JP5710478B2 - 低含量のコバルトを有する硬化マルテンサイト系鋼、該鋼から部品を製造する方法、およびこれにより得られる部品 - Google Patents
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Description
− 非常に高い機械的強度、しかし同時に、高い靱性および延性、すなわち脆性破壊への低い感受性;この非常に高い強度は、最大で約400℃の温度の高温状態において維持される;
− 窒化物および酸化物などの有害な含有物が存在しないことをとりわけ意味する、良好な疲労特性;この特徴は、適切な組成および液体金属の精密仕上げのための注意深い条件によって得なければならない;
を提供する。
− C=0.18〜0.30%
− Co=1.5〜4%、好ましくは2〜3%
− Cr=2〜5%
− Al=1〜2%
− Mo+W/2=1〜4%
− V=微量〜0.3%
− Nb=微量〜0.1%
− B=微量〜30ppm
− Ni=11〜16%、ここで、Ni≧7+3.5Al
− Si=微量〜1.0%
− Mn=微量〜2.0%
− Ca=微量〜20ppm
− 希土類金属=微量〜100ppm
− Nが≦10ppmであるとき、Ti++Zr/2=微量〜100ppm、ここで、Ti+Zr/2≦10N
− 10ppm<N≦20ppmであるとき、Ti+Zr/2=微量〜150ppm
− O=微量〜50ppm
− N=微量〜20ppm
− S=微量〜20ppm
− Cu=微量〜1%
− P=微量〜200ppm
であり、
残りが、鉄、および溶練から生じる不可避の不純物であることを特徴とする鋼である。
鋼は、好ましくはCr=2〜4%を含有する。
鋼は、好ましくはAl=1〜1.6%、より好ましくは1.4〜1.6%を含有する。
鋼は、好ましくはMo≧1%を含有する。
鋼は、好ましくはMo+W/2=1〜2%を含有する。
鋼は、好ましくはV=0.2〜0.3%を含有する。
鋼は、好ましくはNi=12〜14%を含有し、Ni≧7+3.5Alである。
鋼は、好ましくはNb=微量〜0.05%を含有する。
鋼は、好ましくはSi=微量〜0.25%、より好ましくは微量〜0.10%を含有する。
鋼は、好ましくはO=微量〜10ppmを含有する。
鋼は、好ましくはN=微量〜10ppmを含有する。
鋼は、好ましくはS=微量〜10ppm、より好ましくは微量〜5ppmを含有する。
鋼は、好ましくはP=微量〜100ppmを含有する。
− 上記組成を有する鋼を調製するステップ;
− 少なくとも1つの操作によりこの鋼を成形するステップ;
− 600〜675℃で4から20時間軟化焼き戻しした後に、空気中で冷却するステップ;
− 900〜1,000℃で少なくとも1時間、固溶化熱処理した後、オーステナイトマトリックスにおいて粒界炭化物の析出を回避するために油または空気中で十分に速く冷却するステップ;
− 475〜600℃、好ましくは490〜525℃で5〜20時間、時効硬化するステップ
を含むことを特徴とする方法でもある。
− Ti+Zr/2が常に≦100ppmであるべきであり、
− かつ、Ti+Zr/2が≦10Nであるべきである、
と記載すべきである。
− 900℃で1時間の固溶化熱処理、次いで油中焼き入れによる冷却;
− それ自体が公知の方法における、また、例えば特許文献2の鋼などの、デュープレックスシステムによって硬化されるマルテンサイト系鋼に既に適用されているような:サンプルA、B、C、E、G、I、JおよびKについて−80℃で8時間の低温処理;サンプルDおよびHを−90℃で7時間の低温処理に付し、サンプルFを−100℃で6時間の処理に付した;
− 200℃で16時間の応力除去焼き戻し;
− 500℃で10時間の時効硬化、次いで空気中での冷却。
− 600〜675℃で4から20時間の軟化焼き戻し後の空気中での冷却;
− 900〜1,000℃で少なくとも1時間の固溶化熱処理、その後の、オーステナイトマトリックスにおいて粒界炭化物の析出を回避するための、油または空気による十分に速い冷却;
