JP5316242B2 - 熱処理用鋼材 - Google Patents
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Description
ここで、耐摩耗特性を向上させる方法としては、鋼中に炭化物等の硬質な物質を分散させる方法や、鋼材に熱処理を施すことによって鋼材の硬さを高める方法が採用されている。
その結果、Cr、Mo含有鋼材について、CrおよびMoの含有量を所定の範囲とすることにより、鋼中に一般に存在する炭化物の再固溶により十分な焼入性を確保するとともに、Cr、Mo含有鋼材に特有の炭化物の再固溶を著しく抑制することができ、この再固溶されずに残留した炭化物(以下、「残留炭化物」ともいう。)により、鋼部品の耐摩耗特性が著しく向上することを新たに知見した。
(A)Cr、Mo含有鋼材に含まれる炭化物には、一般の炭素鋼で観察されるセメンタイト(M3C)の他にM23C6が観察される。ここで、Mは、Cr、Mo、MnおよびFeからなる。
(D)上記耐摩耗特性向上作用を得るには、熱処理用鋼材について、X線回折試験におけるM23C6の(422)面のピーク強度(IM)とセメンタイトの(211)面のピーク強度(Iθ)との比(IM/Iθ)を0.5以上とすればよく、このようにして得られるCr、Mo含有鋼材は、熱処理における炭化物の再固溶が効果的に抑制され、熱処理後において多くの残留炭化物が確保されるため、得られる鋼部品について良好な耐摩耗特性の確保が可能となる。
(1)質量%で、C:0.51%以上0.7%以下、Si:0.19%以上0.5%以下、Mn:0.2%以上1.2%以下、P:0.05%以下、S:0.02%以下、Cr:0.6%以上1.5%以下、Mo:0.05%以上0.5%以下およびsol.Al:0.2%以下を含有し、残部がFeおよび不純物からなる化学組成を有し、X線回折試験におけるM23C6(ここで、Mは、Cr、Mo、MnおよびFeからなる。)の(422)面のピーク強度(IM)とセメンタイトの(211)面のピーク強度(Iθ)との比(IM/Iθ)が0.5以上であることを特徴とする熱処理用鋼材。
1.鋼の化学組成
本発明に係る鋼の化学組成について説明する。以下の説明において、鋼の化学組成を示す%は、特に断りがない限り質量%を意味する。
Cは、熱処理後の鋼材の強度を決定する重要な元素である。C含有量が0.4%未満では、熱処理後の鋼材の強度が低く、本発明が対象とする鋼部品に必要とされる高強度が得られない。したがって、C含有量は0.4%以上とする。一方、C含有量が0.7%超では、熱処理後の強度が高くなり過ぎて靱性の劣化が顕著となる。したがって、C含有量は0.7%以下とする。
Siは、一般に不純物として含有される元素であるが、焼入れ性を向上させる作用を有するので、積極的に含有させてもよい。しかしながら、Si含有量が0.5%超では、熱処理前の鋼材の強度上昇にともなう加工性劣化が顕著になる。したがって、Si含有量は0.5%以下とする。
Mnは、焼入れ性を向上させる作用を有する元素であり、熱処理後の鋼材の強度を確保するのに有効な元素である。Mn含有量が0.2%未満では、焼入れ性向上作用を得ることが困難である。したがって、Mn含有量は0.2%以上とする。一方、Mn含有量が1.2%超では、熱処理前の鋼材の強度上昇にともなう加工性劣化が顕著になったり、熱処理後の鋼材の強度上昇にともなう靱性劣化が顕著になったりする。このため、Mn含有量は1.2%以下とする。好ましくは0.8%以下である。
Pは、不純物として含有される元素であり、熱処理後の鋼材の靱性を低下させる作用を有する。したがって、P含有量は低いほど好ましい。P含有量が0.05%を超えると熱処理後の鋼材の靭性劣化が顕著となる。したがって、P含有量は0.05%以下とする。好ましくは0.03%以下であり、さらに好ましくは0.015%以下である。
Sは、不純物として含有される元素であり、熱処理後の鋼材の靱性を低下させる作用を有する。したがって、S含有量は低いほど好ましい。S含有量が0.02%を超えると熱処理後の鋼材の靭性劣化が顕著となる。したがって、S含有量は0.02%以下とする。好ましくは0.01%以下、さらに好ましくは0.005%以下である。
Crは、Cr、Mo含有鋼材特有の炭化物であるM23C6の安定性を高め、熱処理後における鋼材の耐摩耗特性を向上させる作用を有する重要な元素である。Cr含有量が0.6%未満では上記作用による効果を充分に得られない場合がある。したがって、Cr含有量は0.6%以上とする。一方、Cr含有量が1.5%超では、熱処理前の鋼材の加工性を向上させるために施す球状化焼鈍において炭化物の球状化が阻害されるため、熱処理前の鋼材の加工性を球状化焼鈍によって向上させることが困難になる。したがって、Cr含有量は1.5%以下とする。好ましくは1.2%以下である。
