抗拉強度為800mpa~1600mpa的非調質機械部件被用于螺栓或扭桿、穩(wěn)定器等具有軸形狀的汽車部件或各種產業(yè)機械中。
本發(fā)明涉及該非調質機械部件、用于制造其的鋼線、及用于制造該鋼線的線材。
另外,在本發(fā)明中作為對象的非調質機械部件中,也包含汽車用或建筑用的螺栓等。
在此以后,有時將非調質機械部件用線材簡稱為線材,將非調質機械部件用鋼線簡稱為鋼線,及將非調質機械部件簡稱為機械部件。
本申請基于2015年1月27日在日本申請的特愿2015-013385號及2015年2月19日在日本申請的特愿2015-030891號主張優(yōu)先權,將其內容援引于此。
背景技術:
作為汽車或各種產業(yè)機械的部件,以輕量化和小型化為目的,使用具有800mpa以上的抗拉強度的高強度機械部件。
然而,伴隨著機械部件的高強度化,氫脆現(xiàn)象變得顯著。
所謂該氫脆現(xiàn)象是指由于侵入線材或鋼線中的氫的影響,機械部件因比本來預想的應力小的應力而斷裂的現(xiàn)象。
該氫脆現(xiàn)象以各種形態(tài)顯現(xiàn)出。
例如,在汽車及建筑物等中使用的螺栓中,有時產生延遲斷裂。
其中,所謂延遲斷裂在螺栓等的情況下,是指連結后經過一段時間后,突然在螺栓中產生斷裂的現(xiàn)象。
因此,如專利文獻1~7中公開的那樣,進行了用于提高高強度機械部件的耐氫脆特性的各種研究。
高強度機械部件是使用在機械結構用碳鋼中添加mn、cr、mo或b等合金元素而得到的合金鋼或特殊鋼的鋼材而制造的。
具體而言,首先,將該合金鋼的鋼材進行熱軋,之后進行球狀化退火,使其軟質化。接著,將軟質化后的鋼材通過冷鍛或滾軋成形為規(guī)定的形狀。并且,在成形后,進行淬火回火處理,賦予抗拉強度。
此外,關于高強度機械部件的一個例子即螺栓,作為提高耐延遲斷裂特性的技術之一,已知有使用經拉絲加工的珠光體的技術。
然而,這些鋼材由于合金元素的含量多,所以鋼材價格變高。
進而,由于需要成形為部件形狀前的軟質化退火、成形后的淬火回火處理,所以制造成本上升。
針對這樣的課題,已知有省略軟質化退火或淬火回火處理、并通過急速冷卻或析出強化等而提高了抗拉強度的線材。
此外,已知有對這些線材實施拉絲加工而賦予規(guī)定的抗拉強度的技術。
并且,該技術被利用于螺栓等中,使用該技術而制造的螺栓被稱為非調質螺栓。
在專利文獻8中,公開了一種包含貝氏體組織的非調質螺栓的制造方法,其是將以質量%計含有c:0.03%~0.20%、si:0.10%以下、mn:0.70%~2.5%、v、nb、ti中的1種或者2種以上的合計:0.05%~0.30%、b:0.0005%~0.0050%的鋼進行線材軋制后以5℃/s以上的冷卻速度冷卻。
此外,在專利文獻9中,公開了一種高強度螺栓的制造方法,其是將含有c:0.05%~0.20%、si:0.01%~1.0%、mn:1.0%~2.0%、s:0.015%以下、al:0.01%~0.05%、v:0.05%~0.3%的鋼加熱至900℃~1150℃的溫度后進行熱軋,精軋后將溫度域以2℃/s以上的平均冷卻速度從800℃冷卻至500℃,制成鐵素體+貝氏體組織后,在550℃~700℃的溫度范圍內進行退火。
在這些制造方法中,需要嚴格控制冷卻速度和冷卻結束溫度,制造方法變得復雜。
此外,有時組織變得不均勻,冷鍛性劣化。
在專利文獻10中,公開了一種冷鍛用鋼,其以質量%計含有0.4%~1.0%的c,且成分組成滿足特定的條件式,組織包含珠光體和偽珠光體。
然而,該鋼由于包含片層狀的粗大的滲碳體,所以與以往在螺栓等機械部件中使用的機械結構用碳鋼或機械結構用合金鋼相比,冷鍛性差。
像這樣,就利用以往技術的非調質線材而言,通過廉價的制造方法得不到具有良好的冷鍛性的機械部件。
進而,通過以往技術,無法得到用于制造其的鋼線及線材。
此外,在這些以往的技術中,由于是不包含貝氏體的以珠光體或偽珠光體作為主體的組織,所以通過鋼線的抗拉強度增加,因在冷加工時變形阻力變高,從而模具的負載增大,或者即使是包含貝氏體的組織,也因貝氏體塊的粒徑或標準偏差大,從而延性下降,變得容易產生加工裂紋,冷加工性顯著下降。
因此,在抗拉強度為800mpa以上、特別是1200mpa以上的非調質的高強度的機械部件中,難以得到良好的耐氫脆特性。
現(xiàn)有技術文獻
專利文獻
專利文獻1:日本特開2005-281860號公報
專利文獻2:日本特開2001-348618號公報
專利文獻3:日本特開2004-307929號公報
專利文獻4:日本特開2008-261027號公報
專利文獻5:日本特開平11-315349號公報
專利文獻6:日本特開2002-69579號公報
專利文獻7:日本特開2000-144306號公報
專利文獻8:日本特開平2-166229號公報
專利文獻9:日本特開平8-041537號公報
專利文獻10:日本特開2000-144306號公報
技術實現(xiàn)要素:
發(fā)明所要解決的問題
本發(fā)明鑒于以往技術中的上述課題,目的是提供(a)能夠廉價地制造的抗拉強度為800mpa~1600mpa的耐氫脆特性優(yōu)異的高強度機械部件、(b)用于制造該機械部件的能夠省略軟質化退火或淬火回火處理等熱處理的冷加工性優(yōu)異的鋼線、及用于制造該鋼線的拉絲加工性優(yōu)異的線材。
用于解決問題的手段
本發(fā)明人們?yōu)榱诉_成上述目的,調查了用于得到即使省略軟質化熱處理也能夠冷鍛、且即使不進行淬火回火等調質處理抗拉強度也為800mpa以上的高強度機械部件的線材及鋼線的成分組成與組織的關系。
本發(fā)明是基于該調查中得到的冶金的見解而進行的,其主旨如下所述。
(1)本發(fā)明的第一方式所述的非調質機械部件用鋼線是鋼線,其中,作為化學成分,以質量%計含有c:0.18%~0.65%、si:0.05%~1.5%、mn:0.50%~2.0%、cr:0%~1.50%、mo:0%~0.50%、ti:0%~0.050%、al:0%~0.050%、b:0%~0.0050%、nb:0%~0.050%、v:0%~0.20%,且限制p:0.030%以下、s:0.030%以下、n:0.0050%以下、o:0.01%以下,剩余部分為fe及雜質;當將以質量%計的上述c的含量設為[c%]時,組織以體積%計包含75×[c%]+25以上的貝氏體,剩余部分為鐵素體及珠光體中的1種以上;在上述鋼線的與長度方向平行的截面中,當將上述鋼線的直徑設為d2mm,將從上述鋼線的表面開始到朝向上述截面的中心線的深度為0.1×d2mm為止的區(qū)域設為上述鋼線的第2表層部,將上述鋼線的第2表層部中的貝氏體塊的平均長寬比設為r1時,上述r1為1.2以上;在上述鋼線的與長度方向垂直的截面中,當將上述鋼線的直徑設為d2mm,將從上述鋼線的表面開始到朝向上述截面的中心的深度為0.1×d2mm為止的區(qū)域設為上述鋼線的第3表層部,將從深度0.25×d2mm開始到上述截面的中心為止的區(qū)域設為上述鋼線的第3中心部,將上述鋼線的第3表層部中的上述貝氏體塊的平均粒徑設為ps3μm,將上述鋼線的第3中心部中的上述貝氏體塊的平均粒徑設為pc3μm時,上述ps3滿足下述式(c),且上述ps3和上述pc3滿足下述式(d);上述組織中的上述貝氏體塊的粒徑的標準偏差為8.0μm以下;上述鋼線的抗拉強度為800mpa~1600mpa。
ps3≤20/r1(c)
ps3/pc3≤0.95(d)
(2)根據(jù)上述(1)所述的非調質機械部件用鋼線,其中,作為上述化學成分,可以以質量%計含有c:0.18%~0.50%、si:0.05%~0.50%。
(3)根據(jù)上述(1)所述的非調質機械部件用鋼線,其中,作為上述化學成分,可以以質量%計含有c:0.20%~0.65%,將以質量%計的上述c的含量設為[c%]時,上述組織也可以以體積%計包含45×[c%]+50以上的上述貝氏體。
(4)根據(jù)上述(1)~(3)中任1項所述的非調質機械部件用鋼線,其中,作為上述化學成分,以質量%計含有b:低于0.0005%,當以質量%計將上述c的含量設為[c%]、將上述si的含量設為[si%]、將上述mn的含量設為[mn%]、將上述cr的含量設為[cr%]、將上述mo的含量設為[mo%]時,通過下述式(b)求出的f1可以為2.0以上。
f1=0.6×[c%]-0.1×[si%]+1.4×[mn%]+1.3×[cr%]+3.7×[mo%](b)
