JP2012219335A - Steel for induction hardening excellent in machinability and high-temperature strength and method for producing the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a steel for induction hardening with characteristics excellent in machinability.SOLUTION: The steel for induction hardening comprises 0.40-0.65% of C, >0.5% but ≤2% of Si, 0.2-2.% of Mn, ≤0.03% of P (not including 0%), 0.002-0.1% of S, 0.01-0.3% of Cr, 0.06-0.5% of Al, 0.0005-0.01% of B, 0.002-0.02% of N and the balance being Fe and inevitable impurities and has a metallic structure comprising ferrite, pearlite and bainite, wherein ferrite, pearlite and bainite account for ≥95% in total of the entire area of the structure, ferrite and bainite account for 3-10% and 20-40%, respectively, of the entire area, the average aspect ratio of ferrite crystal grains is ≥5, and the distance between ferrite crystal grains is 3-30 μm.

Description

本発明は、切削加工後、高周波焼入れによって鋼部品を製造するための鋼に関し、特に被削性と高温強度に優れた高周波焼入れ用鋼、およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to steel for producing steel parts by induction hardening after cutting, and particularly to induction hardening steel excellent in machinability and high-temperature strength, and a method for producing the same.

自動車や各種機械類に用いられる鋼部品(具体的には、自動車用変速機や作動装置をはじめとする各種歯車伝達装置に利用される歯車、シャフト、プーリーや等速ジョイント等、更にはクランクシャフト、コンロッド等の機械構造部品)は、通常、熱間加工(例えば、熱間圧延や熱間鍛造など)した鋼に、切削加工を施して最終形状(部品形状)に仕上げて製造される。切削加工後の鋼部品は、硬度(例えば、ビッカース硬度)が高く、また回転曲げ疲労強度などの疲労特性に優れていることが求められるが(以下、硬度と疲労特性を合わせて「強度」ということがある)、鋼部品の強度を高めるために、切削加工前の鋼の強度を高めると切削加工が困難となる。一方、切削加工に要するコストは、部品制作費全体中に占める割合が高いことから、切削加工前の鋼は被削性が良いことが要求される。そこで、切削加工前の鋼は、その硬さを低くして被削性を改善し、切削加工後に、焼入れ焼戻し(調質)や浸炭焼入れ等の熱処理を行うことによって鋼部品の強度を高めることが行われている。   Steel parts used in automobiles and various machinery (specifically, gears, shafts, pulleys, constant velocity joints, etc. used in various gear transmissions including automobile transmissions and actuators, and crankshafts) In general, a mechanical structural component such as a connecting rod is manufactured by subjecting hot-worked steel (for example, hot rolling or hot forging) to a final shape (part shape) by cutting. Steel parts after cutting are required to have high hardness (for example, Vickers hardness) and excellent fatigue properties such as rotational bending fatigue strength (hereinafter referred to as “strength” by combining hardness and fatigue properties). However, in order to increase the strength of the steel part, if the strength of the steel before cutting is increased, cutting becomes difficult. On the other hand, since the cost required for cutting is high in the total part production cost, the steel before cutting is required to have good machinability. Therefore, the steel before cutting improves the machinability by reducing its hardness, and increases the strength of steel parts by performing heat treatment such as quenching and tempering (tempering) and carburizing and quenching after cutting. Has been done.

ここで切削加工について詳しく説明すると、上記機械構造部品のうち特に歯車を製造するときの切削加工においては、ホブによる歯切りを行うのが一般的であり、この場合の切削加工は断続切削と呼ばれている。ホブ加工に用いられる工具としては、高速度工具鋼にAlTiNなどのコーティングを施したもの(以下、「ハイス工具」と略称することがある)が現状の主流である。ハイス工具を用いたホブ加工(断続切削)による歯切りは、低速(具体的には、切削速度150m/分程度以下)、低温(具体的には、200〜600℃程度)であるが、断続切削のため工具が空気と触れ易く、酸化、摩耗し易くなる。そのためホブ加工等の断続切削に供される鋼は、特に工具寿命を伸ばすことが求められている。   Here, the cutting process will be described in detail. In the cutting process for manufacturing gears among the above-mentioned mechanical structural parts, it is common to perform gear cutting with a hob. In this case, the cutting process is called intermittent cutting. It is. As a tool used for hobbing, a high-speed tool steel coated with AlTiN or the like (hereinafter sometimes abbreviated as “high-speed tool”) is the current mainstream. Gear cutting by hobbing (intermittent cutting) using a high-speed tool is low speed (specifically, cutting speed of about 150 m / min or less) and low temperature (specifically, about 200 to 600 ° C.), but intermittent. Because of cutting, the tool is easy to come into contact with air, and is likely to be oxidized and worn. For this reason, steel used for intermittent cutting such as hobbing is particularly required to extend the tool life.

本出願人は、断続切削における被削性(特に、工具寿命)を向上させた機械構造用鋼を特許文献1、2に提案している。これらのうち特許文献1では、酸化物系介在物の各成分を適切に調整して介在物全体を低融点で変形し易くすることによってハイス工具での連続切削における被削性を改善している。一方、特許文献2では、Feより酸化傾向の大きい元素を機械構造用鋼に添加して固溶させることによって、断続切削における機械構造用鋼の急速な酸化を防止して、工具の酸化摩耗を抑制し、鋼の被削性を改善している。しかし上記特許文献1、2では、上述したように、鋼部品の強度を高めるために、切削加工後に焼入れ焼戻し(調質)や浸炭焼入れ等の熱処理を行う必要がある。   The present applicant has proposed steels for machine structural use with improved machinability (particularly, tool life) in intermittent cutting in Patent Documents 1 and 2. Among these, in patent document 1, the machinability in the continuous cutting with a high-speed tool is improved by adjusting each component of oxide inclusions appropriately to facilitate deformation of the entire inclusion with a low melting point. . On the other hand, in Patent Document 2, by adding an element that has a greater tendency to oxidize than Fe to solid solution, the mechanical structure steel is prevented from being rapidly oxidized during intermittent cutting, and oxidative wear of the tool is prevented. Suppresses and improves the machinability of steel. However, in Patent Documents 1 and 2, as described above, in order to increase the strength of the steel part, it is necessary to perform heat treatment such as quenching and tempering (tempering) or carburizing and quenching after cutting.

ところで、近年では、地球環境への負荷を低減すると共に、作業環境を改善するために、焼入れ焼戻し(調質)や浸炭焼入れ等の熱処理に代えて高周波焼入れ処理が行われている。高周波焼入れ処理は、鋼の表層付近のみを急速加熱・冷却する方法であり、短時間で鋼部品の表層部の硬度や疲労特性を高めることができる。一方で、浸炭処理と同程度の表面および内部硬度を確保するためには、マルテンサイト変態によって強度が十分向上するように鋼中のC含有量を高める必要があり、また、内部硬さは高周波焼入れ処理前後で変化しないため、切削加工前の鋼の硬度を予め高めておく必要があった。   By the way, in recent years, in order to reduce the burden on the global environment and improve the working environment, induction hardening is performed instead of heat treatment such as quenching and tempering (tempering) and carburizing and quenching. Induction hardening is a method in which only the vicinity of the steel surface layer is rapidly heated and cooled, and the hardness and fatigue characteristics of the surface layer portion of the steel part can be increased in a short time. On the other hand, in order to ensure the same surface and internal hardness as carburizing treatment, it is necessary to increase the C content in the steel so that the strength is sufficiently improved by martensitic transformation, and the internal hardness is high frequency. Since it does not change before and after the quenching treatment, it is necessary to increase the hardness of the steel before cutting.

疲労特性を確保しつつ、被削性を向上させた高周波焼入れ用鋼として、例えば特許文献3が知られている。この特許文献3には、鋼の化学組成と組織を最適化することで被削性を向上させると共に、フェライト組織がパーライト組織の周りを数珠状に取り囲んだ組織とすることで疲労硬度を確保する技術が開示されている。   For example, Patent Document 3 is known as a steel for induction hardening with improved machinability while ensuring fatigue characteristics. In Patent Document 3, machinability is improved by optimizing the chemical composition and structure of steel, and the fatigue hardness is ensured by making the ferrite structure beaded around the pearlite structure. Technology is disclosed.

しかし上記特許文献3では低温変態相(ベイナイト、マルテンサイト)の生成によって被削性が十分に改善されていない。また鋼の内部がフェライト−パーライト組織であるため内部硬さが不十分となり、鋼部品としての要求特性に十分対応しきれていない。   However, in the said patent document 3, machinability is not fully improved by the production | generation of a low temperature transformation phase (bainite, martensite). Moreover, since the inside of steel has a ferrite-pearlite structure, the internal hardness is insufficient, and the required characteristics as steel parts are not fully met.

