JP5799917B2 - 熱間圧延棒鋼または線材 - Google Patents
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DI=0.311×C0.5×(1+0.64×Si)×(1+4.10×Mn)×(1+2.83×P)×(1+2.33×Cr)×(1+0.27×Cu)×(1+0.52×Ni)×(1+3.14×Mo)・・・[1]
ただし、式[1]中の元素記号は、その元素の含有量(質量%)を表す。
C:0.1〜0.3%、
Si:0.05〜1.5%、
Mn:0.4〜2.0%、
S:0.003〜0.05%、
Cr:0.5〜3.0%、
sol.Al:0.020〜0.060%および
N:0.010〜0.025%を含有し、
残部がFeおよび不純物からなり、不純物中のP、TiおよびOがそれぞれ、
P:0.025%以下、
Ti:0.003%以下、
O(酸素):0.002%以下、
の化学組成を有し、
AlNとして析出しているAlの量が0.030%以下であり、
横断面内において、前記断面の中心位置を基準に、中心角45°置きに表面からの深さ1mm位置までの8領域を線分析したときに、下記の式[1]で表されるDIの最小値が2.0以上、かつ、最大値が5.0以下であることを特徴とする、
熱間圧延棒鋼または線材。
DI=0.311×C0.5×(1+0.64×Si)×(1+4.10×Mn)×(1+2.83×P)×(1+2.33×Cr)×(1+0.27×Cu)×(1+0.52×Ni)×(1+3.14×Mo)・・・[1]
ただし、式[1]中の元素記号は、その元素の含有量(質量%)を表す。
Cu:0.4%以下、
Ni:1.5%以下および
Mo:0.8%以下
のうちから選ばれる1種以上を含有することを特徴とする、上記(1)に記載の熱間圧延棒鋼または線材。
Nb:0.08%以下および
V:0.2%以下
のうちから選ばれる1種以上を含有することを特徴とする、上記(1)または(2)に記載の熱間圧延棒鋼または線材。
C:0.1〜0.3%
Cは、浸炭焼入れあるいは浸炭窒化焼入れしたときの部品の芯部強度を確保するために必須の元素である。そ含有量が0.1%未満では、前記の効果が不十分である。一方、Cの含有量が0.3%を超えると、熱間鍛造後の被削性の低下が顕著になる。したがって、Cの含有量を0.1〜0.3%とした。なお、Cの含有量は、0.18%以上、0.25%以下であることが好ましい。
Siは、焼入れ性および焼戻し軟化抵抗を高める効果が大きく、また、疲労強度の向上にも効果を有する元素である。しかし、Siの含有量が0.05%未満では、前記の効果が不十分である。一方、Siの含有量が多過ぎると、鋼に対して熱間鍛造を実施した後、または、熱間鍛造された鋼に対して焼準を施した後、鋼中にベイナイトが生成しやすくなって鋼の硬さが上昇し、被削性が低下する。特に、Siの含有量が1.5%を超えると、疲労強度を高める効果が飽和するだけでなく、熱間鍛造後や焼準後の被削性の低下が顕著になる。したがって、Siの含有量を0.05〜1.5%とした。なお、Si含有量は、0.4%以上、0.8%以下であることが好ましい。
Mnは、焼入れ性および焼戻し軟化抵抗を高める効果が大きく、疲労強度の向上にも効果を有する元素である。その含有量が0.4%未満では、前記の効果が不十分である。一方、Mnの含有量が多過ぎると、鋼に対して熱間鍛造を実施した後、または、熱間鍛造された鋼に対して焼準を施した後、鋼中にベイナイトが生成しやすくなって鋼の硬さが上昇し、被削性が低下する。特に、Mnの含有量が2.0%を超えると、前記の効果が飽和するだけでなく、熱間鍛造後や焼準後の被削性の低下が顕著になる。したがって、Mnの含有量を0.4〜2.0%とした。なお、Mnの含有量は、0.8%以上、1.2%以下であることが好ましい。
Sは、Mnと結合してMnSを形成し、被削性を向上させる。しかし、その含有量が0.003%未満では、前記の効果が得難い。一方、Sの含有量が多くなると、粗大なMnSを生成しやすくなり、疲労強度を低下させる傾向があり、特に、Sの含有量が0.05%を超えると、疲労強度低下が顕著になる。したがって、Sの含有量を0.003〜0.05%とした。なお、Sの含有量は、0.01%以上、0.03%以下であることが好ましい。