(5)根據(jù)上述(1)所述的非調質機械部件用鋼線,其中,上述r1可以為2.0以下。
(6)根據(jù)上述(1)所述的非調質機械部件用鋼線,其中,上述組織可以以體積%計包含45×[c%]+50以上的上述貝氏體。
(7)本發(fā)明的第二方式所述的非調質機械部件用線材是用于得到上述(1)~(6)中任1項所述的非調質機械部件用鋼線的線材,作為化學成分,以質量%計含有c:0.18%~0.65%、si:0.05%~1.5%、mn:0.50%~2.0%、cr:0%~1.50%、mo:0%~0.50%、ti:0%~0.050%、al:0%~0.050%、b:0%~0.0050%、nb:0%~0.050%、v:0%~0.20%,且限制p:0.030%以下、s:0.030%以下、n:0.0050%以下、o:0.01%以下,剩余部分為fe及雜質;當將以質量%計的上述c的含量設為[c%]時,組織以體積%計包含75×[c%]+25以上的貝氏體,剩余部分不包含馬氏體,為鐵素體及珠光體中的1種以上;上述組織的貝氏體塊的平均粒徑為5.0μm~20.0μm,上述貝氏體塊的粒徑的標準偏差為15.0μm以下;在上述線材的與長度方向垂直的截面中,當將上述線材的直徑設為d1mm,將從上述線材的表面開始到朝向上述截面的中心的深度為0.1×d1mm為止的區(qū)域設為上述線材的第1表層部,將從深度0.25×d1mm開始到上述截面的中心為止的區(qū)域設為上述線材的第1中心部時,上述第1表層部中的上述貝氏體塊的平均粒徑ps1μm和上述第1中心部中的上述貝氏體塊的平均粒徑pc1μm滿足下述式(a)。
ps1/pc1≤0.95(a)
(8)根據(jù)上述(7)所述的非調質機械部件用線材,其中,作為上述化學成分,可以以質量%計含有c:0.18%~0.50%、si:0.05%~0.50%。
(9)根據(jù)上述(7)所述的非調質機械部件用線材,其中,作為上述化學成分,可以以質量%計含有c:0.20%~0.65%,將以質量%計的上述c的含量設為[c%]時,上述組織可以以體積%計包含45×[c%]+50以上的上述貝氏體。
(10)本發(fā)明的第三方式所述的非調質機械部件是具有圓柱的軸的非調質機械部件,作為化學成分,以質量%計含有c:0.18%~0.65%、si:0.05%~1.5%、mn:0.50%~2.0%、cr:0%~1.50%、mo:0%~0.50%、ti:0%~0.050%、al:0%~0.050%、b:0%~0.0050%、nb:0%~0.050%、v:0%~0.20%,且限制p:0.030%以下、s:0.030%以下、n:0.0050%以下、o:0.01%以下,剩余部分為fe及雜質;當將以質量%計的上述c的含量設為[c%]時,組織以體積%計包含75×[c%]+25%以上的貝氏體,剩余部分為鐵素體及珠光體中的1種以上;在上述軸的與長度方向平行的截面中,當將上述軸的直徑設為d3mm,將從上述軸的表面開始到朝向上述截面的中心線的深度為0.1×d3mm為止的區(qū)域設為上述機械部件的第4表層部,將上述機械部件的第4表層部中的貝氏體塊的平均長寬比設為r2時,上述r2為1.2以上;在上述軸的與長度方向垂直的截面中,當將上述軸的直徑設為d3mm,將從上述軸的表面開始到朝向上述截面的中心的深度為0.1×d3mm為止的區(qū)域設為上述機械部件的第5表層部,將從深度0.25×d3mm開始到上述截面的中心為止的區(qū)域設為上述機械部件的第5中心部,將上述機械部件的第5表層部中的上述貝氏體塊的平均粒徑設為ps5μm,將上述機械部件的第5中心部中的上述貝氏體塊的平均粒徑設為pc5μm時,上述ps5滿足下述式(e),且上述ps5和上述pc5滿足下述式(f);上述組織中的上述貝氏體塊的粒徑的標準偏差為8.0μm以下,上述機械部件的抗拉強度為800mpa~1600mpa。
ps5≤20/r2(e)
ps5/pc5≤0.95(f)
(11)根據(jù)上述(10)所述的非調質機械部件,其可以是將上述(1)~(6)中任1項所述的鋼線進行冷加工而得到的非調質機械部件。
(12)根據(jù)上述(10)或(11)所述的非調質機械部件,其中,上述r2可以為1.5以上,上述抗拉強度可以為1200mpa~1600mpa。
(13)根據(jù)上述(10)或(11)所述的非調質機械部件,其中,上述d2與上述d3可以相等。
(14)根據(jù)上述(10)~(13)中任1項所述的非調質機械部件,其可以是螺栓。
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明,能夠廉價地提供抗拉強度為800mpa~1600mpa的高強度機械部件、及成為其原材料的線材及鋼線。
此外,本發(fā)明能夠有助于汽車、各種產業(yè)機械、及建設用構件的輕量化和小型化,產業(yè)上的貢獻極其顯著。
附圖說明
圖1是表示在本發(fā)明的第二方式所述的非調質機械部件用線材的與長度方向垂直的截面中,當將線材的直徑設為d1mm時,從上述線材的表面到朝向上述截面的中心的深度為0.1d1mm為止的區(qū)域、即第1表層部、及從深度0.25d1mm到上述截面的中心為止的區(qū)域、即第1中心部的圖。
圖2a是表示在本發(fā)明的第一方式所述的非調質機械部件用鋼線的與長度方向平行的截面中,當將鋼線的直徑設為d2mm時,從上述鋼線的表面到朝向上述截面的中心線的深度為0.1d2mm為止的區(qū)域、即第2表層部的圖。
圖2b是表示在本發(fā)明的第一方式所述的非調質機械部件用鋼線的與長度方向垂直的截面中,當將鋼線的直徑設為d2mm時,從上述鋼線的表面到朝向上述截面的中心的深度為0.1d2mm為止的區(qū)域、即第3表層部、及從深度0.25d2mm到上述截面的中心為止的區(qū)域、即第3中心部的圖。
圖3a是表示在本發(fā)明的第三方式所述的非調質機械部件的與圓柱的軸的長度方向平行的截面中,當將軸的直徑設為d3mm時,從上述軸的表面到朝向上述截面的中心線的深度為0.1d3mm為止的區(qū)域、即第4表層部的圖。
圖3b是表示在本發(fā)明的第三方式所述的非調質機械部件的與圓柱的軸的長度方向垂直的截面中,當將軸的直徑設為d3mm時,從上述軸的表面到朝向上述截面的中心的深度為0.1d3mm為止的區(qū)域、即第5表層部、及從深度0.25d3mm到上述截面的中心為止的區(qū)域、即第5中心部的圖。
具體實施方式
本發(fā)明人們如上述那樣對在以拉絲加工性優(yōu)異的線材作為原材料來制造鋼線、接著由該鋼線制造機械部件的過程中,即使省略軟質化熱處理也能夠冷鍛、并且作為機械部件成形后即使不進行淬火回火等調質處理機械部件的抗拉強度也超過800mpa那樣的線材及鋼線的成分組成與組織的關系進行了詳細調查。
此外,本發(fā)明中作為對象的非調質機械部件是指省略軟質化退火或淬火回火處理等熱處理,并通過拉絲或鍛造等加工硬化而賦予了抗拉強度的機械部件,這里,設定為從初期截面的截面收縮率為20%以上的機械部件。
并且,本發(fā)明人們?yōu)榱肆畠r地制造高強度機械部件,基于調查中得到的冶金的見解,對利用了線材的熱軋時的潛伏熱的在線熱處理、及之后的鋼線·機械部件為止的一連串的制造方法,進行綜合性研究,達到以下(a)~(d)的結論。
(a)將線材進行拉絲加工而得到的鋼線高強度化。然而,高強度化的鋼線加工性差,變形阻力高,且容易產生加工裂紋。
(b)為了提高高強度鋼線的加工性,控制鋼線的貝氏體的體積率、減小貝氏體塊的粒徑的不均、使表層部的貝氏體塊的粒徑變得微細是有效的。
(c)當將鋼線的c含量以質量%計設為[c%],將貝氏體的體積率以體積%計設為vb2時,vb2滿足下述式1對于提高鋼線的冷加工性是有效的。
vb2≥75×[c%]+25(式1)
(d)通過滿足下述(d-1)~(d-4)的全部,能夠顯著提高鋼線的冷加工性。
(d-1)在鋼線的與長度方向平行的截面中,將鋼線的直徑設為d2mm,在從鋼線的表面到朝向鋼線的中心線的深度為0.1d2mm為止的區(qū)域、即鋼線的第2表層部中,將貝氏體塊的平均長寬比設為r1。將該r1設定為1.2以上。
(d-2)在鋼線的與長度方向垂直的截面中,在從鋼線的表面到朝向上述截面的中心的深度為0.1d2mm為止的區(qū)域、即鋼線的第3表層部中,r1與貝氏體塊的平均粒徑ps3滿足下述式2。
