熱鍛造用非調(diào)質(zhì)鋼、及熱鍛造非調(diào)質(zhì)品及其制造方法

專(zhuān)利名稱(chēng)：熱鍛造用非調(diào)質(zhì)鋼、及熱鍛造非調(diào)質(zhì)品及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱鍛造后不實(shí)施調(diào)質(zhì)處理而直接加工成汽車(chē)、產(chǎn)業(yè)用機(jī)械等的機(jī)械構(gòu)件的熱鍛造用非調(diào)質(zhì)鋼原料、和采用其的熱鍛造非調(diào)質(zhì)品及其制造方法，特別是涉及以熱鍛造原樣、即使不進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理也具有高強(qiáng)度、高耐久比、且可進(jìn)行高頻淬火的熱鍛造用非調(diào)質(zhì)鋼。
背景技術(shù)：
從前，汽車(chē)及產(chǎn)業(yè)機(jī)械等的機(jī)械結(jié)構(gòu)構(gòu)件的大部分在從原料棒鋼熱鍛造成構(gòu)件形狀后，通過(guò)再加熱、實(shí)施淬火回火的調(diào)質(zhì)處理，賦予高強(qiáng)度及高韌性。近年來(lái)，從降低制造成本的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，將淬火回火的調(diào)質(zhì)處理工序省略，例如，如專(zhuān)利文獻(xiàn)I等中所示，提出了以熱鍛造的原樣、即使不進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理也能賦予高強(qiáng)度及高韌性的非調(diào)質(zhì)鋼。其中，在曲軸等軸類(lèi)構(gòu)件中，在熱加工后，通過(guò)冷卻賦予規(guī)定的強(qiáng)度，再通過(guò)機(jī)械加工等加工成規(guī)定的形狀，然后對(duì)必要的部位實(shí)施高頻淬火，形成表面硬化層，由此提高耐磨損性及疲勞強(qiáng)度。專(zhuān)利文獻(xiàn)I中記載了，采用添加超過(guò)1.0%的S1、大量添加了 S、V、N的鋼材，以熱鍛造的原樣得到了具有以往的調(diào)質(zhì)材以上的強(qiáng)度和低溫韌性的熱鍛造非調(diào)質(zhì)鋼?？墒?，關(guān)于該非調(diào)質(zhì)鋼的疲勞強(qiáng)度及耐久比，沒(méi)有任何記載。以前，關(guān)于高頻淬火用非調(diào)質(zhì)鋼，報(bào)告了幾種。例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)2記載的發(fā)明是通過(guò)使高頻淬火前的組織成為貝氏體率在75%以上，從而對(duì)由高頻淬火后的殘留鐵素體的生成導(dǎo)致的表層硬度、表面硬化層的深度的下降進(jìn)行防止的發(fā)明?？墒?，專(zhuān)利文獻(xiàn)2記載的高頻淬火用非調(diào)質(zhì)鋼，關(guān)于疲勞強(qiáng)度及耐久比沒(méi)有任何記載，完全沒(méi)有考慮這些特性。此外，例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)3記載的發(fā)明是降低高頻淬火后的殘留奧氏體量的發(fā)明?？墒?，在專(zhuān)利文獻(xiàn)3記載的高頻淬火用非調(diào)質(zhì)鋼中，關(guān)于疲勞強(qiáng)度及耐久比沒(méi)有任何記載，完全沒(méi)有考慮這些特性。此 外，為了提高切削性，記載也可以適量添加S、Pb、B1、Te、Se及Ca，但得知在抗拉強(qiáng)度為IlOOMPa以上時(shí)，這些提高切削性的效果小。