(57)【要約】本発明は、低炭素鋼からなるリンクチェーンであって、２段高周波焼入れ焼戻し処理によりリンクチェーンがマルテンサイト単相の組織を有し、かつオーステナイト結晶粒度が９〜１２を有し、更に該組織中に４０ｎｍ以下のＴｉＣを９０％以上、８０ｎｍ以下のＴｉ（Ｃ，Ｎ）を１０％以下からなる析出物を含み、かつＡｌＮが０．０００３％以下を含有し、−４０℃でのシャルピー衝撃値が４５Ｊ以上であることを特徴とする低温靭性に優れたリンクチェーン、である。
2007072836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低炭素鋼からなるリンクチェーンであって、該リンクチェーンがマルテンサイト単相の組織を有し、かつオーステナイト結晶粒度が９〜１２を有し、−４０℃でのシャルピー衝撃値が４５Ｊ以上であることを特徴とする低温靭性に優れたリンクチェーン。
【請求項２】
低炭素鋼からなるリンクチェーンであって、２段高周波焼入れ焼戻し処理により該リンクチェーンがマルテンサイト単相の組織を有し、かつオーステナイト結晶粒度が９〜１２を有し、更に該組織中に４０ｎｍ以下のＴｉＣを９０％以上、８０ｎｍ以下のＴｉ（Ｃ，Ｎ）を１０％以下からなる析出物を含み、かつＡｌＮが０．０００３％以下を含有し、−４０℃でのシャルピー衝撃値が４５Ｊ以上であることを特徴とする低温靭性に優れたリンクチェーン。
【請求項３】
前記リンクチェーンが、質量％で、Ｃ：０．１８〜０．２８％、Ｓｉ：０．１０〜０．３０％、Ｍｎ：１．００〜１．７０％、Ｃｕ：０．１０％以下、Ｎｉ：０．４０％以下、Ａｌ：０．０２〜０．１０％、Ｔｉ：０．０１５〜０．１０％、Ｂ：０．０００３〜０．００５０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする請求項１または２記載の低温靭性に優れたリンクチェーン。
【請求項４】
低炭素鋼からなるリンクチェーンを、Ａｃ３〜Ａｃ３＋１５０℃以下の温度に加熱後急冷して焼入れ処理を施し、次いでＡｃ３〜Ａｃ３＋５０℃以下の温度に加熱後急冷して焼入れ処理を施し、更にＡｃ１以下の温度で焼戻し処理を施すことを特徴とする低温靭性に優れたリンクチェーンの熱処理法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単独または複数個に連鎖した低温靭性に優れたリンクチェーン、およびこのリンクチェーンを得るための熱処理法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鋼製のリンクまたはリンクチェーンは、必要な強度と靭性を確保するために電気炉等で約９００℃に加熱、保持後、油冷却により急冷して焼入れ処理を行い、その後約４５０℃で約１時間の焼戻し処理を行うことで、フェライト組織のない、結晶粒度が６．５程度の比較的粗い、１００％焼戻しマルテンサイト組織を有し、かつ硬度：５４ＨＲＣ、破断応力：９３０Ｎ／ｍｍ２、−４０℃での靭性値が０．０３４Ｊ／ｍｍ３の特性を有するものであった。しかし、リンクチェーンは強度と靭性の双方を満足することが要求されるが、この従来材にあっては強度と靭性のバランスを確保することは不可能であった。
一方、最近においてはリンクチェーンの使用環境の過酷化、例えば、−４０℃以下という低温環境下での使用のニーズが高まり、リンクチェーンが低温、或いは極低温に曝されることが多くなり、このような使用環境の変化に伴い、引張強度１０００Ｎ／ｍｍ２、−４０℃での低温靭性として４５Ｊ以上という厳しい性能が求められている。