ps3≤20/r1(式2)
(d-3)將鋼線的貝氏體塊的粒徑的標準偏差設定為8.0μm以下。
(d-4)在鋼線的與長度方向垂直的截面中,當將鋼線的直徑設為d2mm時,在從深度0.25d2mm到上述截面的中心為止的區(qū)域、即第3中心部中,將貝氏體塊的平均粒徑設為pc3時,該pc3與上述第3表層部的貝氏體塊的平均粒徑ps3滿足下述式3。
ps3/pc3≤0.95(式3)
<貝氏體塊>
這里,所謂貝氏體塊詳細情況在后面敘述,但通常是指由取向性一致的bcc鐵構成的組織單元。
所謂貝氏體塊粒,是鐵素體的晶體取向被視為相同的區(qū)域,根據(jù)bcc結構的晶體取向圖,將取向差成為15°以上的邊界設定為貝氏體塊晶界。
此外,本發(fā)明人們對成為用于得到上述的鋼線的原材料的線材的成分組成與組織的關系進行了詳細調查。
作為用于得到上述的鋼線的線材,不僅為了提高拉絲加工性,而且為了得到鋼線的組織,控制貝氏體的體積率、減小貝氏體塊的粒徑的不均、使表層部的貝氏體塊的粒徑變得微細是有效的。具體而言,通過滿足下述(e-1)~(e-4),能夠提高線材的拉絲加工性,得到上述的鋼線的組織。
此外,貝氏體塊的平均粒徑越變得微細,線材的延性越發(fā)提高。
(e-1)線材的組織包含貝氏體、鐵素體及珠光體,不包含馬氏體。
(e-2)當將線材的c含量以質量%計設為[c%],將貝氏體的體積率以體積%計設為vb1時,vb1滿足下述式4對于提高鋼線的冷加工性是有效的。
vb1≥75×[c%]+25(式4)
(e-3)線材的貝氏體塊的平均粒徑為5.0μm~20.0μm,該貝氏體塊的標準偏差為15.0μm以下。
(e-4)在線材的與長度方向垂直的截面中,將線材的直徑設為d1mm,將從線材的表面到朝向上述截面的中心的深度為0.1d1mm為止的區(qū)域設為線材的第1表層部。此外,將從深度0.25d1mm到上述截面的中心為止的區(qū)域設為第1中心部。并且,將第1表層部的貝氏體塊的平均粒徑設為ps1,將第1中心部的貝氏體塊的平均粒徑設為pc1時,該ps1與pc1滿足下述式5。
ps1/pc1≤0.95(式5)
接著,本發(fā)明人們對將上述的鋼線進行冷鍛而得到的機械部件進行了研究。具體而言,對于成分及組織對抗拉強度為800mpa以上、特別是1200mpa以上的高強度機械部件的耐氫脆特性造成的影響進行詳細地調查,發(fā)現(xiàn)了用于得到優(yōu)異的耐氫脆特性的成分及組織。
此外,對用于得到這樣的成分及組織的方法,基于冶金的見解進行了反復研究,結果查明以下的事項。
為了得到優(yōu)異的耐氫脆特性,使機械部件的表層部的組織沿與表面平行的方向伸長化是有效的。
本發(fā)明的機械部件具有圓柱的軸。
具體而言,在與該軸的長度方向平行的截面即l截面中,將軸的直徑設為d3。
并且,如圖3a中所示的那樣,在機械部件中,若將從表面到深度0.1d3為止的區(qū)域、即第4表層部中的貝氏體塊的平均長寬比r2設定為1.2以上,則能夠提高機械部件的耐氫脆特性。
即,由于沒有充分地伸長化的貝氏體塊不怎么有助于耐氫脆特性,所以優(yōu)選使貝氏體塊伸長化。
其中,所謂貝氏體塊的長寬比r2,是以貝氏體塊的長軸的尺寸/短軸的尺寸表示的比率。
特別是在機械部件中,在要求1200mpa~1600mpa的抗拉強度的情況下,優(yōu)選將第4表層部中的貝氏體塊的平均長寬比r2設定為1.5以上。
另一方面,在機械部件中,在要求800mpa~1200mpa的抗拉強度的情況下,優(yōu)選將第4表層部中的貝氏體塊的平均長寬比r2設定為2.0以下。
進而,機械部件通過滿足下述(f)~(h)的全部,能在沒有加工裂紋、非調質的狀態(tài)下得到充分的耐氫脆特性。
(f)當將機械部件的c含量設為[c%]時,貝氏體的體積率vb3以體積%計滿足下述式6。
vb3≥75×[c%]+25(式6)
特別是在機械部件中,在要求1200mpa~1600mpa的抗拉強度的情況下,貝氏體的體積率vb3優(yōu)選以體積%計滿足下述式7。
vb3≥45×[c%]+50(式7)
(g)并且,當將上述的貝氏體塊的平均長寬比設為r2時,r2為1.2以上,在機械部件的與軸的長度方向垂直的截面即c截面的第5表層部中,貝氏體塊的平均粒徑ps5以單位μm計滿足下述式8。
ps5≤20/r2(式8)
(h)進而,將貝氏體塊的粒徑的標準偏差設定為8.0μm以下,并且機械部件的第5表層部與第5中心部的貝氏體塊的平均粒徑ps5及pc5滿足下述式9。
ps5/pc5≤0.95(式9)
像這樣,通過改良線材、鋼線及機械部件的成分組成和組織,能夠得到拉絲加工性良好的線材,將該線材進行拉絲加工而得到的鋼線為高強度且冷加工性優(yōu)異。并且,即使省略淬火回火處理也能使將該鋼線冷鍛而得到的機械部件高強度化,并且能夠提高機械部件的耐氫脆特性。
為了得到這樣的即使不進行淬火回火等調質處理也成為高強度的機械部件,在原材料即鋼線的階段已經制成具有上述特征的顯微組織的鋼線、并不進行加工前的熱處理地將其加工成機械結構用部件是有效的。
即,若使用本實施方式所述的鋼線,則即使省略軟質化熱處理也能夠冷鍛。
即,若使用本實施方式所述的鋼線,則由于能夠削減鋼線的球狀化熱處理(軟質化熱處理)的軟質化退火費用、和制造機械部件時將鋼線成形后的淬火回火處理所花費的費用,所以在成本方面等上是有利的。
進而,本實施方式所述的線材是利用熱軋時的余熱,在軋制后立即浸漬到由2槽構成的熔融鹽槽中而得到的。本實施方式所述的鋼線通過將本實施方式所述的線材進行冷的拉絲加工而制造的。通過該制造方法,即使不大量添加高價的合金元素,也能夠得到控制了貝氏體的體積率的鋼線。因此,該制造方法是廉價、且能夠得到優(yōu)異的材質特性的最好的制造方法。
即,本實施方式所述的非調質機械部件可以通過以下那樣的一連串的制造方法來制造。
首先,將調整了用于控制貝氏體的成分組成、經由熱軋、并進行了卷取及2階段冷卻的具有所期望的直徑的線材利用熱軋時的余熱浸漬到熔融鹽槽中。
接著,將浸漬后的線材在室溫下通過特定的條件進行拉絲加工,得到具有所期望的直徑的鋼線。
然后,將鋼線通過冷加工成形為機械部件。
成形后,進行用于使延性恢復的較低溫的熱處理。該熱處理不符合“調質”。
因此,能夠廉價地得到按照以往的制造法或見解制造極其困難的抗拉強度為800mpa~1600mpa的機械部件。
特別是能夠廉價地得到抗拉強度為1200mpa~1600mpa的機械部件。
以下,對本實施方式所述的非調質機械部件用線材、非調質機械部件用鋼線、非調質機械部件進行詳細說明。
首先,對本實施方式中的線材、鋼線、非調質機械部件的化學成分的組成的限定理由更詳細地進行說明。
以下,成分組成所涉及的%是指質量%。
在拉絲加工、冷鍛或成形等加工中,化學成分沒有變化。因此,本實施方式所述的線材、鋼線及機械部件具有相同的化學組成。
c:0.18%~0.65%
c是為了確保規(guī)定的鋼線及機械部件的抗拉強度而含有的。
c含量低于0.18%時,難以確保800mpa以上的抗拉強度。
因此,將c含量的下限設定為0.18%。
另一方面,若c含量超過0.65%,則鋼線的冷鍛性劣化。
因此,將c含量的上限設定為0.65%。
在抗拉強度為800mpa~1200mpa的機械部件中,c含量優(yōu)選為0.50%以下。
另一方面,在抗拉強度為1200mpa~1600mpa的機械部件中,c含量優(yōu)選為0.20%以上。
在鋼線中,為了兼顧高強度和冷鍛性,c含量更優(yōu)選為0.21%以上,在抗拉強度為1200mpa~1600mpa的機械部件中,更優(yōu)選為0.54%以下,在抗拉強度為800mpa~1200mpa的機械部件中,更優(yōu)選為0.44%以下。
si:0.05%~1.5%
si作為脫氧元素發(fā)揮功能,并且具有通過固溶強化來提高鋼線及機械部件的抗拉強度的效果。
si含量低于0.05%時,這些效果不充分。
因此,將si含量的下限設定為0.05%。
另一方面,若si含量超過1.5%,則這些效果飽和,并且在鋼線中冷加工性劣化,在機械部件中變得容易產生加工裂紋。
因此,將si含量的上限設定為1.5%。
在抗拉強度為800mpa~1200mpa的機械部件中,si含量優(yōu)選為0.50%以下。
為了更充分地得到si的效果,si含量更優(yōu)選為0.18%以上,在抗拉強度為800mpa~1200mpa的機械部件中,更優(yōu)選為0.4%以下,在抗拉強度為1200mpa~1600mpa的機械部件中,更優(yōu)選為0.90%以下。
