JP2716301B2 - 結晶粒度安定化肌焼用鋼の製造方法 - Google Patents
結晶粒度安定化肌焼用鋼の製造方法Info
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で微細な組織を有し、かつ冷間鍛造等による機械部品の
製造方法を経ても、浸炭時にオーステナイト結晶粒の粗
大化し難い、結晶粒度安定化肌焼用鋼の製造方法に関す
るものである。
すると、熱処理歪や硬さのバラツキ、部品の強度低下等
を引き起こすために、オーステナイト結晶粒度特性の安
定した肌焼鋼の鋼材が求められている。
であることも求められている。これらに対しては例えば
制御圧延等の適用が考えられているが、これらの鋼は結
晶粒度が微細なためにかえって、浸炭等の高温加熱時に
粗大化をしやすいという欠点をもっていた。
多くなっており、この際前熱処理として一般に球状化熱
処理を施して用いることが多い。これらも全て結晶粒度
特性に対しては有害であり、従来にも増して肌焼鋼の結
晶粒度の安定化が求められている。
−75551や特開昭59−123714などがある
が、これらはAl−N系の肌焼鋼で、高温でのオーステ
ナイト結晶粒度の安定性という点で、限界があった。こ
れに対して、Nbを添加してより高温での安定性をはか
ったものとして、例えば特開昭49−125220や特
開昭62−99416がある。しかし特開昭49−12
5220では結晶粒の安定化に有効な析出物の微細化を
確実に効率的に行なうための、加工、熱履歴の条件につ
いては検討されておらず、特開昭62−99416の場
合は、Nb炭窒化物の微細析出結果を論じてはいるが、
これらをより微細化させるためのAl,Nb,N間の量
的な関係の検討が不十分であり、実際上、特に冷鍛用の
肌焼鋼のように、全ての条件が結晶粒度特性に対して有
害な工程を取る場合には、結晶粒の粗大化を押さえるこ
とは難しいのが現状である。
記のような従来技術の問題点を解決することにあり、特
に球状化焼なまし+冷間鍛造のような、結晶粒度にとっ
て非常に苛酷な条件で加工される機械部品用の肌焼用鋼
の製造方法を開発することにある。
るために発明者は、肌焼鋼の変態特性およびオーステナ
イト結晶粒度特性と製造条件の関係について詳細な検討
を加えた結果、Al,Nb,Nといった微細量成分の量
や圧延加熱、加工温度等の熱間加工条件及び加工後の冷
却速度を考慮することにより、微細な組織を有するとと
もに、結晶粒度の安定化に有効なAlN,NbCNを、
より微細かつ均一に析出分散させ、また浸炭等の高温長
時間の加熱時にも、成長粗大化しにくいように分散析出
させることが出来、これによって冷鍛などの苛酷な工程
をとってもオーステナイト結晶粒の粗大化しにくい肌焼
鋼鋼材の製造が可能となった。すなわち、本発明第一の
発明の製造方法は、 (1)重量wt%で、 C:0.08〜0.30% Si:0.05〜1.0% Mn:0.3〜2.0% Al:0.015〜0.050% Nb:0.02〜0.10% N:0.015〜0.030% および、 N(%)≧0.52×Al(%)+0.15×Nb
(%) の範囲で含有し、残部Feおよび不可避的に含まれる不
純物よりなる鋼を、1150℃以上の温度に加熱後、終
止温度が950〜800℃で熱間圧延を行ない、その後
0.3〜0.05℃/secでA1 変態点以下まで冷却
することを特徴とする、結晶粒度安定化肌焼用鋼の製造
方法、であり、本発明第二の発明の製造方法は、 (2)重量wt%で、 C:0.08〜0.30% Si:0.05〜1.0% Mn:0.3〜2.0% Al:0.015〜0.050% Nb:0.02〜0.10% N:0.015〜0.030% および、 N(%)≧0.52×Al(%)+0.15×Nb
(%) の範囲で含有しさらに、 Cr:0.3〜2.0% Ni:0.3〜5.0% Mo:0.05〜1.0% のうちの一種または二種以上を含み、残部Feおよび不
可避的に含まれる不純物よりなる鋼を、1150℃以上
の温度に加熱後、終止温度が950〜800℃で熱間圧
延を行ない、その後0.3〜0.05℃/secでA1
変態点以下まで冷却することを特徴とする結晶粒度安定
化肌焼用鋼の製造方法、である。
および製造条件を上記のように限定した理由について述
べる。
の元素であり、通常の機械部品での強度を確保するため
には最低0.08%が必要である。しかし0.30%を
越えると芯部の硬さが上がりすぎて、靱性の劣化や圧縮
の残留応力の低減に伴う疲労強度の低下等が起こり肌焼
鋼本来の目的に対しては好ましくない。よってCの上限
は0.30%とする。
が、フェライト強化作用が強く、焼入性も向上させる。
0.05%未満では脱酸が不十分となり、1.0%を越
えると鋼の延性、靱性、加工性を阻害するようになる。
よって下限を0.05%とし、上限を1.0%とする。
入性、強度を確保するうえでは必須の元素である。0.
