JP3875605B2 - High strength steel with excellent cold workability and delayed fracture resistance - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高強度ボルト、高強度ばね、高強度PC鋼線、高強度鉄筋などの伸線加工部品を製造するのに有用な高強度鋼及び高強度鋼部品に関し、特に引張強さが1300N/mm2以上であっても、冷間加工性及び耐遅れ破壊特性に優れる高強度鋼及び高強度鋼部品に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、10〜12T(約980〜1372N/mm2程度)クラスの高強度ボルト用鋼としては、SCr430鋼(C:0.27〜0.43%、Si:0.15〜0.35%、Mn:0.55〜0.90%、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Cr:0.85〜1.25%)、SCM435鋼(C:0.32〜0.39%、Si:0.15〜0.35%、Mn:0.55〜0.90%、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Cr:0.85〜1.25%、Mo:0.15〜0.35%)、SCM440鋼(C:0.42〜0.49%、Si:0.15〜0.35%、Mn:0.55〜0.90%、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Cr:0.85〜1.25%、Mo:0.15〜0.35%)などが使用されている(以下、前記SCr430鋼、SCM435鋼、及びSCM440鋼などをSCr430鋼等と称する)。ところが一般に高強度ボルトは引張強さが1200N/mm2程度を超えると遅れ破壊が生じやすくなるため、使用に制約を受けている。遅れ破壊特性を改善するため、種々の方法が提案されている。
【0003】
例えば、特開昭60−114551号公報では、高強度ボルト用鋼においてC:0.30〜0.50%、Si:0.15%未満、Mn:0.10〜0.40%、P:0.015%以下、S:0.010%以下、Cr:0.50〜4.50%、Mo:0.10〜0.70%以下、でかつSi+Mn+10(P+S):0.45%以下に制御することを提案している。前記SCr430鋼等と対比すると、低Si、低Mnである点に最大の特徴がある。本公報は、Si、Mnは耐遅れ破壊特性に対して有害であるとしている。
【0004】
特開平2−267243号公報では、高強度ボルト用鋼においてC:0.18〜0.35%、Si:0.50〜1.50%、Mn:0.20〜0.60%、Cr:1.50〜3.50%、Al:0.008〜0.070%に制御することを提案している。前記SCr430鋼等と対比すると、Si量及びCr量が多い点に最大の特徴がある。本公報では、Si、Crを高めることによって遅れ破壊に至らない限界の拡散性水素を増加できるとしている。
【0005】
特開平3−243745号公報では、機械構造用鋼において、C:0.35〜0.50%、Si:0.20%以下、Mn:0.35%以下、P:0.012%以下、S:0.01%以下、Ni:1.0〜3.0%、Cr:0.25%以下、Mo:0.40〜1.5%、V:0.05〜0.50%、Nb:0.005〜0.20%、Al:0.005〜0.10%に制御することを提案している。前記SCr430鋼等と対比すると、低Mn、低Cr、高Moであり、Ni、Nb、Vなどが添加されている点に特徴がある。本公報では低Mn化、低Cr化することにより、粒界偏析を著しく軽減でき、粒界を強化できるため耐遅れ破壊性を改善できるとしており、Ni、Mo、V及びNbを複合添加することによって細粒化を促進でき、粒界偏析を軽減できるために耐遅れ破壊性を改善できるとしている。
【0006】
しかし遅れ破壊は、非腐食環境下で起きるものと腐食性環境下で起きるものがあり、種々の要因が複雑にからみあって起きているため、真の原因を特定することは難しい。すなわち遅れ破壊特性に影響を与える要因として、上述したように粒界偏析の低減、及び各種元素の関与などが指摘されているが、その他にも焼戻し温度、組織、材料硬さなども指摘されており、真の遅れ破壊防止手段を確立することは難しく、種々の鋼部品の耐遅れ破壊特性を改善するためには試行錯誤的に種々の方法が採用されているに過ぎない。例えば、前記特開昭60−114551号公報では低Si化を推奨しているのに対して特開平2−267243号公報では高Si化を推奨しており、相反している。また前記特開平2−267243号公報では高Cr化を推奨しているのに対して、前記特開平3−243745号公報では低Cr化を推奨しており、相反している。
【0007】
なお本発明者らは、材料とプロセス,第14巻,2001年,1308頁[CAMPS−ISIJ Vol.14(2001)−1308]において、Vは拡散性水素を多量にトラップできるものの、水素トラップ作用が弱く熱負荷環境にて水素を解放すること、ところがTi炭窒化物は熱負荷によりV炭窒化物トラップから解放された水素を再トラップし、遅れ破壊を抑制すること、そのためV−Tiの複合添加によって耐遅れ破壊性が向上し、熱負荷が加わるような環境では耐遅れ破壊性がより一層向上することを発表している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、高強度鋼及び高強度鋼部品において熱負荷や応力負荷が加わるような環境においても耐遅れ破壊特性を高め、さらには冷間加工性も維持する点にある。
【0009】
本発明の他の目的は、冷間加工時に金型工具寿命を劣化させることなく歩留まりよく得られ、耐遅れ破壊特性に優れた高強度鋼部品を提供する点にある。
【0010】
本発明の他の目的は、従来鋼よりも強度をさらに高めても、耐遅れ破壊特性及び冷間加工性の両方に優れる高強度鋼及び高強度鋼部品を提供する点にある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究を重ねる過程において、さらなる高強度化をも達成可能とするために前記SCr430鋼等よりもC量が多いSCr445鋼(C:0.42〜0.49%、Si:0.15〜0.35%、Mn:0.55〜0.90%、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Cr:0.85〜1.25%)をベースに開発を進めることとし、まずMo及びVの複合添加技術に着目した。Mo及びVを複合添加すると、前記特開平3−243745号公報が指摘するように、耐遅れ破壊特性を高めることができる。しかしMo及びVの複合添加のみでは、熱負荷や応力負荷が加わる場合の耐遅れ破壊特性が不十分となる。
【0012】
そこでTiも添加することとした。Vに加えてTiを複合添加すると、前記材料とプロセスに記載されているように熱負荷が加わるような環境下でも耐遅れ破壊特性を向上できることが期待されたためである。しかし、前記SCr445鋼においては、前記SCr430鋼等と同様に約1%レベルでCrを含有している。そのためか、耐遅れ破壊特性を十分に高めることは困難であった。
【0013】
そこで、前記特開平3−243745号公報には低Cr化すると耐遅れ破壊特性が向上すると記載されているため、本発明者らは熱負荷環境下における耐遅れ破壊特性の向上をも期待してCrの削減をも試みた。しかし本発明者らは、前記特開平3−243745号公報が推奨するような0.25%以下レベルにまでCrを低減すると、意外にも冷間加工性が悪化することを発見した。すなわち従来のSCr430鋼等やSCr445鋼から単純にCrを削減しても冷間加工性が殆ど変わらないにも拘わらず、熱負荷環境下での耐遅れ破壊特性の向上を狙ってMo、V、及びTiを所定量以上複合添加した上でCrを削減すると、冷間加工性が悪化することを発見した。通常、SCr430鋼等やSCr445鋼などの中又は高炭素鋼は、冷間加工に先立って球状化焼鈍処理することによって加工性を高めているものの、Mo、V、及びTiを複合添加した上でCrを削減し過ぎると、球状化焼鈍処理の際に大きな球状炭化物が生成せず、Mo、V、Tiなどに由来する微細な高硬度炭化物が多量に残存するためか、冷間加工性が悪化するという問題点が存在していたのである。
【0014】
そしてMo、V、Ti、及びCrと冷間加工性との関係についてさらに詳細に検討を重ねたところ、式[C]×([Mo]+4×[Ti]+2×[V])で規定される値が冷間加工性に大きな影響を及ぼしていることを発見した。すなわち、Mo、V、Tiを添加した結果、[C]×([Mo]+4×[Ti]+2×[V])の値が0.4%以上になると、Crを過度に削減したときに冷間加工性が著しく低下することを突き止めた。そしてCrの削減量を適切な範囲(例えば、0.27〜0.5%程度)に制御すると、冷間加工性の低下を防止しながら熱負荷環境下での耐遅れ破壊特性を十分に高めることができること、加えて応力負荷環境下においても熱負荷環境下の場合と同様に耐遅れ破壊特性を十分に高めることができることを見出した。しかもCrの削減量を適切な範囲に制御した場合には、式[C]×([Mo]+4×[Ti]+2×[V])と冷間加工性との間に優れた相関関係を有することを見出し、この[C]×([Mo]+4×[Ti]+2×[V])の値を0.85%以下にすれば、確実に冷間加工性を維持できることを見出し、本発明を完成した。
【0015】
すなわち、本発明に係る冷間加工性及び耐遅れ破壊特性に優れた高強度鋼は、質量%で(以下、同じ)、
C :0.35〜0.55%、
Mo:0.50〜1.50%、
V :0.10〜0.5%、
Ti:0.010〜0.15%を含有し、
各成分が下記式(1)及び(2)を満足しており、
さらにはCrが0.27〜0.5%の範囲に制御されている点に要旨を有するものである。
【0016】
[Ti]/[V]≧0.1 …(1)
0.4≦[C]×([Mo]+4×[Ti]+2×[V])≦0.85 …(2)
[式中、[Ti]、[V]、[C]、[Mo]は、それぞれ鋼中のTi量(質量%)、V量(質量%)、C量(質量%)、及びMo量(質量%)を示す]
