低、中、高炭素鋼の中炭素フェロマンガン

中炭素フェロマンガンは、高炭素系と低炭素系の間に位置し、鋼の炭素含有量を仕様の範囲外にすることなくマンガンを添加する必要がある場合に選択されます。したがって、低炭素鋼、中炭素鋼、高炭素鋼に対するその効果は同一ではありません。構造用鋼に快適に適合する同じ合金でも、低炭素鋼板グレードや重要な工具鋼では使用できない場合があります。この記事では、合金が炭素範囲全体でどのように動作するか、および各ファミリーに適切なグレードを選択する方法について説明します。

グレードの選択によって炭素バランスが決まる理由

フェロマンガンの添加によって導入される炭素は簡単に計算できますが、過小評価されることがよくあります。 2.0% の炭素を含む中程度の炭素グレードを 100 トンの熱に 1 トン加えると、およそ 101 トンの鋼に 20 kg の炭素が導入され、約 0.020% の量が導入されます。 7.5% の炭素を含む高炭素グレードで同じ添加を行うと、約 0.074% に相当する 75 kg が導入されます。約 0.054% の炭素の差は、多くの低炭素および格子間フリー シート グレードの仕様範囲全体よりも大きく、まさにこれが中炭素フェロマンガンと低炭素フェロマンガンが存在する理由です。

実際のピックアップは熱サイズ、回収率、および残りのチャージに依存するため、図は固定プラント値ではなく希釈ロジックを示しています。重要なのは原則です。炭素制御は、後で適用される補正ではなく、合金グレードの選択から始まります。

低炭素鋼への影響

低炭素鋼（炭素含有量が約 0.25% 未満の鋼）は、自動車パネル、建築構造物、および一般機械向けに製造されており、延性、溶接性、成形挙動が決定的な特性となります。マンガンを約0.30～0.80％の範囲で添加すると、固溶強化により引張強さと硬度が向上し、延性を損なうことなく鋼の焼入性が向上します。フェライトの結晶粒の微細化により、強度と靱性のバランスも改善されます。そのため、マンガンは不純物として扱われず、ほとんどの構造仕様に保持されます。

制限要因は成形性です。低炭素シート グレード、特に深絞りグレードや格子間フリー グレードは炭素上限が狭いため、通常はマンガンの回収よりも、合金の添加によって運ばれる炭素が制約となります。{1}炭素予算が許せば、炭素 1.5-2.0% の中炭素フェロマンガンが使用可能です。低炭素グレードは、隙間のない露出パネル用途にはより安全な選択です。絞りグレードのマンガンが過剰になると、硬度が上昇し、深絞り加工性を左右する塑性ひずみ比が低下する可能性があるため、単に仕様範囲の上限に合わせるのではなく、目標特性に合わせて添加量を決定する必要があります。

中炭素鋼への影響

炭素含有量が 0.25 ～ 0.60% の範囲の中炭素鋼は、機械、シャフト、ギア、鍛造品のバックボーンであり、中炭素フェロマンガンが最も自然に使用される場所です。マンガンを約 0.60 ～ 1.00% 添加すると、焼入性が著しく向上し、マンガンを添加しない場合には、より厳しい焼入れや追加の合金元素が必要となる部分の部品の完全焼入れが可能になります。実際の利点は、熱処理後の硬度がより高く、より均一になり、疲労性能が向上し、使用中の耐摩耗性が向上することです。

同時に、マンガンは正しくバランスがとれている場合、一部の高炭素微細構造に伴う脆性を軽減し、制御された添加による結晶粒微細化により微細構造の均一性が向上します。 2 つの注意事項が適用されます。合金に導入された硫化マンガンストリンガーは方向性を生み出す可能性があるため、重要な鍛造品では横方向の特性をチェックする必要があります。また、中炭素鋼は溶接されることが多いため、マンガン濃度が上限に達すると熱影響部の焼入性が高まり、低温割れのリスクが高まります。これは通常、合金の変更ではなく予熱制御や炭素当量制限を意味します。

高炭素鋼への影響

炭素含有量が約 0.60% を超える高炭素鋼は、硬度と耐摩耗性が重要な工具、バネ、ベアリング部品、ワイヤー製品に使用されます。マンガンはここでも有用な役割を果たしています。一般的な 0.30 ～ 0.90% の範囲では、任務に十分な靭性を維持しながら焼入れ性と耐摩耗性が向上し、シリコンやクロムと並んでばね鋼仕様の​​標準元素です。

