JP6382937B2 - 向上された材料特性を有する空気硬化性ベイナイト系鋼 - Google Patents
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Description
本開示は一般的に空気硬化性ベイナイト系鋼、より具体的には、向上された材料特性を有する空気硬化性ベイナイト系鋼に関する。
トラックタイプの土木機械の下部走行体に用いられるトラックリンクのような機械用構造部品は、良好な降伏強度、良好な耐摩耗性、良好な靱性及び良好な耐転がり接触疲労性を含む材料特性を有する必要がある。ブルドーザーや他の土木装備のようなトラックタイプの機械のトラックに用いられるトラックリンクは当該業界において周知である。トラックリンクは一般的に下部又はリンクの胴体及び上部又はリンクのレール部を有する。トラックリンクのレール部は高い表面硬度を有することが重要であるが、一方トラックリンクの胴体部は増加した機械加工性のために低い表面硬度を有してもよい。レール部はトラックローラーとの連続的な接触により重摩耗や剥離にさらされるので、レール部では高い表面硬度が必要である。トラックリンクの胴体部の表面硬度が低いと、該胴体部にブッシング用穴がより容易に機械加工されることができる。また、トラックリンクの胴体部の表面硬度が低いと、残留応力を過度に発生させることなく、トラックリンク胴体にある穴へブッシングを圧入することが可能である。
トラックリンク又は他の構造部品における所望の材料特性を得るための製造工程には、一般的に、鋼ビレットから部品を鍛造し、続いて冷却してオーステナイト化温度に再加熱して焼入れ及び焼戻しすることが含まれる。これらの熱処理過程後には、最終機械加工の前に、前記部品の少なくとも選択された部分に対する追加加熱、再焼入れ及び再焼戻しが行われてもよい。トラックリンクに対する処理は、まず鋼部品を約１１５０〜１３５０℃に加熱して材料をオーステナイト相領域になるようにし、その後、前記部品を熱間鍛造することを含む。その後、部品は室温まで徐々に冷却され、次いで二つの熱処理過程を経ることになる。第１熱処理過程で、トラックリンクはオーステナイト化温度に再加熱されて室温まで焼入れされ、その後、約３０〜３９ロックウェルＣ硬度（ＨＲＣ）に焼戻しされる。第２熱処理過程では、トラックリンクのレール部のみが誘導により局所的に再加熱されて室温まで焼入れされ、そして５１〜５７ＨＲＣに焼戻しされる。これらの熱処理過程により、トラックリンクは硬いレールとそれよりも軟らかい胴体とを有するようになる。その後、リンクの胴体は最終形状に機械加工される。前記熱処理過程は、部品製造コストを大きく増加させ、また炉に対する大きな資本支出及び持続的な維持管理コストが必要とされる。
改善された水準での延性、靱性及び溶接性と共に良好な耐摩耗性と耐転がり接触疲労性を有する代案的な種類の鋼を製造するための一つの試みが、１９９９年３月９日に発行されたＢｈａｄｅｓｈｉａの米国特許第５，８７９，４７４号（’４７４特許）に説明されている。この’４７４特許は鋼レールを作製するのに用いられる鋼について開示しているが、該鋼は、高い強度及び高い耐摩耗性そして耐転がり接触疲労性を有し、無炭化物「ベイナイト」と少量の高炭素マルテンサイト及び残留オーステナイトを含む微細組織をレールのヘッドに提供することが知られている。
‘４７４特許に開示されている合金鋼は、改善された耐摩耗性と耐転がり接触疲労性を提供しているが、製造コスト及び材料特性でのさらなる改善が可能である。特に、’４７４特許は、現在の熱処理されたパーライト系レールと類似するかそれより良い耐転がり接触摩耗性とともに、改善された水準での転がり接触疲労強度、延性、曲げ疲労寿命及び破壊靱性を得るために、クロム（Ｃｒ）及びモリブデン（Ｍｏ）のような高価な合金元素を多量に用いたことを説明している。
