冷加工用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼及其制造方法
【專(zhuān)利摘要】提供一種即使實(shí)施通常的球狀化退火時(shí)，也能夠?qū)崿F(xiàn)軟質(zhì)化和硬度的偏差的減小的冷加工用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼及其制造方法。具有規(guī)定的化學(xué)成分組成，鋼的金屬組織中的珠光體和先共析鐵素體相對(duì)于全部組織的合計(jì)面積率為90面積％以上，先共析鐵素體的面積率A，在與規(guī)定的關(guān)系式所代表有Ae值的關(guān)系中滿(mǎn)足A＞Ae，并且bcc－Fe晶粒的平均當(dāng)量圓直徑為15～35μm，以所述bcc－Fe晶粒的當(dāng)量圓直徑計(jì)，最大的粒徑和第二大的粒徑的平均值為50μm以下。
【專(zhuān)利說(shuō)明】冷加工用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及汽車(chē)用零件，建筑機(jī)械用零件等的各種零件的制造所使用的冷加工用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，特別是涉及球狀化退火后的變形阻力低的、具有冷加工性?xún)?yōu)異的特性的鋼材，和用于制造這樣的冷加工用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼有用的方法。具體來(lái)說(shuō)，就是以通過(guò)冷鍛、冷鐓、冷滾軋等的冷加工而制造的汽車(chē)用零件、建筑機(jī)械用零件等的各種零件，例如，以螺栓、螺釘、螺帽、插座、球窩接頭、內(nèi)管、扭力桿、離合器外殼、軸承保持架、機(jī)架、輪轂、蓋子、殼體、底座(受座金)、推桿、軸鞍、塊體、內(nèi)殼、離合器、套筒、外座圈、扣鏈齒、鐵芯、定子、石占座、十字叉、搖臂、底盤(pán)、凸緣、鼓、聯(lián)軸管、連接器、滑輪、金屬零件、軛、配帽、氣門(mén)挺桿、火花塞、小齒輪、轉(zhuǎn)向軸、共軌等的機(jī)械零件、傳送零件等所使用的高強(qiáng)度機(jī)械構(gòu)造用線材和棒鋼為對(duì)象，在制造上述的各種機(jī)械構(gòu)造用零件時(shí)，室溫和加工放熱區(qū)域的變形阻力低，并且金屬模具和原材的裂紋得到抑制，從而能夠發(fā)揮出優(yōu)異的冷加工性。
【背景技術(shù)】
[0002]在制造汽車(chē)用零件、建筑機(jī)械用零件等的各種零件時(shí)，出于賦予冷加工性的目的，會(huì)對(duì)于碳鋼、合金鋼等的熱軋材實(shí)施球狀化退火處理之后再進(jìn)行冷加工，其后通過(guò)實(shí)施切削加工等而成形為規(guī)定的形狀后，進(jìn)行淬火回火處理，進(jìn)行最終的強(qiáng)度調(diào)整。
[0003]近年來(lái)，零件形狀有復(fù)雜化、大型化的傾向，隨之而來(lái)的是在冷加工工序中，提出了使鋼材更軟質(zhì)化，以防止鋼材的裂紋和使金屬模具壽命提高這樣的要求。為了使鋼材更軟質(zhì)化，可以通過(guò)更長(zhǎng)時(shí)間的球狀化退火處理來(lái)達(dá)成軟質(zhì)化，但另一方面，從節(jié)能的觀點(diǎn)出發(fā)，就存在熱處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題。
[0004]至今為止，也提出了幾個(gè)縮短球狀化退火時(shí)間，或省略球狀化退火時(shí)間，仍可得到與通常的球狀化退火處理材同等的軟質(zhì)化的方法。作為這樣的技術(shù)，在例如專(zhuān)利文獻(xiàn)I中公開(kāi)有一種技術(shù)，其是通過(guò)規(guī)定先共析鐵素體和珠光體組織，使其平均粒徑為6~15 μ m，并且規(guī)定鐵素體體積率，從而迅速地進(jìn)行球狀化退火處理，并使冷鍛性并立。但是，如果使組織微細(xì)，雖然可實(shí)現(xiàn)球狀化退火處理時(shí)間的縮短化，但是進(jìn)行通常的球狀化退火處理(10~30小時(shí)左右的退火處理)時(shí)，原材的軟質(zhì)化并不充分。
[0005]另一方面，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中公開(kāi)有一種技術(shù)，其除了規(guī)定先共析鐵素體的體積率以外，還分別規(guī)定珠光體組織和貝氏體組織的體積率，由此可以縮短退火時(shí)間。但是，在這一技術(shù)中，雖然可達(dá)成 迅速球狀化，但關(guān)于軟質(zhì)化仍不充分，并成為貝氏體和珠光體的混合組織的結(jié)果是，球狀化退火后的硬度有可能產(chǎn)生偏差。
[0006]先行技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0008]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本國(guó)特開(kāi)2000 - 119809號(hào)公報(bào)