在這些高強(qiáng)度的非調(diào)質(zhì)鋼在機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼構(gòu)件中的應(yīng)用中，實(shí)際上成為障礙的是兼顧高疲勞強(qiáng)度化與切削性這樣相反的性質(zhì)。一般認(rèn)為疲勞強(qiáng)度依賴(lài)于抗拉強(qiáng)度，如果提高抗拉強(qiáng)度則疲勞強(qiáng)度提高。在另一方面，抗拉強(qiáng)度的上升使切削性下降。大部分機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼構(gòu)件在熱鍛造后，需要進(jìn)行切削加工，關(guān)系到其切削成本的大幅度增加。得知:一般在為了提高機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度而提高抗拉強(qiáng)度時(shí)，如果抗拉強(qiáng)度超過(guò)1300MPa，則切削性顯著下降。由于切削制造成本大幅度增加，所以抗拉強(qiáng)度超過(guò)1300MPa的強(qiáng)度的高強(qiáng)度化在實(shí)用上是困難的。所以，在這些機(jī)械結(jié)構(gòu)用構(gòu)件中，切削性下降導(dǎo)致的切削成本的增加為高疲勞強(qiáng)度化的瓶頸，一直要求使高疲勞強(qiáng)度化和切削性兼顧的技術(shù)。例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)4中記載了為確保切削性而抑制熱鍛造后的強(qiáng)度提高，通過(guò)使高頻淬火形成的表面硬化層的深度加深來(lái)提高構(gòu)件整體的疲勞強(qiáng)度的發(fā)明。此外，作為使高疲勞強(qiáng)度化和切削性兼顧的手段，提高疲勞強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的比、即耐久比(=疲勞強(qiáng)度/抗拉強(qiáng)度)是有效的。例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)5中提出，形成貝氏體主體的金屬組織、減低組織中的高碳島狀馬氏體及殘留奧氏體是有效的。但是，耐久比頂多為0.56以下，在不使切削性下降的情況下提高強(qiáng)度具有極限，這些疲勞強(qiáng)度都低。專(zhuān)利文獻(xiàn)6中記載了能夠得到高的耐磨損性、疲勞強(qiáng)度、同時(shí)兼顧高的機(jī)械加工性的曲軸及其制造方法。在該方法中，通過(guò)將軟氮化處理前的熱鍛造品的顯微金屬組織形成為貝氏體主體(70%以上)的組織、進(jìn)而在550 650°C的溫度條件下對(duì)該熱鍛造品進(jìn)行軟氮化，提高了曲軸的疲勞強(qiáng)度等機(jī)械性質(zhì)。為了使軟氮化后的內(nèi)部硬度適度增加，得到高疲勞強(qiáng)度，采用用特定的關(guān)系式表示鋼材中的C、S1、Mn、Cr、Mo及V的量的參數(shù)Hg來(lái)規(guī)定鋼材成分。可是，軟氮化處理通常暴露在含氮的氣氛中，需要通過(guò)在奧氏體化溫度以下的溫度區(qū)加熱來(lái)進(jìn)行，與利用高頻淬火的表面硬化處理相比較，增加了設(shè)備和成本。此外，以花一定時(shí)間進(jìn)行軟氮化處理為目的的鋼原料因Si量高，在利用僅表面的瞬間感應(yīng)加熱的高頻淬火中，在內(nèi)部組織中殘存有殘留奧氏體，得不到高的疲勞強(qiáng)度?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)平1-198450號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)昭63-100157號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)平11-286744號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)4:日本特開(kāi)2005-68518號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)5:日本特開(kāi)平4-176842號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)6:日本特開(kāi)2010-189697號(hào)公報(bào)
