JP2008127594A - High strength hot forged non-heat treated steel component having excellent fatigue limit ratio - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hot forged non-heat treated steel component having excellent tensile strength and fatigue limit ratio even as-hot forged. <P>SOLUTION: (1) The high strength hot forged non-heat treated steel component has a composition comprising 0.10 to 0.50% C, 0.05 to 2% Si, 0.3 to 3% Mn, 0.005 to 0.1% Al, ≤0.05% P, ≤0.5% S, ≤0.003% O, ≤0.02% N, and at least Nb and/or Ti among Nb, Ti and V, and in which V may be comprised, where, in the case Nb is comprised, ≤0.2% Nb is satisfied, in the case Ti is comprised, ≤0.20% Ti, <0.010% N and Ti/N≥3.4 are all satisfied, in the case V is comprised, ≤0.6% V is satisfied, and the balance Fe with inevitable impurities. (2) In ferrite, Nb and/or Ti-containing precipitates (wherein, V may be comprised as well) are comprised, and the above precipitates with the average particle diameter of ≤15 μm in which prescribed MP value satisfies MP≥0.05 are comprised by ≥50 pieces/μm<SP>2</SP>. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、自動車などの輸送機器、建設機械、その他の産業機械などの部品として使用される熱間鍛造鋼部品に関し、特に、熱間鍛造後に熱処理を行なわなくても(非調質)、高い疲労限度比と高強度を有する熱間鍛造非調質鋼部品に関するものである。本発明の熱間鍛造非調質鋼部品は、特に、歯車、シャフト類、軸付き歯車などに好適に用いられる。   The present invention relates to a hot forged steel part used as a part of a transport device such as an automobile, a construction machine, or other industrial machine, and particularly, even if heat treatment is not performed after hot forging (non-tempered) The present invention relates to a hot forged non-heat treated steel part having a fatigue limit ratio and high strength. The hot forged non-heat treated steel part of the present invention is particularly suitable for gears, shafts, shaft gears, and the like.

自動車、建設機械、その他の各種産業機械に用いられる機械部品であって、特に高強度が要求される機械部品は、通常、熱間鍛造後に、焼入れ−焼戻しなどの熱処理(いわゆる調質処理)を施して必要な機械特性を付与して製造される。しかしながら、低コスト化や製造効率などの観点から、熱間鍛造まま(非調質)でも、所望の機械的特性、特に、強度と疲労限度比に優れた機械部品の提供が切望されている。   Machine parts used in automobiles, construction machinery, and other various industrial machines that require particularly high strength are usually subjected to heat treatment (so-called tempering treatment) such as quenching and tempering after hot forging. It is manufactured by applying necessary mechanical properties. However, from the viewpoint of cost reduction and production efficiency, it is desired to provide mechanical parts having excellent mechanical properties, particularly strength and fatigue limit ratio, even with hot forging (non-tempering).

強度向上の観点からは、例えば、C量を高めることが考えられるが、被削性が低下するといった問題がある。   From the viewpoint of improving the strength, for example, it is conceivable to increase the C content, but there is a problem that the machinability is lowered.

そこで、鋼中にTi、Nb、Vなどの析出強化元素を添加して疲労強度[特に、疲労限度比(=疲労強度/引張強度)]の改善を図る技術が提案されている(例えば、特許文献1および特許文献2)。しかしながら、特許文献1の方法では、高い疲労限度比を達成できるが引張強度は850MPa程度と低く、一方、特許文献2の方法では、高い引張強度を確保できるが疲労限度比が低下するといった問題がある。
特開昭62−167855号公報 特許第3485805号公報
Therefore, a technique for improving fatigue strength [particularly fatigue limit ratio (= fatigue strength / tensile strength)] by adding precipitation strengthening elements such as Ti, Nb, and V to steel has been proposed (for example, patents). Literature 1 and Patent literature 2). However, in the method of Patent Document 1, a high fatigue limit ratio can be achieved, but the tensile strength is as low as about 850 MPa. On the other hand, in the method of Patent Document 2, a high tensile strength can be secured, but the fatigue limit ratio decreases. is there.
Japanese Patent Laid-Open No. 62-167855 Japanese Patent No. 3485805

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱間鍛造まま(非調質)でも、引張強度と疲労限度比の両方に優れた熱間鍛造非調質鋼部品を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to provide a hot forged non-heat treated steel part that is excellent in both tensile strength and fatigue limit ratio even when hot forged (non-heat treated). There is to do.

上記課題を解決することのできた本発明に係る疲労限度比に優れた高強度熱間鍛造非調質鋼部品は、(1)鋼中成分は、C:0.10〜0.50%(質量%の意味、以下同じ。)、Si:0.05〜2%、Mn:0.3〜3%、Al:0.005〜0.1%、P:0.05%以下(0%を含まない)、S:0.5%以下(0%を含まない)、O:0.003%以下(0%を含まない)、N:0.02%以下(0%を含まない)を含有し、更に、Nb,Ti,Vのうち、少なくともNb及び/又はTiを含み、Vを含んでいても良く、Nbを含む場合は、Nb:0.2%以下(0%を含まない)であり、Tiを含む場合は、Ti:0.20%以下(0%を含まない)、N:0.010%未満(0%を含まない)、およびTi/N≧3.4をすべて満足し、Vを含む場合は、V:0.6%以下(0%を含まない)であり、残部:Feおよび不可避不純物を満足し、且つ、(2)フェライト中に、Nb及び/又はTi含有析出物(Vを更に含んでいてもよい)を含有し、且つ、下式で表されるMP値がMP≧0.05を満たす平均粒径15nm以下の前記析出物を50個/μm以上含有するところに要旨を有している。
MP=[{[Nb]/93}+{[Ti]/48}]/[{[V]/51}+{[Nb]/93}+{[Ti]/48}]
式中、[ ]は、前記析出物中に含まれる元素の含有量(質量%)を意味する。
The high-strength hot-forged non-heat treated steel part excellent in the fatigue limit ratio according to the present invention that has solved the above problems is as follows: (1) The component in the steel is C: 0.10 to 0.50% (mass) %: Same as below), Si: 0.05-2%, Mn: 0.3-3%, Al: 0.005-0.1%, P: 0.05% or less (including 0%) No), S: 0.5% or less (not including 0%), O: 0.003% or less (not including 0%), N: 0.02% or less (not including 0%) Furthermore, among Nb, Ti, and V, at least Nb and / or Ti may be included, and V may be included. When Nb is included, Nb is 0.2% or less (not including 0%). When Ti is contained, all of Ti: 0.20% or less (excluding 0%), N: less than 0.010% (excluding 0%), and Ti / N ≧ 3.4 When V is contained, V: 0.6% or less (excluding 0%), balance: Fe and inevitable impurities are satisfied, and (2) Nb and / or Ti in the ferrite 50 precipitates / μm 2 containing precipitates (which may further contain V) and having an average particle size of 15 nm or less satisfying MP ≧ 0.05 as expressed by the following formula: It has a gist in the above-mentioned content.
MP = [{[Nb] / 93} + {[Ti] / 48}] / [{[V] / 51} + {[Nb] / 93} + {[Ti] / 48}]
In the formula, [] means the content (% by mass) of the element contained in the precipitate.

好ましい実施形態において、上記の高強度熱間鍛造非調質鋼部品は、更に、Mo:1%以下、及び/又はB:0.015%以下を含有する。   In a preferred embodiment, the high-strength hot forged non-tempered steel part further contains Mo: 1% or less and / or B: 0.015% or less.

好ましい実施形態において、上記の高強度熱間鍛造非調質鋼部品は、更に、Ni:2%以下、Cu:2%以下、およびCr:3%以下よりなる群から選択される少なくとも一種を含有する。   In a preferred embodiment, the high-strength hot-forged non-tempered steel part further contains at least one selected from the group consisting of Ni: 2% or less, Cu: 2% or less, and Cr: 3% or less. To do.

好ましい実施形態において、上記の高強度熱間鍛造非調質鋼部品は、更に、Ca:0.005%以下、Mg:0.005%以下、およびREM:0.02%以下よりなる群から選択される少なくとも一種を含有する。   In a preferred embodiment, the high-strength hot forged non-tempered steel part is further selected from the group consisting of Ca: 0.005% or less, Mg: 0.005% or less, and REM: 0.02% or less. Containing at least one of the above.

好ましい実施形態において、上記の高強度熱間鍛造非調質鋼部品は、更に、Zr:0.1%以下、Ta:0.1%以下、およびHf:0.1%以下よりなる群から選択される少なくとも一種を含有する。   In a preferred embodiment, the high strength hot forged non-tempered steel part is further selected from the group consisting of Zr: 0.1% or less, Ta: 0.1% or less, and Hf: 0.1% or less. Containing at least one of the above.

本発明によれば、熱間鍛造まま(非調質)でも、引張強度と疲労限度比の両方に優れた熱間鍛造非調質鋼部品を提供することができた。   According to the present invention, it is possible to provide a hot-forged non-tempered steel part that is excellent in both tensile strength and fatigue limit ratio even in hot forging (non-tempered).

本発明者は、Ti、Nb、Vなどの析出強化元素添加による疲労強度改善技術において、更に、引張強度を必要以上に高くすることなしに疲労限度比を一層高めることを目的として鋭意検討してきた。その結果、(a)フェライト中に、ナノレベル(具体的には、平均粒径15nm以下)のNb及び/又はTi含有析出物を多数含有するものや、更にVを含む前記Nb及び/又はTi含有析出物では当該析出物中にNb及び/又はTiを一定量以上含有する(具体的には、後記するMP≧0.05)ものは、所望の特性が達成されること、(b)このような部品を得るためには、特に、鍛造前の加熱条件を1250℃以上で1時間以上とし、高温で長時間加熱保持することが極めて重要であり、且つ、鍛造後の冷却条件(平均冷却速度)を適切に制御することが必要であることを見出し、本発明を完成した。   The present inventor has intensively studied in the technique for improving fatigue strength by adding precipitation strengthening elements such as Ti, Nb, and V for the purpose of further increasing the fatigue limit ratio without increasing the tensile strength more than necessary. . As a result, (a) the ferrite contains a large number of Nb and / or Ti-containing precipitates at the nano level (specifically, an average particle size of 15 nm or less), and further the Nb and / or Ti containing V. In the case of the contained precipitate, a precipitate containing Nb and / or Ti in a certain amount or more (specifically, MP ≧ 0.05 described later) achieves desired characteristics, (b) In order to obtain such a part, it is extremely important to set the heating condition before forging to 1250 ° C. or more for 1 hour or more and to keep it heated at a high temperature for a long time, and cooling conditions after forging (average cooling) The present inventors have found that it is necessary to appropriately control the speed).

