JP5482342B2 - 直接切削用熱間圧延鋼材およびその製造方法 - Google Patents
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〔炭素当量換算係数〕C:+1.0、Si:+0.167、Mn:+0.222、Cu:+0.067、Ni:+0.067、Cr:+0.250、Mo:+0.400、V:+1.8、その他の元素:+0.10。
Ceq=C+(1/10)Si+(1/5)Mn+(5/22)Cr−(5/7)S・・・・・(1)
ただし、上記(1)式中の、C、Si、Mn、CrおよびSは、それぞれの元素の質量%での含有量を表す。
〔a〕各圧延工程中の被圧延材の表面温度が、700〜900℃の温度範囲内であること。
〔b〕圧延終了時の被圧延材の表面温度が700〜800℃の温度範囲内であること。
〔c〕総減面率が50%以上であること。
C:0.35〜0.55%
Cは、鋼の引張強度を確保するために必要な元素であり、また、高周波焼入れを施す際は、高周波焼入れ後の硬さを得るためにも必要な元素である。しかしながら、その含有量が0.35%未満では、その効果が得られない。一方、Cの含有量が0.55%を超えると、引張強度は高くなるものの、靱性の低下が顕著となる。したがって、Cの含有量を0.35〜0.55%とした。なお、Cの含有量は0.52%以下とすることが好ましい。また、前記の効果を安定して得るために、Cの含有量は0.38%以上とすることが好ましい。
Siは、脱酸元素であり、さらに、固溶強化によってフェライトの強度を向上させる元素である。しかしながら、その含有量が0.15%未満では、その効果が得られない。一方、Siの含有量が1.0%を超える場合には、固溶強化は期待できるものの、靱性の劣化が顕著となる。したがって、Siの含有量を0.15〜1.0%とした。なお、Siの含有量は0.80%以下とすることが好ましい。また、前記の効果を安定して得るために、Siの含有量は0.20%以上とすることが好ましい。
Mnは、鋼の引張強度を向上させる元素である。しかしながら、Mnの含有量が1.0%未満の場合、その効果が得られない。一方、2.0%を超えてMnを含有させても前記の効果は飽和し、コストが嵩む。したがって、Mnの含有量を1.0〜2.0%とした。なお、Mnの含有量は1.8%以下とすることが好ましい。また、前記の効果を安定して得るために、Mnの含有量は1.2%以上とすることが好ましい。
Pは、不純物として含有され、粒界偏析および中心偏析を起こし、靱性の低下を招き、特に、その含有量が0.035%を超えると、靱性の低下が著しくなる。したがって、Pの含有量を、0.035%以下とした。なお、Pの含有量は、0.030%以下にするのが好ましい。
Sは、Mnと結合してMnSを形成し、被削性、なかでも切り屑処理性を高める作用を有する。しかしながら、その含有量が0.008%未満では、その効果が得られない。一方、MnSを多く形成しすぎると、被削性は改善できても、靱性の低下を招き、特に、Sの含有量が0.050%を超えると、靱性の低下が著しくなる。したがって、Sの含有量を、0.008〜0.050%とした。なお、Sの含有量は0.040%以下とすることが好ましい。一方、被削性を高める観点からは、Sの含有量は0.012%以上とすることが好ましい。
Crは、鋼の引張強度を向上させる元素である。また、熱間圧延鋼材において炭化物を球状化するために必要な元素である。これらの効果はCrの含有量が0.05%以上で発揮される。しかしながら、Crの含有量が1.5%を超えると、前記した効果が飽和し、コストが嵩む。したがって、Crの含有量を0.05〜1.5%とした。なお、Crの含有量は1.3%以下とすることが好ましい。また、前記の効果を安定して得るために、Crの含有量は0.10%以上とすることが好ましい。
Alは、脱酸元素であるとともに、窒化物を形成することで結晶粒を微細化し、靱性の向上に寄与する。その効果を発揮するためには0.010%以上含有させる必要がある。しかしながら、Alの含有量が0.10%を超えると、前記の効果は飽和し、コストが嵩んでしまう。したがって、Alの含有量を0.010〜0.10%とした。なお、Alの含有量は0.08%以下とすることが好ましい。また、前記の効果を安定して得るために、Alの含有量は0.015%以上とすることが好ましく、0.020%以上とすれば一層好ましい。
