疲劳特性优良的耐磨性钢材及其制造方法技术

本发明专利技术涉及极疲劳特性优良的耐磨性钢材，其具有:按质量％计含有C:0.30～0.90％、Si:0.05～1.00％以下、Mn:0.10～1.50％、P:0.003～0.030％、S:0.001～0.020％、Nb:0.10～0.70％、余量Fe及不可避免的杂质的化学组成，具有分散了含Nb碳化物的调质热处理后的金属组织，粒径1.0μm以上的含Nb碳化物粒子的数为200个/mm2以上，并且将通过极值统计法推定的103mm3中的含Nb碳化物粒子的最大粒径Dmax调整至18.0μm以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在分散了硬质碳化物的耐磨性钢材中，特别是可谋求疲劳特性的改善 的钢材，及其制造方法。
技术介绍
在汽车部件、工业机械的链系部件、齿轮等动力传送构件，以及木材的切断及割草 等使用的圆锯、带锯等刀具构件中，要求耐磨性。一般，钢材的耐磨性通过高硬度化而提高。 因此，对重视耐磨性的构件来说，可以使用在淬火后于低的温度回火而调质至更高硬度的 钢材，或炭素等合金元素含量高的钢材。即，钢材的硬度与耐磨性有密切关系，从前，作为赋 予钢材耐磨性的方法，一般采用使硬度增大的方法。 例如，专利文献1~3中公开了在C含量为约0.2%以下的钢中提高合金元素的含 量，利用固溶强化、析出强化等使硬度增加，使耐磨性提高。然而，目前，对耐磨性的要求水 平比原来的要求更加严格，仅提高硬度在大多场合无法得到充分满足的耐磨性。另外，如专 利文献1~3所示，当合金元素的含量提高时，结果导至原材料的制造性及加工性降低，还 产生制造成本增大的问题。 另一方面，动力传送构件或刀具构件，从安全性考虑，在使用中不发生折损是重要 的。为了防止折损，必需充分确保用于构件的钢材的韧性。一般，为了提高钢材的韧性，压 低调质硬度是有效的。然而，抑制调质硬度时，通常，耐磨性也同时降低。即，钢材的"耐磨 性"与"韧性"存在权衡取舍的关系。 本申请人对耐磨性与韧性达到两全的技术进行了各种探讨，实用的方法已公开于 专利文献4。该方法不依赖于成为韧性降低因素的Ti系碳化物，而利用含Nb碳化物的分散 来提高耐磨性的方法。在铸造含Nb钢时，通过充分长期确保铸片的高温保持时间，预先使 充分量的含Nb碳化物过量析出，然后进行热处理，使含Nb碳化物的一部分再固溶于，调整 含Nb碳化物的析出量。由此，既保持了韧性，又使对磨料磨耗的阻力特别增大，使高强度机 械部件的长寿命化有效。磨料磨耗，是通过对手摩擦面的表面凹凸及介于摩擦面中的杂质， 使材料表面达到被磨去的磨耗形态。 现有技术文献 专利文献 专利文献1:特开昭62-142726号公报 专利文献2:特开昭63-169359号公报 专利文献3:特开平1-142023号公报 专利文献4:特开2010-216008号公报 非专利文献 非专利文献1:村上敬宜著：《金属疲劳微小缺馅与夹杂物的影响》，养贤堂，1993 年发行，第A3章：一定体积中所含的最大夹杂物的的推定顺序。
技术实现思路
专利技术要解决的课题 如上所述，以动力传送构件及刀具构件为代表的作为主要对高强度钢材的寿命有 很大影响的因素，可以举出"耐磨性"与"韧性"，采用专利文献4的技术，可大幅改善由这些 因素所致的寿命降低。为了更进一步提高"耐磨性"与"韧性"得到改善的高强度钢材的寿 命，故也可认为对"金属疲劳"的考虑也是有效的。在专利文献4的技术中，尽管对金属疲 劳没有充分的对策，但仍有寿命提高的空间。 按照本专利技术人的调查，利用专利文献4的技术，在使含Nb碳化物分散的钢材中，可 见疲劳特性有若干降低的情况。详细调查其原因的结果是，由于铸造时采用含Nb碳化物过 量生成的方法，则可知粗大的含Nb碳化物的再固溶变得不充分，该含Nb碳化物作为疲劳破 坏的起点发挥作用。 本专利技术提供：在利用含Nb碳化物而赋予耐磨性的技术中，使疲劳特性也稳定改善 的方法。 用于解决课题的手段 本专利技术人等对含Nb的高强度钢材，详细探讨了含Nb碳化物的粒径对耐磨性及疲 劳特性的影响。其结果可知，含Nb碳化物中，特别是粒径大的粒子对疲劳特性有不良影响。 而且，调质至500~650HV水平的硬度的高强度钢材中，通过排除过大的含Nb碳化物粒子， 使后述的最大粒径Dmax成为18. 