− 必要に応じて、すべてのオーステナイトをマルテンサイトに変態するための、−50℃以下、好ましくは−80℃から−100℃以下の間であるが−110℃以上での低温処理。ここで該温度は、Msよりも150℃以上低く、好適にはMsよりも約200℃低く、上記低温処理のうち少なくとも1つは、少なくとも4時間、長くて50時間、好ましくは4時間から10時間の間続き;特に比較的低いNi含量を有し比較的高い温度Msを生じる組成では、この低温処理はあまり有用でなく;低温処理の継続時間は、処理対象の部品の嵩高さにとりわけ依存する;
− 場合により、150〜250℃で4〜16時間実施される、焼き詰めマルテンサイトを軟化させる処理、その後の静止空気冷却;
− 475〜600℃、好ましくは490〜525℃で5〜20時間の時効硬化;490℃未満の時効は常には推奨されない。なぜなら、準安定性炭化物M3Cが依然として存在する場合があり、構造に脆性を与え得るからであり;525℃を超える時効は、靱性または延性において何ら著しい利益を得ることなく、時効による機械的強度の低下を引き起こす場合がある。
Claims (32)
- 組成が、重量パーセントで:
− C=0.18〜0.30%
− Co=1.5〜4%
− Cr=2〜5%
− Al=1〜2%
− Mo+W/2=1〜4%
− V=0〜0.3%
− Nb=0〜0.1%
− B=0〜30ppm
− Ni=11〜16%、ここで、Ni≧7+3.5Al
− Si=0〜1.0%
− Mn=0〜2.0%
− Ca=0〜20ppm
− 希土類金属=0〜100ppm
− Nが≦10ppmであるとき、Ti+Zr/2=0〜100ppm、ここで、Ti+Zr/2≦10N
− 10ppm<N≦20ppmであるとき、Ti+Zr/2=0〜150ppm
− O=0〜50ppm
− N=0〜20ppm
− S=0〜20ppm
− Cu=0〜1%
− P=0〜200ppm
であり、
残りが、鉄、および溶練から生じる不可避の不純物であることを特徴とするマルテンサイト系鋼。 - 2から3%の間のCoを含有することを特徴とする請求項1に記載のマルテンサイト系鋼。
- C=0.20〜0.25%を含有することを特徴とする請求項1または2に記載のマルテンサイト系鋼。
- Cr=2〜4%を含有することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のマルテンサイト系鋼。
- Al=1〜1.6%を含有することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のマルテンサイト系鋼。
- Al=1.4〜1.6%を含有することを特徴とする請求項5に記載のマルテンサイト系鋼。
- Mo≧1%を含有することを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載のマルテンサイト系鋼。
- Mo+W/2=1〜2%を含有することを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載のマルテンサイト系鋼。
- V=0.2〜0.3%を含有することを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載のマルテンサイト系鋼。
- Ni=12〜14%を含有し、Ni≧7+3.5Alであることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載のマルテンサイト系鋼。
- Nb=0〜0.05%であることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載のマルテンサイト系鋼。
- Si=0〜0.25%であることを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載のマルテンサイト系鋼。
- Si=0〜0.10%であることを特徴とする請求項12に記載のマルテンサイト系鋼。
- O=0〜10ppmであることを特徴とする請求項1から13のいずれか一項に記載のマルテンサイト系鋼。
- N=0〜10ppmであることを特徴とする請求項1から14のいずれか一項に記載のマルテンサイト系鋼。