またエンジン周りなど、使用中に高温となる箇所に鋼部品を用いると、使用期間の経過に伴って、鋼部品の耐摩耗性や硬さ(Hv)が低下することが問題となっていた。すなわち、高温箇所に用いる鋼も切削加工が必要であるが、鋼の被削性を高めて製造した鋼部品は、高温状態に長期間曝されると、耐摩耗性や強度が低下して部品寿命が短くなるという問題が生じていた。このように使用中に高温となる箇所に用いる鋼部品には、上記したような被削性に優れているだけではなく、高温環境での耐摩耗性や硬さ(以下、高温強度という)も求められているが、被削性と高温強度に優れた鋼はいまだ提案されていない。   In addition, when steel parts are used in places where the temperature becomes high during use, such as around the engine, there has been a problem that the wear resistance and hardness (Hv) of the steel parts decrease with the passage of the period of use. In other words, steel used for high-temperature locations also needs to be cut, but steel parts manufactured with increased steel machinability are subject to reduced wear resistance and strength when exposed to high temperature conditions for long periods. There was a problem of shortening the service life. In this way, the steel parts used in locations that become hot during use not only have excellent machinability as described above, but also wear resistance and hardness in a high temperature environment (hereinafter referred to as high temperature strength). Although demanded, a steel excellent in machinability and high temperature strength has not been proposed yet.

特開2009−30160号公報JP 2009-30160 A 特開2009−287111号公報JP 2009-287111 A 特開2006−28598号公報JP 2006-28598 A

本発明はこのような事情に着目してなされたものであって、その目的は、部品形状に切削加工し、高周波焼入れ後の鋼部品に要求される硬度(ビッカース硬度)や疲労特性(回転曲げ疲労特性)を確保でき、しかも切削加工時の被削性に優れる特性を有すると共に、高温下に曝されるような箇所に用いても、硬さや疲労特性を確保できる高温強度に優れた特性を有する高周波焼入れ用鋼、およびその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made paying attention to such circumstances, and its purpose is to cut the shape of the part and to obtain the hardness (Vickers hardness) and fatigue characteristics (rotational bending) required for steel parts after induction hardening. Fatigue properties) and excellent machinability during cutting, as well as excellent high-temperature strength that can ensure hardness and fatigue properties even when used in locations exposed to high temperatures. It is to provide a steel for induction hardening and a method for manufacturing the same.

上記課題を解決し得た本発明とは、C:0.40〜0.65%(質量%の意味、化学成分について以下同じ)、Si:0.5超〜2%、Mn:0.2〜2%、P:0.03%以下(0%を含まない)、S:0.002〜0.1%、Cr:0.01〜0.3%、Al:0.06〜0.5%、B:0.0005〜0.01%、N:0.002〜0.02%を含有し、残部は鉄、及び不可避的不純物からなると共に、鋼の金属組織が、フェライト、パーライト、およびベイナイトを有し、全組織に対するフェライト、パーライト、及びベイナイトの合計面積率は95面積%以上であって、且つ全組織に対するフェライト、及びベイナイトの各面積率は、フェライトは3〜10面積%、ベイナイトは20〜40面積%であると共に、フェライト結晶粒の平均アスペクト比が5以上であって、且つ、フェライト結晶粒の粒子間距離が3〜30μmであることに要旨を有する高周波焼入れ用鋼である。   The present invention that has solved the above problems is: C: 0.40 to 0.65% (meaning mass%, the same applies to chemical components), Si: more than 0.5 to 2%, Mn: 0.2 -2%, P: 0.03% or less (excluding 0%), S: 0.002-0.1%, Cr: 0.01-0.3%, Al: 0.06-0.5 %, B: 0.0005 to 0.01%, N: 0.002 to 0.02%, the balance is made of iron and unavoidable impurities, and the metal structure of the steel is ferrite, pearlite, and It has bainite, and the total area ratio of ferrite, pearlite, and bainite with respect to the entire structure is 95 area% or more, and each area ratio of ferrite and bainite with respect to the entire structure is 3-10 area% for ferrite, bainite Is 20-40 area%, and ferrite crystal grains A the average aspect ratio of 5 or more, and a high-frequency hardened steel having a gist that the distance between the particles of the ferrite crystal grains is 3 to 30 .mu.m.

本発明では更に他の元素として、Mo:1%以下(0%を含まない)を含有するものであることも好ましく、また更に他の元素として、Ti:0.2%以下(0%を含まない)、Nb:0.2%以下(0%を含まない)、及びV:0.2%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される少なくとも一種の元素を含有するものであることも好ましい実施態様である。   In the present invention, it is also preferable that Mo: 1% or less (not including 0%) is contained as another element, and Ti: 0.2% or less (including 0%) is included as still another element. No), Nb: 0.2% or less (not including 0%), and V: 0.2% or less (not including 0%), and at least one element selected from the group consisting of This is also a preferred embodiment.

更に他の元素として、Cu:3%以下(0%を含まない)、および/またはNi:3%以下(0%を含まない)を含有するものであることも好ましく、また更に他の元素として、Ca:0.005%以下(0%を含まない)、Mg:0.005%以下(0%を含まない)、Li:0.001%以下(0%を含まない)、およびREM:0.001%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される少なくとも一種の元素を含有するものも好ましい実施態様の一つである。   Furthermore, it is preferable that other elements include Cu: 3% or less (not including 0%) and / or Ni: 3% or less (not including 0%). , Ca: 0.005% or less (not including 0%), Mg: 0.005% or less (not including 0%), Li: 0.001% or less (not including 0%), and REM: 0 A preferred embodiment is one containing at least one element selected from the group consisting of 0.001% or less (excluding 0%).

本発明では、上記成分組成を満足する鋼を、850〜1250℃の温度域で熱間加工した後、前記温度域で5秒〜60分間保持してから、前記温度域から500℃までの温度域を0.1〜3℃/sの平均冷却速度で冷却することに要旨を有する高周波焼入れ用鋼の製造方法も好ましい実施態様である。   In the present invention, the steel satisfying the above component composition is hot worked in a temperature range of 850 to 1250 ° C., and then held in the temperature range for 5 seconds to 60 minutes, and then the temperature from the temperature range to 500 ° C. A method for producing a steel for induction hardening which has the gist of cooling the zone at an average cooling rate of 0.1 to 3 ° C./s is also a preferred embodiment.

本発明によれば、鋼の成分組成を規定すると共に、鋼の金属組織の割合やフェライトの分散状態を適切に制御することによって、高温強度(硬度と疲労特性の両方を含む)と、加工時の被削性の双方に優れた高周波焼入れ用鋼を提供できる。即ち、本発明の高周波焼入れ用鋼は、切削加工したときの被削性、特に、断続切削したときの工具寿命が良好であり、しかも切削加工後、高周波焼入れして形成された鋼部品は、高温下に曝されるような箇所に用いても長期間、硬さや疲労特性を確保できる。   According to the present invention, by defining the composition of steel and appropriately controlling the ratio of the metal microstructure and the dispersion state of ferrite, high temperature strength (including both hardness and fatigue properties) and during processing It is possible to provide a steel for induction hardening that is excellent in both machinability. That is, the steel for induction hardening according to the present invention has good machinability when cut, particularly a tool life when cut intermittently, and steel parts formed by induction hardening after cutting are as follows: Hardness and fatigue characteristics can be ensured for a long time even when used in locations exposed to high temperatures.

図1Aは、1A(実施例)の金属組織写真である。FIG. 1A is a metallographic photograph of 1A (Example). 図1Bは、1G−18(比較例)の金属組織写真である。FIG. 1B is a metallographic photograph of 1G-18 (comparative example).

本発明者らは、被削性が良好で、しかも切削加工後に高周波焼入れすることによって鋼部品として要求される高温箇所でのビッカース硬度と疲労特性を長期間に亘って確保できる高周波焼入れ用鋼を提供するために検討を重ねてきた。その結果、鋼の成分組成を適切に調整(特にAlとBの複合添加、及びSiの添加量)したうえで、鋼の金属組織を適切に制御、具体的には、全金属組織に占めるフェライト、パーライト、およびベイナイトの面積率と、全金属組織に占めるフェライトとベイナイトの面積率を適切に制御すると共に、フェライト結晶粒の形状(平均アスペクト比)と分散状態(粒子間距離)を特定の範囲に制御することによって、被削性と高温強度を兼ね備えた高周波焼入れ用鋼を提供できることを見出し、本発明を完成した。   The inventors of the present invention provide a steel for induction hardening that has good machinability and can secure the Vickers hardness and fatigue characteristics at high temperatures required for steel parts over a long period of time by induction hardening after cutting. It has been studied to provide. As a result, the steel composition is appropriately adjusted (especially, the combined addition of Al and B, and the amount of Si added), and the metal structure of the steel is appropriately controlled. Specifically, ferrite occupies the entire metal structure. Appropriately controls the area ratio of ferrite, bainite, and the area ratio of ferrite and bainite in the total metal structure, and the ferrite crystal grain shape (average aspect ratio) and dispersion state (inter-particle distance) within a specific range As a result of the control, it was found that a steel for induction hardening having both machinability and high temperature strength can be provided, and the present invention has been completed.

