(57)【要約】【課題】  【解決手段】  化学成分がC 0.45〜0.70%、Si 0.10〜0.50%、Mn 0.30〜0.70%、Cr 0.20〜0.60%、P≦0.025%、S0.003〜0.030%、Mo≦0.1%、Ni≦0.2%、Al≦0.04%、Cu≦0.3%、Ca≦0.001%、Ti≦0.003%、O≦0.001%、As≦0.04%、Sn≦0.03%、Sb≦0.005%、Pb≦0.002%、他の含有量がFe及び不可避的不純物、製造プロセスが「電気炉またはコンバータ―炉外製錬―VDまたはRH真空脱気―連続鋳造―連続圧延―ソーイング―スタック冷却―仕上げ―表面及び内部探傷―包装」であるマイクロアロイング乗用車カーボンハブベアリング用鋼。【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学成分は質量パーセントとしてC0.45〜0.70%、Si0.10〜0.50%、Mn0.30〜0.70%、Cr0.20〜0.60%、P≦0.025%、S0.003〜0.030%、Mo≦0.1%、Ni≦0.2%、Al≦0.04%、Cu≦0.3%、Ca≦0.001%、Ti≦0.003%、O≦0.001%、As≦0.04%、Sn≦0.03%、Sb≦0.005%、Pb≦0.002%、他の含有量がFe及び不可避的不純物であることを特徴とするマイクロアロイング乗用車カーボンハブベアリング用鋼。
【請求項２】
プロセスが「電気炉またはコンバータ――炉外製錬――VDまたはRH真空脱気――連続鋳造――連続圧延――ソーイング――スタック冷却――仕上げ――表面及び内部探傷――包装」であることを特徴とする請求項1に記載のマイクロアロイング乗用車カーボンハブベアリング用鋼の製造方法。
【請求項３】
連続鋳造のプロセスに注入加熱度を35℃までにすることを特徴とする請求項2に記載のマイクロアロイング乗用車カーボンハブベアリング用鋼の製造方法。
【請求項４】
連続鋳造の過程にM‐EMS及びF‐EMSを利用することを特徴とする請求項2に記載のマイクロアロイング乗用車カーボンハブベアリング用鋼の製造方法。
【請求項５】
連続圧延まで加熱温度1150〜1250℃で加熱時間≧3時間に連続鋳造ビレットの高温拡散を行うことを特徴とする請求項2に記載のマイクロアロイング乗用車カーボンハブベアリング用鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は特殊鋼製錬の技術分野、具体的に、乗用車カーボンハブベアリング用鋼及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハブベアリングは主な働きが耐荷重及びハブの回転に対する精確な案内を提供することにあり、アキシャル負荷でもラジアル負荷でも受け、非常に重要な部品である。よって、ハブベアリング用鋼の性能に関する仕様も日増しに高くなってきて、特に材料の耐摩耗性、硬化性、純度及び組織の均一性などに関する仕様が厳格である。従来、国内外のカーボンハブベアリング用鋼G55、C56E2などは品質に限られて完全にハブベアリング用鋼に対する高級車メーカの需要に満たすことができないので、性能が更に優れたハブベアリング用鋼の開発が課題となっている。
【０００３】
ハブベアリングの使用条件に応じて、ハブベアリング用鋼は高度な疲労強度、弾性強度、降伏強度、靭性、高度な耐摩耗性能、高度、均一な硬度、所定の耐腐食力がなければいけない。なお、メーカは材料加工の場合にハブベアリング口輪溝箇所の表面焼き入れを行うので、鋼材の硬化性にも大事にする。
【０００４】
鋼に含む非金属介在物が金属の連続性及び均一性の破壊につながる。ベアリングの使用条件に応じて、交互ストレスにより、介在物がストレス集中を引き起こしやすいので、疲労ひび及びベアリングの疲労寿命の降下の原因となる。特に硬く脆い介在物の場合、圧延方向に沿う紐状または点線状のAl2O3介在物（B系）、変形のない点状または球状介在物（D系）及び大顆粒の点状または球状介在物（Ds系）となると、可塑性がないので、加工・使用中に変形しがたく、ストレス集中を引き起こし、疲労ひび開始期間の短縮の原因となり、疲労性能の向上を妨害する。最終製品のハブベアリングの耐用期間を向上させるために、鋼材の純度が非常に重要であり、できる限り鋼に含む非金属介在物、特に変形のない硬く脆い介在物の寸法及び数量を降下させなければいけない。
【０００５】