mn:0.50%~2.0%
mn具有促進貝氏體相變、提高鋼線及機械部件的抗拉強度的效果。
mn含量低于0.50%時,該效果不充分。
因此,將mn含量的下限設定為0.50%。
另一方面,若mn含量超過2.0%,則該效果飽和,并且制造成本增加。
因此,將mn含量的上限設定為2.0%。
若考慮對機械部件賦予充分的抗拉強度,則mn含量優(yōu)選為0.60%以上,優(yōu)選為1.5%以下。
p:0.030%以下
s:0.030%以下
p和s是不可避免地混入鋼中的雜質。
這些元素在晶界中偏析,使機械部件的耐氫脆特性劣化。
因此,p含量及s含量越少越好,將p含量及s含量的上限均設定為0.030%。
若考慮冷加工性,則p含量及s含量優(yōu)選為0.015%以下。
另外,p含量及s含量的下限包含0%。
然而,p及s不可避免地至少0.0005%左右混入鋼中。
n:0.0050%以下
n通過動態(tài)應變時效,使鋼線的冷加工性劣化。
因此,n含量越少越好,將n含量的上限設定為0.0050%。
若考慮冷加工性,則n含量優(yōu)選為0.0040%以下。
另外,n含量的下限包含0%。
然而,n不可避免地至少0.0005%左右混入鋼中。
o:0.01%以下
o不可避免地混入鋼中,以al、ti等的氧化物的形態(tài)存在。
若o含量多,則生成粗大的氧化物,成為作為機械部件使用時的疲勞斷裂的原因。
因此,將o含量的上限設定為0.01%。
另外,o含量的下限包含0%。
然而,o不可避免地至少0.001%左右混入鋼中。
以上為本實施方式所述的非調質機械部件用線材、非調質機械部件用鋼線、及非調質機械部件的基本的成分組成,剩余部分為fe及雜質。
另外,所謂“剩余部分為fe及雜質”中的“雜質”,是指在工業(yè)上制造鋼時,由作為原料的礦石、廢鐵、或制造環(huán)境等不可避免地混入的物質。
然而,在本實施方式中的非調質機械部件用線材、非調質機械部件用鋼線、及非調質機械部件中,除了該基本成分以外,還可以含有al、ti、b、cr、mo、nb及v來代替剩余部分的fe的一部分。
在本實施方式所述的非調質機械部件用線材、非調質機械部件用鋼線、及非調質機械部件中,可以含有0%~0.050%的al、0%~0.050%的ti。
al、ti的含有是任意的,al含量及ti含量也可以為0%。
這些元素除了作為脫氧元素發(fā)揮功能以外,還形成aln或tin而降低固溶n,抑制動態(tài)應變時效。
aln或tin作為釘扎粒子發(fā)揮功能而將晶粒細?;?,提高冷加工性。
然而,若al含量或ti含量超過0.05%,則有時形成al2o3或tio2等粗大的氧化物,成為作為機械部件使用時的疲勞斷裂的原因。
因此,al含量及ti含量的上限優(yōu)選為0.05%。
al:0%~0.050%
al含量低于0.010%時,有時得不到這些效果。
因此,為了可靠地得到這些效果,優(yōu)選將al含量的下限設定為0.010%。
另一方面,若al含量超過0.050%,則這些效果飽和。
因此,將al含量的上限設定為0.050%。
為了更充分地得到al的效果,al含量更優(yōu)選為0.015%以上,優(yōu)選為0.045%以下。
ti:0%~0.050%
ti含量低于0.005%時,有時得不到這些效果。
因此,為了可靠地得到這些效果,優(yōu)選將ti含量的下限設定為0.005%。
另一方面,若ti含量超過0.050%,則這些效果飽和。
因此,將ti含量的上限設定為0.050%。
為了更充分地得到ti的效果,ti含量更優(yōu)選為0.010%以上,優(yōu)選為0.040%以下。
在本實施方式所述的非調質機械部件用線材、非調質機械部件用鋼線、及非調質機械部件中,可以含有0%~0.0050%的b。
b的含有是任意的,b含量也可以為0%。
b:0%~0.0050%
b具有促進貝氏體相變、提高鋼線及機械部件的抗拉強度的效果。
b含量低于0.0005%時,有時該效果變得不充分。
因此,為了可靠地得到該效果,優(yōu)選將b含量的下限設定為0.0005%。
另一方面,若b含量超過0.0050%,則該效果飽和。
因此,將b含量的上限設定為0.0050%以下。
為了更充分地得到b的效果,b含量更優(yōu)選為0.0008%以上,優(yōu)選為0.0030%以下。
在本實施方式所述的非調質機械部件用線材、非調質機械部件用鋼線、及非調質機械部件中,可以含有cr:0%~1.50%、mo:0%~0.50%、nb:0%~0.050%、v:0%~0.20%。
cr、mo、nb、及v的含有是任意的,各自的含量也可以為0%。
cr、mo、nb、及v具有促進貝氏體相變、提高鋼線及機械部件的抗拉強度的效果。
cr:0%~1.50%
cr含量低于0.01%時,有時得不到上述的效果。
因此,為了可靠地得到該效果,cr含量的下限優(yōu)選設定為0.01%。
另一方面,若cr含量超過1.50%,則合金成本上升。
因此,將cr含量的上限設定為1.50%。
mo:0%~0.50%
mo含量低于0.01%時,有時得不到上述的效果。
因此,為了可靠地得到該效果,mo含量的下限優(yōu)選設定為0.01%。
另一方面,若mo含量超過0.50%,則合金成本上升。
因此,將mo含量的上限設定為0.50%。
nb:0%~0.050%
nb低于0.005%時,有時得不到上述的效果。
因此,為了得到該效果,nb含量的下限優(yōu)選設定為0.005%。
另一方面,若nb含量超過0.050%,則合金成本上升。
因此,將nb含量的上限設定為0.050%。
v:0%~0.20%
v低于0.01%時,有時得不到上述的效果。
因此,為了得到該效果,v含量的下限優(yōu)選設定為0.01%。
另一方面,若v含量超過0.20%,則合金成本上升。
因此,將nb含量的上限設定為0.20%。
<f1≥2.0>
此外,在不含有b的情況、或者b含量低于0.0005%的情況下,優(yōu)選將由下述式10得到的f1設定為2.0以上。
在下述式10中,[c%]以質量%計表示c含量,[si%]以質量%計表示si含量,[mn%]以質量%計表示mn含量,[cr%]以質量%計表示cr含量,[mo%]以質量%計表示mo含量。
f1=0.6×[c%]-0.1×[si%]+1.4×[mn%]+1.3×[cr%]+3.7×[mo%](式10)
通過將由上述式10得到的f1設定為2.0以上,在線材中,能夠更穩(wěn)定地得到貝氏體。
本實施方式所述的非調質機械部件用線材、非調質機械部件用鋼線、及非調質機械部件需要將上述成分組成的鋼坯進行熱軋而具有特定的顯微組織。
接著,按照本實施方式所述的非調質機械部件用鋼線、非調質機械部件用線材及、非調質機械部件的順序對顯微組織的限定理由進行說明。
本實施方式所述的非調質機械部件用鋼線具有以下的(i)~(p)的特征。另外,關于(i)的成分組成,由于已經敘述,所以在本段落中省略。
(i)具有上述的化學成分。
(j)當將以質量%計的上述c含量設為[c%]時,組織以體積%計包含75×[c%]+25%以上的貝氏體。
(k)剩余部分為鐵素體及珠光體中的1種以上。
(l)在鋼線的與長度方向平行的截面中,當將上述鋼線的直徑設為d2mm,將從上述鋼線的表面到朝向上述鋼線的中心線的深度為0.1×d2mm為止的區(qū)域設為上述鋼線的第2表層部,將上述鋼線的第2表層部中的上述貝氏體塊的平均長寬比設為r1時,上述r1為1.2以上。
(m)在上述鋼線的與長度方向垂直的截面中,當將上述鋼線的直徑設為d2mm,將從上述鋼線的表面到朝向上述截面的中心的深度為0.1×d2mm為止的區(qū)域設為上述鋼線的第3表層部,將上述第3表層部中的上述貝氏體塊的平均粒徑設為ps3μm時,ps3滿足下述式11。
ps3≤20/r1(式11)
(n)在上述鋼線的與長度方向垂直的截面中,當將上述鋼線的直徑設為d2mm,將從深度0.25×d2mm到上述截面的中心為止的區(qū)域設為上述鋼線的第3中心部時,上述第3表層部中的上述貝氏體塊的平均粒徑ps3μm與上述第3中心部中的上述貝氏體塊的平均粒徑pc3μm滿足下述式(12)。
ps3/pc3≤0.95(式12)
(o)上述貝氏體塊的粒徑的標準偏差為8.0μm以下。
(p)抗拉強度為800mpa~1600mpa。