このような要求に応える開発も試みられており、例えば、特開２００３−２２１６２１号公報では、リンクチェーンの熱処理後の組織を６０〜９０％の焼戻しマルテンサイト組織と、１０〜４０％の焼戻しフェライト組織の混在組織とし、しかも結晶粒度が１２．５と微細組織とする技術が提案されている。この特許で提案された混在組織を得るためには、リンクチェーンを高周波誘導加熱などの手段でオーステナイト＋フェライトの共存領域：約８３０℃に急速加熱後急冷して焼入れ処理後、４００℃以下で焼戻し処理を行う必要がある。しかしながら、このような方法においては、強度と靭性の双方を兼ね備えたリンクチェーンを得ることは可能であるが、上述の６０〜９０％の焼戻しマルテンサイト組織と１０〜４０％の焼戻しフェライト組織の混在組織を常時安定して得るには厳密な温度管理が必要であるため実用的手段とは謂い難い。
【発明の開示】
【０００３】
本発明は、熱処理後に微細なオーステナイト結晶粒度を有すると共に、リンクチェーン中に含まれる析出物を厳密に管理することで、強度と靭性に優れ、−４０℃での低温環境下でも高い衝撃値を確保しうるリンクチェーンおよびその熱処理法を提供するもので、その要旨は次のとおりである。
（１）低炭素鋼からなるリンクチェーンであって、該リンクチェーンがマルテンサイト単相の組織を有し、かつオーステナイト結晶粒度が９〜１２を有し、−４０℃でのシャルピー衝撃値が４５Ｊ以上であることを特徴とする低温靭性に優れたリンクチェーン。
（２）低炭素鋼からなるリンクチェーンであって、２段高周波焼入れ焼戻し処理により該リンクチェーンがマルテンサイト単相の組織を有し、かつオーステナイト結晶粒度が９〜１２を有し、更に該組織中に４０ｎｍ以下のＴｉＣを９０％以上、８０ｎｍ以下のＴｉ（Ｃ，Ｎ）を１０％以下からなる析出物を含み、かつＡｌＮが０．０００３％以下を含有し、−４０℃でのシャルピー衝撃値が４５Ｊ以上であることを特徴とする低温靭性に優れたリンクチェーン。
（３）上記リンクチェーンが、質量％で、Ｃ：０．１８〜０．２８％、Ｓｉ：０．１０〜０．３０％、Ｍｎ：１．００〜１．７０％、Ｃｕ：０．１０％以下、Ｎｉ：０．４０％以下、Ａｌ：０．０２〜０．１０％、Ｔｉ：０．０１５〜０．１０％、Ｂ：０．０００３〜０．００５０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする（１）または（２）記載の低温靭性に優れたリンクチェーン。
（４）低炭素鋼からなるリンクチェーンを、Ａｃ３〜Ａｃ３＋１５０℃以下の温度に加熱後急冷して焼入れ処理を施し、次いでＡｃ３〜Ａｃ３＋５０℃以下の温度に加熱後急冷して焼入れ処理を施し、更にＡｃ１以下の温度で焼戻し処理を施すことを特徴とする低温靭性に優れたリンクチェーンの熱処理法。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１（ａ）は、ＴｉＣの析出サイズの分布状態を示す図で、図１（ｂ）は、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）の析出サイズの分布状態を示す図である。
図２は、ＴｉＣとＴｉ（Ｃ，Ｎ）の析出割合を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明は、低炭素鋼（ＭｎＢ鋼）線材より製造されたリンクチェーンを２段焼入れ−焼戻し処理を行うことで、リンクチェーン組織をマルテンサイト単相とし、しかもオーステナイト結晶粒度を９〜１２と微細化することで、−４０℃でのシャルピー衝撃値が４５Ｊ以上の優れた低温靭性を有するリンクチェーンとその熱処理方法である。
先ず、本発明で用いるリンクチェーン用の素線としては低炭素鋼（ＭｎＢ鋼）線材が好ましく、その成分組成は、質量％で、Ｃ：０．１８〜０．２８％、Ｓｉ：０．１０〜０．３０％、Ｍｎ：１．００〜１．７０％、Ｃｕ：０．１０％以下、Ｎｉ：０．４０％以下、Ａｌ：０．０２〜０．１０％、Ｔｉ：０．０１５〜０．１０％、Ｂ：０．０００３〜０．００５０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる線材を出発材とする。すなわち、このＭｎＢ鋼は、強度アップのためにＣ，Ｓｉ，Ｍｎを高め、焼入れ性を高めるためにＢを含有させる。更に、結晶粒の粗大化を防止するためＡｌを含有させ、しかもＢの有効性を確保するためにＴｉを含有させる。また、靭性を確保するためにＰ，Ｓ，Ｃｕを低減させ、更に経済的メリットを考慮しＮｉを極力低減させ、実質的には０．４質量％未満の殆ど含有しない量としたＭｎＢを使用することが好ましい。以下に上記成分組成量の限定理由について述べる。