[0009]專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本國(guó)特開(kāi)2009 - 275252號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]本發(fā)明在這種狀況下形成，其目的在于，提供一種即使在實(shí)施通常的球狀化退火時(shí)，也能夠由球狀化退火實(shí)現(xiàn)軟質(zhì)化，并且也能夠減少硬度的偏差這樣的冷加工用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，和用于制造這樣的冷加工用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的有用的方法。
[0011]能夠達(dá)成上述目的的所謂本發(fā)明的冷加工用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，具有以下幾點(diǎn)要旨:分別含有C:0.3~0.6% (質(zhì)量％的意思。以下，關(guān)于化學(xué)成分組成均同。)、S1:0.005~0.5%,Mn:0.2 ~1.5%,P:0.03% 以下(不含0% )、S:0.03% 以下(不含0% )、A1:0.01 ~0.1%和N:0.015%以下(不含0% )，余量由鐵和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，鋼的金屬組織為，具有珠光體和先共析鐵素體，珠光體和先共析鐵素體相對(duì)于全部組織的合計(jì)面積率為90面積％以上，先共析鐵素體的面積率A在與下述(I)式所表示的Ae值的關(guān)系中滿(mǎn)MA>Ae，并且相鄰的2個(gè)晶粒的取向差比15°大的大角度晶界所包圍的bcc - Fe晶粒的平均當(dāng)量圓直徑為15~35 μ m,并且以所述bcc — Fe晶粒的當(dāng)量圓直徑計(jì)，最大的粒徑和第二大的粒徑的平均值在50 μ m以下。還有，所述所謂“當(dāng)量圓直徑”，是將取向差比15°大的大角度晶界所包圍的bcc - Fe晶粒換算成相同面積的圓時(shí)的直徑(當(dāng)量圓直徑)，“平均當(dāng)量圓直徑”是其平均值。另外，以下為了說(shuō)明的方便，以bcc - Fe晶粒的當(dāng)量圓直徑計(jì)，將最大的粒徑和第二大的粒徑的平均值稱(chēng)為“粗大部分粒徑”。
[0012]Ae = (0.8 — Ceq1) X 96.75…(I)
[0013]其中，Ceq1=[C]+0.1 X [Si]+0.06X [Mn]，[C]、[Si]和[Mn]分別表示 C、Si 和 Mn
的含量(質(zhì)量％)O
[0014]本發(fā)明的冷加工用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的基本的化學(xué)成分如上述，但根據(jù)需要，還含有如下等成分也有用:(a)從Cr:0.5%以下(不含0% )、Cu:0.25%以下(不含0% )、N1:0.25%以下(不含0% )、Mo:0.25%以下(不含0% )和B:0.01%以下(不含0% )所構(gòu)成的群中選擇的一種以上；(b)從T1:0.2%以下(不含0% )、Nb:0.2%以下(不含0%)和V:0.5%以下(不含0%)所構(gòu)成的群中選擇的一種以上，根據(jù)所含有的成分，該鋼材的特性得到進(jìn)一步改善。
[0015]另一方面，在制造上述這樣的本發(fā)明的冷加工用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼時(shí)，按順序包括如下工序即可:在超過(guò)950°C但在1100°C以下的溫度進(jìn)行終軋的工序；以10°C /秒以上的平均冷卻速度冷卻至700°C以上、低于800°C的溫度范圍的工序；以0.2°C /秒以下的平均冷卻速度冷卻100秒以上的工序。
[0016]另外，按順序包括如下工序，也能夠制造本發(fā)明的冷加工用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼:在10500C以上、1200°C以下的溫度進(jìn)行終軋的工序；以10°C /秒以上的平均冷卻速度冷卻至7000C以上、低于800°C的溫度范圍的工序；以0.20C /秒以下的平均冷卻速度冷卻100秒以上的工序；以10°C /秒以上的平均冷卻速度冷卻至580~660°C的溫度范圍的工序；以10C /秒以下的平均冷卻速度冷卻20秒以上或進(jìn)行保持的工序。
[0017]本發(fā)明的冷加工用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，具有上述這樣的化學(xué)成分組成，金屬組織也包含:bcc - Fe晶粒的平均當(dāng)量圓直徑是15~35 μ m，并且bcc — Fe晶粒內(nèi)的滲碳體以長(zhǎng)寬比計(jì)在2.5以下，并且由下述(2)式表示的K值在1.3 X IO-2以下。該冷加工用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，假定的是在球狀化退火之后的。
[0018]K 值=(NXL)/E…(2)
[0019]其中,E:表示bcc — Fe晶粒的平均當(dāng)量圓直徑(μ m) ,N:表示bcc — Fe晶粒內(nèi)的滲碳體數(shù)密度(個(gè)/ μ m2)，L:表示bcc - Fe晶粒內(nèi)的滲碳體的長(zhǎng)寬比。
