JP5937852B2 - 肌焼用鋼部品 - Google Patents
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Description
Cは、鋼部品として要求される硬さを確保するために必要な元素である。C量が0.10%未満では、焼入れ性が悪くなり、硬さを確保できない。従ってC量は0.10%以上、好ましくは0.12%以上、より好ましくは0.15%以上とする。しかしC量が過剰になり、0.30%を超えると、ベイナイトの生成を抑制できず、被削性が著しく劣化する。従ってC量は0.30%以下、好ましくは0.28%以下、より好ましくは0.23%以下とする。
Siは、鉄よりも酸化され易い元素であり、浸炭焼入れ処理中に酸素と結びついて粒界酸化層を形成し、鋼部品の衝撃特性や疲労特性を低下させる作用を有している。また、Siは鉄中に固溶し、変形抵抗を増大させるため、Si量が過剰になると部品形状にするときの熱間鍛造性が悪くなる。従ってSi量はできるだけ低減する必要があり、本発明では、0.15%以下、好ましくは0.10%以下、より好ましくは0.08%以下、更に好ましくは0.06%以下とする。
Mnは、浸炭焼入れ処理を行ったときの焼入れ性を向上させ、鋼部品として要求される硬さを確保するために積極的に含有させる元素である。即ち、Mn量が1.3%以下では、Cr等を低減したことによる焼入れ性不足を充分に補えないため、鋼部品として要求される硬さを確保できない。従ってMn量は、1.3%超となるように含有させる。Mn量は、好ましくは1.35%以上、より好ましくは1.40%以上である。しかしMn量が過剰になると、ベイナイトが過剰に生成し、フェライトとパーライトの生成が抑制されるため、肌焼用鋼部品の被削性が低下する。また、Mn量が過剰になると、成分偏析が顕著となり、材質のバラツキが大きくなる。その結果、衝撃強度や疲労強度のバラツキが大きくなる。従ってMn量は2.0%以下、好ましくは1.8%以下、より好ましくは1.7%以下とする。
Pは、鋼中に不可避的に含まれる元素であり、P量が過剰になると結晶粒界に偏析して鋼部品の衝撃特性を低下させるため、できるだけ低減する必要がある。従って本発明では、P量は0.03%以下、好ましくは0.02%以下、より好ましくは0.015%以下とする。
Sは、Pと同様、鋼中に不可避的に含まれる元素であり、S量が過剰になると、結晶粒界に偏析して鋼部品の衝撃特性を低下させるため、低減する必要がある。従って本発明では、S量は0.03%以下、好ましくは0.02%以下、より好ましくは0.015%以下とする。なお、Sは、鋼中のMnと結合してMnSを形成し、肌焼用鋼部品の被削性を向上させるのに寄与する。こうした作用を有効に発揮させるには、0.01%以上含有させることが好ましく、より好ましくは0.013%以上とする。
Cuは、肌焼用鋼部品の焼入れ性を高め、鋼部品の硬さを向上させる作用を有している元素である。また、Cuは、鉄よりも酸化され難いため、浸炭焼入れ処理時に、粒界酸化が発生するのを低減する作用を有している。こうした作用を有効に発揮させるには、Cuは0.01%以上含有させることが好ましい。しかしCuを過剰に含有すると、Cu相が析出するため、肌焼用鋼部品の被削性が低下する。また、Cuは高価な元素であるため、できるだけ低減することが推奨される。従ってCu量は0.3%以下、好ましくは0.15%以下、より好ましくは0.1%以下とする。
Niは、上記Cuと同様、肌焼用鋼部品の焼入れ性を高め、鋼部品の硬さを向上させる作用を有している元素である。また、Niは、鉄よりも酸化され難いため、浸炭焼入れ処理時に、粒界酸化が発生するのを低減する作用を有している。こうした作用を有効に発揮させるには、Niは0.01%以上含有させることが好ましい。しかしNiを過剰に含有すると、ベイナイトが生成し、フェライトとパーライトの生成が抑制されるため、肌焼用鋼部品の被削性が低下する。また、Niは高価な元素であるため、できるだけ低減することが推奨される。従ってNi量は0.25%以下、好ましくは0.2%以下、より好ましくは0.1%以下とする。