本開示の化学組成及び過程によって製造されるベイナイト系マイクロアロイ鋼は、従来技術における前述の問題及び／又は他の問題のうちの一つ以上を解決する。
一様態において、本開示は鍛造鋼部品の製造方法に関し、該方法は、
Ｃ：０．２５〜０．４０重量％、
Ｍｎ：１．５０〜３．００重量％、
Ｓｉ：０．３０〜２．００重量％、
Ｖ：０．００〜０．１５重量％、
Ｔｉ：０．０２〜０．０６重量％、
Ｓ：０．０１０〜０．０４重量％、
Ｎ：０．００５０〜０．０１５０重量％、
Ｃｒ：０．００〜１．００重量％、
Ｍｏ：０．００〜０．３０重量％、
Ｂ：０．００〜０．００５重量％、及び
残部としてＦｅ及び不可避的不純物
を含む組成を有する鋼ビレットを提供するステップ；
前記鋼ビレットを約１１５０℃〜１３５０℃のオーステナイト化温度に加熱するステップ；
前記鋼ビレットを熱間鍛造して鋼部品を形成するステップ；及び
熱間鍛造後に前記鍛造鋼部品に対して制御空冷を行うステップを含む。
Ｃ：０．２５〜０．４０重量％、
Ｍｎ：１．５０〜３．００重量％、
Ｓｉ：０．３０〜２．００重量％、
Ｖ：０．００〜０．１５重量％、
Ｔｉ：０．０２〜０．０６重量％、
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Ｃｒ：０．００〜１．００重量％、
Ｍｏ：０．００〜０．３０重量％、
Ｂ：０．００〜０．００５重量％、及び
残部としてＦｅ及び不可避的不純物
を含む組成を有する鋼ビレットを提供するステップ；
前記鋼ビレットを約１１５０℃〜１３５０℃のオーステナイト化温度に加熱するステップ；
前記鋼ビレットを熱間鍛造して鋼部品を形成するステップ；及び
熱間鍛造後に前記鍛造鋼部品に対して制御空冷を行うステップを含む。
他の様態において、本開示は空気硬化性ベイナイト系鋼部品に関し、該鋼部品は、
Ｃ：０．２５〜０．４０重量％、
Ｍｎ：１．５０〜３．００重量％、
Ｓｉ：０．３０〜２．００重量％、
Ｖ：０．００〜０．１５重量％、
Ｔｉ：０．０２〜０．０６重量％、
Ｓ：０．０１０〜０．０４重量％、
Ｎ：０．００５０〜０．０１５０重量％、
Ｃｒ：０．００〜１．００重量％、
Ｍｏ：０．００〜０．３０重量％、
Ｂ：０．００〜０．００３重量％、及び
残部としてＦｅ及び不可避的不純物を含む組成を有し、また鋼部品全体にわたって５０体積％超のベイナイト微細組織である微細組織を有する。
Ｃ：０．２５〜０．４０重量％、
Ｍｎ：１．５０〜３．００重量％、
Ｓｉ：０．３０〜２．００重量％、
Ｖ：０．００〜０．１５重量％、
Ｔｉ：０．０２〜０．０６重量％、
Ｓ：０．０１０〜０．０４重量％、
Ｎ：０．００５０〜０．０１５０重量％、
Ｃｒ：０．００〜１．００重量％、
Ｍｏ：０．００〜０．３０重量％、
Ｂ：０．００〜０．００３重量％、及び
残部としてＦｅ及び不可避的不純物を含む組成を有し、また鋼部品全体にわたって５０体積％超のベイナイト微細組織である微細組織を有する。
さらに他の様態において、本開示は鍛造鋼部品に関し、該鍛造鋼部品は、
Ｃ：０．２５〜０．４０重量％、
Ｍｎ：１．５０〜３．００重量％、
Ｓｉ：０．３０〜２．００重量％、
Ｖ：０．００〜０．１５重量％、
Ｔｉ：０．０２〜０．０６重量％、
Ｓ：０．０１０〜０．０４重量％、
Ｎ：０．００５０〜０．０１５０重量％、
Ｃｒ：０．００〜１．００重量％、
Ｍｏ：０．００〜０．３０重量％、
Ｂ：０．００〜０．００３重量％、及び
残部としてＦｅ及び不可避的不純物を含む化学組成、及び鋼部品全体にわたって５０体積％超のベイナイト微細組織である微細組織を有するように製造され、前記鍛造鋼部品は、熱間鍛造、鍛造鋼部品全体にわたって５０％超のベイナイトを有するベイナイト微細組織が生成されるように熱間鍛造後に行われる制御空冷、及び最終機械加工で製造される。
