃/secで冷却し、800℃に保持した状態において、引張速度0.01mm/secで引張力を試験片が破断するまで与え、破断後は急冷し、試験片の破断後の絞り値を計測した。そして連続鋳造性の指標として、絞り値が13%以上のものを合格とした。その結果を表3に示す。
d2 試験片の1/2長さ
X 切断線
W 幅方向
L 長手方向
D 厚さ方向
Q 切断面
R 観察領域
Claims (4)
- C :0.40〜0.60質量%、
Si:0質量%超、1.0質量%以下、
Mn:0.01〜0.70質量%、
P :0質量%超、0.20質量%以下、
S :0質量%超、0.20質量%以下、
Cr:0.01〜1質量%、
Al:0質量%超、0.1質量%以下、
V :0.30〜0.38質量%、および
N :0質量%超、0.0080質量%以下
を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、
下記式(1)〜(4)を全て満たし、更に、
全組織に対するベイナイトの分率が5面積%以下であり、かつ全組織に対するフェライトの分率が25面積%以下であり、残部がパーライトであることを特徴とする非調質鍛造部品。
1.10≦[C]+0.5×[Mn]+0.3×[Cr]+0.9×[V]≦1.28
・・・(1)
[Mn]/[Cr]≦1.2 ・・・(2)
[C]×([V]−[N]×50.94/14.0)≧0.130 ・・・(3)
[V]×([N]−[Ti]×14.0/47.9)×10000≦35.0 ・・・(4)
但し、上記式(1)〜(4)において、[元素名]は各元素の質量%で表される含有量を意味する。 - 更に、Tiを0.001〜0.030質量%含む請求項1に記載の非調質鍛造部品。
- C :0.40〜0.60質量%、
Si:0質量%超、1.0質量%以下、
Mn:0.01〜0.70質量%、
P :0質量%超、0.20質量%以下、
S :0質量%超、0.20質量%以下、
Cr:0.01〜1質量%、
Al:0質量%超、0.1質量%以下
V :0.30〜0.38質量%、および
N :0質量%超、0.0080質量%以下
を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、
下記式(1)〜(4)を全て満たすことを特徴とする非調質鍛造用鋼。
1.10≦[C]+0.5×[Mn]+0.3×[Cr]+0.9×[V]≦1.28
・・・(1)
[Mn]/[Cr]≦1.2 ・・・(2)
[C]×([V]−[N]×50.94/14.0)≧0.130 ・・・(3)
[V]×([N]−[Ti]×14.0/47.9)×10000≦35.0 ・・・(4)
但し、上記式(1)〜(4)において、[元素名]は各元素の質量%で表される含有量を意味する。 - 更に、Tiを0.001〜0.030質量%含む請求項3に記載の非調質鍛造用鋼。
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