前記鋼は、冷間加工性及び耐遅れ破壊特性などを阻害しない範囲で、種々の添加元素を含有しているのが望ましい。添加元素としては、例えば、Ni:1%以下(0%を含まず)、Cu:2%以下(0%を含まず)、Zr:0.5%以下(0%を含まず)、W:0.5%以下(0%を含まず)、Nb:0.5%以下(0%を含まず)、B:0.003%以下(0%を含まず)などが挙げられる。
【0017】
また前記鋼の基本添加元素及び不純物は、例えば、以下の通りである。
【0018】
Mn:0.1〜0.8%
Si:0.2%以下
Al:0.5%以下
P :0.02%以下
S :0.02%以下
N :0.02%以下
前記鋼は、熱間圧延、球状化焼鈍の順に処理した後、所定形状に冷間加工し、該冷間加工した鋼を加熱温度890〜960℃で焼入れし、次いで加熱温度570℃以上で焼戻し処理することによって耐遅れ破壊特性に優れた高強度鋼部品を製造できる。
【0019】
前記高強度鋼部品は、下記1)〜4)に示す特性を有している。
【0020】
1)引張強さ:1300N/mm2以上
2)オーステナイト結晶粒度番号:9以上
3)切削によって環状Vノッチ(Vノッチ角度60°、深さ2mm、ノッチ底半径0.03mm)を有する直径10mmの丸棒状試験片に加工し、この試験片を塩酸水溶液(HCl濃度:15質量%)に30分間浸漬し、水洗・乾燥した後、大気中で1500N/mm2の応力を100時間に亘って負荷し続けても破断しない
4)前記3)と同一形状の試験片に加工し、この試験片の環状Vノッチ部を温度80℃の蒸留水に浸漬させながら1500N/mm2の応力を100時間に亘って負荷し続けても破断しない
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に詳細に説明する。まず、本発明における化学成分の限定理由を説明する。
【0022】
C:0.35〜0.55%(質量%の意味。以下、同じ)
Cは鋼の焼入性と強度確保のために必要な元素である。特に本発明の鋼は、後述するようにMo、V、Tiなどの析出硬化型元素を含有しており、さらには高温焼入れによってこれら元素を固溶させ、高温焼戻しによって前記Mo、V、Tiなどを析出させている。このような高温焼戻しでも所定の引張強度を確保するためには、Cを0.35%以上、好ましくは0.40%以上、さらに好ましくは0.42%以上にする必要がある。一方、Cが過剰になると鋼の靭性が劣化するために遅れ破壊特性が低下し、さらには冷間加工性も悪化する。そのためCは、0.55%以下、好ましくは0.50%以下、さらに好ましくは0.48%以下とする。
【0023】
Mo:0.50〜1.50%
Moは焼入性向上元素であり、しかも析出硬化型元素であるため強度確保のために有用である。さらには粒界強化作用を有しており耐遅れ破壊特性を向上させる点で有用である。これらの効果を発揮させるためMoは、0.50%以上、好ましくは0.6%以上、さらに好ましくは0.8%以上とする。一方、Moが過剰になると冷間加工性が低下する。そのためMoは、1.50%以下、好ましくは1.2%以下、さらに好ましくは1.0%以下とする。
【0024】
V:0.10〜0.5%
Ti:0.010〜0.15%
[Ti]/[V]≧0.1
Vは高温焼入れ高温焼戻しによって効率的に微細VCを生成し、析出硬化によって強度を向上できる点で有用である。さらには水素をトラップする効果がある。しかし、VCの水素トラップ能力は比較的弱く、応力や熱が負荷すると、トラップした水素を解放してしまい、逆に拡散性水素量が増加し、遅れ破壊特性を低下させる要因となる。一方、Tiも析出硬化型の元素であり、その炭化物は強いトラップ能力を有しており、高い応力や熱が負荷しても水素を解放しにくい性質を有する。すなわちV単独添加では水素トラップ能力が不十分であり、それを補うためにTi添加が必須となる。V及びTiを複合添加することによりV−Ti複合炭化物、V炭化物、Ti炭化物を形成し、効率的に炭化物を析出することができると共に強いトラップ能力を持つ炭化物群を形成できる。
【0025】
Vの添加量は、析出硬化作用及び水素トラップ量等の観点から設定でき、0.10%以上、好ましくは0.12%以上の範囲から選択できる。またTiの添加量も、析出硬化作用及び水素トラップ能等の観点から設定でき、0.010%以上、好ましくは0.03%以上、さらに好ましくは0.05%以上の範囲から選択できる。
【0026】
なお応力や熱が負荷するときの水素トラップ能力の観点からは、VとTiの比率を設定することが有用である。本発明では種々の実験結果から、VとTiの比は下記式(1)、好ましくは下記式(1a)、さらに好ましくは下記式(1b)を満足するようにする。
【0027】
[Ti]/[V]≧0.1 …(1)
[Ti]/[V]≧0.2 …(1a)
[Ti]/[V]≧0.3 …(1b)
[式中、[Ti]、[V]は、それぞれ鋼中のTi量(質量%)、V量(質量%)を示す]
一方、VやTiを過剰添加すると、冷間加工性が低下する。さらには鋼の溶製時に生成するVやTiの巨大炭化物が焼入れの加熱の際に十分に固溶せず、鋼の靭性を劣化させる。そのため耐遅れ破壊特性も低下させる場合がある。Vは、0.5%以下、好ましくは0.4%以下、さらに好ましくは0.3%以下にする。Tiは、0.15%以下、好ましくは0.10%以下、さらに好ましくは0.08%以下にする。
【0028】
Cr:0.27〜0.5%
本発明は耐遅れ破壊特性を改善することを目的としており、そのために前記Mo、Ti、Vを複合添加しているものの、それだけでは不十分である。例えば、従来、10〜12T(約980〜1372N/mm2程度)クラスの高強度ボルト用鋼として、SCr430鋼、SCM435鋼、SCM440鋼などが使用されており、これらSCr鋼においてMo、Ti、Vを複合添加しても耐遅れ破壊特性の改善は不十分である。前記SCr鋼には、焼入性を高めて高強度を確保することを目的にCrが約1%程度添加されていたが、このCrが耐遅れ破壊特性を低下させていた。約1%程度のCrを添加した場合、鋼材がピット状に腐食し、このピット状部が応力集中部となって耐遅れ破壊特性が低下するためである。そこでCr添加量を削減すると、ピット状の腐食が低減され、鋼材表面が均一に腐食するため、応力集中部が低減され、耐遅れ破壊特性が改善される。なお本発明では、Mo、Ti、Vを複合添加しているため、粒界が強化され、かつ拡散性水素のトラップ能力に優れている。そのため耐遅れ破壊特性を改善するためにCrを削減するとしても、Crの削減量は比較的少なくてよい。Crは、0.5%以下、好ましくは0.4%以下、さらに好ましくは0.35%以下とする。
【0029】
一方、Crを削減し過ぎると、Mo、Ti及びVの複合添加系においては、冷間加工性が低下する。一般に、本発明のような中又は高炭素鋼では、冷間加工に先立って球状化焼鈍処理することによって加工性を高めているものの、Mo、V、及びTiを複合添加した上でCrを削減し過ぎると、球状化焼鈍処理の際に大きな球状炭化物が生成せず、Mo、V、Tiなどに由来する微細な高硬度炭化物が多量に残存するためか、冷間加工性が悪化する。球状化焼鈍後の冷間加工性を確保するためには、Crを0.27%以上、好ましくは0.28%以上、さらに好ましくは0.29%以上、特に0.30%以上とする。
【0030】
0.4≦[C]×([Mo]+4×[Ti]+2×[V])≦0.85
Mo、Ti及びVの複合添加鋼においてCrを削減し過ぎると冷間加工性が低下することは本発明者らが見出したものである。これに対して、Mo、Ti及びVの添加量が少ないと、Cr量と冷間加工性との間に相関関係がない。そこでMo、Ti及びVの添加量がどの程度の範囲のとき、冷間加工性を確保するためにCr量を厳密にコントロールする必要があるか検討した。その結果、下記式(2a)で定義される複合添加量Xが0.4%以上となるとき、特に0.5%以上(例えば、0.6%以上)となるとき、Crを過度に削減すると冷間加工性が著しく低下することが判明した。
【0031】
複合添加量X=[C]×([Mo]+4×[Ti]+2×[V]) …(2a)
[式中、[C]、[Mo]、[Ti]、[V]は、それぞれ鋼中のC量(質量%)、Mo量(質量%)、Ti量(質量%)、及びV量(質量%)を示す]
さらに本発明者らは、前記複合添加量Xが、Mo、Ti及びVの複合添加鋼の冷間加工性に対して極めて優れた相関関係を有することも発見した。従って本発明の鋼の冷間加工性を確実に良好にするためには、複合添加量Xの上限を規定することも重要である。複合添加量Xの上限は、0.85程度、好ましくは0.80程度、さらに好ましくは0.75程度とする。
【0032】
本発明の鋼は、前記必須成分(C、Mo、V、Ti、Cr)以外に基本的な添加元素(Mn、Si、Alなど)を含有していることが多いが、これら基本添加元素の量は、本発明の効果を消失してしまう程度にまで冷間加工性及び耐遅れ破壊特性等に悪影響を与えない限り、特に限定されない。好ましい基本添加元素の量は、以下に示す通りである。
【0033】
Mn:0.1〜0.8%
Mnは焼入性向上元素であり、高強度を達成するのに有用である。Mn量は、例えば、0.1%以上、好ましくは0.3%以上、さらに好ましくは0.35%以上、特に0.40%以上である。一方Mnが過剰になると、冷間加工性が低下し易くなり、さらには粒界に偏析して粒界強度を低下させ、耐遅れ破壊特性が低下し易くなる。Mn量は、例えば、0.8%以下、好ましくは0.6%以下、さらに好ましくは0.55%以下、特に0.50%以下程度である。
【0034】
Si:0.2%以下
Siは脱酸剤として添加されるために鋼中に残存しているが、Siの残存量が増大するにつれて冷間加工性が低下し易くなり、さらには焼入れ等の熱処理時における粒界酸化を助長し、耐遅れ破壊特性が低下し易くなる。Si量は、例えば、0.2%以下、好ましくは0.1%以下、さらに好ましくは0.07%以下、特に0.05%以下(例えば、0.03%以下)とする。なお現実的には、Siが0%となることはない。
【0035】
Al:0.5%以下