本発明において高温強度に優れているとは、焼戻し後(例えば300℃以上の高温に3時間曝した後)の鋼部品の常温での表面硬度(Hv)が600以上であることをいう。   In the present invention, being excellent in high-temperature strength means that the surface hardness (Hv) at normal temperature of a steel part after tempering (for example, after being exposed to a high temperature of 300 ° C. or higher for 3 hours) is 600 or higher.

以下、本発明に至った経緯について順次説明した後、本発明の高周波焼入れ用鋼について説明する。   Hereinafter, the process of reaching the present invention will be described in order, and then the steel for induction hardening according to the present invention will be described.

本発明者らは、鋼の金属組織を、フェライトとパーライトの混合組織とすれば、切削加工したときの被削性(特に、断続切削したときの工具寿命)を改善できるのではないかとの考えに基づいて検討を重ねた。ところが、鋼の金属組織をフェライトとパーライトの混合組織にすると、鋼部品として要求される強度を確保できない場合があった。特に高周波焼入れ処理をした場合、鋼の表面付近の硬度は向上するものの、内部硬度は高周波焼入れの前後で変化しないことから、浸炭処理した場合と同等の表面硬度と内部硬度を得るためには、鋼の内部硬度を向上させることが必要である。鋼の金属組織と強度については、ベイナイトが鋼の高強度化に有効であることが一般に知られている。そこで鋼の金属組織をフェライトとパーライトに加えてベイナイトを含む混合組織とすれば、内部硬度と疲労特性の向上が図れると考えた。ところが、ベイナイトは硬質相であるため、高強度化に寄与する一方で被削性を低下させるため、要求される被削性を確保できない。   The present inventors believe that if the metal structure of steel is a mixed structure of ferrite and pearlite, the machinability when cutting (particularly the tool life when cutting intermittently) can be improved. Based on the investigation. However, if the metal structure of steel is a mixed structure of ferrite and pearlite, the strength required for steel parts may not be ensured. Especially when induction hardening is performed, although the hardness near the surface of the steel is improved, the internal hardness does not change before and after induction hardening, so to obtain the same surface hardness and internal hardness as when carburized, It is necessary to improve the internal hardness of the steel. As for the metal structure and strength of steel, it is generally known that bainite is effective in increasing the strength of steel. Therefore, we thought that the internal hardness and fatigue characteristics could be improved if the steel microstructure was mixed with ferrite and pearlite and mixed with bainite. However, since bainite is a hard phase, it contributes to increasing the strength while reducing the machinability, so that the required machinability cannot be ensured.

そこで本発明者らは、鋼の金属組織をフェライト、パーライト、ベイナイトの混合組織とすることで鋼の表面及び内部の硬度と疲労特性の向上を図る一方で、低下した被削性の向上について鋼中成分及びフェライトの形状・形態を制御する観点から検討を重ねた。   Therefore, the present inventors have attempted to improve the hardness and fatigue characteristics of the surface and the interior of the steel by making the metal structure of the steel a mixed structure of ferrite, pearlite, and bainite. The investigation was repeated from the viewpoint of controlling the shape and form of the medium component and ferrite.

鋼の化学成分については、鋼にAlを固溶状態で存在させると被削性が向上することが知られているが、上記金属組織の鋼にAlを固溶状態で存在させても得られる被削性向上効果は十分でなく、更なる改善が必要であることが判明した。そこで本発明者らは被削性について詳細に検討した。切削は、工具刃先が接触する鋼材表面を強い力で破断・分離させることによって表面を切断する作用であり、切削部分(工具刃先と接触する部分)の鋼の金属組織が同一である場合は、常に一定の力が工具刃先に加わっている。そのため、鋼が硬い(硬質相が多い)と工具刃先が受ける力も強いため、切削時の摩擦による発熱も加わって、酸化摩耗が生じて工具刃先は早期に劣化して被削性が低下することがわかった。一方、特許文献3のようにフェライトを数珠つなぎにするなど、フェライトを多くして切削部分の鋼を軟質化とすると、切削し易くなるものの、工具刃先に凝着が生じて該凝着によって摩耗が促進されて、時間が経過するにしたがって被削性が低下することが明らかになった。そこで本発明では、鋼を切削し易くしつつも凝着および酸化摩耗を防ぐために種々の検討を重ねた。その結果、フェライトの形状や分布状態を制御することによって被削性を改善できることが判明した。具体的にはフェライトを旧オーステナイト粒界上に分散させ、且つ、フェライト粒のアスペクト比を大きくすることによって、鋼の表面と内部の硬度と鋼の疲労特性を高レベルに確保したまま、被削性を劇的に改善できることを見出した。   The chemical composition of steel is known to improve machinability when Al is present in a solid solution state in the steel, but it can also be obtained when Al is present in a solid solution state in the steel having the above metal structure. It turned out that the machinability improvement effect is not sufficient and further improvement is necessary. Therefore, the present inventors examined the machinability in detail. Cutting is the action of cutting the surface by breaking and separating the steel material surface with which the tool blade edge comes into contact with a strong force, and when the metal structure of the steel of the cutting part (the part in contact with the tool edge) is the same, A constant force is always applied to the tool edge. Therefore, if the steel is hard (there are many hard phases), the tool edge is also subject to a strong force, and heat is generated due to friction during cutting, resulting in oxidative wear and deterioration of the tool edge at an early stage, resulting in reduced machinability. I understood. On the other hand, if the steel in the cutting part is softened by increasing the amount of ferrite, such as connecting the beads in a daisy chain as in Patent Document 3, it will be easy to cut, but the tool edge will adhere and wear due to the adhesion. It has been clarified that machinability decreases with time. Therefore, in the present invention, various studies have been made in order to prevent adhesion and oxidation wear while making steel easy to cut. As a result, it was found that machinability can be improved by controlling the shape and distribution of ferrite. Specifically, by dispersing the ferrite on the prior austenite grain boundaries and increasing the aspect ratio of the ferrite grains, the surface and internal hardness of the steel and the fatigue characteristics of the steel are secured while maintaining a high level. We found that sex can be improved dramatically.

このように強度を確保しつつ被削性を改善できるメカニズムについては以下に限定されるものではないが、次のように考えられる。即ち、強度を維持しつつ被削性を改善するためには金属組織のフェライト、パーライト、及びベイナイトの面積率を制御することが有効であるが、フェライト面積率を制御しだけでは、切削時にフェライトが連続することで上記したような凝着が生じてしまう。そこで軟質相であるフェライトを分散させて硬質相であるベイナイトと適当な間隔で交互に切削するような状態であれば、硬質相や軟質相による上記工具刃先に対する負担を低減できる。更にフェライトのアスペクト比を高くすることによって、フェライト先端の一部が硬質相中に入り込んで切り欠きとして作用し、硬質相のき裂が進展し易くなって切削性が向上すると考えられる。   The mechanism that can improve the machinability while ensuring the strength is not limited to the following, but is considered as follows. That is, to improve the machinability while maintaining the strength, it is effective to control the area ratio of ferrite, pearlite, and bainite in the metal structure. As described above, the above-mentioned adhesion occurs. Therefore, if the soft phase ferrite is dispersed and the hard phase bainite is alternately cut at an appropriate interval, the burden on the tool edge due to the hard phase or the soft phase can be reduced. Further, by increasing the aspect ratio of the ferrite, it is considered that a part of the ferrite tip enters into the hard phase and acts as a notch, and the crack of the hard phase is likely to progress and the machinability is improved.

そして本発明者らはこのような効果を発揮するフェライト粒の分散状態とするには後記するようにBの添加が必要であること、また上記作用を有するフェライトのアスペクト比や分散状態とするには製造条件を制御することが有効であることを見出した。   In order to obtain a dispersed state of ferrite grains exhibiting such an effect, the present inventors need to add B as described later, and to make the aspect ratio and dispersed state of ferrite having the above-described action. Found that it was effective to control the manufacturing conditions.

もっとも、上記のような金属組織の制御だけでは断続切削した際の酸化摩耗を十分に抑制できない。そこで本発明者らが検討した結果、上記強度と被削性を阻害することなく、酸化摩耗を抑制するにはAlを添加することが有効である。   However, oxidation wear during intermittent cutting cannot be sufficiently suppressed only by controlling the metal structure as described above. Therefore, as a result of studies by the present inventors, it is effective to add Al in order to suppress oxidative wear without impairing the strength and machinability.

