JP6506978B2 - NiCrMo鋼およびNiCrMo鋼材の製造方法 - Google Patents
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Description
結晶粒微細化による強化は、一般的な強化方法の中で唯一強度を向上させつつ、延靱性の向上が可能な方法であることはよく知られており、NiCrMoV鋼においてもその効果が期待される。しかしながら、NiCrMoV鋼はγ化処理(α/γ逆変態)による細粒化が難しい鋼種であること、NiCrMoV鋼を厚肉部材に適用した場合、急速昇温や加工再結晶による結晶粒微細化が一層困難となることから、NiCrMoV鋼製の厚肉部材の結晶粒微細化は、γ化加熱と冷却(冷却は一般的に室温まで)を繰り返すことによって行われることが多く、必然的に熱処理工数が増えてしまう問題がある。
第6の本発明のNiCrMo鋼材の製造方法は、前記本発明において、前記組成に、さらに質量百分率で、V:0.10%未満を含有することを特徴とする。
第7の本発明のNiCrMo鋼材の製造方法は、前記本発明において、前記組成に、さらに質量百分率で、Nb:0.10%未満を含有することを特徴とする。
Cはマトリクス中に固溶し、固溶強度を与えるとともに、他の合金元素と合金炭化物を形成し、マトリクス中に析出することで目的となる強度の増加をもたらすため、0.1%以上添加する。しかし、多すぎると加工性や靱性の低下を招く。よってその範囲を0.10〜0.30%未満に限定する。
Siはフェライトの固溶強化元素であるが、凝固偏析を助長する元素であるため、多すぎると鋼中が不均一な組織となり、靱性の低下を招く。よってその範囲を0.05〜0.30%未満に限定する。なお、好適な態様としては、上限を0.20%とするのが望ましい。
Mnは、オーステナイト安定化元素であるため、焼入れ性を向上させ、強度を高める効果がある。ただし、0.20%未満であると焼入れ性が不十分となり、一方、1.00%を超えると、材料が硬くなって加工性が低下する。よってその範囲を0.20〜1.00%とする。なお、同様の理由で、好適な態様としては、下限を0.30%、上限を0.90%とするのが望ましい。
Pは旧オーステナイト粒界に偏析し、粒界の脆化を招く元素であるため、不純物としてその範囲を0.015%以下に限定する。
Sは、Mnと化合して硫化物系介在物を形成するが、多すぎると粗大な硫化物系介在物が増え、靱性の低下を招く。よって、不純物として、その範囲を0.015%以下に限定する。
Crは、Mnと同様に焼入れ性及び焼戻し軟化抵抗の向上をもたらす元素である。一方で、過度の含有は、材料が硬くなって加工性が低下する。よって、その範囲を1.50〜2.00%に限定する。
Moは焼戻しの強度低下を低減する役割を果たすが、過剰な添加は靱性の低下を招く。よってその範囲を0.10〜0.50%に限定する。なお、好適な態様としては、上限を0.30%とするのが望ましい。
Niは母相に固溶し焼入れ性を高め、高強度化及び高靱性化に寄与する元素である。ただし、2.50%未満であると焼入れ性が不足し、強度の低下を招く。一方、過度の含有は、材料が硬くなりすぎて加工性の低下を招く。よって、その範囲を2.50〜4.00%に限定する。なお、好適な態様としては、下限を3.00%、上限を3.80%とするのが望ましい。
Vは、CやNと化合しV(C,N)を形成するため、AlNの形成に大きく影響を及ぼす。多量に含有すると多量のV(C,N)が形成され、AlNの析出量、析出温度が変化し、AlNのピン止め作用が低下する。したがって、Vは、無添加または含有する場合は、その含有量を0.10%未満に限定する。なお、好適な態様としては、上限を0.07%とするのが望ましい。また、Vを強化元素とするために、含有量の下限は、0.03%とするのが望ましい。Vを無添加とする場合、不可避不純物として0.03%未満で含有してもよく、0.01%以下が望ましい。
AlはAlNとして析出し、結晶粒界をピン止めする。少なすぎるとピン止めに効果があるAlN粒子数が不足し、結晶粒が微細化せず、多すぎるとAlNが粗大化し、延靱性の低下を招く。よってその範囲を0.01〜0.03%とする。なお、好適な態様としては、上限を0.025%とするのが望ましい。
Nは、AlやVと化合し、AlNやV(C,N)として析出する。少なすぎると、ピン止めに効果があるAlNの析出物粒子数が不足し、結晶粒微細化せず、多すぎると析出物の粗大化、それによる延靱性の低下を招く。よってその範囲を0.005〜0.015%とする。なお、好適な態様としては、上限を0.010%とするのが望ましい。