30%未満ではこの効果が十分ではなく、また2.0%
を越えると加工性や靱性等に悪影響が出てくる。従って
下限を0.30%、上限を2.0%とする。
肌焼鋼において、目的、用途に応じた強度、靱性を確保
する上で有効な元素であり必要に応じて添加される。い
ずれも添加の効果を十分に得るためには、経済性も考慮
してそれぞれ0.3〜5.0%,0.3〜2.0%,
0.05〜1.0%とする。
細に保持するためには必須元素であり、鋼中のNと結合
してAlNとなって微細に析出するために、いわゆるピ
ンナップ効果により、結晶粒の粗大化阻止効果を示す。
0.015%未満ではAlNの析出量が不足して結晶粒
の阻止効果が十分でない。また0.050%を越えると
析出物が粗大になり、逆に結晶粒度の粗大化阻止効果が
低下するようになる。従ってAlの下限を0.015%
とし、上限を0.050%とする。
て粒界移動を阻止し、オーステナイト結晶粒粗大化防止
のためには必須の元素である。しかし0.02%未満で
は析出量が不足して阻止効果が十分でなく、0.10%
を越えると、阻止効果が飽和し、ストリンガー状の非金
属介在物として析出するようになり靱性や加工性が劣化
するようになる。従って下限を0.02%、上限を0.
10%とする。
NbCNとして析出し、オーステナイト結晶粒度を微細
化させる。0.015%未満では、結晶粒の粗大化阻止
に対して必要な量の析出物の確保が難しく、0.030
%を越えると鋼材の健全性に問題が出てくる。従って下
限を0.015%、上限を0.030%とする。
5×Nb(%):Nをこの関係式を満足させるように添
加することにより、安定した結晶粒阻止効果を示すこと
が判明した。これはAlN,NbCNは微細かつ均一に
分散し、しかも浸炭等の高温長時間の加熱においても、
これらの微細析出物は成長し難いためと思われる。
であるが、本発明ではさらにオーステナイト結晶粒度の
安定化をはかるために、製造条件として次のような要件
を必要とする。すなわち、 加熱温度:1150℃以上 肌焼鋼の加熱温度は一般に1050℃〜1250℃程度
である。本発明では加熱温度は1150℃以上であるこ
とが必要である。
AlN,NbCNは固溶していく。しかし加熱温度が十
分でないと、溶け残っている部分の一部が粗大化をおこ
し、結晶粒の粗大化阻止には有効に寄与しない。またそ
の後の部品への加工のための再加熱において、溶け残っ
た析出物を核として固溶した部分が析出するために、析
出物自体の大きさが大きくなり、結晶粒の粗大化阻止効
果が減少する。加熱温度が1150℃以上の場合、初期
状態として十分な量のAlN,NbCNを固溶させるこ
とが出来る。そこで加熱温度は1150℃以上とする。
異なるが、一般には950〜1150℃程度である。本
発明では圧延終始温度は950〜800℃であることが
必要である。先に述べた加熱温度に加熱後、この温度範
囲で圧延終止することにより、冷却後に微細な組織が得
られる。しかしこの場合には加工性は良好であるが、一
般に浸炭時に結晶粒が非常に粗大化しやすくなるという
欠点をもっているので、他の諸条件によってこれをカバ
ーする。
おいては一般にφ20〜φ50程度では1.0〜0.4
℃/sec程度である。本発明では、上記温度で熱間加
工を開始し終了したのちに、0.3〜0.05℃/se
cの冷却速度で冷却する必要がある。従って、本発明で
規制する範囲の冷却速度を越える場合が多いが、この場
合は冷却床にカバーを行なうとか徐冷ボックスを使用す
るなどで冷却速度をコントロールする。本発明者等はこ
れまで述べてきた諸条件と、この冷却条件を組合わせる
ことにより、微細な組織を有し、なおかつ著しく安定化
した結晶粒度特性を有する鋼材の製造が可能となること
を見いだした。
AlNやNbCNが微細に析出し、結晶粒の粗大化阻止