發(fā)明內(nèi)容`發(fā)明要解決的問(wèn)題因此，本發(fā)明的目的在于，有利地解決以上的課題，提供一種可進(jìn)行高頻淬火的熱鍛造用非調(diào)質(zhì)鋼、和通過(guò)用熱鍛造后的冷卻來(lái)控制構(gòu)件內(nèi)的組織、從而抑制了伴隨高強(qiáng)度的切削性的下降、提高了疲勞強(qiáng)度的熱鍛造非調(diào)質(zhì)品及其制造方法。用于解決課題的手段本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，采用在通過(guò)實(shí)施高頻淬火而得到高的表面硬度的高碳鋼中添加了大量Mo的鋼，在熱鍛造后的冷卻過(guò)程中，使大量的Mo碳氮化物析出，減少了基體的位錯(cuò)等缺陷密度，由此可得到具有高耐久比、抑制了伴隨高強(qiáng)度的切削性的下降、并提高了疲勞強(qiáng)度的熱鍛造非調(diào)質(zhì)品，由此完成本發(fā)明。這里，本說(shuō)明書(shū)中所用的所謂“碳氮化物”是碳氮化物及碳化物的意味。本發(fā)明的要旨如下。( I)一種可進(jìn)行高頻淬火處理的熱鍛造用非調(diào)質(zhì)鋼，其以質(zhì)量％計(jì)，含有C:0.45 0.60%、S1:0.02 0.15%、Mn:1.50 3.00%、P:0.0002 0.150%、S:0.001 0.200%、Cr:0.02 1.00%、Al:0.001 0.300%、V:0.01 0.30%、Mo:0.03 1.00%、N:0.0020 0.0070%，剩余部分由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。(2)根據(jù)上述(I)所述的可進(jìn)行高頻淬火處理的熱鍛造用非調(diào)質(zhì)鋼，其中，以質(zhì)量 % 計(jì)進(jìn)一步含有 Ca:0.0002 0.0100%、Te:0.0002 0.1000%、Zr:0.0002 0.2000%中的I種或2種以上。
(3 ) 一種可進(jìn)行高頻淬火的熱鍛造非調(diào)質(zhì)品，其具有上述(I)或(2 )中記載的鋼成分，鋼組織按面積率計(jì)95%以上為貝氏體組織，分散在鋼中的Mo碳氮化物的平均尺寸為4nm以上且Ilnm以下。(4) 一種熱鍛造非調(diào)質(zhì)品的制造方法，其包括以下步驟:將含有上述(I)或(2)中記載的成分組成的鋼材加熱至1000°c以上且1250°c以下進(jìn)行熱鍛造，在該熱鍛造后，以直到200°C為止的平均冷卻速度為0.050C /秒以上且0.80°C /秒以下的方式進(jìn)行冷卻，對(duì)要求強(qiáng)度的部位實(shí)施高頻淬火處理。發(fā)明效果本發(fā)明的鋼作為可抑制切削成本的增加、同時(shí)具備高疲勞強(qiáng)度的可進(jìn)行高頻淬火的熱鍛造非調(diào)質(zhì)鋼構(gòu)件用的原料最適合。此外，根據(jù)本發(fā)明的制造方法，能夠制造具有高耐久比及高疲勞強(qiáng)度的可進(jìn)行高頻淬火的熱鍛造非調(diào)質(zhì)品。