JP5304394B2 - 高強度鋼製粗形品の製造方法 - Google Patents
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C:0.4〜0.9%
Cは、部品の強度を高めるのに有効な元素である。Cの含有量が0.4%未満では強度が不十分である。一方、Cの含有量が0.9%を超えると、その効果が飽和し、切削性が低下する。したがって、Cの含有量を0.4〜0.9%とした。なお、C含有量の望ましい下限は0.5%である。また、望ましい上限は0.7%である。
Siは、部品の強度を高めるのに有効な元素である。Siの含有量が0.1%未満では強度が不十分である。一方、Siの含有量が1.5%を超えると、その効果が飽和し、むしろ切削性が低下する。したがって、Siの含有量を0.1〜1.5%とした。なお、Si含有量の望ましい下限は0.4%である。また、望ましい上限は1.0%である。
Mnは、部品の強度を高めるのに有効な元素である。Mnの含有量が0.5%未満では強度が不十分であり、他の要件を満たしていても所望の硬さが得られない。一方、Mnの含有量が2.0%を超えると、その効果が飽和し、むしろ切削性が低下する。したがって、Mnの含有量を0.5〜2.0%とした。なお、Mn含有量の望ましい下限は0.9%である。また、望ましい上限は1.5%である。
Vは、CおよびNの一方または両方と結合して炭化物、窒化物または炭窒化物として鋼中に析出し、特にオーステナイトからパーライトに変態するときの界面で析出すると、微細に析出して部品の強度を高めるのに有効である。Vの含有量が0.3%未満では強度が不十分である。一方、Vの含有量が0.9%を超えると、その効果が飽和し、コストが嵩むばかりである。したがって、Vの含有量を0.3〜0.9%とした。なお、V含有量の望ましい下限は0.4%である。また、望ましい上限は0.7%である。
Pは、粒界偏析して粒界を脆化させやすい元素である。このため、コンロッドのように、部品の製造中に破断分離させる工程が含まれる場合には、破断時の変形を抑制するために積極的に添加する必要がある。しかしながら、その含有量が多くなって0.10%を超えると、疲労強度の低下が著しくなる。したがって、Pの含有量を0.10%以下とした。なお、破断分離を行わない部品においては、Pの含有量は低減する方が好ましく、0.03%以下とすることが好ましい。
Sは、Mnと結合してMnSを形成し、被削性を向上させる作用を有する。しかしながら、その含有量が0.005%未満では、前記の効果が得難い。一方、粗大なMnSは疲労強度を低下させる傾向があり、Sの含有量が0.2%を超えると、粗大なMnSを形成しやすくなって疲労強度の低下が著しくなる。したがって、Sの含有量を0.005〜0.2%とした。なお、Sを0.02%以上含有する場合には、被削性が一層向上するので、より被削性を重視する場合には、S含有量の下限は0.02%とすることが好ましい。また、より疲労強度を重視する場合には、S含有量の上限は0.05%とすることが好ましい。
Alは、脱酸作用を有すると同時に、Nと結合してAlNを形成しやすく、結晶粒を微細化させるため、疲労強度向上に有効である。しかしながら、Alの含有量が0.01%未満ではこれらの効果は得難い。一方で、Alは硬質な酸化物系介在物を形成して疲労強度を低下させてしまう。特に、Alの含有量が0.05%を超えると、疲労強度の低下が著しくなる。したがって、Alの含有量を0.01〜0.05%とした。なお、Al含有量の望ましい下限は0.02%である。また、望ましい上限は0.04%である。
Nは、Al、V、Nb、Tiと結合して窒化物、あるいは炭窒化物を形成しやすく、結晶粒を微細化させるため、疲労強度向上に有効である。しかしながら、Nの含有量が0.003%未満ではこの効果は得難い。一方で、Nの含有量が0.020%を超えると、粗大な窒化物が形成されやすくなり、疲労強度の低下が著しくなる。したがって、Nの含有量を0.003〜0.020%とした。なお、N含有量の望ましい下限は0.006%である。また、望ましい上限は0.015%である。