<(j)貝氏體的體積率的下限:75×[c%]+25>
在本實施方式所述的鋼線中,控制了貝氏體組織。
貝氏體是具有高強度和良加工性的組織。
當貝氏體的體積率vb以體積%計不滿足下述式13時,鋼線的抗拉強度下降,并且剩余部分即非貝氏體組織成為斷裂的起點。
其結果是,在制造機械部件的冷鍛時變得容易產生加工裂紋。
因此,鋼線的貝氏體的體積率vb的下限需要滿足下述式14。
vb≥75+[c%]+25(式13)
其中,所謂[c%]表示鋼線的c含量。
另外,在鋼線中,在要求1200mpa~1600mpa的抗拉強度的情況下,鋼線的貝氏體的體積率vb的下限以體積%計優(yōu)選滿足下述式14。
vb≥45+[c%]+50(式14)
此外,貝氏體的體積率vb通過后述的線材的制造方法來決定,在本實施方式所述的鋼線、成為該鋼線的原材料的線材及將該鋼線冷鍛而得到的機械部件中,沒有變化而恒定。
<(k)剩余部分組織:鐵素體、珠光體>
作為除貝氏體以外的剩余部分組織,本實施方式所述的鋼線可以包含鐵素體或珠光體。
另一方面,馬氏體容易產生將機械部件成形的冷鍛時的裂紋。
因此,本實施方式所述的鋼線優(yōu)選不含有馬氏體。
<(l)貝氏體塊的平均長寬比r1:1.2以上>
本實施方式所述的鋼線具有直徑d2mm。
在該鋼線中,與長度方向平行的截面即l截面中測定的第2表層部的貝氏體塊的平均長寬比r1為1.2以上。
在鋼線的第2表層部中,當l截面中測定的貝氏體塊的平均長寬比r1低于1.2時,冷加工性下降。
因此,將貝氏體塊的平均長寬比r1設定為1.2以上。
另外,平均長寬比r1為貝氏體塊粒的長徑相對于短徑的比率。
其中,所謂第2表層部如圖2a中所示的那樣表示從鋼線的表面到深度0.1×d2mm為止的區(qū)域。
在鋼線中要求800mpa~1200mpa的抗拉強度的情況下,為了兼顧冷加工性和抗拉強度,貝氏體塊的平均長寬比r1也可以為2.0以下。
此外,在鋼線中要求1200mpa~1600mpa的抗拉強度的情況下,為了兼顧冷加工性和抗拉強度,貝氏體塊的平均長寬比r1也可以為1.5以上。
<(m)第3表層部的貝氏體塊的平均粒徑ps3:20/r1以下>
本實施方式所述的鋼線具有直徑d2mm。
在該鋼線中,與長度方向垂直的截面即c截面中測定的第3表層部的貝氏體塊的平均粒徑ps3以單位μm計滿足下述式15。
當c截面中測定的第3表層部的貝氏體塊的平均粒徑ps3μm不滿足下述式15時,即,若超過(20/r1)μm,則鋼線的冷鍛性劣化。
其中,所謂第3表層部,如圖2b中所示的那樣,表示在鋼線的c截面中從鋼線的表面到深度0.1×d2mm為止的區(qū)域。
ps3≤20/r1(式15)
<(n)ps3/pc3≤0.95>
在本實施方式所述的鋼線中,在鋼線的與長度方向垂直的截面中,將鋼線的直徑設為d2mm,從鋼線的表面到深度0.1×d2mm的區(qū)域、即第3表層部的貝氏體塊的平均粒徑ps3μm與從深度0.25×d2mm到中心為止的區(qū)域、即第3中心部的貝氏體塊的平均粒徑pc3μm滿足下述式16。
ps/pc≤0.95(式16)
其中,所謂ps3,以單位μm計,表示鋼線的第3表層部中的貝氏體塊的平均粒徑,所謂pc3,以單位μm計,表示鋼線的第3中心部中的貝氏體塊的平均粒徑。
若ps3與pc3的比率超過0.95,則在冷鍛時,變得容易產生加工裂紋。
因此,將上述貝氏體塊的平均粒徑的比率ps3/pc3設定為0.95以下。
在鋼線中,上述貝氏體塊的平均粒徑的比率ps3/pc3的優(yōu)選的上限為0.90。
<(o)貝氏體塊的粒徑的標準偏差:8.0μm以下>
在本實施方式所述的鋼線中,貝氏體塊的粒徑的標準偏差為8.0μm以下。
在鋼線中,若貝氏體塊的粒徑的標準偏差超過8.0μm,則貝氏體塊的粒徑的不均變大,在向機械部件的冷鍛時變得容易產生加工裂紋。
因此,在鋼線中,將貝氏體塊的粒徑的標準偏差的上限設定為8.0μm。
<(p)抗拉強度:800mpa~1600mpa>
在本實施方式所述的鋼線中,抗拉強度為800mpa~1600mpa。
本實施方式由于以得到以抗拉強度計800mpa以上的非調質機械部件作為基本,所以對加工成機械部件前的鋼線也要求相同程度的抗拉強度。
另一方面,超過1600mpa的鋼線難以由鋼線通過冷鍛制造機械部件。
因此,作為鋼線的強度,將抗拉強度設定為800mpa~1600mpa。
優(yōu)選的抗拉強度為1200mpa~16000mpa,更優(yōu)選為1240mpa~1560mpa,進一步優(yōu)選為1280~低于1460mpa。
為了得到上述那樣的本實施方式所述的非調質機械部件用鋼線,成為其原材料的線材需要具有以下的(q)~(v)的特征。另外,關于(q)的成分組成,由于已經敘述,所以在本段落中省略。
(q)具有上述的化學成分。
(r)當將以質量%計的上述c的含量設為[c%]時,組織以體積%計包含75×[c%]+25%以上的貝氏體。
(s)剩余部分為不包含馬氏體的鐵素體及珠光體中的1種以上。
(t)上述組織的貝氏體塊的平均粒徑為5.0μm~20.0μm。
(u)上述貝氏體塊的粒徑的標準偏差為15.0μm以下。
(v)在上述線材的與長度方向垂直的截面中,當將上述線材的直徑設為d1mm,將從上述線材的表面到朝向上述截面的中心的深度為0.1×d1mm為止的區(qū)域設為上述線材的第1表層部,將從深度0.25×d1mm到上述截面的中心為止的區(qū)域設為上述線材的第1中心部時,上述第1表層部中的上述貝氏體塊的平均粒徑ps1μm與上述第1中心部中的上述貝氏體塊的平均粒徑pc1μm滿足下述式17。
ps1/pc1≤0.95(17)
<(r)貝氏體的體積率的下限:75×[c%]+25>
如上所述,在本實施方式所述的鋼線中,控制了貝氏體組織。由于貝氏體的體積率vb沒有因拉絲加工而發(fā)生變化,所以為了得到本實施方式所述的鋼線,在線材的階段,需要控制貝氏體的體積率vb。
當貝氏體的體積率vb以體積%計不滿足下述式18時,不僅得不到良好的拉絲加工性,而且剩余部分即非貝氏體組織成為斷裂的起點。
因此,線材的貝氏體的體積率vb的下限需要滿足下述式18。
vb≥75+[c%]+25(式18)
其中,所謂[c%]表示線材的c含量。
另外,在鋼線中,需要滿足上述式14,在c含量為0.20%~0.65%時,線材的貝氏體的體積率vb的下限優(yōu)選以體積%計滿足下述式19。
vb≥45+[c%]+50(式19)
<(s)剩余部分組織:鐵素體、珠光體>
作為除貝氏體以外的剩余部分組織,成為本實施方式所述的鋼線的原材料的線材可以包含1種以上的鐵素體或珠光體。
另一方面,馬氏體在拉絲加工時產生斷線,使拉絲加工性惡化。
因此,該線材不含有馬氏體。
<(t)貝氏體塊的平均粒徑:5.0μm~20.0μm>
如上所述,為了得到本實施方式所述的鋼線,在線材的階段,需要控制貝氏體塊的平均粒徑。
在線材中,若貝氏體塊的平均粒徑超過20.0μm,則不僅在向鋼線的拉絲加工時變得容易產生裂紋,而且在拉絲加工后的鋼線中,貝氏體塊的粒徑的不均變大。
因此,將線材的貝氏體塊的平均粒徑的上限設定為20.0μm。
另一方面,在線材中,為了將貝氏體塊的平均粒徑設定為低于5.0μm,制造方法變得復雜而制造成本上升。
因此,將線材的貝氏體塊的平均粒徑的下限設定為5.0μm。
<(u)貝氏體塊的粒徑的標準偏差:15.0μm以下>
如上所述,為了得到本實施方式所述的鋼線,在線材的階段,需要控制貝氏體塊的粒徑的不均。
因此,在線材中,貝氏體塊的粒徑的標準偏差為15.0μm以下。
若線材的貝氏體塊的粒徑的標準偏差超過15μm,則有時貝氏體塊的粒徑的不均變大,使拉絲加工后的鋼線的冷加工性惡化。
因此,在線材中,將貝氏體塊的粒徑的標準偏差的上限設定為15μm。
<(v)ps1/pc1≤0.95>
如上所述,為了得到本實施方式所述的鋼線,在線材的階段,需要控制表層部的貝氏體塊的粒徑。
如圖1中所示的那樣,在線材的與長度方向垂直的截面中,當將線材的直徑設為d1mm時,將從線材的表面到深度0.1×d1mm為止的區(qū)域設為第1表層部,將從深度0.25×d1mm到截面的中心為止的區(qū)域設為第1中心部。
第1表層部的貝氏體塊的平均粒徑ps1與第1中心部的貝氏體塊的平均粒徑pc1滿足下述式20。
ps1/pc1≤0.95(式20)
其中,所謂ps1,以單位μm計,表示線材的第1表層部中的貝氏體塊的平均粒徑,所謂pc1,以單位μm計,表示線材的第1中心部中的貝氏體塊的平均粒徑。