以下、本発明に到達した経緯を説明する。以下では、説明の便宜上、平均粒径15nm以下のNb及び/又はTi含有析出物を「ナノサイズの超微細析出物」、あるいは単に「超微細析出物」と呼ぶ場合がある。上記のNb及び/又はTi含有析出物は、Vを更に含有しても良いし、含有しなくてもよい。両者を区別するため、Vを含有する上記析出物を特に「V含有超微細析出物」などと呼び、Vを含有しない上記析出物を特に「V非含有超微細析出物」などと呼ぶ場合がある。   Hereinafter, the background to the present invention will be described. Hereinafter, for convenience of explanation, Nb and / or Ti-containing precipitates having an average particle size of 15 nm or less may be referred to as “nano-sized ultrafine precipitates” or simply “ultrafine precipitates”. Said Nb and / or Ti containing deposit may contain V further, and does not need to contain it. In order to distinguish the two, the precipitate containing V is particularly referred to as “V-containing ultrafine precipitate” or the like, and the precipitate not containing V is particularly referred to as “V-free ultrafine precipitate” or the like. is there.

一般に、析出強化は、加熱時に固溶したVなどの析出強化元素が、鍛造後の冷却時のフェライト変態時に、フェライト中に微細に多数析出することによって得られる。析出強化に寄与する析出物は、主に、NaCl型の結晶構造を有するMX型化合物(M=Metallic elements、X=carbonまたはnitrogen)であり、例えば、鋼中にTi,Nb、Vの析出強化元素を含む場合は、(Ti、Nb、V)(C、N)析出物が生成し、鋼中にTi,Nbの析出強化元素を含む場合は、(Ti、Nb)(C、N)析出物が生成する。ところが、析出強化元素を一定量以上添加すると上記作用は飽和してしまい、更なる特性改善(特に高強度化)を図ることは困難であった。   In general, precipitation strengthening is obtained by precipitation of a large number of precipitation strengthening elements such as V, which are solid-dissolved during heating, in the ferrite during ferrite transformation during cooling after forging. Precipitates that contribute to precipitation strengthening are mainly MX type compounds (M = Metal elements, X = carbon or nitrogen) having a NaCl-type crystal structure. For example, precipitation strengthening of Ti, Nb, and V in steel When elements are included, (Ti, Nb, V) (C, N) precipitates are formed. When Ti and Nb precipitation strengthening elements are included in the steel, (Ti, Nb) (C, N) precipitates are generated. Things are generated. However, when the precipitation strengthening element is added in a certain amount or more, the above action is saturated, and it is difficult to further improve the characteristics (particularly increase the strength).

そこで、本発明者は、析出強化作用が飽和する原因を追究した。その結果、析出強化作用を一層高めるために析出強化元素の添加量を多くしても、鍛造後の冷却時に、フェライト中ではなくオーステナイト中でMX型析出物が析出してしまうために所望の特性が得られないこと、また、フェライト中で析出した場合でも析出後の粒成長が著しく速くなるため、MX型析出物が粗大に成長してしまい、析出強化作用が低減し、所望の高強度化を達成できないことを突き止めた。上記知見に基づき、本発明者は更に検討を重ねた。その結果、オーステナイト域での析出を抑制してフェライト中で上記析出物を微細に多数析出させるためには、鍛造前の加熱条件および鍛造後の冷却条件を適切に制御することが有効であり、特に、鍛造前の加熱条件を従来よりも高温で且つ長時間保持する必要があることを見出した。そして、このようにして得られた析出物を詳細に観察すると、(a)従来よりも一層微細なナノサイズの超微細析出物が多数析出していること、(b)特に、Vを含有する超微細析出物では、当該V含有超微細析出物中にNb及び/又はTiが一定量以上含まれていることが判明した。すなわち、これらの超微細析出物が、強度と疲労限度比の向上に大きく寄与していると考えられる。V含有超微細析出物において、上記(b)のように制御されていることによって特性が向上する理由は、詳細には不明であるが、V超微細析出物中に所定量のNb及び/又はTiが存在すると、(i)Nb及び/又はTiは、Vに比べて拡散速度が遅いために粒成長が抑制され、所望とするナノサイズの超微細析出物を多数確保でき、高強度化を達成できると共に、(ii)フェライトとの整合性が悪くなり、疲労限度比の改善も達成できるためと推察される。   Therefore, the present inventors have investigated the cause of saturation of the precipitation strengthening action. As a result, even if the addition amount of the precipitation strengthening element is increased in order to further enhance the precipitation strengthening action, MX type precipitates are precipitated in austenite, not in ferrite, during cooling after forging. In addition, even when precipitated in ferrite, the grain growth after precipitation is remarkably fast, so MX-type precipitates grow coarsely, reducing the precipitation strengthening action and increasing the desired strength. I was unable to achieve that. Based on the above findings, the present inventors have further studied. As a result, in order to suppress precipitation in the austenite region and precipitate a large number of the precipitates in the ferrite, it is effective to appropriately control the heating conditions before forging and the cooling conditions after forging, In particular, it has been found that it is necessary to maintain the heating conditions before forging at a higher temperature and longer than before. When the precipitates thus obtained are observed in detail, (a) a number of nano-sized ultrafine precipitates that are finer than before are precipitated, and (b) in particular, V is contained. In the ultrafine precipitate, it was found that a certain amount or more of Nb and / or Ti was contained in the V-containing ultrafine precipitate. That is, it is considered that these ultrafine precipitates greatly contribute to the improvement of strength and fatigue limit ratio. In the V-containing ultrafine precipitate, the reason why the characteristics are improved by being controlled as in the above (b) is unknown in detail, but a predetermined amount of Nb and / or in the V ultrafine precipitate is not known. When Ti is present, (i) Nb and / or Ti has a slower diffusion rate than V, and therefore grain growth is suppressed, and a large number of desired nano-sized ultrafine precipitates can be secured, resulting in higher strength. This is presumably because (ii) the compatibility with ferrite is deteriorated and the fatigue limit ratio can be improved.

本明細書において、「高強度」とは、熱間鍛造後の引張強度が約900MPa以上1300MPa未満のものを意味する。   In the present specification, “high strength” means that the tensile strength after hot forging is about 900 MPa or more and less than 1300 MPa.

また、本明細書において、「疲労限度比が高い」とは、熱間鍛造後、疲労強度/引張強度の比で表される疲労限度比が、おおむね、0.30以上(好ましくは、0.33以上)のものを意味する。   In the present specification, “the fatigue limit ratio is high” means that the fatigue limit ratio represented by the ratio of fatigue strength / tensile strength after hot forging is generally 0.30 or more (preferably 0.00. 33 or more).

以下、本発明の熱間鍛造非調質鋼部品について詳しく説明する。   Hereinafter, the hot forged non-heat treated steel part of the present invention will be described in detail.

はじめに、本発明を最も特徴付けるナノサイズの超微細析出物について説明する。   First, the nano-sized ultrafine precipitate that most characterizes the present invention will be described.

本発明の非調質鋼部品は、フェライト中に、Nb及びTiの少なくとも一種を含有する析出物を含んでいる。上記の析出物は、Vを更に含んでいてもよい。Vは選択成分である。前述したように、Nb,Ti,Vは、いずれも、析出強化元素として有用であり、フェライト中にMX型化合物として存在することによって所望の特性が確保される。   The non-tempered steel part of the present invention includes a precipitate containing at least one of Nb and Ti in ferrite. The above precipitate may further contain V. V is a selected component. As described above, Nb, Ti, and V are all useful as precipitation strengthening elements, and desired characteristics are ensured by existing as an MX type compound in ferrite.

以下、V含有超微細析出物、V非含有超微細析出物について、それぞれ、説明する。   Hereinafter, the V-containing ultrafine precipitate and the V-free ultrafine precipitate will be described, respectively.

(V含有超微細析出物)
まず、V含有超微細析出物について説明する。V含有超微細析出物は、(Ti、Nb、V)(C、N)析出物として表わすことができ、具体的には、例えば、Nb炭化物、Nb窒化物、Nb炭窒化物、Ti炭化物、Ti窒化物、Ti炭窒化物、Nb−Ti複合炭化物、Nb−Ti複合窒化物、Nb−Ti複合炭窒化物、Nb−V炭化物、Nb−V窒化物、Nb−V炭窒化物、Ti−V炭化物、Ti−V窒化物、Ti−V炭窒化物、Nb−Ti−V複合炭化物、Nb−Ti−V複合窒化物、Nb−Ti−V複合炭窒化物が挙げられる。これらのうち少なくとも一種を含んでいるものはすべて、本明細書における「V含有超微細析出物」に包含される。また、本発明における析出物の存在形態は、特に限定されず、例えば、上記のNb炭化物などが単独で存在しても良いし、あるいは、上記のNb炭化物に他の析出物(例えば、Al窒化物など)が結合した状態で存在しても良い。また、CrやMoを更に含有する場合は、CrやMoを含む炭化物や炭窒化物などとして存在してもよい。
(V-containing ultrafine precipitate)
First, the V-containing ultrafine precipitate will be described. V-containing ultrafine precipitates can be represented as (Ti, Nb, V) (C, N) precipitates, specifically, for example, Nb carbide, Nb nitride, Nb carbonitride, Ti carbide, Ti nitride, Ti carbonitride, Nb-Ti composite carbide, Nb-Ti composite nitride, Nb-Ti composite carbonitride, Nb-V carbide, Nb-V nitride, Nb-V carbonitride, Ti- Examples thereof include V carbide, Ti-V nitride, Ti-V carbonitride, Nb-Ti-V composite carbide, Nb-Ti-V composite nitride, and Nb-Ti-V composite carbonitride. All of these containing at least one kind are included in the “V-containing ultrafine precipitate” in the present specification. In addition, the presence form of the precipitate in the present invention is not particularly limited. For example, the Nb carbide may be present alone, or other precipitate (for example, Al nitride) may be present in the Nb carbide. Or the like) may be present in a combined state. Moreover, when it further contains Cr or Mo, it may exist as a carbide or carbonitride containing Cr or Mo.