Moは、Cr、Mo含有鋼材特有の炭化物であるM23C6の安定性を高め、熱処理後における鋼材の耐摩耗特性を向上させる作用を有する重要な元素である。さらに、焼戻し脆性を抑制する作用も有するので、熱処理後の鋼材の靭性を向上させるのに有効な元素である。Mo含有量が0.05%未満では、上記作用による効果を充分に得られない場合がある。したがって、Mo含有量は0.05%以上とする。一方、Mo含有量が0.5%超では、上記作用による効果は飽和していたずらにコスト上昇を招く。したがって、Mo含有量は0.5%以下とする。
Alは、溶鋼を脱酸する作用を有する元素であるので、積極的に含有させてもよい。しかしながら、sol.Al含有量が0.2%超では、上記作用による効果は飽和していたずらにコスト上昇を招く。また、AlはA3点を上昇させる作用を有するので、熱処理に要する加熱条件の高温・長時間化を招いて熱処理を困難にする。したがって、sol.Al含有量は0.2%以下とする。好ましくは0.1%以下である。溶鋼の脱酸にはSiを用いることもできるので、sol.Al含有量の下限は特に規定する必要はない。しかし、脱酸能力はSiよりもAlの方が高いので、sol.Al含有量を0.005%以上とすることが好ましい。
CuおよびNiは、任意元素であり、焼入れ性を向上させる作用を有し、熱処理後の鋼材の強度を確保するのに有効であるので、1種または2種を含有させてもよい。しかしながら、それぞれ1.0%を超えて含有させても、上記作用による効果は飽和していたずらにコスト上昇を招く。したがって、それぞれの含有量は1.0%以下とする。
Ti、NbおよびVは、任意元素であり、焼入れ性を向上させる作用を有し、さらに炭化物や窒化物を形成して熱処理中のオーステナイト粒成長を抑制して熱処理後の鋼材の靭性を向上させる作用を有するので、1種または2種以上を含有させてもよい。しかしながら、過剰な含有は微細な炭化物の析出を促し、熱処理前の鋼材の強度上昇にともなう加工性劣化が顕著になる。したがって、それぞれの元素の含有量は0.10%未満とする。好ましくは、0.05%未満である。
C/(Cr×Mo)(ここで、各元素記号は、各元素の鋼中の含有量(単位:質量%)を示す。)の値を3.0未満とすることにより、熱処理後の鋼材について耐摩耗特性の向上に寄与するM23C6の生成を効果的に促進することができ、Cr、Mo含有鋼材の熱処理中における炭化物の再固溶を効果的に抑制し、残留炭化物を効果的に確保することが容易となる。したがって、C、CrおよびMoは下記式(1)を満足するように含有させることが好ましい。
C/(Cr×Mo)<3.0 (1)
これにより、M23C6の生成を効果的に促進することが可能となり、熱処理後の鋼材の耐摩耗特性を飛躍的に向上させることが容易になる。
本発明では、Cr、Mo含有鋼材特有の炭化物であり、熱処理において再固溶が遅延するM23C6の生成を促進し、熱処理後において多量の残留炭化物を確保することにより、熱処理後の鋼材について高い耐摩耗特性を具備させることを可能にする。
本発明の熱処理用鋼材は、上記化学組成およびX線回折試験におけるM23C6とセメンタイトとのピーク強度比を満足するものであれば、如何なる製造方法によって製造されてもかまわない。
Claims (3)
- 質量%で、C:0.51%以上0.7%以下、Si:0.19%以上0.5%以下、Mn:0.2%以上1.2%以下、P:0.05%以下、S:0.02%以下、Cr:0.6%以上1.5%以下、Mo:0.05%以上0.5%以下およびsol.Al:0.2%以下を含有し、残部がFeおよび不純物からなる化学組成を有し、X線回折試験におけるM23C6(ここで、MはCr、Mo、MnおよびFeからなる。)の(422)面のピーク強度(IM)とセメンタイトの(211)面のピーク強度(Iθ)との比(IM/Iθ)が0.5以上であることを特徴とする熱処理用鋼材。
- 前記化学組成が、Feの一部に代えて、質量%で、Cu:1.0%以下およびNi:1.0%以下からなる群から選択される1種または2種を含有することを特徴とする請求項1に記載の熱処理用鋼材。
- 前記化学組成が、Feの一部に代えて、質量%で、Ti:0.10%未満、Nb:0.10%未満およびV:0.10%未満からなる群から選択される1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の熱処理用鋼材。
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