疲劳特性优良的耐磨性钢材及其制造方法_3

文档序号:9620375阅读:来源:国知局
>[0054] 〔制造工序〕
[0055] 按照本发明的耐磨性钢材,经过铸造、热乳加工、调质热处理的工序来制造。作为 热乳加工,可以举出热乳及热乳锻造。以热乳钢板作为原材料来得到耐磨性部件的场合,例 如可采用"铸造一热乳一精加工退火一成型加工一调质热处理"的工序,以冷乳钢板作为原 材料的场合,例如可米用"铸造一热乳一退火一冷乳一精加工退火一成型加工一调质热处 理"的工序。以下,以后者的场合为例对各工序进行说明。
[0056] 〔铸造〕
[0057] 利用铸造后的冷却过程,使含Nb碳化物析出。此时,根据钢中的C含量、Nb含量、 及在后工序实施的铸片加热处理时的加热温度,必需对铸造时的冷却速度进行严格控制。 具体的是,控制铸造条件,以使在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)成为下述⑴式确定的G值以上。
[0058] G 值=0· 39exp (3· 94x)…(I)
[0059] 式中,
[0060] X = Nb-IOVC
[0061] y = 3. 42-7900/(T+273)
[0062] C为钢中的C含量(质量% )、Nb为钢中的Nb含量(质量% )、T为在铸片加热处 理时的加热温度(°c )。
[0063] 上述(1)式中的G值,是表示根据C含量、Nb含量、及后工序实施时的铸片加热处 理的铸片加热温度确定的铸造时从1500°C至
[0064] 1000°C的平均冷却速度的允许下限值(°C /min)的指标。铸片中心部的平均冷却 速度愈慢,含Nb碳化物愈进行粗大化,当铸片中过量的粗大化的含Nb碳化物存在时,在后 工序实施的铸片加热处理中,即使试图再固溶,成为疲劳破坏的起点的过大的含Nb碳化物 粒子仍会残留。由于钢中的Nb含量、C含量愈多,含Nb碳化物愈容易粗大化,因此G值升 高,为了改善疲劳特性,提高必要的铸造时的冷却速度允许下限。另一方面,由于当铸片加 热处理时的加热温度高,含Nb碳化物的再固溶愈进行,故铸造时的冷却速度的允许下限可 以放宽。在这里,X表示C含量为0.30~0.90%的钢中再固溶后,粒径Ιμπι以上的含Nb 碳化物残留的程度的指标。
[0065] 〔铸片加热处理〕
[0066] 作为铸片加热处理,利用进行热乳时的铸片(代表性的有连铸板坯)的加热,使铸 片中析出了含Nb碳化物的一部分再固溶。热乳时的铸片加热温度(铸片中心部的最高到达 温度),一般处于1100~1350°c的范围,即使在本发明中,该条件范围内也可以设定钢材加 热温度T。加热保持时间(钢材中心部成为钢材加热温度-20°C以上的时间)为30~300min 即可。但是,希望根据钢中的C含量及Nb含量,设定铸片加热处理的加热温度T (°C ),以使 由上述(1)式确定的G值在0. 53以上、更优选成为0. 55以上。当G值以小于上述那样的 加热温度T加热铸片时,含Nb碳化物的固溶化有时过度进行,不利于赋予耐磨性。因此,设 定铸片加热处理的加热温度T,以使成为适当的G值,根据此G值控制上述铸造条件是重要 的。
[0067] 〔热乳〕
[0068] 热乳条件,可以例如精加工乳制温度800~900°C、卷绕温度750°C以下。
[0069] 〔退火及冷乳〕
[0070] 根据需要,进行热乳板退火及冷乳,调整至目标板厚。热乳板的退火,采用例如在 600°C以上至低于Ac 1点的温度区域,保持10~50h加热的条件。"退火一冷乳"工序也可 多次进行。此时,中间退火也优选加热至600°C以上至低于Ac 1点的温度区域进行。
[0071] 〔精加工退火及成型加工〕
