ES2769257T3 - Aging-curable steel, and method of manufacturing components including aging-curable steel - Google Patents

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Motoki Takasuga
Taizo Makino
Masashi Higashida
Tatsuya Hasegawa
Tadashi Nishiwaki
Kouji Morita
Toshimasa Ito
Yoshiro Tanimura
Tomomitsu Fukuoka
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Abstract

Acero endurecible por envejecimiento que comprende, en % en masa, C: del 0,09 % al 0,20 %, Si: del 0,01 % al 0,40 %, Mn: del 1,5 % al 2,5 %, S: del 0,001 % al 0,045 %, Cr: más del 1,00 % al 2,00 %, Al: del 0,001 % al 0,060 %, V: del 0,22 % al 0,55 %, N: más del 0,0080 % al 0,0170 %, opcionalmente Mo: del 0,9 % o inferior, además opcionalmente uno o más de Cu: del 0,3 % o inferior y Ni: del 0,3 % o inferior, y además opcionalmente uno o más de Ca: del 0,005 % o inferior y Bi: del 0,4 % o inferior, y restos de Fe e impurezas, siendo P y Ti en estas impurezas P: del 0,03 % o inferior y Ti: inferior al 0,005 %, en donde una fracción de área de las estructuras bainíticas es del 80 % o superior, una relación eficaz de V que es la cantidad de V disuelto/cantidad total de V, es del 0,9 o más, y una composición química es una en la que el F1 expresado mediante la siguiente fórmula (1') es de 1,00 o menos y el F2 expresado mediante la siguiente fórmula (2') es de 0,30 o más: F1 = C + 0,1 x Si + 0,2 x Mn + 0,15 x Cr + 0,35 x V + 0,2 x Mo ⋯.. (1') F2 = -4,5 x C + Mn + Cr - 3,5 x V -0,8 x Mo⋯.. (2') en donde, en las fórmulas anteriores (1') y (2'), los símbolos de los elementos significan el contenido de los elementos en % en masa.Age-hardenable steel comprising, in% by mass, C: 0.09% to 0.20%, Si: 0.01% to 0.40%, Mn: 1.5% to 2.5% , S: 0.001% to 0.045%, Cr: more than 1.00% to 2.00%, Al: 0.001% to 0.060%, V: 0.22% to 0.55%, N: more than 0.0080% to 0.0170%, optionally Mo: 0.9% or less, optionally further one or more of Cu: 0.3% or less and Ni: 0.3% or less, and optionally further one or more of Ca: 0.005% or less and Bi: 0.4% or less, and traces of Fe and impurities, with P and Ti in these impurities being P: 0.03% or less and Ti: less than 0.005%, where an area fraction of the bainitic structures is 80% or more, an effective ratio of V, which is the amount of dissolved V / total amount of V, is 0.9 or more, and a chemical composition is one in which the F1 expressed by the following formula (1 ') is 1.00 or less and the F2 expressed by the following formula (2') is 0.30 or more: F1 = C + 0.1 x Yes + 0.2 x Mn + 0.15 x Cr + 0.35 x V + 0.2 x Mo ⋯ .. (1 ') F2 = -4.5 x C + Mn + Cr - 3.5 x V -0 , 8 x Mo ⋯ .. (2 ') where, in the above formulas (1') and (2 '), the element symbols mean the content of the elements in% by mass.

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Acero endurecible por envejecimiento, y método para fabricar componentes que incluyen acero endurecible por envejecimientoAging-curable steel, and method of manufacturing components including aging-curable steel

Campo técnicoTechnical field

La presente invención se refiere a acero endurecible por envejecimiento. Más específicamente, se refiere al acero para la producción de una pieza mecánicas para automóviles, maquinaria industrial, y maquinaria de construcción que se trabaja para obtener una forma predeterminada mediante forjado en caliente y mecanizado, se trata para lograr un endurecimiento por envejecimiento (en lo sucesivo, se denomina sencillamente "tratamiento de envejecimiento''), y tiene la resistencia y la tenacidad deseadas garantizadas mediante este tratamiento de envejecimiento. Además, la presente invención también se refiere a dicho método de producción de una pieza que utiliza acero endurecible por envejecimiento.The present invention relates to aging-curable steel. More specifically, it refers to steel for the production of a mechanical part for automobiles, industrial machinery, and construction machinery that is worked to obtain a predetermined shape by hot forging and machining, it is treated to achieve an aging hardening (in Hereinafter, it is simply called "aging treatment ''), and has the desired strength and toughness guaranteed by this aging treatment. Furthermore, the present invention also relates to such a one-piece production method using aging-hardenable steel .

Técnica anteriorPrior art

Desde los puntos de vista de aumentar el rendimiento del motor, aligerar el peso con el objetivo de mejorar el ahorro de combustible, etc., se requiere que las piezas mecánicas para automóviles, maquinaria industrial, maquinaria de construcción, etc., tengan una alta resistencia a la fatiga. Si sólo se proporciona acero con una alta resistencia a la fatiga, es posible lograrlo fácilmente utilizando elementos de aleación y/o tratamiento térmiFrom the standpoints of increasing engine performance, lightening weight in order to improve fuel economy, etc., mechanical parts for automobiles, industrial machinery, construction machinery, etc. are required to have high fatigue resistance. If only steel with high fatigue resistance is provided, it can be easily achieved using alloying elements and / or heat treatment

del acero. Sin embargo, en general, las piezas mecánicas se conforman mediante forjado en caliente, luego se mecanizan para terminarlas con formas de producto predeterminadas. Por este motivo, el acero utilizado como material para las piezas mecánicas se debe dotar simultáneamente de una alta resistencia a la fatiga junto con suficiente maquinabilidad.of steel. However, in general, mechanical parts are formed by hot forging, then machined to finish with predetermined product shapes. For this reason, the steel used as material for the mechanical parts must simultaneously be endowed with a high resistance to fatigue together with sufficient machinability.

En general, la resistencia a la fatiga mejora cuanto mayor es la dureza del material. Por otro lado, en la maquinabilidad, la resistencia al mecanizado y la vida útil tienden a ser inferiores cuanto mayor es la dureza del material. Además, entre las piezas que forman el motor, se requiere que las piezas mecánicas conformadas con precisión permanezcan sin cambios en sus dimensiones durante el uso. Dependiendo del ambiente de uso, estas piezas mecánicas conformadas con precisión se pueden someter instantáneamente a cargas superiores en comparación con las cargas de magnitudes de uso habitual. También se requiere un límite elástico para que las dimensiones no cambien frente a dichas cargas.In general, the fatigue resistance improves the higher the hardness of the material. On the other hand, in machinability, the resistance to machining and the useful life tend to be lower the greater the hardness of the material. Furthermore, among the parts that make up the motor, the precisely shaped mechanical parts are required to remain unchanged in size during use. Depending on the environment of use, these precision-formed mechanical parts can be instantly subjected to higher loads compared to magnitude loads in regular use. An elastic limit is also required so that the dimensions do not change against such loads.

Por lo tanto, se han dado a conocer varias técnicas que pueden proporcionar propiedades todas juntas tales como resistencia a la fatiga, resistencia a la fluencia y maquinabilidad, al mantener la dureza baja en la etapa de conformación donde se requiere una buena maquinabilidad al tiempo que se aumenta la dureza mediante el tratamiento de envejecimiento en la etapa final del producto donde se requiere resistencia.Therefore, various techniques have been disclosed that can provide all-in-one properties such as fatigue strength, creep resistance, and machinability by keeping hardness low in the forming stage where good machinability is required while hardness is increased by aging treatment in the final stage of the product where resistance is required.

Por ejemplo, el documento de patente japonesa publicado n° 2006-37177A (DP 1) describe el "acero endurecible por envejecimiento" obtenido por laminación, forja o solucionización de acero en el que los elementos endurecedores por precipitación de Mo y V están presentes en cantidades limitadas por fórmulas específicas y un enfriamiento entre una temperatura de 800 °C y 300 °C a una velocidad media de enfriamiento de 0,05 a 10 °C/s, que tiene, antes del tratamiento de envejecimiento, una fracción de área de estructuras de bainita del 50 % o superior y una dureza de 40 HRC o menos y que tiene, después del tratamiento de envejecimiento, una dureza de 7 HRC o más alta que la dureza antes de realizar el tratamiento de envejecimiento.For example, Japanese Patent Document Published No. 2006-37177A (DP 1) describes "aging hardenable steel" obtained by rolling, forging, or solutioning of steel in which the Mo and V precipitation hardening elements are present in quantities limited by specific formulas and a cooling between a temperature of 800 ° C and 300 ° C at an average cooling rate of 0.05 to 10 ° C / s, which has, before aging treatment, an area fraction of bainite structures of 50% or higher and a hardness of 40 HRC or less and having, after aging treatment, a hardness of 7 HRC or higher than the hardness before carrying out the aging treatment.

El documento de patente japonesa publicado n° 2011-236452A (DP 2) describe el acero bainítico que contiene cantidades específicas de Mo y V como elementos de endurecimiento por precipitación, como un acero excelente en forjabilidad en caliente y maquinabilidad después de la forja en caliente y que puede aumentar su resistencia mediante el endurecimiento por envejecimiento después del mecanizado.Japanese Patent Document Published No. 2011-236452A (DP 2) describes bainitic steel containing specific amounts of Mo and V as precipitation hardening elements, as an excellent steel in hot forging and machinability after hot forging and that it can increase its resistance by aging hardening after machining.

El documento de patente japonesa publicado n° 2000-17374A (DP 3) propone, como acero bainítico de alta resistencia endurecido por envejecimiento para su uso en forja en caliente, un acero bainítico de alta resistencia endurecido por envejecimiento caracterizado por tener un punto de límite elástico o límite elástico al 0,2 % de 900 MPa o más, obtenido por laminación en caliente o forja en caliente de acero que contiene Mo y V, después se enfría según los componentes del acero, haciendo que la dureza sea de 400 HV o menos, haciendo que la estructura tenga una fracción de bainita del 70% o superior, haciendo que el tamaño de grano austenítico de partida sea de 80 |jm o menos, después se aplica mecanización o conformación plástica del acero según las necesidades y se aplica un tratamiento de envejecimiento.Published Japanese Patent Document No. 2000-17374A (DP 3) proposes, as an aging-hardened high-strength bainitic steel for use in hot forging, an aging-hardened high-strength bainitic steel characterized by having a limit point elastic or 0.2% elastic limit of 900 MPa or more, obtained by hot rolling or hot forging of steel containing Mo and V, then it is cooled according to the steel components, making the hardness 400 HV or less, making the structure have a bainite fraction of 70% or more, making the starting austenitic grain size 80 | jm or less, then mechanization or plastic shaping of the steel is applied as needed and a aging treatment.

El documento de patente japonesa publicado n° 2013-245363A (DP 4) describe un acero que presenta una alta maquinabilidad y una alta resistencia a la fatiga mediante el ajuste del contenido de los elementos de aleación para satisfacer fórmulas de parámetros específicos y, por lo tanto, reducir relativamente el contenido de Mo al tiempo que se hace que la dureza antes del tratamiento de envejecimiento después de la forja en caliente sea de 290 HV o inferior y que la dureza después del tratamiento de envejecimiento sea de 325 HV o superior.Japanese Patent Document Published No. 2013-245363A (DP 4) describes a steel that exhibits high machinability and high resistance to fatigue by adjusting the content of the alloying elements to satisfy specific parameter formulas and, therefore, Thus, relatively reducing the Mo content while making the hardness before aging treatment after hot forging to be 290 HV or less and the hardness after aging treatment to be 325 HV or greater.

El documento de patente internacional WO2012/161323A (DP 5) describe una pieza de acero para una estructura de máquina utilizando enfriamiento y tratamiento térmico después de la forja en caliente para optimizar las formas de carbonitruros de V y las formas de las estructuras bainíticas, que tienen una capacidad de fortalecimiento por precipitación y proporcionan las propiedades de maquinabilidad, resistencia a la fatiga y tenacidad todas juntas. International patent document WO2012 / 161323A (DP 5) describes a steel part for a structure of machine using cooling and heat treatment after hot forging to optimize V carbonitride shapes and bainitic structure shapes, which have precipitation strengthening ability and provide machinability, fatigue resistance and toughness properties all together.

El documento de patente japonesa publicado n° 2013-213254A (DP 6) describe un acero para el forjado en frío y nitruración, excelente en forjabilidad en frío y en capacidad de eliminación de virutas después del forjado en frío y que puede proporcionar una pieza nitrurada forjada en frío con una alta dureza del núcleo, alta dureza superficial y alta profundidad eficaz de capa endurecida.Japanese Patent Document Published No. 2013-213254A (DP 6) describes a steel for cold forging and nitriding, excellent in cold forgeability and chip removal ability after cold forging, and which can provide a nitrided part Cold forged with high core hardness, high surface hardness and high effective depth of hardened layer.

El documento de patente francesa FR 2990218 A1 describe un acero bainítico microaleado endurecido por envejecimiento.French patent document FR 2990218 A1 describes an aging-hardened micro-alloyed bainitic steel.

Compendio de la invenciónSummary of the invention

Problema técnicoTechnical problem

Al utilizar el tratamiento de envejecimiento para hacer que las partículas finas de la fase secundaria se precipiten en el acero, es posible obtener una alta resistencia a la fatiga y un alto límite elástico. En este sentido, el acero endurecido por el tratamiento de envejecimiento tiene una tenacidad reducida.By using the aging treatment to cause the fine particles of the secondary phase to precipitate in the steel, it is possible to obtain a high resistance to fatigue and a high elastic limit. In this sense, the steel hardened by the aging treatment has a reduced toughness.

El acero con tenacidad reducida aumenta su sensibilidad a las muescas. Si aumenta la sensibilidad a las muescas, la resistencia a la fatiga del acero se ve fácilmente afectada por los pequeños defectos superficiales.Steel with reduced toughness increases its sensitivity to notches. By increasing the notch sensitivity, the fatigue resistance of steel is easily affected by small surface defects.

Además, el acero de baja tenacidad sufre una progresión más rápida de las fracturas y fracturas a mayor escala una vez que se producen grietas por fatiga.In addition, low-tenacity steel undergoes faster fracture progression and larger-scale fractures once fatigue cracking occurs.

Asimismo, si el acero tiene una tenacidad demasiado baja, se hace difícil corregir la deformación producida en la forja en caliente por el trabajo en frío.Also, if the steel has too low a toughness, it becomes difficult to correct the deformation produced in the hot forging by cold work.

En el acero descrito en DP 1 se puede ajustar en el contenido de los elementos de aleación para satisfacer fórmulas de parámetros específicos con el fin de obtener una alta capacidad de endurecimiento por envejecimiento, pero la tenacidad no se considera en absoluto.In the steel described in DP 1 it can be adjusted in the content of the alloying elements to satisfy specific parameter formulas in order to obtain a high aging hardening capacity, but the toughness is not considered at all.

En el acero descrito en DP 2 se ajusta el contenido de los elementos de aleación para satisfacer fórmulas de parámetros específicos con el fin de reducir relativamente el contenido de Mo al tiempo que hace que la dureza antes del tratamiento de envejecimiento sea de 300 HV o inferior después de la forja en caliente y que la dureza después del tratamiento de envejecimiento sea de 300 HV o superior. A este respecto, sin embargo, el acero no está lo suficientemente diseñado para que aumente su dureza después del tratamiento de envejecimiento.In the steel described in DP 2, the content of the alloying elements is adjusted to satisfy specific parameter formulas in order to relatively reduce the Mo content while making the hardness before aging treatment 300 HV or less. after hot forging and that the hardness after aging treatment is 300 HV or higher. In this regard, however, steel is not designed enough to increase its hardness after aging treatment.

El acero descrito en DP 3 tiene un contenido de C que se mantiene bajo en un intervalo de 0,06 a 0,20 %, pero el contenido de V es extremadamente alto en un intervalo del 0,51 al 1,00 %, por lo que el acero se fortalece notablemente mediante endurecimiento por envejecimiento, pero no es excelente en tenacidad.The steel described in DP 3 has a C content that is kept low in a range of 0.06 to 0.20%, but the V content is extremely high in a range of 0.51 to 1.00%, for which steel is noticeably strengthened by aging hardening, but is not excellent in toughness.

El acero descrito en DP 4 no está suficientemente diseñado para aumentar la tenacidad y el límite elástico después del tratamiento de envejecimiento.The steel described in DP 4 is not sufficiently designed to increase toughness and yield strength after aging treatment.

El acero descrito en DP 5 no está suficientemente diseñado para aumentar el límite elástico después del tratamiento de envejecimiento.The steel described in DP 5 is not sufficiently designed to increase the yield strength after aging treatment.

El acero descrito en DP 6 es bajo en contenido de N, por lo que los nitruros se producen de manera insuficiente y, como resultado, no se obtiene un excelente límite elástico.The steel described in DP 6 is low in N content, so nitrides are produced insufficiently and, as a result, an excellent yield strength is not obtained.

Por lo tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar acero endurecible por envejecimiento que satisfaga los siguientes puntos <1> a <3>:Therefore, an object of the present invention is to provide aging hardenable steel that satisfies the following points <1> to <3>:

<1> Una baja dureza después de la forja en caliente relacionada con la resistencia de mecanizado y la vida útil de la herramienta. Cabe señalar que, en la siguiente explicación, la dureza después de la forja en caliente anterior se denominará "dureza antes del tratamiento de envejecimiento".<1> Low hardness after hot forging related to machining strength and tool life. It should be noted that, in the following explanation, the hardness after prior hot forging will be referred to as "hardness before aging treatment".

<2> La capacidad de proporcionar una pieza mecánica con la resistencia a la fatiga y el límite elástico deseados, mediante el tratamiento de envejecimiento.<2> The ability to provide a mechanical part with the desired fatigue strength and yield strength, through aging treatment.

<3> Una alta tenacidad después del tratamiento de envejecimiento.<3> High toughness after aging treatment.

Específicamente, un objeto de la presente invención es proporcionar acero endurecible por envejecimiento que tenga una dureza antes del tratamiento de envejecimiento de 340 HV o inferior, una resistencia a la fatiga, explicada más adelante, después del tratamiento de envejecimiento de 480 MPa o superior, un límite elástico al 0,2 %, determinado mediante el método de compensación utilizando una cantidad de deformación plástica prescrita del 0,2 % en un ensayo de tracción realizado utilizando una pieza de ensayo de tracción 14A de la norma JIS que tiene una parte paralela $ 6, de 800 MPa o superior, y además tiene una energía de absorción a 20 °C después del tratamiento de envejecimiento, evaluada mediante un ensayo de impacto Charpy realizado utilizando una pieza de ensayo estándar con muesca en U que tiene una profundidad de muesca de 2 mm y un radio inferior de muesca de 1 mm descrito en la norma JIS Z 2242, de 25J o superior.Specifically, an object of the present invention is to provide aging-hardenable steel having a hardness before aging treatment of 340 HV or less, a fatigue strength, explained later, after aging treatment of 480 MPa or greater, a 0.2% yield strength, determined by the compensation method using a prescribed 0.2% plastic strain amount in a tensile test performed using a JIS 14A tensile test piece having a parallel part $ 6, 800 MPa or higher, and also has an absorption energy at 20 ° C after aging treatment, assessed by a Charpy impact test performed using a standard U-notched test piece that has a notch depth of 2mm and a 1mm notch bottom radius described in JIS Z 2242, 25J or higher.

Solución al problemaSolution to the problem

Hallazgos (a) a (d)Findings (a) to (d)

Los autores de la presente invención participaron en evaluaciones y estudios relacionados con la composición química, la estructura, y la relación eficaz de V (cantidad de V disuelto/cantidad total de V) y los valores calculados por fórmulas que utilizan contenidos de elementos específicos para resolver el problema anterior. Específicamente, investigaron las condiciones para obtener una buena tenacidad incluso con acero que proporciona una alta resistencia a la fatiga y un alto límite de elasticidad al provocar la precipitación de las partículas finas de la fase secundaria en el acero debido al envejecimiento. Como resultado, se obtuvieron los siguientes hallazgos (a) a (d).The authors of the present invention participated in evaluations and studies related to the chemical composition, structure, and effective ratio of V (amount of dissolved V / total amount of V) and the values calculated by formulas that use specific element contents to solve the above problem. Specifically, they investigated the conditions for obtaining good toughness even with steel that provides high resistance to fatigue and a high elastic limit by causing the precipitation of fine particles from the secondary phase in steel due to aging. As a result, the following findings (a) to (d) were obtained.

(a) Limitación de la composición química (C, V, Mo, y Ti)(a) Limitation of chemical composition (C, V, Mo, and Ti)

Los elementos que producen deterioro de la tenacidad después del tratamiento de envejecimiento son C, V, Mo, y Ti. Entre éstos, Ti se une con N y/o C para formar TiN y/o TiC. Si se precipita TiN y/o TiC, la resistencia a la fatiga a veces se vuelve más alta, pero se hace que la tenacidad disminuya considerablemente. La intensidad de la acción de Ti en la reducción de la tenacidad es extremadamente grande en comparación con las de V y Mo, que son los elementos que contribuyen al fortalecimiento por precipitación como V. Por este motivo, el Ti debe estar lo más limitado posible. The elements that produce deterioration of the tenacity after the aging treatment are C, V, Mo, and Ti. Among these, Ti binds with N and / or C to form TiN and / or TiC. If TiN and / or TiC is precipitated, the fatigue resistance sometimes becomes higher, but the toughness is caused to decrease considerably. The intensity of the action of Ti in reducing toughness is extremely large compared to those of V and Mo, which are the elements that contribute to the strengthening by precipitation such as V. For this reason, Ti must be as limited as possible .

C forma cementita en el acero y se puede convertir en el punto de partida para la fractura intercristalina. Incluso si el tratamiento del acero que contiene una cantidad de V o Mo excesiva con respecto a la cantidad de C por envejecimiento, permanece parte de la cementita. Tanto V como Mo provocan la precipitación de carburos en los mismos planos cristalinos de la matriz junto con el tratamiento de envejecimiento y, por lo tanto, ayudan a la progresión de las fracturas intercristalinas y deterioran la tenacidad. Por lo tanto, para aumentar la tenacidad, es necesario reducir el contenido de C, V, y Mo.C forms cementite in steel and can become the starting point for intercrystalline fracture. Even if the treatment of steel containing an amount of V or Mo excessive with respect to the amount of C due to aging, part of the cementite remains. Both V and Mo cause carbide precipitation in the same crystalline planes of the matrix along with the aging treatment, and therefore aid the progression of intercrystalline fractures and impair toughness. Therefore, to increase toughness, it is necessary to reduce the content of C, V, and Mo.

(b) Limitación de estructura(b) Limitation of structure

Para aumentar la tenacidad, es necesario hacer que la mayor parte de la estructura sea de bainita fina. Además, hacer que la diferencia de orientación entre los bloques que forman la bainita sea mayor también es esencial para mejorar la tenacidad. Si la diferencia de orientación entre los bloques es pequeña, incluso si se refina el tamaño de los bloques, no se obtiene de manera suficiente el efecto de aumentar la tenacidad. Para ampliar la diferencia de orientación entre bloques, es necesario aumentar la fuerza impulsora en el momento de la transformación bainítica y potenciar la formación de núcleos de bloques con grandes diferencias de orientación. Para obtener estos efectos, se debe aumentar el contenido de C, Mn, Cr, y Mo.To increase toughness, it is necessary to make most of the structure of fine bainite. In addition, making the difference in orientation between the blocks that form the bainite is also essential to improve toughness. If the orientation difference between the blocks is small, even if the size of the blocks is refined, the effect of increasing the toughness is not sufficiently obtained. To widen the orientation difference between blocks, it is necessary to increase the driving force at the time of the bainitic transformation and to enhance the formation of block nuclei with large orientation differences. To obtain these effects, the content of C, Mn, Cr, and Mo must be increased.

Sin embargo, C y Mo tienen el efecto de refinar la estructura y aumentar la tenacidad y la acción de precipitar cementita o carburos y disminuir la tenacidad. En general, C reduce en gran medida la tenacidad y Mo disminuye ligeramente la tenacidad.However, C and Mo have the effect of refining the structure and increasing toughness and the action of precipitating cementite or carbides and decreasing toughness. In general, C greatly reduces toughness and Mo slightly decreases toughness.

(c) Limitación de la relación eficaz de V(c) Limitation of the effective ratio of V

Para utilizar el fortalecimiento por precipitación mediante V en grado máximo, es necesario limitar la relación eficaz de V, definida como la cantidad de V disuelto con respecto a la cantidad total de V. Si la relación eficaz de V es baja significa que la relación de la cantidad de V que contribuye al fortalecimiento por precipitación es baja y la capacidad de fortalecimiento es baja y no es preferible. No hay límite superior de la relación eficaz de V. Cuanto más cerca de 1, mejor.In order to use the precipitation strengthening by V to the maximum degree, it is necessary to limit the effective ratio of V, defined as the amount of dissolved V with respect to the total amount of V. If the effective ratio of V is low, it means that the ratio of the amount of V that contributes to precipitation strengthening is low and the strengthening capacity is low and not preferable. There is no upper limit of the effective ratio of V. The closer to 1 the better.

(d) Limitación de los valores calculados por fórmulas(d) Limitation of values calculated by formulas

Uso de contenidos de elementos específicos y limitación de la cantidad de TiUse of content of specific elements and limitation of the amount of Ti

Para impartir suficiente tenacidad al acero endurecible por envejecimiento que tiene una alta resistencia, los contenidos de C, Mn, Cr, V y Mo deben controlarse de modo que el valor expresado por (2) o (2') que muestra un indicador de tenacidad después del tratamiento del envejecimiento explicado más adelante, se convierte en un valor específico o superior. Asimismo, el contenido de Ti debe tener un valor específico o inferior para que las inclusiones y precipitados nocivos para la tenacidad no estén presentes en el acero.In order to impart sufficient toughness to aging-curable steel having high strength, the contents of C, Mn, Cr, V and Mo must be controlled so that the value expressed by (2) or (2 ') that shows a toughness indicator after the aging treatment explained below, it becomes a specific value or higher. Likewise, the Ti content must have a specific value or less so that the inclusions and precipitates harmful to toughness are not present in the steel.

Hallazgos (e) a (g)Findings (e) to (g)

A continuación, los autores de la presente invención participaron en evaluaciones y estudios adicionales relacionados con los valores calculados mediante las fórmulas utilizando la composición química y el contenido de elementos específicos. Específicamente, ajustaron los componentes del acero que pudieran garantizar la dureza después del envejecimiento e investigaron las condiciones relacionadas con la dureza antes del envejecimiento y la dureza después del envejecimiento y la capacidad de endurecimiento por envejecimiento expresada por la diferencia de las mismas. Como resultado, se obtuvieron los siguientes hallazgos (e) a (g).Next, the authors of the present invention participated in additional evaluations and studies related to the values calculated by the formulas using the chemical composition and the content of specific elements. Specifically, they adjusted steel components that could ensure post-aging hardness and investigated conditions related to pre-aging hardness and hardness. after aging and the aging hardening capacity expressed by their difference. As a result, the following findings (e) to (g) were obtained.

(e) Limitación de valores calculados por fórmulas utilizando el contenido de elementos específicos(e) Limitation of values calculated by formulas using the content of specific elements

Si los contenidos de C, Si, Mn, Cr, V, y Mo están controlados de modo que el valor expresado por la fórmula explicada más adelante (1) o la fórmula (1') se convierte en un intervalo específico, se puede evitar que la dureza antes del tratamiento de envejecimiento anterior aumente en exceso. Por este motivo, cuando se mecaniza bajo diversas condiciones, se puede esperar que la maquinabilidad permita una producción industrial en masa.If the contents of C, Si, Mn, Cr, V, and Mo are controlled so that the value expressed by the formula explained below (1) or the formula (1 ') becomes a specific range, it can be avoided the hardness before the previous aging treatment increases excessively. For this reason, when machining under various conditions, machinability can be expected to allow for mass industrial production.

(f) Limitación de la composición química (Mo, V, C)(f) Limitation of chemical composition (Mo, V, C)

Si se reducen los contenidos de Mo, V, y C con el fin de aumentar la tenacidad después del envejecimiento, también se reduce la fuerza impulsora de la precipitación de carbonitruros de V en el momento del envejecimiento. Por este motivo, se reducen los precipitados finos formados debido al envejecimiento, y disminuye la dureza y el límite elástico después del envejecimiento.If the contents of Mo, V, and C are reduced in order to increase toughness after aging, the driving force of carbonitride precipitation of V at the time of aging is also reduced. For this reason, the fine precipitates formed due to aging are reduced, and the hardness and elastic limit after aging decreases.

(g) Limitación de la composición química (Mn, Cr)(g) Limitation of chemical composition (Mn, Cr)

Si se aumenta el contenido de Mn y Cr con el fin aumentar la tenacidad después del envejecimiento, la capacidad de endurecimiento aumenta y la dureza antes del envejecimiento pasa a ser mayor. Con dicha estructura, la estructura se recupera fácilmente en el momento del envejecimiento, por lo que el margen de aumento de la dureza debido al envejecimiento disminuye fácilmente. Si la capacidad de endurecimiento aumenta, la densidad de dislocación móvil que queda en la matriz después del envejecimiento también aumenta fácilmente, por lo que resulta difícil obtener un alto límite elástico.If the Mn and Cr content is increased in order to increase the toughness after aging, the hardening capacity increases and the hardness before aging becomes higher. With such a structure, the structure recovers easily at the time of aging, whereby the margin of increase in hardness due to aging decreases easily. If the hardening capacity increases, the mobile displacement density remaining in the matrix after aging also increases easily, making it difficult to obtain a high yield strength.

Hallazgos (h) a (j)Findings (h) to (j)

A continuación, los autores de la presente invención participaron en evaluaciones y estudios adicionales relacionados con la composición química. Específicamente, se centraron en el hecho de que incluso si aumenta la tenacidad después del envejecimiento al reducir los contenidos de C, V, y Mo y al aumentar los contenidos de Mn y Cr, para provocar que precipiten cantidades suficientes de partículas endurecedoras por precipitación y obtener una suficiente capacidad de endurecimiento por envejecimiento y un alto límite elástico, es necesario aumentar el endurecimiento por precipitación por cantidad de unidad de V. Además, los autores de la presente invención participaron en varios estudios sobre técnicas para aumentar la capacidad de fortalecimiento por precipitación mediante V y obtuvieron los siguientes hallazgos (h) a (j).Next, the authors of the present invention participated in additional evaluations and studies related to chemical composition. Specifically, they focused on the fact that even if tenacity increases after aging by reducing C, V, and Mo contents and by increasing Mn and Cr contents, to cause sufficient amounts of hardener particles to precipitate by precipitation and In order to obtain sufficient aging hardening capacity and a high elastic limit, it is necessary to increase the precipitation hardening per unit quantity of V. In addition, the authors of the present invention participated in several studies on techniques to increase the precipitation strengthening capacity. using V and obtained the following findings (h) to (j).

(h) Limitación de la composición química (C, N)(h) Limitation of chemical composition (C, N)

Al utilizar el fortalecimiento por precipitación mediante V en grado máximo, es suficiente aumentar la fuerza impulsora para la precipitación de carbonitruros de V. Con este fin, es necesario garantizar suficientemente la cantidad de C y la cantidad de N que se va a utilizar para la precipitación de carbonitruros de V en un intervalo que no dificulte la tenacidad.When using the precipitation strengthening by V to the maximum degree, it is sufficient to increase the driving force for the precipitation of carbonitrides from V. To this end, it is necessary to sufficiently guarantee the amount of C and the amount of N to be used for the V carbonitride precipitation in a range that does not hinder toughness.

(i) Limitación de la composición química (N)(i) Limitation of chemical composition (N)

La fuerza de unión entre N y V es mayor que la fuerza de unión entre C y V, por lo que el efecto de provocar la precipitación de carbonitruros de V es mayor con N que con C.The bonding force between N and V is greater than the bonding force between C and V, so the effect of causing carbonitride precipitation of V is greater with N than with C.

(j) Limitación de la composición química (C, N)(j) Limitation of chemical composition (C, N)

Si el contenido de C y N se vuelve demasiado elevado, V no ingresa en una disolución incluso si se calienta en el momento de la forja en caliente o termina precipitándose en la región austenítica durante la forja. Por este motivo, si se aumenta excesivamente el contenido de C y N, por el contrario, se disminuye la capacidad de fortalecimiento de la precipitación.If the content of C and N becomes too high, V does not enter a solution even if it is heated during hot forging or ends up precipitating in the austenitic region during forging. For this reason, if the C and N content is excessively increased, on the contrary, the capacity to strengthen the precipitation is decreased.

La presente invención se realizó en base a los hallazgos anteriores (a) a (j) y se define en las reivindicaciones anexas.The present invention was made based on the above findings (a) to (j) and is defined in the appended claims.

Efectos ventajosos de la invenciónAdvantageous effects of the invention

El acero endurecible por envejecimiento de la presente invención tiene una dureza antes del tratamiento de envejecimiento de 340 HV o inferior. Además, una pieza mecánica que utiliza el acero endurecible por envejecimiento de la presente invención tiene una resistencia a la fatiga de 490 MPa o superior debido al tratamiento de envejecimiento realizado después del mecanizado. Asimismo, la pieza mecánica tiene una tenacidad (energía de absorción a 20 °C después del tratamiento de envejecimiento evaluado mediante un ensayo de impacto Charpy realizado con una pieza de ensayo estándar con una muesca en U con una profundidad de muesca de 2 mm y un radio inferior de muesca de 1 mm) de 25J o superior. Además, la parte mecánica tiene un límite elástico de 800 MPa o superior. Por este motivo, el acero endurecible por envejecimiento de la presente invención se puede utilizar de manera extremadamente adecuada como material para una parte mecánica de automóviles, maquinaria industrial, maquinaria de construcción, etc.The aging curable steel of the present invention has a hardness before aging treatment of 340 HV or less. Furthermore, a mechanical part utilizing the aging-curable steel of the present invention has a fatigue strength of 490 MPa or higher due to post-machining aging treatment. In addition, the mechanical part has a toughness (absorption energy at 20 ° C after aging treatment evaluated by a Charpy impact test carried out with a standard test piece with a U-notch with a notch depth of 2 mm and a 1mm notch bottom radius) 25J or greater. Furthermore, the mechanical part has an elastic limit of 800 MPa or higher. For this reason, the aging-curable steel of the present invention can be used extremely well as a material for a mechanical part of automobiles, industrial machinery, construction machinery, etc.

Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings

[Figura 1] Una vista que muestra la correlación entre la dureza de un material de acero antes del envejecimiento y un valor de F1.[Figure 1] A view showing the correlation between the hardness of a steel material before aging and a value of F1.

[Figura 2] Una vista que muestra la relación entre un valor de impacto Charpy de un material de acero después del envejecimiento y un valor F2.[Figure 2] A view showing the relationship between a Charpy impact value of a steel material after aging and an F2 value.

Descripción de las realizacionesDescription of the embodiments

A continuación, se explicarán con detalle los requisitos de la presente invención. Cabe señalar que el "%" del contenido de los elementos significa "% en masa".Next, the requirements of the present invention will be explained in detail. It should be noted that "%" of the content of the elements means "% by mass".

Acero endurecible por envejecimientoAging-curable steel

Componentes esencialesEssential components

C: del 0,09 al 0,20 %C: from 0.09 to 0.20%

El C es un elemento importante en la presente invención. C se une con V para formar carburos y fortalecer el acero. Sin embargo, si el contenido de C es inferior al 0,09 %, los carburos de V se vuelven más difíciles de precipitar, por lo que no se puede obtener el efecto de fortalecimiento deseado. Por otro lado, si el contenido de C se vuelve demasiado alto, la cantidad de C que no se une con V o Mo formando carburos con Fe (cementita) aumenta, por lo que la tenacidad termina por degradarse. Por lo tanto, el contenido de C se hace que sea del 0,09 al 0,20 %. El contenido de C se hace que sea preferiblemente del 0,10 % o superior, más preferiblemente se hace que sea del 0,11 % o superior. Además, el contenido de C se hace que sea preferiblemente del 0,18 % o inferior, más preferiblemente se hace que sea del 0,16 % o inferior.C is an important element in the present invention. C joins with V to form carbides and strengthen steel. However, if the C content is less than 0.09%, the V carbides become more difficult to precipitate, so the desired strengthening effect cannot be obtained. On the other hand, if the C content becomes too high, the amount of C that does not bind with V or Mo forming carbides with Fe (cementite) increases, so the toughness ends up degrading. Therefore, the C content is made to be from 0.09 to 0.20%. The C content is preferably made to be 0.10% or more, more preferably it is made to be 0.11% or more. Furthermore, the C content is preferably made to be 0.18% or less, more preferably it is made to be 0.16% or less.

Si: del 0,01 al 0,40 %Yes: from 0.01 to 0.40%

El Si es útil como elemento desoxidante en el momento de la producción del acero y simultáneamente tiene el efecto de mejorar la resistencia del acero al disolverse en la matriz. Para obtener estos efectos de manera suficiente, se hace que el contenido de Si sea del 0,01 % o superior. Sin embargo, en el acero que contiene Mn y Cr en grandes cantidades, si el contenido de Si se vuelve excesivo, a veces la cantidad de austenita residual de la estructura después de la forja en caliente se vuelve demasiado elevada y la deformación aumenta durante el tratamiento de envejecimiento. Por lo tanto, el contenido de Si se hace que sea del 0,01 a 0,40 %. El contenido de Si se hace que sea preferiblemente del 0,05 % o superior. Además, el contenido de Si se hace que sea preferiblemente del 0,35 % o inferior, más preferiblemente del 0,30 % o inferior.Si is useful as a deoxidizing element at the time of steel production and simultaneously has the effect of improving the strength of the steel by dissolving in the matrix. To obtain these effects sufficiently, the Si content is made to be 0.01% or higher. However, in steel containing Mn and Cr in large quantities, if the Si content becomes excessive, sometimes the amount of residual austenite in the structure after hot forging becomes too high and the deformation increases during aging treatment. Therefore, the Si content is made to be from 0.01 to 0.40%. The Si content is preferably made to be 0.05% or more. Furthermore, the Si content is preferably made to be 0.35% or less, more preferably 0.30% or less.

Mn: del 1,5 a 2,5%Mn: from 1.5 to 2.5%

El Mn tiene el efecto de mejorar la capacidad de endurecimiento y hacer que la estructura sea bainítica. Además, tiene el efecto de reducir la temperatura de transformación bainítica y, por lo tanto, refinar la estructura bainítica para mejorar la tenacidad de la matriz. Además, el Mn tiene el efecto de formar MnS en el acero para mejorar la capacidad de eliminación de virutas en el momento del mecanizado. Para obtener estos efectos de manera suficiente, el Mn debe tener un contenido de al menos 1,5 %. Sin embargo, el Mn es un elemento que se separa fácilmente en el momento de la solidificación del acero, por lo que, si el contenido se vuelve demasiado grande, la fluctuación de la dureza en una parte después de la forja en caliente se vuelve inevitablemente más grande. Por lo tanto, el contenido de Mn se hace que sea del 1,5 al 2,5 %. El contenido de Mn se hace que sea preferiblemente del 1,6 % o superior, más preferiblemente se hace que sea del 1,7 % o superior. Además, el contenido de Mn se hace que sea preferiblemente del 2,3 % o inferior, más preferiblemente se hace que sea del 2,1 % o inferior.Mn has the effect of improving hardening capacity and making the structure bainitic. Furthermore, it has the effect of reducing the bainitic transformation temperature and therefore refining the bainitic structure to improve the toughness of the matrix. In addition, Mn has the effect of forming MnS in steel to improve chip removal capacity at machining. To obtain these effects sufficiently, the Mn must have a content of at least 1.5%. However, Mn is an element that separates easily at the time of steel solidification, so if the content becomes too large, the fluctuation of hardness in one part after hot forging inevitably becomes larger. Therefore, the Mn content is made to be 1.5-2.5%. The Mn content is preferably made to be 1.6% or more, more preferably it is made to be 1.7% or more. Furthermore, the Mn content is preferably made to be 2.3% or less, more preferably it is made to be 2.1% or less.

S: del 0,001 al 0,045 %S: 0.001 to 0.045%

El S se une con el Mn en el acero para formar MnS y mejora la capacidad de eliminación de virutas en el momento del mecanizado, por lo que debe tener un contenido del 0,001 % o superior. Sin embargo, si el contenido de S se vuelve mayor, aumenta el MnS grueso aumenta y se degradan la tenacidad y la resistencia a la fatiga. En particular, si el contenido de S supera el 0,045 %, la caída en la tenacidad y la resistencia a la fatiga se vuelve considerable. Por lo tanto, el contenido de S se hace que sea del 0,001 al 0,045 %. El contenido de S se hace que sea preferiblemente del 0,005 % o superior, más preferiblemente se hace que sea del 0,010 % o superior. Además, el contenido de S se hace que sea preferiblemente del 0,040 % o inferior, más preferiblemente se hace que sea del 0,035 % o inferior. The S joins with the Mn in the steel to form MnS and improves the ability to remove chips at the time of machining, so it must have a content of 0.001% or higher. However, if the S content becomes higher, the thick MnS increases and the toughness and fatigue resistance are degraded. In particular, if the S content exceeds 0.045%, the drop in toughness and fatigue resistance becomes considerable. Therefore, the content of S is made to be from 0.001 to 0.045%. The S content is preferably made to be 0.005% or more, more preferably it is made to be 0.010% or more. Furthermore, the S content is preferably made to be 0.040% or less, more preferably it is made to be 0.035% or less.

Cr: más del 1,00 % al 2,00 %Cr: more than 1.00% to 2.00%

El Cr, como el Mn, tiene el efecto de aumentar la capacidad de dureza y hacer que la estructura sea bainítica. Además, reduce la temperatura de transformación bainítica para refinar la estructura bainítica. Asimismo, tiene el efecto de reducir la facilidad de movimiento de los límites de grano para refinar el tamaño de grano austenítico en el momento de la forja en caliente y, como resultado, refinar la estructura bainítica después de la transformación. El Cr tiene el efecto de aumentar la dureza de la matriz a través de los efectos de éste en el refinar la estructura bainítica. Para obtener estos efectos de manera suficiente, éste debe incluirse en más del 1,00 %.Cr, like Mn, has the effect of increasing hardness capacity and making the structure bainitic. Furthermore, it reduces the bainitic transformation temperature to refine the bainitic structure. It also has the effect of reducing the ease of movement of the grain boundaries to refine the austenitic grain size at the time of hot forging and, as a result, refine the bainitic structure after transformation. Cr has the effect of increasing the hardness of the matrix through its effects in refining the bainitic structure. To obtain these effects sufficiently, it must be included in more than 1.00%.

Sin embargo, si el contenido de Cr supera el 2,0 %, la capacidad de endurecimiento se hace más grande y la dureza antes del tratamiento de envejecimiento a veces supera los 340 HV. Por lo tanto, el contenido de Cr se hace que sea del 1,00 % al 2,00 %. El contenido de Cr se hace que sea preferiblemente del 1,10 % o superior. Además, el contenido de Cr se hace que sea preferiblemente del 1,80 % o inferior, más preferiblemente se hace que sea del 1,60 % o inferior. However, if the Cr content exceeds 2.0%, the hardening capacity becomes larger and the hardness before aging treatment sometimes exceeds 340 HV. Therefore, the Cr content is made to be from 1.00% to 2.00%. The Cr content is preferably made to be 1.10% or higher. Furthermore, the Cr content is preferably made to be 1.80% or less, more preferably it is made to be 1.60% or less.

Al: del 0,001 al 0,060 %Al: 0.001 to 0.060%

El Al es un elemento que tiene una acción desoxidante. Para obtener este efecto, se requiere su contenido sea del 0.001 % o superior. Sin embargo, si el contenido de Al es excesivo, se forman óxidos gruesos y la tenacidad disminuye. Por lo tanto, el contenido de Al se hace que sea del 0,001 al 0,060 %. El contenido de Al se hace que sea preferiblemente del 0,050 % o inferior.Al is an element that has a deoxidizing action. To obtain this effect, its content is required to be 0.001% or higher. However, if the Al content is excessive, thick oxides are formed and the toughness decreases. Therefore, the Al content is made to be 0.001 to 0.060%. The Al content is preferably made to be 0.050% or less.

V: del 0,22 al 0,55 %V: 0.22 to 0.55%

El V es el elemento más importante en el acero de la presente invención. En el momento del tratamiento de envejecimiento, el V se une con el C para formar carburos finos y, por lo tanto, tiene el efecto de aumentar la resistencia a la fatiga. Además, cuando el acero contiene Mo, el V tiene el efecto de combinarse con el Mo y precipitarse debido al tratamiento de envejecimiento y aumentar aún más la capacidad de endurecimiento por envejecimiento. Para obtener estos efectos, el V debe tener un contenido del 0,22 % o superior. Sin embargo, si el contenido de V se vuelve excesivo, incluso en el calentamiento en el momento de la forja en caliente, los carbonitruros no disueltos permanecen fácilmente dando lugar a una disminución de la tenacidad. Además, si el contenido de V se vuelve excesivo, a veces la dureza antes del tratamiento de envejecimiento termina aumentando. Por lo tanto, el contenido de V se hace que sea del 0,22 al 0,55 %. El contenido de V está preferiblemente por debajo del 0,45 %, más preferiblemente se hace que sea del 0,40 % o inferior. Además, el contenido de V se hace que sea preferiblemente del 0,25 % o superior, más preferiblemente se hace que sea del 0,27 % o superior.V is the most important element in the steel of the present invention. At the time of aging treatment, V joins with C to form fine carbides, and therefore has the effect of increasing fatigue resistance. Furthermore, when steel contains Mo, V has the effect of combining with Mo and precipitating due to aging treatment and further increasing the ability of aging hardening. To obtain these effects, the V must have a content of 0.22% or higher. However, if the V content becomes excessive, even on heating at the time of hot forging, the undissolved carbonitrides easily remain, leading to a decrease in toughness. Also, if the V content becomes excessive, sometimes the hardness before the aging treatment ends up increasing. Therefore, the content of V is made to be 0.22 to 0.55%. The content of V is preferably below 0.45%, more preferably it is made to be 0.40% or less. Furthermore, the content of V is preferably made to be 0.25% or more, more preferably it is made to be 0.27% or more.

N: más del 0,0080 al 0,0170 %N: more than 0.0080 to 0.0170%

El N tiene el efecto de potenciar la precipitación de carbonitruros de V en el momento del envejecimiento y aumentar el límite elástico. Para obtener este efecto de manera suficiente, el contenido de N se hace que sea superior al 0,0080 %. Sin embargo, si el contenido de N excede el 0,0170 %, en el momento de la forja en caliente, los carbonitruros de V no entran en una disolución y en el siguiente momento de envejecimiento la precipitación de una cantidad suficiente de carbonitruros de V finos se vuelve difícil, por lo que disminuye el límite elástico. Por lo tanto, el contenido de N se hace que sea superior al intervalo del 0,0080 al 0,0170 %. El contenido de N se hace que sea preferiblemente del 0,0090 % o superior, más preferiblemente se hace que sea del 0,0100 % o superior. Además, el contenido de N se hace que sea preferiblemente del 0,0160 % o inferior, más preferiblemente se hace que sea del 0,0150 % o inferior. N has the effect of enhancing the carbonitride precipitation of V at aging and increasing the elastic limit. To obtain this effect sufficiently, the N content is made to be greater than 0.0080%. However, if the N content exceeds 0.0170%, at the time of hot forging, the V carbonitrides do not enter a solution and at the next time of aging the precipitation of a sufficient amount of V carbonitrides Fine becomes difficult, so the elastic limit decreases. Therefore, the N content is made to be above the range of 0.0080 to 0.0170%. The N content is preferably made to be 0.0090% or more, more preferably it is made to be 0.0100% or more. Furthermore, the N content is preferably made to be 0.0160% or less, more preferably it is made to be 0.0150% or less.

El acero endurecible por envejecimiento de la presente invención se compone de los elementos anteriores de C a N y restos de Fe e impurezas, el P y Ti en las impurezas son P: del 0,03 % o inferior y Ti: inferior al 0,005 %, la fracción de área de la estructura bainítica es del 80 % o superior, y la relación eficaz de V (cantidad de V disuelto/cantidad total de V) es del 0,9 o más.The aging curable steel of the present invention is composed of the above elements from C to N and residues of Fe and impurities, the P and Ti in the impurities are P: 0.03% or less and Ti: less than 0.005% , the area fraction of the bainitic structure is 80% or more, and the effective ratio of V (amount of dissolved V / total amount of V) is 0.9 or more.

ImpurezasImpurities

Las "impurezas" indican elementos que entran desde los materiales de partida del mineral y residuos del entorno de fabricación, etc., cuando se producen materiales metálicos ferrosos a nivel industrial."Impurities" indicate elements that enter from the mineral starting materials and residues from the manufacturing environment, etc., when ferrous metal materials are produced at the industrial level.

P: del 0,03 % o inferiorP: 0.03% or less

El P es un elemento presente como una impureza y no es preferible en la presente invención. Es decir, P se separa en los límites del grano para producir así una disminución de la tenacidad. Por lo tanto, el contenido de P se hace que sea del 0,03 % o inferior. El contenido de P se hace que sea preferiblemente del 0,025 % o inferior.P is an element present as an impurity and is not preferable in the present invention. That is, P separates at the grain boundaries to produce a decrease in toughness. Therefore, the P content is made to be 0.03% or less. The P content is preferably made to be 0.025% or less.

Ti: inferior al 0,005 %Ti: less than 0.005%

El Ti es un elemento presente como una impureza y particularmente no es preferible en la presente invención. Es decir, el Ti se une con el N y/o el C para formar TiN y/o Tic dando lugar a una disminución de la resistencia. En particular, si el contenido llega a ser del 0,005 % o superior, la tenacidad se deteriora enormemente. Por lo tanto, el contenido de Ti se hace que sea del 0,005 %. Para garantizar una buena tenacidad, el contenido de Ti se hace que sea preferiblemente del 0,0035 % o inferior.Ti is an element present as an impurity and is particularly not preferable in the present invention. That is, Ti joins with N and / or C to form TiN and / or Tic, leading to a decrease in resistance. In particular, if the content becomes 0.005% or higher, the toughness deteriorates greatly. Therefore, the Ti content is made to be 0.005%. To ensure good toughness, the Ti content is preferably made to be 0.0035% or less.

EstructuraStructure

En el acero endurecible por envejecimiento de la presente invención, la fracción de área de la estructura bainítica es del 80% o superior. En la presente memoria, la fracción de área de la estructura bainítica significa la fracción de área en el caso de observar una estructura metálica en una posición de 1/3 de profundidad a 1/2 de profundidad de espesor desde la superficie del material de acero con un microscopio óptico. Si la fracción de área de la estructura bainítica es del 80 % o superior, se suprime la precipitación de V, la relación eficaz de V se hace mayor, y se puede obtener una alta resistencia a la fatiga y un alto límite de elasticidad al 0,2 %.In the aging curable steel of the present invention, the area fraction of the bainitic structure is 80% or greater. As used herein, the area fraction of the bainitic structure means the area fraction in the case of observing a metallic structure in a position 1/3 deep to 1/2 deep in thickness from the surface of the steel material with an optical microscope. If the area fraction of the bainitic structure is 80% or higher, the precipitation of V is suppressed, the effective ratio of V becomes higher, and high fatigue resistance and a high yield strength at 0 can be obtained. ,two %.

Relación eficaz de VEffective V ratio

La relación eficaz de V (cantidad de V disuelto/cantidad total de V) es de 0,9 o superior. En la presente memoria, la "relación eficaz de V " significa la cantidad de V disuelto en la cantidad total presente en el acero. Si la relación eficaz de V es de 0,9 o superior la cantidad de carbonitruros de V que se precipitan durante el tratamiento de envejecimiento se vuelve mayor y se puede obtener una alta resistencia a la fatiga y un alto límite de elasticidad al 0,2 %.The effective ratio of V (amount of dissolved V / total amount of V) is 0.9 or higher. As used herein, the "effective ratio of V" means the amount of dissolved V in the total amount present in the steel. If the effective ratio of V is 0.9 or higher, the amount of V carbonitrides that precipitate during the aging treatment becomes higher, and high fatigue resistance and a high elastic limit of 0.2 can be obtained. %.

Componentes opcionalesOptional components

A continuación, se hará referencia a los componentes opcionales que pueden estar presentes en el acero endurecible por envejecimiento de la presente invención.Next, reference will be made to optional components that may be present in the aging-curable steel of the present invention.

Mo: del 0,9 % o inferiorMo: 0.9% or less

El Mo, como el V, es un elemento con una temperatura de precipitación de carburos relativamente baja y es adecuado para el endurecimiento por envejecimiento. El Mo tiene el efecto de aumentar la capacidad de endurecimiento, haciendo que la bainita sea la fase principal de la estructura después de la forja en caliente, y de aumentar la fracción de área. El Mo tiene el efecto de formar carburos junto con el V para aumentar la capacidad de endurecimiento por envejecimiento en acero que contiene el 0,22 % o superior de V. Por este motivo, el Mo puede incluirse de acuerdo con la necesidad. Sin embargo, puesto que el Mo es un elemento extremadamente costoso, cuando su contenido aumenta, el coste de producción del acero aumenta y la resistencia también disminuye. Por lo tanto, cuando está presente, la cantidad de Mo se hace que sea del 0,9 % o inferior. La cantidad de Mo, cuando se incluye, es preferiblemente del 0,75 % o inferior, más preferiblemente del 0,60 % o inferior, y aún más preferiblemente inferior al 0,50 %. Por otro lado, para obtener de manera estable el efecto anterior del Mo, la cantidad de Mo cuando se incluye, deseablemente se hace que sea del 0, 05 % o superior, más deseablemente se hace que sea del 0,10 % o superior. Mo, like V, is an element with a relatively low carbide precipitation temperature and is suitable for hardening by aging. Mo has the effect of increasing hardening capacity, making bainite the main phase of the structure after hot forging, and increasing the area fraction. Mo has the effect of forming carbides together with V to increase the aging hardening capacity in steel containing 0.22% or more of V. For this reason, Mo can be included as needed. However, since Mo is an extremely expensive element, when its content increases, the cost of producing the steel increases and the resistance also decreases. Therefore, when present, the amount of Mo is made to be 0.9% or less. The amount of Mo, when included, is preferably 0.75% or less, more preferably 0.60% or less, and even more preferably less than 0.50%. On the other hand, to stably obtain the above effect of Mo, the amount of Mo when included is desirably made to be 0.05% or greater, more desirably is made to be 0.10% or greater.

Cu: del 0,3 % o inferiorCu: 0.3% or less

El Cu tiene el efecto de mejorar la resistencia a la fatiga. Por este motivo, el Cu se puede incluir según se necesite. Sin embargo, si aumenta el contenido de Cu, disminuye la trabajabilidad en caliente. Por lo tanto, cuando está presente el Cu, la cantidad se hace que sea del 0,3 % o inferior. La cantidad de Cu, cuando se incluye, preferiblemente se hace que sea del 0,25 % o inferior. Por otro lado, para obtener de forma estable el efecto de elevar la resistencia a la fatiga del Cu, la cantidad de Cu, cuando se incluye, deseablemente se hace que sea del 0,1% o superior.Cu has the effect of improving fatigue resistance. For this reason, Cu can be included as needed. However, if the Cu content increases, the hot workability decreases. Therefore, when Cu is present, the amount is made to be 0.3% or less. The amount of Cu, when included, is preferably made to be 0.25% or less. On the other hand, to stably obtain the effect of raising the fatigue resistance of Cu, the amount of Cu, when included, is desirably made to be 0.1% or more.

Ni: del 0,3 % o inferiorNi: 0.3% or less

El Ni tiene el efecto de mejorar la resistencia a la fatiga. Además, el Ni también tiene el efecto de suprimir la caída de la trabajabilidad en caliente debido al Cu. Por este motivo, el Ni se puede incluir según se necesite. Sin embargo, cuando el contenido de Ni aumenta, el coste aumenta y, además, los efectos anteriores también se saturan. Por lo tanto, cuando se incluye el Ni, se hace en una cantidad que sea del 0,3 % o inferior. La cantidad de Ni, cuando se incluye, preferiblemente se hace que sea del 0,25 % o inferior. Por otro lado, para obtener de manera estable los efectos anteriores del Ni, la cantidad de Ni cuando está presente, deseablemente se hace que sea del 0,1 % o superior. Ni has the effect of improving fatigue resistance. Furthermore, Ni also has the effect of suppressing the drop in hot workability due to Cu. For this reason, Ni can be included as needed. However, when the Ni content increases, the cost increases and, in addition, the above effects are also saturated. Therefore, when Ni is included, it is made in an amount that is 0.3% or less. The amount of Ni, when included, is preferably made to be 0.25% or less. On the other hand, to stably obtain the above effects of Ni, the amount of Ni when present is desirably made to be 0.1% or more.

Los anteriores Cu y Ni se pueden incluir como un solo tipo de uno de los mismos o como dos tipos combinados. El contenido total de los elementos, cuando se incluyen, puede ser del 0,6 % del caso donde los contenidos de Cu y Ni están en sus respectivos valores límite superiores.The above Cu and Ni can be included as a single type of one of the same or as two types combined. The total content of the elements, when included, may be 0.6% of the case where the Cu and Ni contents are at their respective upper limit values.

Ca: del 0,005 % o inferiorCa: 0.005% or less

El Ca tiene el efecto de alargar la vida útil. Por este motivo, el Ca se puede incluir de acuerdo con la necesidad. Sin embargo, si el contenido de Ca se hace mayor, se forman óxidos gruesos y se reduce la tenacidad. Por lo tanto, la cantidad de Ca, cuando se incluye, se hace que sea del 0,005 % o inferior. El contenido de Ca, cuando se incluye, preferiblemente se hace que sea del 0,0035 % o inferior. Por otro lado, para obtener de manera estable el efecto del Ca en el aumento de la vida útil, la cantidad de Ca cuando se incluye, deseablemente se hace que sea del 0,0005 % o superior.Ca has the effect of lengthening the useful life. For this reason, Ca can be included according to need. However, if the Ca content becomes higher, thick oxides are formed and toughness is reduced. Therefore, the amount of Ca, when included, is made to be 0.005% or less. The Ca content, when included, is preferably made to be 0.0035% or less. On the other hand, to stably obtain the effect of Ca on increasing useful life, the amount of Ca when included is desirably made to be 0.0005% or more.

Bi: del 0,4% o inferiorBi: 0.4% or less

El Bi tiene el efecto de reducir la resistencia de mecanizado y aumentar la vida útil. Por este motivo, el Bi se puede incluir de acuerdo con la necesidad. Sin embargo, si el contenido de Bi aumenta, provoca una caída en la trabajabilidad en caliente. Por lo tanto, la cantidad de Bi, cuando se incluye, se hace que sea del 0,4 % o inferior. La cantidad de Bi, cuando se incluye, preferiblemente se hace que sea del 0,3 % o inferior. Por otro lado, para obtener el efecto del Bi en la prolongación de la vida útil, la cantidad de Bi, cuando se incluye, deseablemente se hace que sea del 0,03 % o superior. Bi has the effect of reducing machining resistance and increasing service life. For this reason, the Bi can be included according to the need. However, if the Bi content increases, it causes a drop in hot workability. Therefore, the amount of Bi, when included, is made to be 0.4% or less. The amount of Bi, when included, is preferably made to be 0.3% or less. On the other hand, to obtain the effect of Bi in prolonging the useful life, the amount of Bi, when included, is desirably made to be 0.03% or more.

Los anteriores Ca y Bi se pueden incluir como un solo tipo de uno de los mismos o como dos tipos combinados. El contenido total de los elementos, cuando se incluyen, se puede hacer que sea del 0,405 % del caso en el que los contenidos de Ca y Bi están en sus respectivos valores límite superiores, pero preferiblemente se hace que sea del 0,3 % o inferior.The above Ca and Bi can be included as a single type of one of the same or as two types combined. The total content of the elements, when included, can be made to be 0.405% of the case in which the contents of Ca and Bi are at their respective upper limit values, but preferably it is made to be 0.3% or lower.

Valores calculados mediante fórmulas utilizando contenidos de elementos específicos: F1 (F1') y F2 (F2') El acero endurecible por envejecimiento de la presente invención satisface las condiciones de la composición química anteriormente mencionada (componentes esenciales y componentes opcionales), estructura y relación eficaz de V. Además, los valores F1 (F1') y F2 (F2') calculados mediante fórmulas que utilizan contenidos de elementos específicos deben ser de 1,00 o inferior y de 0,30 o superior, respectivamente. Values calculated by formulas using specific element contents: F1 (F1 ') and F2 (F2') The aging-curable steel of the present invention satisfies the conditions of the aforementioned chemical composition (essential components and optional components), structure and ratio Effective of V. In addition, the F1 (F1 ') and F2 (F2') values calculated by formulas using specific element contents must be 1.00 or less and 0.30 or more, respectively.

Primero, se explicará el valor F1 (F1') calculado mediante una fórmula que utiliza el contenido de elementos específicos.First, the calculated F1 (F1 ') value will be explained using a formula that uses the content of specific elements.

Es decir, cuando los elementos opcionales de Mo a Bi no están presentes, F1 se expresa mediante la fórmula F1 = C 0,1 x Si 0,2 x Mn 0,15 x Cr 0,35 x V .....(1)That is, when the optional elements from Mo to Bi are not present, F1 is expressed by the formula F1 = C 0.1 x Si 0.2 x Mn 0.15 x Cr 0.35 x V ..... ( one)

es 1,00 o inferior, y cuando uno o más elementos opcionales de Mo a Bi están presentes, F1' se expresa mediante la fórmulais 1.00 or less, and when one or more optional Mo to Bi elements are present, F1 'is expressed by the formula

F1' = C 0,1 x Si 0,2 xM n 0,15 x Cr 0,35 x V 0,2 x M o .....(1')F1 '= C 0.1 x Si 0.2 xM n 0.15 x Cr 0.35 x V 0.2 x M or ..... (1')

es 1,00 o inferior.is 1.00 or less.

Cabe señalar que, en la fórmula (1) y la fórmula (1') anteriores, los símbolos de los elementos significan el contenido de esos elementos en % en masa.It should be noted that, in formula (1) and formula (1 ') above, the symbols for the elements mean the content of those elements in% by mass.

F1 y F1' son indicadores que muestran la dureza antes del tratamiento de envejecimiento. Si el acero endurecible por envejecimiento de la presente invención satisface las condiciones relacionadas con las fórmulas F1 y F1' anteriores, la dureza antes del tratamiento de envejecimiento no es demasiado alta, la resistencia al mecanizado en el momento del mecanizado no es alta y se logra una vida útil más larga.F1 and F1 'are indicators that show hardness before aging treatment. If the aging-curable steel of the present invention satisfies the conditions related to formulas F1 and F1 'above, the hardness before aging treatment is not too high, the machining resistance at machining is not high, and the longer lifespan.

F1 y F1' son preferiblemente de 0,97 o inferior, más preferiblemente de 0,95 o inferior. Además, F1 y F1' son preferiblemente de 0,60 o superior, más preferiblemente de 0,65 o superior.F1 and F1 'are preferably 0.97 or less, more preferably 0.95 or less. Furthermore, F1 and F1 'are preferably 0.60 or greater, more preferably 0.65 or greater.

La Figura 1 es un gráfico que muestra la relación entre la dureza antes del envejecimiento (ordenada; HV) y los valores de F1 de varios tipos de acero (abscisa). Como se desprende del gráfico de la Figura 1, se descubre una fuerte correlación positiva primaria entre los dos. Si F1 < 1,00 o inferior, se considera que la dureza antes del envejecimiento es < 340 HV.Figure 1 is a graph showing the relationship between hardness before aging (ordinate; HV) and the F1 values of various types of steel (abscissa). As can be seen from the graph in Figure 1, a strong primary positive correlation is found between the two. If F1 <1.00 or less, the hardness before aging is considered to be <340 HV.

A continuación, se explicará el valor F2 (F2') calculado mediante una fórmula que utiliza contenidos de elementos específicos.Next, we will explain the value F2 (F2 ') calculated using a formula that uses specific element contents.

Es decir, cuando los elementos opcionales de Mo a Bi no están presentes, F2 se expresa mediante la fórmula F2 = -4,5 x C Mn Cr - 3,5 x V .....(2)That is, when the optional elements from Mo to Bi are not present, F2 is expressed by the formula F2 = -4.5 x C Mn Cr - 3.5 x V ..... (2)

es 0,30 o superior y cuando uno o más elementos opcionales de Mo a Bi están presentes, F2' se expresa mediante la fórmulais 0.30 or greater and when one or more optional Mo to Bi elements are present, F2 'is expressed by the formula

F2'= -4,5 x C Mn Cr - 3,5 x V -0,8 x Mo.....(2')F2 '= -4.5 x C Mn Cr - 3.5 x V -0.8 x Mo ..... (2')

es 0,30 o inferior.is 0.30 or less.

Cabe señalar que, en la fórmula (2) y la fórmula (2') anteriores, los símbolos de los elementos significan los contenidos de esos elementos en % en masa.It should be noted that, in formula (2) and formula (2 ') above, the symbols for the elements mean the contents of those elements in% by mass.

F2 y F2' son indicadores que muestran la tenacidad después del tratamiento de envejecimiento. Es decir, al satisfacer la condición de F1 o F1', a veces la tenacidad después del envejecimiento disminuye y la tenacidad objetivo no se puede garantizar, por lo que es necesario prescribir por separado F2 y F2'.F2 and F2 'are indicators that show toughness after aging treatment. That is, by satisfying the condition of F1 or F1 ', sometimes the toughness after aging decreases and the target toughness cannot be guaranteed, so it is necessary to separately prescribe F2 and F2'.

La Figura 2 es una vista que muestra una relación entre un valor de impacto Charpy de un material de acero después del envejecimiento y un valor F2. Como se muestra en esta figura, se observa una relación correlativa positiva entre el valor de impacto de Charpy (J) después del tratamiento de envejecimiento y el valor de F2 (abscisa). Cuando F2 o F2' es inferior a 0,30, la tenacidad después del tratamiento de envejecimiento no se obtiene de manera suficiente. Para obtener un límite elástico de 800 MPa o superior, al tiempo que se garantiza la tenacidad deseada, es necesario hacer que los contenidos de los elementos de aleación anteriores que se sitúan dentro de los intervalos prescritos, satisfagan las condiciones de F1 y F1' y satisfagan las condiciones de F2 o F2'. Figure 2 is a view showing a relationship between a Charpy impact value of a steel material after aging and an F2 value. As shown in this figure, a positive correlative relationship is observed between the Charpy impact value (J) after aging treatment and the F2 value (abscissa). When F2 or F2 'is less than 0.30, the toughness after the aging treatment is not sufficiently obtained. In order to obtain an elastic limit of 800 MPa or higher, while guaranteeing the desired toughness, it is necessary to ensure that the contents of the above alloying elements that are within the prescribed ranges satisfy the conditions of F1 and F1 'and satisfy the conditions of F2 or F2 '.

F2 y F2' son preferiblemente de 0,45 o superior, más preferiblemente son de 0,60 o superior.F2 and F2 'are preferably 0.45 or higher, more preferably they are 0.60 or higher.

Cabe señalar que, si F2 llega a ser alta, a menudo la dureza antes del envejecimiento también llega a ser alta. Sin embargo, siempre que F1 esté controlada a 1,00 o inferior, incluso si F2 es alta, la dureza antes del envejecimiento no será demasiado alta y no se degradará la maquinabilidad. En consecuencia, no hay necesidad de establecer un límite superior para F2. Del mismo modo, si F1' es de 1,00 o inferior, no hay necesidad de establecer particularmente un límite superior para F2'.It should be noted that if F2 becomes high, the hardness before aging often becomes high as well. However, as long as F1 is controlled at 1.00 or less, even if F2 is high, the hardness before aging will not be too high and the machinability will not degrade. Consequently, there is no need to set an upper limit for F2. Similarly, if F1 'is 1.00 or less, there is no need to particularly set an upper limit for F2'.

Método de producción de acero endurecible por envejecimientoAging-curable steel production method

El método de producción del acero endurecible por envejecimiento de la presente invención no está particularmente limitado. Se puede utilizar un método general para fundir el acero y ajustar la composición química.The method of producing the age-curable steel of the present invention is not particularly limited. A general method can be used to melt the steel and adjust the chemical composition.

Método de producción de piezas utilizando acero endurecible por envejecimientoParts production method using aging-hardenable steel

A continuación, se mostrará un ejemplo del método de producción de una pieza mecánica para automóviles, maquinaria industrial, maquinaria de construcción, etc., utilizando como material el acero endurecible por envejecimiento de la presente invención, que se produce de la siguiente manera.Next, an example of the production method of a mechanical part for automobiles, industrial machinery, construction machinery, etc., will be shown, using as material the aging-curable steel of the present invention, which is produced in the following way.

Primero, se prepara un material utilizado para forja en caliente (en lo sucesivo, denominado "material para uso en forja en caliente") a partir de un acero con una composición química ajustada al intervalo anteriormente mencionado. Como material para uso en forja en caliente, se puede utilizar una palanquilla obtenida por desbaste de un lingote, una palanquilla obtenida por desbaste de un material de colada continua, o varillas de acero obtenidas por laminación en caliente o forja en caliente de estas palanquillas, etc.First, a material used for hot forging (hereinafter referred to as "material for use in hot forging") is prepared from a steel with a chemical composition adjusted to the above-mentioned range. As the material for use in hot forging, there may be used a billet obtained by roughing an ingot, a billet obtained by roughing a continuous casting material, or steel rods obtained by hot rolling or hot forging of these billets, etc.

A continuación, el material para uso en forja en caliente se forja en caliente y se mecaniza para terminar el material trabajado con una forma de pieza predeterminada. Cabe señalar que la forja en caliente se realiza, por ejemplo, calentando el material para uso en forja en caliente a una temperatura 1.100 a 1.350 °C durante un período de tiempo de 0,1 a 300 minutos, a continuación se deja que la temperatura de la superficie después de la forja final caiga a 900 °C o más, y luego se enfría hasta la temperatura ambiente a una velocidad media de enfriamiento de 10 a 90 °C/min en la región de temperatura de 800 a 400 °C.The material for use in hot forging is then hot forged and machined to finish the worked material with a predetermined part shape. It should be noted that hot forging is done, for example, by heating the material for use in hot forging to a temperature of 1,100 to 1,350 ° C for a time period of 0.1 to 300 minutes, then the temperature is allowed to from the surface after final forging falls to 900 ° C or more, and then cools to room temperature at an average cooling rate of 10 to 90 ° C / min in the temperature region of 800 to 400 ° C.

Además, el material trabajado enfriado de ahí obtenido se mecaniza posteriormente para terminarlo en una forma de pieza predeterminada.Furthermore, the cooled worked material obtained therefrom is subsequently machined to be finished in a predetermined part shape.

Finalmente, el material trabajado se somete a tratamiento de envejecimiento para obtener una pieza mecánica para un automóvil, maquinaria industrial, maquinaria de construcción, etc. provista de las características deseadas. El tratamiento de envejecimiento se realiza, por ejemplo, en la región de temperatura de 540 a 700 °C, preferiblemente de 560 a 680 °C. El tiempo de retención del tratamiento de envejecimiento se ajusta según el tamaño (masa) de la pieza mecánica para la inmersión, aunque puede ser de 30 a 1.000 minutos.Finally, the worked material is subjected to aging treatment to obtain a mechanical part for an automobile, industrial machinery, construction machinery, etc. provided with the desired characteristics. The aging treatment is carried out, for example, in the temperature region of 540 to 700 ° C, preferably of 560 to 680 ° C. The retention time of the aging treatment is adjusted according to the size (mass) of the mechanical part for immersion, although it can be from 30 to 1,000 minutes.

Ejemplo 1Example 1

Los aceros 2 a 10, 13, 14 y 16 a 27 de las composiciones químicas mostradas en la Tabla 1 se fundieron en un horno de fusión al vacío de 50 kg. Los aceros 2 a 10, 13, 14, 16 y 17 en la Tabla 1 son aceros con composiciones químicas dentro de los intervalos prescritos en la presente invención. Por otro lado, los aceros 18 a 27 en la Tabla 1 son aceros con composiciones químicas fuera de las condiciones prescritas por la presente invención. Steels 2 to 10, 13, 14 and 16 to 27 of the chemical compositions shown in Table 1 were melted in a 50 kg vacuum melting furnace. Steels 2 to 10, 13, 14, 16, and 17 in Table 1 are steels with chemical compositions within the ranges prescribed in the present invention. On the other hand, steels 18 to 27 in Table 1 are steels with chemical compositions outside of the conditions prescribed by the present invention.

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Se calentaron los lingotes de los diversos aceros a 1.250 °C, luego se forjaron en caliente formando barras de acero de diámetros de 60 mm. Se enfriaron las varillas de acero forjado en caliente a temperatura ambiente en la atmósfera. Después de eso, se calentaron a 1.250 °C durante 30 minutos, luego visualizando la forja en forma de pieza, se forjaron en caliente conformando barillas de acero con un diámetro de 35 mm, al tiempo que las temperaturas de la superficie de las barillas forjadas en el momento del acabado se mantuvieron desde 950 a 1.100 °C. Después de la forja en caliente, se enfriaron todas las varillas a temperatura ambiente en la atmósfera. La velocidad de enfriamiento en el momento de permitir que las varillas se enfriaran en la atmósfera se midió después enterrando un termopar cerca de R/2 de las varillas de acero forjadas en caliente en las condiciones anteriores ("R" indica el radio de las varillas de acero), elevando nuevamente la temperatura hasta cerca de la temperatura de acabado de la forja en caliente, permitiendo luego que las varillas se enfriaran en la atmósfera. La velocidad media de enfriamiento en la región de temperatura de 800 a 400 °C después de la forja medida de esta manera fue de aproximadamente 40 °C/min.The ingots of the various steels were heated to 1,250 ° C, then hot forged to form 60 mm diameter steel bars. The hot forged steel rods were cooled to room temperature in the atmosphere. After that, they were heated at 1,250 ° C for 30 minutes, then visualizing the forge in the form of a piece, they were hot forged forming steel bars with a diameter of 35 mm, while the surface temperatures of the forged bars at the time of finishing they were maintained from 950 to 1,100 ° C. After hot forging, all rods were cooled to room temperature in the atmosphere. The cooling rate at the time of allowing the rods to cool in the atmosphere was then measured by burying a thermocouple near R / 2 of the hot forged steel rods under the above conditions ("R" indicates the radius of the rods steel), again raising the temperature to near the finishing temperature of the hot forge, then allowing the rods to cool in the atmosphere. The average cooling rate in the temperature region of 800 to 400 ° C after forging measured in this way was approximately 40 ° C / min.

Para cada acero, una parte de las varillas de acero forjadas en caliente hasta un diámetro de 35 mm, se enfrió luego a temperatura ambiente, en el estado no sometido a un tratamiento de envejecimiento (es decir, en el estado en que se enfrió), se cortaron las dos partes finales de las varillas de acero en 100 mm de longitud, luego se cortaron las piezas de ensayo de las partes centrales restantes y se determinó la dureza antes del tratamiento de envejecimiento. For each steel, a portion of the hot-forged steel rods up to a diameter of 35 mm was then cooled to room temperature, in the state not subjected to an aging treatment (i.e. in the state in which it was cooled) , the two final parts of the steel rods were cut to 100 mm in length, then the test pieces of the remaining central parts were cut and the hardness was determined before the aging treatment.

Por otro lado, para cada acero, se sometió el resto de las varillas de acero forjado en caliente a envejecimiento manteniéndolas a una temperatura de 600 a 630 °C durante un periodo de tiempo de 60 a 180 minutos, se cortaron las dos partes finales de las varillas de acero en 100 mm de longitud, luego se recortaron las piezas de ensayo de las partes centrales restantes y se determinó la dureza después del tratamiento de envejecimiento. Además, para cada acero, se recortaron las piezas de ensayo de las varillas de acero y se determinó la energía de absorción en un ensayo de impacto Charpy, resistencia a la fatiga, y límite elástico después del tratamiento de envejecimiento.On the other hand, for each steel, the rest of the hot-forged steel rods were subjected to aging keeping them at a temperature of 600 to 630 ° C for a period of time of 60 to 180 minutes, the two final parts of The steel rods were 100mm in length, then the test pieces were cut from the remaining central parts and the hardness was determined after the aging treatment. In addition, for each steel, the test pieces were cut from the steel rods and the absorption energy was determined in a Charpy impact, fatigue strength, and yield strength test after the aging treatment.

Se midió la dureza de la siguiente manera. Primero, se cortó una varilla de acero, se entierró en resina para que la superficie de corte fuese la superficie medida, luego se pulió con un acabado de espejo para preparar una pieza de ensayo. A continuación, basándose en el "Ensayo de dureza Vickers - Método de ensayo" según la norma JIS Z 2244 (2009), se midieron 10 puntos cerca de la Parte R/2 de la superficie medida ("R" que indica el radio) para determinar la dureza con una fuerza de ensayo de 9,8 N. Se promediaron aritméticamente los valores de los 10 puntos anteriores para obtener la dureza Vickers. Cuando la dureza antes del tratamiento de envejecimiento fue de 340 HV o menos, se consideró que la producción en masa era industrialmente posible incluso con piezas mecanizadas en diversas condiciones. Esto se consideró el objetivo. La pieza de ensayo después de la medición de la dureza se corroyó con Nital y se observó la estructura, por lo que la estructura de la pieza de ensayo de cada acero también fue principalmente bainítica con algunas estructuras de MA mezcladas.Hardness was measured in the following manner. First, a steel rod was cut, buried in resin so that the cutting surface was the measured surface, then polished with a mirror finish to prepare a test piece. Next, based on the "Vickers Hardness Test - Test Method" according to JIS Z 2244 (2009), 10 points were measured near the R / 2 Part of the measured surface ("R" indicating the radius) to determine the hardness with a test force of 9.8 N. The values of the 10 previous points were arithmetically averaged to obtain the Vickers hardness. When the hardness before aging treatment was 340 HV or less, mass production was considered to be industrially possible even with machined parts in various conditions. This was considered the objective. The test piece after hardness measurement was corroded with Nital and the structure was observed, so the structure of the test piece of each steel was also mainly bainitic with some mixed MA structures.

Se evaluó la dureza después del tratamiento de envejecimiento mediante un ensayo de impacto Charpy realizado con una pieza de ensayo estándar con muesca en U con una profundidad de muesca de 2 mm y un radio inferior de muesca de 1 mm. Cuando la energía de absorción a una temperatura de ensayo de 20 °C fue de 25J o más, se consideró lo suficientemente alta. Esto se consideró el objetivo.Hardness after aging treatment was evaluated by a Charpy impact test performed with a standard U-notched test piece with a notch depth of 2 mm and a lower notch radius of 1 mm. When the absorption energy at a test temperature of 20 ° C was 25J or more, it was considered high enough. This was considered the objective.

Se determinó la resistencia a la fatiga fabricando una probeta de ensayo de fatiga por flexión giratoria de tipo Ono con un diámetro de la parte paralela de 8 mm y una longitud de 106 mm. Es decir, la pieza de ensayo anterior se tomó para que el centro de la pieza de ensayo de fatiga se convierta en la parte R/2 de una varilla de acero. Se realizó un ensayo de fatiga por flexión giratoria de tipo Ono ocho veces en aire a temperatura ambiente con la condición de que la relación de tensiones fuese de -1. El valor máximo de la amplitud de tensión se tomó como la resistencia a la fatiga antes de producirse la rotura hasta que el número de repeticiones alcanzó 1,0 x 107. Cuando la resistencia a la fatiga fue de 490 MPa o más, se consideró que la resistencia a la fatiga era lo suficientemente alta y esto se convirtió en el objetivo.Fatigue resistance was determined by manufacturing an Ono rotary flex fatigue test specimen with a parallel part diameter of 8 mm and a length of 106 mm. That is, the above test piece was taken so that the center of the fatigue test piece becomes the R / 2 part of a steel rod. An Ono rotary flexion fatigue test was performed eight times in air at room temperature with the condition that the stress ratio was -1. The maximum value of the stress amplitude was taken as the fatigue resistance before the break occurred until the number of repetitions reached 1.0 x 107. When the fatigue resistance was 490 MPa or more, it was considered that fatigue resistance was high enough and this became the goal.

Se realizó un ensayo de tracción utilizando una probeta de ensayo de tracción de 14A según la norma JIS que tenía una parte paralela $6, se encontró el límite de elasticidad al 0,2% mediante el método de compensación utilizando una deformación plástica prescrita del 0,2%, y el límite de elasticidad se hizo igual a esto. Cuando el límite de elasticidad fue de 800 MPa o más, se consideró lo suficientemente alto y se convirtió en el objetivo. La Tabla 2 muestra los resultados de las evaluaciones. A tensile test was performed using a 14A tensile test specimen according to the JIS standard that had a parallel part $ 6, the yield limit was found at 0.2% by the compensation method using a prescribed plastic deformation of 0, 2%, and the elastic limit became the same. When the elastic limit was 800 MPa or more, it was considered high enough and became the target. Table 2 shows the results of the evaluations.

Tabla 2Table 2

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Como se desprende de la Tabla 2, en el caso de los "ejemplos de invención" de los ensayos nos A2 a A10, A13, A14, A16 y A17 que tienen la composición química, estructura y relación eficaz de V de (cantidad de V disuelto/cantidad total de V) prescritos en la presente invención y los valores calculados mediante las fórmulas que utilizan los contenidos de elementos específicos, la dureza antes del tratamiento de envejecimiento pasa a ser de 340 HV o menos, mientras que debido al tratamiento de envejecimiento, la resistencia a la fatiga pasa a ser de 510 MPa o más, el límite elástico pasa a ser de 815 MPa o más, y la energía de absorción en el ensayo de impacto Charpy pasa a ser de 36J o más. Por este motivo, se alcanzan todos los valores objetivo, de modo que se puede obtener tanto resistencia como tenacidad después del tratamiento de envejecimiento, y la dureza antes del tratamiento de envejecimiento también es baja, por lo que se puede esperar una caída en la resistencia al mecanizado y una mayor vida útil.As can be seen from Table 2, in the case of the "invention examples" of tests Nos. A2 to A10, A13, A14, A16 and A17 that have the chemical composition, structure and effective ratio of V of (amount of V dissolved / total amount of V) prescribed in the present invention and the values calculated by the formulas that use the contents of specific elements, the hardness before the aging treatment becomes 340 HV or less, while due to the aging treatment , the fatigue resistance becomes 510 MPa or more, the elastic limit becomes 815 MPa or more, and the absorption energy in the Charpy impact test becomes 36J or more. For this reason, all the target values are reached, so that both strength and toughness can be obtained after the aging treatment, and the hardness before the aging treatment is also low, so a drop in strength can be expected. machining and a longer service life.

A diferencia de esto, en el caso de los "ejemplos comparativos" de los ensayos nos B1 a B10, que están fuera de lo prescrito en la presente invención, no se puede obtener al menos una de las actuaciones específicas.In contrast to this, in the case of the "comparative examples" of tests Nos. B1 to B10, which are outside the requirements of the present invention, at least one of the specific actions cannot be obtained.

Aplicabilidad industrialIndustrial applicability

El acero endurecible por envejecimiento de la presente invención puede garantizar una dureza adecuada antes del tratamiento de envejecimiento (de 340 HV o menos) y promete una caída de la resistencia al mecanizado y una mayor vida útil. Además, si se utiliza el acero endurecible por envejecimiento de la presente invención, debido al tratamiento de envejecimiento realizado después del mecanizado, se pueden garantizar una resistencia a la fatiga adecuada (de 490 MPa o más), límite elástico (de 800 MPa o más) y valor de impacto (de 25J o más). Por este motivo, el acero endurecible por envejecimiento de la presente invención se puede utilizar de manera sumamente adecuada como material para piezas mecánicas en automóviles, maquinaria industrial, maquinaria de construcción, etc. The aging-curable steel of the present invention can guarantee adequate hardness before aging treatment (340 HV or less) and promises a drop in machining resistance and a longer service life. Furthermore, if the aging-curable steel of the present invention is used, due to the aging treatment performed after machining, adequate fatigue strength (490 MPa or more), yield strength (800 MPa or more) can be ensured ) and impact value (25J or more). For this reason, the aging curable steel of the present invention can be used very suitably as a material for mechanical parts in automobiles, industrial machinery, construction machinery, etc.

Claims (5)

REIVINDICACIONES 1. Acero endurecible por envejecimiento que comprende, en % en masa, C: del 0,09 % al 0,20 %, Si: del 0,01 % al 0,40 %, Mn: del 1,5 % al 2,5 %, S: del 0,001 % al 0,045 %, Cr: más del 1,00 % al 2,00 %, Al: del 0,001 % al 0,060 %, V: del 0,22 % al 0,55 %, N: más del 0,0080 % al 0,0170 %, opcionalmente Mo: del 0,9 % o inferior, además opcionalmente uno o más de Cu: del 0,3 % o inferior y Ni: del 0,3 % o inferior, y además opcionalmente uno o más de Ca: del 0,005 % o inferior y Bi: del 0,4 % o inferior, y restos de Fe e impurezas, siendo P y Ti en estas impurezas P: del 0,03 % o inferior y Ti: inferior al 0,005 %, en donde1. Steel hardenable by aging that comprises, in mass % , C: from 0.09 % to 0.20%, Si: from 0.01 % to 0.40%, Mn: from 1.5% to 2, 5%, S: 0.001% to 0.045%, Cr: more than 1.00% to 2.00%, Al: 0.001% to 0.060%, V: 0.22% to 0.55%, N: more than 0.0080% to 0.0170%, optionally Mo: 0.9% or less, optionally one or more of Cu: 0.3% or less and Ni: 0.3% or less, and also optionally one or more of Ca: 0.005% or less and Bi: 0.4% or less, and residues of Fe and impurities, with P and Ti in these impurities P: 0.03% or less and Ti: less than 0.005%, where una fracción de área de las estructuras bainíticas es del 80 % o superior,an area fraction of the bainitic structures is 80% or greater, una relación eficaz de V que es la cantidad de V disuelto/cantidad total de V, es del 0,9 o más, yan effective ratio of V which is the amount of dissolved V / total amount of V, is 0.9 or more, and una composición química es una en la que el F1 expresado mediante la siguiente fórmula (1') es de 1,00 o menos y el F2 expresado mediante la siguiente fórmula (2') es de 0,30 o más:A chemical composition is one in which the F1 expressed by the following formula (1 ') is 1.00 or less and the F2 expressed by the following formula (2') is 0.30 or more: F1 = C 0,1 x Si 0,2 x Mn 0,15 x Cr 0,35 x V 0,2 x M o ..... (1') F2 = -4,5 x C Mn Cr - 3,5 x V -0,8 x Mo..... (2') en donde, en las fórmulas anteriores (1') y (2'), los símbolos de los elementos significan el contenido de los elementos en % en masa.F1 = C 0.1 x Si 0.2 x Mn 0.15 x Cr 0.35 x V 0.2 x M or ..... (1 ') F2 = -4.5 x C Mn Cr - 3 , 5 x V -0.8 x Mo ..... (2 ') where, in the previous formulas (1') and (2 '), the symbols of the elements mean the content of the elements in% in mass. 2. El acero endurecible por envejecimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende Mo: del 0,9 % o inferior.2. The aging-curable steel according to claim 1, comprising Mo: 0.9% or less. 3. El acero endurecible por envejecimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, que comprende uno o más de Cu: el 0,3 % o inferior y Ni: el 0,3 % o inferior.3. The aging-curable steel according to claim 1 or 2, comprising one or more of Cu: 0.3% or less and Ni: 0.3% or less. 4. Acero endurecible por envejecimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende uno o más de Ca: el 0,005 % o inferior y Bi: el 0,4 % o inferior.4. Aging curable steel according to any one of claims 1 to 3, comprising one or more of Ca: 0.005% or less and Bi: 0.4% or less. 5. Un método para producir una pieza utilizando un acero endurecible por envejecimiento, que comprende: una etapa de forja para calentar el acero endurecible por envejecimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 a una temperatura de 1.100 a 1.350 °C durante un período de tiempo de 0,1 a 300 minutos, a continuación se forja de modo que la temperatura de la superficie después de terminar la forja sea de 900 °C o más, después se enfría hasta temperatura ambiente mientras se hace que la velocidad media de enfriamiento en una región de temperatura de 800 a 400 °C sea una velocidad de 10 a 90 °C/min,5. A method of producing a part using an aging-curable steel, comprising: a forging step for heating the aging-curable steel according to any one of claims 1 to 4 at a temperature of 1,100 to 1,350 ° C during a period of time from 0.1 to 300 minutes, then it is forged so that the surface temperature after finishing the forging is 900 ° C or more, then it is cooled to room temperature while making the average speed cooling in a temperature region of 800 to 400 ° C is a speed of 10 to 90 ° C / min, una etapa de mecanizado que mecaniza el acero después de la forja, ya machining stage that machines the steel after forging, and una etapa de tratamiento de envejecimiento que mantiene el acero después del mecanizado en la región de temperatura de 540 a 700 °C durante un período de tiempo de 30 a 1.000 minutos. an aging treatment step that maintains the steel after machining in the temperature region of 540 to 700 ° C for a period of time of 30 to 1,000 minutes.
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