Ｃ：０．２５〜０．４０重量％、
Ｍｎ：１．５０〜３．００重量％、
Ｓｉ：０．３０〜２．００重量％、
Ｖ：０．００〜０．１５重量％、
Ｔｉ：０．０２〜０．０６重量％、
Ｓ：０．０１０〜０．０４重量％、
Ｎ：０．００５０〜０．０１５０重量％、
Ｃｒ：０．００〜１．００重量％、
Ｍｏ：０．００〜０．３０重量％、
Ｂ：０．００〜０．００３重量％、及び
残部としてＦｅ及び不可避的不純物を含む化学組成、及び鋼部品全体にわたって５０体積％超のベイナイト微細組織である微細組織を有するように製造され、前記鍛造鋼部品は、熱間鍛造、鍛造鋼部品全体にわたって５０％超のベイナイトを有するベイナイト微細組織が生成されるように熱間鍛造後に行われる制御空冷、及び最終機械加工で製造される。
空気硬化性で向上された強度、摩耗、及び靱性特性を有し、主にベイナイトからなるマイクロアロイ鋼が開示される。ベイナイト系マイクロアロイ鋼は、所望の強度、摩耗、及び靱性特性を得るために従前には必要であると考えられていた多くの熱処理過程を必要としないので経済的に製造できる。図１に示されるように、鋼部品の熱間鍛造後の典型的な熱処理過程は、冷却、オーステナイト化温度への再加熱、焼入れ及び焼戻しを含んでもよい。そして、これらの熱処理過程後には、最終機械加工の前に、誘導を用いて鋼部品の選択された部分に対する二次再加熱、二次焼入れ、二次焼戻しを行うことができる。少なくとも、再加熱、焼入れ及び焼戻しを含む第１の手順の熱処理ステップは、所望の強度及び靱性特性を得ると共に機械加工において硬すぎない部品を最終的に得るために従来の熱間鍛造過程で必要となり得る。これらの中間熱処理過程中の少なくとも一部を除くことができれば多大なコスト節減を達成することができる。熱処理性能のための資本投資及び炉やその他の装備に対する維持管理コストを減らすことができる。本開示の特定の実施において、前記ベイナイト系マイクロアロイ鋼は、最終機械加工前の誘導再加熱、焼入れ及び焼戻しさえ必要とせずに、必要な組成及び約５０〜５５ロックウェルＣ硬度（ＨＲＣ）に至るための熱間鍛造後の冷却により提供され得る。
本開示の様々な実施による、主にベイナイトからなる微細組織は少なくとも５０体積％のベイナイト微細組織からなる微細組織である。特定の実施形態は少なくとも７０体積％のベイナイト微細組織を有してもよい。他の実施形態は少なくとも８５体積％のベイナイト微細組織を有してもよい。ベイナイトは（合金含量によって）約２５０〜５５０℃の温度で鋼に形成される微細組織である。ベイナイトは、合金含量によってオーステナイト（鉄の面心立方結晶組織）が７２７℃（１３４０°Ｆ）の臨界温度を超えて冷却される際に形成され得る分解生成物の一つである。ベイナイト微細組織は見かけ及び硬度特性において焼戻しされたマルテンサイトと類似し得る。
微細かつ非層状構造を有するベイナイトは、通常セメンタイト及び転位リッチなフェライトからなる。ベイナイトに存在するフェライトにある高濃度の転位により、該フェライトは通常の場合よりも硬くなる。図２の連続冷却変態（ＣＣＴ）図に示されるように、ベイナイトへの変態のための温度範囲（２５０〜５５０℃）は、パーライトのための温度範囲とマルテンサイトのための温度範囲の間にある。連続冷却中に形成される場合、ベイナイトを形成するための冷却速度はパーライトを形成するために必要な冷却速度よりは速いが、マルテンサイトを形成するために必要な冷却速度よりは遅い（同じ組成の鋼で）。本開示の様々な実施によると、下記でさらに詳しく述べられる化学組成を有するマイクロアロイ鋼は、初めに約１１５０〜１３５０℃以上のオーステナイト化温度に加熱できる。