Oは、Alと結合して硬質な酸化物系介在物を形成しやすく、特にOの含有量が0.0015%を超えると、粗大な酸化物系介在物を形成しやすくなり、疲労強度が低下する場合がある。したがって、Oの含有量を0.0015%以下とした。さらに、不純物としてのOの含有量はできる限り少なくすることが望ましい。但し、製鋼でのコストを考慮すると、0.0010%以下にすることが好ましい。
Niは、強度を高めるのに有効な元素であるので、高強度化のためにNiを含有させてもよい。しかしながら、Niを1.5%を超えて含有させても、強度を高める効果が飽和して、コストが嵩むばかりである。したがって、Niを含有させる場合には、その含有量を1.5%以下とする。なお、Niの含有量は1.0%以下とすることが望ましい。Niの強度向上効果を確実に得るためには、Ni含有量の下限は、0.1%とすることが望ましく、0.3%とすれば一層望ましい。
Crは、強度を高めるのに有効な元素であるので、高強度化のためにCrを含有させてもよい。しかしながら、Crの含有量が1.5%を超えると、その効果が飽和し、むしろ切削性が低下する。したがって、Crを含有させる場合には、その含有量を1.5%以下とする。なお、Crの含有量は0.8%以下とすることが望ましい。Crの強度向上効果を確実に得るためには、Cr含有量の下限は、0.1%とすることが望ましく、0.2%とすれば一層望ましい。
Moも、強度を高めるのに有効な元素であるので、高強度化のためにMoを含有させてもよい。しかしながら、Moを0.5%を超えて含有させても、強度を高める効果が飽和して、コストが嵩むばかりである。したがって、Moを含有させる場合には、その含有量を0.5%以下とする。なお、Moの含有量は0.3%以下とすることが望ましい。Moの強度向上効果を確実に得るためには、Mo含有量の下限は、0.03%とすることが望ましく、0.08%とすれば一層望ましい。
Nbは、C、Nと結合して炭化物、窒化物、あるいは炭窒化物を形成しやすく、結晶粒を微細化して疲労強度を高める作用を有するので、この効果を得るためにNbを含有させてもよい。しかしながら、Nbの含有量が0.08%を超えると、粗大な炭化物、窒化物、あるいは炭窒化物を形成しやすくなり、疲労強度の低下が著しくなる。したがって、Nbを含有させる場合には、その含有量を0.08%以下とする。なお、Nbの含有量は0.05%以下とすることが望ましい。Nbの疲労強度向上効果を確実に得るためには、Nb含有量の下限は、0.005%とすることが望ましく、0.01%とすれば一層望ましい。
Tiも、C、Nと結合して炭化物、窒化物、あるいは炭窒化物を形成しやすく、結晶粒を微細化して疲労強度を高める作用を有するので、この効果を得るためにTiを含有させてもよい。しかしながら、Tiの含有量が0.08%を超えると、粗大な炭化物、窒化物、あるいは炭窒化物を形成しやすくなり、疲労強度の低下が著しくなる。したがって、Tiを含有させる場合には、その含有量を0.08%以下ととする。なお、Tiの含有量は0.05%以下とすることが望ましい。Tiの疲労強度向上効果を確実に得るためには、Ti含有量の下限は、0.005%とすることが望ましく、0.01%とすれば一層望ましい。
本発明においては、所定の組織状態、および硬さを得るために、鋼材を1100〜1300℃に加熱した後、仕上げ温度を900℃以上として熱間鍛造を行い、熱間鍛造終了後、被鍛造材の一部分を3〜100℃/秒の冷却速度で480〜600℃まで急速冷却した後、放冷することが必要である。特に、急速冷却の後に、炉内温度が480〜630℃の熱処理炉で200〜3600秒保持し、その後、放冷するのが望ましい。