また更に高温環境下で部品として使用した場合の強度の改善について検討した結果、上記金属組織等を特定しただけでは高温環境下で使用した場合に強度が時間の経過に伴って劣化してしまうが、Siを特定量含有させることによって高温環境下での強度の劣化を抑制できることを見出した。   Furthermore, as a result of examining the improvement in strength when used as a part in a high temperature environment, the strength deteriorates with the passage of time when used in a high temperature environment simply by specifying the metal structure and the like. It has been found that the deterioration of strength in a high temperature environment can be suppressed by containing a specific amount of Si.

本発明は以上の知見に基づきなされたものであって、フェライト、パーライト、およびベイナイトの面積率を適切に制御する点、フェライト結晶粒の平均アスペクト比とフェライト結晶粒の粒子間距離を特定の範囲に制御する点、鋼の化学成分として特定量のAlとBの添加を必須とする点、及びSi含有量を高くする点に特徴を有している。以下、本発明について具体的に説明する。   The present invention has been made on the basis of the above knowledge, and is intended to appropriately control the area ratio of ferrite, pearlite, and bainite, the average aspect ratio of ferrite crystal grains, and the distance between ferrite crystal grains within a specific range. It is characterized in that it is required to be controlled, the addition of specific amounts of Al and B as essential chemical components of steel, and the Si content is increased. Hereinafter, the present invention will be specifically described.

まず、鋼の金属組織について説明する。   First, the metal structure of steel will be described.

金属組織:フェライト、パーライト、およびベイナイトを有すること
上記したようにベイナイトは鋼の内部の高硬度化、及び疲労特性向上に寄与する金属組織である。一方、フェライトとパーライトは鋼の被削性向上に寄与する金属組織である。したがって鋼の金属組織をフェライト、パーライト、及びベイナイトの混合組織とすることによって、強度と被削性を向上させることができる。もっとも上記したように単にフェライトやベイナイト等を含む金属組織とするだけでは所望の強度と被削性が得られないことから、以下で詳述する様に、各組織の面積率、並びにフェライトの平均アスペクト比、及び粒子間距離等も満足する必要がある。
Metal structure: Having ferrite, pearlite, and bainite As described above, bainite is a metal structure that contributes to increasing the hardness of steel and improving fatigue properties. On the other hand, ferrite and pearlite are metal structures that contribute to improving the machinability of steel. Therefore, the strength and machinability can be improved by making the metal structure of steel a mixed structure of ferrite, pearlite, and bainite. However, as described above, the desired strength and machinability cannot be obtained simply by using a metal structure containing ferrite, bainite, etc., so as described in detail below, the area ratio of each structure and the average of ferrite It is necessary to satisfy the aspect ratio, the distance between particles, and the like.

フェライト、パーライト、及びベイナイトの合計面積率:全組織に対して95面積%以上
上記したように本発明の鋼の強度と被削性は、金属組織をフェライト、パーライト、及びベイナイトの混合組織とすることによって発現するものである。このような効果を得るためには、全組織に対するフェライト、パーライト、及びベイナイトの合計面積率は95面積%以上、好ましくは97面積%以上、より好ましくは99面積%以上である。なお、フェライト、パーライト、及びベイナイト以外の金属組織には、例えば製造上不可避的に生成し得るマルテンサイトや残留オーステナイトなどが含まれるが、これら組織の面積率が高くなると被削性が劣化することがあるため、全く含まれていなくてもよい。したがって全組織に対するフェライト、パーライト、及びベイナイトの合計面積率は更に好ましくは100面積%である。
The total area ratio of ferrite, pearlite, and bainite: 95 area% or more with respect to the entire structure As described above, the strength and machinability of the steel of the present invention is a mixed structure of ferrite, pearlite, and bainite. It is expressed by. In order to obtain such an effect, the total area ratio of ferrite, pearlite, and bainite with respect to the entire structure is 95 area% or more, preferably 97 area% or more, more preferably 99 area% or more. Metal structures other than ferrite, pearlite, and bainite include, for example, martensite and retained austenite that are inevitably produced in production, but machinability deteriorates when the area ratio of these structures increases. Therefore, it may not be included at all. Therefore, the total area ratio of ferrite, pearlite, and bainite with respect to the entire structure is more preferably 100 area%.

フェライトの面積率:全組織に対して3〜10面積%
フェライトは、パーライトやベイナイトよりも軟質相であるため、切削時に他の組織よりも優先的に破断・分離の起点となり、き裂の発生、進展に有効に作用する組織である。本発明ではSi含有量を高めてSiによる固溶強化によって部品強度を高めているため、このような作用を得るためには、フェライトの面積率は全組織に対して3面積%以上、好ましくは3.5面積%以上、より好ましくは4面積%以上である。一方、Siによる固溶強化によってフェライトによる凝着がある程度抑制されるものの、全組織に占めるフェライトの面積率が高くなりすぎると、強度を低下させるだけでなく、工具刃先に凝着しやすくなって被削性が劣化することがある。したがってフェライトの面積率の上限は全組織に対して10面積%以下、好ましくは9面積%以下、より好ましくは8面積%以下である。
Area ratio of ferrite: 3 to 10% by area with respect to the entire structure
Since ferrite is a softer phase than pearlite or bainite, it is a structure that acts as a starting point for fracture / separation preferentially over other structures during cutting, and effectively acts on crack initiation and propagation. In the present invention, since the component strength is increased by increasing the Si content and by solid solution strengthening with Si, in order to obtain such an effect, the area ratio of ferrite is 3% by area or more, preferably It is 3.5 area% or more, more preferably 4 area% or more. On the other hand, although the adhesion due to ferrite is suppressed to some extent by solid solution strengthening with Si, if the area ratio of ferrite occupying the whole structure becomes too high, not only does the strength decrease, but adhesion to the tool edge tends to occur. Machinability may deteriorate. Therefore, the upper limit of the area ratio of ferrite is 10 area% or less, preferably 9 area% or less, more preferably 8 area% or less with respect to the entire structure.

ベイナイトの面積率:全組織に対して20〜40面積%
ベイナイトは、フェライトやパーライトよりも硬質相であるため、高周波焼入れ処理後の部品強度の向上に寄与する組織である。このような作用を得るためには、全組織に対するベイナイトの面積率は20面積%以上、好ましくは22.5面積%以上、より好ましくは25面積%以上である。一方、全組織に占めるベイナイトの面積率が高くなりすぎると、部品強度は向上するものの、被削性が低下する。またSiによる固溶強化によって部品強度が高くなるため、Si含有量の高い本発明ではベイナイトの面積率は低くすることが望ましい。したがってベイナイトの面積率の上限は全組織に対して40面積%以下、好ましくは37.5面積%以下、より好ましくは35面積%以下である。
Area ratio of bainite: 20 to 40 area% with respect to the entire structure
Since bainite is a harder phase than ferrite and pearlite, it is a structure that contributes to improving the strength of parts after induction hardening. In order to obtain such an effect, the area ratio of bainite with respect to the entire structure is 20 area% or more, preferably 22.5 area% or more, more preferably 25 area% or more. On the other hand, when the area ratio of bainite occupying the whole structure becomes too high, although the component strength is improved, the machinability is lowered. In addition, since the strength of the parts is increased by solid solution strengthening with Si, it is desirable to reduce the area ratio of bainite in the present invention having a high Si content. Therefore, the upper limit of the area ratio of bainite is 40 area% or less, preferably 37.5 area% or less, more preferably 35 area% or less, with respect to the entire structure.

フェライトの結晶粒の平均アスペクト比:5以上
フェライトは軟質相であるため、切削時の破断・分離の起点となりやすいが、このような効果を発揮させるためには、フェライトの面積率が上記範囲内にあるだけでなく、フェライト結晶粒の形状が細長いことが必要である。すなわち、フェライト結晶粒の形状が細長ければ硬質相中で切り欠きとして作用し、被削性が向上すると考えられる。このような効果は、フェライト結晶粒の平均アスペクト比を5以上とする必要がある。平均アスペクト比は好ましくは6以上、より好ましくは7以上である。フェライト結晶粒のアスペクト比が大きいほど切り欠きとして有効に作用するようになるため、上限は特に定めない。
Average aspect ratio of ferrite crystal grains: 5 or more Since ferrite is a soft phase, it tends to be the starting point of fracture / separation during cutting. In order to exert such effects, the area ratio of ferrite is within the above range. In addition, it is necessary that the ferrite crystal grains have an elongated shape. That is, it is considered that if the ferrite crystal grains are elongated, they act as notches in the hard phase, and the machinability is improved. Such an effect requires the average aspect ratio of the ferrite crystal grains to be 5 or more. The average aspect ratio is preferably 6 or more, more preferably 7 or more. Since the larger the aspect ratio of the ferrite crystal grains, the more effectively the notch is operated, there is no particular upper limit.