その後、前記鋼は所望の形状に熱間鍛造され、鍛造温度から制御冷却されてベイナイト組織を得るようになる。熱間鍛造後の冷却のために、大気冷却又は送風機を用いた強制空冷が行われてもよい。様々な代案的な実施において、前記鋼は共析変態温度程度で急速冷却されてもよく、その後、約９００〜５００℃の範囲で徐々に冷却されてもよい。また、他の代案的な実施において、鋼は熱間鍛造後に約５００〜３００℃に急速冷却されてもよく、ベイナイト変態を促進させるために約５００〜３００℃の範囲内の特定の平衡温度で維持されてもよい。
冷却速度は、ＣＣＴ図を参照して決めることができ、ベイナイト変態領域を通る冷却速度範囲が分かり、このようにして決められた冷却速度範囲で制御できる。冷却過程の制御のためにＣＣＴ図は予め用意され、データベースに格納されるか又は他の方式で利用可能となり得る。鍛造製品は、約９００℃と５００℃の間で冷却される際に、約０．５〜５℃／ｓｅｃの範囲又は３０〜３００℃／ｍｉｎの範囲内の冷却速度を得るために、冷却用空気を循環させるファン又は他の手段を用いて空冷してもよい。ベイナイトの最大形成速度に必要な温度を下げるのは炭素が最も効果的であるが、大部分の合金元素がその温度を下げることができる。ベイナイトは、一般的にパーライトの典型的な硬度より大きくマルテンサイトの硬度よりは小さい硬度を有する。微細組織内のパーライトは靱性低下に寄与することができる。本開示の様々な実施形態によるマイクロアロイ鋼の組成及び処理は、パーライトの存在を避けるか又は該パーライトの量を少なくとも最小化するように選択される。商業的な慣例上、２体積％未満のような少量のパーライトが特に大きなセクションの中心に不可避に存在し得るが、パーライトの存在と影響を最小化するために注意すべきである。
ベイナイト微細組織は本質的にフェライトと炭化鉄又はセメンタイトで構成された２相の微細組織を有する。熱間鍛造過程中のオーステナイトの組成及び熱間鍛造後の冷却速度に応じて、結果として生じるベイナイトの形態の変動があり得る。結果として得られる微細組織を上部ベイナイト又は下部ベイナイトという。上部ベイナイトは、通常平行なグループをなして板状領域を形成することで現れるフェライトラスの集合体であるものと説明される。上部ベイナイトと関連した炭化物相はラス間領域から析出され、炭素含量により、これらの炭化物はラス境界の間でほとんど完全な炭化物膜を形成することができる。下部ベイナイトもフェライトと炭化物の集合体からなる。炭化物は、フェライト板の内部で析出される。炭化物は非常に微細なスケールであり、一般的にロッド又はブレードの形状を有する。このような理由により、ベイナイト微細組織は、パーライト系鋼の硬度値とマルテンサイト系鋼の硬度値との間の硬度値を得るために、初期冷却後に追加的な熱処理が必要ではないという点で有用である。鍛造されたマイクロアロイ鋼の材料特性は、組成に含まれている合金元素の特定の種類及び量により広い範囲にわたって変化し得る。前記鋼が十分な量のＳｉ及び／又はＡｌを含有すると、炭化物の形成が非常に遅延され得るが、そのため炭化物は連続冷却過程中に形成され得る十分な時間を有することができなくなり、結果として、ベイナイト系フェライトと残留オーステナイトの混合型微細組織が生成されることになる。このような種類のベイナイト微細組織を「無炭化物」ベイナイトということができる。このようなベイナイトは通常の種類のベイナイトより優れた靱性を提供することができることが見出された。本開示の様々な実施形態によって含まれる合金元素の組成により、従前には熱間鍛造後にオーステナイト化温度に再加熱して焼入れ及び焼戻しする中間熱処理ステップを含むことによってのみ得ることのできた強度、硬度及び靱性特性を有する鋼部品を得ることができる。