ただし、炭素収支が重要になります。高炭素鋼はすでにその炭素仕様に近い値に達しており、一部のグレード、特に約 1.0% の炭素を含む高炭素クロム軸受鋼は、約 0.25 ～ 0.45% の狭いマンガン帯域のみを許容します。これらの製品では、合金の添加による制御されていない炭素のピックアップは容認できず、除去するのも不経済となる可能性があります。このような加熱には、通常、炭素含有量 1.5 ～ 2.0% または低炭素グレードの中炭素フェロマンガンが選択されます。

もう 1 つの考慮事項は残留オーステナイトです。高炭素グレードでは、マンガンはオーステナイトを安定させ、硬化の深さを増加させます。これは耐摩耗性に役立ちますが、焼き戻しサイクルを調整しないと寸法が不安定になり、亀裂が発生する危険性があります。生産者は、残留オーステナイトを測定して長時間焼戻しし、マンガンをグレードが認定された範囲内に保つことによってこれを管理します。

回収率、コスト、および実際的な選択

合金からのマンガンの回収率は高いですが完全ではなく、浴の酸素ポテンシャル、添加方法、および投入された材料の粒子サイズに依存します。微粒子は塊よりも容易にスラグに失われ、湿った合金には水素が導入されます。したがって、グレードを比較する購入者は、合金 1 トンあたりのコストではなく、回収されるマンガン 1 キログラムあたりのコストを考慮し、回収率を自社の加熱で検証する必要があります。

カーボンのピックアップが許容され、ユニットあたりのマンガンコストが優先される構造製品や長尺製品には、高炭素フェロマンガンを選択してください。

カーボンの天井が実際であるが、極端にきつくない鍛造、スプリング、およびエンジニアリンググレードには、ミディアムカーボンフェロマンガンを選択してください。

シート、低炭素、格子間フリーのグレード、および炭素予算でさらに 0.02% 吸収できない熱には、低炭素フェロマンガンを選択してください。{0}

ISO 5446、ASTM A99/A99M、または GB/T 3795 に対して該当する等級制限を指定し、マンガン、炭素、シリコン、リン、硫黄のロット認証を要求します。

よくある質問

Q: 中炭素フェロマンガンは低炭素鋼に使用できますか?
はい、炭素予算が許せば可能です。この添加により、100 トンの加熱に添加される 1 トンあたり炭素が約 0.015-0.020% 増加するため、多くの低炭素グレードには適していますが、隙間のないシートや厳密に指定されたシートには適していません。

Q: 中炭素フェロマンガンはどのような炭素含有量によって区別されますか?
一般的な市販の中炭素グレードには約 1.0 ～ 2.0% の炭素が含まれていますが、高炭素グレードでは 6.0 ～ 7.5%、低炭素グレードでは 0.5% 以下です。正確な制限は、合意されたグレードおよびサプライヤーの仕様に従います。

Q: マンガンは高炭素鋼の脆性を軽減しますか?
マンガンは焼入れ性を向上させ、適切な熱処理により硬度と靭性のバランスをとるのに役立ちます。焼き戻しの必要性がなくなるわけではなく、過剰な残留オーステナイトは高炭素部品の靭性を高めるどころか、安定性を低下させる可能性があります。

Q: ばね鋼にはどのくらいのマンガンを含めるべきですか?
ばね鋼グレードには通常、シリコンやクロムとともにマンガンが約 0.50 ～ 1.00% 含まれており、その正確な範囲はグレードの仕様とワイヤまたはバーのセクションに必要な焼入れ性によって設定されます。

Q: 軸受鋼はなぜマンガンをこれほど厳密に制限するのですか?
高炭素クロム軸受鋼はすでに炭素限界近くで動作しており、疲労寿命については高度に制御された微細構造に依存しています。過度の残留オーステナイトや寸法の不安定性を避けるために、マンガンは約 0.25 ～ 0.45% の狭い範囲に保たれます。

Q: 中炭素フェロマンガンはマンガン単位あたりのコストが高くなりますか?
追加の精製と炭素含有量の低下により、一般的にはその通りです。鋼の炭素上限により、仕様外の製品なしでは高炭素の添加が不可能になる場合には、それが正当化されます。