Ｃはリンクチェーン素材の線材の強度を高めるために必須の元素であり、０．１８％未満では十分な強度が得られず、０．２８％を超えると結晶粒界にセメンタイトが析出しえ靭性を著しく低下させる。
Ｓｉは鋼中に置換型元素として固溶し、線材の強度、耐熱性を高めるのに有効な元素であり、０．１０％未満ではその効果は十分ではなく、０．３０％を超えると鋼中に固溶しきれず加工性を著しく劣化させる。
Ｍｎは焼入れ性を向上させ、Ｓを固定し、Ｓ固有の弊害を阻止するが、１．００％未満ではその効果が殆どなく、また、１．７０％を超えると靭性が低下する。
Ｃｕは熱間加工性を劣化させるので出来るだけ少ない方がよく０．１０％以下とする。Ｎｉは実質的に含まない方が好ましいが不純物として含有される上限の０．４０％以下、好ましくは０．１質量％以下とする。
ＡｌはＡｌＮを形成し、結晶粒の微細化するが、０．０２％未満ではその効果がなく、また、０．１０％を超えるとＮと結合して窒化物を形成し、ＡｌＮを多量に生成し、しかも固溶Ｎ量を増加する効果を妨げるので０．１０％以下とする。
Ｔｉは炭化物（ＴｉＣ）、炭窒化物（Ｔｉ（Ｃ，Ｎ））を形成し、結晶粒の微細化に有効な元素であり、しかもＢの有効性を高めるが、０．０１５％未満ではその効果が少なく、また０．１０％を超えると硬質な高融点介在物であるＴｉＯを生成し、加工性を劣化させるので０．１０％を上限とする。
Ｂは焼入れ性を高めるために必須の元素であり、０．０００３％以上でその効果を発揮するが、０．００５０％を超えて添加するとＢＮを多量に形成して加工性を劣化させる。
なお、Ｐ，Ｓは延性を低下させるので極力少ない方が好ましく、その上限を０．０２％とする。
この素線を溶接により鋼製リンク、または複数個に連鎖したリンクチェーンを製造する。本発明においては、このようにして形成された鋼製リンク、または複数個に連鎖したリンクチェーンを焼入れ−焼戻し処理、好ましくは２段焼入れ−焼戻し処理、すなわち、リンクチェーンをＡｃ３〜Ａｃ３＋１５０℃以下の温度に加熱後急冷して焼入れ処理を施し、次いでＡｃ３〜Ａｃ３＋５０℃以下の温度に加熱後急冷して焼入れ処理を施し、更にＡｃ１以下の温度で焼戻し処理を施すことにある。
第１段の熱処理としては、高周波誘導加熱、通電加熱あるいはレーザー加熱等の装置を用によりＡｃ３〜Ａｃ３＋１５０℃以下、具体的には９３０℃以下のオーステナイト単相域に急速加熱後急冷して焼入れ処理を行う。この急速加熱において上記温度域に設定した理由は、この温度域ではＣが均一分散された固溶状態のオーステナイト単相とするためである。この温度以上ではオーステナイト粒の粗大化が進行して後工程の焼入れ後のオーステナイト結晶粒径９〜１２を確保することが困難となるからである。また、上記温度以下の加熱ではではオーステナイト単相域とならず、オーステナイト＋フェライトの共存域となるからである。なお、加熱時間は特に限定するものでないが、誘導加熱コイル内を通過する時間を考えれば約１０〜４０秒である。このようにして急速加熱されたリンクチェーンは上記オーステナイト単相域から常温まで焼入れ処理される。この焼入れに用いられる冷却媒体は油、水、ミスト等がある。なお、本発明においては、この第１段焼入れ時の内部応力を緩和させるため、また置き割れを防止するために焼戻し処理を施してもよい。
次に、上記第１段の熱処理に引き続き、第２段の熱処理として、Ａｃ３〜Ａｃ３＋５０℃以下の温度、具体的には８３０℃以下に第１段で用いた加熱装置と同様の手段で急速加熱する。第２段の急速加熱の温度をＡｃ３〜Ａｃ３＋５０℃以下とする理由は、結晶粒を粗大化させず、均一なオーステナイト単相組織とし、しかもオーステナイト結晶粒度を９〜１２を確保するためである。