[0020]在本發(fā)明中，通過(guò)規(guī)定化學(xué)成分組成，并且規(guī)定珠光體與先共析鐵素體相對(duì)于全部組織的合計(jì)面積率，使先共析鐵素體的面積率A在與規(guī)定的關(guān)系式所表示的Ae值的關(guān)系中滿(mǎn)足A > Ae,并且適當(dāng)?shù)匾?guī)定bcc - Fe晶粒的平均當(dāng)量圓直徑和粗大粒徑，由此，能夠?qū)崿F(xiàn)一種冷加工用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，其即使是實(shí)施通常的球狀化退火時(shí)，也能夠使硬度十分低，并且也能夠減少硬度的偏差。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是表示球狀化退火后的組織例的附圖代用電子顯微鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本
【發(fā)明者】們，為了實(shí)現(xiàn)即使實(shí)施通常的球狀化退火時(shí)，也能夠由球狀化退火實(shí)現(xiàn)軟質(zhì)化，并且也能夠減少硬度的偏差這樣的冷加工用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，而從各種角度進(jìn)行研究。其結(jié)果取得了以下的構(gòu)想:為了實(shí)現(xiàn)球狀化退火后的鋼的軟質(zhì)化，重要的是使球狀化退火后的鐵素體晶粒的粒徑比較大，并且為了減少因球狀滲碳體造成的分散強(qiáng)化，重要的是盡可能加大滲碳體的粒子間距。于是發(fā)現(xiàn)，為了在球狀化退火后實(shí)現(xiàn)上述這樣的組織，如果使球狀化退火前的金屬組織(以下，稱(chēng)為“前組織”)，在以珠光體和先共析鐵素體為主相的基礎(chǔ)上，盡可以提高組織中的先共析鐵素體的面積率，并且使大角度晶界所包圍的bcc -Fe晶粒(具體來(lái)說(shuō)，就是先共析鐵素體的晶粒和珠光體中的鐵素體晶粒)的平均當(dāng)量圓直徑比較大，則能夠最大限度地降低球狀化退火后的硬度。另外還發(fā)現(xiàn)，為了減少硬度的偏差，通過(guò)使上述bcc - Fe晶粒的粗大部分粒徑為50 μ m以下可達(dá)成，從而完成了本發(fā)明。
[0023]在球狀化退火后，會(huì)變化成以滲碳體(球狀滲碳體)和鐵素體為主體的組織，不過(guò)，滲碳體和鐵素體是使鋼的變形阻力減少而有助于冷加工性提高的金屬組織。但是，僅僅只成為含有球狀化的滲碳體和鐵素體的金屬組織，并不能實(shí)現(xiàn)期望的軟質(zhì)化，因此如以下詳述這樣，還需要適當(dāng)?shù)乜刂圃摻饘俳M織的面積率、先共析鐵素體面積率A、bcc - Fe晶粒的平均當(dāng)量圓粒徑等。
[0024]組織(前組織)中含有貝氏體和馬氏體等的微細(xì)的組織時(shí)，進(jìn)行一般的球狀化退火，在球狀化退火后，由于貝氏體和馬氏體的影響，組織仍然微細(xì)，軟質(zhì)化不充分。從這一觀點(diǎn)出發(fā)，需要珠光體和先共析鐵素體對(duì)于全部組織的合計(jì)面積率為90面積％以上。優(yōu)選為95面積％以上，更優(yōu)選為97面積％以上。還有，作為珠光體和先共析鐵素體以外的金屬組織，例如會(huì)部分包含能夠在制造過(guò)程中生成的馬氏體和貝氏體等，但是，若這些組織的面積率變高，則強(qiáng)度變高，冷加工性劣化，因此也可以完全不含有。因此珠光體和先共析鐵素體相對(duì)于全部組織的合計(jì)面積率，最優(yōu)選為100面積％。
[0025]由上述宗旨可知明，需要使前組織中的先共析鐵素體面積率A盡可能地多。通過(guò)增多先共析鐵素體的面 積率A，在球狀化退火后會(huì)形成珠光體局部化，球狀滲碳體容易生長(zhǎng)的(粒子間距容易變大)狀態(tài)。本
【發(fā)明者】們，從使先共析鐵素體析出至平衡量這一觀點(diǎn)出發(fā)進(jìn)行研究，基于實(shí)驗(yàn)，平衡先共析鐵素體析出量，由(0.8 — Ceq1) X 129表示，和先共析鐵素體面積率A，能夠確保在平衡析出量的75 %以上即可，基于這樣的構(gòu)想，作為需要最低限度確保的先共析鐵素體量，決定為下述(I)式所表示的Ae值。還有，測(cè)量先共析鐵素體的面積率A時(shí)的鐵素體，宗旨是不包括在珠光體組織中所包含的鐵素體(只測(cè)量“先共析鐵素體”)。另外，先共析鐵素體的面積率，雖然根據(jù)成分系也有所不同，但在本發(fā)明中作為對(duì)象的化學(xué)成分組成中，至多不過(guò)65%左右。
[0026]Ae = (0.8 — Ceq1) X 96.75…(I)
[0027]其中，Ceq1=[C]+0.1 X [Si]+0.06 X [Mn]，[C]、[Si]和[Mn]分別表示 C、Si 和 Mn
的含量(質(zhì)量％)O
[0028]即，先共析鐵素體面積率A在與上述(I)式所表示的Ae值的關(guān)系中滿(mǎn)MA > Ae時(shí)，可發(fā)揮出加大先共析鐵素體面積率帶來(lái)的效果。相對(duì)于此，先共析鐵素體的面積率A為上述Ae值以下時(shí)(即，ASAe)，球狀化退火后容易析出新的微細(xì)鐵素體，軟質(zhì)化不充分。另外，在先共析鐵素體面積率A小的狀態(tài)下，若加大bcc — Fe晶粒的平均當(dāng)量圓直徑，則容易生成再生珠光體，充分的軟質(zhì)化困難。