- S=0〜10ppmであることを特徴とする請求項1から15のいずれか一項に記載のマルテンサイト系鋼。
- S=0〜5ppmであることを特徴とする請求項16に記載のマルテンサイト系鋼。
- P=0〜100ppmであることを特徴とする請求項1から17のいずれか一項に記載のマルテンサイト系鋼。
- 測定されたマルテンサイト変態温度Msが、100℃以上であることを特徴とする請求項1から18のいずれか一項に記載のマルテンサイト系鋼。
- 測定されたマルテンサイト変態温度Msが、140℃以上であることを特徴とする請求項19に記載のマルテンサイト系鋼。
- マルテンサイト系鋼部品を製造する方法であって、
鋼に明確な形状を与える部品の仕上げの前に、以下のステップ;
鋼を調製するステップであって、前記鋼の組成が、重量パーセントで:
− C=0.18〜0.30%
− Co=1.5〜4%
− Cr=2〜5%
− Al=1〜2%
− Mo+W/2=1〜4%
− V=0〜0.3%
− Nb=0〜0.1%
− B=0〜30ppm
− Ni=11〜16%、ここで、Ni≧7+3.5Al
− Si=0〜1.0%
− Mn=0〜2.0%
− Ca=0〜20ppm
− 希土類金属=0〜100ppm
− Nが≦10ppmであるとき、Ti+Zr/2=0〜100ppm、ここで、Ti+Zr/2≦10N
− 10ppm<N≦20ppmであるとき、Ti+Zr/2=0〜150ppm
− O=0〜50ppm
− N=0〜20ppm
− S=0〜20ppm
− Cu=0〜1%
− P=0〜200ppm
であり、残りが、鉄、および溶練から生じる不可避の不純物である、鋼を調整するステップ;
少なくとも1つの操作により前記鋼を成形するステップ;
600〜675℃で4〜20時間の軟化焼き戻しを行い、それに続いて空冷するステップ;
900〜1,000℃で少なくとも1時間、固溶化熱処理し、それに続いてオーステナイトマトリックスにおいて粒界炭化物の析出を回避するように油または空気中で冷却するステップ;及び
475〜600℃で、5〜20時間、時効硬化するステップ;
を含むことを特徴とする方法。 - 前記時効硬化するステップが、490℃〜525℃で行われることを特徴とする請求項21に記載の方法。
- 前記900〜1,000℃で少なくとも1時間、固溶化熱処理し、それに続いてオーステナイトマトリックスにおいて粒界炭化物の析出を回避するように油または空気中で冷却するステップに続いて、すべてのオーステナイトをマルテンサイトに変態するための、−50℃以下であるが−110℃以上の温度における低温処理をさらに含み、前記温度は、測定されたMsよりも150℃以上低く、前記低温処理のうち少なくとも1つが、4時間〜50時間の間、続くことを特徴とする請求項21又は22に記載の方法。
- 前記低温処理が、−80℃〜−100℃で行われることを特徴とする請求項23に記載の方法。
- 前記低温処理が、4時間〜10時間の間、続くことを特徴とする請求項23又は24に記載の方法。
- 150〜250℃で4〜16時間実施される、焼き入れされたままのマルテンサイトの軟化処理と、それに引き続く空冷と、をさらに含むことを特徴とする請求項21から25のいずれか一項に記載の方法。
- 部品がまた、浸炭、窒化、または浸炭窒化にも供されることを特徴とする請求項21から26のいずれか一項に記載の方法。
- 窒化、浸炭、または浸炭窒化が、時効サイクルの間に実施されることを特徴とする請求項27に記載の方法。
- 窒化が、475〜600℃で実施されることを特徴とする請求項28に記載の方法。
- 前記窒化、浸炭または浸炭窒化が、前記固溶化熱処理の前の熱サイクル、若しくは前記固溶化熱処理と同時の熱サイクルの間に実施されることを特徴とする請求項27に記載の方法。
- 請求項21から30のいずれか一項に記載の方法に従って製造されることを特徴とする機械的部品または構造部材用の部品。
- エンジン伝導軸、エンジン懸架装置、着陸ギア部材、ギアボックス部材または軸受中心軸であることを特徴とする請求項31に記載の機械的部品。
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