Alは脱酸剤として添加されるために鋼中に残存しており、さらにはさび緻密化による耐食性の向上作用をも期待できる元素であるため積極的に残存させる場合もある。Al量の下限は特に限定されないが、脱酸剤としての利用を考慮すると現実的には0%超程度であり、耐食性向上作用を発揮させる観点からすれば、例えば、0.01%以上、好ましくは0.02%以上、さらに好ましくは0.03%以上程度とする。一方、Alの残存量が増大するにつれて酸化物系介在物量が増大し、耐遅れ破壊特性が低下し易くなる。Al量は、例えば、0.5%以下、好ましくは0.3%以下、さらに好ましくは0.1%以下、特に0.05%以下とする。
【0036】
前記基本添加元素(Mn、Si、Al)は、少なくとも1つが上記範囲を満足しているのが望ましく、2つ以上、特に全てが上記範囲を満足しているのが望ましい。
【0037】
本発明の鋼では、前記必須元素及び基本添加元素以外の残部はFe及び不可避的不純物(例えば、P、S、N、Oなど)であり、必要に応じて他の元素(Cu,Niなどの耐食性向上元素;Zr、W、Nbなどの微細炭窒化物形成元素;Bなど)を添加してもよい。前記不可避的不純物及び他の元素の量は、本発明の効果を消失しない限り特に限定されないが、好ましくは下記に示す範囲とする。
【0038】
[不可避的不純物]
P:0.02%以下
Pは不純物として鋼中に残存する元素であり、粒界偏析を起こして耐遅れ破壊特性を低下させ易い。P量は、例えば、0.02%以下、好ましくは0.015%以下、さらに好ましくは0.010%以下、特に0.005%以下とする。なおPが0%となることはない。
【0039】
S:0.02%以下
Sも不純物として鋼中に残存する元素であり、MnSを形成して応力集中箇所となるため、耐遅れ破壊特性を低下させ易い。S量は、例えば、0.02%以下、好ましくは0.015%以下、さらに好ましくは0.010%以下、特に0.005%以下とする。なおSが0%となることはない。
【0040】
N:0.02%以下
Nは遅れ破壊特性に対して有害であるため、少なくすることが望ましい。N量は、例えば、0.02%以下、好ましくは0.015%以下、さらに好ましくは0.010%以下、特に0.007%以下(例えば、0.005%以下)程度とする。なおNが0%となることはない。
【0041】
前記不純物(P、S、N)は、少なくとも1つが上記範囲を満足しているのが望ましく、2つ以上、特に全てが上記範囲を満足しているのが望ましい。
【0042】
[耐食性向上元素]
Ni:1%以下(0%を含まず)
Niは鋼の靭性および焼入性を高める作用があると共に、耐食性を向上させ水素浸入を抑制するため、積極的に添加するのが望ましい。Niを積極添加する場合(すなわち0%超とする場合)、好ましくは0.1%以上、さらに好ましくは0.2%以上、特に0.3%以上とする。一方、Niを過剰に添加しても効果が飽和してコストアップを招くだけでなく、冷間加工性を低下させる。従ってNiを積極添加する場合、添加量は1%以下、好ましくは0.6%以下、さらに好ましくは0.55%以下、特に0.50%以下とする。
【0043】
Cu:2%以下(0%を含まず)
Cuは鋼の耐食性を高め、耐遅れ破壊特性に悪影響を及ぼす水素の浸入を抑制するのに有用であるため、積極的に添加するのが望ましい。Cuを積極的に添加する場合(すなわち0%超とする場合)、好ましくは0.15%以上、さらに好ましくは0.3%以上とする。一方、Cuを過剰に添加すると効果が飽和するだけでなく、鋼の靭性を低下させる。従ってCuを積極添加する場合、添加量は2%以下、好ましくは1%以下、さらに好ましくは0.7%以下、特に0.6%以下とする。
【0044】
前記耐食性元素(Ni、Cu)は、単独で又は2種組み合わせて添加できる。
【0045】
[微細炭窒化物形成元素]
Zr:0.5%以下(0%を含まず)
W :0.5%以下(0%を含まず)
Nb:0.5%以下(0%を含まず)
Zr、W、及びNbは、前記Tiと同様に、微細な炭窒化物を形成し、遅れ破壊特性の向上に寄与するため、積極的に添加するのが望ましい。さらにこれら元素の窒化物及び炭化物は、結晶粒の微細化に有効である。Zr、W、及び/又はNbを積極的に添加する場合(すなわち0%超とする場合)、これら元素の添加量はいずれも、好ましくは0.03%以上、さらに好ましくは0.05%以上とする。一方、Zr、W、及び/又はNbを過剰に添加すると、耐遅れ破壊特性及び靭性を阻害する。従ってZr、W、及び/又はNbを積極的に添加する場合、添加量はいずれも、0.5%以下、好ましくは0.3%以下、さらに好ましくは0.1%以下とする。
【0046】
前記Zr、W、及びNbは、単独で又は2種以上組み合わせて添加できる。
【0047】
[B]
B:0.003%以下(0%を含まず)
Bは、焼入性、焼入れ焼戻し後の靭性、疲労特性などを向上させるのに有用であるため、積極的に添加するのが望ましい。Bを積極添加する場合(すなわち0%超とする場合)、好ましくは0.0005%以上、更に好ましくは0.0010%以上とする。一方、Bを過剰に添加するとかえって靭性を阻害する。従ってBを積極添加する場合、添加量は0.003%以下、好ましくは0.0025%以下、さらに好ましくは0.0020%以下程度とする。
【0048】
前記化学成分を有する鋼は、球状化焼鈍後の冷間加工性に優れているため、簡便に種々の形態に加工することができる。例えば、熱間加工(熱間圧延など)、球状化焼鈍の順に処理した後、冷間加工(冷間伸線、冷間鍛造など)によって種々の部品の形状に加工できる。本発明の鋼は冷間加工性に優れているため、冷間加工時に金型工具寿命を劣化させることなく歩留まり高く加工できる。なお前記冷間伸線、冷間鍛造はいずれか一方を採用してもよく、両方を組み合わせてもよい。また球状化焼鈍と冷間加工の間で、被膜処理(酸洗、潤滑被膜処理など)を施すのが望ましい。
【0049】
そして前記加工品を焼入れ・焼戻しすることによって高強度鋼部品を製造できる。なお前記化学成分を有する鋼は、潜在的に高強度性及び耐遅れ破壊特性にも優れているが、これら高強度性及び耐遅れ破壊特性を発揮させるように種々の高強度鋼部品を製造するためには、焼入れ条件及び焼戻し条件を適切に設定する必要がある。
【0050】
すなわち前記鋼は、Mo、Ti、Vなどの析出硬化型元素を含有しているため、焼入れ加熱時に析出硬化型元素を固溶させ、焼戻し時に微細炭化物として析出させる必要がある。Mo、Ti、Vの微細炭化物は、強度向上のみならず、耐遅れ破壊特性の向上にも有用である。また所定の耐遅れ破壊特性を達成するためには、焼入れ時に結晶粒が粗大化するのを防止しなければならない。
【0051】
具体的には、焼入れ時の加熱温度を890〜960℃とするのが望ましい。焼入れ温度が低すぎると、析出硬化型元素が鋼中に十分に固溶せず、焼戻しをしても十分な炭化物の析出量を確保できず、引張強度が低下する。さらには焼入れ前組織が球状化組織であるため、加熱不足になると球状化炭化物が溶け残り、この点からも引張強度が低下する。一方、焼入れ温度が高すぎると、結晶粒が粗大化して、遅れ破壊特性が劣化する。好ましい加熱温度は、900℃以上(例えば910℃以上、特に920℃以上)、950℃以下(例えば945℃以下、特に940℃以下)程度である。
【0052】
焼戻し時の加熱温度は570℃以上とするのが望ましい。焼戻し温度が低すぎると、析出硬化型元素が微細炭化物として十分に析出せず、引張強度が高くならない。特にMo、Ti、Vの微細炭化物が十分に析出しないと、耐遅れ破壊特性も低下する。好ましい焼戻し温度は、580℃以上(特に600℃以上)、650℃以下(特に625℃以下)程度である。
【0053】
なお焼入れ・焼戻しの他の条件は、上記加熱温度と析出硬化型元素の特性を考慮して適宜設定できるが、例えば、以下の範囲から選択できる。
【0054】
[焼入れ条件]
加熱後の保持時間:10分以上(例えば、20分以上)、1時間以下(例えば、40分以下)
冷却条件:油冷又は水冷
[焼戻し条件]
加熱後の保持時間:30分以上(例えば、70分以上)、3時間以下(例えば、2時間以下)
冷却条件:油冷又は水冷
上述のようにして得られた高強度鋼部品は、引張強さに優れているだけでなく、オーステナイト結晶粒も粗大化しておらず、高負荷応力下及び高温下での耐遅れ破壊特性にも優れている。引張強さ、結晶粒度番号、耐遅れ破壊特性は、例えば、以下の通りである。
【0055】
[引張強さ]
1300N/mm2以上、好ましくは1400〜1700N/mm2程度、さらに好ましくは1500〜1700N/mm2程度、特に1600〜1700N/mm2程度。
【0056】
[オーステナイト結晶粒度番号]
オーステナイト結晶粒度番号:9以上、好ましくは10〜15程度、さらに好ましくは11〜15程度。
【0057】
[高負荷応力下での耐遅れ破壊特性]
前記冷間加工品を切削することにより、環状Vノッチ(Vノッチ角度60°、深さ2mm、ノッチ底半径0.03mm)を有する直径10mmの丸棒状試験片を製造し、この試験片を塩酸水溶液(HCl濃度:15質量%)に30分間浸漬し、水洗・乾燥した後、大気中で1500N/mm2の応力を100時間に亘って負荷し続けても破断しない。
【0058】
[高温下での耐遅れ破壊特性]
前記冷間加工品を切削することにより、前記と同一形状の丸棒状試験片に加工し、この試験片の環状Vノッチ部を温度80℃の蒸留水に浸漬させながら1500N/mm2の応力を100時間に亘って負荷し続けても破断しない。
【0059】
本発明の高強度鋼部品によれば、高強度であるにも拘わらず耐遅れ破壊特性に優れている。そのため例えばボルトとしても、使用に制約を受けることなく、幅広い範囲で使用することができる。
【0060】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【0061】
実験例1
下記表1〜3に示す化学成分(質量%)の供試鋼を熱間加工することにより、線材(直径12mm)を製造した。この線材を温度740℃に加熱して5時間保持した後、温度650℃まで徐冷(冷却速度=約10℃/hr程度)し、次いで大気放冷することによって球状化焼鈍した。得られた線材を切断し切削加工することにより、直径10mm×高さ15mmの圧縮試験片を製造し、下記に示す条件で冷間加工性を評価した。
【0062】
[冷間加工性]
前記圧縮試験片を、その両端面を拘束しながら圧縮し、圧下率70%とするのに必要な応力(変形抵抗)を測定した。変形抵抗が小さい程、冷間加工性に優れる。
【0063】