[0029]若預(yù)先使前組 織中的由大角度晶界包圍的bcc (體心立方晶格)一 Fe晶粒的平均當(dāng)量圓直徑(以下稱(chēng)為“bcc - Fe晶粒的平均粒徑”)為15 μ m以上，則在球狀化退火后可以實(shí)現(xiàn)軟質(zhì)化。但是，若前組織中的bcc - Fe晶粒的平均粒徑過(guò)大，則經(jīng)過(guò)通常的球狀化退火，會(huì)成為使再生珠光體等的強(qiáng)度增加的組織，軟質(zhì)化困難，因此bcc - Fe晶粒的平均粒徑需要為35 μ m以下。bcc - Fe晶粒的平均粒徑優(yōu)選為18 μ m以上，更優(yōu)選為20 μ m以上。bcc - Fe晶粒的平均粒徑優(yōu)選為32 μ m以下，更優(yōu)選為30 μ m以下。
[0030]測(cè)量bcc - Fe晶粒的平均粒徑時(shí)的鐵素體，以相鄰的2個(gè)晶粒的取向差比15°大的大角度晶界所包圍的bcc - Fe晶粒為對(duì)象，這是由于在取向差為15°以下的小角度粒界，球狀化退火造成的影響小。即，所述取向差比15°大的大角度晶界所包圍的bcc —Fe晶粒，通過(guò)使其換算成相同面積的圓時(shí)的直徑為上述這樣的范圍，能夠在球狀化退火后實(shí)現(xiàn)充分的軟質(zhì)化。還有，所述“取向差”也稱(chēng)為“偏離角”或“斜角”，在取向差的測(cè)量中，米用EBSP法(Electron Backscattering Pattern法)即可。另外，測(cè)量平均粒徑的bcc —Fe晶粒，包括先共析鐵素體和珠光體組織中所含的鐵素體(該鐵素體與“先共析鐵素體”有所區(qū)別)的晶粒。從這一觀點(diǎn)出發(fā)，測(cè)量平均粒徑的bcc — Fe晶粒，是與“先共析鐵素體”不同的概念。
[0031]bcc - Fe晶粒的平均粒徑，除了再生珠光體以外，由于對(duì)殘存珠光體的發(fā)生也產(chǎn)生影響，所以通過(guò)進(jìn)行bcc - Fe晶粒的平均粒徑的控制，可以進(jìn)行作為材料整體的平均的軟質(zhì)化。但是，若前組織的粒徑有局部性地粗大之處，則在球狀化退火后會(huì)產(chǎn)生明顯硬的部分。在前組織中的由前述大角度晶界所包圍的bcc — Fe晶粒之中，通過(guò)使當(dāng)量圓直徑最大的晶粒的當(dāng)量圓直徑和當(dāng)量圓直徑第二大的晶粒的當(dāng)量圓直徑的平均值(以下稱(chēng)為“bcc - Fe晶粒的粗大部分粒徑”)在50 μ m以下，能夠抑制局部性的殘存珠光體和再生珠光體的發(fā)生，抑制硬度的偏差。還有，bcc - Fe晶粒的粗大部分粒徑優(yōu)選為45μπι以下，更優(yōu)選為40 μ m以下。
[0032]本發(fā)明設(shè)定為冷加工用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，關(guān)于其鋼種，只要是作為冷加工用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的通常的化學(xué)成分組成即可，關(guān)于C、S1、Mn、P、S、Al和N，可以調(diào)整到恰當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。從這一觀點(diǎn)出發(fā)，這些化學(xué)成分的恰當(dāng)?shù)姆秶捌浞秶薅ɡ碛扇缦率觥?br> [0033][C:0.3 ~0.6%]
[0034]C在確保鋼的強(qiáng)度(最終制品的強(qiáng)度)上是有用的元素。為了有效地發(fā)揮這樣的效果，C含量需要為0.3%以上。優(yōu)選為0.32%以上(更優(yōu)選為0.34%以上)。但是，若C被過(guò)剩含有，則強(qiáng)度變高，冷加工性降低，因此需要在0.6%以下。優(yōu)選為0.55%以下(更優(yōu)選為0.50%以下)。
[0035][S1:0.005 ~0.5% ]
[0036]Si作為脫氧元素，和出于通過(guò)固溶體硬化使最終制品的強(qiáng)度增加這一目的而含有，低于0.005%時(shí)，這樣的效果無(wú)法有效地發(fā)揮，另外若超過(guò)0.5%而過(guò)剩地含有，則硬度過(guò)度上升，使冷加工性劣化。還有，Si含量?jī)?yōu)選為0.007%以上(更優(yōu)選為0.010%以上)，優(yōu)選為0.45%以下(更優(yōu)選為0.40%以下)。
[0037][Mn:0.2 ~1.5% ]
[0038]Mn在通過(guò)淬火性的提高而使最終制品的強(qiáng)度增加上是有效的元素，但低于0.2%時(shí)，該效果不充分，若超過(guò)1.5%而過(guò)剩地含有，則硬度上升而使冷加工性劣化，因此為0.2~1.5%。還有，Mn含量?jī)?yōu)選為0.3%以上(更優(yōu)選為0.4%以上)，優(yōu)選為1.1%以下(更優(yōu)選為0.9%以下)。
[0039][P:0.03 % 以下(不含 O % )]
[0040]P是在鋼中不可避免被含有元素，P在鋼中發(fā)生晶界偏析，成為延展性的劣化的原因，因此抑制在0.03%以下。P含量?jī)?yōu)選為0.028%以下(更優(yōu)選為0.025%以下)。