V含有超微細析出物の場合、フェライト中に、下式(1)で表されるMPの値がMP≧0.05を満たす平均粒径15nm以下の上記超微細析出物を50個/μm以上含んでいる。後に詳述する測定方法により、フェライト中に存在するMP≧0.05で且つ平均粒径≦15nmの超微細析出物の個数を測定したとき、これらの要件をすべて満足する超微細析出物の個数が50個/μm以上であれば、高強度だけでなく、高い疲労限度比も得られることが判明した(後記する実施例を参照)。本発明によれば、上記のようにナノサイズの超微細析出物を多数析出させることによって強度の向上を図ることができ、且つ、上記のようにMP値を制御することによって疲労限度比も一層高められるようになる。高強度化に加え、高い疲労限度比も確保するためには、ナノサイズの超微細析出物を多数析出させるだけでは不充分であり、MP値が上記範囲を満足することが必要であって、MP値が上記範囲を有しないナノサイズの超微細析出物を多数析出させたときは、高強度化を確保できても高い疲労限度比は得られないことを実験によって確認している。
MP=[{[Nb]/93}+{[Ti]/48}]/[{[V]/51}+{[Nb]/93}+{[Ti]/48}] ・・・ (1)
式中、[ ]は、前記析出物中に含まれる元素の含有量(質量%)を意味する。
In the case of a V-containing ultrafine precipitate, 50 ferrite / μm 2 of the above ultrafine precipitate having an average particle diameter of 15 nm or less satisfying MP ≧ 0.05 in the ferrite represented by the following formula (1). Contains more. The number of ultrafine precipitates satisfying all of these requirements when the number of ultrafine precipitates with MP ≧ 0.05 and average particle size ≦ 15 nm present in ferrite is measured by the measurement method described in detail later. Is 50 / μm 2 or more, it has been found that not only high strength but also a high fatigue limit ratio can be obtained (see Examples described later). According to the present invention, the strength can be improved by depositing a large number of nano-sized ultrafine precipitates as described above, and the fatigue limit ratio can be further increased by controlling the MP value as described above. Can be enhanced. In addition to increasing the strength, in order to ensure a high fatigue limit ratio, it is not sufficient to precipitate a large number of nano-sized ultrafine precipitates, and the MP value needs to satisfy the above range, Experiments have confirmed that when a large number of nano-sized ultrafine precipitates having MP values not within the above range are deposited, a high fatigue limit ratio cannot be obtained even if high strength can be ensured.
MP = [{[Nb] / 93} + {[Ti] / 48}] / [{[V] / 51} + {[Nb] / 93} + {[Ti] / 48}] (1 )
In the formula, [] means the content (% by mass) of the element contained in the precipitate.

上式(1)で表されるMPは、Metallic elements(注:MX型化合物のM) Precipitateの略である。上式に示すように、Ti、Nb、Vの各元素は、すべて、原子割合で表されており、式中、分母、すなわち、[{[V]/51}+{[Nb]/93}+{[Ti]/48}]は、フェライト中に存在する超微細析出物(MX型化合物)におけるM(ここでは、Ti,Nb,V)の原子割合の合計を意味し、分子、すなわち、[{[Nb]/93}+{[Ti]/48}]は、Ti、Nbの原子割合の合計を意味している。すなわち、MP値は、Vを必須成分として含有するV含有超微細析出物において、高強度および高い疲労限度比の実現に有効なTi、Nbが当該V含有超微細析出物中に含まれる原子比を規定したものであり、Ti、Nbによる上記作用を有効に発揮させるための要件として、MP≧0.05を規定した。これは、V含有超微細析出物において、全超微細析出物中のTi,Nbの原子比が5%以上(MP≧0.05)であれば、結晶粒の成長(拡散)が阻害され、所望とする特性を確保することができるという経験的知見に基づいている。   MP represented by the above formula (1) is an abbreviation for Metallic elements (Note: M of MX type compound) Precipitate. As shown in the above formula, all elements of Ti, Nb, and V are expressed in atomic ratios, and in the formula, the denominator, that is, [{[V] / 51} + {[Nb] / 93} + {[Ti] / 48}] means the sum of atomic ratios of M (here, Ti, Nb, V) in the ultrafine precipitate (MX type compound) present in the ferrite, and is a molecule, [{[Nb] / 93} + {[Ti] / 48}] means the total atomic ratio of Ti and Nb. That is, the MP value is an atomic ratio in which Ti and Nb effective for realizing high strength and a high fatigue limit ratio are contained in the V-containing ultrafine precipitate containing V as an essential component. As a requirement for effectively exhibiting the above-described effects of Ti and Nb, MP ≧ 0.05 was defined. This is because, in the V-containing ultrafine precipitate, if the atomic ratio of Ti and Nb in the total ultrafine precipitate is 5% or more (MP ≧ 0.05), the growth (diffusion) of crystal grains is inhibited, This is based on empirical knowledge that desired characteristics can be secured.

MP値が大きいほど、すなわち、上記のV含有超微細析出物中に占めるNb及び/又はTiの原子割合が大きいほど、上記作用は顕著に発揮されるようになる。好ましいMPの値は、鋼中に含まれる上記成分の量などによっても相違するが、おおむね、0.10以上であることが好ましく、0.15以上であることがより好ましい。   The larger the MP value, that is, the greater the atomic ratio of Nb and / or Ti in the V-containing ultrafine precipitate, the more the above-described effect is exhibited. Although the preferable value of MP varies depending on the amount of the above-mentioned components contained in the steel, it is generally preferably 0.10 or more, and more preferably 0.15 or more.

次に、MP≧0.05を満足する超微細析出物の個数の測定方法について説明する。本発明では、透過型電子顕微鏡(transmission electron microscope、TEM)観察によって析出物を同定し、エネルギー分散型X線分析装置(Energy Dispersive X-ray、EDX)によって析出物中の元素分析を行ない、MP値を測定している。以下に詳述するように、本発明では、TEM観察の倍率を変えて(はじめは10万倍→次は15万倍)析出物を観察・分析しているが、これは、EDX分析に多くの時間を要することを考慮し、測定効率を高める目的で便宜的に行なったものである。   Next, a method for measuring the number of ultrafine precipitates satisfying MP ≧ 0.05 will be described. In the present invention, a precipitate is identified by observation with a transmission electron microscope (TEM), and elemental analysis in the precipitate is performed by an energy dispersive X-ray analyzer (Energy Dispersive X-ray, EDX). The value is being measured. As will be described in detail below, in the present invention, precipitates are observed and analyzed by changing the magnification of TEM observation (initially 100,000 times → next 150,000 times). This is done for the purpose of improving the measurement efficiency in consideration of the time required for the measurement.

(TEM観察用抽出レプリカの作製)
まず、熱間鍛造後の試料を用い、D/4(Dは直径または厚み)位置から、TEM観察用の抽出レプリカを作製する。具体的には、試料が円柱状の場合、高さ方向の中央部のD/4位置(D:直径)から抽出レプリカを作製し、試料が角形状または板状の場合、長手方向および幅方向の中央部のD/4位置(D:厚み)から、抽出レプリカを作製する。抽出レプリカは、下記(a)〜(e)の手順に添って行った。
(a)10%アセチルアセトン、80%メタノール、および10%塩化テトラメチルアンモニウムを含有する電解液を用い、試料を電解腐食する。
(b)試料の表面にカーボンを蒸着させる。
(c)サンプル平面上に2〜3mm角の碁盤目状の切れ目を入れる。
(d)上記の電解液で電解腐食させ、カーボンを浮上させる。
(e)アルコール中に保存して観察に用いる。
(Preparation of extraction replica for TEM observation)
First, using a sample after hot forging, an extraction replica for TEM observation is produced from a D / 4 (D is diameter or thickness) position. Specifically, when the sample is cylindrical, an extraction replica is produced from the D / 4 position (D: diameter) at the center in the height direction. When the sample is square or plate-shaped, the longitudinal direction and the width direction From the D / 4 position (D: thickness) in the center of the sample, an extraction replica is produced. The extraction replica was performed according to the following procedures (a) to (e).
(A) Electrolytic corrosion of a sample is performed using an electrolytic solution containing 10% acetylacetone, 80% methanol, and 10% tetramethylammonium chloride.
(B) Deposit carbon on the surface of the sample.
(C) A grid-like cut of 2 to 3 mm square is made on the sample plane.
(D) Electrolytic corrosion is performed with the above electrolytic solution, and carbon is floated.
(E) Store in alcohol and use for observation.

(倍率10万倍でTEM観察およびEDX分析)
次に、抽出レプリカ法で処理した試料を、倍率10万倍でTEM観察し、任意に、平均粒径が15nm以下の析出物20個を測定した後、当該析出物中に含まれるTi、Nb、VをEDX分析する。後記する実施例では、TEMとして日立製作所製「H−800」の透過型電子顕微鏡を使用している。なお、平均粒径は、下式に基づき、円相当径に換算したものである。
(TEM observation and EDX analysis at a magnification of 100,000 times)
Next, the sample treated by the extraction replica method is observed with a TEM at a magnification of 100,000, and optionally 20 precipitates having an average particle size of 15 nm or less are measured, and then Ti, Nb contained in the precipitates are measured. V, EDX analysis. In the examples described later, a transmission electron microscope “H-800” manufactured by Hitachi, Ltd. is used as the TEM. The average particle diameter is converted to an equivalent circle diameter based on the following formula.

次いで、前述した式(1)に基づき、各析出物のMP値を算出する。これにより、TEM観察(10万倍)によって同定された上記析出物(合計20個)中、MP≧0.05を満足する析出物の個数が得られるので、全析出物中、MP≧0.05を満足する析出物の比率を算出しておく(この比率を「X」とする)。   Next, the MP value of each precipitate is calculated based on the above-described formula (1). As a result, the number of precipitates satisfying MP ≧ 0.05 in the above-mentioned precipitates (total of 20) identified by TEM observation (100,000 times) can be obtained, so that MP ≧ 0. The ratio of precipitates satisfying 05 is calculated (this ratio is “X”).