上記球状化焼鈍処理した線材を下記表4〜7に示す条件で焼入れ(加熱後の保持時間:30分、冷却条件:油冷)・焼戻し(加熱後の保持時間:90分、冷却条件:水冷)した。得られた焼戻し鋼のオーステナイト結晶粒度番号を、JISG 0551「鋼のオーステナイト結晶粒度試験方法」に準拠して測定した。
【0064】
前記焼戻し鋼を切断し、切削加工することにより、図1に示す引張試験片、及び図2に示す遅れ破壊試験片(Vノッチ角度60°、深さ2mm、ノッチ底半径0.03mmの環状Vノッチを有する直径10mmの丸棒状試験片)を製造した。前記引張試験片を用いて引張強さを測定すると共に、前記遅れ破壊試験片を用いて下記のようにして耐遅れ破壊特性を調べた。
【0065】
[低負荷応力下での耐遅れ破壊特性]
遅れ破壊試験片を塩酸水溶液(HCl濃度:15質量%)に30分間浸漬した後、水洗・乾燥した。1000N/mm2(切欠き引張強さの約50%)の応力を大気中で負荷し、100時間後の破断の有無を観察した。
【0066】
[高負荷応力下での耐遅れ破壊特性]
負荷応力を1500N/mm2(切欠き引張強さの約75%)とする以外は、前記「通常の応力下での耐遅れ破壊特性」の場合と同様にした。
【0067】
[高温・高負荷応力下での耐遅れ破壊特性]
遅れ破壊試験片の環状Vノッチ部を温度80℃の蒸留水に浸漬させながら1500N/mm2の応力負荷し、100時間後の破断の有無を観察した。
【0068】
上記各試験の結果を表4〜7及び図3に示す。
【0069】
【表1】
【0070】
【表2】
【0071】
【表3】
【0072】
【表4】
【0073】
【表5】
【0074】
【表6】
【0075】
【表7】
【0076】
[表1及び表4について]
試験No.1で使用した鋼Aは従来のSCM435鋼に相当する。このNo.1の試験結果より明らかなように、SCM435鋼はMo,Ti,Vの含有量が低く、耐遅れ破壊特性が悪い。また試験No.2で使用した鋼Bは従来のS45C鋼に相当しており、前記SCM435鋼と対比するとCr含有量が少ない点で最も大きく相違する。そして試験No.1とNo.2の対比より明らかなように、Mo、Ti、Vが少ない場合、Crを少なくしても冷間加工性は悪化しない。
【0077】
試験No.3〜7は、Mo、Ti、Vのうち2種を複合添加した例である。すなわち試験No.3ではMo、Vを添加した鋼Cを使用しているが、Tiが少ないために高負荷応力下や高温下での耐遅れ破壊特性が不十分である。試験No.4ではMo、Tiを添加した鋼Dを使用しているが、Vが少ないために耐遅れ破壊特性が不十分である。試験No.5〜7ではTiとVを添加した鋼E〜Gを使用しているが、Moが少ないために引張強さが高くならない。
【0078】
試験No.8の鋼Hでは、Mo、Ti、Vの三成分を複合添加している。しかしTi量がV量に比べて少なすぎ、Ti/Vが小さすぎるために、高負荷応力下や高温下での耐遅れ破壊特性が不十分である。
【0079】
試験No.9〜10で使用する鋼I,Jでは、Mo、Ti、Vの三成分を複合添加し、Ti/Vの値を適切に調節している。しかしCrを削減していないため、高負荷応力下での耐遅れ破壊特性が不十分である。
【0080】
試験No.11〜12で使用する鋼K〜Mでは、Mo、Ti、Vの三成分を複合添加し、Ti/Vの値を適切に設定し、さらにはCrを削減している。そのため耐遅れ破壊特性に優れる。ところがCrを過度に削減しているため、冷間加工性が悪い。
【0081】
[表2及び表5について]
試験No.14〜25では、Mo、Ti、Vの三成分を複合添加し、Ti/Vの範囲を適切に設定し、さらにはCrの削減量を適切な範囲に設定した鋼N〜Yを使用している。このような鋼N〜Yは、高負荷応力下や高温下であっても耐遅れ破壊特性に優れ、しかも冷間加工性にも優れる。
【0082】
[表3及び表6について]
ただし、試験No.26〜28より明らかなように、Mo、Ti、Vなどを過剰に添加し過ぎると、冷間加工性が悪くなり、さらには耐遅れ破壊特性も悪くなる場合がある。そのためMo、Ti、Vは適量を添加する必要がある。
【0083】
また試験No.29〜30より明らかなように、Cが不足すると引張強さが確保できず(試験No.29)、Cが過剰になると冷間加工性が低下すると共に耐遅れ破壊特性も悪化する(試験No.30)。そのためC量も適切な範囲から選択する必要がある。
【0084】
[表7について]
なお耐遅れ破壊特性及び冷間加工性にも優れる前記鋼N〜Yを使用する場合であっても、焼入れ・焼戻し条件は適切に設定する必要がある。すなわち試験No.32より明らかなように焼入れ温度が低すぎるとMo、Ti、Vなどの析出硬化型合金元素を十分に固溶させることができないため、引張強さが低下する。試験No.33より明らかなように焼入れ温度が高すぎると、結晶粒が粗大化するため、耐遅れ破壊特性が低下する。また試験No.34より明らかなように焼戻し温度が低すぎるとMo,Ti,Vなどの微細炭化物が析出しないため、遅れ破壊特性が低下する。これらに対して、試験No.14及び31は、焼入れ温度及び焼戻し温度が適切であるため、耐遅れ破壊特性及び冷間加工性に優れている。
【0085】
[図3について]
図3は上記試験No.1〜34の全ての結果に基づき、鋼成分[C×(Mo+4Ti+2V)]と変形抵抗との関係をプロットしたものである。この図3より明らかなように、Mo、Ti、V量が少ない場合、より具体的にはC×(Mo+4Ti+2V)が約0〜0.3程度の場合には、Cr量が少ない場合(図中の×印及び破線参照)とCr量が多い場合(図中の○印及び実線参照)とで、変形抵抗(冷間加工性)に大きな違いはない。ところがMo、Ti、V量が多くなると、より具体的にはC×(Mo+4Ti+2V)が約0.4%以上になると、Cr量が少ない場合(図中の×印及び破線参照)は、Cr量が多い場合(図中の○印及び実線参照)に比べて冷間加工性が著しく悪くなる。
【0086】
また前記図3より明らかなようにC×(Mo+4Ti+2V)が大きくなり過ぎると、Cr量が適切であっても冷間加工性が悪くなる。
【0087】
【発明の効果】
本発明の高強度鋼(冷間加工用高強度鋼など)は、化学成分が所定の範囲に制御されているため、冷間加工性に優れており、さらには熱負荷や応力負荷が加わるような過酷な環境ですら耐遅れ破壊特性に優れている。
【0088】
本発明の高強度鋼部品は、前記高強度鋼から製造されているため冷間加工時に金型工具寿命を劣化させることなく歩留まりよく得ることができ、しかも耐遅れ破壊特性にも優れている。
【0089】
また前記高強度鋼及び高強度鋼部品は、C量を高めに設定して強度を高めた場合であっても、冷間加工性と耐遅れ破壊特性の両方に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は実験例の引張試験片を示す概略平面図である。
【図2】図2は実験例の遅れ破壊試験片を示す概略平面図である。
【図3】図3は鋼成分[C×(Mo+4Ti+2V)]と変形抵抗との関係を示すグラフである。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to high-strength steel and high-strength steel parts useful for producing wire-drawn parts such as high-strength bolts, high-strength springs, high-strength PC steel wires, and high-strength reinforcing bars, and particularly has a tensile strength of 1300 N. / Mm2Even with the above, the present invention relates to high-strength steel and high-strength steel parts that are excellent in cold workability and delayed fracture resistance.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, 10-12T (about 980-1372 N / mm2Grade) steel for high-strength bolts: SCr430 steel (C: 0.27 to 0.43%, Si: 0.15 to 0.35%, Mn: 0.55 to 0.90%, P: 0.030% or less, S: 0.030% or less, Cr: 0.85 to 1.25%), SCM435 steel (C: 0.32 to 0.39%, Si: 0.15 to 0.35%) Mn: 0.55 to 0.90%, P: 0.030% or less, S: 0.030% or less, Cr: 0.85 to 1.25%, Mo: 0.15 to 0.35%) SCM440 steel (C: 0.42-0.49%, Si: 0.15-0.35%, Mn: 0.55-0.90%, P: 0.030% or less, S: 0.030 % Or less, Cr: 0.85 to 1.25%, Mo: 0.15 to 0.35%) or the like (hereinafter referred to as the above-mentioned SCr430 steel, SCM4) 5 steel, and SCM440 steel and referred to as SCr430 steel, etc.). However, in general, high-strength bolts have a tensile strength of 1200 N / mm.2If it exceeds the limit, delayed fracture tends to occur, so there are restrictions on its use. Various methods have been proposed to improve delayed fracture characteristics.