Crは、肌焼用鋼部品の焼入れ性を高め、鋼部品の硬さを向上させる作用を有している元素である。また、Crは、浸炭焼入れ処理時に、肌焼用鋼部品表面における平衡炭素濃度を高めて浸炭性を改善する作用も有している。こうした作用を有効に発揮させるには、Crは、0.05%以上含有させることが好ましく、より好ましくは0.1%以上である。しかしCrは、Mnに比べて高価な元素であるため、本発明では、Crの添加を極力控える必要がある。従ってCr量は0.3%以下、好ましくは0.27%以下、より好ましくは0.23%以下とする。
Alは、脱酸剤として作用し、肌焼用鋼部品に含まれる酸化物系介在物量を低減して内部品質を高める作用を有する元素である。こうした作用を有効に発揮させるには、Alは0.03%以上含有させることが好ましい。しかしAlを過剰に含有すると、粗大で硬い非金属介在物(AlNやAl2O3)が生成し、肌焼用鋼部品の被削性が低下する。また、鋼部品の疲労特性も低下する。従ってAl量は0.06%以下、好ましくは0.05%以下、より好ましくは0.04%以下とする。
Nは、鋼中に不可避的に含まれる元素であり、N量が過剰になると、AlNやTiN等の窒化物が生成し、肌焼用鋼部品の被削性が低下する。また、窒化物が多くなると変形能が低下し、肌焼用鋼部品の形状に加工するときの熱間鍛造性が劣化する。従ってN量はできるだけ低減する必要があり、本発明では、N量は0.02%以下、好ましくは0.010%以下、より好ましくは0.0060%以下、更に好ましくは0.0050%以下とする。
Bは、少量の添加で肌焼用鋼部品の焼入れ性を大幅に高め、鋼部品の硬さを向上させる作用を有している元素である。しかしB量が0.0005%未満では、こうした焼入れ性向上作用は発揮されない。従って本発明では、B量は0.0005%以上、好ましくは0.0008%以上、より好ましくは0.0010%以上である。しかしBを過剰に含有させても焼入れ性向上作用は飽和する。また、BNが過剰に生成して鋼部品の衝撃特性を低下する。また、BNが生成して冷間および熱間の変形能も悪くなる。従ってB量は0.005%以下、好ましくは0.0030%以下、より好ましくは0.0020%以下とする。
Tiは、鋼中のNと結合し、NがBと結合するのを妨げて固溶B量を確保し、固溶Bによる焼入れ性を確保するために添加する元素である。また、Tiは、鋼中のCと結合してTi窒化物(TiC)を形成し、浸炭焼入れ処理時に、結晶粒が粗大化するのを抑制する作用を有している元素である。従って本発明では、Ti量は0.01%以上、好ましくは0.03%以上、より好ましくは0.035%以上とする。しかしTiを0.08%を超えて含有させてもこうした効果は飽和する。また、Tiを過剰に含有すると、TiCが過多に生成して肌焼用鋼部品の被削性を低下させる。従って本発明では、Ti量は0.08%以下、好ましくは0.07%以下、より好ましくは0.065%以下とする。
Oは、鋼中に不可避的に含まれる元素であり、O量が過剰になると、酸化物系介在物が生成し、鋼部品の衝撃特性や疲労特性が低下する。従ってO量はできるだけ低減する必要があり、本発明では、O量は0.003%以下、好ましくは0.002%以下、より好ましくは0.0010%以下とする。
Moは、上述した作用を有しており、こうした作用を有効に発揮させるには、0.01%以上含有させることが好ましく、より好ましくは0.03%以上である。しかしMoを過剰に含有すると、ベイナイトが生成し易くなり、フェライトとパーライトが生成し難くなる。また、Moは高価な元素であるため、使用量は低減することが推奨される、従って本発明では、Mo量は0.3%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.15%以下、更に好ましくは0.10%以下である。
Vは、上述した作用を有している他、鋼中で炭化物や窒化物として析出し、鋼部品の硬度を高める作用も有している元素である。また、Vの炭化物や窒化物は、水素のトラップサイトとして作用し、鋼部品の耐遅れ破壊性を向上させる作用も有している。こうした作用を有効に発揮させるには、Vは、0.03%以上含有させることが好ましく、より好ましくは0.05%以上とする。しかしVを過剰に含有すると、Vの炭化物を生成して被削性を劣化させることがある。また、Vは高価な元素であるため、使用量はできるだけ低減することが推奨される。従って本発明では、V量は0.30%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.2%以下、更に好ましくは0.1%以下とする。