フェライト結晶の粒子間距離:3〜30μm
フェライトは上記のとおり切削時のき裂発生、進展に有効に作用するが、旧オーステナイト粒界に沿ったフェライトの結晶粒が連続していると、切削加工量が多くなるにしたがって工具刃先が凝着摩耗して被削性が劣化する。したがってこのような被削性の劣化を防止する観点から隣接するフェライト結晶の粒子間距離を3μm以上、好ましくは5μm以上、より好ましくは7μm以上とするのがよい。このように適切に粒子間距離を確保して隣接するフェライト粒子同士を互いに独立させておくことで、フェライト結晶粒の粒子間に存在する硬質相が凝着を抑制する作用を発揮し、被削性が改善される。一方、Si含有量を高めて固溶強化を図っている本発明では、フェライト結晶粒の粒子間距離が離れすぎていると、硬質相による工具への負担が大きくなり被削性が劣化することがある。したがってフェライト結晶粒の粒子間距離の上限は30μm以下、好ましくは25μm以下とするのがよい。
Distance between grains of ferrite crystal: 3 to 30 μm
As described above, ferrite effectively acts on crack initiation and propagation during cutting, but if the ferrite crystal grains along the prior austenite grain boundary are continuous, the cutting edge of the tool is agglomerated as the amount of cutting increases. Wear and wear, and machinability deteriorates. Therefore, from the viewpoint of preventing such machinability deterioration, the distance between adjacent ferrite crystals is preferably 3 μm or more, preferably 5 μm or more, more preferably 7 μm or more. In this way, by properly securing the inter-particle distance and keeping the adjacent ferrite particles independent of each other, the hard phase existing between the ferrite crystal grains exerts the action of suppressing adhesion, and cuts the workpiece. Improved. On the other hand, in the present invention where the Si content is increased to enhance the solid solution, if the inter-particle distance of the ferrite crystal grains is too far, the burden on the tool due to the hard phase increases and the machinability deteriorates. There is. Therefore, the upper limit of the distance between the ferrite crystal grains is 30 μm or less, preferably 25 μm or less.

被削性と強度に優れた特性を有する本発明の鋼は、上記鋼の金属組織を満足するだけでなく、鋼の成分組成も満足することが必要である。   The steel of the present invention having excellent machinability and strength needs to satisfy not only the metal structure of the steel but also the composition of the steel.

C:0.40〜0.65%
Cは、強度を確保するために必要な元素であり、0.40%以上含有させることによって、部品として必要な強度(高周波焼入れ後の鋼表面と内部の硬度、及び疲労特性)を確保できる。Cは、好ましくは0.43%以上、より好ましくは0.45%以上である。しかしC量が過剰になると、鋼が硬くなり過ぎて被削性や靱性が劣化する。従ってC量は0.65%以下とする。C量は、好ましくは0.62%以下であり、より好ましくは0.60%以下である。
C: 0.40 to 0.65%
C is an element necessary for ensuring the strength, and by containing 0.40% or more, it is possible to ensure the strength required for the components (the steel surface and internal hardness after induction hardening, and fatigue characteristics). C is preferably 0.43% or more, more preferably 0.45% or more. However, if the amount of C is excessive, the steel becomes too hard and the machinability and toughness deteriorate. Therefore, the C content is 0.65% or less. The amount of C is preferably 0.62% or less, and more preferably 0.60% or less.

Si:0.5超〜2%
Siは、脱酸元素として作用し、鋼の内部品質を向上させると共に、鋼部品を高温環境で長時間使用した際の強度の劣化を抑制するのに必要な元素である。Siが少なすぎると、脱酸が不十分となり、溶製時にガス欠陥が発生しやすくなる。したがってSiは、0.5%超、好ましくは0.55%以上、より好ましくは0.60%以上とする。しかしSi量が過剰になると、鋼が硬くなり過ぎて被削性が劣化する。したがってSiは、2%以下、好ましくは1.8%以下、より好ましくは1.6%以下とする。
Si: more than 0.5 to 2%
Si acts as a deoxidizing element, improves the internal quality of steel, and is an element necessary for suppressing deterioration of strength when a steel part is used in a high temperature environment for a long time. When there is too little Si, deoxidation will become inadequate and it will become easy to generate | occur | produce a gas defect at the time of melting. Therefore, Si is more than 0.5%, preferably 0.55% or more, more preferably 0.60% or more. However, when the amount of Si becomes excessive, the steel becomes too hard and the machinability deteriorates. Therefore, Si is 2% or less, preferably 1.8% or less, more preferably 1.6% or less.

Mn:0.2〜2%
Mnは、焼入れ性を向上させて鋼の強度を向上させるのに必要な元素であり、0.2%以上、好ましくは0.4%以上、より好ましくは0.6%以上とする。しかしMnが過剰になると、焼入れ性が向上し過ぎて過剰にベイナイトが生成したり、マルテンサイトが生成し易くなり、被削性が低下する。従ってMnは、2%以下、好ましくは1.8%以下、より好ましくは1.6%以下とする。
Mn: 0.2-2%
Mn is an element necessary for improving the hardenability and improving the strength of the steel, and is 0.2% or more, preferably 0.4% or more, more preferably 0.6% or more. However, when Mn is excessive, the hardenability is excessively improved and bainite is excessively generated or martensite is easily generated, and the machinability is lowered. Therefore, Mn is 2% or less, preferably 1.8% or less, more preferably 1.6% or less.

P:0.03%以下(0%を含まない)
Pは、鋼に不可避的に含まれる不純物元素であり、P量が過剰になると加工時に割れが発生するのを助長するので、できるだけ低減する必要がある。従ってPは、0.03%以下、好ましくは0.02%以下、より好ましくは0.015%以下とする。なお、P量を0%とすることは工業的に困難である。
P: 0.03% or less (excluding 0%)
P is an impurity element that is inevitably contained in steel, and if the amount of P is excessive, it promotes the occurrence of cracks during processing, so it needs to be reduced as much as possible. Therefore, P is 0.03% or less, preferably 0.02% or less, more preferably 0.015% or less. In addition, it is industrially difficult to make P amount 0%.

S:0.002〜0.1%
Sは、鋼に不可避的に含まれる不純物であるが、鋼中のMnと結合してMnS介在物を形成し、鋼の被削性を向上させるのに有効に作用する元素であり、0.002%以上、好ましくは0.005%以上、より好ましくは0.008%以上とする。しかしS量が過剰になると、MnS系介在物量が増大し、この介在物が加工時(例えば、熱間圧延や熱間鍛造など)に加工方向に伸展するため、加工方向に直角な方向の靱性(横目靱性)が劣化する原因となる。従ってS量は0.1%以下、好ましくは0.08%以下、より好ましくは0.05%以下とする。
S: 0.002 to 0.1%
S is an impurity inevitably contained in the steel, but is an element that effectively acts to improve the machinability of the steel by combining with Mn in the steel to form MnS inclusions. 002% or more, preferably 0.005% or more, more preferably 0.008% or more. However, if the amount of S becomes excessive, the amount of MnS inclusions increases, and the inclusions extend in the processing direction during processing (for example, hot rolling or hot forging), so the toughness in the direction perpendicular to the processing direction. (Train toughness) will be deteriorated. Therefore, the S content is 0.1% or less, preferably 0.08% or less, more preferably 0.05% or less.

Cr:0.01〜0.3%
Crは、鋼の焼入れ性を高め、強度を向上させるために有効に作用する元素である。また、Alとの複合添加によって、鋼の被削性(特に、断続切削性)を高めるのにも有効に作用する元素である。こうした効果を発揮させるには、Crは0.01%以上、好ましくは0.03%以上、より好ましくは0.05%以上である。しかし、Cr量が過剰になると、粗大な炭化物が生成するか、或いは過冷組織が過剰に生成して被削性を却って劣化させるので、Cr量は0.3%以下、好ましくは0.27%以下、より好ましくは0.25%以下である。
Cr: 0.01 to 0.3%
Cr is an element that effectively acts to enhance the hardenability of the steel and improve the strength. Moreover, it is an element which acts effectively also for improving the machinability (especially intermittent machinability) of steel by combined addition with Al. In order to exhibit such an effect, Cr is 0.01% or more, preferably 0.03% or more, more preferably 0.05% or more. However, if the amount of Cr is excessive, coarse carbides are generated, or an excessively cooled structure is excessively generated to deteriorate the machinability. Therefore, the amount of Cr is 0.3% or less, preferably 0.27. % Or less, more preferably 0.25% or less.