Crは、焼入れ性および焼戻し軟化抵抗を高める効果が大きく、疲労強度の向上に有効な元素である。その含有量が0.5%未満では、前記の効果が不十分である。一方、Crの含有量が多過ぎると、鋼に対して熱間鍛造を実施した後、または、熱間鍛造された鋼に対して焼準を施した後、鋼中にベイナイトが生成しやすくなって鋼の硬さが上昇し、被削性が低下する。特に、Crの含有量が3.0%を超えると、疲労強度を高める効果が飽和するだけでなく、熱間鍛造後や焼準後の被削性の低下が顕著になる。したがって、Crの含有量を0.5〜3.0%とした。なお、Crの含有量が1.3%以上になると、疲労強度の向上効果が顕著になるので、Crの含有量は1.3%以上であることが好ましい。なお、Crの含有量は、2.0%以下であることが好ましい。
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、浸炭あるいは浸炭窒化の工程の加熱時のオーステナイト粒粗大化防止に有効な元素である。しかし、Alの含有量がsol.Alで0.020%未満では、他の要件を満たしていても、後述の「980℃以下の温度で3時間加熱した場合に粗粒が発生しないこと」という、本発明の目標とするオーステナイト粒粗大化防止効果が得られない。また、Alの含有量がsol.Alで0.060%を超える場合も同様に、他の要件を満たしていても、上記の本発明で目標とするオーステナイト粒粗大化防止効果が得られない。したがって、Alの含有量をsol.Alで0.020〜0.060%とした。Alの含有量は、sol.Alで0.030%以上、0.050%以下であることが好ましい。なお、「sol.Al」とは、「酸可溶Al」を指す。
Nは、Al、Nb、V、Tiと結合してAlN、NbN、VN、TiNを形成しやすいため、浸炭あるいは浸炭窒化の工程の加熱時のオーステナイト粒の粗大化防止に有効な元素である。しかし、Nの含有量が0.010%未満では、他の要件を満たしていても、本発明で目標とするオーステナイト粒の粗大化を防止できない。一方、Nの含有量が0.025%を超えると、製鋼工程において量産で安定して製造することが難しい。したがって、Nの含有量を0.010〜0.025%とした。なお、Nの含有量は、0.013%以上、0.020%以下であることが好ましい。
Pは、粒界偏析して粒界を脆化させやすい元素で、0.025%を超えると、疲労強度を低下させる。したがって、不純物中のPの含有量を0.025%以下とした。なお、不純物中のPの含有量は0.015%以下とすることが好ましい。
Tiは、Nと結合して硬質で粗大なTiNを形成しやすく、疲労強度を低下させてしまう。特に、Tiの含有量が0.003%を超えると、疲労強度の低下が著しくなる。したがって、不純物中のTi含有量を0.003%以下とした。なお、不純物元素としてのTiの含有量は0.002%以下にすることが好ましく、製鋼工程でのコスト上昇をきたさない範囲で、できる限り少なくすることがさらに望ましい。
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、面疲労強度を低下させてしまう。特に、Oの含有量が0.002%を超えると、面疲労強度の低下が著しくなる。したがって、不純物中のO含有量を0.002%以下とした。なお、不純物元素としてのOの含有量は0.001%以下にすることが好ましく、製鋼工程でのコスト上昇をきたさない範囲で、できる限り少なくすることがさらに望ましい。
Cuは、焼入れ性を高める効果があり、より疲労強度を高めるために有効な元素であるので、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0.4%を超えると、熱間延性を低下させて、熱間加工性の低下が顕著となる。したがって、Cuを含有させる場合には、その含有量を0.4%以下とした。なお、Cu含有量の上限は0.3%であることが好ましい。
Niは、焼入れ性を高める効果があり、より疲労強度を高めるために有効な元素であるので、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Niの含有量が1.5%を超えると、焼入れ性の向上による疲労強度を高める効果が飽和するだけでなく、熱間鍛造後の被削性の低下が顕著になる。したがって、したがって、Niを含有させる場合には、その含有量を1.5%以下とした。なお、Ni含有量の上限は0.8%であることが好ましい。
Moは、焼入れ性を高める効果があり、また、焼戻し軟化抵抗を高める効果もあって、より疲労強度を高めるために有効な元素であるので、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Moの含有量が多過ぎると、鋼に対して熱間鍛造を実施した後、または、熱間鍛造された鋼に対して焼準を施した後、鋼中にベイナイトが生成しやすくなって鋼の硬さが上昇し、被削性が低下する。特に、Moの含有量が0.8%を超えると、疲労強度を高める効果が飽和するだけでなく、熱間鍛造後や焼準後の被削性の低下が顕著になり、さらに、変形抵抗が高くなって冷間鍛造性の低下も顕著となる。したがって、Moを含有させる場合には、その含有量を0.8%以下とした。なお、Mo含有量の上限は0.4%であることが好ましい。