[0003]
For example, in JP-A-60-114551, C: 0.30 to 0.50%, Si: less than 0.15%, Mn: 0.10 to 0.40%, P: 0.015% or less, S: 0.010% or less, Cr: 0.50 to 4.50%, Mo: 0.10 to 0.70% or less, and Si + Mn + 10 (P + S): 0.45% or less Propose to control. Compared with the above-mentioned SCr430 steel, etc., the greatest feature is that it has low Si and low Mn. This publication states that Si and Mn are harmful to delayed fracture resistance.
[0004]
In JP-A-2-267243, C: 0.18 to 0.35%, Si: 0.50 to 1.50%, Mn: 0.20 to 0.60%, Cr: It is proposed to control to 1.50 to 3.50% and Al: 0.008 to 0.070%. Compared with the above-mentioned SCr430 steel and the like, the greatest feature is that the amount of Si and Cr is large. In this publication, the limit of diffusible hydrogen that does not lead to delayed fracture can be increased by increasing Si and Cr.
[0005]
In JP-A-3-243745, in steel for machine structure, C: 0.35 to 0.50%, Si: 0.20% or less, Mn: 0.35% or less, P: 0.012% or less, S: 0.01% or less, Ni: 1.0 to 3.0%, Cr: 0.25% or less, Mo: 0.40 to 1.5%, V: 0.05 to 0.50%, Nb : 0.005 to 0.20%, and Al: 0.005 to 0.10%. Compared with the above-mentioned SCr430 steel, etc., it is characterized by low Mn, low Cr, high Mo, and the addition of Ni, Nb, V and the like. In this publication, by reducing Mn and Cr, grain boundary segregation can be remarkably reduced and grain boundaries can be strengthened, so that delayed fracture resistance can be improved, and Ni, Mo, V and Nb are added in combination. According to the report, fine graining can be promoted and grain boundary segregation can be reduced, so that delayed fracture resistance can be improved.
[0006]
However, delayed fracture occurs in a non-corrosive environment and in a corrosive environment, and it is difficult to identify the true cause because various factors are involved in a complex manner. In other words, as described above, reduction of grain boundary segregation and involvement of various elements have been pointed out as factors affecting delayed fracture characteristics, but tempering temperature, structure, material hardness, etc. have also been pointed out. Therefore, it is difficult to establish a true delayed fracture prevention means, and various methods are merely employed by trial and error in order to improve the delayed fracture resistance of various steel parts. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 60-114551 recommends low Si, whereas Japanese Patent Laid-Open No. 2-267243 recommends high Si, which is contradictory. The above Japanese Patent Laid-Open No. 2-267243 recommends a high Cr content, whereas the Japanese Patent Laid-Open No. 3-243745 recommends a low Cr content, which conflicts.
[0007]
In addition, the inventors of the present invention have been disclosed in Materials and Processes, Vol. 14, 2001, 1308 [CAMPS-ISI Vol. 14 (2001) -1308], V can trap a large amount of diffusible hydrogen, but hydrogen trapping action is weak and hydrogen is released in a heat load environment. However, Ti carbonitride is a V carbonitride due to heat load. Retraps the hydrogen released from the trap and suppresses delayed fracture. Therefore, the combined addition of V-Ti improves delayed fracture resistance and further improves delayed fracture resistance in environments where thermal loads are applied. Announcing to do.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to improve delayed fracture resistance and maintain cold workability even in an environment in which a heat load or stress load is applied to high strength steel and high strength steel parts.
[0009]
Another object of the present invention is to provide a high-strength steel part that is obtained with a good yield without deteriorating the tool life during cold working and has excellent delayed fracture resistance.
[0010]
Another object of the present invention is to provide high-strength steel and high-strength steel parts that are excellent in both delayed fracture resistance and cold workability even if the strength is further increased as compared with conventional steel.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In the process of earnestly researching to solve the above problems, the present inventors have made SCr445 steel (C: 0.42) having a larger amount of C than the above-mentioned SCr430 steel in order to achieve higher strength. To 0.49%, Si: 0.15 to 0.35%, Mn: 0.55 to 0.90%, P: 0.030% or less, S: 0.030% or less, Cr: 0.85 to We decided to proceed with development based on 1.25%), and first focused on the combined addition technology of Mo and V. When Mo and V are added in combination, the delayed fracture resistance can be improved as pointed out by the above-mentioned JP-A-3-243745. However, only the combined addition of Mo and V results in insufficient delayed fracture resistance when a thermal load or stress load is applied.
[0012]
Therefore, Ti was also added. This is because, when Ti is added in addition to V, it is expected that the delayed fracture resistance can be improved even in an environment where a thermal load is applied as described in the materials and processes. However, the SCr445 steel contains Cr at a level of about 1%, similar to the SCr430 steel and the like. For this reason, it has been difficult to sufficiently enhance the delayed fracture resistance.
[0013]
Therefore, since JP-A-3-243745 describes that the resistance to delayed fracture is improved when the Cr content is lowered, the present inventors also expect the improvement of the delayed fracture resistance in a thermal load environment. Attempts were also made to reduce Cr. However, the present inventors have unexpectedly found that when Cr is reduced to a level of 0.25% or less as recommended by JP-A-3-243745, cold workability is unexpectedly deteriorated. That is, even if Cr is simply reduced from the conventional SCr430 steel or the like or SCr445 steel, the cold workability is hardly changed, but the aim is to improve the delayed fracture resistance under a heat load environment. It has been discovered that cold workability deteriorates when Cr is reduced after adding more than a predetermined amount of Ti and Ti. Normally, medium or high carbon steel such as SCr430 steel and SCr445 steel is improved in workability by spheroidizing annealing prior to cold working, but after adding Mo, V, and Ti in combination. If too much Cr is reduced, large spherical carbides are not generated during the spheroidizing annealing process, and a large amount of fine high-hardness carbides derived from Mo, V, Ti, etc. remain, and cold workability deteriorates. There was a problem of doing.
[0014]
Further, when the relationship between Mo, V, Ti, and Cr and cold workability is further studied in detail, it is defined by the formula [C] × ([Mo] + 4 × [Ti] + 2 × [V]). Has been found to have a great influence on cold workability. That is, as a result of adding Mo, V, and Ti, when [C] × ([Mo] + 4 × [Ti] + 2 × [V]) is 0.4% or more, Cr is excessively reduced. It has been found that the cold workability is significantly reduced. When the amount of Cr reduction is controlled within an appropriate range (for example, about 0.27 to 0.5%), the delayed fracture resistance under a thermal load environment is sufficiently enhanced while preventing a decrease in cold workability. In addition, it has been found that the delayed fracture resistance can be sufficiently enhanced even in a stress load environment as in the case of a heat load environment. Moreover, when the Cr reduction amount is controlled within an appropriate range, there is an excellent correlation between the formula [C] × ([Mo] + 4 × [Ti] + 2 × [V]) and cold workability. It is found that if the value of [C] × ([Mo] + 4 × [Ti] + 2 × [V]) is 0.85% or less, cold workability can be reliably maintained. Completed the invention.
[0015]
That is, the high-strength steel excellent in cold workability and delayed fracture resistance according to the present invention is mass% (hereinafter the same),
C: 0.35-0.55%,
Mo: 0.50 to 1.50%,
V: 0.10 to 0.5%,
Ti: contains 0.010 to 0.15%,
Each component satisfies the following formulas (1) and (2),
Furthermore, it has a gist in that Cr is controlled in the range of 0.27 to 0.5%.
[0016]
[Ti] / [V] ≧ 0.1 (1)
0.4 ≦ [C] × ([Mo] + 4 × [Ti] + 2 × [V]) ≦ 0.85 (2)
[In the formula, [Ti], [V], [C], and [Mo] are Ti amount (% by mass), V amount (% by mass), C amount (% by mass), and Mo amount in steel ( Mass%)]
The steel desirably contains various additive elements as long as the cold workability and delayed fracture resistance are not impaired. Examples of additive elements include Ni: 1% or less (not including 0%), Cu: 2% or less (not including 0%), Zr: 0.5% or less (not including 0%), W: 0.5% or less (not including 0%), Nb: 0.5% or less (not including 0%), B: 0.003% or less (not including 0%), and the like.
[0017]
The basic additive elements and impurities of the steel are, for example, as follows.
[0018]
Mn: 0.1 to 0.8%
Si: 0.2% or less
Al: 0.5% or less
P: 0.02% or less
S: 0.02% or less
N: 0.02% or less
The steel is processed in the order of hot rolling and spheroidizing annealing, then cold worked into a predetermined shape, the cold worked steel is quenched at a heating temperature of 890-960 ° C., and then tempered at a heating temperature of 570 ° C. or higher. By processing, high strength steel parts having excellent delayed fracture resistance can be produced.
[0019]
The high-strength steel parts have the characteristics shown in the following 1) to 4).
[0020]
1) Tensile strength: 1300 N / mm2more than
2) Austenite grain size number: 9 or more
3) A 10 mm diameter round bar-shaped test piece having an annular V notch (V notch angle 60 °, depth 2 mm, notch bottom radius 0.03 mm) is processed by cutting, and this test piece is hydrochloric acid aqueous solution (HCl concentration: 15 mass) %) For 30 minutes, washed with water and dried, and then 1500 N / mm in air.2Will not break even if stress is continuously applied for 100 hours
4) Processing into a test piece having the same shape as in 3) above, and immersing the annular V-notch portion of this test piece in distilled water at a temperature of 80 ° C., 1500 N / mm2Will not break even if stress is continuously applied for 100 hours
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail. First, the reasons for limiting chemical components in the present invention will be described.