Al:0.06〜0.5%
Alは、鋼中に固溶状態で存在させることによって断続切削したときの被削性を向上させる(工具表面の酸化摩耗を抑制する)ために必要な元素である。また、AlはNと結合してAlNを析出し、加工時に結晶粒が異常成長して強度が低下するのを防止する元素である。また、Alは、脱酸剤としても作用する。こうした効果を発揮させるためには、Alは、0.06%以上、好ましくは0.07%以上、より好ましくは0.08%以上とする。しかしAlが過剰になると、AlNが多量に析出して加工性を低下させる。従ってAlは0.5%以下、好ましくは0.4%以下、より好ましくは0.3%以下とする。
Al: 0.06 to 0.5%
Al is an element necessary for improving the machinability when intermittent cutting is performed by suppressing the wear on the tool surface by being present in a solid solution state in steel. Further, Al is an element that binds to N and precipitates AlN to prevent the crystal grains from growing abnormally during processing and lowering the strength. Al also acts as a deoxidizer. In order to exert such an effect, Al is made 0.06% or more, preferably 0.07% or more, more preferably 0.08% or more. However, when Al is excessive, a large amount of AlN precipitates and the workability is lowered. Therefore, Al is 0.5% or less, preferably 0.4% or less, more preferably 0.3% or less.

B:0.0005〜0.01%
Bは、焼入れ性の向上や、BNを核としたフェライトの分散によって、更に被削性を改善する作用がある重要な元素である。こうした効果を発揮させるには、Bは、0.0005%以上、好ましくは0.0010%以上、より好ましくは0.0015%以上とする。しかしBが過剰になると、鋼が硬くなり過ぎて被削性が却って劣化する。従ってBは0.01%以下、好ましくは0.008%以下、より好ましくは0.006%以下とする。
B: 0.0005 to 0.01%
B is an important element that has the effect of further improving the machinability by improving the hardenability and dispersing ferrite with BN as a core. In order to exert such an effect, B is 0.0005% or more, preferably 0.0010% or more, more preferably 0.0015% or more. However, if B is excessive, the steel becomes too hard and the machinability deteriorates. Therefore, B is 0.01% or less, preferably 0.008% or less, more preferably 0.006% or less.

N:0.002〜0.02%
Nは、AlNを析出して加工時に結晶粒が異常成長して強度が低下するのを防止する他、BNを析出して被削性を向上させるのに寄与する元素である。こうした効果を発揮させるには、Nは0.002%以上、好ましくは0.004%以上、より好ましくは0.006%以上とする。しかしNが過剰になると、AlNが多量に析出して加工性を低下させる。従ってNは、0.02%以下、好ましくは0.018%以下、より好ましくは0.016%以下とする。
N: 0.002 to 0.02%
N is an element that precipitates AlN and prevents crystal grains from growing abnormally during processing to lower the strength, and contributes to improving the machinability by depositing BN. In order to exert such an effect, N is 0.002% or more, preferably 0.004% or more, more preferably 0.006% or more. However, when N is excessive, a large amount of AlN precipitates and the workability is lowered. Therefore, N is 0.02% or less, preferably 0.018% or less, more preferably 0.016% or less.

本発明に係る高強度鋼の成分組成は上記の通りであり、残部は、鉄および不可避的不純物である。不可避的不純物としては、原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる微量元素(例えば、As、Sb、Snなど)の混入が許容される。   The component composition of the high-strength steel according to the present invention is as described above, and the balance is iron and inevitable impurities. As the inevitable impurities, mixing of trace elements (for example, As, Sb, Sn, etc.) brought in depending on the situation of raw materials, materials, manufacturing equipment, etc. is allowed.

また、本発明の効果を損なわない範囲で、更に他の元素として、Mo、Ti、Nb、V、Cu、Ni、Ca、Mg、Li、REMなどを積極的に含有させてもよい。   In addition, Mo, Ti, Nb, V, Cu, Ni, Ca, Mg, Li, REM, and the like may be actively included as other elements within a range not impairing the effects of the present invention.

Mo:1%以下(0%を含まない)
Moは、鋼の焼入れ性を高め、焼入れされていない組織が生成するのを抑制するのに作用する元素である。こうした作用は、その含有量が増加するにつれて増大するが、好ましくは0.04%以上、より好ましくは0.06%以上、更に好ましくは0.08%以上である。しかしMoを過剰に含有すると、過冷組織が過剰に生成して被削性が低下するため、1%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.8%以下であり、更に好ましくは0.5%以下である。
Mo: 1% or less (excluding 0%)
Mo is an element that acts to increase the hardenability of steel and suppress the formation of a structure that has not been quenched. Such an action increases as the content thereof increases, but is preferably 0.04% or more, more preferably 0.06% or more, and further preferably 0.08% or more. However, when Mo is excessively contained, an excessively cooled structure is excessively generated and machinability is lowered, so that the content is preferably 1% or less. More preferably, it is 0.8% or less, More preferably, it is 0.5% or less.

Ti:0.2%以下(0%を含まない)、Nb:0.2%以下(0%を含まない)、及びV:0.2%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される少なくとも一種の元素
Ti、Nb、Vは、熱間加工時に結晶粒が異常成長するのを防止し、鋼の靭性や疲労特性が低下するのを防止する作用を有する元素であり、少なくとも任意の1種以上含有することによってこうした作用が発揮される。こうした作用は、その含有量が増加するにつれて増大するが、Ti、Nb、Vは夫々好ましくは0.005%以上、より好ましくは0.010%以上含有することが望ましい。しかし、これらの元素を過剰に含有すると、硬質の炭化物が多量に生成して鋼の被削性が低下するので、Ti、Nb、Vは夫々、0.2%以下、好ましくは0.15%以下、より好ましくは0.10%以下である。なお、Ti、Nb、およびVは、単独で含有させてもよいし、任意に選ばれる2種以上を含有させてもよい。
Selected from the group consisting of Ti: 0.2% or less (not including 0%), Nb: 0.2% or less (not including 0%), and V: 0.2% or less (not including 0%) At least one of the elements Ti, Nb, and V is an element that has an action of preventing abnormal growth of crystal grains during hot working and preventing deterioration of the toughness and fatigue characteristics of steel. Such an effect is exhibited by containing 1 or more of these. Such an action increases as the content thereof increases, but Ti, Nb, and V are each preferably contained in an amount of 0.005% or more, more preferably 0.010% or more. However, if these elements are contained excessively, a large amount of hard carbides are formed and the machinability of the steel is lowered. Therefore, Ti, Nb, and V are each 0.2% or less, preferably 0.15%. Below, more preferably 0.10% or less. In addition, Ti, Nb, and V may be contained independently and may contain 2 or more types chosen arbitrarily.

Cu:3%以下(0%を含まない)、および/またはNi:3%以下(0%を含まない)
Cu、およびNiは、焼入れ性を向上させて強度を高めるのに有効に作用する元素である。こうした作用は、これらの元素の含有量が増加するにつれて増大するが、有効に発揮させるには、Cu、Niは夫々好ましくは0.05%以上、より好ましくは0.1%以上である。しかし過剰に含有させると過冷組織が過剰に生成し、延性や靭性が低下するので、Cu、Niは夫々3%以下とすることが好ましい。より好ましくは2%以下、更に好ましくは1%以下である。なお、Cu、およびNiは、夫々、単独で含有させてもよいし、両方を含有させてもよく、また両方を含有させる場合の含有量は夫々上記範囲で任意の含有量でよい。
Cu: 3% or less (not including 0%) and / or Ni: 3% or less (not including 0%)
Cu and Ni are elements that effectively act to improve the hardenability and increase the strength. Such an action increases as the content of these elements increases, but in order to effectively exhibit them, Cu and Ni are each preferably 0.05% or more, more preferably 0.1% or more. However, if excessively contained, an excessively cooled structure is excessively generated, and ductility and toughness are lowered. Therefore, Cu and Ni are each preferably made 3% or less. More preferably, it is 2% or less, and further preferably 1% or less. In addition, Cu and Ni may each be contained independently, and both may be contained, and when both are contained, the content may be any content within the above range.

