JP2005163181A

JP2005163181A - 結晶粒度特性に優れた肌焼ボロン鋼の浸炭熱処理方法

Info

Publication number: JP2005163181A
Application number: JP2004338202A
Authority: JP
Inventors: Makoto Iguchi; 誠井口; Kazuhiko Hiraoka; 和彦平岡
Original assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Current assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Priority date: 2004-11-22
Filing date: 2004-11-22
Publication date: 2005-06-23

Abstract

【課題】使用する鋼の鋼成分のＣｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｍｎなどを低減しＢを添加することによって焼入性を補った肌焼ボロン鋼とし、浸炭時のオーステナイト結晶粒度の粗大化を抑制し、結晶粒度特性に優れた肌焼ボロン鋼の製品を得る浸炭熱処理方法を提供する。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．１０〜０．３５％、Ｓｉ：０．０３〜０．３５％、Ｍｎ：２．０％以下、Ｂ：０．０００５〜０．００５％、Ｔｉ：０．１超〜０．２％、Ｎ：０．０１５％以下、Ａｌ：０．００５〜０．０５％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる肌焼ボロン鋼を用い、これを１２５０℃で鍛伸し、９００℃で焼きならし処理を施してから浸炭熱処理をすることで、浸炭時のオーステナイト結晶粒度の粗大化を抑制し、結晶粒度特性に優れた製品とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、浸炭時のオーステナイト結晶粒の粗大化を抑制することができるＢを含有する肌焼鋼を用いた浸炭熱処理方法に関するものである。

近年、低コスト化の傾向が強まり、材料費の低減や加工性の向上による生産工程の簡略化が望まれている。そのような流れの中で使用される材料もＣｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｍｎなどの合金元素を低減しＢを添加することによって焼入性を補った肌焼ボロン鋼が使用されるようになっている。しかしながら、Ｂ添加鋼では、鋼中のｆｒｅｅ−Ｎが存在するとＢＮを形成して固溶Ｂが存在しなくなり、焼入性を向上させる効果が無くなる。そこで、通常Ｔｉを０．０１〜０．０５質量％程度添加し、ｆｒｅｅ−Ｎを固定する方法が採られる。しかし、このことによってオーステナイト結晶粒の粗大化を抑制するＡｌＮが減少し、浸炭時に混粒あるいは粗粒となり、機械的性質、疲労特性および熱処理時の歪量に対して悪影響を及ぼす。そのため、浸炭時のオーステナイト結晶粒を整粒かつ微細にする必要がある。

特開昭６１−２１７５５３号公報特公昭６１−４５６８５号公報

本発明が解決しようとする課題は、本発明の方法に使用する肌焼ボロン鋼の鋼成分のＣｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｍｎなどの合金元素を低減しＢを添加することによって焼入性を補った肌焼ボロン鋼とし、浸炭時のオーステナイト結晶粒度の粗大化を抑制し、結晶粒度特性に優れた肌焼ボロン鋼からなる製品を得るための浸炭熱処理方法を提供することである。

上記の課題を解決するための本発明の手段は、請求項１の発明では、質量％で、Ｃ：０．１０〜０．３５％、Ｓｉ：０．０３〜０．３５％、Ｍｎ：２．０％以下、Ｂ：０．０００５〜０．００５％、Ｔｉ：０．１超〜０．２％、Ｎ：０．０１５％以下、Ａｌ：０．００５〜０．０５％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる肌焼ボロン鋼を用い、焼きならし処理を施してから浸炭熱処理をすることを特徴とする浸炭熱処理方法である。

請求項２の発明では、肌焼きボロン鋼は、さらに質量％で、Ｃｒ：２％以下、Ｍｏ：０．５％以下、Ｎｉ：３．０％以下のうち１種又は２種以上を含有する鋼であることを特徴とする請求項１の手段の浸炭熱処理方法である。

請求項３の発明では、肌焼きボロン鋼は、さらに質量％で、Ｖ：０．０２〜０．１０％、Ｎｂ：０．０２〜０．１０％のうち１種又は２種を含有する鋼であることを特徴とする請求項１又は２の手段の浸炭熱処理方法である。

請求項４の発明では、請求項１〜３のいずれか１項の手段の浸炭処理方法において、焼きならしを施した後、さらに冷間加工を施してから浸炭熱処理を施すことを特徴とする浸炭熱処理方法である。