高級ハブベアリング鋼は組織の均一性及び成分の溶離に十分に敏感的である。特にセンターカーボンの溶離がベアリング組織の不均一の原因であり、製品の性能に及ぼす影響が重大であり、ベアリングの耐用期間の短縮につながる。よって、鋼材の組織の均一性を保証し、鋼材のセンターカーボンの溶離を降下させなければいけない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ハブベアリング用鋼材の強度、硬度、靭性、耐摩耗性及び硬化性に関する需要に満たすために、本発明では鋼材の化学成分に関する適切な設計により新規マイクロアロイング乗用車カーボンハブベアリング用鋼C56E2XSを提供する。
【０００７】
本発明によるC56E2XS鋼に含む非金属介在物に関する仕様は下表1に示す。
【表１】
2018525520.tif 000002
【０００８】
非金属介在物はGB/T 10561 A法により検査し、各介在物の最大値が表1に記載の値までである。
【０００９】
本発明のマイクロ欠陥はSEP 1927（鍛造、圧延棒鋼の水浸超音波探傷により清浄度評価法）水浸高周波超音波探傷により検査し、1つの介在物の長さが3mm以下である。
【００１０】
本発明C56E2XSに関する鋼材検査センターカーボンの偏析エリアの炭素含有量が正常な製錬炭素含有量の10%以下であり、従来のセンターカーボンの偏析量よりはるかに低い。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
化学成分が質量パーセントとしてC 0.45〜0.70%、Si 0.10〜0.50%、Mn 0.30〜0.70%、Cr 0.20〜0.60%、P≦0.025%、S0.003〜0.030%、Mo≦0.1%、Ni≦0.2%、Al≦0.04%、Cu≦0.3%、Ca≦0.001%、Ti≦0.003%、O≦0.001%、As≦0.04%、Sn≦0.03%、Sb≦0.005%、Pb≦0.002%、他の含有量がFe及び不可避的不純物であるマイクロアロイング乗用車カーボンハブベアリング用鋼。
【００１２】
本発明によるハブベアリング鋼の化学成分は下記により設計する。
【００１３】
１）Cの含有量の確定
【００１４】
Cは鋼に含む最も経済的、最も基本的強化元素であり、固溶強化及び析出強化により顕著に鋼の強度を向上させるが、高過ぎたCの含有量が鋼の靭性及び延性に及ぼす影響がマイナスである。本発明では、Cの含有量が0.45〜0.70%にされる。本発明に関する鋼材が中炭素鋼である。
【００１５】
２）Siの含有量の確定
【００１６】
鋼に含むSiはフェライトの強化、強度、弾性限界及びジョミニー性を向上させるが、Siが鋼の過熱敏感性、ひび及び脱炭の傾向の向上につながる。本発明では、Siの含有量が0.10〜0.50%にされる。
【００１７】
３）Mnの含有量の確定
【００１８】
製鋼の脱酸素元素として、Mnは鋼のジョミニー性を向上させ、鋼に含むSの形態を固定させ、鋼の性能に対する危害性が小さいMnS及び(Fe、Mn)Sを形成し、FeSの生成を少なくし、抑えることができるので、鋼に含む少量のMn（0.10〜0.70%）が鋼の純度及び性能を向上させるが、Mnの高過ぎた含有量が顕著な焼戻し脆性につながり、且つMnが結晶粒の成長を促すことができるので、鋼の過熱敏感性及びひびの傾向性の向上につながり、且つ寸法の安定性も降下するので、使用に及ぼす影響がマイナスである。なお、Mnの高い含有量は鋼材の耐腐食力を降下させ、最終製品のベアリングの使用性能に及ぼす影響がマイナスである。従来、国内外で、中炭素のカーボンハブベアリング鋼（G55、C56E2など）はMnの含有量が一般に0.70〜0.90%にされ、実際に0.80%程度にされている。Mnの多すぎた含有量により、鋼材表面にひびが多く、加熱鍛造の際に割れ易く、使用できない上、ベアリングの耐用期間も降下させる。前記の課題を解決するために、鋼に鋼材のジョミニー性及び純度の向上などのための所定量のMnを添加する同時に、Mnの含有量が多すぎてはいけないので、できる限りそのマイナス影響を降下させなければいけない。本発明では、Mnの含有量が0.30〜0.70%にされる。
【００１９】
４）Crの含有量の確定
【００２０】