另外，本發(fā)明的熱鍛造非調(diào)質(zhì)品在作為汽車(chē)或產(chǎn)業(yè)機(jī)械的構(gòu)件使用時(shí)，可進(jìn)行高頻淬火，因此構(gòu)件可進(jìn)一步高強(qiáng)度化，能夠?yàn)檐?chē)輛的輕量化、降低燃料消耗及低成本化做出貢獻(xiàn)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明者們針對(duì)上述目的，就鋼成分范圍、組織形態(tài)及熱處理?xiàng)l件進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)以下的見(jiàn)識(shí)。即:(a)在按面積率計(jì)為95%以上的貝氏體組織中，通過(guò)使微細(xì)的Mo碳氮化物分散，具有比以往的非調(diào)質(zhì)鋼更高的耐久比(=疲勞強(qiáng)度/抗拉強(qiáng)度)。熱鍛造后的冷卻速度的影響大，冷卻速度越低耐久比越提高。這是因?yàn)?，冷卻速度越低，在Mo碳氮化物析出的溫度區(qū)停留的時(shí)間越長(zhǎng)，析出量越增加，由此使抗拉強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度上升，但冷卻速度越低，其碳氮化物越粗大化，使抗拉強(qiáng)度顯著下降，而疲勞強(qiáng)度不下降，反而上升或維持原狀。一般析出強(qiáng)化中所用的Mo等的碳氮化物的析出不僅使疲勞強(qiáng)度上升，而且也使抗拉強(qiáng)度上升，顯著降低切削性，因此沒(méi)有使高疲勞 強(qiáng)度化和良切削性兼顧。得知:通過(guò)使析出物粗大化，將Mo碳氮化物的尺寸控制在4nm以上且Ilnm以下，能夠在不提高影響切削性的抗拉強(qiáng)度的情況下提高疲勞強(qiáng)度。但是，需要將主體組織形成為貝氏體組織，使其以外的初析鐵素體或殘留奧氏體組織按面積率計(jì)低于5%。(b)V與Mo同樣，形成碳氮化物，盡管有助于提高耐久比，但是在高N時(shí)在更高的高溫下形成穩(wěn)定的V氮化物，在熱鍛造后的冷卻過(guò)程中成為初析鐵素體的核，關(guān)系到強(qiáng)度及耐久比的下降。要充分利用V碳氮化物的提高耐久比的效果，低N是必要的條件。本發(fā)明是基于上述見(jiàn)識(shí)，再經(jīng)過(guò)反復(fù)研究而首次完成的。以下，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。首先，對(duì)上述的鋼成分范圍的限定理由進(jìn)行說(shuō)明。C:0.45 0.60%C是決定鋼強(qiáng)度的重要元素。與其它合金元素相比，合金成本廉價(jià)，如果能夠大量添加C則能夠降低鋼材的合金成本。此外高頻淬火處理后的表面硬度由鋼中的C量決定，為了得到必要的強(qiáng)度，將下限規(guī)定為0.45%。但是，如果添加大量的C，則在貝氏體相變時(shí)在板條的邊界生成C濃縮的殘留奧氏體或島狀馬氏體，使耐久比下降，因此將上限規(guī)定為0.60%。再有，本發(fā)明的所謂可進(jìn)行高頻淬火處理的鋼，是高頻淬火處理后的表面硬度可達(dá)到所要求的強(qiáng)度以上的鋼。所以，在本發(fā)明中，為具有0.45%以上的C量的鋼。要得到更高的強(qiáng)度，優(yōu)選超過(guò)0.5%的C量。S1:0.02 0.15%Si是在熱鍛造后的冷卻過(guò)程中的貝氏體相變中，使鋼中殘留奧氏體量增加的元素。在實(shí)施只對(duì)表層加熱的高頻淬火處理時(shí)，在非加熱部殘存殘留奧氏體，如果Si量超過(guò)0.15%則疲勞強(qiáng)度及耐久比顯著下降。所以，將其量限制在0.15%以下?？墒?，如果抑制在低于0.02%則增加制造成本，因此將下限規(guī)定為0.02%。Mn:1.50 3.00%Mn是促進(jìn)貝氏體相變的元素，對(duì)于在熱鍛造后的冷卻過(guò)程中將組織形成貝氏體是重要的元素。另外具有與S結(jié)合形成硫化物、提高切削性的效果。