JP7018138B2 - 熱処理硬化型高炭素鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
[関係式1]
Tc≦374-423*C(重量%)-30.4*Mn(重量%)
炭素は、鋼板の強度を向上させるための必須元素であるだけでなく、本発明で実現しようとするマルテンサイト組織及び転位密度を確保するために適正添加が必要である。上記炭素の含有量が0.65%未満の場合には、熱処理後の鋼板の微細組織として90面積%以上のマルテンサイト組織を確保することが難しくなるという問題がある。さらに、マルテンサイト組織を形成しても、内部に転位密度が十分に確保されないため、十分な強度を得ることができない。これに対し、上記炭素の含有量が1.0%を超えると、マルテンサイト形成温度が低くなり、残留オーステナイトが多く残るようになる。かかる残留オーステナイトを減らすために、より低い温度に冷却を行うと、熱処理衝撃による亀裂が発生する原因となる。したがって、本発明におけるCの含有量は、0.65~1.0%とすることが好ましい。
シリコンは、脱酸剤として作用するだけでなく、鋼板の強度を向上させる役割を果たす。上記シリコンの含有量が0.5%を超えると、鋼板表面にスケールが形成されて鋼板の表面品質が低下するという問題があるため、本発明におけるSiの含有量は、0.5%以下(0を除く)とすることが好ましい。
マンガンは、鋼の強度及び硬化能を向上させるだけでなく、鋼の製造工程のうち不可避に含有される硫黄(S)と結合してMnSを形成させることにより、Sによるクラックの発生を抑制する役割を果たす。本発明において、かかる効果を得るためには、上記マンガンの含有量が0.1%以上であることが好ましい。これに対し、2.0%を超えると、残留オーステナイトが多く残るようになるという問題があるため、本発明における上記Mnの含有量は、0.1~2.0%とすることが好ましい。
リンは、鋼中に不可避に含有される不純物であって、結晶粒界に偏析されて鋼の靭性を低下させる主な原因となる元素であるため、できる限り低く制御することが好ましい。理論上、Pの含有量を0%に制限することが有利であるが、製造工程上必然的に含有せざるを得ない。したがって、上限を管理することが重要であり、本発明では、上記Pの上限を0.05%とすることが好ましい。
硫黄は、鋼中に不可避に含有される不純物であって、マンガンと反応し、MnSを形成して析出物の含有量を増加させ、鋼を脆化せる主な原因となる元素である。したがって、できる限り低く制御することが好ましい。理論上、Sの含有量を0%に制限することが有利であるが、製造工程上必然的に含有せざるを得ない。したがって、上限を管理することが重要であり、本発明では、上記Sの上限を0.03%とすることが好ましい。
[関係式1]
Tc≦374-423*C(重量%)-30.4*Mn(重量%)
上記関係式1は、マルテンサイトの生成及び終了温度の関係を考慮して導出したものであり、炭素及びマンガンの含有量が後続過程でフェライトや炭化物として形成されることができ、マルテンサイトの形成に重要な影響を与えることを考慮して導出したものである。
下記表1の組成(重量%、残りはFe及び不可避不純物である)を有する鋼板を設けた後、上記鋼板を下記表2の条件で加熱し、冷却した。その後、鋼板の微細組織を観察し、機械的物性を測定し、下記表3に示した。
Claims (9)
- 重量%で、C:0.65~1.0%、Si:0.5%以下(0を除く)、Mn:0.1~2.0%、P:0.05%以下、S:0.03%以下を含み、残りはFe及び不可避不純物からなり、
微細組織は、面積分率で、マルテンサイトを85%以上含み、残留オーステナイトを5%以下、炭化物及びフェライト相のうち1つ以上を10%以下含み、
脆性破壊に対する材料の抵抗度を示すKICは15MPa・m1/2以上である、熱処理硬化型高炭素鋼板。 - 前記鋼板の硬度と靭性の積が14,000Hv・MPa・m1/2以上である、請求項1に記載の熱処理硬化型高炭素鋼板。
- 前記マルテンサイトの板の平均厚さは0.25μm以下である、請求項1又は2に記載の熱処理硬化型高炭素鋼板。
- 前記マルテンサイトの板の厚さが0.4μm以下であるものが70%以上である、請求項1から3のいずれか1項に記載の熱処理硬化型高炭素鋼板。
- 重量%で、C:0.65~1.0%、Si:0.5%以下(0を除く)、Mn:0.1~2.0%、P:0.05%以下、S:0.03%以下を含み、残りはFe及び不可避不純物からなる鋼板を設ける段階と、
前記設けられた鋼板をAe3以上の加熱温度まで加熱する段階と、
前記加熱された鋼板を冷却終了温度(Tc)まで冷却する段階と、
前記冷却後に、100℃以上の温度で後続熱処理を行う段階と、を含み、前記冷却終了温度(Tc)は下記関係式1を満たす、請求項1から4のいずれか1項に記載の熱処理硬化型高炭素鋼板の製造方法。
[関係式1]
Tc≦374-423*C(重量%)-30.4*Mn(重量%) - 前記加熱段階の加熱温度で0.5~15分間維持する、請求項5に記載の熱処理硬化型高炭素鋼板の製造方法。
- 前記冷却段階における冷却速度は70℃/s以上である、請求項5又は6に記載の熱処理硬化型高炭素鋼板の製造方法。
- 前記冷却は液体窒素を用いて行う、請求項5から7のいずれか1項に記載の熱処理硬化型高炭素鋼板の製造方法。
- 前記後続熱処理は1~300分間の維持時間で行う、請求項5から8のいずれか1項に記載の熱処理硬化型高炭素鋼板の製造方法。
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