Crは炭化物の形成元素であり、鋼のジョミニー性、耐摩耗性及び耐腐食性が向上できる。鋼に含むCrは一部がアイロンを置換して合金セメンタイトを形成し、鋼材の焼戻し安定性を向上させ、一部がフェライトに溶けて固溶強化が生じ、フェライトの強度及び硬度を向上させる。なお、Crは鋼の過熱傾向及び表面脱炭速度を緩和させる。但し、Crは含有量が多過ぎ、鋼に含む炭素と結びあうと、大きな炭化物が形成しやすい。この不溶炭化物鋼の靭性の降下及びベアリングの耐用期間の短縮につながり、且つ、Crの多すぎた含有量及び鋼材の大きすぎた硬度が加工にも使用にもマイナスである（普通、カーボンハブベアリング用鋼の硬度≦255HBWである）。従来、国内外のカーボンハブベアリング鋼で、Crが鋼に含む残余元素にされ、一般要求≦0.2%が普通であり、有意の添加がない。但し、本発明では、鋼に含む添加Cr元素が鋼材の強度、硬度、耐腐食性及び耐摩耗性などを向上させることができ、それによりベアリングの耐用期間を長くさせ、且つMnの少な過ぎたによる鋼材のジョミニー性降下のマイナス影響も補うことができる。但し、多すぎたCr元素を添加すると、大き過ぎた鋼材硬度を引き起こし、加工にマイナスであり、不溶炭化物が形成しやすい。よって、本発明ではMnの設計含有量に応じてCrの含有量を0.20〜0.60%にする。
【００２１】
５）Alの含有量の確定
【００２２】
Alは鋼に含む脱酸素元素として添加し、溶融鋼に含む溶解酸素を降下させる上、AlとNが散った細い窒化アルミニウム介在物を形成し、結晶粒度を細くすることができるが、Alの含有量が多く、溶融鋼製錬中にAl2O3などの脆性介在物を形成して溶融鋼の純度を降下させる。本発明では、Alの含有量≦0.04%にされる。
【００２３】
６）Caの含有量の確定
【００２４】
Caの含有量が鋼に含む大きな点状の酸化物の数量及び寸法を向上させる同時に、点状の酸化物は硬度が大きく、可塑性が悪いので、鋼の変形の際に変形しなく、境界面で空隙を形成しやすく、鋼の性能の低下につながる。本発明では、Caの含有量≦0.001%にされる。
【００２５】
７）Tiの含有量の確定
【００２６】
Tiは窒化チタン、炭素窒化チタン介在物で鋼に残留してベアリングの危害となる。この介在物は硬く、角があり、ベアリングの疲労寿命に及ぼす影響が重大であり、特に純度が顕著に向上し、他の酸化物介在物がとても少ない場合、チタンを含む介在物の危害が特に顕著である。チタンを含む介在物はベアリングの疲労寿命を降下させる上、ベアリングの粗さに影響を及ぼす。本発明では、Tiの含有量≦0.003%にされる。
【００２７】
８）Oの含有量の確定
【００２８】
複数の試験によると、酸素含有量の降下はベアリングの疲労寿命の向上に顕著に有利である。本発明Oの含有量≦0.001%にされる。
【００２９】
９）P、Sの含有量の確定
【００３０】
Pは鋼で凝固の場合の偏析を引き起こし、フェライトに溶けてから、結晶顆粒が曲がり、粗大化、冷間脆性が向上する。本発明では、Pの含有量≦0.025%にされる。Sにより、鋼に熱間脆性が生じ、鋼の延展性及び靭性が降下するが、鋼に適切にSを入れると、切削加工性が改善できる。本発明では、Sの含有量が0.003〜0.030%にされる。
【００３１】
９）As、Sn、Sb及びPbの含有量の確定
【００３２】
As、Sn、Sb及びPbなどの微量元素は低融点の非鉄金属であり、ベアリング鋼に存在し、ベアリング部品表面の焼きむら及び硬度の不均一の原因であるので、鋼に含む有害元素にみなされる。本発明では、これらの元素の含有量として、As≦0.04%、Sn≦0.03%、Sb≦0.005%、Pb≦0.002%にされる。
【００３３】
前記のマイクロアロイング乗用車カーボンハブベアリング用鋼の製造プロセスは「電気炉またはコンバータ――炉外製錬――VDまたはRH真空脱気――連続鋳造――連続圧延――ソーイング――スタック冷却――仕上げ――表面及び内部探傷――包装」である。
【００３４】
プロセスは主な特徴が次の通りである。
【００３５】
１．良質の溶融鉄、スクラップ及び原副資材を利用するので、溶融鋼の有害元素の含有量を降下させることができる。
【００３６】
２．製錬プロセスの脱酸素を強化し、鋼に含むアルミニウムの残留量を保証し、溶融鋼に含む良好な動力学条件により集中先行脱酸素及びVD真空脱気を行い、非金属介在物が充分に浮くようにし、ガスの含有量を低くする。
【００３７】
３．鋼に含む介在物の含有量、寸法及び構成形態を制御し、電気炉制御除滓技術、製錬鉱滓の構成及び制御、脱酸素剤の選択及び添加技術の最適化、真空処理技術の最適化、とい鋳造、取鍋除滓測定などの技術及び連続鋳造全過程の耐酸化保護を利用して鋼に含む介在物の数量を削減し、良質の耐火材料で溶融鋼に対する外来介在物による汚染を削減する制御技術でプロセスに対する制御を強化し、それにより介在物の形態及び構成を制御する。