上記の手段は、Ｔｉを添加した肌焼きボロン鋼の浸炭熱処理でありこの浸炭熱処理をする前に焼ならし処理をする方法であり、この方法に使用する肌焼きボロン鋼の成分組成の作用について以下に説明する。先ず、本発明の手段に使用の鋼は、上記のようにＴｉを添加することで、Ｔｉを含有する微細析出物によって浸炭時のオーステナイト結晶粒度の粗大化を抑制し、さらにＶ、Ｎｂを添加することによって、浸炭熱処理において結晶粒粗大化抑制効果を高めたものである。

以下に、本発明の方法に使用する肌焼きボロン鋼の成分割合の限定理由を述べる。なお、％は質量％を表わす。

Ｃ：Ｃは機械構造用部品として浸炭処理後の芯部強度を確保するために必要な元素であり、０．１０％未満ではその効果が十分に得られず、反対に０．３５％を超えると芯部の靱性を低下させる。そのため、含有量を０．１０〜０．３５％とした。

Ｓｉ：Ｓｉは０．０３％未満では脱酸効果が十分に得られず、過剰に含有させると加工性を低下させると共に浸炭時の粒界酸化層の形成を助長し、疲労特性についても低下させる。そのため上限を０．３５％とした。そのため、含有量を．０．３０〜０．３５％とした。

Ｍｎ：Ｍｎは焼入性を確保するのに必要な元素であるが、２．０％を超えると加工性を低下させる。そのため、含有量を２．０％以下とした。

Ｂ：Ｂは極く微量の添加によって鋼の焼入性を著しく向上させる元素であるが、０．０００５％未満ではその効果は十分でなく、０．００５％を超えると逆に焼入性を低下させる。そのため、含有量を０．０００５〜０．００５％とした。

Ｔｉ：Ｔｉは鋼中のｆｒｅｅ−Ｎを固定し、Ｂの焼入性への効果を向上させると共にＴｉ炭化物、Ｔｉを含有する複合炭化物、Ｔｉ窒化物を微細に析出させることによって、ＡｌＮに代って浸炭時のオーステナイト結晶粒度の粗大化を抑制するために必要な元素である。０．１％以下ではその効果は十分でなく、０．２％を超えると析出物の量が過剰となり加工性を低下させる。そのため、含有量を０．１％超〜０．２％とした。

Ｖ：Ｖは炭化物を形成し、Ｔｉ同様にオーステナイト結晶粒度の粗大化を抑制する効果があり、０．０２％未満ではその効果が得られず、０．１０％を超えて含有させると析出物の量が過剰となり加工性を低下させる。そのため、含有量を０．０２〜０．１０％とした。

Ｎｂ：Ｎｂは炭化物あるいは窒化物を形成し、Ｔｉ同様にオーステナイト結晶粒度の粗大化を抑制する効果があり、０．０２％未満ではその効果が得られず、０．１０％を超えて含有させると析出物の量が過剰となり加工性を低下させる。そのため、含有量を０．０２〜０．１０％とした。

Ｃｒ：Ｃｒは焼入性および浸炭性を向上させる元素であるが、２．０％を超えて含有させると浸炭層で粗大な炭化物を形成し、機械的性質、疲労特性を低下させる。そのため、含有量を２．０％以下とした。

Ｍｏ：Ｍｏは焼入性および靱性を向上させる元素であるが、０．５％を超えて含有させると圧延あるいは鍛造後にベーナイトやマルテンサイト組織となり加工性を著しく低下させる。そのため、含有量を０．５％以下とした。

Ｎｉ：Ｎｉは焼入性および靱性を向上させる元素であるが、３．０％を超えて含有させると圧延あるいは鍛造後にベーナイトやマルテンサイト組織となり加工性を著しく低下させる。そのため、含有量を３．０％以下とした。

Ｎ：Ｎは０．０１５％を超えて含有するとＴｉＮが増加し、疲労特性に悪影響を及ぼす。そのため、含有量を０．０１５％以下とした。

Ａｌ：Ａｌは脱酸剤として使用される元素であり、０．００５％未満ではその効果が十分でなく０．０５％を超えるとアルミナ系酸化物が増加し疲労特性、加工性を低下させる。そのため、含有量を０．００５〜０．０５％とした。