に有効に作用するためで、0.3℃/secを越える
と、析出する量が少なくなり、0.05℃/sec未満
になると、析出粒子が冷却中に粗大化するようになり、
ともに結晶粒粗大化阻止に対して有効でなくなるためで
ある。
にバランスさせることにより、より確実にすることが出
来、これらの関係を見出したことが本発明鋼のもっとも
特徴とするところである。
熱条件、仕上げ温度および加工後の冷却速度の各操業条
件とフェライト粒度、および球状化熱処理後70%冷間
加工した場合のオーステナイト結晶粒度を示す。圧延寸
法はφ30である。
な結晶粒が得られる。しかしこの場合には、浸炭時の加
熱において一般にオーステナイトの初期粒度も微細にな
って、結晶粒が粗大化しやすくなる傾向を示す。しか
し、加工後の冷却速度によってオーステナイト結晶粒度
特性は影響を受け、一般の冷却床における放冷では粒度
特性は安定しないが、徐冷ボックスや冷却床内のカバー
徐冷などにより、0.3〜0.05℃/secの冷却速
度で冷却することにより、オーステナイト結晶粒度特性
は大幅に改善されることがわかる。しかしこの効果は熱
間圧延時の加熱が不十分な場合には認められず、また成
分範囲が請求範囲に無い場合にも認められない。
圧延後の組織が微細であり、かつ浸炭条件が高温長時間
であってもオーステナイト結晶粒の安定な肌焼鋼が得ら
れることが判明した。
後に冷却状態で微細な組織を有し、かつ冷間鍛造等によ
る機械部品の製造方法を経ても、浸炭時にオーステナイ
ト結晶粒の粗大化し難い、結晶粒度安定化肌焼用鋼を製
造することができ、その産業上の効果は極めて大なるも
のである。
Claims (2)
- 【請求項1】 重量wt%で、 C:0.08〜0.30% Si:0.05〜1.0% Mn:0.3〜2.0% Al:0.015〜0.050% Nb:0.02〜0.10% N:0.015〜0.030% および、 N(%)≧0.52×Al(%)+0.15×Nb
(%) の範囲で含有し、残部Feおよび不可避的に含まれる不
純物よりなる鋼を、1150℃以上の温度に加熱後、終
止温度が950〜800℃で熱間圧延を行ない、その後
0.3〜0.05℃/secでA1 変態点以下まで冷却
することを特徴とする結晶粒度安定化肌焼用鋼の製造方
法。 - 【請求項2】 重量wt%で、 C:0.08〜0.30% Si:0.05〜1.0% Mn:0.3〜2.0% Al:0.015〜0.050% Nb:0.02〜0.10% N:0.015〜0.030% および、 N(%)≧0.52×Al(%)+0.15×Nb
(%) の範囲で含有しさらに、 Cr:0.3〜2.0% Ni:0.3〜5.0% Mo:0.05〜1.0% のうちの一種または二種以上を含み、残部Feおよび不
可避的に含まれる不純物よりなる鋼を、1150℃以上
の温度に加熱後、終止温度が950〜800℃で熱間圧
延を行ない、その後0.3〜0.05℃/secでA1
変態点以下まで冷却することを特徴とする結晶粒度安定
化肌焼用鋼の製造方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP3286318A JP2716301B2 (ja) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | 結晶粒度安定化肌焼用鋼の製造方法 |
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JP3286318A JP2716301B2 (ja) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | 結晶粒度安定化肌焼用鋼の製造方法 |
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