在線材中,若ps1與pc1的比率超過0.95,則不僅在拉絲加工時變得容易產生裂紋,而且使鋼線的冷加工性惡化。
因此,在線材中,將上述貝氏體塊的平均粒徑的比率ps1/pc1設定為0.95以下。
上述貝氏體塊的平均粒徑的比率ps1/pc1的優(yōu)選的上限為0.90。
為了將像這樣制造的鋼線制成具有所期望的抗拉強度及耐氫脆特性的機械部件,當將鋼線的線徑設為d3mm時,從表面到0.1×d3mm為止的區(qū)域中的組織的形態(tài)是重要的。
通過將本實施方式所述的鋼線進行冷加工,能夠得到本實施方式所述的非調質機械部件。
本實施方式所述的非調質機械部件具有圓柱的軸,且具有以下的(i)~(viii)的特征。另外,關于(i)的成分組成,由于已經敘述,所以在本段落中省略。
(i)具有上述的化學成分。
(ii)當將以質量%計的上述c的含量設為[c%]時,組織以體積%計包含75×[c%]+25%以上的貝氏體。
(iii)剩余部分為鐵素體及珠光體中的1種以上。
(iv)在與軸的長度方向平行的截面中,當將上述軸的直徑設為d3mm,將從上述軸的表面到朝向上述軸的中心的深度為0.1×d3mm為止的區(qū)域設為上述機械部件的第4表層部,將上述機械部件的第4表層部中的貝氏體塊的平均長寬比設為r2時,上述r2為1.2以上。
(v)在與上述軸的長度方向垂直的截面中,當將上述軸的直徑設為d3mm,將從上述軸的表面到朝向上述截面的中心的深度為0.1×d3mm為止的區(qū)域設為上述機械部件的第5表層部,將上述第5表層部中的上述貝氏體塊的平均粒徑設為ps5μm時,ps5滿足下述式21。
ps5≤20/r2(式21)
(vi)在與上述軸的長度方向垂直的截面中,當將上述軸的直徑設為d3mm,將從深度0.25×d3mm到上述截面的中心為止的區(qū)域設為上述機械部件的第5中心部時,上述第5表層部中的上述貝氏體塊的平均粒徑ps5μm與上述第5中心部中的上述貝氏體塊的平均粒徑pc5μm滿足下述式22。
ps5/pc5≤0.95(式22)
(vii)上述貝氏體塊的粒徑的標準偏差為8.0μm以下。
(viii)抗拉強度為800mpa~1600mpa。
在本實施方式所述的非調質機械部件中,上述(i)~(vii)的限定理由與上述的本實施方式所述的非調質機械部件用鋼線的上述(i)~(o)各自的特征的限定理由相同。
其理由是由于,在由鋼線通過冷鍛制造機械部件的過程中,成分及組織的體積率沒有變化,貝氏體塊的粒徑的標準偏差、平均長寬比、表層部的平均粒徑相對于中心部的平均粒徑的比率幾乎沒有變化。
進而,鋼線的直徑d2mm與機械部件的圓柱的軸的直徑d3mm也可以一致。
此外,上述非調質機械部件也可以是螺栓。
<(viii)抗拉強度:800mpa~1600mpa>
在本實施方式所述的非調質機械部件中,抗拉強度為800mpa~1600mpa。
本發(fā)明以得到以抗拉強度計800mpa以上的非調質機械部件作為基本。在作為部件的強度以抗拉強度計低于800mpa時,不需要適用本發(fā)明。
另一方面,超過1600mpa的部件的氫脆特性劣化。
因此,作為部件強度,將抗拉強度設定為800mpa~1600mpa。
優(yōu)選的抗拉強度為1200mpa~16000mpa,更優(yōu)選為1240mpa~1560mpa,進一步優(yōu)選1280~低于1460mpa。
接著,對本實施方式所述的非調質機械部件用鋼線、非調質機械部件用線材及非調質機械部件的組織的測定方法進行說明。
<貝氏體的體積率的測定方法>
貝氏體的體積率例如是用掃描型電子顯微鏡以1000倍的倍率拍攝線材的c截面、即線材的與長度方向垂直的截面,并進行圖像解析而求出的。
例如,在線材的c截面中,將線材的表層(表面)附近(第1表層部)、1/4d1部(從線材的表面向線材的中心方向、即深度方向離開線材的直徑d1的1/4的部分)、及1/2d1部(第1中心部:線材的中心部分)分別以125μm×95μm的區(qū)域進行拍攝。
測定該區(qū)域內的各自的貝氏體的面積,通過將其合計值除以觀察區(qū)域,得到貝氏體的面積率。
另外,非貝氏體組織的面積率通過由100%減去貝氏體的面積率而得到。
觀察面、即c截面中包含的組織的面積率由于與組織的體積率相等,所以圖像解析中得到的面積率為組織的體積率。
另外,鋼線及機械部件的貝氏體的體積率也可以同樣地測定。
<貝氏體塊的粒徑的定義>
所謂貝氏體塊的含義如下。
例如,在以ebsd裝置(electronbackscatterdiffractionpatterns,電子背散射衍射圖案)測定的bcc結構的晶體取向圖中,將取向差成為15°以上的邊界設定為貝氏體塊晶界。
并且,將通過后述的方法得到的一個貝氏體塊粒的當量圓粒徑定義為貝氏體塊的粒徑。
<貝氏體塊的平均粒徑的測定方法>
貝氏體塊的粒徑例如可以使用ebsd(electronbackscatterdiffractionpatterns)裝置來測定。
具體而言,對于線材,在線材的與長度方向垂直的截面即c截面中,當將線材的直徑設為d1mm時,在從表面到深度0.1×d1mm的區(qū)域、即第1表層部及上述的第1中心部中進行測定。
其中,所謂第1中心部,如圖1中所示的那樣,是從自線材的表面向中心方向離開直徑d1mm的1/4的位置到中心為止的區(qū)域。
換而言之,線材的深度為1/4d1mm~1/2d1mm的區(qū)域為第1中心部。
并且,在第1表層部和第1中心部中,分別測定275μm×165μm的區(qū)域,由視野內的貝氏體塊的當量圓直徑算出各貝氏體塊的體積,將其體積平均定義為平均粒徑。
并且,貝氏體塊的平均粒徑是第1表層部與第1中心部的平均粒徑。
另外,在鋼線及機械部件中也可以通過同樣的方法來測定。
<貝氏體塊的標準偏差的測定方法>
貝氏體塊的粒徑的標準偏差可以在上述的第1表層部和第1中心部中,每隔45°各測定1處,通過各自的測定值的分布來求出。
另外,在鋼線及機械部件中也可以通過同樣的方法算出。
<貝氏體塊的平均長寬比的測定方法>
貝氏體塊的平均長寬比可以通過以下的方法來測定。
具體而言,如圖2a中所示的那樣,在鋼線的與長度方向平行的截面即l截面中,在朝向截面的中心線從表面到深度0.1×d2mm為止的范圍、即第2表層部中,使用ebsd測定275μm×165μm的區(qū)域。
將該區(qū)域中的各貝氏體塊視為圓或橢圓,由長徑和相對于長徑垂直的短徑算出長寬比,通過將它們的計算值平均,能夠得到第2表層部中的貝氏體塊的平均長寬比r1。
另外,在機械部件中也可以通過同樣的方法來測定r2。
<ps1相對于pc1的比率的測定方法>
線材的第1表層部的貝氏體塊的平均粒徑ps1與中心部的貝氏體塊的平均粒徑pc1的比率通過以下的方法而得到。
如圖1中所示的那樣,在線材的與長度方向垂直的截面即c截面中,當將線材的直徑設為d1mm時,將從表面到深度0.1×d1mm的區(qū)域設為第1表層部。
此外,如圖1中所示的那樣,設為從自線材的表面向中心方向離開直徑d1mm的1/4的部分1/4d1部到1/2d1部為止的區(qū)域、即線材的第1中心部。在第1表層部及第1中心部中,分別使用ebsd測定275μm×165μm的區(qū)域。
并且,ps1相對于pc1的比率可以由各個區(qū)域中測定的貝氏體塊的當量圓直徑通過上述的方法求出平均粒徑,將第1表層部的貝氏體塊的平均粒徑ps1除以第1中心部的貝氏體塊的平均粒徑pc1來得到。
另外,在鋼線中也可以通過同樣的方法求出ps3相對于pc3的比率。
此外,在機械部件中也可以通過同樣的方法求出ps5相對于pc5的比率。
通過滿足上述的化學組成和組織,能夠得到冷加工性優(yōu)異的鋼線、成為該鋼線的原材料的拉絲加工性優(yōu)異的線材、及能夠兼顧高強度和氫脆特性的機械部件。
為了得到上述的線材、鋼線及機械部件,只要通過后述的制造方法來制造線材、鋼線及機械部件即可。
接著,對本實施方式所述的線材、鋼線及機械部件的優(yōu)選的制造方法進行說明。
本實施方式所述的線材、鋼線及機械部件可以如以下那樣操作來制造。
另外,以下說明的線材、鋼線及機械部件的制造方法是用于得到本實施方式所述的線材、鋼線及機械部件的一個例子,并不受以下的步驟及方法的限定,只要能夠實現(xiàn)本發(fā)明的構成的方法,則也能夠采用任何方法。