[0022]
C: 0.35 to 0.55% (meaning mass%, hereinafter the same)
C is an element necessary for ensuring the hardenability and strength of steel. In particular, the steel of the present invention contains precipitation hardening type elements such as Mo, V, and Ti as described later, and further, these elements are solid-solved by high-temperature quenching, and the above-described Mo, V, Ti, etc. by high-temperature tempering. Is deposited. In order to ensure a predetermined tensile strength even at such high temperature tempering, C needs to be 0.35% or more, preferably 0.40% or more, more preferably 0.42% or more. On the other hand, if C is excessive, the toughness of the steel is deteriorated, so that the delayed fracture characteristics are lowered, and further, the cold workability is also deteriorated. Therefore, C is 0.55% or less, preferably 0.50% or less, more preferably 0.48% or less.
[0023]
Mo: 0.50 to 1.50%
Mo is a hardenability improving element and is a precipitation hardening type element, so it is useful for securing strength. Furthermore, it has a grain boundary strengthening effect and is useful in improving delayed fracture resistance. In order to exhibit these effects, Mo is 0.50% or more, preferably 0.6% or more, and more preferably 0.8% or more. On the other hand, when Mo becomes excessive, cold workability will fall. Therefore, Mo is made 1.50% or less, preferably 1.2% or less, more preferably 1.0% or less.
[0024]
V: 0.10 to 0.5%
Ti: 0.010 to 0.15%
[Ti] / [V] ≧ 0.1
V is useful in that fine VC can be efficiently generated by high-temperature quenching and high-temperature tempering, and the strength can be improved by precipitation hardening. Furthermore, it has the effect of trapping hydrogen. However, the hydrogen trapping capability of VC is relatively weak. When stress or heat is applied, the trapped hydrogen is released, and conversely, the amount of diffusible hydrogen increases, causing a delayed fracture characteristic to deteriorate. On the other hand, Ti is also a precipitation hardening type element, and its carbide has a strong trapping ability and has a property of not releasing hydrogen even when a high stress or heat is applied. That is, the addition of V alone does not provide sufficient hydrogen trapping capability, and Ti addition is essential to make up for it. By adding V and Ti in combination, V-Ti composite carbides, V carbides, and Ti carbides can be formed, and carbides can be efficiently precipitated and a carbide group having a strong trapping ability can be formed.
[0025]
The addition amount of V can be set from the viewpoints of precipitation hardening action, hydrogen trap amount, and the like, and can be selected from a range of 0.10% or more, preferably 0.12% or more. The amount of Ti added can also be set from the viewpoints of precipitation hardening action, hydrogen trapping ability, etc., and can be selected from the range of 0.010% or more, preferably 0.03% or more, and more preferably 0.05% or more.
[0026]
It is useful to set the ratio of V and Ti from the viewpoint of hydrogen trap ability when stress or heat is applied. In the present invention, from various experimental results, the ratio of V and Ti satisfies the following formula (1), preferably the following formula (1a), and more preferably the following formula (1b).
[0027]
[Ti] / [V] ≧ 0.1 (1)
[Ti] / [V] ≧ 0.2 (1a)
[Ti] / [V] ≧ 0.3 (1b)
[Wherein, [Ti] and [V] respectively represent Ti amount (mass%) and V amount (mass%) in steel]
On the other hand, when V or Ti is excessively added, cold workability is lowered. Furthermore, the V and Ti giant carbides produced during the melting of the steel do not sufficiently dissolve during the quenching heating, thereby degrading the toughness of the steel. For this reason, the delayed fracture resistance may be lowered. V is 0.5% or less, preferably 0.4% or less, and more preferably 0.3% or less. Ti is 0.15% or less, preferably 0.10% or less, more preferably 0.08% or less.
[0028]
Cr: 0.27 to 0.5%
The object of the present invention is to improve delayed fracture resistance. For this purpose, Mo, Ti and V are added in combination, but this is not sufficient. For example, conventionally, 10-12T (about 980-1372 N / mm2Grade) SCr430 steel, SCM435 steel, SCM440 steel, etc. are used as steel for high-strength bolts of the class, and even if these SCr steels are combined with Mo, Ti and V, the improvement in delayed fracture resistance is insufficient. It is. About 1% of Cr was added to the SCr steel for the purpose of improving hardenability and ensuring high strength, but this Cr deteriorated the delayed fracture resistance. This is because when about 1% of Cr is added, the steel material corrodes in a pit shape, and this pit-shaped portion becomes a stress-concentrated portion and the delayed fracture resistance is deteriorated. Accordingly, when the Cr addition amount is reduced, pit-like corrosion is reduced and the steel surface is uniformly corroded, so that the stress concentration portion is reduced and delayed fracture resistance is improved. In the present invention, since Mo, Ti, and V are added in combination, the grain boundary is strengthened and the trapping ability of diffusible hydrogen is excellent. Therefore, even if Cr is reduced in order to improve delayed fracture resistance, the amount of reduction of Cr may be relatively small. Cr is 0.5% or less, preferably 0.4% or less, and more preferably 0.35% or less.
[0029]
On the other hand, if Cr is excessively reduced, cold workability is reduced in the combined addition system of Mo, Ti and V. Generally, in medium or high carbon steels such as the present invention, workability is improved by spheroidizing annealing prior to cold working, but Cr is reduced by adding Mo, V, and Ti in combination. If the amount is too large, large spherical carbides are not generated during the spheroidizing annealing treatment, and a large amount of fine high-hardness carbides derived from Mo, V, Ti, etc. remain, and cold workability deteriorates. In order to ensure cold workability after spheroidizing annealing, Cr is 0.27% or more, preferably 0.28% or more, more preferably 0.29% or more, and particularly 0.30% or more.
[0030]
0.4 ≦ [C] × ([Mo] + 4 × [Ti] + 2 × [V]) ≦ 0.85
The present inventors have found that cold workability is lowered when Cr is excessively reduced in a composite additive steel of Mo, Ti and V. On the other hand, when there is little addition amount of Mo, Ti, and V, there is no correlation between Cr amount and cold workability. In view of this, an investigation was made as to the extent to which the amounts of addition of Mo, Ti, and V need to be strictly controlled in order to ensure cold workability. As a result, when the composite addition amount X defined by the following formula (2a) is 0.4% or more, particularly when it is 0.5% or more (for example, 0.6% or more), Cr is excessively reduced. Then, it was found that the cold workability is remarkably lowered.
[0031]
Compound addition amount X = [C] × ([Mo] + 4 × [Ti] + 2 × [V]) (2a)
[In the formula, [C], [Mo], [Ti], and [V] are C amount (mass%), Mo amount (mass%), Ti amount (mass%), and V amount (in the steel, respectively). Mass%)]
Furthermore, the present inventors have also found that the composite addition amount X has an extremely excellent correlation with the cold workability of the composite addition steel of Mo, Ti and V. Therefore, in order to ensure good cold workability of the steel of the present invention, it is also important to define the upper limit of the composite addition amount X. The upper limit of the composite addition amount X is about 0.85, preferably about 0.80, and more preferably about 0.75.
[0032]
The steel of the present invention often contains basic additive elements (Mn, Si, Al, etc.) in addition to the essential components (C, Mo, V, Ti, Cr). The amount is not particularly limited as long as it does not adversely affect cold workability and delayed fracture resistance to such an extent that the effects of the present invention are lost. Preferred amounts of basic additive elements are as shown below.
[0033]
Mn: 0.1 to 0.8%
Mn is a hardenability improving element and is useful for achieving high strength. The amount of Mn is, for example, 0.1% or more, preferably 0.3% or more, more preferably 0.35% or more, and particularly 0.40% or more. On the other hand, when Mn is excessive, the cold workability is liable to be lowered, and further segregated at the grain boundary to lower the grain boundary strength, and the delayed fracture resistance is liable to be lowered. The amount of Mn is, for example, 0.8% or less, preferably 0.6% or less, more preferably 0.55% or less, and particularly about 0.50% or less.
[0034]
Si: 0.2% or less
Since Si is added as a deoxidizer, it remains in the steel, but as the remaining amount of Si increases, cold workability tends to decrease, and further, grain boundary oxidation occurs during heat treatment such as quenching. This promotes the resistance to delayed fracture and tends to decrease. The amount of Si is, for example, 0.2% or less, preferably 0.1% or less, more preferably 0.07% or less, particularly 0.05% or less (for example, 0.03% or less). Actually, Si never becomes 0%.
[0035]
Al: 0.5% or less
Since Al is added as a deoxidizer, it remains in the steel, and since it is an element that can also be expected to improve corrosion resistance due to rust densification, it may be actively left. Although the lower limit of the amount of Al is not particularly limited, it is practically over 0% when considering use as a deoxidizer, and from the viewpoint of exerting an effect of improving corrosion resistance, for example, 0.01% or more, preferably Is 0.02% or more, more preferably about 0.03% or more. On the other hand, as the remaining amount of Al increases, the amount of oxide inclusions increases, and the delayed fracture resistance tends to deteriorate. The amount of Al is, for example, 0.5% or less, preferably 0.3% or less, more preferably 0.1% or less, and particularly 0.05% or less.
[0036]
It is desirable that at least one of the basic additive elements (Mn, Si, Al) satisfies the above range, and it is desirable that two or more, particularly all, satisfy the above range.
[0037]
In the steel of the present invention, the balance other than the essential elements and basic additive elements is Fe and inevitable impurities (for example, P, S, N, O, etc.), and other elements (Cu, Ni, etc.) as necessary. Corrosion resistance improving elements; fine carbonitride-forming elements such as Zr, W and Nb; B etc.) may be added. The amounts of the inevitable impurities and other elements are not particularly limited as long as the effects of the present invention are not lost, but are preferably in the following ranges.