為了發(fā)揮這些效果，將下限規(guī)定為1.50%O另一方面，如果添加超過(guò)3.00%的Mn量，則基體的硬度增大且變脆，反而使切削性顯著下降。將上限規(guī)定為3.00%。特別是，超過(guò)2.0%的Mn量，即使在低的冷卻速度時(shí)，也按面積率計(jì)形成95%的貝氏體組織，因此是優(yōu)選的。P:0.0002 0.150%P在鋼中作為不可避免的雜質(zhì)通常含有0.0002%以上，因此將下限規(guī)定為0.0002%以上。如果大量添加，則P在舊奧氏體的晶界等處偏析，是助長(zhǎng)高頻淬火后的裂紋的元素，因此將上限規(guī)定為0.150%。優(yōu)選為0.100%以下，更優(yōu)選為0.050%以下。S:0.001 0.200%S具有與Mn形成硫化物、提高切削性的效果，為了發(fā)揮其效果，將下限規(guī)定為0.001%。S具有通過(guò)與Mn形成硫化物、提高切削性的效果，此外還具有抑制奧氏體晶粒的生長(zhǎng)、維持高韌性的效果。為了發(fā)揮這些效果，將下限規(guī)定為0.001%?？墒?，雖依賴(lài)于Mn量，但如果大量添加則機(jī)械 性能的各向異性增大，因此將上限規(guī)定為0.200%。Cr:0.02 1.00%Cr與Mn同樣是對(duì)于促進(jìn)貝氏體相變有效的元素，為了發(fā)揮其效果，將下限規(guī)定為0.02%。但是，如果大量添加Cr，則使Fe系碳化物穩(wěn)定化，高頻淬火時(shí)的表面硬度下降，因此將上限規(guī)定為1.00%。Al:0.001 0.300%Al通過(guò)作為氮化物在鋼中析出分散，具有防止鍛造再加熱時(shí)的奧氏體組織的粗大化、防止其后的貝氏體組織的粗大化的效果。另外Al還具有在機(jī)械加工時(shí)與氧結(jié)合附著在工具表面上、防止工具磨損的效果。為了發(fā)揮這些效果，將下限規(guī)定為0.001%。優(yōu)選規(guī)定為0.050%以上，更優(yōu)選規(guī)定為0.100%。另一方面，在超過(guò)0.300%時(shí)形成大量的硬質(zhì)夾雜物，耐久比及切削性都下降。所以，將上限規(guī)定為0.300%。V:0.01 0.30%V對(duì)于促進(jìn)貝氏體相變是有效的元素，此外對(duì)于形成碳氮化物、析出強(qiáng)化貝氏體組織、提高強(qiáng)度及耐久比也是有效的元素。要發(fā)揮該效果，0.01%以上的含量是必要的。另一方面，如果超過(guò)0.30%,則其效果飽和，因此將上限規(guī)定為0.30%。Mo:0.03 1.00%Mo不僅對(duì)于促進(jìn)貝氏體相變是有效的元素，而且與可得到由合金碳化物導(dǎo)致的析出強(qiáng)化的V、Ti或Nb等合金元素相比，奧氏體中的固溶度最大，在冷卻過(guò)程中可得到Mo碳氮化物的大的析出量。一般析出強(qiáng)化中所用的Mo等的碳氮化物的析出不僅使疲勞強(qiáng)度上升，而且也使抗拉強(qiáng)度上升，使切削性顯著下降，因此是不優(yōu)選的?？墒?，得知:如果將Mo碳氮化物的尺寸控制在4nm以上且Ilnm以下，則能夠在不提高影響切削性的抗拉強(qiáng)度的情況下只提高疲勞強(qiáng)度，也就是說(shuō)，提高疲勞強(qiáng)度及耐久比。要發(fā)揮該效果，0.03%以上的含量是必要的。另一方面，如果超過(guò)1.00%，則其效果飽和，因此將上限規(guī)定為1.00%。N:0.0020 0.0070%N 一般被用于通過(guò)與V形成氮化物來(lái)防止熱鍛造時(shí)的奧氏體組織的粗大化，但V氮化物成為初析鐵素體的核，反而促進(jìn)初析鐵素體的相變，使強(qiáng)度及耐久比下降。為抑制生成V氮化物，將N量的上限規(guī)定為0.0070%。此外，作為鋼中的不可避免的雜質(zhì)通常含有0.0020%以上，因此將下限規(guī)定為0.0020%。