上述のような２段焼入れされたリンクチェーンは、次いで鋼組織の安定化のため、また靭性を回復させ、所望の強度、硬さを得るためにＡｃ１以下、好ましくは２００℃の温度で約１時間焼戻し処理し、リンクチェーンをマルテンサイト組織とした。
このようにして処理されたリンクチェーンは、リンクチェーン組織中に４０ｎｍ以下のＴｉＣを８０％以上、８０ｎｍ以下のＴｉ（Ｃ，Ｎ）を２０％以下からなる析出物をバランスよく生成する。ＴｉＣのサイズが４０ｎｍ、およびＴｉ（Ｃ，Ｎ）のサイズが８０ｎｍを超えると粗大なＴｉＣ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）が析出して本発明で規定するオーステナイト結晶粒度：９〜１２を安定して得ることができなくなる。
【実施例】
【０００６】
表１に示す成分組成を有する線径１６．０ｍｍの低炭素鋼（ＭｎＢ鋼）線材より製造されたリンクチェーンを比較例として従来の１段焼入れ−焼戻し処理と、本発明による２段焼入れ−焼戻し処理をそれぞれ行い、得られた特性を比較した。
先ず、比較例の１段焼入れ−焼戻し処理として高周波誘導加熱処理装置を使用し、リンクチェーンを９３０℃のオーステナイト域に急速加熱後、オーステナイト単相から急冷する焼入れ処理を行い、次いで２００℃にて１時間の焼戻し処理を行った。一方、本発明例として、１）高周波誘導加熱によりリンクチェーンを９３０℃のオーステナイト域に急速加熱後、オーステナイト単相から急冷する焼入れ処理を行い、２）次いで、高周波誘導加熱により更にリンクチェーンを８３０℃に急速加熱後、オーステナイト単相から急冷する２回目の焼入れ処理を行い、３）更に、２００℃で１時間の焼戻し処理する、２段焼入れ−焼戻し処理を行いリンクチェーンの組織をマルテンサイト組織とした。このようにして得られた熱処理されたリンクチェーンの平行部からサンプルを切り出すと共に、前記リンクチェーンの平行部からシャルピー試験片（ＪＩＳ  Ｖノッチ試験片）を切り出し、金属組織の調査と衝撃試験を実施した。その金属組織の調査結果を図１（ａ）、（ｂ）、図２に示した。
図１（ａ）にＴｉＣの析出サイズの分布状態を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で分析した結果を、また図１（ｂ）にＴｉ（Ｃ，Ｎ）の析出サイズの分布状態をＴＥＭで分析した結果をそれぞれ示した。図１（ａ），（ｂ）から分かるように、本発明ではＴｉＣが４０ｎｍを超えるものは殆ど析出しておらず、同様にＴｉ（Ｃ，Ｎ）サイズが８０ｎｍを超えるものは殆ど析出していない。また、図２に示すように、ＴｉＣとＴｉ（Ｃ，Ｎ）の析出分布割合がＴｉＣ：９２％、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）：８％と圧倒的にＴｉＣが多く、オーステナイト結晶粒度はＴｉＣの析出分布状態とその割合に一義的に依存しているものと考えられる。
次に、上記シャルピー試験片の衝撃試験を行った結果を表２、表３に示した。表２、表３から分かるように、−４０℃でのシャルピー衝撃値（Ｊ）は７２．７Ｊと高い値を示したのに対し、従来の１段熱処理によるものは１９．０Ｊと非常に低い値を示しており、本発明による２段熱処理は従来のものより２〜３倍の優れた低温靭性を示していることが分かる。
【表１】
2007072836.tif 000003
【表２】
2007072836.tif 000004
【表３】
2007072836.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【０００７】
本発明によりリンクチェーンの結晶粒を微細化したマルテンサイト組織とすることで、−４０℃の低温条件下での使用環境においても高い衝撃値を有するリンクチェーンを低コストで提供することが可能となる。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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