【００３８】
４．連続鋳造のプロセスに注入過熱度を35℃までにし、適切な鋳造速度及び二冷段冷却強度を利用し、連続鋳造ビレットの組織生長を保障する。
【００３９】
５．連続鋳造の過程にM‐EMS及びF‐EMSにより効果的に連続鋳造ビレットの成分溶離を改善、降下する。特に、凝固末端の電磁撹拌を追加してから、鋳造ビレットの凝固組織の致密性が向上し、鋳造ビレットのセンターポロシティが効果的に制御され、二次デンドライトアームのピッチが顕著に改善され、中心等軸晶率顕著に向上しし、結晶顆粒が細化され、それにより顕著に鋳造ビレットの品質が改善され、成分偏析が降下する。
【００４０】
６．連続圧延まで加熱温度1150〜1250℃で加熱時間≧3時間に連続鋳造ビレットに対する高温拡散を行って鋼材の偏析を改善する。
【００４１】
７．鋼材の表面及び内部探傷を行い、鋼材の出荷品質を保証する。
【発明の効果】
【００４２】
従来の技術と比べて見ると、本発明は下記の長所がある。
【００４３】
１）適切な設計化学成分に達成し、鋼材の強度、硬度、靭性、耐摩耗性及びジョミニー性などに満たす。
【００４４】
２）鋼材の非金属介在物の寸法及び数量を降下させ、鋼材の純度を保証できる。
【００４５】
３）鋼材のセンターカーボンの溶離を降下させ、鋼材の組織の均一性を保証できる。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
次に、実例により本発明について更に詳細な説明をする。
【００４７】
本発明の各実例におけるカーボンハブベアリング用鋼及び（比較用）従来用いられているG55及び国外C56E2ハブベアリング鋼は化学成分（wt%）が表2及び表3に示す。
【００４８】
【表２】
2018525520.tif 000003
【００４９】
【表３】
2018525520.tif 000004
【００５０】
各実例のカーボンハブベアリング鋼の製造プロセスは「電気炉またはコンバータ‐‐‐炉外製錬‐‐‐真空脱気（VDまたはRH）‐‐‐連続鋳造‐‐‐連続圧延‐‐‐ソーイング‐‐‐スタック冷却‐‐‐仕上げ‐‐‐表面及び内部探傷‐‐‐包装」である。
【００５１】
化学成分により調製し、良質の溶融鉄、スクラップ及び素材により溶融鋼に含む有害元素の含有量を降下させ、製錬過程の脱酸素を強化し、鋼に含むアルミニウムの残留量を保証し、溶融鋼に含む良好な動力学条件により集中先行脱酸素及びVD真空脱気処理を行い、非金属介在物が充分に浮くようにし、ガスの含有量を低くする。鋼に含む介在物の含有量、寸法及び構成形態を制御し、電気炉制御除滓技術、製錬鉱滓構成及び制御、脱酸素剤の選択及び添加技術の最適化、真空処理技術の最適化、とい鋳造、取鍋除滓測定などの技術、連続鋳造全過程の耐酸化保護により鋼に含む介在物の数量を削減し、良質の耐火材料で溶融鋼に対する外来介在物による汚染の削減のための制御技術によりプロセスに対する制御を強化し、それにより介在物の形態及び構成を制御する。
【００５２】
連続鋳造の過程に低加熱度注入を行い、注入加熱度を35℃までにし、適切な鋳造速度及び二冷段冷却強度にする同時に、連続鋳造で進んだM‐EMS及びF‐EMSにより効果的に連続鋳造ビレットの成分溶離を改善、降下する。圧延の場合に加熱温度1150〜1250℃で加熱時間≧3時間に加熱して鋼材の溶離を改善する。
【００５３】
各実例の鋼材の机械性能の比較は表4に示す。
【００５４】
【表４】
2018525520.tif 000005
【００５５】
表３によると、本発明では、従来のハブ鋼と比べて見ると、上記の各実例に含む炭素ハブ鋼は強度、硬度、靭性、耐摩耗性及びジョミニー性などの仕様が大体に同一であり、従来のハブ鋼の以上にある。
【００５６】
また、測定によると、本発明では、各実例に含むC56E2XS鋼材検査センターカーボンの偏析エリアは炭素含有量が正常な製錬炭素含有量の10%であり、センターカーボンの偏析が顕著に制限され、それにより鋼材の組織の均一性が保証される。
【００５７】
実例に含む各C56E2XS鋼材の非金属介在物は表1の仕様に満たす。
【国際調査報告】
2018525520.tif 000006
2018525520.tif 000007
2018525520.tif 000008
2018525520.tif 000009