在制造本實施方式所述的線材、鋼線及機械部件時,只要按照貝氏體的體積率、貝氏體塊的平均粒徑、貝氏體塊的粒徑的標準偏差、表層部的貝氏體塊的平均長寬比、表層部的貝氏體塊的平均粒徑、及表層部與中心部的貝氏體塊的平均粒徑的比率能可靠地滿足已經敘述的各條件的方式設定鋼的化學成分和各工序、及各工序中的條件即可。
此外,可以根據(jù)機械部件所需要的抗拉強度來設定制造條件。
<線材及鋼線的制造方法>
首先,將包含規(guī)定的成分組成的鋼坯進行加熱。
接著,將經加熱的鋼坯進行熱軋,在超過900℃下卷取成環(huán)狀。
之后,進行后述那樣的包含1次冷卻、2次冷卻的2階段冷卻,接著,進行恒溫保持(恒溫相變處理),得到線材。
作為1次冷卻,以20℃/秒~100℃/秒的1次冷卻速度從卷取結束溫度冷卻至600℃,進而,作為2次冷卻,以20℃/秒以下的2次冷卻速度從600℃冷卻至500℃。
在2階段冷卻后,進行恒溫保持(恒溫相變處理),接著,通過進行拉絲加工,能夠制造具有上述的顯微組織的本實施方式所述的非調質機械部件用鋼線。
卷取溫度會影響相變后的貝氏體組織。
在卷取溫度為900℃以下時,有時貝氏體塊的粒徑的標準偏差變大,鋼線的冷加工性或機械部件中產生加工裂紋。
因此,卷取溫度設定為超過900℃。
若卷取后的1次冷卻速度低于20℃/秒,則有時貝氏體塊的粒徑的標準偏差變大,鋼線的冷加工性或機械部件中產生加工裂紋。
另一方面,若從600℃到500℃為止的2次冷卻速度超過20℃/秒,則貝氏體的體積率無法滿足上述式18。
因此,以20℃/秒~100℃/秒的1次冷卻速度從卷取結束溫度冷卻至600℃,以20℃/秒以下的2次冷卻速度從600℃冷卻至500℃。
具體而言,2階段冷卻通過以下那樣的方法來進行。利用熱軋時的余熱,將線材浸漬在熔融鹽槽中,產生恒溫貝氏體相變。即,卷取結束后,進行立即使線材浸漬在350℃~500℃的熔融鹽槽1中而冷卻至600℃、接著冷卻至500℃的2階段冷卻。之后,浸漬在與熔融鹽槽1連續(xù)的350℃~600℃的熔融鹽槽2中進行恒溫保持。
在熔融鹽槽1中的浸漬時間設定為5秒~150秒,在熔融鹽槽2中的浸漬時間設定為5秒~150秒。
熔融鹽槽1與熔融鹽槽2的合計的浸漬時間設定為40秒以上。
特別是在對機械部件要求1200mpa~1600mpa的抗拉強度的情況下,優(yōu)選在熔融鹽槽1中的浸漬時間設定為25秒~150秒,在熔融鹽槽2中的浸漬時間設定為25秒~150秒。
此外,在對機械部件要求1200mpa~1600mpa的抗拉強度的情況下,熔融鹽槽1與熔融鹽槽2的合計的浸漬時間優(yōu)選設定為60秒以上。
通過恒溫相變處理生成的貝氏體與通過連續(xù)冷卻處理生成的貝氏體相比,貝氏體塊的粒徑的不均小。
如上所述,在熔融鹽槽中的浸漬時間從線材的充分的溫度保持和生產率的方面出發(fā),在任一槽中均設定為5~150秒。
另外,在熔融鹽槽中保持規(guī)定時間后的冷卻可以是水冷,也可以是放冷。
另外,作為浸漬槽,即使不是熔融鹽槽而使用鉛浴槽或流化床等設備也可得到同樣的效果。
然而,從環(huán)境和制造成本的觀點出發(fā),熔融鹽槽優(yōu)異。
通過以上的方法,能夠制造成為本實施方式所述的鋼線的原材料的線材。
另外,在由本實施方式所述的線材制造鋼線時的拉絲加工中,將截面收縮率設定為10%~80%。
當拉絲加工的截面收縮率低于10%時,加工硬化變得不充分,抗拉強度不足。
另一方面,若截面收縮率超過80%,則在由鋼線制造機械部件的冷鍛時變得容易產生加工裂紋。
另外,在機械部件中要求1200mpa~1600mpa的抗拉強度的情況下,在拉絲加工中,優(yōu)選將截面收縮率設定為20%~90%。
當拉絲加工的截面收縮率低于20%時,機械部件的耐氫脆特性劣化。
另一方面,若截面收縮率超過90%,則在由鋼線制造機械部件的冷鍛時變得更加容易產生加工裂紋。
另外,拉絲加工的截面收縮率優(yōu)選為30%~86%。
使用像這樣操作而得到的鋼線,成形加工成最終的機械部件,但為了維持上述顯微組織的特征,也可以在成形加工前不進行熱處理。
通過將像這樣操作而得到的鋼線進行冷鍛、即冷加工,可得到抗拉強度為800mpa~1600mpa的非調質機械部件。
在本實施方式所述的機械部件中,將抗拉強度設定為800mpa以上。
在作為機械部件要求的抗拉強度低于800mpa的情況下,不需要適用本實施方式所述的鋼線。特別是在1200mpa以上的情況下,耐氫脆特性的提高顯著。
另一方面,在作為機械部件要求的抗拉強度超過1600mpa的情況下,難以通過冷鍛來制造本實施方式所述的機械部件,并且機械部件的耐氫脆特性劣化。
因此,將機械部件的抗拉強度設定為800mpa~1600mpa。
本實施方式所述的機械部件作為機械部件,在該狀態(tài)也為高強度。
然而,為了提高屈服強度·屈服比、或延性之類的作為機械部件所需要的其他材質特性,也可以在冷鍛成部件形狀后將機械部件在200℃~600℃保持10分鐘~5小時,之后進行冷卻。
另外,該熱處理不符合用于調質的熱處理。
實施例
接著,對本發(fā)明的實施例進行說明。
然而,實施例中的條件是為了確認本發(fā)明的可實施性及效果而采用的一條件例,本發(fā)明并不限定于該一條件例。
只要不脫離本發(fā)明的主旨,且達成本發(fā)明的目的,則本發(fā)明可以采用各種條件。
表1中表示成分組成。另外,表中的下劃線表示為本發(fā)明的范圍外。
在供于實施例的鋼的成分組成中,將c含量設為[c%],將si含量設為[si%],將mn含量設為[mn%],將cr含量設為[cr%],將mo含量設為[mo%],通過下述式g,計算f1。
將所得到的f1示于表1中。
f1=0.6×[c%]-0.1×[si%]+1.4×[mn%]+1.3×[cr%]+3.7×[mo%](g)
將由這些鋼種構成的鋼坯熱軋成線徑為13.0mm、或16.0mm。
在熱軋后,以表2-1中記載的卷取溫度卷取,通過同一表2-1中記載的方法進行2階段冷卻和恒溫保持(恒溫相變處理),得到線材。
表2-1中表示熱軋后的卷取溫度、熔融鹽槽1的溫度及保持時間、從卷取溫度到600℃為止的1次冷卻速度、從600℃到500℃為止的2次冷卻速度、及熔融鹽槽2中的恒溫保持溫度和恒溫保持時間。
在2階段冷卻后,對進行了恒溫相變處理的線材以同一表2-1中所示的截面收縮率實施拉絲加工,得到鋼線。
表2-2-1中表示線材的組織,表2-2-2中表示鋼線的組織。另外,線材中的貝氏體的體積率與鋼線中的貝氏體的體積率一致。
關于貝氏體的體積率vb(單位:體積%),下劃線是不滿足下述式h的數(shù)值。
vb≥75×[c%]+25%(h)
此外,組織的剩余部分中的f表示鐵素體,p表示珠光體,m表示馬氏體。
貝氏體的體積率是用掃描型電子顯微鏡以1000倍的倍率拍攝線材的c截面、即線材的與長度方向垂直的截面,并進行圖像解析而求出的。
在線材的c截面中,對線材的表層(表面)附近(第1表層部)、從1/4d1部(從線材的表面向線材的中心方向、即深度方向離開線材的直徑d1的1/4的部分)到1/2d1部為止的范圍(第1中心部:線材的中心部分)分別以125μm×95μm的區(qū)域進行拍攝。
測定該區(qū)域內的各自的貝氏體的面積,通過將其合計值除以觀察區(qū)域而得到貝氏體的面積率。
另外,非貝氏體組織的面積率通過由100%減去貝氏體的面積率而得到。
觀察面、即c截面中包含的組織的面積率由于與組織的體積率相等,所以通過圖像解析得到的面積率為組織的體積率。
鋼線的體積率也通過上述的方法而求出。
對于表2-2-1中的線材的貝氏體塊的平均粒徑,通過下述的方法進行測定。
在以ebsd裝置測定的bcc結構的晶體取向圖中,將取向差成為15°以上的邊界作為貝氏體塊晶界。
對于線材,在線材的與長度方向垂直的截面即c截面中,當將線材的直徑設為d1mm時,在從表面到深度0.1×d1mm的區(qū)域、即第1表層部及上述的第1中心部進行測定。
這里,所謂第1中心部,如圖1中所示的那樣,是從自線材的表面向中心方向離開直徑d1mm的1/4的位置開始到中心為止的區(qū)域。
在第1表層部和第1中心部中,分別測定275μm×165μm的區(qū)域,由視野內的貝氏體塊的當量圓直徑算出各貝氏體塊的體積,將其體積平均定義為平均粒徑。
并且,貝氏體塊的平均粒徑設定為第1表層部與第1中心部的平均粒徑。
表2-2-1中,對于貝氏體塊的平均粒徑不在5.0μm~20.0μm的范圍內的數(shù)值標注下劃線。