Nbは、上述した作用を有している他、鋼中で炭化物(NbC)として析出し、浸炭焼入れ処理時に結晶粒が粗大化するのを抑制する作用も有している。こうした作用を有効に発揮させるには、Nbは、0.03%以上含有させることが好ましく、より好ましくは0.035%以上である。しかしNbを過剰に含有させてもその効果は飽和する。また、Nbを過剰に含有すると、Nbの炭化物の析出量が過多となり、被削性が却って低下する。従って本発明では、Nb量は0.08%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.07%以下、更に好ましくは0.065%以下とする。
被削性は、被削試験によって評価した。被削試験は、試験機としてNC旋盤を用い、上記供試材(直径60mm)を旋盤加工して工具寿命を測定して行った。被削試験の詳細な条件は次の通りである。
<被削試験の条件>
切削速度 :150m/秒
送り量 :1.5mm
切込み量 :0.25mm/rev
工具 :超硬(P10)
潤滑剤の有無:無し(乾式)
判定基準 :逃げ面摩耗量が0.2mmとなるまでの時間(分)
静的曲げ特性は、静的曲げ試験を行って評価した。静的曲げ試験は、上記供試材(直径60mm)のD/4位置(Dは直径)から、機械加工により10mm×10mm×55mm(2mmのUノッチ)の形状の試験片を切り出し、浸炭焼入れ焼戻し処理を施した後に行った。
衝撃特性は、衝撃試験を行って評価した。衝撃試験は、上記供試材(直径60mm)のD/4位置(Dは直径)から、機械加工により10mm×10mm×55mm(10Rノッチ)の形状の試験片を切り出し、上記静的曲げ特性を評価したときと同じ条件で、浸炭焼入れ焼戻し処理を施した後に行った。焼戻し処理後、JIS Z2242に規定されている「金属材料のシャルピー衝撃試験方法」に基づいて衝撃試験を行い、吸収エネルギーを測定した。測定結果を下記表3または表4に示す。
Claims (3)
- C :0.10〜0.30%(質量%の意味。以下、成分について同じ)、
Si:0.15%以下(0%を含まない)、
Mn:1.3%超、2.0%以下、
P :0.03%以下(0%を含まない)、
S :0.03%以下(0%を含まない)、
Cu:0.3%以下(0%を含まない)、
Ni:0.25%以下(0%を含まない)、
Cr:0.3%以下(0%を含まない)、
Al:0.06%以下(0%を含まない)、
N :0.02%以下(0%を含まない)、
B :0.0005〜0.005%、
Ti:0.01〜0.08%、および
O :0.003%以下(0%を含まない)を含有し、
残部:鉄および不可避不純物からなる肌焼用鋼部品であって、
金属組織が、
フェライト:35〜70面積%、
パーライト:30〜65面積%、
ベイナイト:5面積%未満(0面積%を含む)で構成されており、
フェライトの粒度番号は7.0〜9.0であり、
パーライトのラメラ間隔は200nm以下(0nmを含まない)であることを特徴とする肌焼用鋼部品。 - 更に他の元素として、
Mo:0.3%以下(0%を含まない)、
V :0.30%以下(0%を含まない)、および
Nb:0.08%以下(0%を含まない)よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含有する請求項1に記載の肌焼用鋼部品。 - 請求項1または2に記載の成分組成を満足する鋼を部品形状に熱間鍛造した後、
620〜700℃の温度域で45〜480分間保持し、
600℃から300℃までの温度範囲を5℃/秒以下(0℃/秒を含まない)で冷却することによって、
金属組織が、
フェライト:35〜70面積%、
パーライト:30〜65面積%、
ベイナイト:5面積%未満(0面積%を含む)で構成されており、
フェライトの粒度番号は7.0〜9.0であり、
パーライトのラメラ間隔は200nm以下(0nmを含まない)である肌焼用鋼部品の製造方法。
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JP2012050916A JP5937852B2 (ja) | 2012-03-07 | 2012-03-07 | 肌焼用鋼部品 |
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