(倍率15万倍でTEM観察および写真撮影)
次に、任意の領域について、TEMにて倍率15万倍で20視野分の写真(20視野の合計面積0.75μm)を撮影し、平均粒径15nm以下の析出物の個数を算出する。このようにして得られた析出物の個数(20視野分の合計個数)を、1μm当たりの個数に換算する(この個数を「Y」とする)。
(TEM observation and photography at a magnification of 150,000)
Next, a photograph of 20 fields of view (total area of 0.75 μm 2 of 20 fields) is taken with a TEM at a magnification of 150,000 times for an arbitrary region, and the number of precipitates having an average particle size of 15 nm or less is calculated. The number of precipitates thus obtained (total number for 20 fields of view) is converted to the number per 1 μm 2 (this number is referred to as “Y”).

(MP≧0.05を満足する超微細析出物の個数の算出)
最後に、このようにして得られたY(平均粒径15nm以下の析出物の個数/μm)に、前述したX(全析出物中、MP≧0.05を満足する析出物の比率)を乗じることによって、MP≧0.05を満足する超微細析出物の個数を得た。
(Calculation of the number of ultrafine precipitates satisfying MP ≧ 0.05)
Finally, Y (the number of precipitates having an average particle size of 15 nm or less / μm 2 ) obtained in this way is added to the aforementioned X (the ratio of precipitates satisfying MP ≧ 0.05 in all precipitates). , The number of ultrafine precipitates satisfying MP ≧ 0.05 was obtained.

本発明では、更に、フェライト中に、MP値≧0.05を満足するV含有超微細析出物であって、平均粒径15nm以下の上記超微細析出物が50個/μm以上存在することが必要である。このように、ナノサイズの超微細析出物がフェライト中に多数存在することによって、析出強化元素による強度向上作用を有効に発揮させつつ、高い疲労限度比も確保することができる(後記する実施例を参照)。 In the present invention, the ferrite further contains V-containing ultrafine precipitates satisfying MP value ≧ 0.05, and the above ultrafine precipitates having an average particle size of 15 nm or less are 50 / μm 2 or more. is required. As described above, since a large number of nano-sized ultrafine precipitates are present in ferrite, it is possible to ensure a high fatigue limit ratio while effectively exerting the effect of improving the strength by the precipitation strengthening element (Examples described later). See).

上記V含有超微細析出物のサイズは、平均粒径が15nm以下であれば良い。平均粒径は小さいほど良く、おおむね、10nmであることが好ましい。   The V-containing ultrafine precipitate may have an average particle size of 15 nm or less. The smaller the average particle size, the better. In general, it is preferably 10 nm.

また、上記V含有超微細析出物の個数は、50個/μm以上であれば良く、多いほど、所望の特性が有効に発揮される。上記超微細析出物の個数は、おおむね、100個/μm以上であることが好ましく、200個/μm以上であることがより好ましい。 The number of the V-containing ultrafine precipitates may be 50 / μm 2 or more, and the larger the number, the more effective the desired characteristics. In general, the number of ultrafine precipitates is preferably 100 / μm 2 or more, and more preferably 200 / μm 2 or more.

本発明では、フェライト組織中に観察されるV含有超微細析出物を測定している。本発明の非調質鋼部品は、フェライト組織を主とするフェライト−パーライト組織から構成されるが、フェライト組織に限定したのは、当該V含有超微細析出物がフェライト組織中に存在しないと、所望の特性が有効に発揮されないからである。   In the present invention, V-containing ultrafine precipitates observed in the ferrite structure are measured. The non-tempered steel part of the present invention is composed of a ferrite-pearlite structure mainly composed of a ferrite structure, but is limited to the ferrite structure when the V-containing ultrafine precipitate is not present in the ferrite structure. This is because the desired characteristics cannot be effectively exhibited.

(V非含有超微細析出物)
次に、V非含有超微細析出物について説明する。V非含有超微細析出物は、(Ti、Nb)(C、N)析出物として表わすことができ、具体的には、例えば、Nb炭化物、Nb窒化物、Nb炭窒化物、Ti炭化物、Ti窒化物、Ti炭窒化物、Nb−Ti複合炭化物、Nb−Ti複合窒化物、Nb−Ti複合炭窒化物が挙げられる。これらのうち少なくとも一種を含んでいるものはすべて、本明細書における「V非含有超微細析出物」に包含される。また、本発明における析出物の存在形態は、特に限定されず、例えば、上記のNb炭化物などが単独で存在しても良いし、あるいは、上記のNb炭化物に他の析出物(例えば、Al窒化物など)が結合した状態で存在しても良い。また、CrやMoを更に含有する場合は、CrやMoを含む炭化物や炭窒化物などとして存在してもよい。
(V-free ultrafine precipitate)
Next, the V-free ultrafine precipitate will be described. V-free ultrafine precipitates can be represented as (Ti, Nb) (C, N) precipitates, specifically, for example, Nb carbide, Nb nitride, Nb carbonitride, Ti carbide, Ti Examples thereof include nitride, Ti carbonitride, Nb—Ti composite carbide, Nb—Ti composite nitride, and Nb—Ti composite carbonitride. All of these containing at least one kind are included in the “V-free ultrafine precipitate” in the present specification. In addition, the presence form of the precipitate in the present invention is not particularly limited. For example, the Nb carbide may be present alone, or other precipitate (for example, Al nitride) may be present in the Nb carbide. Or the like) may be present in a combined state. Moreover, when it further contains Cr or Mo, it may exist as a carbide or carbonitride containing Cr or Mo.

V非含有超微細析出物の詳細は、MP≧0.05の要件を除き、前述したV含有超微細析出物と同じであり、サイズや個数などは、上記の内容を参照すればよい。MP値は、上述したように、V含有超微細析出物において有用な要件であって、Vを含有しない場合、MP値は計算によって1となるため、MP≧0.05を必然的に満たすからである。   The details of the V-free ultrafine precipitate are the same as those of the V-containing ultrafine precipitate described above except for the requirement of MP ≧ 0.05. For the size, number, etc., the above contents may be referred to. As described above, the MP value is a useful requirement in the V-containing ultrafine precipitate, and when V is not contained, the MP value is 1 by calculation, and therefore MP ≧ 0.05 is necessarily satisfied. It is.

以上、本発明を特徴付ける析出物について説明した。   The deposits characterizing the present invention have been described above.

次に、鋼の化学成分を説明する。   Next, the chemical composition of steel will be described.

C:0.10〜0.50%
Cは、パーライトを形成すると共に、Ti、Nb、Viと結合してMX型化合物を形成してフェライトを強化し、高強度化に寄与する元素である。所定の強度を確保するため、C量は、0.10%以上とする。ただし、C量が過剰になると、パーライト分率が増えすぎてフェライトによる析出強化量が低減し、かえって疲労限度比が低下するため、上限を0.50%とする。C量は、0.20%以上0.45%以下であることが好ましく、0.26%以上0.40%以下であることがより好ましい。
C: 0.10 to 0.50%
C is an element that forms pearlite and combines with Ti, Nb, and Vi to form an MX type compound to strengthen ferrite and contribute to high strength. In order to ensure a predetermined strength, the C amount is 0.10% or more. However, if the amount of C becomes excessive, the pearlite fraction increases too much and the precipitation strengthening amount due to ferrite decreases, and the fatigue limit ratio decreases, so the upper limit is made 0.50%. The C content is preferably 0.20% or more and 0.45% or less, and more preferably 0.26% or more and 0.40% or less.

Si:0.05〜2%
Siは脱酸剤として作用するほか、固溶強化によってフェライトおよびパーライトを強化し、疲労限度比の向上に寄与する元素である。このような作用を有効に発揮させるため、Si量を0.05%以上とする。ただし、Si量が2%を超えると、冷却時にベイナイトなどの過冷組織が生成し、かえって疲労限度比の低下を招くため、上限を2%とする。Si量は、0.1%以上1.5%以下であることが好ましく、0.4%以上1.0%以下であることがより好ましい。
Si: 0.05-2%
In addition to acting as a deoxidizer, Si is an element that strengthens ferrite and pearlite by solid solution strengthening and contributes to improvement of the fatigue limit ratio. In order to effectively exhibit such an action, the Si amount is set to 0.05% or more. However, if the amount of Si exceeds 2%, an overcooled structure such as bainite is generated at the time of cooling, and instead the fatigue limit ratio is lowered, so the upper limit is made 2%. The amount of Si is preferably 0.1% or more and 1.5% or less, and more preferably 0.4% or more and 1.0% or less.

Mn:0.3〜3%
Mnは、変態温度を低下させることによってフェライトを微細化して強度や疲労限度比、更には靭性の改善に寄与する元素である。Mn量が0.3%未満では、焼入れ性改善作用が少なく、上記作用が有効に発揮されないため、下限を0.3%とする。ただし、Mn量が過剰になると、冷却時にベイナイトなどの過冷組織が生成し、かえって疲労限度比が低下するため、その上限を3%とする。Mn量の下限は、0.5%であることが好ましく、0.75%以上であることがより好ましい。また、Mn量の上限は、2.5%以下であることが好ましく、2.0%以下であることがより好ましく、1.8%以下であることがさらに好ましい。
Mn: 0.3 to 3%
Mn is an element that contributes to improvement of strength, fatigue limit ratio, and toughness by refining ferrite by lowering the transformation temperature. If the amount of Mn is less than 0.3%, the hardenability improving effect is small and the above effect is not effectively exhibited, so the lower limit is made 0.3%. However, if the amount of Mn becomes excessive, an overcooled structure such as bainite is generated during cooling, and the fatigue limit ratio is lowered. Therefore, the upper limit is made 3%. The lower limit of the amount of Mn is preferably 0.5%, and more preferably 0.75% or more. Further, the upper limit of the amount of Mn is preferably 2.5% or less, more preferably 2.0% or less, and further preferably 1.8% or less.

Al:0.005〜0.1%
Alは、脱酸剤として有用であり、そのために0.005%以上添加する。ただし、Al量が過剰になると、介在物が多く発生し、疲労特性、更には靭性が低下するため、上限を0.1%とした。Al量は、0.01%以上0.07%以下であることが好ましく、0.015%以上0.05%以下であることがより好ましい。
Al: 0.005 to 0.1%
Al is useful as a deoxidizer, and for that purpose, 0.005% or more is added. However, when the amount of Al becomes excessive, a lot of inclusions are generated, and the fatigue characteristics and further the toughness are lowered, so the upper limit was made 0.1%. The amount of Al is preferably 0.01% or more and 0.07% or less, and more preferably 0.015% or more and 0.05% or less.