Nbは、熱間鍛造時などの高温域、例えば1000℃〜1150℃での粒界ピン止め効果を持たせることができ、所望により含有させることができる。その場合、下限量を0.01%とするのが望ましい。さらに、0.03%以上とするのが一層望ましい。また、Nbは、不可避不純物として0.01%未満含有するものであってもよい。
本発明のNiCrMo鋼は、調質後において、マルテンサイト組織またはベイナイト組織もしくは、これらの混合組織を有する。
調質(焼入れ)の際に、加熱後、800〜200℃までの平均冷却速度が50℃/分以下でも、上記組織を形成することができる。
本発明は、肉厚部材ゆえに熱処理中の中心部の昇温速度が200℃/時間以下となってしまうNiCrMo鋼製の肉厚部材に好適に適用される。例えば、肉厚が100mm以上の部材が挙げられる。
最終γ化処理は、800℃〜930℃で行うことができる。例えば100時間を超えて保持しても、結晶粒はほとんど粗大化しないため、調質温度は狙いの機械的特性や部材の肉厚などに応じて、この温度範囲内で自由に選択できる。
本発明のNiCrMo鋼は常法により溶製することができる。溶製により得られる鋼塊は、必要に応じて鍛造等の加工や焼準し等の予備熱処理を実施し、さらに調質を行う。それらの鍛造等や熱処理は常法により行うことができ、本発明としては特定の条件に限定されるものではない。
焼入れ時の冷却は、要求される機械的特性や部材の肉厚に応じて、水冷、油冷、空冷、炉冷などを用いることができる。
結晶粒度番号および整粒であるか否かの判定は、日本工業規格G0551“鋼のオーステナイト結晶粒度試験方法”によって判定することができ、光学顕微鏡などの装置を用いて判定が可能である。組織についても光学顕微鏡を用いて判定が可能である。
本願発明の調質を経た鋼材は、一般的な熱処理条件、すなわち熱間鍛造、焼準し、焼戻し、焼入れ後、上記基準における結晶粒度で、5.5以上の整粒を示している。
熱処理(1)にQを追加した熱処理(2)及び(3)後は、いずれも結晶粒が微細になったが、試料1は結晶粒度6以上となるのは、熱処理(1)にQを2回追加した条件であり、試料1は発明鋼と比べてQを2回追加しなければならないことがわかった。
Claims (7)
- 質量百分率で、C:0.10〜0.30%未満、Si:0.05〜0.30%未満、Mn:0.20〜1.00%、P:0.015%以下、S:0.015%以下、Cr:1.50〜2.00%、Mo:0.10〜0.30%(但し、0.30%を除く)、Ni:2.50〜4.00%、Al:0.01〜0.03%、N:0.005〜0.015%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる組成を有し、JIS G0551に準拠した旧オーステナイト結晶粒度が、5.5以上であることを特徴とするNiCrMo鋼。
- 前記組成に、さらに質量百分率で、V:0.10%未満を含有することを特徴とする請求項1記載のNiCrMo鋼。
- 前記組成に、さらに質量百分率で、Nb:0.10%未満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NiCrMo鋼。
- マルテンサイト組織またはベイナイト組織、もしくはこれらの混合組織からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のNiCrMo鋼。
- 質量百分率で、C:0.10〜0.30%未満、Si:0.05〜0.30%未満、Mn:0.20〜1.00%、P:0.015%以下、S:0.015%以下、Cr:1.50〜2.00%、Mo:0.10〜0.50%、Ni:2.50〜4.00%、Al:0.01〜0.03%、N:0.005〜0.015%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる組成を有する鋼を用意し、該鋼に対し、熱間鍛造、焼準し、焼戻し後、800〜930℃×1〜100時間のγ化加熱処理を少なくとも1回行うことにより、JIS G0551に準拠した旧オーステナイト結晶粒度が、5.5以上である鋼材を得ることを特徴とするNiCrMo鋼材の製造方法。
- 前記組成に、さらに質量百分率で、V:0.10%未満を含有することを特徴とする請求項5記載のNiCrMo鋼材の製造方法。
- 前記組成に、さらに質量百分率で、Nb:0.10%未満を含有することを特徴とする請求項5または6に記載のNiCrMo鋼材の製造方法。
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