含有Ca:0.0002 0.0100%、Te:0.0002 0.1000%、Zr:0.0002 0.2000% 中的I種或2種以上Ca、Te、Zr都具有形成氧化物、成為Mn硫化物的結(jié)晶核、使Mn硫化物均勻微細(xì)分散的效果。此外，任一種元素都具有固溶在Mn硫化物中、使其變形能力下降、對(duì)軋制或熱鍛造后的Mn硫化物形狀的延伸進(jìn)行抑制、減小機(jī)械性能的各向異性的效果。為發(fā)揮這些效果，將Ca、Te、Zr的下限分別規(guī)定為0.0002%。另一方面，如果Ca超過(guò)0.0100%、Te超過(guò)0.1000%、Zr超過(guò)0.2000%,反而大量生成這些氧化物或硫化物等硬質(zhì)夾雜物，耐久比及切削性下降。所以，將Ca的上限規(guī)定為0.0100%，將Te的上限規(guī)定為0.1000%，將Zr的上限規(guī)定為0.2000%ο接著對(duì)上述的熱鍛造非調(diào)質(zhì)品的鋼組織的限定理由進(jìn)行說(shuō)明。(按面積率計(jì)為95%以上的貝氏體組織)之所以按面積率計(jì) 將組織規(guī)定為95%以上的貝氏體組織，是因?yàn)槿绻黧w組織為貝氏體組織則具有高耐久比，但在其剩余組織即鐵素體、殘留奧氏體或島狀馬氏體按面積率計(jì)為5%以上時(shí)，耐久比顯著下降。這些剩余組織越少，耐久比越高，優(yōu)選貝氏體組織按面積率計(jì)為97%以上。(分散在鋼中的Mo碳氮化物的平均尺寸為4nm以上且Ilnm以下)之所以將貝氏體組織中的Mo碳氮化物的平均尺寸規(guī)定4nm以上，是因?yàn)樵谄淦骄叽绲陀?nm時(shí)，雖具有高的疲勞強(qiáng)度，但同時(shí)抗拉強(qiáng)度也高，作為耐久比的值小，不能實(shí)現(xiàn)高疲勞強(qiáng)度化和切削性的兼顧。更優(yōu)選其平均尺寸為8nm以上。此外之所以將Mo碳氮化物的平均尺寸的上限值規(guī)定為llnm，是因?yàn)樵谄淦骄叽绯^(guò)Ilnm時(shí)，不僅抗拉強(qiáng)度顯著下降，而且疲勞強(qiáng)度也顯著下降，不能達(dá)成高疲勞強(qiáng)度化。再有，Mo碳氮化物的形狀為針狀，本說(shuō)明書(shū)中采用的Mo碳氮化物的尺寸為長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度。接著對(duì)上述的熱鍛造非調(diào)質(zhì)品的制造方法的限定理由進(jìn)行說(shuō)明。(將鋼材加熱至1000°C以下且1250°C以上)之所以規(guī)定將包含上述成分組成的鋼材加熱至1000°C以下且1250°C以上，是為了以在冷卻過(guò)程中使Mo、V的碳氮化物充分析出的目的，通過(guò)熱鍛造前的加熱使Mo、V充分固溶化于鋼中。在加熱溫度低于1000°C時(shí)，不能使Mo、V充分固溶化于鋼中，其后的冷卻過(guò)程中的析出強(qiáng)化量小，疲勞強(qiáng)度及耐久比減小。另一方面，如果將加熱溫度提高到所需以上，則促進(jìn)奧氏體晶粒的生長(zhǎng)，在其后的冷卻過(guò)程中相變的組織變得粗大，反而使耐久比下降。所以，將加熱溫度的上限規(guī)定為1250°C。
(熱鍛造后直到200°C以下以平均冷卻速度為0.050C /秒以上且0.80°C /秒以下的方式進(jìn)行冷卻)在熱鍛造后，之所以將直到200°C以下的平均冷卻速度規(guī)定為0.05°C /秒以上且0.80°C /秒以下，是為了通過(guò)延長(zhǎng)在Mo碳化氮物析出的溫度區(qū)停留的時(shí)間，在冷卻過(guò)程中使析出量增加，控制其碳氮化物尺寸。在平均冷卻速度為0.80°C /秒以上時(shí)，不能充分得到Mo碳氮化物的析出量，提高強(qiáng)度及耐久比的效果小。特別是為了使Mo碳氮化物粗大化且具有高耐久比，希望優(yōu)選平均冷卻速度為0.500C /秒以下。