P:0.05%以下、O:0.003%以下
PおよびOは、いずれも、靭性を劣化させる元素であるため、極力低減することが好ましい。ここでは、特別な精錬処理による低減化を行なわなくても靭性を著しく劣化させない量の上限として、Pを0.05%、Oを0.003%とした。これらの元素は少ないほど良く、Pは、0.03%以下であることが好ましく、0.02%以下であることがより好ましく、0.015%以下であることが更に好ましい。また、Oは、0.002%以下であることが好ましく、0.0015%以下であることがより好ましい。
P: 0.05% or less, O: 0.003% or less Since P and O are elements that deteriorate toughness, it is preferable to reduce them as much as possible. Here, P is set to 0.05% and O is set to 0.003% as the upper limit of the amount that does not significantly deteriorate the toughness without reduction by special refining treatment. The smaller the number of these elements, the better. P is preferably 0.03% or less, more preferably 0.02% or less, and further preferably 0.015% or less. Further, O is preferably 0.002% or less, and more preferably 0.0015% or less.

S:0.5%以下
Sは、MnSを形成して切削性改善に寄与する元素である。従って、切削性が要求される用途に使用する場合は、S量は、0.1%以上であることが好ましい。ただし、S量が過剰になると、靭性が劣化するため、上限を0.5%とする。S量は、0.2%以下であることが好ましい。なお、靭性が要求される場合には、S量は0.1%以下であることがより好ましい。
S: 0.5% or less S is an element that forms MnS and contributes to improvement of machinability. Therefore, when used for applications requiring machinability, the amount of S is preferably 0.1% or more. However, if the amount of S becomes excessive, the toughness deteriorates, so the upper limit is made 0.5%. The amount of S is preferably 0.2% or less. When toughness is required, the S amount is more preferably 0.1% or less.

N:0.02%以下(0%を含まない)
Nは、Ti、Nb、V(更には、必要に応じて添加されるZr、Ta、Hf)と結合してMX型化合物を生成し、引張強度や疲労限度比の向上に寄与する元素である。このような作用を有効に発揮させるため、N量は、0.0030%以上であることが好ましい。ただし、過剰に添加すると、粗大なMX型化合物が生成し、疲労特性が低下するため、上限を0.02%とする。N量は、おおむね、0.01%以下であることが好ましく、0.007%以下であることがより好ましく、0.0055%以下であることが更に好ましい。特には、析出強化元素としてTiを添加する場合は、後記するように、所望の超微細析出物が得られるよう、Ti量に応じてN量を適切に制御することが好ましい。
N: 0.02% or less (excluding 0%)
N is an element that combines with Ti, Nb, and V (and Zr, Ta, and Hf added as necessary) to form an MX type compound and contributes to an improvement in tensile strength and fatigue limit ratio. . In order to effectively exhibit such an action, the N content is preferably 0.0030% or more. However, if added excessively, a coarse MX-type compound is generated and the fatigue characteristics deteriorate, so the upper limit is made 0.02%. In general, the N amount is preferably 0.01% or less, more preferably 0.007% or less, and still more preferably 0.0055% or less. In particular, when adding Ti as a precipitation strengthening element, it is preferable to appropriately control the amount of N according to the amount of Ti so that a desired ultrafine precipitate can be obtained, as will be described later.

Nb,Ti,Vについて
これらの元素は、CやNと結合してMX型化合物を生成し、高強度化に寄与する元素である。このうち、NbやTiは、Vと異なって析出速度が非常に遅いため、NbやTiの添加により、フェライト中のMX型化合物の成長が著しく抑制され、所望とする超微細析出物が多数生成するようになる。従って、本発明では、少なくともNb及び/又はTiを含んでおり、Vは選択元素である。強度と疲労限度比の更なる向上といった観点からすれば、Vを含有していることが好ましく、Nb,Ti,Vをすべて含有していることが最も好ましい。以下、各成分について説明する。
For Nb, Ti, and V, these elements are elements that combine with C and N to generate MX type compounds and contribute to high strength. Of these, Nb and Ti, unlike V, have a very slow precipitation rate, so the addition of Nb and Ti significantly suppresses the growth of MX-type compounds in ferrite and produces many desired ultrafine precipitates. Will come to do. Therefore, in the present invention, at least Nb and / or Ti are contained, and V is a selective element. From the viewpoint of further improving the strength and fatigue limit ratio, V is preferably contained, and most preferably Nb, Ti, and V are all contained. Hereinafter, each component will be described.

Nbを含む場合はNb:0.2%以下
Nb添加による上記作用を有効に発揮させるためには、Nb量は、0.022%以上であることが好ましく、0.04%以上であることがより好ましい。ただし、過剰に添加すると、加熱時に固溶せずに未固溶のものが多くなり、粗大な化合物が析出しやすくなって当該粗大化合物が疲労の起点となり、疲労限度比が低下するため、上限を0.2%とする。Nb量の上限は0.1%であることが好ましく、0.08%以下であることがより好ましい。
In the case where Nb is contained, Nb: 0.2% or less In order to effectively exhibit the above-described action due to the addition of Nb, the amount of Nb is preferably 0.022% or more, and preferably 0.04% or more. More preferred. However, if added excessively, the amount of undissolved substances increases without heating during heating, and coarse compounds are likely to precipitate, and the coarse compounds become the starting point of fatigue, reducing the fatigue limit ratio. Is 0.2%. The upper limit of the amount of Nb is preferably 0.1%, and more preferably 0.08% or less.

Tiを含む場合は、Ti:0.20%以下、N:0.010%未満、およびTi/N≧3.4
Ti添加による上記作用を有効に発揮させるためには、上記のように、Ti量のみならず、N量と、TiとNの原子比を適切に制御する必要がある。Tiは、CよりもNとの反応性が強く、Nが0.01%以上含まれると粗大なTiNが凝固時に形成されるようになり、超微細析出物中に含まれるTi量が少なくなるためである。好ましくは、Ti:0.02%以上0.1%以下、N:0.0070%以下、Ti/N≧4.0であり、より好ましくは、Ti:0.04%以上0.08%以下、N:0.0055%以下、Ti/N≧5.0である。
When Ti is contained, Ti: 0.20% or less, N: less than 0.010%, and Ti / N ≧ 3.4
In order to effectively exhibit the above-described action by addition of Ti, it is necessary to appropriately control not only the amount of Ti but also the amount of N and the atomic ratio of Ti and N as described above. Ti is more reactive with N than C, and if N is contained in an amount of 0.01% or more, coarse TiN is formed during solidification, and the amount of Ti contained in the ultrafine precipitate is reduced. Because. Preferably, Ti: 0.02% or more and 0.1% or less, N: 0.0070% or less, Ti / N ≧ 4.0, and more preferably, Ti: 0.04% or more and 0.08% or less. , N: 0.0055% or less, and Ti / N ≧ 5.0.

なお、Nbは、Tiとは異なって前述した反応性の差は殆ど見られないため、Nb添加の場合は、N量と、NbとNの原子比を適切に制御する必要は特にない。   Note that Nb, unlike Ti, hardly exhibits the above-described reactivity difference, and therefore when Nb is added, it is not particularly necessary to appropriately control the amount of N and the atomic ratio of Nb to N.

Vを含む場合は、V:0.6%以下
V添加による上記作用を有効に発揮させるためには、V量は、0.15%以上であることが好ましく、0.2%以上であることがより好ましい。ただし、過剰に添加すると、加熱時に固溶せずに未固溶のものが多くなり、粗大な化合物が析出しやすくなって当該粗大化合物が疲労の起点となり、疲労限度比が低下するため、上限を0.6%とする。V量の上限は0.5%であることが好ましく、0.4%以下であることがより好ましい。
When V is included, V: 0.6% or less In order to effectively exhibit the above-described action due to the addition of V, the amount of V is preferably 0.15% or more, and 0.2% or more. Is more preferable. However, if added excessively, the amount of undissolved substances increases without heating during heating, and coarse compounds are likely to precipitate, and the coarse compounds become the starting point of fatigue, reducing the fatigue limit ratio. Is 0.6%. The upper limit of the amount of V is preferably 0.5%, and more preferably 0.4% or less.

本発明の高強度非調質熱間鍛造用鋼は、上記成分を含有し、残部:Feおよび不可避不純物である。   The high-strength non-tempered hot forging steel of the present invention contains the above components, and the balance is Fe and inevitable impurities.

更に、本発明の非調質鋼部品は、他の特性改善などを目的として、下記の成分を含有しても良い。   Furthermore, the non-heat treated steel part of the present invention may contain the following components for the purpose of improving other characteristics.

Mo:1%以下、及び/又はB:0.015%以下
MoおよびBは、いずれも、変態温度を低下させることでフェライトを微細化して強度や疲労限度比の改善に寄与するほか、靭性の向上にも寄与する元素である。このような作用を有効に発揮させるため、Moを0.1%以上、Bを0.0003%以上添加することが好ましく、Moを0.2%以上、Bを0.0006%以上添加することがより好ましい。ただし、過剰に添加すると、冷却時にベイナイトなどの過冷組織が生成し、かえって疲労限度比が低下するため、上限を、Mo:1%、B:0.015%とすることが好ましい。より好ましい上限は、Mo:0.75%、B:0.005%であり、更に好ましい上限は、Mo:0.5%、B:0.0035%である。これらの元素は、単独で添加しても良いし、2種以上を併用しても良い。
Mo: 1% or less, and / or B: 0.015% or less Both Mo and B contribute to the improvement of strength and fatigue limit ratio by reducing the transformation temperature to refine the ferrite and to improve the toughness ratio. It is an element that contributes to improvement. In order to effectively exert such an action, it is preferable to add Mo 0.1% or more and B 0.0003% or more, and to add Mo 0.2% or more and B 0.0006% or more. Is more preferable. However, if added excessively, a supercooled structure such as bainite is generated at the time of cooling, and the fatigue limit ratio is lowered. Therefore, the upper limit is preferably set to Mo: 1% and B: 0.015%. More preferable upper limits are Mo: 0.75% and B: 0.005%, and still more preferable upper limits are Mo: 0.5% and B: 0.0035%. These elements may be added alone or in combination of two or more.