Nは、鋼中のAl、さらには、後述するNb、Ti等と結合して窒化物および/または炭窒化物を形成し、結晶粒を微細化して鋼の靱性を高める効果を有する。前記の効果はNの含有量が0.004%以上で発揮される。しかしながら、Nの含有量が0.03%を超えると、前記した効果が飽和することに加えて、ブローホールが発生し、良好な鋼塊を得ることが困難となる場合がある。したがって、Nの含有量を、0.004〜0.03%とした。なお、Nの含有量は0.02%以下とすることが好ましい。また、前記の効果を安定して得るために、Nの含有量は0.005%以上とすることが好ましい。
本発明においては、上記各元素の含有量が、それぞれ上述した範囲にあり、しかも、前記(1)式で表されるCeq、つまり、〔C+(1/10)Si+(1/5)Mn+(5/22)Cr−(5/7)S〕が0.80〜1.20である場合に、引張強度が750MPa以上で、衝撃値が100J/cm2以上という目標特性を達成することができる。
第1群の元素であるCu、NiおよびMoは、靱性を高める作用を有するので、それぞれ、上記の範囲で含有させてもよい。以下、第1群の元素について詳しく説明する。
Cuは、靱性を高める作用を有するので、一層良好な靱性を得るために、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Cuの含有量が1.0%を超えると、熱間加工性の劣化を招く。したがって、含有させる場合のCuの量を1.0%以下とした。なお、含有させる場合のCuの量は0.80%以下とすることが好ましい。
Niは、靱性を高める作用を有する。したがって、一層良好な靱性を得るために、必要に応じてNiを含有させてもよい。しかしながら、Niの含有量が1.0%を超えるとその効果が飽和するので、コストが嵩むばかりである。したがって、含有させる場合のNiの量を1.0%以下とした。なお、含有させる場合のNiの量は0.80%以下とすることが好ましい。
Moも、靱性を高める作用を有するので、一層良好な靱性を得るために、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、0.50%を超える量のMoを含有させても上記の効果が飽和するので、コストが嵩むばかりである。したがって、含有させる場合のMoの量を0.50%以下とした。なお、含有させる場合のMoの量は0.40%以下とすることが好ましい。
第2群の元素であるTiおよびNbは、窒化物および/または炭窒化物を形成し、結晶粒を微細化して鋼の靱性を高める作用を有するとともに、炭化物を形成して引張強度向上作用を有する。このため、上記の元素をそれぞれ、上記の範囲で含有させてもよい。以下、第2群の元素について詳しく説明する。
Tiは、鋼中の窒素および炭素と結合して窒化物、炭窒化物あるいは炭化物を形成し、結晶粒の微細化による靱性向上作用および引張強度を向上する作用を有する。したがって、より良好な靱性および一層高い引張強度を得るために、必要に応じてTiを含有させてもよい。しかしながら、0.10%を超える量のTiを含有させた場合、過剰に強化されてしまい、靱性の低下を招く。したがって、含有させる場合のTiの量を0.10%以下とした。なお、靱性低下の抑制という点から、含有させる場合のTiの量は0.08%以下とすることが好ましい。
Nbも、鋼中の窒素および炭素と結合して窒化物、炭窒化物あるいは炭化物を形成し、結晶粒の微細化による靱性向上作用および引張強度を向上する作用を有する。したがって、より良好な靱性および一層高い引張強度を得るために、必要に応じてNbを含有させてもよい。しかしながら、Nbの含有量が0.10%を超えると、過剰に強化されてしまい靱性の低下を招く。このため、含有させる場合のNbの量を0.10%以下とした。なお、含有させる場合のNbの量は0.08%以下とすることが好ましい。