[0041][S:0.03% 以下(不含 0% )] [0042]S在鋼中是不可避免被含有的元素，在鋼中作為MnS存在，對(duì)于冷加工來(lái)說(shuō)是使延展性劣化的有害的元素，因此需要使其含量在0.03%以下。S含量?jī)?yōu)選為0.028%以下(更優(yōu)選為0.025%以下)。
[0043][Al:0.01 ~0.1% ]
[0044]Al作為脫氧元素有用，并且在將鋼中存在的固溶N作為AlN固定上有用。為了有效地發(fā)揮這樣的效果，Al含量需要為0.01 %以上。但是，若Al含量變得過(guò)剩而超過(guò)0.1 %，則Al2O3過(guò)剩地生成，使冷加工性劣化。還有，Al含量?jī)?yōu)選為0.013%以上(更優(yōu)選為0.015%以上)，優(yōu)選為0.090%以下(更優(yōu)選為0.080%以下)。
[0045][N:0.015% 以下(不含 0% )]
[0046]N是在鋼中不可避免地被含有元素，若在鋼中含有固溶N，則應(yīng)變時(shí)效帶來(lái)硬度上升，招致延展性降低，使冷加工性劣化，因此需要抑制在0.015 %以下。N含量?jī)?yōu)選為0.013%以下，更優(yōu)選為0.010%以下。
[0047]本發(fā)明的冷加工用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的基本的化學(xué)成分組成如上述，余量實(shí)質(zhì)上是鐵。還有，所謂“實(shí)質(zhì)上是鐵”，是除了鐵以外，也能夠允許不阻礙本發(fā)明的鋼材的特性的程度下的微量成分(例如，Sb、Zn等)，此外也能夠含有P、S、N以外的不可避免的雜質(zhì)(例如，0、H等)。
[0048]在本發(fā)明的冷加工用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼中，根據(jù)需要，還含有如下等成分也有用:(a)從Cr:0.5%以下(不含0% )、Cu:0.25%以下(不含0% )、N1:0.25%以下(不含0% )、Mo:0.25%以下(不含0% )和B:0.01 %以下(不含0% )所構(gòu)成的群中選擇的一種以上；(b)從Ti:0.2%以下(不含0% )、Nb:0.2%以下(不含0% )和V:0.5%以下(不含0% )所構(gòu)成的群中選擇的一種以上，根據(jù)所含有的成分，該鋼材的特性得到進(jìn)一步改善。使這些成分含有時(shí)的成分范圍限定理由如下述。[0049][從Cr:0.5% 以下(不含 0% )、Cu:0.25% 以下(不含 0% )、N1:0.25% 以下(不含0% )、Mo:0.25%以下(不含0% )和B:0.01%以下(不含0% )所構(gòu)成的群中選擇的一種以上]
[0050]Cr、Cu、N1、Mo和B均在通過(guò)使鋼材的淬火性提高，從而使最終制品的強(qiáng)度增加上是有效的元素，根據(jù)需要單獨(dú)含有或含有2種以上。但是，若這些元素的含量變得過(guò)剩，則強(qiáng)度變得過(guò)高，使冷加工性劣化，因此以上述方式規(guī)定各自?xún)?yōu)選的上限。更優(yōu)選Cr為0.45%以下(進(jìn)一步優(yōu)選為0.40%以下)，Cu、Ni和Mo為0.22%以下(進(jìn)一步優(yōu)選為
0.20%以下)，和B為0.007%以下(進(jìn)一步優(yōu)選為0.005%以下)。還有，這些元素帶來(lái)的效果隨著其含量增加而變大，但為了有效地發(fā)揮這些效果，優(yōu)選Cr為0.015 %以上(更優(yōu)選為0.020%以上)，Cu、Ni和Mo為0.02%以上(更優(yōu)選為0.05%以上)，和B為0.0003%以上(更優(yōu)選為0.0005%以上)。
[0051][從T1:0.2%以下(不含0% )、Nb:0.2%以下(不含0% )和V:0.5%以下(不含0%)所構(gòu)成的群中選擇的一種以上]
[0052]T1、Nb和V與N形成化合物，減少固溶N，從而發(fā)揮著減小變形阻力的效果，因此根據(jù)需要能夠單獨(dú)使之含有或含有2種以上。但是，若這些元素的含量變得過(guò)剩，則所形成的化合物招致變形阻力的上升，反而使冷加工性降低，因此優(yōu)選Ti和Nb為0.2%以下，
V為0.5%以下。更優(yōu)選為T(mén)i和Nb為0.18%以下(進(jìn)一步優(yōu)選為0.15%以下)，和V為
0.45%以下(進(jìn)一步優(yōu)選為0.40%以下)。還有，這些元素帶來(lái)的效果隨著其含量增加而變大，但為了有效地發(fā)揮其效果，優(yōu)選Ti和Nb為0.03%以上(更優(yōu)選為0.05%以上)，和
V為0.03%以上(更優(yōu)選為0.05%以上)。
[0053]制造本發(fā)明的冷加工用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼時(shí)，將滿(mǎn)足上述這樣的成分組成的鋼，以超過(guò)950°C、1100°C以下的溫度終軋后，以10°C /秒以上的平均冷卻速度冷卻至700°C以上、低于800°C的溫度范圍，其后，以0.2°C /秒以下的平均冷卻速度冷卻100秒以上即可(此方法以下稱(chēng)為“制造方法I”)。作為其他的方法，也可以將滿(mǎn)足上述這樣的成分組成的鋼，以1050°C以上、1200°C以下的溫度終軋后，以10°C /秒以上的平均冷卻速度即刻冷卻至700°C以上、低于800°C的溫度范圍，之后，以0.2°C /秒以下的平均冷卻速度冷卻100秒以上以后，以10°C /秒以上的平均冷卻速度冷卻至580~660°C的溫度范圍，再以1°C /秒以下的平均冷卻速度冷卻20秒以上冷卻或進(jìn)行保持(此方法以下稱(chēng)為“制造方法2”)。對(duì)于這些制造方法的各制造條件進(jìn)行說(shuō)明。
