(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼を熱処理する方法であって、鋼の組成が重量％で、
炭素０．６〜１．１、
ケイ素１．５〜２．０、
マンガン１．８〜４．０、
クロム１．２〜１．４、
ニッケル３以下、
モリブデン０．２〜０．５、
バナジウム０．１〜０．２、
偶然の不純物を除き残部は鉄であり、
鋼を、少なくとも１１５０℃の温度で少なくとも２４時間均質化するステップ、
鋼を、空冷するステップ、
鋼を、９００℃〜１０００℃の間の温度に加熱するステップ、および
少なくとも５０％のベイナイト構造を有する鋼を製造するために、鋼を、１９０℃〜２６０℃の間の温度で１〜３週間恒温変態させるステップ
とからなる方法。
【請求項２】
鋼を熱処理する方法であって、鋼の組成が重量％で、
炭素０．７〜０．９、
ケイ素１．５〜１．７、
マンガン１．９〜２．２、
クロム１．２５〜１．４、
ニッケル０．０５以下、
モリブデン０．２５〜０．３５、
バナジウム０．１〜０．１５、
偶然の不純物を除き残部は鉄であり、
鋼を、少なくとも１１５０℃の温度で少なくとも２４時間均質化するステップ、
鋼を、空冷するステップ、
鋼を、９００℃〜１０００℃の間の温度に加熱するステップ、および
少なくとも６５％のベイナイト構造を有し、構造の残りが残留オーステナイトよりなる鋼を製造するために、鋼を、１９０℃〜２６０℃の間の温度で１〜３週間恒温変態させるステップ
とからなる方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、強度、硬度、および熱処理に抵抗性のある高炭素鋼に関する。また、この鋼を製造する方法に関する。
【０００２】
高炭素、高ケイ素鋼の強度を改良することが絶えず望まれている。
【０００３】
本発明者は高硬度、高強度および高延性の鋼組成を決定し、さらに、この鋼を製造する方法を案出した。
【０００４】
本発明は、重量％で、炭素０．６〜１．１％、ケイ素１．５〜２．０％、マンガン１．８〜４．０％、ニッケル０〜３％、クロム１．２〜１．４％、モリブデン０．２〜０．５％、バナジウム０．１〜０．２％、偶然の不純物を除き残部は鉄から構成される鋼を含む。
【０００５】
この鋼は意図的に添加したものではない偶然の不純物を有することがある。
【０００６】
この鋼は、重量％で、炭素０．７〜０．９％、ケイ素１．５〜１．７％、マンガン１．９〜２．２％、クロム１．２５〜１．４％、ニッケル０〜０．０５％、モリブデン０．２５〜０．３５％、バナジウム０．１〜０．１５％、偶然の不純物を除き残部は鉄から構成される組成であることが好ましい。
【０００７】
この鋼は、硬度、降伏応力、最大抗張力を改良したベイナイト主体の微細構造からなることが好ましい。ベイナイト主体の微細構造は少なくとも５０％、好ましくは６５％、および、９５％も達成可能であるがさらに好ましくは８５％のベイナイト構造として定義される。残る構造はオーステナイトのまま含まれる。
【０００８】
本発明を、以下の図を参照しながら例によって説明する。
図１は、１２００℃で２日間の均質化熱処理を行った、マルテンサイトおよびオーステナイトのみの混合物を示す微細構造を示す図である。
図２は、ベイナイト構造を有する本発明による鋼の微細構造を示す図である。
図３は、３タイプの熱処理に対する硬度を示す図である。
図４は、本発明による鋼の時間−温度−変態（ＴＴＴ）図を示す図である。
図５および図６は、１９０℃で２週間の恒温変態を行って形成された鋼の微細構造の圧縮および引張りカーブを示す図である。
図７は、鋳造材を１９０℃で２週間で形成された微細構造を示す図である。
【０００９】
重量％で、炭素０．７９％、ケイ素１．５９％、マンガン１．９４％、クロム１．３３％、モリブデン０．３％、バナジウム０．１１％、ニッケル０．０２％の組成を有する鋼が直径１２ｍｍの鋳造棒として供給される。この棒は１２００℃で２日間、真空石英カプセル中で均質化され、続いて空冷される。直径３ｍｍの棒は１０００℃で１５分間オーステナイト化され、温度範囲１５０〜５００℃で時間を変えて恒温変態させ、続いて水で焼き入れされる。全ての図および結果において、鋼はこの組成で形成されている。
【００１０】
図１は、１２００℃で２日間の均質化熱処理を行った、マルテンサイトおよびオーステナイトのみの混合物を示す微細構造を示す。
【００１１】
表１は、オーステナイトが恒温分解した後得られた微細構造の全ての温度維持時間および硬度の値を示す。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
図２は、１９０℃、２週間で形成された鋼の微細構造、およびベイナイトフェライトおよび炭素リッチな残留オーステナイトの混合物を示す。
【００１４】
図３は、恒温変態温度に対する硬度のグラフである。２週間の恒温処理の後、３５０℃で測定した硬度の増加はベイナイト変態が始まる温度がこのレベルであることを示唆している。１５０℃、３５０℃および４００℃で形成した微細構造と、１９０℃および３００℃の間で２週間の処理により得られた構造には相違があり、４００℃で１時間の焼き戻しで、１９０℃〜３００℃の微細構造はベイナイトであるが、１５０℃および４００℃の微細構造はマルテンサイトであることを示した。低温での焼き戻し後に硬度が低下することは、通常、微細構造においてベイナイトではなくマルテンサイトが存在することを確証させるものである。４５０℃および５００℃で形成された微細構造はパーライトと残留オーステナイトの混合物である。さらに、プレート形状の初晶セメンタイトが形成されているようである。極めて高い硬度および焼き戻しに対する抵抗性を有する完全なベイナイト微細構造は１９０℃２週間の変態で形成される。また、得られるベイナイト画分の最大量は変態温度を低くすると増加する。
【００１５】
発明者の結果によれば、ベイナイト変態後のオーステナイトの炭素組成は、平衡から期待されるよりもはるかに少なく、顕著な残留オーステナイトの増大はない。これはカーバイド粒子がフェライトのプレート内部に析出し、上ベイナイトではなく下ベイナイトが形成されるからである。下ベイナイト中のカーバイドは非常に微細であるに違いない。下ベイナイトの微細構造は、上ベイナイトがより高い強度を有するはずであるにも拘わらず、もっと強靭であることが期待される。下ベイナイト構造は恒温変態温度として上限約３５０℃までが使われるときに形成される。上ベイナイト構造は恒温変態温度として約３５０℃以上が使われるときに形成される。
【００１６】
図４は鋼のＴＴＴ図の代表的な概念図を示す。
【００１７】
図５および６は、１９０℃で２週間恒温変態をさせてベイナイトを製造したサンプルの圧縮および引張り試験結果のカーブを示す。この材料は圧縮および引張りいずれにおいても非常に高い強度を持っている。この条件で鋳造し熱処理したものは、シャルピー試験でエネルギー吸収値が僅かに５＋／−１Ｊであった。
【００１８】
恒温熱処理によって均質かつ完全なベイナイト微細構造を得るためには、均質化熱処理が必要である。図７は新鮮な材料から１９０℃、２週間で得られた微細構造を示し、サンプル中の偏析が明らかであり、オーステナイトの画分量がより高い。この微細構造を圧縮下で試験したが、均質化したサンプルで予測される降伏強さとの重大な相違は見られなかった。デンドライト微細構造中に塊状オーステナイトが存在するために靭性は少しも低下することはないであろう。
【００１９】
異なる温度の均質化熱処理はマルテンサイトの形成を防止する。サンプルは１２００℃、２日間で均質化し、次いで室温に冷却する前にパーライトまたはベイナイトに恒温変態した。次いで１０００℃に再加熱してオーステナイトの粒子サイズを調質し、再びベイナイトに変態させた。
【図面の簡単な説明】
【図１】  １２００℃で２日間の均質化熱処理を行った、マルテンサイトおよびオーステナイトのみの混合物を示す微細構造を示す図である。
【図２】  ベイナイト構造を有する本発明による鋼の微細構造を示す図である。
【図３】  ３タイプの熱処理に対する硬度を示す図である。
【図４】  本発明による鋼の時間−温度−変態（ＴＴＴ）図を示す図である。
【図５】  １９０℃で２週間の恒温変態を行って形成された鋼の微細構造の圧縮および引張りカーブを示す図である。
【図６】  １９０℃で２週間の恒温変態を行って形成された鋼の微細構造の圧縮および引張りカーブを示す図である。
【図７】  鋳造材を１９０℃で２週間で形成された微細構造を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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