前項で述べた化学成分を有する本発明の直接切削用熱間圧延鋼材のミクロ組織は、フェライト、パーライトおよび球状セメンタイトからなり、フェライトの平均結晶粒径が10μm以下、パーライトのミクロ組織に占める面積割合が20%を超えて85%以下、かつ、単位面積あたりの球状セメンタイトの個数が5.0×105〜1.5×107個/mm2でなければならない。
前項で述べた本発明の直接切削用熱間圧延鋼材のミクロ組織は、例えば、既に述べた化学成分を有する被圧延材を、次に述べる圧延方法で熱間圧延し、冷却することによって容易に得ることができる。
既に述べた化学成分を有する被圧延材を、810℃を超えて900℃以下の温度域に加熱した後、2以上の圧延工程を備える全連続式熱間圧延方法によって、圧延を開始するのが好ましい。
直接切削用熱間圧延鋼材のミクロ組織を所望のものとするためには、既に述べた化学成分を有する被圧延材を、前記「3.1.」項に記載した条件で加熱した後、全連続式熱間圧延方法によって圧延し、下記の条件〔a〕〜〔c〕の全てを満たすようにすることが好ましい。
〔b〕圧延終了時の被圧延材の表面温度が700〜800℃の温度範囲であること、
〔c〕総減面率が50%以上であること。
直接切削用熱間圧延鋼材のミクロ組織を所望のものとするためには、既に述べた化学成分を有する被圧延材を、前記「3.1.」項に記載した条件で加熱した後、前記「3.2.」項に記載した条件で熱間圧延を行って所定の形状にし、その後、400℃までの温度域を冷却速度が0.05〜5℃/秒の条件で最終冷却することが好ましい。
前記の角ビレットは、粗圧延機4台からなる「粗圧延機列」、(以下、「粗列」という。)中間圧延機6台からなる「中間圧延機列」(以下、「中間列」という。)および仕上げ圧延機4台からなる「仕上げ圧延機列」(以下、「仕上げ列」という。)の全連続式熱間圧延ラインを用いて、表2に試験番号1〜29として示した条件で圧延を実施した。
Claims (4)
- 質量%で、C:0.35〜0.55%、Si:0.15〜1.0%、Mn:1.0〜2.0%、P:0.035%以下、S:0.008〜0.050%、Cr:0.05〜1.5%、Al:0.010〜0.10%およびN:0.004〜0.03%を含有し、残部はFeおよび不純物からなり、下記の(1)式で表されるCeqが0.80〜1.20である化学成分を有し、ミクロ組織がフェライト、パーライトおよび球状セメンタイトからなり、フェライトの平均結晶粒径が10μm以下、パーライトのミクロ組織に占める面積割合が55〜65%、かつ、単位面積あたりの球状セメンタイトの個数が8.9×10 5 〜4.3×10 6 個/mm2であることを特徴とする直接切削用熱間圧延鋼材。
Ceq=C+(1/10)Si+(1/5)Mn+(5/22)Cr−(5/7)S・・・・・(1)
ただし、上記(1)式中の、C、Si、Mn、CrおよびSは、それぞれの元素の質量%での含有量を表す。 - 化学成分が、質量%で、さらに、Cu:1.0%以下、Ni:1.0%以下およびMo:0.50%以下のうちの1種以上の元素を含有することを特徴とする請求項1に記載の直接切削用熱間圧延鋼材。
- 化学成分が、質量%で、さらに、Ti:0.10%以下およびNb:0.10%以下のうちの1種以上の元素を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の直接切削用熱間圧延鋼材。
- 請求項1から3までのいずれかに記載の化学成分を有する被圧延材を、810℃を超えて900℃以下の温度域に加熱し、2以上の圧延工程を備える全連続式熱間圧延方法により圧延した後、400℃までの温度域を0.05〜5℃/秒の冷却速度で冷却する直接切削用熱間圧延鋼材の製造方法であって、該全連続式熱間圧延方法が、下記の〔a〕〜〔c〕の全てを満足することを特徴とする直接切削用熱間圧延鋼材の製造方法。
〔a〕各圧延工程中の被圧延材の表面温度が、700〜900℃の温度範囲内であること。
〔b〕圧延終了時の被圧延材の表面温度が700〜800℃の温度範囲内であること。
〔c〕総減面率が50%以上であること。
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