Nbは、C、Nと結合してNbC、NbN、Nb(C、N)を形成しやすく、前述したAlNによる浸炭加熱時のオーステナイト粒粗大化防止を補完するのに有効な元素である。しかしながら、Nbの含有量が0.08%を超えると、オーステナイト粒粗大化防止の効果がむしろ低下する。このため、合金コストが嵩んで、経済性を損なうことになる。したがって、Nbを含有させる場合には、その含有量を0.08%以下とした。なお、Nb含有量の上限は0.04%であることが好ましい。
Vは、C、Nと結合してVN、VCを形成しやすく、このうち、VNは前述したAlNによる浸炭加熱時のオーステナイト粒粗大化防止を補完するのに有効である。しかしながら、Vの含有量が0.2%を超えると、オーステナイト粒粗大化防止の効果がむしろ低下する。このため、合金コストが嵩んで、経済性を損なうことになる。したがって、Vを含有させる場合には、その含有量を0.2%以下とした。なお、V含有量の上限は0.1%であることが好ましい。
本発明の熱間圧延棒鋼または線材が、上記(A)および後述の(C)を満たす場合であっても、AlNとして析出しているAlの量が多過ぎると、熱間鍛造後あるいは熱間鍛造の後の焼準後に、浸炭焼入れあるいは浸炭窒化焼入れする工程で加熱、特に、980℃以下の温度で3時間加熱した際にオーステナイト粒の粗大化を安定して防止することができない。このため、AlNとして析出しているAlの量を0.030%以下とした。なお、AlNとして析出しているAl量の上限は、0.025%であることが好ましい。
本発明の熱間圧延棒鋼または線材は、横断面内において、前記断面の中心位置を基準に、中心角45°置きに表面からの深さ1mm位置までの8領域を線分析したときに、
DI=0.311×C0.5×(1+0.64×Si)×(1+4.10×Mn)×(1+2.83×P)×(1+2.33×Cr)×(1+0.27×Cu)×(1+0.52×Ni)×(1+3.14×Mo)・・・[1]
で表されるDIの最小値が2.0以上、かつ、最大値が5.0以下でなければならない。式[1]中の元素記号は、その元素の含有量(質量%)を表す。
表1に示す化学組成を有する鋼Aおよび鋼Bを70トン転炉で成分調整した後、連続鋳造を行って、400mm×300mm角の鋳片(ブルーム)を作製し、600℃まで冷却した。なお、連続鋳造の凝固途中の段階で圧下を加えた。
・試験数:8、
・温度:室温、
・雰囲気:大気中、
・回転数:3000rpm。
表4に示す化学組成を有する鋼C〜Oを70トン転炉で成分調整した後、連続鋳造を行って、400mm×300mm角の鋳片(ブルーム)を作製し、600℃まで冷却した。なお、連続鋳造の凝固途中の段階で圧下を加えた。
Claims (3)
- 質量%で、
C:0.1〜0.3%、
Si:0.05〜1.5%、
Mn:0.4〜2.0%、
S:0.003〜0.05%、
Cr:0.5〜3.0%、
sol.Al:0.020〜0.060%および
N:0.010〜0.025%を含有し、
残部がFeおよび不純物からなり、不純物中のP、TiおよびOがそれぞれ、
P:0.025%以下、
Ti:0.003%以下、
O(酸素):0.002%以下、
の化学組成を有し、
AlNとして析出しているAlの量が0.030%以下であり、
横断面内において、前記断面の中心位置を基準に、中心角45°置きに表面からの深さ1mm位置までの8領域を線分析したときに、下記の式[1]で表されるDIの最小値が2.0以上、かつ、最大値が5.0以下であることを特徴とする、
熱間圧延棒鋼または線材。
DI=0.311×C0.5×(1+0.64×Si)×(1+4.10×Mn)×(1+2.83×P)×(1+2.33×Cr)×(1+0.27×Cu)×(1+0.52×Ni)×(1+3.14×Mo)・・・[1]
ただし、式[1]中の元素記号は、その元素の含有量(質量%)を表す。 - Feの一部に代えて、質量%で、
Cu:0.4%以下、
Ni:1.5%以下および
Mo:0.8%以下
のうちから選ばれる1種以上を含有することを特徴とする、請求項1に記載の熱間圧延棒鋼または線材。 - Feの一部に代えて、質量%で、
Nb:0.08%以下および
V:0.2%以下
のうちから選ばれる1種以上を含有することを特徴とする、請求項1または2に記載の熱間圧延棒鋼または線材。
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