Ni:2%以下、Cu:2%以下、およびCr:3%以下よりなる群から選択される少なくとも一種
Ni、Cu、およびCrは、いずれも、強度向上作用を有し、更には、靭性改善にも寄与する元素である。このような作用を有効に発揮させるため、下限を、Ni:0.2%、Cu:0.2%、Cr:0.3%とすることが好ましい。より好ましい下限は、Ni:0.5%、Cu:0.5%、Cr:0.5%である。ただし、過剰に添加すると、上記作用が低下するため、上限を、Ni:2%、Cu:2%、Cr:3%とすることが好ましい。より好ましい上限は、Ni:1.5%、Cu:1.5%、Cr:2%であり、更に好ましい上限は、Ni:1.2%、Cu:1.2%、Cr:1.5%である。これらの元素は、単独で添加しても良いし、2種以上を併用しても良い。
At least one of Ni, Cu, and Cr selected from the group consisting of Ni: 2% or less, Cu: 2% or less, and Cr: 3% or less all have a strength-improving action, and further improve toughness. It is an element that also contributes. In order to exhibit such an action effectively, it is preferable to set the lower limit to Ni: 0.2%, Cu: 0.2%, and Cr: 0.3%. More preferable lower limits are Ni: 0.5%, Cu: 0.5%, Cr: 0.5%. However, since the said effect | action will fall if it adds excessively, it is preferable to make an upper limit into Ni: 2%, Cu: 2%, Cr: 3%. More preferable upper limit is Ni: 1.5%, Cu: 1.5%, Cr: 2%, and further preferable upper limit is Ni: 1.2%, Cu: 1.2%, Cr: 1.5. %. These elements may be added alone or in combination of two or more.

Ca:0.005%以下、Mg:0.005%以下、およびREM:0.02%以下よりなる群から選択される少なくとも一種
Ca、Mg、REMは、いずれも、硫化物を形成し、MnSの伸長を防いで靭性改善に寄与する元素である。このような作用を有効に発揮させるため、上記元素の下限を、Ca:0.0005%、Mg:0.0002%、REM:0.0005%とすることが好ましい。ただし、過剰に添加すると、かえって靭性が低下するため、上限を、Ca:0.005%、Mg:0.005%、REM:0.02%とすることが好ましい。より好ましい上限は、Ca:0.003%、Mg:0.003%、REM:0.01%である。これらの元素は、単独で添加しても良いし、2種以上を併用しても良い。
At least one of Ca, Mg, and REM selected from the group consisting of Ca: 0.005% or less, Mg: 0.005% or less, and REM: 0.02% or less forms a sulfide, and MnS It is an element that contributes to improvement of toughness by preventing the elongation of. In order to effectively exhibit such an action, it is preferable that the lower limit of the element is Ca: 0.0005%, Mg: 0.0002%, REM: 0.0005%. However, if added in excess, the toughness is rather lowered, so the upper limit is preferably made Ca: 0.005%, Mg: 0.005%, and REM: 0.02%. More preferable upper limits are Ca: 0.003%, Mg: 0.003%, and REM: 0.01%. These elements may be added alone or in combination of two or more.

本明細書において、REMは、ランタノイド元素(周期表において、LaからLnまでの合計15元素)に、Sc(スカンジウム)とY(イットリウム)とを加えた元素群を意味する。これらの元素のなかでも、La、CeおよびYよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含有することが好ましく、Laおよび/またはCeを含有することがより好ましい。また、溶鋼へ添加するREMの形態は特に限定されず、例えば、REMとして、純Laや純Ce,純Yなど、或いは純Ca,純Zr,純Ti、更にはFe−Si−La合金,Fe−Si−Ce合金,Fe−Si−Ca合金,Fe−Si−La−Ce合金,Fe−Ca合金,Ni−Ca合金などを添加すればよい。また、溶鋼へミッシュメタルを添加してもよい。ミッシュメタルとは、セリウム族希土類元素の混合物であり、具体的には、Ceを40〜50%程度,Laを20〜40%程度含有している。ただし、ミッシュメタルは不純物としてCaを含むことが多いので、ミッシュメタルがCaを含む場合は、Ca量は上記範囲を満足していることが好ましい。後記する実施例では、ミッシュメタルを添加している。   In this specification, REM means an element group obtained by adding Sc (scandium) and Y (yttrium) to a lanthanoid element (a total of 15 elements from La to Ln in the periodic table). Among these elements, it is preferable to contain at least one element selected from the group consisting of La, Ce and Y, and it is more preferable to contain La and / or Ce. Moreover, the form of REM added to molten steel is not specifically limited, For example, as REM, pure La, pure Ce, pure Y, etc., pure Ca, pure Zr, pure Ti, and also Fe-Si-La alloy, Fe -Si-Ce alloy, Fe-Si-Ca alloy, Fe-Si-La-Ce alloy, Fe-Ca alloy, Ni-Ca alloy, etc. may be added. Moreover, you may add misch metal to molten steel. Misch metal is a mixture of cerium group rare earth elements, and specifically contains about 40 to 50% of Ce and about 20 to 40% of La. However, since misch metal often contains Ca as an impurity, when the misch metal contains Ca, the amount of Ca preferably satisfies the above range. In the examples described later, misch metal is added.

Zr:0.1%以下、Ta:0.1%以下、およびHf:0.1%以下よりなる群から選択される少なくとも一種
Zr、Ta、およびHfは、いずれも、Nと結合して安定な窒化物を形成する元素であり、加熱時のオーステナイト粒径の成長を抑制して超微細析出物の生成を促進し、特に、靭性改善に寄与する元素である。このような作用を有効に発揮させるため、上記元素の下限を、Zr:0.005%、Ta:0.005%、Hf:0.005%とすることが好ましい。ただし、過剰に添加すると、粗大な窒化物が生成し、疲労特性が低下するため、いずれの元素も、上限を0.1%とすることが好ましい。より好ましい上限は、いずれの元素も、0.05%であり、更に好ましい上限は、いずれの元素も、0.025%である。
At least one of Zr, Ta, and Hf selected from the group consisting of Zr: 0.1% or less, Ta: 0.1% or less, and Hf: 0.1% or less is bonded to N and stable. It is an element that forms a simple nitride, promotes the formation of ultrafine precipitates by suppressing the growth of the austenite grain size during heating, and particularly contributes to toughness improvement. In order to effectively exhibit such an action, it is preferable that the lower limit of the element is Zr: 0.005%, Ta: 0.005%, and Hf: 0.005%. However, if added excessively, coarse nitrides are formed and fatigue characteristics are lowered, so the upper limit of each element is preferably 0.1%. A more preferable upper limit is 0.05% for any element, and a further preferable upper limit is 0.025% for any element.

以上、本発明の鋼中成分について説明した。   In the above, the component in steel of this invention was demonstrated.

次に、図1を参照しながら、本発明に係る高強度非調質熱間鍛造用鋼の製造方法の一実施形態を説明する。図1には、製造工程順に、鋳造工程、分塊圧延工程、熱間圧延工程、熱間鍛造工程の概略が模式的に示されている。このうち、本発明を特徴付ける工程は、熱間鍛造工程である。図1の熱間鍛造工程には、参考のため、従来の代表的なヒートパターンを点線で示している。   Next, an embodiment of a method for producing steel for high-strength non-tempered hot forging according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 schematically shows an outline of a casting process, a block rolling process, a hot rolling process, and a hot forging process in the order of the manufacturing process. Among these, the process characterizing the present invention is a hot forging process. In the hot forging process of FIG. 1, a conventional representative heat pattern is indicated by a dotted line for reference.

以下、工程順に説明する。   Hereinafter, it demonstrates in order of a process.

まず、前述した成分組成を満たす鋼を溶製し、鋳造する。鋳造条件は、特に限定されず、通常、用いられる方法を採用すれば良い。後に詳しく説明するように、本発明では、熱間鍛造条件を適切に制御することによって所望の超微細析出物を確保するものだからである。ただし、より微細でより多くの析出物の生成を目的として、鋳造条件を適切に制御することも有効であり、例えば、鋳造時の平均冷却速度(鋳造品中心部の平均冷却速度)をできるだけ速く(おおむね、200℃/hr以上)することが好ましい。   First, steel satisfying the above-described component composition is melted and cast. Casting conditions are not particularly limited, and a generally used method may be employed. As will be described in detail later, in the present invention, a desired ultrafine precipitate is ensured by appropriately controlling the hot forging conditions. However, it is also effective to appropriately control the casting conditions for the purpose of producing finer and more precipitates. For example, the average cooling rate during casting (the average cooling rate at the center of the cast product) is as fast as possible. (Generally, 200 ° C./hr or more) is preferable.

鋳造後、分塊圧延を行なう。分塊圧延は、分塊圧延前の均熱処理を包含してもよい。分塊圧延条件は特に限定されず、通常、用いられる方法を採用することができる。具体的には、例えば、1100〜1200℃の温度で0.5〜1時間加熱することが好ましい。勿論、より微細でより多くの析出物確保を目指して、より高い温度でより長時間加熱しても良く、これにより、特に、NbやTiの固溶が分塊時に促進され、所望とする超微細析出物が多く得られるようになる。また、分塊圧延前に均熱処理を行う場合は、おおむね、前述した分塊圧延と同じ条件で実施することが好ましい。   After casting, ingot rolling is performed. Partial rolling may include soaking before the partial rolling. The batch rolling conditions are not particularly limited, and generally used methods can be employed. Specifically, it is preferable to heat at a temperature of 1100 to 1200 ° C. for 0.5 to 1 hour, for example. Of course, it may be heated at a higher temperature for a longer time in order to secure a finer and more precipitate, and in this way, especially the solid solution of Nb and Ti is promoted at the time of agglomeration. Many fine precipitates can be obtained. In addition, when the soaking process is performed before the partial rolling, it is preferable that the annealing is performed under the same conditions as the partial rolling described above.

分塊圧延後、熱間圧延を行なう。熱間圧延条件も特に限定されず、通常、用いられる方法を採用することができる。具体的には、例えば、900〜1100℃の温度で0.5〜1時間加熱することが好ましい。熱間圧延工程においても、前述した分塊圧延工程と同様、より高い温度でより長時間加熱しても良く、これにより、所望とする超微細析出物の生成が一層促進されるようになる。   Hot rolling is performed after the block rolling. The hot rolling conditions are not particularly limited, and usually used methods can be adopted. Specifically, for example, it is preferable to heat at a temperature of 900 to 1100 ° C. for 0.5 to 1 hour. Also in the hot rolling process, similarly to the above-described block rolling process, heating may be performed at a higher temperature for a longer period of time, thereby further promoting generation of a desired ultrafine precipitate.

