JP5716996B2 - 耐摩耗低合金鋳鋼 - Google Patents
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Description
以上のことが従来技術として知られている
ここで、焼割れとは、焼入れ工程で発生する割れと、焼入れ後に室温に放置した状態で発生する置き割れを含む。
請求項1に記載した化学成分を設定した理由を以下に説明する。
1) C :0.30〜0.35%
Cは焼入れ硬さを支配する重要な元素であり、HRC45〜53の硬さを得るために0.30〜0.35%とした。0.30%未満ではHRC45以上の硬さが得られず、0.35%を超えると焼割れが増加するため上記の範囲とした。
Siの焼入れ性に対する効果は小さいが、脱酸および湯流れ性を確保するうえで重要であり、0.30%未満では脱酸効果が不十分であり鋳物製品内部のガス欠陥が増加し、0.60%を超えると偏析が増加し靭性が低下するため上記の範囲とした。
Mnは鋼の焼入れ性を向上する効果が最も高い元素であり、HRC45〜53の硬さを安定して実現するために0.90〜1.50%とした。0.90%未満では特に1インチを超える肉厚製品に対して上記の硬さを安定して確保できず、1.5%を超えると偏析を生じて靭性(シャルピー衝撃値)が低下するため上記の範囲とした。
CrはMn、Moに次いで焼入れ性向上効果が高い元素であると同時に結晶粒を微細化して靭性を向上して耐焼割れ性を向上するため0.91〜1.50%とした。0.91%未満では効果が不十分で芯部硬さが45HRC以下に低下し、1.50%を超えると炭化物が増加して靭性が低下するため上記の範囲とした。
Niは靭性を向上する効果が最も高い元素であり、特に1インチを超える肉厚製品に対してシャルピー衝撃値20〜40J/cm2を実現するため、1.60%未満では効果が不十分であり、1.90%を超えると衝撃値が飽和するため上記の範囲とした。
MoはMnに次いで焼入れ性向上効果が高い元素であると同時に焼戻し軟化抵抗を高める作用があり0.20〜0.30%とした。0.20%未満では効果が不十分であり、0.30%を超えると偏析を生じて靭性が若干低下するため上記の範囲とした。
鋼にとっては靭性を低下させる有害元素であるため0.05%以下とした。
1) 均質化処理工程
鋳造後の金属組織は凝固時のデンドライト組織が粗大に発達して非常に不均一であると共に化学成分の偏析が著しい。また、鋳造応力を内蔵している。このため、焼入れ工程に先立ち、完全なオーステナイト組織となる温度に加熱して成分、組織を均質化すると共に鋳造応力を開放する必要がある。均質化処理の温度が1000℃未満では効果が不十分であり、1100℃を超えると結晶粒が成長して粗大化するため1000〜1100℃とした。均質化処理温度に保持する時間は製品の肉厚に応じて適宜設定すればよい。また、冷却は熱処理による応力が極力残留しないように炉冷することが好ましい。
均質化処理工程に引続いて、850〜950℃に昇温保持した後、水中に投入して水焼入れを実施する。焼入れ温度が850℃未満では均一なオーステナイト組織にすることができないため靭性が低下し、950℃を超えると結晶粒が粗大化すると共に焼入れ硬さが低下する。焼入れ温度に保持する時間は製品の肉厚に応じて適宜設定すればよい。また、形状が複雑で肉厚が不均一な製品の場合は、Ms点+50℃程度の温度まで冷却した後、水中から引上げて放冷するなどの手段を講じることが好ましい。
焼入れ工程に引続き、焼入れによる応力を緩和すると共に硬さと靭性を調整するため焼戻しを行う。焼戻し工程では、150〜280℃に昇温保持した後、室温まで炉冷する。焼戻し温度が150℃未満では靭性を回復する効果が不十分であり、280℃を超えると低温焼戻し脆性が発生する危険性が増大する。
硬さおよびシャルピー衝撃値は、熱処理を実施した各々のYブロックから切り出した試験片を用いて評価した。
硬さ測定は、ロックウェル硬度計のCスケール(HRC)を使用し、測定方法はJIS Z2245(ISO 6508)に従って実施した。
シャルピー衝撃値の測定は、シャルピー衝撃試験機を使用し、JIS Z2242(ISO 83)に従って実施した。試験片形状は、JIS Z2202の2ミリUノッチ試験片を用いた。
実施例1〜3のYブロックは、1070℃で均質化処理を実施した後、890℃に加熱保持してから水焼入れを行い、その後、230℃で焼戻しした。
比較例1〜5のYブロックは、実施例1〜3と同じ条件で熱処理を行った。
表2
硬さ測定は、ロックウェル硬度計のCスケール(HRC)を使用し、測定方法はJIS Z2245(ISO 6508)に従って実施した。
シャルピー衝撃値の測定は、シャルピー衝撃試験機を使用し、JIS Z2242(ISO 83)に従って実施した。試験片形状は、JIS Z2202の2ミリUノッチ試験片を用いた。
Claims (2)
- Mass%でC 0.30〜0.35、Si 0.30〜0.60、Mn 0.90〜1.50、Cr 0.91〜1.50、Ni 1.60〜1.90、Mo 0.20〜0.30、P 0.05以下、S 0.05以下、および残部がFeと不可避不純物からなり、製品肉厚が1インチ以上であって、硬さがHRC45〜53、シャルピー衝撃値(Uノッチ)20〜40J/cm2であることを特徴とする耐摩耗低合金鋳鋼
- 1000〜1100℃に加熱保持した後炉冷する均質化処理工程と、850〜950℃に加熱保持した後水焼入れを行う焼入れ工程と、150〜280℃に加熱保持した後室温まで炉冷する焼戻し工程からなる熱処理を施すことを特徴とする、請求項1に記載の耐摩耗低合金鋳鋼
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