更優(yōu)選為0.300C /秒以下。另一方面，在平均冷卻速度低于0.050C /秒時(shí)，在貝氏體板條邊界處生成按面積率計(jì)5%以上的初析鐵素體，使疲勞強(qiáng)度及耐久比顯著下降。再有，根據(jù)本發(fā)明可得到具有高疲勞強(qiáng)度的可進(jìn)行高頻淬火的熱鍛造非調(diào)質(zhì)品，但為了充分確保切削性，希望使抗拉強(qiáng)度在1300MPa以下。以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳述。再有，這些實(shí)施例是為了說(shuō)明本發(fā)明技術(shù)的意義及效果的，并不限定本發(fā)明的范圍。實(shí)施例用真空熔煉爐熔煉150kg具有表I所示的化學(xué)組成的鋼。在將其軋制成直徑IOOmm的棒鋼后，切下鍛造用試驗(yàn)片，在表2所示的條件下進(jìn)行鍛造、熱處理。在熱鍛造后，直到2000C的冷卻方法采用空冷或爐冷進(jìn)行，通過(guò)變化試驗(yàn)片的直徑來(lái)控制冷卻速度。關(guān)于平均冷卻速度，通過(guò)用從熱鍛造后的試驗(yàn)片的溫度中減去200°C得出的值除以熱鍛造后冷卻到200°C為止所需的時(shí)間來(lái)求出。此外，為了進(jìn)行比較，熔煉以往鋼S55C，以達(dá)到與本發(fā)明同等程度的抗拉強(qiáng)度的方式進(jìn)行熱處理。在將試驗(yàn)片加熱至1100°C后，水冷到室溫，再次在450°C下熱處理I小時(shí)。再有，表I及表2的下劃線(xiàn)部為本發(fā)明范圍外的條件。由這些鍛造材的中央部采取JIS Z2201的14號(hào)拉伸試驗(yàn)片及JIS Z2274的I號(hào)旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)片， 求出抗拉強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度。這里，將疲勞強(qiáng)度定義為在旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)中經(jīng)IO7旋轉(zhuǎn)而不破斷的耐久的應(yīng)力振幅。此外將求出的疲勞強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比作為耐久比(疲勞強(qiáng)度/抗拉強(qiáng)度)求出。由鍛造材的L方向的1/4厚度部采取組織觀(guān)察用試驗(yàn)片。關(guān)于貝氏體的面積率，在將試驗(yàn)片研磨成鏡面后，進(jìn)行Rebera腐蝕，確認(rèn)貝氏體以外的剩余部分即初析鐵素體、殘留奧氏體、島狀馬氏體等組織，在各10個(gè)視野拍攝了 500倍的光學(xué)顯微鏡照片后，通過(guò)圖像解析來(lái)算出。關(guān)于Mo碳氮化物的平均尺寸，在利用電解研磨法將試驗(yàn)片加工成薄膜后，用透射型電子顯微鏡，各10個(gè)視野拍攝15000倍的透射型電子顯微鏡照片，通過(guò)圖像解析求出其中觀(guān)察到的Mo碳氮化物的長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度，求出其平均值。N0.1 18的本發(fā)明鋼都是按面積率計(jì)為95%以上的貝氏體組織，Mo碳氮化物的平均尺寸為4.6nm以上且10.Snm以下，具有耐久比為0.58以上的高耐久比。為了確保切削性，抗拉強(qiáng)度為1300MPa以下，但與同程度的抗拉強(qiáng)度相比較，很明顯實(shí)現(xiàn)了比以往例N0.28的碳鋼的調(diào)質(zhì)鋼更高的疲勞強(qiáng)度。