熱間鍛造前の加熱温度が1100℃未満の場合、その後に急速冷却しても、その部分のビッカース硬さを380以上にすることができないか、急速冷却をした部分と、急速冷却をしない部分とのビッカース硬さの差を50以上にすることができない。一方、加熱温度が1300℃を上回ると、脱炭や酸化スケールの生成が激しくなる。したがって、加熱温度は1100〜1300℃とした。
鍛造の仕上げ温度が900℃未満の場合、急速冷却をした部分と、急速冷却をしない部分とのビッカース硬さの差を50以上にすることができない。したがって、熱間鍛造の仕上げ温度は900℃以上とした。
冷却速度:3〜100℃/秒
冷却停止温度:480〜600℃、その後、放冷
急速冷却をした部分の冷却速度が3℃/秒未満の場合、急速冷却した部分と急速冷却をしない部分とのビッカース硬さの差を50以上にすることができない。一方、冷却速度を100℃/秒にするには、コストが大幅に嵩む。したがって、冷却速度は3〜100℃/秒とした。のぞましくは、5〜100℃/秒、よりのぞましくは11〜100℃/秒である。
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。
A(℃)×30分:温度A(℃)で30分保持したこと、
B(℃)×60%:直径38.5mmの試験片を直径24.3mmに、すなわち断面減少率60%の熱間押出を行った時の押出終了温度(仕上温度)がB(℃)であること、
C(℃/秒):加工後の冷却速度、
D(℃):加工後の冷却終了温度、
E(℃)×F(秒):炉温E(℃)の炉内でF秒保持したこと。
・試験力:9.8N、
・測定数:10点、
・測定間隔:1mm。
・倍率:400倍、
・視野数:6、
・各視野の大きさ:0.25mm×0.25mm。
Claims (4)
- 質量%で、C:0.4〜0.9%、Si:0.1〜1.5%、Mn:0.5〜2.0%、V:0.3〜0.9%、P:0.10%以下、S:0.005〜0.2%、Al:0.01〜0.05%およびN:0.003〜0.020%を含有し、残部はFeおよび不純物からなり、不純物としてのOが0.0015%以下である化学組成を有する鋼材を1100〜1300℃に加熱した後、仕上げ温度を900℃以上として熱間鍛造を行い、熱間鍛造終了後、被鍛造材の一部分は3〜100℃/秒の冷却速度で480〜600℃まで急速冷却した後、放冷し、他の部分は該急速冷却せずに冷却することを特徴とする高強度鋼製粗形品の製造方法。
- 質量%で、C:0.4〜0.9%、Si:0.1〜1.5%、Mn:0.5〜2.0%、V:0.3〜0.9%、P:0.10%以下、S:0.005〜0.2%、Al:0.01〜0.05%およびN:0.003〜0.020%を含有し、残部はFeおよび不純物からなり、不純物としてのOが0.0015%以下である化学組成を有する鋼材を1100〜1300℃に加熱した後、仕上げ温度を900℃以上として熱間鍛造を行い、熱間鍛造終了後、被鍛造材の一部分は3〜100℃/秒の冷却速度で480〜600℃まで急速冷却し、他の部分は該急速冷却せずに冷却した後、被鍛造材を炉内温度が480〜630℃の熱処理炉で200〜3600秒保持した後、放冷することを特徴とする高強度鋼製粗形品の製造方法。
- 鋼材の化学組成が、質量%で、さらに、Ni:1.5%以下、Cr:1.5%以下およびMo:0.5%以下のうちの1種以上を含有するものであることを特徴とする請求項1または2に記載の高強度鋼製粗形品の製造方法。
- 鋼材の化学組成が、質量%で、さらに、Nb:0.08%以下およびTi:0.08%以下のうちの1種以上を含有するものであることを特徴とする請求項1から3までのいずれかに記載の高強度鋼製粗形品の製造方法。
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