本発明による肌焼きボロン鋼の浸炭熱処理方法は、使用するボロン鋼の組成にＴｉ単独あるいはＴｉとＶ、Ｎｂを複合添加しているので、本発明の浸炭熱処理方法により鋼中に微細な化合物を析出させ、浸炭時のオーステナイト結晶粒度の粗大化を抑制し、結晶粒度特性に優れた製品を得ることができ、本願発明は従来にない優れた効果を奏するものである。

本発明を実施するための最良の形態について以下に説明する。本発明の肌焼きボロン鋼の浸炭熱処理方法において使用するボロン鋼の組成を表１のＮｏ．９〜Ｎｏ．２０に示す。Ｎｏ．９はＳＣ系の鋼に、Ｎｏ．１０、Ｎｏ．１１、Ｎｏ．１２、Ｎｏ．１３、Ｎｏ．１４、Ｎｏ．１５はＳＣＲ系の鋼に、Ｎｏ．１６、Ｎｏ．１７、Ｎｏ．１９、Ｎｏ．２０はＳＣＭ系に、Ｎｏ．１８はＳＮＣＭ系にそれぞれ相当する鋼である。さらにＮｏ．９〜Ｎｏ．１８はＴｉの単独添加であり、Ｎｏ．１９はＴｉとＶ、Ｎｏ．２０はＴｉとＮｂの複合添加である。なお、Ｎｏ．９におけるＣｒとＮｏ．９〜Ｎｏ．１５におけるＭｏは不可避不純物として含有されるものである。以下の実施例１を通じて本発明の最良の形態について示す。

表１に示す種々の化学成分（質量％で示す。）からなる肌焼鋼を１００ｋｇ真空溶解炉で溶製し、１２５０℃で径が２０ｍｍφの棒鋼に鍛伸した後、９００℃で焼ならしを行った。次いで、これを１４ｍｍφ×２１ｍｍＨの円柱試験片を作成した後、端面拘束型圧縮試験機を使用し、加工率７０％で加工したものと加工無しのもの２種類の試験片を作製した。そして、これらを９２５℃、９５０℃、９４５℃の各温度で６時間保持した後、水焼入れを行い、オーステナイト結晶粒粗大化温度を調べた。その結果を表２および表３に示す。

さらに、比較鋼のＮｏ．４、Ｎｏ．５と本発明実施例のＮｏ．１１の鋼について、加工率０％のものと７０％加工したものの結晶粒度（ＪＩＳ規格のＧ０５５１で記載する方法で測定)を、初期温度（８５０℃）のみのものと、さらに加熱保持したものとで対比して、表４および表５に示す。表４および表５において、初期粒度は８５０℃で３０分保持した後焼入れを行ない、測定したオーステナイト結晶粒度である。表２、表３、表４、表５から明確なように、本発明における鋼は加工を７０％施しても結晶粒粗大化温度が９７５℃以上となっており、比較鋼、特にＢ添加鋼に比べて、本発明におけるボロン鋼を使用して浸炭熱処理することで、結晶粒粗大化抑制効果が優れていることがわかる。

Claims

質量％で、Ｃ：０．１０〜０．３５％、Ｓｉ：０．０３〜０．３５％、Ｍｎ：２．０％以下、Ｂ：０．０００５〜０．００５％、Ｔｉ：０．１超〜０．２％、Ｎ：０．０１５％以下、Ａｌ：０．００５〜０．０５％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる肌焼ボロン鋼を用い、これに焼きならし処理を施してから浸炭熱処理をすることを特徴とする浸炭熱処理方法。
肌焼きボロン鋼は、さらに質量％で、Ｃｒ：２％以下、Ｍｏ：０．５％以下、Ｎｉ：３．０％以下のうち１種又は２種以上を含有する鋼であることを特徴とする請求項１に記載の浸炭熱処理方法。
肌焼きボロン鋼は、さらに質量％で、Ｖ：０．０２〜０．１０％、Ｎｂ：０．０２〜０．１０％のうち１種又は２種を含有する鋼であることを特徴とする請求項１又は２に記載の浸炭熱処理方法。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の浸炭処理方法において、焼きならしを施した後、さらに冷間加工を施してから浸炭熱処理を施すことを特徴とする浸炭熱処理方法。