Ca:0.005%以下(0%を含まない)、Mg:0.005%以下(0%を含まない)、Li:0.001%以下(0%を含まない)、およびREM:0.001%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される少なくとも一種の元素
Ca、Mg、Li、及びREMは、MnS等の硫化化合物系介在物を球状化させ、被削性を向上させるのに有効な元素である。こうした作用はその含有量が増加するにつれて増大するが、有効に発揮させるためには、CaとMgは夫々好ましくは0.0005%以上、より好ましくは0.0010%以上、LiとREMは夫々好ましくは0.0001%以上、より好ましくは0.0002%以上である。しかし過剰に含有させてもその効果は飽和し、含有量に見合う効果が期待できないので、CaとMgは夫々好ましくは0.005%以下、より好ましくは0.0040%以下、更に好ましくは0.0030%以下、LiとREMは夫々好ましくは0.001%以下、より好ましくは0.0008%以下、更に好ましくは0.0005%以下である。なお、Ca、Mg、Li、およびREMは、単独で含有させてもよいし、任意に選ばれる2種以上を含有させてもよい。
Ca: 0.005% or less (not including 0%), Mg: 0.005% or less (not including 0%), Li: 0.001% or less (not including 0%), and REM: 0.00. At least one element selected from the group consisting of 001% or less (excluding 0%) Ca, Mg, Li, and REM spheroidize sulfide compound inclusions such as MnS and improve machinability It is an effective element. These effects increase as the content thereof increases, but in order to exert them effectively, Ca and Mg are each preferably 0.0005% or more, more preferably 0.0010% or more, and Li and REM are each preferably. Is 0.0001% or more, more preferably 0.0002% or more. However, even if contained excessively, the effect is saturated and an effect commensurate with the content cannot be expected, so Ca and Mg are each preferably 0.005% or less, more preferably 0.0040% or less, and still more preferably 0.00. 0030% or less, Li and REM are each preferably 0.001% or less, more preferably 0.0008% or less, and still more preferably 0.0005% or less. In addition, Ca, Mg, Li, and REM may be contained independently and may contain 2 or more types chosen arbitrarily.

こうした本発明の鋼は、上記成分組成を満足する鋼を、850〜1250℃の温度域で熱間加工した後、前記温度域で5秒〜60分間保持してから、前記温度域から500℃までの温度域を0.1〜3℃/sの平均速度で冷却することによって製造できる。   Such a steel of the present invention is obtained by hot-working a steel satisfying the above component composition in a temperature range of 850 to 1250 ° C. and holding in the temperature range for 5 seconds to 60 minutes, and then from the temperature range to 500 ° C. Can be produced by cooling the temperature range up to 0.1 to 3 ° C./s.

上記金属組織を満足する鋼とするには、熱間加工及びその後の冷却速度等の製造条件を適切に制御することが望ましい。   In order to obtain steel that satisfies the above metal structure, it is desirable to appropriately control manufacturing conditions such as hot working and subsequent cooling rate.

すなわち、熱間加工温度を850〜1250℃の範囲とすることで低い変形抵抗下で鋼を加工できる。850℃未満の場合、鋼の変形抵抗が十分に低下していないため所望の加工が困難となる。好ましくは875℃以上、より好ましくは900℃以上である。変形抵抗の低減による加工性向上の観点からは加熱温度の上限は特に限定されないが、温度が高くなりすぎると、鋼端部にだれが生じて鋼の取扱い性が悪くなったり、変形抵抗が低くなりすぎて過剰な加工が施されることがあるため、上限は1250℃以下、好ましくは1225℃以下、より好ましくは1200℃以下とする。なお、熱間加工とは上記加熱を伴う加工処理であり、熱間圧延や熱間鍛造などの塑性加工が例示される。   That is, steel can be processed under low deformation resistance by setting the hot working temperature in the range of 850 to 1250 ° C. When the temperature is less than 850 ° C., the deformation resistance of the steel is not sufficiently lowered, so that desired processing becomes difficult. Preferably it is 875 degreeC or more, More preferably, it is 900 degreeC or more. From the viewpoint of improving workability by reducing deformation resistance, the upper limit of the heating temperature is not particularly limited. However, if the temperature is too high, dripping occurs at the end of the steel, resulting in poor handleability of the steel or low deformation resistance. The upper limit is set to 1250 ° C. or lower, preferably 1225 ° C. or lower, more preferably 1200 ° C. or lower because excessive processing may occur. In addition, hot working is a working process accompanied by the above heating, and plastic working such as hot rolling or hot forging is exemplified.

上記熱間加工後、該熱間加工温度で一定時間保持することによって、フェライト析出の核となる微細なBNをオーステナイト粒界上に析出させることができ、このようにBNを析出させることによってフェライトを上記粒子間距離に分散させることができる。このような効果を得るには、保持時間は5秒以上、好ましくは10秒以上、より好ましくは15秒以上とすることが望ましい。保持時間は長いほど、BNの成長には有効であるが、保持時間が長くなればなる程、Bと結合したNがAlと結合するようになるため、上記BNの析出効果が十分に得られなくなる。したがって保持時間は60分以下、好ましくは45分以下、より好ましくは30分以下である。   After the hot working, by holding for a certain period of time at the hot working temperature, fine BN that becomes the core of ferrite precipitation can be precipitated on the austenite grain boundary. Can be dispersed in the inter-particle distance. In order to obtain such an effect, it is desirable that the holding time is 5 seconds or longer, preferably 10 seconds or longer, more preferably 15 seconds or longer. The longer the holding time, the more effective for the growth of BN. However, the longer the holding time, the more N bonded with B becomes bonded with Al, so that the above BN precipitation effect can be sufficiently obtained. Disappear. Accordingly, the holding time is 60 minutes or less, preferably 45 minutes or less, more preferably 30 minutes or less.

ここで保持とは、空冷のように自然に物温が下がる状態を回避するため、カバー、ヒーターなどで物温の低下を抑制した状態をいう。そのため、保持中に物温が低下しても0.1℃/s未満であれば、BNの成長を阻害しない。   Here, holding refers to a state in which a decrease in the temperature of the object is suppressed by a cover, a heater, or the like in order to avoid a state in which the object temperature naturally decreases such as air cooling. Therefore, even if the temperature decreases during holding, the growth of BN is not inhibited as long as it is less than 0.1 ° C./s.

上記所定時間保持した後、該保持温度から500℃までの範囲を0.1〜3℃/sの速度で冷却することによって、鋼の金属組織に対するフェライト、パーライト、及びベイナイトの合計面積率を95面積%以上であって、且つ全組織に対するフェライト、及びベイナイトの各面積率をフェライト3〜10面積%、ベイナイト20〜40面積%とすることができると共に、フェライトのアスペクト比を上記範囲内とすることができる。冷却速度が0.1℃/s未満の場合、ベイナイトが20%未満となってしまい、強度が不足する。一方、Si含有量を高めている本発明では、ベイナイト生成量を抑制するために冷却時間を制御することが望ましく、冷却速度が3℃/sを超えるとマルテンサイトが生成しやすくなって被削性が低下する。またフェライト粒が十分に成長できず、アスペクト比が上記範囲外となる。好ましい冷却速度は0.2℃/s以上、より好ましくは0.3℃/s以上であり、好ましくは2.5℃/s以下、更に好ましくは2℃/s以下である。   After holding for the predetermined time, the range from the holding temperature to 500 ° C. is cooled at a rate of 0.1 to 3 ° C./s, so that the total area ratio of ferrite, pearlite, and bainite to the metal microstructure of the steel is 95. The area ratio of ferrite and bainite relative to the entire structure can be 3 to 10 area% ferrite and 20 to 40 area% bainite, and the aspect ratio of ferrite is within the above range. be able to. When the cooling rate is less than 0.1 ° C./s, bainite is less than 20%, and the strength is insufficient. On the other hand, in the present invention in which the Si content is increased, it is desirable to control the cooling time in order to suppress the amount of bainite produced. When the cooling rate exceeds 3 ° C./s, martensite is likely to be formed and the workpiece is cut. Sex is reduced. Further, ferrite grains cannot be grown sufficiently, and the aspect ratio is outside the above range. A preferable cooling rate is 0.2 ° C./s or more, more preferably 0.3 ° C./s or more, preferably 2.5 ° C./s or less, and more preferably 2 ° C./s or less.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより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当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, but may be appropriately modified within a range that can meet the purpose described above and below. Of course, it is possible to implement them, and they are all included in the technical scope of the present invention.

下記表1〜3に示す化学成分組成の鋼(残部は鉄および不可避的不純物)150kgを真空誘導炉で溶解し、φ245mm(上面)×φ210mm(下面)×480mm(長さ)のインゴットに鋳造し、以下のいずれか条件([熱間圧延A]、[熱間鍛造B])で熱間鍛造又は圧延してφ45mmの丸棒とした。   150 kg of steel with the chemical composition shown in Tables 1 to 3 below (the balance is iron and inevitable impurities) is melted in a vacuum induction furnace and cast into an ingot of φ245 mm (upper surface) × φ210 mm (lower surface) × 480 mm (length). Then, it was hot forged or rolled under any one of the following conditions ([Hot Rolled A], [Hot Forged B]) to obtain a φ45 mm round bar.

[熱間圧延A]
上記インゴットを1200℃に加熱後、熱間鍛造してビレット(155mm角)を得てから冷却した。更にビレットの端部を切断し、ダミービレット(155mm角×長さ:9〜10m)を溶接した。溶接後、該ビレットを1200℃に加熱した後、熱間圧延してφ45mmの丸棒とした後、空冷した。
[Hot rolling A]
The ingot was heated to 1200 ° C. and then hot forged to obtain a billet (155 mm square) and then cooled. Further, the end of the billet was cut, and a dummy billet (155 mm square × length: 9 to 10 m) was welded. After welding, the billet was heated to 1200 ° C., hot-rolled into a φ45 mm round bar, and then air-cooled.