[0038]
[Inevitable impurities]
P: 0.02% or less
P is an element remaining in the steel as an impurity, and tends to cause segregation at the grain boundary to deteriorate the delayed fracture resistance. The amount of P is, for example, 0.02% or less, preferably 0.015% or less, more preferably 0.010% or less, and particularly 0.005% or less. P is never 0%.
[0039]
S: 0.02% or less
S is also an element remaining in the steel as an impurity, and forms MnS to become a stress concentration portion, so that the delayed fracture resistance is easily lowered. The amount of S is, for example, 0.02% or less, preferably 0.015% or less, more preferably 0.010% or less, and particularly 0.005% or less. S is never 0%.
[0040]
N: 0.02% or less
Since N is harmful to delayed fracture characteristics, it is desirable to reduce N. The N amount is, for example, 0.02% or less, preferably 0.015% or less, more preferably 0.010% or less, and particularly 0.007% or less (for example, 0.005% or less). N is never 0%.
[0041]
It is desirable that at least one of the impurities (P, S, N) satisfies the above range, and it is desirable that two or more, particularly all, satisfy the above range.
[0042]
[Corrosion resistance improving element]
Ni: 1% or less (excluding 0%)
Ni has an effect of enhancing the toughness and hardenability of the steel, and is desirably added positively in order to improve the corrosion resistance and suppress the hydrogen penetration. When Ni is positively added (that is, when it exceeds 0%), it is preferably at least 0.1%, more preferably at least 0.2%, particularly at least 0.3%. On the other hand, even if Ni is added excessively, the effect is saturated and not only the cost is increased, but also cold workability is lowered. Therefore, when Ni is positively added, the addition amount is 1% or less, preferably 0.6% or less, more preferably 0.55% or less, and particularly 0.50% or less.
[0043]
Cu: 2% or less (excluding 0%)
Since Cu is useful for increasing the corrosion resistance of steel and suppressing the intrusion of hydrogen that adversely affects delayed fracture resistance, it is desirable to add it positively. When Cu is positively added (that is, when it is more than 0%), it is preferably 0.15% or more, more preferably 0.3% or more. On the other hand, when Cu is added excessively, not only the effect is saturated, but also the toughness of the steel is lowered. Therefore, when Cu is positively added, the addition amount is 2% or less, preferably 1% or less, more preferably 0.7% or less, and particularly 0.6% or less.
[0044]
The said corrosion-resistant element (Ni, Cu) can be added individually or in combination of 2 types.
[0045]
[Fine carbonitride-forming elements]
Zr: 0.5% or less (excluding 0%)
W: 0.5% or less (excluding 0%)
Nb: 0.5% or less (excluding 0%)
Zr, W, and Nb, like Ti, form fine carbonitrides and contribute to the improvement of delayed fracture characteristics, so it is desirable to add them positively. Furthermore, nitrides and carbides of these elements are effective for making crystal grains finer. When Zr, W, and / or Nb is positively added (ie, more than 0%), the addition amount of these elements is preferably 0.03% or more, more preferably 0.05% or more. And On the other hand, if Zr, W, and / or Nb is added excessively, delayed fracture resistance and toughness are impaired. Therefore, when Zr, W, and / or Nb is positively added, the amount added is 0.5% or less, preferably 0.3% or less, more preferably 0.1% or less.
[0046]
Zr, W, and Nb can be added singly or in combination of two or more.
[0047]
[B]
B: 0.003% or less (excluding 0%)
Since B is useful for improving hardenability, toughness after quenching and tempering, fatigue characteristics, and the like, it is desirable to add B actively. When B is positively added (that is, when it exceeds 0%), it is preferably 0.0005% or more, more preferably 0.0010% or more. On the other hand, if B is added excessively, the toughness is inhibited. Therefore, when B is positively added, the addition amount is 0.003% or less, preferably 0.0025% or less, more preferably about 0.0020% or less.
[0048]
Since the steel having the chemical component is excellent in cold workability after spheroidizing annealing, it can be easily processed into various forms. For example, after processing in the order of hot working (hot rolling, etc.) and spheroidizing annealing, it can be processed into various parts by cold working (cold drawing, cold forging, etc.). Since the steel of the present invention is excellent in cold workability, it can be processed with a high yield without deteriorating the tool life during cold working. Note that either one of the cold wire drawing and the cold forging may be employed, or both may be combined. Further, it is desirable to perform a coating treatment (pickling, lubricating coating treatment, etc.) between spheroidizing annealing and cold working.
[0049]
A high-strength steel part can be manufactured by quenching and tempering the processed product. Although the steel having the above chemical components is potentially excellent in high strength and delayed fracture resistance, various high strength steel parts are manufactured so as to exhibit these high strength and delayed fracture resistance. For this purpose, it is necessary to appropriately set the quenching condition and the tempering condition.
[0050]
That is, since the steel contains precipitation hardening elements such as Mo, Ti, and V, it is necessary to solidify the precipitation hardening elements during quenching and to precipitate as fine carbides during tempering. The fine carbides of Mo, Ti, and V are useful not only for improving strength but also for improving delayed fracture resistance. Further, in order to achieve a predetermined delayed fracture resistance, it is necessary to prevent the crystal grains from becoming coarse during quenching.
[0051]
Specifically, the heating temperature at the time of quenching is desirably 890 to 960 ° C. If the quenching temperature is too low, the precipitation hardening type element is not sufficiently dissolved in the steel, and even if tempering is performed, a sufficient amount of precipitation of carbide cannot be secured, and the tensile strength is lowered. Furthermore, since the pre-quenching structure is a spheroidized structure, the spheroidized carbide remains undissolved when heating is insufficient, and the tensile strength also decreases from this point. On the other hand, if the quenching temperature is too high, the crystal grains become coarse and the delayed fracture characteristics deteriorate. The preferable heating temperature is about 900 ° C. or higher (eg, 910 ° C. or higher, particularly 920 ° C. or higher) and 950 ° C. or lower (eg, 945 ° C. or lower, particularly 940 ° C. or lower).
[0052]
The heating temperature during tempering is desirably 570 ° C. or higher. If the tempering temperature is too low, the precipitation hardening type element does not sufficiently precipitate as fine carbides, and the tensile strength does not increase. Particularly, if the fine carbides of Mo, Ti, and V are not sufficiently precipitated, the delayed fracture resistance is also deteriorated. Preferred tempering temperatures are about 580 ° C. or higher (particularly 600 ° C. or higher) and 650 ° C. or lower (particularly 625 ° C. or lower).
[0053]
The other conditions for quenching and tempering can be appropriately set in consideration of the heating temperature and the characteristics of the precipitation hardening element, and can be selected from the following ranges, for example.
[0054]
[Hardening conditions]
Holding time after heating: 10 minutes or more (for example, 20 minutes or more), 1 hour or less (for example, 40 minutes or less)
Cooling condition: oil cooling or water cooling
[Tempering conditions]
Holding time after heating: 30 minutes or more (for example, 70 minutes or more), 3 hours or less (for example, 2 hours or less)
Cooling condition: oil cooling or water cooling
The high-strength steel parts obtained as described above are not only excellent in tensile strength, but also austenite crystal grains are not coarsened, and are also resistant to delayed fracture under high load stress and high temperature. Are better. The tensile strength, crystal grain number, and delayed fracture resistance are, for example, as follows.
[0055]
[Tensile strength]
1300 N / mm2Or more, preferably 1400-1700 N / mm2Degree, more preferably 1500-1700 N / mm2Degree, especially 1600-1700 N / mm2degree.
[0056]
[Austenite grain size number]
Austenite grain size number: 9 or more, preferably about 10-15, more preferably about 11-15.
[0057]
[Delayed fracture resistance under high load stress]
By cutting the cold-worked product, a round bar-shaped test piece having a diameter of 10 mm having an annular V-notch (V notch angle 60 °, depth 2 mm, notch bottom radius 0.03 mm) is manufactured. Immerse in an aqueous solution (HCl concentration: 15% by mass) for 30 minutes, wash with water and dry, then 1500 N / mm in air2Even if the stress is continuously applied for 100 hours, it does not break.
[0058]
[Delayed fracture resistance at high temperatures]
The cold-worked product is cut into a round bar-shaped test piece having the same shape as described above, and the annular V-notch portion of the test piece is 1500 N / mm while being immersed in distilled water at a temperature of 80 ° C.2Even if the stress is continuously applied for 100 hours, it does not break.
[0059]
According to the high strength steel part of the present invention, it has excellent delayed fracture resistance despite its high strength. Therefore, for example, a bolt can be used in a wide range without being restricted in use.
[0060]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, but may be appropriately modified within a range that can meet the purpose described above and below. Of course, it is possible to implement them, and both are included in the technical scope of the present invention.
[0061]
Experimental example 1
A wire rod (diameter: 12 mm) was manufactured by hot working test steels having chemical components (mass%) shown in Tables 1 to 3 below. The wire was heated to a temperature of 740 ° C. and held for 5 hours, and then gradually cooled to a temperature of 650 ° C. (cooling rate = about 10 ° C./hr), and then allowed to cool to the atmosphere for spheroidizing annealing. The obtained wire was cut and cut to produce a compression test piece having a diameter of 10 mm and a height of 15 mm, and the cold workability was evaluated under the following conditions.
[0062]
[Cold workability]
The compression test piece was compressed while restraining both end faces thereof, and the stress (deformation resistance) necessary to obtain a rolling reduction of 70% was measured. The smaller the deformation resistance, the better the cold workability.
[0063]
The spheroidizing annealing wire was quenched (retention time after heating: 30 minutes, cooling condition: oil cooling) and tempering (retention time after heating: 90 minutes, cooling condition: water cooling) under the conditions shown in Tables 4 to 7 below. )did. The austenite grain size number of the obtained tempered steel was measured according to JISG 0551 “Austenite grain size test method for steel”.