上記で述べられた有利な材料特性は、ベイナイト微細組織の体積％が増加するにつれてより多く得られるものと見出された。よって、ベイナイト微細組織が７０体積％であり、残部はフェライト及び／又はパーライト型微細組織である部品が、ベイナイト微細組織が５０体積％である部品よりも大きい強度、硬度及び靱性特性を有することができる。さらに、ベイナイト微細組織が８５体積％以上であり残部がフェライト及び／又はパーライト型微細組織である部品は、ベイナイト微細組織が７０体積％である部品よりも一層向上された強度、硬度及び靱性特性を有することができる。図１に示されるように、オーステナイト化温度への再加熱、焼入れ、及び焼戻しの中間熱処理ステップは、本開示の様々な実施によって鍛造製品の最終機械加工の前から除かれてもよい。土木機械にあるトラックと接触して用いられるトラックリンクのレール部のような鋼部品の選択された部分に対する誘導再加熱が、部品の特定の部位又は部分の向上された硬度及び強度特性を得るために含まれ得る。増加された硬度は鋼部品の選択された部分の耐摩耗性も改善することができる。本開示の様々な実施形態による組成に添加される合金元素は、異なる厚さを有する部品の異なるセクション又は部分で現われ得る異なる冷却速度と関係なく部品全体にわたって所望の体積％のベイナイト微細組織が得られるように選択できる。
本開示の様々な実施において、制御空冷後に得られるベイナイト微細組織は、さらに従前の熱間鍛造後に行われる焼入れ、再加熱、二次焼入れ及び焼戻しで得られるのと同一又は類似した硬度及び強度特性を有することができることが見出された。マイクロアロイ鋼はオイル又は水での焼入れを通じて熱間鍛造温度から急速冷却した後、マルテンサイト微細組織を有してもよい。マルテンサイト微細組織は、鋼の炭素含量によって焼入れ後に５０ロックウェルＣ硬度（ＨＲＣ）を有してもよい。そのため、該マルテンサイト微細組織を有する鋼を処理する典型的な方法は、約８００℃〜９５０℃のオーステナイト温度まで再加熱して再び焼入れしてから鋼を約ＨＲＣ３０に軟化させるために約５００℃〜５９０℃に再び再加熱して焼戻しすることを含んでもよい。本開示の様々な実施による、主にベイナイトからなる微細組織を生成するための前記制御空冷過程により、従前には必要であった焼入れ、再加熱、焼入れ及び焼戻しステップが全て無くともＨＲＣ３０の同じ硬度を得ることができる。前述したように、主にベイナイトからなる微細組織は５０体積％超のベイナイト微細組織を含んでもよい。本開示による空冷後の硬度は約３５〜４５ＨＲＣの範囲内で生じ得る。様々な実施形態による空気硬化性ベイナイト系鋼の組成に含まれる微量合金元素の種類と量は、空冷後に約４０〜５５ＨＲＣの範囲の硬度水準となることもできる。
本開示の様々な実施によるマイクロアロイ鋼は、表１に示されているような化学組成（重量基準）を有することができる。
炭素（Ｃ）は、得られる硬度水準及び硬化深さに寄与する。本開示の様々な実施によると、炭素含量は、焼戻し後に十分な心部硬度を維持するために少なくとも０．２５重量％であり、焼割れに対する耐性及び鋼の靱性を保障するために約０．４０重量％以下である。炭素含量が約０．４０重量％以上であると水焼入れの際に複雑な形状の物体において割れや歪みが発生する可能性があり、このような場合にはオイルのような急激性の少ない焼入れ媒体が必要となり得る。そのため、Ｃの有利な範囲は約０．２５〜０．４０重量％である。本開示の様々な実施によるベイナイト系マイクロアロイ鋼は図２のＣＣＴ図における選択された冷却曲線に従って空冷できる。
マンガン（Ｍｎ）は安価でありかつ深い焼入れ性に寄与し、そのため大部分の硬化性合金鋼の等級に存在する。開示された合金鋼は十分な心部硬度を保障するためにマンガンを少なくとも１．５０重量％の量で含み、マンガン偏析及び塊状残留オーステナイトの形成を防止するために約３．００％以下で含む。
約０．３０〜２．００重量％の量のケイ素（Ｓｉ）は、Ｍｎと共に、本開示による鋼が熱間鍛造温度から空冷された後、主にベイナイトからなる微細組織を形成することができるようにする。十分なＳｉが鋼に添加されれば、そのＳｉは溶鋼の脱酸をも助けることができ、かつ改善された靱性を有する無炭化物ベイナイトの形成に寄与することができる。
クロムは、本鋼合金の焼入れ性に寄与し、ＣＣＴ曲線を調整して空冷後に主にベイナイトからなる微細組織を形成するために１．００重量％を超過しない少量で添加されてもよい。さらに多くのクロムは鋼のコストを高めることとなる。
ＣＣＴ曲線をさらに調整して空冷後に主にベイナイトからなる微細組織を形成するため、モリブデン（Ｍｏ）及びホウ素（Ｂ）を含んだ少量の他の元素が添加されてもよい。
バナジウム（Ｖ）と窒素（Ｎ）は、少量にもかかわらず、本合金鋼の組成で重要な成分であり得るが、析出硬化を提供し、かつ外層部硬度及び心部硬度の一貫的に測定可能な向上を実現するために添加されてもよい。窒素は鋼内のチタンと結合して炭窒化チタンを形成し、鍛造前の再加熱中また熱間鍛造後の冷却中における粒子の粗大化を防止する。Ｔｉ及びＮがないと、鍛造鋼は大きな従前のオーステナイト粒子サイズを有することができ、その結果、靱性が劣ることになる。
合金鋼の組成の残部は、少量存在することができる重要ではない又は残留量の要素を除いては本質的に鉄である。また、チタン（Ｔｉ）は炭窒化チタンを形成して鍛造前後に粒子の粗大化を防止するために約０．０２〜０．０６％の量で提供されてもよい。また、硫黄（Ｓ）（少量で存在する場合、機械加工を促進するため有益となり得る）は、延性及び靱性の損失に寄与しないように十分な少量で提供され得る。０．０５％以上の量のリン（Ｐ）は脆化をもたらし得るため、上限は好ましくは０．０３５％を超過してはならない。一般的に不可避的不純物とみなされる他の要素が商業的に認められる許容可能な量内で存在してもよい。
上記の組成を有するトラックリンクのような製造された物品は、初めに、マイクロアロイ鋼を約１１５０〜１３５０℃のオーステナイト化温度に加熱した後、熱間鍛造して所望の形状に形成することが有利である。その後、形成された物品は、主にベイナイトからなる微細組織が生成されるように前述したような制御式冷却が行われることになる。その後、トラックリンクのレール部のような熱間鍛造物品の選択された部分は、所望の最終寸法への最終機械加工の前に、選択された部分を誘導加熱し、焼入れ及び焼戻ししてさらなる熱処理を行うことができる。
図３は、本開示の様々な実施による、主にベイナイトからなるマイクロアロイ鋼部品を製造するのに用いられ得る一つの例示的な方法を示すものである。図３は、開示された概念をさらに説明するために以下の項でさらに詳しく述べられるはずである。
本開示の様々な実施による鋼及び該鋼を生成する方法は、熱間鍛造後に一般的に行われる熱処理ステップを除くことでコストを低減することができる。鍛造され、空気硬化性である開示されたベイナイト系マイクロアロイ鋼は、全ての熱処理過程を必要とせずに、従前の熱間鍛造されて熱処理された鋼部品と同様の硬度、強度及び靱性特性を提供することができる。微量合金元素及び制御空冷により、熱間鍛造温度からの空冷後に主にベイナイトからなる微細組織が生成され得る。本開示の組成と過程によって製造される鋼部品の選択された部分は、所望の場合、局所的な誘導加熱及びこれに続いて焼入れ及び焼戻しを用いてさらに硬化され得る。代案的に、本開示によるベイナイト系鋼の組成は、開示された上記範囲内で調整してもよく、また空冷後に追加熱処理無しで約５０〜５５ＨＲＣ範囲の硬度を得るために空冷してもよい。
本開示の様々な有利な実施によって製造される鋼部品は、空冷後に追加熱処理無しで得られ、良好な機械加工性のための３５〜４５ＨＲＣの胴体硬度、空冷後に得られる１０００ＭＰａよりも大きい降伏強度、選択的な誘導加熱を通じて追加的に硬化された部分で約５０ＨＲＣよりも大きい硬度、及び室温でのシャルピー衝撃試験で現われる約２０ジュール以上の胴体靱性を含むことができる材料特性を有する。
図３に示されるように、ステップ３２０で、上記の表１に示されている組成を有するマイクロアロイ鋼は、約１１５０℃〜１３５０℃のオーステナイト化温度に加熱できる。本開示の様々な実施によって製造される部品の種類は、少なくとも一部分での良好な機械加工性、高い降伏強度、良好な摩耗特性、及び良好な靱性を要する部品を含んでもよい。開示された組成と過程が適用される一例は、ブルドーザーや他の土木装備のようなトラックタイプの機械のトラックに用いられるトラックリンクである。前記部品の大きさは、ステップ３２０により最初にオーステナイト化温度に加熱される鋼ビレットの大きさを決める。
ステップ３２２で、加熱されたビレットは所望の形状に熱間鍛造されることができる。熱間鍛造後に、ステップ３２４は、主にベイナイトからなる微細組織が熱間鍛造された部品全体にわたって形成される冷却速度で熱間鍛造製品を空冷することを含むことができる。図２のＣＣＴ図に示されるように、前記冷却速度は多量のマルテンサイト微細組織又は主にフェライトとパーライトからなる微細組織が形成されるのを避けるように選択されてもよい。本開示の様々な実施において、熱間鍛造された鋼は約９００℃から約５００℃に冷却される際に、約０．５〜５℃／ｓｅｃの範囲の速度で冷却されてもよい。様々な代案的な実施において、前記鋼の組成にある合金元素の重量％は、ＣＣＴ図上の相変態曲線を変化させるために、また熱間鍛造された鋼部品を周辺温度でコンベヤーに沿って運んで得られる冷却速度で主にベイナイトからなる所望の微細組織を得るために変化し得る。また、前記マイクロアロイ鋼には、異なる厚さを有する部品の他のセクションで現われ得る他の冷却速度でもその部品全体にわたって所望のベイナイト微細組織及び所望の硬度水準を達成する組成が有利に提供され得る。主にベイナイトからなる微細組織は、熱間鍛造された鋼部品全体にわたって５０％超のベイナイト、又はより有利には７０％超のベイナイト、又はさらに有利には８５％超のベイナイト微細組織であってもよい。空冷後の鍛造鋼部品全体での硬度水準は約３５〜４５ＨＲＣの範囲となることができる。他の有利な実施形態で、鍛造鋼部品全体での硬度水準は空冷後に追加熱処理無しで約４０〜５５ＨＲＣの範囲内となることができる。
ステップ３２６で、鋼部品の選択された部分は、さらに高い硬度水準を得るために誘導加熱できる。トラックリンクの例示的な実施において、レール部はトラックローラーとの連続的な接触により重摩耗を受ける可能性があるので、そのレール部に対しては高い表面硬度が望まれる。トラックリンクの胴体部で表面硬度が低い場合、ブッシング、ピン及びボルトの胴体部内への機械加工をより容易に行うことができる。また、トラックリンクの胴体部の表面硬度が低いと、残留応力を過度に発生させることなく、トラックリンク胴体にある穴へブッシングを圧入することが可能である。様々な例示的な実施形態で、鋼部品の誘導加熱された部分の硬度は約５０〜５７ＨＲＣの範囲内となることができる。
ステップ３２８で、鋼部品の選択された部分が誘導加熱された後に、その鋼部品の少なくともこれらの加熱された部分は、前記部品の誘導加熱された領域上への焼入れ用の流体の指向噴射のような技術を用いて焼入れできる。焼入れ後に、ステップ３３０で、鋼部品はその靱性を改善するために焼戻し温度に再加熱できる。その後、ステップ３３２で最終機械加工を行うことができる。