熱間圧延後、熱間鍛造を行なう。熱間鍛造工程は、所望の超微細析出物を確保し、強度と疲労限度比の両方の特性を高めるために最も重要な工程である。具体的には、以下に詳述するように、熱間鍛造時の加熱条件および鍛造温度、更には、熱間鍛造後の冷却条件を適切に制御することが必要であり、これらをすべて満たす条件で製造したもののみが、所望の特性を備えている(後記する実施例を参照)。   Hot forging is performed after hot rolling. The hot forging process is the most important process in order to secure desired ultrafine precipitates and enhance both the strength and fatigue limit ratio characteristics. Specifically, as described in detail below, it is necessary to appropriately control the heating conditions and forging temperature at the time of hot forging, and further the cooling conditions after hot forging. Only the product manufactured in (1) has the desired characteristics (see the examples described later).

まず、熱間鍛造時の加熱条件に関し、本発明では、1250℃以上の温度(図1中、T1)で1時間以上(図1中、t1)保持する。加熱時間(t1)は、当該加熱温度(T1)に達したときの保持時間を意味する。本発明の加熱パターンは、従来の代表的な加熱パターン(図1の点線部分)に比べ、温度が高く保持時間も長い。このように高温で長時間加熱保持することによって、析出強化元素であるNb、Ti、Vの固溶が促進され、特に、Vに比べて固溶し難いNbやTiの固溶が一層促進されるため、その後の冷却過程で析出する析出物へのNb、Tiの侵入が容易になり、結果的に、MP値が上昇するようになる。上記工程では、特に、加熱時間(t1)を適切に制御することが極めて重要であり、たとえ、加熱温度(T1)を1250℃以上に高めたとしても、加熱時間(t1)が1時間未満のものは、所望の特性が得られない(後記する図1を参照)。加熱温度(T1)は高いほど、保持時間(t1)は長いほど良い。例えば、加熱温度(T1)は1275℃以上が好ましく、1300℃以上がより好ましい。また、加熱時間(t1)は2時間以上がより好ましい。加熱温度の上限は特にされないが、設備などとの関係で、おおむね、1325℃とすることが好ましい。   First, regarding the heating conditions at the time of hot forging, in the present invention, the temperature is maintained at 1250 ° C. or higher (T1 in FIG. 1) for 1 hour or longer (t1 in FIG. 1). The heating time (t1) means a holding time when the heating temperature (T1) is reached. The heating pattern of the present invention has a higher temperature and a longer holding time than a conventional representative heating pattern (dotted line portion in FIG. 1). Thus, by heating and holding at a high temperature for a long time, the solid solution of precipitation strengthening elements Nb, Ti, and V is promoted. In particular, the solid solution of Nb and Ti that is difficult to dissolve in comparison with V is further promoted. Therefore, the penetration of Nb and Ti into the precipitate that precipitates in the subsequent cooling process becomes easy, and as a result, the MP value increases. In the above process, it is particularly important to appropriately control the heating time (t1). Even if the heating temperature (T1) is increased to 1250 ° C. or higher, the heating time (t1) is less than 1 hour. The desired properties cannot be obtained (see FIG. 1 described later). The higher the heating temperature (T1), the better the holding time (t1). For example, the heating temperature (T1) is preferably 1275 ° C. or higher, and more preferably 1300 ° C. or higher. The heating time (t1) is more preferably 2 hours or longer. Although the upper limit of the heating temperature is not particularly limited, it is preferably about 1325 ° C. because of the relationship with the equipment.

加熱後の鍛造温度(図1中、T2)は、1100℃以上とする。鍛造温度を、従来に比べて高く設定することにより、析出強化に寄与しないオーステナイト中での析出物生成を抑制することができる。鍛造温度は高いほど良く、おおむね、1125℃以上であることが好ましく、1150℃以上であることがより好ましい。鍛造温度の上限は特に限定されず、通常、加熱温度(T1)以下となる。   The forging temperature after heating (T2 in FIG. 1) is 1100 ° C. or higher. By setting the forging temperature higher than in the prior art, precipitate formation in austenite that does not contribute to precipitation strengthening can be suppressed. The higher the forging temperature, the better. In general, the forging temperature is preferably 1125 ° C or higher, more preferably 1150 ° C or higher. The upper limit of forging temperature is not specifically limited, Usually, it becomes below heating temperature (T1).

上記のように鍛造を行なった後、冷却するが、本発明では、熱間鍛造後650℃までの範囲を約60℃/min以上の平均冷却速度(CR1)で冷却(急冷)した後、650〜500℃までの範囲を約10℃/min以下の平均冷却速度(CR2)で冷却(徐冷)する。このように、フェライト変態までの温度域を急冷することによってオーステナイト領域での粒成長が抑えられ、次いで、フェライト変態が完了するまでの温度域を徐冷することによってフェライト中への超微細析出物の生成が増大するため、最終的に、所望とする特性が有効に発揮されるようになる。CR1は大きいほど、CR2は小さいほど良いが、生産効率などとのバランスを考慮すれば、おおむね、CR1:80〜120℃/min、CR2:3〜8℃/minであることが好ましい。   After forging as described above, cooling is performed. In the present invention, the range up to 650 ° C. after hot forging is cooled (rapidly cooled) at an average cooling rate (CR1) of about 60 ° C./min or more, and then 650 It cools (slow cooling) in the range to -500 degreeC with the average cooling rate (CR2) of about 10 degrees C / min or less. In this way, grain growth in the austenite region is suppressed by rapidly cooling the temperature region until ferrite transformation, and then ultrafine precipitates in ferrite are obtained by gradually cooling the temperature region until ferrite transformation is completed. As a result, the desired characteristics are effectively exhibited. The larger CR1 and the smaller CR2, the better. However, considering the balance with production efficiency and the like, it is generally preferable that CR1: 80 to 120 ° C / min, CR2: 3 to 8 ° C / min.

上記のようにして鍛造を行なった後、切削等の機械加工によって所望の部品形状に成形し、鍛造部品とする。   After forging as described above, it is formed into a desired part shape by machining such as cutting to obtain a forged part.

以下、実施例を挙げて本発明の構成および作用効果をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適切に変更を加えて実施することも可能であり、それらは何れも本発明の技術的範囲に含まれる。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited by the following examples, and is appropriately within a range that can meet the purpose described above and below. It is also possible to carry out with modification, and they are all included in the technical scope of the present invention.

(製造方法)
小型真空溶製炉を用いて表1に示すA〜Vの鋼(残部:鉄および不可避不純物)を溶製した後、鋳造した。次に、分塊均熱を模擬して、約1275℃で0.5時間加熱し、断面が155mm×155mmの鋼塊を得た。次いで、約1050℃で1時間加熱して熱間圧延を行なった後、表2に示す条件で、熱間鍛造を行ない、φ30mm×500mmの鍛造部品を得た。
(Production method)
A to V steels shown in Table 1 (remainder: iron and inevitable impurities) were melted and cast using a small vacuum melting furnace. Next, the soaking of the chunks was simulated and heated at about 1275 ° C. for 0.5 hours to obtain a steel ingot having a cross section of 155 mm × 155 mm. Next, after hot rolling at about 1050 ° C. for 1 hour, hot forging was performed under the conditions shown in Table 2 to obtain a forged part of φ30 mm × 500 mm.

(特性評価)
このようにして得られた鍛造部品(表2のNo.1〜29)を用い、前述した方法に基づいて、MP≧0.05を満たす平均粒径15nm以下の超微細析出物の個数を算出した。更に、以下のようにして引張強度および疲労限度を測定した。
(Characteristic evaluation)
Using the forged parts thus obtained (Nos. 1 to 29 in Table 2), the number of ultrafine precipitates having an average particle size of 15 nm or less satisfying MP ≧ 0.05 was calculated based on the method described above. did. Furthermore, the tensile strength and fatigue limit were measured as follows.

引張強度は、JIS4号試験片を用い、JIS Z 2241に従って測定した。ここでは、引張強度が900MPa以上1300MPa未満のものを○(合格)、900MPa未満のものを×(不合格)とした。   The tensile strength was measured according to JIS Z 2241 using a JIS No. 4 test piece. Here, those having a tensile strength of 900 MPa or more and less than 1300 MPa were evaluated as ◯ (passed), and those having a tensile strength of less than 900 MPa were evaluated as x (failed).

疲労強度は、応力集中係数α=1.9の切り欠き付きの小野式回転曲げ疲労試験片を用い、表面の加工層の影響を取り除くために電解研磨を施した後、JIS Z 2274に記載の方法で疲労試験を行って測定した。疲労限度比は、疲労強度/引張強度の比で算出した。ここでは、疲労限度比が0.30未満のものを×(不合格)とし、0.30以上のものを○、0.33以上のものを◎(○および◎を合格)とした。   The fatigue strength was measured according to JIS Z 2274 after electrolytic polishing was performed to remove the influence of the surface processed layer using a notched Ono-type rotary bending fatigue test piece with a stress concentration factor α = 1.9. The fatigue test was performed by the method and measured. The fatigue limit ratio was calculated by the ratio of fatigue strength / tensile strength. Here, those having a fatigue limit ratio of less than 0.30 were evaluated as x (failed), those having 0.30 or more were evaluated as ◯, and those having a fatigue limit ratio of 0.33 or more were evaluated as ◎ (◯ and ◎ passed).