[0072] 对调整至所定板厚的热乳钢板或冷乳钢板,实施精加工退火,得到具有软质化的 再结晶铁素体组织(退火组织)的原材料钢板。精加工退火有必要在低于Ac 1点的温度区 域中进行。为了促进进行再结晶,希望加热至600°C以上至低于Ac1点的温度区域。保持时 间在8~40h的范围内设定最佳条件即可。通过经过上述的铸片加热处理而调整的钢材中 的含Nb碳化物的分布状态,此精加工退火后也几乎仍然保持。精加工退火后,进行向部件 形状的成型加工。精加工退火后的原材料钢板的断面硬度为约150~250HV的范围,向部 件形状的成型加工是充分可能的。
[0073] 〔调质热处理〕
[0074] 从原材料钢板成型加工为部件形状的构件,供给进行淬火回火、等温淬火等的调 质热处理,例如调质至500~650HV。但是,调质热处理的溶液化温度,希望处于奥氏体区域 且1000°C以下的范围。当超过上述温度时,已经调整了的含Nb碳化物的分布形态有破坏的 担心。调质热处理条件,除考虑溶体化温度的上限不过高外,按照一般的方法即可。
[0075] 如以上的那样,能够得到适于动力传送构件及刀具构件的耐磨性及疲劳特性以高 水平兼顾的高强度机械部件。
[0076] 实施例
[0077] 制造表1所示化学组成的钢,从这些钢的板坯切取熔融和凝固实验用的30kg的钢 块。该钢块于坩埚中熔融,制成熔融钢,在改变凝固时的冷却速度的条件下进行冷却,由此 得到控制铸造时的冷却速度的模拟铸片的凝固块。
[0080] 下线:本发明规定范围外
[0081] 图1中模拟示出实验中使用的熔融和凝固装置的构成。在由绝热材料1被覆的空 间内设置的圆筒坩埚2中,通过加热器3的发热使钢块熔融,得到熔融钢4。坩埚2,通过耐 火砖5,设置在可升降的平台6上。从熔融钢温度1700°C的状态,把盛放熔融钢4的坩埚2, 通过平台6的下降,移动至配置了水冷盘管7的冷却区,使熔融钢4凝固。此时,通过坩埚 2的中心部设置的热电偶8监测熔融钢4及其凝固的凝固块的温度,使从1500°C至1000°C 的平均冷却速度成为0. 5~20°C /min的所定值,来调整平台6的下降速度、来自加热器3 的发热量、水冷盘管7的散除热量。用这样得到的凝固块,模拟铸造时的铸片中心部的冷却 速度被控制的铸片。下面把该凝固块称作"模拟铸片",上述平均冷却速度被看作是"铸造 时的铸片中心部从1500°C至1000°C的平均冷却速度"。
[0082] 〔供试材料的制作〕
[0083] 原材料采用各模拟铸片,通过"热乳一退火一冷乳一精加工退火一调质热处理"的 工序,制得板厚I. 5mm、调质硬度600±15HV的供试材料。各工序的制造条件如以下所示。
[0084] ?热乳;模拟铸片的加热温度:1250~1350 °C (表2中记载)、加热保持时 间:60min、精加工乳制温度:850°C、卷绕温度:550°C、热乳板板厚:3. 5mm
[0085] ?退火;690°C X 15h,然后进行切削,调整至板厚3. (tom
[0086] ?冷乳;原板厚:3. 0mm,冷乳板板厚:I. 5mm
[0087] ?精加工退火;670°C X 15h
[0088] ?调质热处理;820°C X 15min的加热处理后,于60°C的油浴中淬火,然后,根据组 成,在以调质硬度600HV作为目标的温度回火30min
[0089] 〔G值的计算〕
[0090] 对各供试材料,从钢中的C含量、Nb含量、模拟铸片的加热温度,按照上述(1)式 计算G值。
[0091] 〔组织观察〕
[0092] 对各供试材料,通过用光学显微镜观察在乳制方向及板厚方向平行的断面(L断 面),采用极值统计法求出推定的IO 3Him3中的含Nb碳化物粒子的最大粒径Dmax (上述)。用 "含Nb碳化物"置换非专利文献1中记载的"夹杂物",
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