與此相對(duì)照，在比較例N0.23、24、27中，C、Si或N中的某一種的含量高，此外N0.21雖在規(guī)定的鋼組成范圍內(nèi)，但平均冷卻速度在規(guī)定外，在貝氏體板條邊界處鐵素體或殘留奧氏體等的剩余部分的量多，Mo碳氮化物的平均尺寸在規(guī)定外，因此強(qiáng)度及耐久比低。在N0.19,22中，鋼組成或熱處理?xiàng)l件在規(guī)定外，沒(méi)有得到充分的析出強(qiáng)化，耐久比低。N0.20因?qū)⒓訜釡囟忍岣叩剿枰陨?，所以貝氏體組織粗大化，反而耐久比低。N0.25添加M至所需以上，抗拉強(qiáng)度高，切削非常困難。另一方面，N0.26添加Al至所需以上，反而疲勞強(qiáng)度及耐久比降低。由此弄清楚，全部滿(mǎn)足本發(fā)明所規(guī)定的條件的本發(fā)明例與比較例、以往例相比，韌性及疲勞特性 優(yōu)良。
權(quán)利要求
1.一種可進(jìn)行高頻淬火處理的熱鍛造用非調(diào)質(zhì)鋼，其中，以質(zhì)量％計(jì)含有:C:0.45 0.60%、S1:0.02 0.15%、Mn:1.50 3.00%、P:0.0002 0.150%、S:0.001 0.200%、Cr:0.02 1.00%、Al:0.001 0.300%、V:0.01 0.30%、Mo:0.03 1.00%、N:0.0020 0.0070%， 剩余部分由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可進(jìn)行高頻淬火處理的熱鍛造用非調(diào)質(zhì)鋼，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)進(jìn)一步含有以下元素中的I種或2種以上:Ca:0.0002 0.0100%、 Te:0.0002 0.1000%、Zr:0.0002 0.2000%。
3.—種可進(jìn)行高頻淬火的熱鍛造非調(diào)質(zhì)品，其特征在于:具有權(quán)利要求1或2中所述的鋼成分，鋼組織按面積率計(jì)95%以上為貝氏體組織，分散在鋼中的Mo碳氮化物的平均尺寸為4nm以上且Ilnm以下。
4.一種熱鍛造非調(diào)質(zhì)品的制造方法，其特征在于:將含有權(quán)利要求1或2中所述的成分組成的鋼材加熱至1000°C以上且1250°C以下進(jìn)行熱鍛造，在該熱鍛造后，以直到200°C為止的平均冷卻速度為0.05°C /秒以上且0.80°C /秒以下的方式進(jìn)行冷卻，對(duì)要求強(qiáng)度的部位實(shí)施高頻淬火處理。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種可進(jìn)行高頻淬火的熱鍛造用非調(diào)質(zhì)鋼、和通過(guò)用熱鍛造后的冷卻來(lái)控制構(gòu)件內(nèi)的組織、從而抑制了伴隨高強(qiáng)度的切削性的下降、提高了疲勞強(qiáng)度的熱鍛造非調(diào)質(zhì)品及其制造方法。本發(fā)明鋼的特征在于以質(zhì)量%計(jì)含有C0.45～0.60%、Si0.02～0.15%、Mn1.50～3.00%、P0.0002～0.150%、S0.001～0.200%、Cr0.02～1.00%、Al0.001～0.300%、V0.01～0.30%、Mo0.03～1.00%、N0.0020～0.0070%，剩余部分由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。所述熱鍛造非調(diào)質(zhì)品由上述鋼組成構(gòu)成，鋼組織按面積率計(jì)95%以上為貝氏體組織，鋼中分散有Mo碳氮化物，可進(jìn)行高頻淬火。
文檔編號(hào)C22C38/00GK103228809SQ201280003887
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月3日
發(fā)明者寺本真也, 高田啟督 申請(qǐng)人:新日鐵住金株式會(huì)社