[0054](制造方法I)
[0055]為了將大角度晶界所包圍的bcc - Fe晶粒的平均粒徑控制在15~35 μ m，需要適當(dāng)?shù)乜刂平K軋溫度。若該終軋溫度超過(guò)1100°c，則使平均粒徑處于35μπι以下困難。另外，若終軋溫度超過(guò)1100°C，則bcc - Fe晶粒的粗大部分粒徑容易超過(guò)50 μ m。但是，若終軋溫度在950°C以下，則使bcc - Fe晶粒的平均粒徑處于15 μ m以上困難，因此需要超過(guò)950。。。
[0056]以上述溫度終 軋后，若至700°C以上、低于800°C的溫度范圍的冷卻速度慢，則bcc — Fe晶粒粗大化,存在平均粒徑超過(guò)35 μ m的可能性,另外bcc — Fe晶粒的粗大部分粒徑容易超過(guò)50 μ m，因此需要使平均冷卻速度為10°C /秒以上。該平均冷卻速度優(yōu)選為20°C /秒以上，更優(yōu)選為30°C /秒以上。對(duì)于這時(shí)的平均冷卻速度的上限沒(méi)有特別限定，作為現(xiàn)實(shí)的范圍，在200°C /秒以下。另外，關(guān)于這時(shí)的冷卻，如果在作為10°C /秒以上的平均冷卻速度的范圍內(nèi)，則也可以是改變冷卻速度這樣的冷卻方式。還有,這時(shí)的冷卻停止溫度，優(yōu)選為710°C以上(更優(yōu)選為720°C以上)，780°C以下(更優(yōu)選低于750°C )。
[0057]在上述這樣的冷卻(即，以10°C /秒以上的平均冷卻速度至700°C以上、800°C低于的溫度范圍的冷卻)之后，從這一溫度，以0.2V /秒以下的平均冷卻速度冷卻100秒以上。即，通過(guò)促進(jìn)先共析鐵素體晶粒的析出，確保先共析鐵素體面積率A，并且使之均勻地分散，可達(dá)成球狀滲碳體的生長(zhǎng)促進(jìn)和前組織粗大部分粒徑的減小。關(guān)于該冷卻的平均冷卻速度的下限，沒(méi)有特別限定，但從生產(chǎn)率的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為0.01°C/秒以上。還有，關(guān)于該冷卻的結(jié)束溫度，根據(jù)鋼材的化學(xué)成分組成和終軋溫度，至此為止的冷卻條件也會(huì)有所不同，但大體為660°C左右以下。關(guān)于在此之后的冷卻，可以是氣體中的冷卻和放冷等的通常的冷卻(平均冷卻速度為0.1~50°C /秒左右)。
[0058](制造方法2)
[0059]若采用該制造方法2時(shí)的終軋溫度超過(guò)1200°C，則使bcc — Fe晶粒的平均粒徑處于35 μ m以下困難。另外，若終軋溫度超過(guò)1200°C，則bcc — Fe晶粒的粗大部分粒徑容易超過(guò)50 μ m 。但是，若終軋溫度低于1050°C，則使bcc — Fe晶粒的平均粒徑處于15μπι以上困難，因此需要為1050°C以上。
[0060]在上述這樣的溫度范圍終軋后，以10°C /秒以上的平均冷卻速度即刻冷卻至700°C以上、低于800°C的溫度范圍，但若這時(shí)的平均冷卻速度慢，則使bcc — Fe晶粒的平均粒徑處于35 μ m以下，和使粗大部分粒徑處于50 μ m以下困難，因此需要確保10°C /秒以上的平均冷卻速度。
[0061]其后，為了確保先共析鐵素體面積率A，并且使之均勻地分散而減小前組織的粗大部分粒徑，而以0.2V /秒以下的平均冷卻速度冷卻100秒以上。通過(guò)以0.2V /秒以下的平均冷卻速度冷卻100秒以上(冷卻時(shí)間)，可確保先共析鐵素體的面積率A，并且使之均勻地分散，達(dá)成球狀滲碳體的生長(zhǎng)促進(jìn)和前組織的粗大部分粒徑的減小。關(guān)于該冷卻的平均冷卻速度的下限，沒(méi)有特別限定，但從生產(chǎn)率的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為0.01°C/秒以上。冷卻時(shí)間至少需要100秒以上，但優(yōu)選為400秒以上，更優(yōu)選為500秒以上。另外考慮生產(chǎn)率和設(shè)備上的制約，從能夠以現(xiàn)實(shí)的時(shí)間實(shí)施這樣的觀點(diǎn)出發(fā)，冷卻時(shí)間優(yōu)選為2000秒以下(更優(yōu)選為1800秒以下)。
[0062]終軋溫度高時(shí)(例如，1200°C左右)，從防止bcc — Fe晶粒的平均粒徑超過(guò)35 μ m,和bcc - Fe晶粒的粗大部分粒徑超過(guò)50 μ m的觀點(diǎn)出發(fā)，可以適宜在上述的冷卻之后進(jìn)行急冷。該冷卻的平均冷卻速度至少需要10°C /秒以上。該平均冷卻速度優(yōu)選為20°C /秒以上，更優(yōu)選為30°C/秒以上。關(guān)于這時(shí)的平均冷卻速度的上限沒(méi)有特別限定，但作為現(xiàn)實(shí)的范圍，在200°C/秒以下。另外，關(guān)于將這時(shí)的冷卻停止的溫度，若低于580°C，則先共析鐵素體+珠光體的合計(jì)面積率有低于90面積％的可能性，另一方面，若超過(guò)660°C，則bcc -Fe晶粒的粗大部分粒徑容易超過(guò)50 μ m。關(guān)于其以后的冷卻，以TC /秒以下的平均冷卻速度進(jìn)行20秒以上的冷卻即可。還有，關(guān)于從580°C以上、660°C以下的溫度范圍進(jìn)行的冷卻，也可以不采取積極地冷卻，而是原樣保持。