0 μπι以下，已被确认疲劳特性得到显著改善。另一方面， 关于耐磨性，通过具有适度粒径的含Nb碳化物的分散，与专利文献4的技术同样，可以保持 满意的水平。另外可知，通过严格控制铸造时的冷却速度与铸片加热处理时的加热温度，可 以实现这样的金属组织状态。本专利技术是基于这样的见解完成的。 即，上述目的，通过疲劳特性优良的耐磨性钢材可以达到，该钢材具有：按质量％ 计含有 C:0. 30 ~0· 90%、Si:0. 05 ~L 00% 以下、Μη:0· 10 ~L 50%、Ρ:0· 003 ~0· 030%、 5:0.001~0.020%、他：0.10~0.70%，根据需要，还含有0:1.50%以下、]?〇:0.50%以 下、V:0· 50%以下、Ni:2. 00%以下、Ti:0· 10%以下、Β:(λ 0050%以下的1种以上，余量Fe 及不可避免的杂质的化学组成，具有分散了含Nb碳化物的调质热处理后的金属组织，将通 过断面组织观察观测到的各个含Nb碳化物粒子的面积的平方根定义为该粒子的粒径时， 粒径I. 0 μπι以上的含Nb碳化物粒子的数为200个/mm2以上、并且将通过极值统计法推定 的103mm 3中的含Nb碳化物粒子的最大粒径Dmax调整至18. 0 μ m以下。 上述最大粒径Dmax，可把非专利文献1中记载的"夹杂物"更换为"含Nb碳化物"， 进行统计处理而确定。调质热处理，是通过包含从奥氏体温度区域急冷至低于A/变态点的 温度区域的过程的变态处理，将金属组织进行硬质化的处理，代表性的可以举出淬火回火 处理、及等温淬火处理。 作为得到上述疲劳特性优良的高强度钢材的方法，可以采用以下的方法：从完成 了铸造及铸片加热处理的钢材，最终得到实施了调质热处理的耐磨性钢材之际，根据钢中 的C含量及Nb含量，设定铸片在加热处理中的加热温度T (°C )，以使通过下述（1)式确定 的G值成为0. 53以上，并且控制铸造条件，以使铸造时的铸片中心部的从1500°C至1000°C 的平均冷却速度（°C /min)成为上述G值以上。 G 值=0· 39exp (3· 94x)…（I) 式中， x = Nb-10y/C y = 3. 42-7900/(T+273) C为钢中的C含量（质量％ )、Nb为钢中的Nb含量（质量％ )、Τ为铸片在加热处 理中的加热温度（°c )。 本说明书中的"铸片"，包括钢锭制造法中的钢锭、及连续铸造中的板坯。"铸片加 热处理"，例如，在经过连续铸造及热乳制造板材的工序中，利用热乳时的加热来进行。 专利技术的效果 按照本专利技术，通过含Nb碳化物，赋予耐磨性的高强度钢材（特别是调质至500~ 650HV水平硬度的钢材），疲劳特性得到显著改善。由于不采用易成为韧性阻害因素的Ti系 碳化物，赋予耐磨性，故通过韧性降低也可抑制钢材的折损。因此，本专利技术有助于汽车部件、 工业机械的链系部件、齿轮等动力传送构件，以及圆锯、带锯等刀具构件的可靠性提高及寿 命提尚。【附图说明】 图1为表示可以控制熔融钢凝固之际冷却速度的实验装置结构的模拟图。 图2为表示疲劳试验片的形状的模拟图。【具体实施方式】 〔化学组成〕 本说明书中涉及钢的成分元当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
疲劳特性优良的耐磨性钢材，其具有:按质量％计含有C:0.30～0.90％、Si:0.05～1.00％以下、Mn:0.10～1.50％、P:0.003～0.030％、S:0.001～0.020％、Nb:0.10～0.70％、余量Fe及不可避免的杂质的化学组成，具有分散了含Nb碳化物的调质热处理后的金属组织，将通过断面组织观察观测到的各个含Nb碳化物粒子的面积的平方根定义为该粒子的粒径时，粒径1.0μm以上的含Nb碳化物粒子的数为200个/mm2以上，并且将通过极值统计法推定的103mm3中的含Nb碳化物粒子的最大粒径Dmax调整至18.0μm以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：久保宽典，
申请(专利权)人：日新制钢株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP