JP2003034839A - High-strength medium carbon steel - Google Patents

High-strength medium carbon steel

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JP2003034839A
JP2003034839A JP2001352952A JP2001352952A JP2003034839A JP 2003034839 A JP2003034839 A JP 2003034839A JP 2001352952 A JP2001352952 A JP 2001352952A JP 2001352952 A JP2001352952 A JP 2001352952A JP 2003034839 A JP2003034839 A JP 2003034839A
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Japan
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medium carbon
carbon steel
less
jis
steel
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JP2001352952A
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Japanese (ja)
Inventor
Hitoshi Kinoshita
斎 木下
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Sanyo Special Steel Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Special Steel Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve strength of stele parts compose of a high-strength medium carbon steel including Ti, by making the metal structure martensitic with ultra fine crystal grains. SOLUTION: The high-strength medium carbon steel includes, by mass%, 0.30-0.80% C, 0.03-0.50% Si, 0.20-2.0% Mn, more than 0.1% to 0.2% Ti, 0.01% or less N, 0.005-0.050% Al, and the balance Fe with unavoidable impurities, and the martensitic structure having old austenitic grains which have been fined to sizes of No.11 prescribed in JIS G0551. The parts of high-strength medium carbon steel include the martensitic structure having fined grains to No.11 in JIS G0551 or finer by double quenching the above steel.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、機械構造用中炭素
鋼からなる部品、例えば、ギヤ、CVJなどの高強度化
が要求される自動車用鋼部品に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to parts made of medium carbon steel for machine structures, for example, automotive steel parts such as gears and CVJs, which require high strength.

【0002】[0002]

【従来の技術】ギヤ、CVJなどの自動車用部品では、
小型軽量化に伴う高強度化が要求される。そこで、1)
SNCMなどのNi鋼のように合金元素を添加して高強
度化を図っている。しかし、このように合金元素を添加
して高強度化を図った場合、素材コストが高くなり、冷
間加工性が劣るために冷間鍛造ができず、さらに熱間鍛
造後そのままでは切削できないので焼鈍などの熱処理が
必要となるなどの問題がある。
2. Description of the Related Art In automobile parts such as gears and CVJs,
Higher strength is required due to smaller size and lighter weight. So 1)
Alloying elements such as Ni steel such as SNCM are added to increase the strength. However, when alloy elements are added to increase the strength in this way, the material cost increases and cold workability is poor, so cold forging cannot be performed, and furthermore, after hot forging, it cannot be cut as it is. There is a problem that heat treatment such as annealing is required.

【0003】2)さらに、2回焼入れを行って結晶粒の
微細化を図って高強度化している。しかし、この場合
も、例えば、S53Cなどの一般鋼を使用した場合で
は、結晶粒の微細化に限界があり十分な高強度化ができ
ない問題がある。
2) Further, quenching is carried out twice to make the crystal grains finer to enhance the strength. However, even in this case, for example, when general steel such as S53C is used, there is a limit to the refinement of crystal grains, and there is a problem that sufficient high strength cannot be achieved.

【0004】3)あるいは、加工処理により結晶粒の微
細化を図って高強度化している。しかしこの場合も、成
形と熱処理を組み合わせるため、成形の難しいものには
適用できないなど部品形状限定されるなどの問題があ
る。
3) Alternatively, the strength is increased by making the crystal grains finer by processing. However, also in this case, since the molding and the heat treatment are combined, there is a problem that the shape of the part is limited such that it cannot be applied to those difficult to mold.

【0005】また、特開2000−63979の公報に
開示の方法は、高周波焼入れ時のγ粒の粗大化を防ぐも
のであった。
The method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-63979 prevents coarsening of γ grains during induction hardening.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、従来の上記の問題点を解消することであ
り、2回焼入れまたはベイナイト組織からの焼入れによ
り、積極的に旧オーステナイト粒を超微細化して強度を
向上させることを目的とする。
The problem to be solved by the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and the former austenite grains are positively removed by double hardening or hardening from a bainite structure. The purpose is to make it ultra-fine and improve its strength.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】課題を解決するための本
発明の手段は、請求項1の発明では、質量%で、C:
0.30〜0.80%、Si:0.03〜0.50%、
Mn:0.20〜2.0%、Ti:0.1%超〜0.2
%、N:0.015%以下、Al:0.005〜0.0
50%を含有し、残部Feおよび不可避不純物からな
り、旧オーステナイト結晶粒度がJIS G0551で
規定されているNo.11以上まで微細化したマルテン
サイト組織からなることを特徴とする高強度中炭素鋼で
ある。
Means for Solving the Problems The means for solving the problems according to the present invention is as follows.
0.30 to 0.80%, Si: 0.03 to 0.50%,
Mn: 0.20 to 2.0%, Ti: more than 0.1% to 0.2
%, N: 0.015% or less, Al: 0.005-0.0
It contains 50% and consists of the balance Fe and unavoidable impurities. The former austenite grain size is specified by JIS G 0551 No. It is a high-strength medium carbon steel characterized by comprising a martensite structure refined to 11 or more.

【0008】請求項2の発明では、請求項1の手段の鋼
成分に、さらに、質量%で、Cr:2.0%以下、M
o:2.0%以下、Ni:3.0%以下のうち1種又は
2種以上を含有し、残部Feおよび不可避不純物からな
り、旧オーステナイト結晶粒度がJIS G0551で
規定されているNo.11以上まで微細化したマルテン
サイト組織からなることを特徴とする高強度中炭素鋼で
ある。
According to the invention of claim 2, in addition to the steel composition of the means of claim 1, in mass%, Cr: 2.0% or less, M
o: 2.0% or less and Ni: 3.0% or less, one or more of them are contained, and the balance Fe and unavoidable impurities are included, and the former austenite grain size is defined by JIS G 0551. It is a high-strength medium carbon steel characterized by comprising a martensite structure refined to 11 or more.

【0009】請求項3の発明では、請求項1の手段の鋼
成分に、さらに、質量%で、V:0.02〜0.10
%、Nb:0.02〜0.10%の1種または2種を含
有し、残部Feおよび不可避不純物からなり、旧オース
テナイト結晶粒度がJIS G0551で規定されてい
るNo.11以上まで微細化したマルテンサイト組織か
らなることを特徴とする高強度中炭素鋼である。
According to the invention of claim 3, in addition to the steel component of the means of claim 1, V: 0.02 to 0.10.
%, Nb: 0.02 to 0.10% of 1 type or 2 types, the balance Fe and unavoidable impurities, and the former austenite grain size of No. 1 specified in JIS G 0551. It is a high-strength medium carbon steel characterized by comprising a martensite structure refined to 11 or more.

【0010】請求項4の発明では、請求項1の手段の鋼
成分に、さらに、質量%で、Cr:2.0%以下、M
o:2.0%以下、Ni:3.0%以下のうち1種又は
2種以上を含有し、かつ、さらにV:0.02〜0.1
0%、Nb:0.02〜0.10%の1種または2種を
含有し、残部Feおよび不可避不純物からなり、旧オー
ステナイト結晶粒度がJIS G0551で規定されて
いるNo.11以上まで微細化したマルテンサイト組織
からなることを特徴とする高強度中炭素鋼である。
According to the invention of claim 4, in addition to the steel component of the means of claim 1, in mass%, Cr: 2.0% or less, M
o: 2.0% or less, Ni: 3.0% or less, one or more kinds are contained, and V: 0.02 to 0.1.
0%, Nb: 0.02 to 0.10% of 1 type or 2 types, the balance Fe and unavoidable impurities, and the former austenite grain size is defined by JIS G 0551. It is a high-strength medium carbon steel characterized by comprising a martensite structure refined to 11 or more.

【0011】請求項5の発明では、請求項1〜4のいず
れか1項の手段の鋼成分に、さらに、質量%で、B:
0.0005〜0.005%を含有し、残部Feおよび
不可避不純物からなり、旧オーステナイト結晶粒度がJ
IS G0551で規定されているNo.11以上まで
微細化したマルテンサイト組織からなることを特徴とす
る高強度中炭素鋼である。
According to the invention of claim 5, in addition to the steel component of the means of any one of claims 1 to 4, B% in mass%:
0.0005 to 0.005% is contained, the balance is Fe and inevitable impurities, and the former austenite grain size is J
No. specified in IS G0551. It is a high-strength medium carbon steel characterized by comprising a martensite structure refined to 11 or more.

【0012】請求項6の発明では、質量%で、C:0.
30〜0.80%、Si:0.03〜0.50%、M
n:0.20〜2.0%、N:0.020%、特に0.
015%以下、Al:0.005〜0.05%を含有
し、さらにTi:0.05〜0.2%、V:0.02〜
0.10%、Nb:0.02〜0.1%のうち1種ない
し2種以上を含有し、残部Feおよび不可避不純物から
なり、旧オーステナイト結晶粒度がJIS G0551
で規定されているNo.11以上まで微細化したマルテ
ンサイト組織からなることを特徴とする高強度中炭素鋼
である。
According to the sixth aspect of the invention, C: 0.
30 to 0.80%, Si: 0.03 to 0.50%, M
n: 0.20 to 2.0%, N: 0.020%, especially 0.
015% or less, Al: 0.005-0.05% is contained, Ti: 0.05-0.2%, V: 0.02-
0.10%, Nb: 0.02 to 0.1%, containing 1 or 2 or more, balance Fe and inevitable impurities, and former austenite grain size is JIS G0551.
No. specified in. It is a high-strength medium carbon steel characterized by comprising a martensite structure refined to 11 or more.

【0013】請求項7の発明では、請求項6の手段の鋼
成分に、さらに、質量%で、Cr:2.0%以下、M
o:2.0%以下、Ni:3.0%以下のうち1種又は
2種以上を含有し、残部Feおよび不可避不純物からな
り、旧オーステナイト結晶粒度がJIS G0551で
規定されているNo.11以上まで微細化したマルテン
サイト組織からなることを特徴とする高強度中炭素鋼で
ある。
In the invention of claim 7, in addition to the steel composition of the means of claim 6, in mass%, Cr: 2.0% or less, M
o: 2.0% or less and Ni: 3.0% or less, one or more of them are contained, and the balance Fe and unavoidable impurities are included, and the former austenite grain size is defined by JIS G 0551. It is a high-strength medium carbon steel characterized by comprising a martensite structure refined to 11 or more.

【0014】請求項8の発明では、請求項6または7の
手段の鋼成分に、さらに、質量%で、B:0.0005
〜0.005%を含有し、残部Feおよび不可避不純物
からなり、旧オーステナイト結晶粒度がJIS G05
51で規定されているNo.11以上まで微細化したマ
ルテンサイト組織からなることを特徴とする高強度中炭
素鋼である。
According to the invention of claim 8, in addition to the steel composition of the means of claim 6 or 7, B: 0.0005 in mass%.
.About.0.005%, balance Fe and unavoidable impurities, former austenite grain size is JIS G05
No. 51 specified in No. 51. It is a high-strength medium carbon steel characterized by comprising a martensite structure refined to 11 or more.

【0015】請求項9の発明では、請求項1〜8のいず
れか1項の手段の鋼成分に、被削性改善のため、さら
に、質量%で、S:0.01〜0.2%、Pb:0.0
1〜0.3%、Bi:0.01〜0.3%、Te:0.
01〜0.2%、Se:0.01〜0.2%、Ca:
0.0003〜0.01%、Mg:0.0003〜0.
01%、Sn:0.01〜0.2%から選択した1種な
いし2種以上を含有し、残部Feおよび不可避不純物か
らなり、旧オーステナイト結晶粒度がJIS G055
1で規定されているNo.11以上まで微細化したマル
テンサイト組織からなることを特徴とする高強度中炭素
鋼である。
According to the invention of claim 9, in order to improve the machinability, the steel composition of the means of any one of claims 1 to 8 is further mass% S: 0.01 to 0.2%. , Pb: 0.0
1 to 0.3%, Bi: 0.01 to 0.3%, Te: 0.
01-0.2%, Se: 0.01-0.2%, Ca:
0.0003-0.01%, Mg: 0.0003-0.
01%, Sn: 0.01 to 0.2%, one or more selected from, and the balance Fe and unavoidable impurities. The former austenite grain size is JIS G055.
No. 1 specified in No. 1 It is a high-strength medium carbon steel characterized by comprising a martensite structure refined to 11 or more.

【0016】請求項10の発明では、請求項1〜9のい
ずれか1項の手段のマルテンサイト組織の高強度肌焼鋼
からなる鋼部品を、2回焼入れを行い、JIS G05
51No.11以上まで微細化したマルテンサイト組織
からなるものとしたことを特徴とする高強度中炭素鋼部
品である。
In a tenth aspect of the invention, a steel part made of a high-strength case hardening steel having a martensitic structure according to any one of the first to ninth aspects is quenched twice to obtain JIS G05.
51 No. It is a high-strength medium carbon steel part characterized by having a martensite structure refined to 11 or more.

【0017】上記の請求項10の発明における、2回焼
入れに代えて、ベイナイト組織から焼入れを行うこと
で、JIS G0551 No.11以上まで微細化し
たマルテンサイト組織からなるものとした高強度中炭素
鋼部品とすることもできる。
In accordance with JIS G 0551 No. 3, by quenching from the bainite structure instead of the double quenching in the invention of claim 10 described above. It is also possible to obtain a high-strength medium carbon steel part having a martensite structure refined to 11 or more.

【0018】本発明の中炭素鋼に含有される鋼成分の限
定理由を述べる。なお、%は質量%を示す。C:Cは機
械構造用部品として芯部強度を確保するために必要な元
素であるが、0.30%未満では焼入れ時の硬さが低く
なり、反対に0.80%を超えると焼入れ時の硬さは飽
和し、かつ加工性が低下する。そのため、含有量を0.
30〜0.80%とした。
The reasons for limiting the steel components contained in the medium carbon steel of the present invention will be described. In addition,% shows the mass%. C: C is an element necessary to secure the core strength as a machine structural part, but if it is less than 0.30%, the hardness at the time of quenching becomes low, and if it exceeds 0.80%, at the time of quenching. Hardness is saturated and the workability is lowered. Therefore, the content is 0.
It was set to 30 to 0.80%.

【0019】Si:Siは0.03%未満では脱酸効果
が十分に得られず、過剰に含有させると加工性を低下さ
せるため上限を0.50%とした。そのため含有量を
0.03〜0.50%とした。
Si: If Si is less than 0.03%, a sufficient deoxidizing effect cannot be obtained, and if it is excessively contained, the workability is deteriorated, so the upper limit was made 0.50%. Therefore, the content is set to 0.03 to 0.50%.

【0020】Mn:Mnは焼入れ性を確保するのに必要
な元素であり、0.20%以下ではその効果が十分に得
られず、また2.0%を超えると鋼中で偏析し加工性を
低下させる。そのため、含有量を0.20〜2.0%と
した。
Mn: Mn is an element necessary for ensuring the hardenability, and if it is less than 0.20%, its effect is not sufficiently obtained, and if it exceeds 2.0%, it segregates in the steel and the workability is deteriorated. Lower. Therefore, the content is set to 0.20 to 2.0%.

【0021】Ti:Tiは鋼中のfree−Nを固定し
Bの焼入れ性への効果を向上させると共にTi炭化物、
Tiを含有する複合炭化物、Ti窒化物を微細に析出さ
せることによって焼入れ焼戻しし、または高周波焼入れ
焼戻し時のオーステナイト結晶粒の粗大化を抑制する。
Tiが0.05%未満ではその効果は十分でなく、0.
1%を超えることが望ましい。しかし、0.2%を超え
ると析出物の量が過剰となり加工性を低下させる。その
ため、請求項1の手段では含有量を0.1%超〜0.2
%とし、請求項6の手段では含有量を0.05〜0.2
%とした。
Ti: Ti fixes free-N in steel and improves the effect of B on the hardenability, and at the same time Ti carbide,
By finely precipitating a Ti-containing composite carbide or Ti nitride, quenching and tempering, or suppressing coarsening of austenite crystal grains during induction hardening and tempering.
If the content of Ti is less than 0.05%, the effect is not sufficient.
It is desirable to exceed 1%. However, if it exceeds 0.2%, the amount of precipitates becomes excessive and the workability deteriorates. Therefore, in the means of claim 1, the content is more than 0.1% to 0.2.
%, And the content is 0.05 to 0.2 by the means of claim 6.
%.

【0022】N:N:Nは0.015%を超えて、殊に
0.020%を超えて含有するとTiNが増加し、疲労
特性に悪影響を及ぼす。そのため、請求項6の発明で
は、含有量を0.020%、特に請求項1の発明では、
0.015%以下とした。
If the content of N: N: N exceeds 0.015%, especially 0.020%, TiN increases and the fatigue characteristics are adversely affected. Therefore, in the invention of claim 6, the content is 0.020%, and particularly in the invention of claim 1,
It was set to 0.015% or less.

【0023】Al:Alは脱酸材として使用される元素
であり、0.005%未満ではその効果が十分でなく
0.050%を超えるとアルミナ系酸化物が増加し疲労
特性、加工性を低下させる。そのため、含有量を0.0
05〜0.050%とした。
Al: Al is an element used as a deoxidizing agent. If it is less than 0.005%, its effect is not sufficient, and if it exceeds 0.050%, the amount of alumina-based oxide increases to improve fatigue properties and workability. Lower. Therefore, the content is 0.0
It was set to 05 to 0.050%.

【0024】Cr、Mo、Ni:Cr、Mo、Niは焼
入れ性の向上および曲げ強度向上に効果のある元素で選
択的に添加できるが、多すぎると効果は飽和する。C
r:2.0%以下、Mo:2.0%以下、Ni:3.0
%以下のうち1種または2種以上を材料の用途に応じて
適宜使用しても良い。
Cr, Mo, Ni: Cr, Mo and Ni are elements effective for improving hardenability and bending strength, and can be selectively added, but if the amount is too large, the effect is saturated. C
r: 2.0% or less, Mo: 2.0% or less, Ni: 3.0
% Or less, one or two or more may be appropriately used depending on the use of the material.

【0025】V:Vは炭化物を形成し、Ti同様にオー
ステナイト結晶粒度の粗大化を抑制する効果がある。特
に、鋼中に微細分散したナノオーダーのVCが結晶粒の
成長を抑制する。Vが0.02%未満ではその効果が得
られず、0.10%を超えて含有させると析出物の量が
過剰となり加工性を低下させる。そのため、含有量を
0.02〜0.10%とした。
V: V forms a carbide and has the effect of suppressing coarsening of the austenite grain size, similar to Ti. In particular, nano-order VC finely dispersed in steel suppresses the growth of crystal grains. If V is less than 0.02%, the effect cannot be obtained, and if it exceeds 0.10%, the amount of precipitates becomes excessive and the workability is deteriorated. Therefore, the content is set to 0.02 to 0.10%.

【0026】Nb:Nbは炭化物あるいは窒化物を形成
し、Ti同様にオーステナイト結晶粒度の粗大化を抑制
する効果がある。特に、鋼中に微細分散したナノオーダ
ーのNbCが結晶粒の成長を抑制する。Nbが0.02
%未満ではその効果が得られず、0.10%を超えて含
有させると析出物の量が過剰となり加工性を低下させ
る。そのため、含有量を0.02〜0.10%とした。
なお、請求項3の手段ではV、Nbを1種または2種を
含有でき、請求項6の発明ではTi、V、Nbのうち1
種または2種以上を含有することができる。
Nb: Nb forms a carbide or a nitride and, like Ti, has the effect of suppressing coarsening of the austenite grain size. In particular, nano-order NbC finely dispersed in steel suppresses the growth of crystal grains. Nb is 0.02
If it is less than 0.1%, the effect cannot be obtained, and if it exceeds 0.10%, the amount of precipitates becomes excessive and the workability is deteriorated. Therefore, the content is set to 0.02 to 0.10%.
The means of claim 3 can contain one or two kinds of V and Nb, and one of Ti, V and Nb in the invention of claim 6
It may contain one species or two or more species.

【0027】B:Bは極く微量の添加によって鋼の焼入
性を著しく向上させる元素であり、任意に選択的に添加
できる元素であり、かつ焼入れ焼戻しまたは高周波焼入
れ焼戻し処理後の曲げ特性を大幅に改善する。しかし、
0.0005%未満ではその効果は十分でなく、0.0
05%を超えると逆に焼入れ性を低下させる。そのた
め、含有量を0.0005〜0.005%とした。
B: B is an element that remarkably improves the hardenability of steel by the addition of a very small amount, is an element that can be selectively added arbitrarily, and has the bending property after quenching and tempering or induction hardening and tempering. Greatly improve. But,
If less than 0.0005%, the effect is not sufficient, and 0.0
On the contrary, if it exceeds 05%, the hardenability is deteriorated. Therefore, the content is set to 0.0005 to 0.005%.

【0028】被削性の改善元素として、さらに、S:
0.01〜0.2%、Pb:0.01〜0.3%、B
i:0.01〜0.3%、Te:0.01〜0.2%、
Se:0.01〜0.2%、Ca:0.0003〜0.
01%、Mg:0.0003〜0.01%、Sn:0.
01〜0.2%から選択した1種ないし2種以上を含有
することができる。これらの元素は、その下限値以下で
は十分な被削性改善の効果はなく、その上限値を超える
と逆に靱性を低下するので上限値以下とする。
As elements for improving machinability, S:
0.01-0.2%, Pb: 0.01-0.3%, B
i: 0.01 to 0.3%, Te: 0.01 to 0.2%,
Se: 0.01-0.2%, Ca: 0.0003-0.
01%, Mg: 0.0003 to 0.01%, Sn: 0.
One or more selected from 01 to 0.2% can be contained. Below these lower limits, these elements have no sufficient machinability-improving effect, and above their upper limits conversely lower toughness, so they are made below the upper limit.

【0029】本発明の作用について述べると、本発明は
鋼の強度を向上させるために、Tiを添加した中炭素鋼
において、旧オーステナイト粒がJIS G0551で
規定されているNo.11以上に極めて微細化したマル
テンサイト組織の中炭素鋼を使用する。これによって鋼
の破壊起点が粒界破壊から、粒内破壊へと移行し、曲げ
強度、衝撃特性が向上する。
The operation of the present invention will be described. In the present invention, in order to improve the strength of the steel, the former austenite grains in the medium carbon steel to which Ti is added have the former austenite grain No. defined by JIS G 0551. A medium carbon steel with a martensite structure extremely refined to 11 or more is used. As a result, the fracture starting point of steel shifts from intergranular fracture to intragranular fracture, and bending strength and impact properties are improved.

【0030】本発明の上記の中炭素鋼からなる鋼部品
は、さらに2回焼入れを行うことが特に重要であり、通
常の焼入れ(高周波焼入れを含む)ままでは、結晶粒は
超微細化はしない。一旦焼入れし、前組織をマルテンサ
イト(またはベイナイト)にした状態で焼入れすると超
微細化する。
It is particularly important that the steel part made of the above-mentioned medium carbon steel of the present invention is further hardened twice, and the crystal grains do not become ultra-fine when the normal hardening (including induction hardening) is left as it is. . If it is once hardened and then hardened with the previous structure being martensite (or bainite), it becomes ultra-fine.

【0031】ここでは、マルテンサイト(またはベイナ
イト)は、再焼入れの加熱時にオーステナイトに一旦な
るが、このオーステナイト生成サイトが多いため、いた
るところからオーステナイト粒ができる。そしてこのオ
ーステナイト粒を微細分散したTiCがピンニングし、
結晶粒の成長を止める。その状態から焼き入れされるた
め、超微細化したマルテンサイト組織ができる。
Here, martensite (or bainite) once becomes austenite at the time of heating for re-quenching, but since there are many austenite formation sites, austenite grains are formed everywhere. Then, the TiC finely dispersed the austenite grains are pinned,
Stop the growth of crystal grains. Since quenching is performed from that state, an ultrafine martensite structure is formed.

【0032】すなわち、Tiを添加した中炭素鋼(出願
人の開発した鋼で、特開2000−63979に開示の
中炭素鋼)を旧オーステナイト結晶粒度がJIS G0
551で規定されているNo.11以上まで微細化した
マルテンサイト組織からなる中炭素鋼とし、この中炭素
鋼からなる鋼部品に、特に、2回焼入れすることによ
り、結晶粒が超微細化することを利用している。一般鋼
(S53Cなど)も2回焼入れすることにより微細化す
るが、粒度No.11未満程度が限界であり、また、混
粒が発生し易い。
That is, a medium carbon steel containing Ti (a steel developed by the applicant and disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-63979) has a former austenite grain size of JIS G0.
No. stipulated in No. 551. A medium carbon steel having a martensite structure refined to 11 or more is used, and a steel part made of this medium carbon steel is utilized, in particular, by quenching twice to make the crystal grains ultrafine. General steel (S53C etc.) is also refined by quenching twice, but grain size No. There is a limit of less than 11 and mixed particles are likely to occur.

【0033】Tiを添加した中炭素鋼の場合、特開20
00−63979に開示の発明では、上記のS53Cな
どと同様に、結晶粒の粗大化は阻止されて高強度となっ
ているが、粒度はNo.11未満程度である。これに対
し、本発明では、旧オーステナイト結晶粒度がJIS
G0551で規定されているNo.11以上まで微細化
したマルテンサイト組織からなる中炭素鋼とし、このT
i添加の中炭素鋼からなる鋼部品を、2回焼入れするこ
とにより、ナノオーダーのTiCが微細に分散し、結晶
粒の成長を止める(ピンニング効果)。これにより一般
鋼では達成できなかった領域の結晶粒度No.11を超
えて超微細化することが可能となり、この結晶粒の超微
細化により、さらに高強度化が図れるものである。
In the case of medium carbon steel to which Ti is added, Japanese Patent Laid-Open No.
In the invention disclosed in No. 00-63979, the coarsening of the crystal grains is prevented and the strength becomes high as in the case of S53C described above, but the grain size is No. It is less than about 11. On the other hand, in the present invention, the former austenite grain size is JIS
No. specified in G0551. A medium carbon steel composed of a martensite structure refined to 11 or more
By quenching the steel part made of medium carbon steel with i added twice, the nano-order TiC is finely dispersed and the growth of crystal grains is stopped (pinning effect). As a result, the grain size No. of the region that could not be achieved with general steel was obtained. It becomes possible to achieve ultrafine graining exceeding 11, and by further miniaturizing the crystal grains, higher strength can be achieved.

【0034】これにより、Niなどの高価な元素を用い
なくとも、機械的性質(曲げ強度、靱性など)を大幅に
向上させることができる。また加工熱処理ではないの
で、全ての部品に適用できる。
As a result, the mechanical properties (flexural strength, toughness, etc.) can be greatly improved without using expensive elements such as Ni. Since it is not a thermomechanical treatment, it can be applied to all parts.

【0035】[0035]

【発明の実施の形態】本発明の請求項1〜9の実施の形
態の中炭素鋼は、表1および表2の発明鋼のNo.9〜
No.33で示す鋼組成で、さらに旧オーステナイト粒
がJIS G0551で規定されているNo.11以上
に極めて微細化したマルテンサイト組織の中炭素鋼から
なり、ナノオーダーのTiCを微細分散したTi添加の
中炭素鋼である。請求項10の実施の形態の鋼部品は、
上記のTi添加の中炭素鋼からなる鋼部品を、浸炭後、
再焼入れして結晶粒をJIS G0551 No.11
以上まで微細化したマルテンサイト組織からなるものと
したものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The medium carbon steels according to the embodiments of claims 1 to 9 of the present invention are No. 1 of the invention steels of Tables 1 and 2. 9 ~
No. In the steel composition shown in No. 33, the former austenite grains are No. No. specified in JIS G0551. It is a medium carbon steel with a martensite structure extremely refined to 11 or more, and Ti addition medium carbon steel in which nano-order TiC is finely dispersed. The steel component according to the embodiment of claim 10 is
After carburizing the steel parts made of the above-mentioned Ti-added medium carbon steel,
Re-quenched to obtain crystal grains according to JIS G0551 No. 11
It is assumed to be composed of the martensite structure that has been refined to the above.

【0036】[0036]

【実施例】表1および表2に示す比較鋼および発明鋼の
供試材を100kg真空溶解炉にて溶製してなる鋼片を
1250℃に加熱してφ32mmの棒鋼に鍛伸した。こ
の場合、微細なTi、Nb、V炭化物を析出させるため
には鋼片を1250〜1400℃で圧延する。さらに棒
線に圧延するときは、Ac3〜1050℃で圧延する。
次いで、950℃で仕上げ鍛伸して、さらにφ14mm
×21mmHの円柱試験片に加工した後、850℃で
0.5時間保持して2回焼入れし、180℃に1.5時
間保持して焼戻しする。次いで、硬化層比率(表面から
500HVとなる点までの距離/部品半径)が0.25
以上となるように高周波焼入し、150℃で焼戻した
後、曲げ試験を行った。破断荷重の比で評価した。
[Examples] Steel pieces prepared by melting the test materials of the comparative steels and the invention steels shown in Tables 1 and 2 in a 100kg vacuum melting furnace were heated to 1250 ° C and forged into φ32mm steel bars. In this case, in order to precipitate fine Ti, Nb, and V carbides, the steel slab is rolled at 1250 to 1400 ° C. Further, when rolling into a bar wire, rolling is performed at Ac 3 to 1050 ° C.
Next, finish forging at 950 ° C and further φ14mm
After being processed into a cylindrical test piece of × 21 mmH, it is held at 850 ° C. for 0.5 hours to be quenched twice, and then held at 180 ° C. for 1.5 hours to be tempered. Next, the ratio of the hardened layer (distance from the surface to the point where 500 HV is reached / part radius) is 0.25
After induction hardening as described above and tempering at 150 ° C., a bending test was performed. Evaluation was made by the ratio of the breaking load.

【0037】[0037]

【表1】 [Table 1]

【0038】[0038]

【表2】 [Table 2]

【0039】上記で得られた試験片の結晶粒をJIS
GO551の規定により測定し、その結果を表3および
表4に示す。本発明鋼のNo.9〜33は、比較鋼のN
o.1〜8に比し粒度No.は高く、いずれもNo.1
1以上で、結晶粒が超微粒であることがわかる。
The crystal grains of the test piece obtained above were measured according to JIS.
It was measured according to the rules of GO551, and the results are shown in Tables 3 and 4. The steel of the present invention No. 9 to 33 are N of comparative steels
o. The particle size No. Is high, and both are No. 1
It can be seen that when it is 1 or more, the crystal grains are ultrafine grains.

【0040】さらに、亀裂発生荷重と破断荷重を評価す
るために、静的3点曲げ試験を行い、その結果を比較鋼
No.1に対する比で表3に示す。静的3点曲げ試験
は、2回焼入れした角10mm×長さ70mmの試験片
に、2mmVノッチを設け、スパン間距離50mmで行
った。本発明鋼の供試材のNo.9〜33は、比較鋼の
供試材のNo.1〜8に比し初期亀裂発生荷重および亀
裂発生荷重で優れており、特にNo.1に比し2倍以上
の初期亀裂発生荷重で優れていることが分かる。
Further, in order to evaluate the crack initiation load and the fracture load, a static three-point bending test was carried out, and the results are shown as comparative steel No. The ratio to 1 is shown in Table 3. The static three-point bending test was performed at a distance between spans of 50 mm by providing a 2 mm V notch on a test piece having a corner of 10 mm and a length of 70 mm that has been quenched twice. No. of the test material of the present invention steel Nos. 9 to 33 are sample materials of comparative steels. Excellent in initial cracking load and cracking load as compared with Nos. 1 to 8, and particularly No. It is understood that the initial crack initiation load of 2 times or more as compared with 1 is excellent.

【0041】[0041]

【表3】 [Table 3]

【0042】また、さらに衝撃値を評価するために、2
回焼入れした角10mm×長さ55mmの試験片に、1
0RC 2mmノッチを設けて、シャルピー衝撃試験を
行い、その結果を比較鋼No.1に対する比で表4に示
す。本発明鋼の供試材のNo.9〜33は、比較鋼の供
試材のNo.1〜8に比し格段に衝撃値で優れており、
特にNo.1に比し2倍以上の衝撃値で優れていること
が分かる
In order to further evaluate the impact value, 2
1 time on a test piece of 10 mm square and 55 mm long that has been tempered.
0RC 2mm notch was provided and a Charpy impact test was performed, and the result was compared with Comparative Steel No. The ratio to 1 is shown in Table 4. No. of the test material of the present invention steel Nos. 9 to 33 are sample materials of comparative steels. Compared to 1-8, it is much superior in impact value,
Especially No. It can be seen that the impact value is more than twice that of 1.

【0043】[0043]

【表4】 [Table 4]

【0044】[0044]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、Tiを
添加した中炭素鋼を、旧オーステナイト結晶粒度がJI
S G0551で規定されているNo.11以上まで微
細化したマルテンサイト組織からなる高強度中炭素鋼と
し、さらにこの中炭素鋼から鋼部品とし、2回焼入れを
することで、結晶粒度をJIS G0551 No.1
1以上まで微細化したマルテンサイト組織からなるもの
が得られ、自動車用部品として従来にない高強度の中炭
素鋼部品が得られる。
As described above, according to the present invention, the medium carbon steel to which Ti is added has the former austenite grain size of JI.
No. stipulated by SG0551. A high-strength medium carbon steel composed of a martensite structure refined to 11 or more is made into a steel part from this medium carbon steel, and the grain size is determined according to JIS G0551 No. 2 by quenching twice. 1
One having a martensite structure refined to 1 or more can be obtained, and a high-strength medium carbon steel part which has never been obtained as an automobile part can be obtained.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 質量%で、C:0.30〜0.80%、
Si:0.03〜0.50%、Mn:0.20〜2.0
%、Ti:0.1%超〜0.2%、N:0.015%以
下、Al:0.005〜0.050%を含有し、残部F
eおよび不可避不純物からなり、旧オーステナイト結晶
粒度がJIS G0551で規定されているNo.11
以上まで微細化したマルテンサイト組織からなることを
特徴とする高強度中炭素鋼。
1. C: 0.30 to 0.80% by mass%,
Si: 0.03 to 0.50%, Mn: 0.20 to 2.0
%, Ti: more than 0.1% to 0.2%, N: 0.015% or less, Al: 0.005 to 0.050%, and the balance F.
e and unavoidable impurities and the former austenite grain size is defined by JIS G 0551 No. 11
A high-strength medium carbon steel characterized by comprising a martensite structure refined to the above.
【請求項2】 請求項1記載の鋼成分に、さらに、質量
%で、Cr:2.0%以下、Mo:2.0%以下、N
i:3.0%以下のうち1種又は2種以上を含有し、残
部Feおよび不可避不純物からなり、旧オーステナイト
結晶粒度がJIS G0551で規定されているNo.
11以上まで微細化したマルテンサイト組織からなるこ
とを特徴とする高強度中炭素鋼。
2. The steel composition according to claim 1, further comprising Cr: 2.0% or less, Mo: 2.0% or less, and N in mass%.
i: One or more of 3.0% or less is contained, the balance is Fe and unavoidable impurities, and the former austenite grain size is No. specified by JIS G0551.
A high-strength medium carbon steel characterized by comprising a martensite structure refined to 11 or more.
【請求項3】 請求項1記載の鋼成分に、さらに、質量
%で、V:0.02〜0.10%、Nb:0.02〜
0.10%の1種または2種を含有し、残部Feおよび
不可避不純物からなり、旧オーステナイト結晶粒度がJ
IS G0551で規定されているNo.11以上まで
微細化したマルテンサイト組織からなることを特徴とす
る高強度中炭素鋼。
3. The steel composition according to claim 1, further comprising V: 0.02 to 0.10% and Nb: 0.02 in mass%.
0.10% of 1 type or 2 types is contained, the balance is Fe and unavoidable impurities, and the former austenite grain size is J
No. specified in IS G0551. A high-strength medium carbon steel characterized by comprising a martensite structure refined to 11 or more.
【請求項4】 請求項1記載の鋼成分に、さらに、質量
%で、Cr:2.0%以下、Mo:2.0%以下、N
i:3.0%以下のうち1種又は2種以上を含有し、か
つ、さらにV:0.02〜0.10%、Nb:0.02
〜0.10%の1種または2種を含有し、残部Feおよ
び不可避不純物からなり、旧オーステナイト結晶粒度が
JIS G0551で規定されているNo.11以上ま
で微細化したマルテンサイト組織からなることを特徴と
する高強度中炭素鋼。
4. The steel composition according to claim 1, further comprising Cr: 2.0% or less, Mo: 2.0% or less, and N in mass%.
i: One or more of 3.0% or less, and V: 0.02 to 0.10%, Nb: 0.02
.About.0.10% of 1 type or 2 types, the balance Fe and unavoidable impurities, and the former austenite grain size of No. 1 specified in JIS G 0551. A high-strength medium carbon steel characterized by comprising a martensite structure refined to 11 or more.
【請求項5】 請求項1〜4のいずれか1項に記載の鋼
成分に、さらに、質量%で、B:0.0005〜0.0
05%を含有し、残部Feおよび不可避不純物からな
り、旧オーステナイト結晶粒度がJIS G0551で
規定されているNo.11以上まで微細化したマルテン
サイト組織からなることを特徴とする高強度中炭素鋼。
5. The steel composition according to claim 1, further comprising B: 0.0005 to 0.0 in mass%.
No. No. specified by JIS G 0551, the former austenite grain size is defined by JIS No. 05551. A high-strength medium carbon steel characterized by comprising a martensite structure refined to 11 or more.
【請求項6】 質量%で、C:0.30〜0.80%、
Si:0.03〜0.50%、Mn:0.20〜2.0
%、N:0.020%以下、Al:0.005〜0.0
5%を含有し、さらにTi:0.05〜0.2%、V:
0.02〜0.10%、Nb:0.02〜0.1%のう
ち1種ないし2種以上を含有し、残部Feおよび不可避
不純物からなり、旧オーステナイト結晶粒度がJIS
G0551で規定されているNo.11以上まで微細化
したマルテンサイト組織からなることを特徴とする高強
度中炭素鋼。
6. In mass%, C: 0.30 to 0.80%,
Si: 0.03 to 0.50%, Mn: 0.20 to 2.0
%, N: 0.020% or less, Al: 0.005-0.0
5%, Ti: 0.05-0.2%, V:
0.02 to 0.10%, Nb: 0.02 to 0.1% of one or more of 0.02 to 0.1%, and the balance Fe and unavoidable impurities. The former austenite grain size is JIS.
No. specified in G0551. A high-strength medium carbon steel characterized by comprising a martensite structure refined to 11 or more.
【請求項7】 請求項6記載の鋼成分に、さらに、質量
%で、Cr:2.0%以下、Mo:2.0%以下、N
i:3.0%以下のうち1種又は2種以上を含有し、残
部Feおよび不可避不純物からなり、旧オーステナイト
結晶粒度がJIS G0551で規定されているNo.
11以上まで微細化したマルテンサイト組織からなるこ
とを特徴とする高強度中炭素鋼。
7. The steel composition according to claim 6, further comprising Cr: 2.0% or less, Mo: 2.0% or less, and N in mass%.
i: One or more of 3.0% or less is contained, the balance is Fe and unavoidable impurities, and the former austenite grain size is No. specified by JIS G0551.
A high-strength medium carbon steel characterized by comprising a martensite structure refined to 11 or more.
【請求項8】 請求項6または7に記載の鋼成分に、さ
らに、質量%で、B:0.0005〜0.005%を含
有し、残部Feおよび不可避不純物からなり、旧オース
テナイト結晶粒度がJIS G0551で規定されてい
るNo.11以上まで微細化したマルテンサイト組織か
らなることを特徴とする高強度中炭素鋼。
8. The steel composition according to claim 6 or 7, further containing B: 0.0005 to 0.005% by mass%, the balance being Fe and inevitable impurities, and having a former austenite grain size. The No. specified in JIS G0551. A high-strength medium carbon steel characterized by comprising a martensite structure refined to 11 or more.
【請求項9】 請求項1〜8のいずれか1項に記載の鋼
成分に、被削性改善のため、さらに、質量%で、S:
0.01〜0.2%、Pb:0.01〜0.3%、B
i:0.01〜0.3%、Te:0.01〜0.2%、
Se:0.01〜0.2%、Ca:0.0003〜0.
01%、Mg:0.0003〜0.01%、Sn:0.
01〜0.2%から選択した1種ないし2種以上を含有
し、残部Feおよび不可避不純物からなり、旧オーステ
ナイト結晶粒度がJIS G0551で規定されている
No.11以上まで微細化したマルテンサイト組織から
なることを特徴とする高強度中炭素鋼。
9. The steel composition according to claim 1, further comprising S: in mass% to improve machinability.
0.01-0.2%, Pb: 0.01-0.3%, B
i: 0.01 to 0.3%, Te: 0.01 to 0.2%,
Se: 0.01-0.2%, Ca: 0.0003-0.
01%, Mg: 0.0003 to 0.01%, Sn: 0.
It contains one or more selected from 01 to 0.2%, consists of the balance Fe and unavoidable impurities, and has a former austenite grain size of No. 1 specified in JIS G 0551. A high-strength medium carbon steel characterized by comprising a martensite structure refined to 11 or more.
【請求項10】 請求項1〜9のいずれか1項に記載の
マルテンサイト組織の高強度肌焼鋼からなる鋼部品を、
2回焼入れを行い、JIS G0551 No.11以
上まで微細化したマルテンサイト組織からなるものとし
たことを特徴とする高強度中炭素鋼部品。
10. A steel part made of a high-strength case hardening steel having a martensitic structure according to claim 1,
Quenching was performed twice, and JIS G0551 No. A high-strength medium carbon steel part characterized by comprising a martensite structure refined to 11 or more.
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JP2013072105A (en) * 2011-09-27 2013-04-22 Sanyo Special Steel Co Ltd Method for manufacturing steel having excellent toughness and wear resistance
WO2023155447A1 (en) * 2022-02-15 2023-08-24 南京钢铁股份有限公司 High wear resistance steel for coal mining and production method therefor

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