[0063]如上述這樣制造冷加工用途機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼后，對(duì)于該鋼材實(shí)施通常的球狀化退火，由此，能夠得到金屬組織如下的鋼材:bcc - Fe晶粒的平均粒徑為15~35 μ m，并且bcc - Fe晶粒內(nèi)的滲碳體其長(zhǎng)寬比為2.5以下，并且由下述(2)式表示的K值為1.3X10_2以下。
[0064]K 值=(NXL)/E…(2)
[0065]其中,E:表示bcc — Fe晶粒的平均當(dāng)量圓直徑(μ m) ,N:表示bcc — Fe晶粒內(nèi)的滲碳體數(shù)密度(個(gè)/ μ m2)，L:表示bcc - Fe晶粒內(nèi)的滲碳體的長(zhǎng)寬比。
[0066]作為用于使球狀化退火材軟質(zhì)化的組織因素，滲碳體的長(zhǎng)寬比的減小，和減小滲碳體的數(shù)密度的技術(shù)至今為止也有所報(bào)告。例如在日本國(guó)特開(kāi)2000 - 73137號(hào)公報(bào)中公開(kāi)，通過(guò)減小滲碳體的長(zhǎng)寬比，變形阻力降低。
[0067]在上述的技術(shù)中，是通過(guò)使材料組織整體的滲碳體數(shù)密度(=鐵素體晶界上的滲碳體數(shù)密度+鐵素體晶內(nèi)的滲碳體數(shù)密度)，和材料組織整體的滲碳體的長(zhǎng)寬比減少來(lái)實(shí)現(xiàn)軟質(zhì)化。相對(duì)于此，在本發(fā)明中判明的是，為了使之軟質(zhì)化，相比鐵素體晶界上的滲碳體，通過(guò)使鐵素體晶內(nèi)(bcc — Fe晶粒內(nèi))的滲碳體數(shù)密度減少，能夠取得巨大的效果。
[0068]另外為了鋼材的軟質(zhì)化，加大球狀化退火后的鐵素體粒徑也有效，這是早就已知的，但對(duì)通常的鋼材實(shí)施通常的球狀化退火時(shí)，若想嘗試加大球狀化退火后的鐵素體粒徑，則取而代之的是在球狀化退火中容易存在再生珠光體和殘存珠光體，因此鐵素體晶內(nèi)的滲碳體的長(zhǎng)寬比變大，或鐵素體晶內(nèi)的滲碳體數(shù)變多，其結(jié)果是，無(wú)法充分獲得球狀化退火后的軟質(zhì)化。反之，雖然存在以球狀化退火后的鐵素體粒微細(xì)為前提，減小滲碳體的長(zhǎng)寬比，和減少滲碳體數(shù)密度的技術(shù)，但其在軟質(zhì)化的觀點(diǎn)上來(lái)說(shuō)并不充分。
[0069]相對(duì)于此，如本發(fā)明，通過(guò)預(yù)先適當(dāng)?shù)乜刂魄驙罨敖M織(前組織的粒徑和鐵素體面積率等)，球狀化退火后的鐵素體晶粒的粗大化，和鐵素體晶內(nèi)的滲碳體數(shù)量減少，并且鐵素體晶內(nèi)的滲碳體長(zhǎng)寬比減小得到并立，其結(jié)果判明，球狀化退火后的硬度比以往降低，并且偏差也得到抑制。而且，若由上述(2)式表示的K值處于1.3X IO-2以下，則能夠顯著地取得軟質(zhì)化和硬度的偏差減小的效果。
[0070]還有，在本發(fā)明的通常的球狀化退火中，為了保持在(鐵素體+奧氏體)二相域而分解層狀的珠光體，其后實(shí)現(xiàn)滲碳體的球狀化，設(shè)想的是在緊接Al相變點(diǎn)之下一邊進(jìn)行徐冷或保持一邊使之冷卻的處理。通過(guò)實(shí)施這樣的球狀化退火，能夠得到上述這樣的球狀化組織。
[0071]以下，通過(guò)實(shí)施例更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，但下述實(shí)施例沒(méi)有限定本發(fā)明的性質(zhì)，根據(jù)前、后述的宗旨改變?cè)O(shè)計(jì)的均包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
[0072]實(shí)施例
[0073]使用下述表1所示的化學(xué)成分組成的鋼種，使各種制造條件(終軋溫度、平均冷卻速度、冷卻停止溫度、冷卻時(shí)間:參照后述表2、4)變化，制作前組織不同的φ 8.0mm(實(shí)施例1)或Φ 17.0mm (實(shí)施例2)的線材。
[0074][表 I]
[0075]
【權(quán)利要求】
1.一種冷加工用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，其特征在于，分別含有 C:0.3 ~0.6 質(zhì)量％、
Si:0.005 ~0.5 質(zhì)量％、