これらの結果を表2にまとめて示す。表2には、使用した鋼種(表1の鋼種)も併記している。また、表2に総合評価の欄を設け、下記基準で総合評価した。
×:強度および疲労限度比の少なくともいずれか一つが×
○:引張強度および疲労限度比の両方が○
◎:引張強度○、疲労限度比◎
These results are summarized in Table 2. Table 2 also shows the steel types used (the steel types in Table 1). Moreover, the column of comprehensive evaluation was provided in Table 2, and it evaluated comprehensively with the following reference | standard.
×: At least one of strength and fatigue limit ratio is ×
○: Both tensile strength and fatigue limit ratio are ○
◎: Tensile strength ○, fatigue limit ratio ◎

表1に記載の鋼種のうち、鋼種A、C、F〜Sは、化学成分が本発明の範囲を満足する鋼であり、表1の鋼種B、D、E、T〜Vは、後に詳述するように、化学成分のいずれかが本発明の範囲を満足しない鋼である。また、本発明の範囲を満足する上記鋼種のうち、析出強化元素に着目して整理すると、鋼種A、G〜I、K〜SはNbおよびVを含有する(Tiなし)例、鋼種CはTiおよびVを含有する(Nbなし)例、鋼種FはTiとNbとVをすべて含有する例、鋼種JはTiのみを含有する(Nb、Vなし)例である。   Among the steel types listed in Table 1, steel types A, C, and F to S are steels whose chemical components satisfy the scope of the present invention, and steel types B, D, E, and T to V in Table 1 are described in detail later. As noted, any chemical component is a steel that does not satisfy the scope of the present invention. Further, among the above steel types that satisfy the scope of the present invention, when focusing on the precipitation strengthening elements, the steel types A, G to I, and K to S contain Nb and V (without Ti), the steel type C is An example containing Ti and V (no Nb), steel type F is an example containing all of Ti, Nb and V, and steel type J is an example containing only Ti (Nb, no V).

表2より、以下のように考察することができる。   From Table 2, it can be considered as follows.

表2のNo.1〜8は、本発明の要件を満足する鋼種Aを用い、鍛造条件および鍛造後の冷却速度を変えて製造した例である。   No. in Table 2 Nos. 1 to 8 are examples in which the steel type A satisfying the requirements of the present invention is used and the forging conditions and the cooling rate after forging are changed.

このうち、No.3〜5は、いずれも、本発明で規定する条件で製造した本発明例であり、MP≧0.05を満たす所望の超微細析出物が多数生成しているため、強度および疲労限度比の両方に優れている。   Of these, No. 3 to 5 are all examples of the present invention produced under the conditions specified in the present invention, and many desired ultrafine precipitates satisfying MP ≧ 0.05 are generated. Both are excellent.

これに対し、No.1は熱間鍛造時の加熱時間(t1)が短い例、No.2は熱間鍛造時の加熱温度(T1)が低い例、No.6は鍛造温度(T2)が低い例、No.7は鍛造後の冷却速度(CR1)が遅い例、No.8は鍛造後の冷却速度(CR2)が速い例であり、いずれも、所望とする超微細析出物の個数が少なく、疲労限度比が低下した。   In contrast, no. No. 1 is an example in which the heating time (t1) during hot forging is short. No. 2 is an example where the heating temperature (T1) at the time of hot forging is low. No. 6 is an example where the forging temperature (T2) is low. No. 7 is an example in which the cooling rate (CR1) after forging is slow. No. 8 is an example in which the cooling rate after forging (CR2) is fast. In either case, the desired number of ultrafine precipitates is small, and the fatigue limit ratio is lowered.

参考のため、図1に、熱間鍛造時の加熱時間(t1)と疲労限度比との関係を示す。図1は、表2のNo.1、3、4の結果をプロットしたものであり、これらは、鍛造時の加熱時間(t1)を0.5〜2時間の間で変化させたこと以外、他の条件をすべて同じにして製造した例である。鍛造時の加熱温度(T1)は1275℃である。図1に示すように、鍛造時の加熱時間(t1)が1時間以上であれば、高い疲労限度比を確保できることが分かる。   For reference, FIG. 1 shows the relationship between the heating time (t1) during hot forging and the fatigue limit ratio. FIG. The results of 1, 3, and 4 are plotted, and these are manufactured under the same conditions except that the heating time (t1) during forging is changed between 0.5 and 2 hours. This is an example. The heating temperature (T1) during forging is 1275 ° C. As shown in FIG. 1, it can be seen that if the heating time (t1) during forging is 1 hour or longer, a high fatigue limit ratio can be secured.

次に、表2のNo.9〜29について考察する。   Next, no. Consider 9-29.

No.10、13〜26は、いずれも、本発明で規定する条件で製造した本発明例であり、MP≧0.05を満たす所望の超微細析出物が多数生成しているため、強度および疲労限度比の両方に優れている。   No. Nos. 10 and 13 to 26 are examples of the present invention produced under the conditions specified in the present invention, and many desired ultrafine precipitates satisfying MP ≧ 0.05 are generated. Both ratios are excellent.

これに対し、No.9はNbおよびTiの両方を含有しない鋼種Bを用いた例、No.11はTi添加鋼であってTi/Nの比が低い鋼種Dを用いた例であり、いずれも、MP≧0.05を満たす超微細析出物が全く得られず、疲労限度比が低下した。   In contrast, no. No. 9 is an example using steel type B that does not contain both Nb and Ti. 11 is an example using a steel type D which is a Ti-added steel and has a low Ti / N ratio. In either case, ultrafine precipitates satisfying MP ≧ 0.05 were not obtained at all, and the fatigue limit ratio was lowered. .

No.12は、Ti添加鋼であってN量が多い鋼種Eを用いた例であり、N量が多いため、粗大なTiNが生成して破壊の起点となり、疲労限度比が低くなった。   No. No. 12 is an example using a steel type E which is a Ti-added steel and has a large amount of N. Since the amount of N is large, coarse TiN is generated and becomes the starting point of fracture, and the fatigue limit ratio becomes low.

No.27はTi量が多い鋼種Tを用いた例、No.28はC量が多い鋼種Uを用いた例であり、疲労限度比が低下した。   No. No. 27 is an example using steel type T with a large amount of Ti. 28 is an example using steel type U with a large amount of C, and the fatigue limit ratio was lowered.

No.29は、C量が少ない鋼種Vを用いた例であり、強度が低下した。なお、No.29は、強度が低いため、疲労強度および疲労限度比の測定は行なわなかった(表2中、「−」)。   No. 29 is an example using the steel type V with a small amount of C, and the strength decreased. In addition, No. Since No. 29 was low in strength, the fatigue strength and fatigue limit ratio were not measured ("-" in Table 2).

図1は、本発明の製造方法の一実施態様を模式的に示す概略工程図である。FIG. 1 is a schematic process diagram schematically showing one embodiment of the production method of the present invention. 図2は、実施例1において、熱間鍛造時の加熱時間と疲労限度比との関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the heating time during hot forging and the fatigue limit ratio in Example 1.

Claims (5)

(1)鋼中成分は、
C :0.10〜0.50%(質量%の意味、以下同じ。)、
Si:0.05〜2%、
Mn:0.3〜3%、
Al:0.005〜0.1%、
P :0.05%以下(0%を含まない)、
S :0.5%以下(0%を含まない)、
O :0.003%以下(0%を含まない)、
N :0.02%以下(0%を含まない)、
Nb,Ti,Vのうち、少なくともNb及び/又はTiを含み、Vを含んでいても良く、
Nbを含む場合は、Nb:0.2%以下(0%を含まない)であり、
Tiを含む場合は、Ti:0.20%以下(0%を含まない)、N:0.010%未満(0%を含まない)、およびTi/N≧3.4をすべて満足し、
Vを含む場合は、V:0.6%以下(0%を含まない)であり、
残部:Feおよび不可避不純物を満足し、且つ、
(2)フェライト中に、Nb及び/又はTi含有析出物(Vを更に含んでいてもよい)を含有し、且つ、下式で表されるMP値がMP≧0.05を満たす平均粒径15nm以下の前記析出物を50個/μm以上含有することを特徴とする疲労限度比に優れた高強度熱間鍛造非調質鋼部品。
MP=[{[Nb]/93}+{[Ti]/48}]/[{[V]/51}+{[Nb]/93}+{[Ti]/48}]
式中、[ ]は、前記析出物中に含まれる元素の含有量(質量%)を意味する。
(1) Components in steel are
C: 0.10 to 0.50% (meaning mass%, the same shall apply hereinafter),
Si: 0.05-2%
Mn: 0.3-3%,
Al: 0.005 to 0.1%,
P: 0.05% or less (excluding 0%),
S: 0.5% or less (excluding 0%),
O: 0.003% or less (excluding 0%),
N: 0.02% or less (excluding 0%),
Among Nb, Ti, and V, at least Nb and / or Ti may be included, and V may be included.
When Nb is included, Nb is 0.2% or less (not including 0%),
When Ti is contained, Ti: 0.20% or less (excluding 0%), N: less than 0.010% (excluding 0%), and Ti / N ≧ 3.4 are all satisfied,
When V is included, V: 0.6% or less (not including 0%),
Balance: Fe and inevitable impurities are satisfied, and
(2) An average particle diameter containing Nb and / or Ti-containing precipitates (which may further contain V) in the ferrite, and satisfying MP ≧ 0.05. A high-strength hot-forged non-tempered steel part excellent in fatigue limit ratio, characterized by containing 50 precipitates / μm 2 or more of 15 nm or less.
MP = [{[Nb] / 93} + {[Ti] / 48}] / [{[V] / 51} + {[Nb] / 93} + {[Ti] / 48}]
In the formula, [] means the content (% by mass) of the element contained in the precipitate.
更に、Mo:1%以下、及び/又はB:0.015%以下を含有する請求項1に記載の高強度熱間鍛造非調質鋼部品。   The high-strength hot-forged non-tempered steel part according to claim 1, further comprising Mo: 1% or less and / or B: 0.015% or less. 更に、Ni:2%以下、Cu:2%以下、およびCr:3%以下よりなる群から選択される少なくとも一種を含有する請求項1または2に記載の高強度熱間鍛造非調質鋼部品。   The high-strength hot-forged non-tempered steel part according to claim 1 or 2, further comprising at least one selected from the group consisting of Ni: 2% or less, Cu: 2% or less, and Cr: 3% or less. . 更に、Ca:0.005%以下、Mg:0.005%以下、およびREM:0.02%以下よりなる群から選択される少なくとも一種を含有する請求項1〜3のいずれかに記載の高強度熱間鍛造非調質鋼部品。   The high content according to any one of claims 1 to 3, further comprising at least one selected from the group consisting of Ca: 0.005% or less, Mg: 0.005% or less, and REM: 0.02% or less. Strength hot forged non-tempered steel parts. 更に、Zr:0.1%以下、Ta:0.1%以下、およびHf:0.1%以下よりなる群から選択される少なくとも一種を含有する請求項1〜4のいずれかに記載の高強度熱間鍛造非調質鋼部品。   The high content according to any one of claims 1 to 4, further comprising at least one selected from the group consisting of Zr: 0.1% or less, Ta: 0.1% or less, and Hf: 0.1% or less. Strength hot forged non-tempered steel parts.
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