[0064]
By cutting and cutting the tempered steel, a tensile test piece shown in FIG. 1 and a delayed fracture test piece shown in FIG. 2 (annular V having a V notch angle of 60 °, a depth of 2 mm, and a notch bottom radius of 0.03 mm). A round bar-shaped test piece having a notch and a diameter of 10 mm was manufactured. The tensile strength was measured using the tensile test piece, and the delayed fracture resistance was examined using the delayed fracture test piece as follows.
[0065]
[Delayed fracture resistance under low load stress]
The delayed fracture test piece was immersed in an aqueous hydrochloric acid solution (HCl concentration: 15% by mass) for 30 minutes, washed with water and dried. 1000 N / mm2A stress of about 50% of the notch tensile strength was applied in the atmosphere, and the presence or absence of fracture after 100 hours was observed.
[0066]
[Delayed fracture resistance under high load stress]
Load stress is 1500 N / mm2Except for (about 75% of the notch tensile strength), the same as in the case of “delayed fracture resistance under normal stress” described above.
[0067]
[Delayed fracture resistance under high temperature and high load stress]
1500 N / mm while the annular V notch of the delayed fracture specimen is immersed in distilled water at a temperature of 80 ° C.2And the presence or absence of fracture after 100 hours was observed.
[0068]
The results of the above tests are shown in Tables 4 to 7 and FIG.
[0069]
[Table 1]
[0070]
[Table 2]
[0071]
[Table 3]
[0072]
[Table 4]
[0073]
[Table 5]
[0074]
[Table 6]
[0075]
[Table 7]
[0076]
[About Table 1 and Table 4]
Test No. Steel A used in No. 1 corresponds to conventional SCM435 steel. This No. As is clear from the test result of No. 1, SCM435 steel has a low content of Mo, Ti and V and has poor delayed fracture resistance. In addition, Test No. Steel B used in No. 2 corresponds to the conventional S45C steel, and is the most different from the SCM435 steel in that the Cr content is small. And test no. 1 and No. As is clear from the comparison of 2, when Mo, Ti, and V are small, cold workability does not deteriorate even if Cr is decreased.
[0077]
Test No. 3 to 7 are examples in which two of Mo, Ti, and V are added in combination. That is, test no. No. 3 uses steel C to which Mo and V are added. However, since Ti is small, the delayed fracture resistance under high load stress and high temperature is insufficient. Test No. In No. 4, steel D to which Mo and Ti are added is used, but since V is small, delayed fracture resistance is insufficient. Test No. In Nos. 5 to 7, steels E to G to which Ti and V are added are used. However, since Mo is small, tensile strength does not increase.
[0078]
Test No. In Steel No. 8, three components of Mo, Ti, and V are added in combination. However, since the Ti amount is too small compared to the V amount and Ti / V is too small, the delayed fracture resistance under high load stress and high temperature is insufficient.
[0079]
Test No. In steels I and J used in 9 to 10, the three components of Mo, Ti, and V are added in combination, and the value of Ti / V is appropriately adjusted. However, since Cr is not reduced, delayed fracture resistance under high load stress is insufficient.
[0080]
Test No. In steels K to M used in 11 to 12, three components of Mo, Ti, and V are added in combination, the value of Ti / V is appropriately set, and Cr is further reduced. Therefore, it has excellent delayed fracture resistance. However, since Cr is excessively reduced, cold workability is poor.
[0081]
[About Table 2 and Table 5]
Test No. In Nos. 14 to 25, steels N to Y in which the three components of Mo, Ti, and V are added in combination, the Ti / V range is set appropriately, and the Cr reduction amount is set to an appropriate range are used. Yes. Such steels N to Y are excellent in delayed fracture resistance even under high load stress and high temperature, and are also excellent in cold workability.
[0082]
[About Table 3 and Table 6]
However, test no. As is clear from 26 to 28, if Mo, Ti, V, etc. are added excessively, the cold workability is deteriorated and the delayed fracture resistance is also sometimes deteriorated. Therefore, it is necessary to add appropriate amounts of Mo, Ti, and V.
[0083]
In addition, Test No. As apparent from 29 to 30, when C is insufficient, tensile strength cannot be secured (Test No. 29), and when C is excessive, cold workability is deteriorated and delayed fracture resistance is also deteriorated (Test No.). .30). Therefore, it is necessary to select the C amount from an appropriate range.
[0084]
[About Table 7]
Even when the steels N to Y having excellent delayed fracture resistance and cold workability are used, it is necessary to appropriately set the quenching and tempering conditions. That is, test no. As apparent from FIG. 32, when the quenching temperature is too low, precipitation hardening type alloy elements such as Mo, Ti, and V cannot be sufficiently dissolved, so that the tensile strength decreases. Test No. As is clear from FIG. 33, when the quenching temperature is too high, the crystal grains become coarse, so that the delayed fracture resistance is deteriorated. In addition, Test No. As is clear from FIG. 34, if the tempering temperature is too low, fine carbides such as Mo, Ti, and V do not precipitate, so that the delayed fracture characteristics deteriorate. On the other hand, test no. Nos. 14 and 31 are excellent in delayed fracture resistance and cold workability because the quenching temperature and tempering temperature are appropriate.
[0085]
[About Figure 3]
FIG. Based on all the results of 1 to 34, the relationship between the steel component [C × (Mo + 4Ti + 2V)] and the deformation resistance is plotted. As apparent from FIG. 3, when the amount of Mo, Ti, V is small, more specifically, when C × (Mo + 4Ti + 2V) is about 0 to 0.3, the amount of Cr is small (in the figure). There is no significant difference in deformation resistance (cold workability) between the case where the amount of Cr is large (see the circle and solid line in the figure). However, when the amount of Mo, Ti, and V increases, more specifically, when C × (Mo + 4Ti + 2V) is about 0.4% or more, when the amount of Cr is small (see the x and broken lines in the figure), the amount of Cr Compared to the case where there are many (see the ○ mark and solid line in the figure), the cold workability is remarkably deteriorated.
[0086]
In addition, as apparent from FIG. 3, when C × (Mo + 4Ti + 2V) becomes too large, cold workability deteriorates even if the Cr amount is appropriate.
[0087]
【The invention's effect】
The high-strength steel of the present invention (high-strength steel for cold working, etc.) is excellent in cold workability because the chemical composition is controlled within a predetermined range, and moreover, heat load and stress load are added. Even in harsh environments, it has excellent delayed fracture resistance.
[0088]
Since the high-strength steel part of the present invention is manufactured from the high-strength steel, it can be obtained with a high yield without deteriorating the tool life during cold working, and is also excellent in delayed fracture resistance.
[0089]
Further, the high-strength steel and the high-strength steel parts are excellent in both cold workability and delayed fracture resistance even when the C content is set high and the strength is increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view showing a tensile test piece of an experimental example.
FIG. 2 is a schematic plan view showing a delayed fracture test piece of an experimental example.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a steel component [C × (Mo + 4Ti + 2V)] and deformation resistance.
Claims (5)
C :0.35〜0.55%、
Si:0.2%以下、
Mn:0.1〜0.8%、
Al:0.5%以下、
Mo:0.50〜1.50%、
V :0.10〜0.5%、
Ti:0.010〜0.15%の要件を満足し、
前記C、Mo、V、Tiはさらに下記式(1)及び(2)を満足しており、
Crが0.27〜0.5%の範囲に制御されており、
残部はFe及び不可避的不純物であることを特徴とする冷間加工性及び耐遅れ破壊特性に優れた高強度鋼。
[Ti]/[V]≧0.1 …(1)
0.4≦[C]×([Mo]+4×[Ti]+2×[V])≦0.85 …(2)
[式中、[Ti]、[V]、[C]、[Mo]は、それぞれ鋼中のTi量(質量%)、V量(質量%)、C量(質量%)、及びMo量(質量%)を示す]Ingredient composition is mass% (hereinafter the same),
C: 0.35-0.55%,
Si: 0.2% or less,
Mn: 0.1 to 0.8%
Al: 0.5% or less,
Mo: 0.50 to 1.50%,
V: 0.10 to 0.5%,
Ti: satisfies the requirement of 0.010 to 0.15%,
C, Mo, V, and Ti further satisfy the following formulas (1) and (2),
Cr is controlled in the range of 0.27 to 0.5%,
High balance steel with excellent cold workability and delayed fracture resistance, with the balance being Fe and inevitable impurities.
[Ti] / [V] ≧ 0.1 (1)
0.4 ≦ [C] × ([Mo] + 4 × [Ti] + 2 × [V]) ≦ 0.85 (2)
[In the formula, [Ti], [V], [C] and [Mo] are Ti amount (% by mass), V amount (% by mass), C amount (% by mass), and Mo amount in steel ( Mass%)]
Ni:1%以下(0%を含まず)、及び
Cu:2%以下(0%を含まず)
から選択された少なくとも1種を含有する請求項1に記載の高強度鋼。Furthermore, as other ingredients,
Ni: 1% or less (not including 0%), and Cu: 2% or less (not including 0%)
The high strength steel according to claim 1, comprising at least one selected from the group consisting of:
Zr:0.5%以下(0%を含まず)、
W :0.5%以下(0%を含まず)、及び
Nb:0.5%以下(0%を含まず)
から選択された少なくとも1種を含有する請求項1又は2に記載の高強度鋼。Furthermore, as other ingredients,
Zr: 0.5% or less (excluding 0%),
W: 0.5% or less (not including 0%), and Nb: 0.5% or less (not including 0%)
The high-strength steel according to claim 1 or 2, comprising at least one selected from the group consisting of:
B :0.003%以下(0%を含まず)
を含有する請求項1〜3のいずれかに記載の高強度鋼。Furthermore, as other components B: 0.003% or less (excluding 0%)
The high strength steel in any one of Claims 1-3 containing.
S :0.02%以下、
N :0.02%以下、及び
から選択された少なくとも1つの要件を満足している請求項1〜4のいずれかに記載の高強度鋼。P: 0.02% or less,
S: 0.02% or less,
The high-strength steel according to any one of claims 1 to 4, which satisfies at least one requirement selected from N: 0.02% or less.
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