Mn:0.2 ~1.5 質(zhì)量％、 P:0.03質(zhì)量％以下(不含O質(zhì)量％ )、 S:0.03質(zhì)量％以下(不含O質(zhì)量％ )、 Al:0.01~0.1質(zhì)量％、和 N:0.015質(zhì)量％以下(不含O質(zhì)量％)， 余量由鐵和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成， 鋼的金屬組織為，具有珠光體和先共析鐵素體，珠光體和先共析鐵素體相對(duì)于全部組織的合計(jì)面積率在90面積％以上，并且先共析鐵素體的面積率A在與下述(I)式所表示的Ae值的關(guān)系中滿(mǎn)足A > Ae, 并且相鄰的2個(gè)晶粒的取向差比15°大的大角度晶界所包圍的bcc - Fe晶粒的平均當(dāng)量圓直徑為15~35 μ m，并且以所述bcc — Fe晶粒的當(dāng)量圓直徑計(jì)，最大的粒徑和第二大的粒徑的平均值在50 μ m以下，
Ae = (0.8 - Ceq1) X 96.75...(I)
其中，Ceq1 = [C] +0.1X [Si]+。.06X [Mn], [C]、[Si]和[Mn]分別表示 C、Si 和 Mn 的含量(質(zhì)量％ ) O
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷加工用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，其中，還含有從 Cr:0.5質(zhì)量％以下(不含O質(zhì)量％ )、 Cu:0.25質(zhì)量％以下(不含O質(zhì)量％ )、 Ni:0.25質(zhì)量％以下(不含O質(zhì)量％ )、 Mo:0.25質(zhì)量％以下(不含O質(zhì)量％ )、和 B:0.01質(zhì)量％以下(不含O質(zhì)量％ )所構(gòu)成的群中選擇的一種以上作為其他元素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷加工用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，其中，還含有從 T1:0.2質(zhì)量％以下(不含O質(zhì)量％)、 Nb:0.2質(zhì)量％以下(不含O質(zhì)量％ )、和 V:0.5質(zhì)量％以下(不含O質(zhì)量％ )所構(gòu)成的群中選擇的一種以上作為其他元素。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的冷加工用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，其中，還含有從 T1:0.2質(zhì)量％以下(不含O質(zhì)量％)、 Nb:0.2質(zhì)量％以下(不含O質(zhì)量％ )和 V:0.5質(zhì)量％以下(不含O質(zhì)量％ )所構(gòu)成的群中選擇的一種以上作為其他元素。
5.一種冷加工用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的制造方法，其特征在于，是制造權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的冷加工用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的方法，其中，按順序包括: 在超過(guò)950°C但在1100°C以下的溫度進(jìn)行終軋的工序； 以10°C /秒以上的平均冷卻速度冷卻至700°C以上但低于800°C的溫度范圍的工序； 以0.20C /秒以下的平均冷卻速度冷卻100秒以上的工序。
6.一種冷加工用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的制造方法，其特征在于，是制造權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的冷加工用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的方法，其中，按順序包括:在1050°C以上但在1200°C以下的溫度進(jìn)行終軋的工序； 以10°C /秒以上的平均冷卻速度冷卻至700°C以上但低于800°C的溫度范圍的工序； 以0.2V /秒以下的平均冷卻速度冷卻100秒以上的工序； 以10°C /秒以上的平均冷卻速度冷卻至580~660°C的溫度范圍的工序； 以1°C /秒以下的平均冷卻速度冷卻20秒以上或進(jìn)行保持的工序。
7.一種冷加工用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，其特征在于，具備權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的化學(xué)成分組成，金屬組織為，bcc - Fe晶粒的平均當(dāng)量圓直徑為15~35 μ m,并且bcc — Fe晶粒內(nèi)的滲碳體以長(zhǎng)寬比計(jì)在2.5以下，并且由下述⑵式表示的K值在1.3X10_2以下， K 值=(NXL)/E…(2) 其中，E:表示bcc — Fe晶粒的平均當(dāng)量圓直徑(μ m) ,N:表示bcc — Fe晶粒內(nèi)的滲碳體數(shù)密度(個(gè)/ μ m2)，L:表示bcc - Fe晶粒內(nèi)的滲碳體的長(zhǎng)寬比。
【文檔編號(hào)】C22C38/06GK104011249SQ201280062956
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月19日
【發(fā)明者】山下浩司, 土田武廣, 千葉政道 申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶(hù)制鋼所