關于表2-2-1中的線材的貝氏體塊的粒徑的標準偏差、及表2-2-2中的鋼線的貝氏體塊的粒徑的標準偏差,通過下述的方法進行測定。
線材中的貝氏體塊的粒徑的標準偏差通過上述的第1表層部的測定值及第1中心部的測定值各自的分布而求出。在鋼線的情況下,通過第3表層部及第3中心部的測定值各自的分布而求出。
表2-2-1中,對貝氏體塊的標準偏差超過15.0μm的數(shù)值標注下劃線,表2-2-2中,對貝氏體塊的標準偏差超過8.0μm的數(shù)值標注下劃線。
表2-2-1中表示線材的第1表層部中的貝氏體塊的平均粒徑ps1及第1中心部中的貝氏體塊的平均粒徑pc1。
表2-2-2中表示鋼線的第3表層部中的貝氏體塊的平均粒徑ps3及第3中心部中的貝氏體塊的平均粒徑pc3。
線材的第1表層部及第1中心部、及鋼線的第3表層部及第3中心部中的貝氏體塊的平均粒徑ps1、pc1、ps3及pc3(單位:μm)通過下面的方法而測定。使用ebsd,分別測定275μm×165μm的區(qū)域,由視野內的貝氏體塊的當量圓直徑算出各貝氏體塊的體積,得到其體積平均作為平均粒徑。
另外,關于線材的第1表層部及第1中心部、及鋼線的第3表層部及第3中心部,如上所述。
此外,在表2-2-1中,對第1表層部的貝氏體塊的平均粒徑ps1相對于第1中心部的貝氏體塊的平均粒徑pc1的比不滿足下述式i的數(shù)值標注下劃線。
ps1/pc1≤0.95(i)
表2-2-2中,對第3表層部的貝氏體塊的平均粒徑ps3相對于第3中心部的貝氏體塊的平均粒徑pc3的比不滿足下述式j的數(shù)值標注下劃線。
ps3/pc3≤0.95(j)
表2-2-2中,鋼線的第2表層部中的貝氏體塊的平均長寬比r1通過下面的方法而測定。
在鋼線的與長度方向平行的截面即l截面中,朝向截面的中心線,在從表面開始到深度0.1×d2mm為止的范圍、即第2表層部,使用ebsd測定275μm×165μm的區(qū)域。
將該區(qū)域中的各貝氏體塊視為圓或橢圓,由長徑、和相對于長徑垂直的短徑算出長寬比,通過將它們的計算值進行平均,得到第2表層部中的貝氏體塊的平均長寬比r1。
表2-2-2中,對第2表層部的平均長寬比r1低于1.2的數(shù)值標注下劃線。
此外,鋼線中,在第2表層部的平均長寬比r1與第3表層部的貝氏體塊的平均粒徑ps3的關系不滿足下述式k的情況下,標注下劃線。
ps3≤20/r1(k)
表2-3中對線材的拉絲加工性進行表示。
關于線材的拉絲加工性,在從線材向鋼線的拉絲加工時即使發(fā)生1次斷線的情況下,拉絲加工性也判斷為“不良”。
此外,表2-3中對鋼線的抗拉強度和冷加工性進行表示。
抗拉強度是使用jisz2201的9a試驗片,進行依據(jù)jisz2241的試驗方法的拉伸試驗而進行評價的。
冷加工性通過變形阻力和極限壓縮率進行評價。
首先,將拉絲加工后的鋼線進行機械加工,制成φ5.0mm×7.5mm的試樣。
并且,使用該試樣,用以同心圓狀帶有槽的模具將端面束縛而進行壓縮。
此時,求出以相當于應變1.0的壓縮率57.3%加工時的最大應力(變形阻力),以沒有產生裂紋的最大的壓縮率(極限壓縮率)進行評價。
在鋼線的抗拉強度為800mpa~1200mpa時,以壓縮率57.3%加工時的最大應力為1100mpa以下時,將變形阻力判定為“良”。此外,在沒有產生裂紋的最大的壓縮率為70%以上時,極限壓縮率判定為“良”。
在鋼線的抗拉強度為1200mpa~1600mpa時,以壓縮率57.3%加工時的最大應力為1200mpa以下時,變形阻力判定為“良”。此外,在沒有產生裂紋的最大的壓縮率為60%以上時,極限壓縮率判定為“良”。
另外,關于將線材進行拉絲加工而無法形成具有目標組織的鋼線時的線材,為比較例。
接著,將鋼線進行冷鍛、即冷加工,進而進行熱處理而得到機械部件。
將在鋼線的冷鍛后實施的熱處理的熱處理溫度和保持時間示于表3-1中。
另外,表3-1中,機械部件no.1001~1018及1042為對機械部件要求800mpa~1200mpa的抗拉強度時的實施例,機械部件no.1019~1036為對機械部件要求1200mpa~1600mpa的抗拉強度時的實施例。
表3-1中,表示機械部件的貝氏體的體積率、組織的剩余部分、貝氏體塊的粒徑的標準偏差、貝氏體塊的第4表層部的平均長寬比r2、貝氏體塊的第5表層部的平均粒徑ps5、貝氏體塊的第5表層部的平均粒徑pc5、及20/r2及ps5/pc5。
它們通過與鋼線同樣的方法進行測定。
表3-1中,對不滿足下述式l的貝氏體的體積率標注下劃線。
vb≥75×[c%]+25%(l)
表3-1中,對貝氏體塊的標準偏差超過8.0μm的數(shù)值標注下劃線。
表3-1中,對第4表層部的平均長寬比r2低于1.2的數(shù)值標注下劃線。
表3-1中,在第4表層部的平均長寬比r2與第5表層部的貝氏體塊的平均粒徑ps5的關系不滿足下述式m的情況下,標注下劃線。
ps5≤20/r2(m)
此外,表3-1中,對第5表層部的貝氏體塊的平均粒徑ps5相對于第5中心部的貝氏體塊的平均粒徑pc5的比不滿足下述式n的數(shù)值標注下劃線。
ps5/pc5≤0.95(n)
表3-2中表示機械部件的抗拉強度和耐氫脆特性。
抗拉強度是與鋼線同樣地使用jisz2201的9a試驗片,進行依據(jù)jisz2241的試驗方法的拉伸試驗而進行評價的。
耐氫脆特性通過下面的方法進行評價。
首先,將鋼線加工成螺栓,對于抗拉強度為800~1200mpa的螺栓,通過電解充氫使試樣中含有2.0ppm的擴散性氫,對于抗拉強度為1200~1600mpa的螺栓,使試樣中含有0.5ppm的擴散性氫。
之后,按照在試驗中氫不會從試樣中放出到大氣中的方式實施鍍cd。
接著,在大氣中負載最大拉伸載荷的90%的載荷,確認經過100小時后有無斷裂。
并且,將沒有產生斷裂的螺栓評價為“良”,將產生了斷裂的螺栓評價為“不良”。
表2-1
表2-2-1
表2-2-2
表2-3
表3-1
表3-2
鋼線no.105、113及120熔融鹽槽保持時間的合計短。其結果是,作為除貝氏體以外的剩余部分生成馬氏體,因拉絲加工時的斷線而無法制造鋼線。
鋼線no.137由于c含量少,所以生成馬氏體,因拉絲加工時的斷線而無法制造鋼線。
鋼線no.138由于c含量多,所以生成馬氏體,因拉絲加工時的斷線而無法制造鋼線。
鋼線no.139由于si含量多,所以生成馬氏體,因拉絲加工時的斷線而無法制造鋼線。
鋼線no.140由于mn含量少,所以生成馬氏體,因拉絲加工時的斷線而無法制造鋼線。
鋼線no.141由于mn含量多,所以生成馬氏體,因拉絲加工時的斷線而無法制造鋼線。
就鋼線no.102、110、111、114、115、118、124、125、127、128、136及142而言,由于卷取溫度低的情況、或/和冷卻、恒溫相變處理不充分,所以無法滿足上述任一性質中的1個以上。
其結果是,雖然作為線材得到良好的拉絲加工性,但是作為鋼線無法得到良好的冷加工性。
此外,使用鋼線no.102、110、111、114、115、118、124、125、127、128、136及142通過冷鍛而制造的機械部件no.1002、1010、1011、1014、1015、1018、1024、1025、1027、1028、1036及1042無法滿足上述的任一性質中的1個以上。其結果是,得不到良好的耐氫脆特性、或者引起加工裂紋。或者為這兩者。
產業(yè)上的可利用性
如上述的那樣,根據(jù)本發(fā)明,能夠廉價地提供拉絲加工性優(yōu)異的線材、冷加工性優(yōu)異的鋼線、及抗拉強度為800mpa~1600mpa的高強度機械部件。
該高強度機械部件能夠有助于汽車、各種產業(yè)機械、及建設用構件的輕量化、小型化。
因而,本發(fā)明在汽車、各種產業(yè)機械及建設產業(yè)中可利用性高,產業(yè)上的貢獻極其顯著。
符號的說明
1線材的與長度方向垂直的截面
2線材的直徑d1
3截面的中心
4第1表層部
5第1中心部
11鋼線的與長度方向平行的截面
12鋼線的直徑d2
13截面的中心線
14第2表層部
21鋼線的與長度方向垂直的截面
23截面的中心
24第3表層部
25第3中心部
31機械部件的與軸的長度方向平行的截面
32機械部件的軸的直徑d3
33截面的中心線
34第4表層部
41機械部件的與軸的長度方向垂直的截面
43截面的中心
44第5表層部
45第5中心部