開示されたマイクロアロイ鋼及び該鋼を最終部品に形成する方法に対する様々な修正及び変化が本開示の範囲から逸脱することなく可能であることは当業者にとって自明である。ここに開示された前述の内容及び実施を考慮した代案的な実施は当業者にとって自明である。前述の内容及び実施例は単に例示に過ぎず、本開示の真の範囲は下記の請求の範囲及びその均等物により定められる。
Claims (10)
- 鋼部品全体で５０体積％超のベイナイト微細組織である微細組織を有する、鍛造鋼部品の製造方法であって、
Ｃ：０．２５〜０．４０重量％、
Ｍｎ：１．５０〜３．００重量％、
Ｓｉ：０．３０〜２．００重量％、
Ｖ：０．００〜０．１５重量％、
Ｔｉ：０．０２〜０．０６重量％、
Ｓ：０．０１０〜０．０４０重量％、
Ｎ：０．００５０〜０．０１５０重量％、
Ｃｒ：０．００〜１．００重量％、
Ｍｏ：０．００〜０．３０重量％、
Ｂ：０．００〜０．００５重量％、及び
残部としてＦｅ及び不可避的不純物
を含む組成を有する鋼ビレットを提供するステップ；
前記鋼ビレットを１１５０℃〜１３５０℃のオーステナイト化温度に加熱するステップ；
前記鋼ビレットを熱間鍛造して前記鋼部品を形成するステップ；及び
熱間鍛造後に前記鍛造鋼部品に対して制御空冷を行うステップを含む鍛造鋼部品の製造方法。 - 前記制御空冷は、該制御空冷後に前記鋼部品の胴体硬度が３５〜４５ロックウェルＣ硬度（ＨＲＣ）となる速度で行われる請求項１に記載の鍛造鋼部品の製造方法。
- 前記制御空冷は、該制御空冷後に前記鋼部品の降伏強度が１０００ＭＰａ超となる速度で行われる請求項１に記載の鍛造鋼部品の製造方法。
- 前記制御空冷は、前記鍛造鋼部品を周辺温度でコンベヤーに沿って移動させて行われる請求項１に記載の鍛造鋼部品の製造方法。
- 前記鋼ビレットの組成は、前記鍛造鋼部品に対する前記制御空冷及び異なる厚さを有する前記鍛造鋼部品のセクションの結果としての異なる冷却速度により、前記制御空冷後に前記鍛造鋼部品全体での微細組織が５０体積％超のベイナイト微細組織になるように選択される請求項１に記載の鍛造鋼部品の製造方法。
- 前記鋼ビレットの組成は、前記鍛造鋼部品に対する前記制御空冷及び異なる厚さを有する前記鍛造鋼部品のセクションの結果としての異なる冷却速度により、前記制御空冷後に前記鍛造鋼部品全体での硬度水準が３５〜４５ＨＲＣより大きくなるように選択される請求項１に記載の鍛造鋼部品の製造方法。
- 前記制御空冷後に前記鋼部品の胴体の少なくとも内部の靱性がシャルピー衝撃試験により室温で２０ジュール以上である請求項１に記載の鍛造鋼部品の製造方法。
- 前記鍛造鋼部品の選択された部分の硬度を増加させるために前記制御空冷後に該鍛造鋼部品の選択された部分を誘導加熱するステップをさらに含む請求項１に記載の鍛造鋼部品の製造方法。
- 前記誘導加熱後における前記鍛造鋼部品の選択された部分の硬度は５０ＨＲＣ超である請求項８に記載の鍛造鋼部品の製造方法。
- 空気硬化性ベイナイト系鋼部品であって、
Ｃ：０．２５〜０．４０重量％、
Ｍｎ：１．５０〜３．００重量％、
Ｓｉ：０．３０〜２．００重量％、
Ｖ：０．００〜０．１５重量％、
Ｔｉ：０．０２〜０．０６重量％、
Ｓ：０．０１０〜０．０４０重量％、
Ｎ：０．００５０〜０．０１５０重量％、
Ｃｒ：０．００〜１．００重量％、
Ｍｏ：０．００〜０．３０重量％、
Ｂ：０．００〜０．００５重量％、及び
残部としてＦｅ及び不可避的不純物を含む組成を有し、また鋼部品全体で５０体積％超のベイナイト微細組織である微細組織を有する、空気硬化性ベイナイト系鋼部品。
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