[熱間鍛造B]
上記インゴットを1200℃に加熱後、熱間鍛造してビレット(155mm角)を得てから冷却した。続いてビレットを1200℃に加熱した後、熱間鍛造してφ45mmの丸棒としてから空冷した。
[Hot forging B]
The ingot was heated to 1200 ° C. and then hot forged to obtain a billet (155 mm square) and then cooled. Subsequently, after the billet was heated to 1200 ° C., it was hot forged to form a φ45 mm round bar and then air-cooled.

上記のようにして作製した各丸棒を、長さ150mm毎に切断して試料とした。各試料は加熱して800〜1300℃の温度域で30分間保持した後、丸棒を熱間鍛造(試料の幅が12mmになるまで)した。その後、該熱間鍛造温度で0〜5000秒の時間保持した後、該保持温度から0.05〜10℃/Sの冷却速度で室温まで冷却して試験片を作製した。なお、具体的な各試料の熱間加工時の加熱温度(℃)、該加熱温度での保持時間(保持時間(sec))、500℃までの平均冷却速度(冷却速度(℃/sec))については、表1〜3に記載した通りである。   Each round bar produced as described above was cut every 150 mm to prepare a sample. Each sample was heated and held at a temperature range of 800 to 1300 ° C. for 30 minutes, and then a round bar was hot forged (until the sample width became 12 mm). Then, after hold | maintaining for 0 to 5000 second at this hot forging temperature, it cooled to room temperature with the cooling rate of 0.05-10 degreeC / S from this holding temperature, and produced the test piece. In addition, the heating temperature (° C.) during the hot working of each specific sample, the holding time at the heating temperature (holding time (sec)), the average cooling rate up to 500 ° C. (cooling rate (° C./sec)) Is as described in Tables 1-3.

(金属組織の観察)
上記各試験片について、下記に示す手順で金属組織、及び金属組織の面積割合を測定した。
各試験片を、長手方向(又は圧延方向)に対して垂直に切断し、D/4位置(Dは板厚)をナイタール腐食し、光学顕微鏡(観察倍率400倍)で観察・画像(写真)撮影した。任意の10箇所で撮影した画像(全10枚)のうち、任意の100箇所について画像分析し、各箇所のフェライト、パーライト、ベイナイト、及びその他(マルテンサイト等)の組織の面積率を測定し、その平均値を求めた。参考のため図1A(発明例に該当する表中の1A)、及び図1B(比較例に該当する表中の1G−18)を示す。図1Aに示すように組織内が白く、濃淡のない領域はフェライトであり、それ以外の濃淡のある部分が分散して混在している暗いコントラストの領域はパーライトである。また図1Bに示すように暗いコントラストの領域のうち、白い部分が針状に混在している領域はベイナイトであり、黒い部分はパーライトであり、その他の白い部分の針状の領域がマルテンサイトである。各組織の面積率を下記に示す。
(Observation of metal structure)
About each said test piece, the metal structure and the area ratio of the metal structure were measured in the procedure shown below.
Each test piece was cut perpendicularly to the longitudinal direction (or rolling direction), and the D / 4 position (D is the plate thickness) was subjected to Nital corrosion, and observed with an optical microscope (observation magnification 400 times) / image (photograph) I took a picture. Of the images taken at 10 arbitrary locations (all 10 images), image analysis was performed on 100 arbitrary locations, and the area ratio of the ferrite, pearlite, bainite, and other (martensite, etc.) structures at each location was measured. The average value was obtained. For reference, FIG. 1A (1A in the table corresponding to the invention example) and FIG. 1B (1G-18 in the table corresponding to the comparative example) are shown. As shown in FIG. 1A, the white area in the tissue and the area without shading are ferrite, and the dark contrast area where the other shaded portions are dispersed and mixed is pearlite. Further, as shown in FIG. 1B, in the dark contrast region, the region where the white portion is mixed in a needle shape is bainite, the black portion is pearlite, and the other white portion is a martensite. is there. The area ratio of each tissue is shown below.

(フェライトのアスペクト比、及びフェライトの粒子間距離)
試験片を長手方向に対して垂直に切断した後、エメリー紙、ダイヤモンドバフ、電解研磨によって切断面を鏡面研磨した。試験片の鏡面研磨面を電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM:観察倍率1000倍、加速電圧20kV)で観察・画像撮影した。任意の5箇所で観察を行い、各観察箇所の写真を撮影した(全5枚)。撮影した画像は結晶方位解析装置(EBSP)を使って画像の解析を行い、フェライト(解析ではBCC)のアスペクト比、及びフェライトの粒子間距離を測定し、その平均値を求めた。
(Ferrite aspect ratio and ferrite interparticle distance)
After cutting the test piece perpendicular to the longitudinal direction, the cut surface was mirror-polished by emery paper, diamond buffing, and electrolytic polishing. The mirror-polished surface of the test piece was observed and photographed with a field emission scanning electron microscope (FE-SEM: observation magnification 1000 times, acceleration voltage 20 kV). Observation was performed at five arbitrary locations, and photographs of each observation location were taken (total of 5 images). The photographed image was analyzed using a crystal orientation analyzer (EBSP), and the aspect ratio of ferrite (BCC in the analysis) and the interparticle distance of ferrite were measured, and the average value was obtained.

(被削性の評価)
上記試験片を切削加工して、長さ:150mm×幅:100mm×厚み:10mmの板材(試験片)に仕上げた。この板材の被削性を評価するために、ホブ切削試験を行い、板材を断続切削したときの工具摩耗量を測定した。切削工具としてTiAlNコーティングハイスホブ(すくい面コーティングなし)を用いて以下の切削条件で断続切削を行った。
切削条件:
・切り込み量:1.0mm
・送り速度:0.24mm/min
・切削速度:165m/min
・切削雰囲気:乾式
・切削長:150mm/カット
(Machinability evaluation)
The test piece was cut into a plate material (test piece) of length: 150 mm × width: 100 mm × thickness: 10 mm. In order to evaluate the machinability of the plate material, a hob cutting test was performed to measure the amount of tool wear when the plate material was cut intermittently. Using a TiAlN coated high-speed hob (no rake face coating) as a cutting tool, intermittent cutting was performed under the following cutting conditions.
Cutting conditions:
・ Incision amount: 1.0mm
・ Feeding speed: 0.24mm / min
・ Cutting speed: 165m / min
・ Cutting atmosphere: dry type ・ Cutting length: 150 mm / cut

断続切削を50カット(1カットの切削長さ:150mm)行った後、工具表面を光学顕微鏡(観察倍率100倍)で観察し、逃げ面摩耗量(工具摩耗量)を測定し、平均値を求めた。結果を表7〜9に示す。本発明では、断続切削後の逃げ面摩耗量が70μm以下のものを、合格(○)と評価した。   After 50 intermittent cuts (1 cut length: 150 mm), the tool surface was observed with an optical microscope (observation magnification 100 times), the flank wear amount (tool wear amount) was measured, and the average value was calculated. Asked. The results are shown in Tables 7-9. In the present invention, flank wear after interrupted cutting was evaluated as acceptable (◯) when the flank wear amount was 70 μm or less.

(部品強度の評価)
上記試験片の中央位置付近からJIS Z2274に準拠した1号疲労試験片(標点間部の直径:φ6mm)を採取し、疲労試験片には高周波焼入れ処理(加熱温度:850℃、冷却条件:水冷)を施して強度試験片を得た。この強度試験片を用いて以下の条件でビッカース硬さ、及び疲労特性の評価を行った。
(Evaluation of component strength)
A No. 1 fatigue test piece (diameter between gauge points: φ6 mm) conforming to JIS Z2274 was collected from the vicinity of the center position of the test piece, and the fatigue test piece was induction-hardened (heating temperature: 850 ° C., cooling conditions: Water cooling) was performed to obtain a strength test piece. Using this strength test piece, Vickers hardness and fatigue characteristics were evaluated under the following conditions.

(ビッカース硬さ)
上記強度試験片の標点間中央で垂直に切断し、横断面が測定面となるように冷間樹脂に埋め込んだ。硬度試験片の横断面を鏡面状態に研磨して仕上げた後、ビッカース硬さ試験機を用いて測定した。
(Vickers hardness)
The strength test piece was cut vertically at the center between the marks and embedded in cold resin so that the cross-section was the measurement surface. After polishing and finishing the cross section of the hardness test piece in a mirror state, it was measured using a Vickers hardness tester.

具体的には、上記鏡面仕上げした試験片の表層部(試験片最表面から0.05mm内側)とD/4部(Dは試験片厚み)の2箇所で測定を行った。測定に際しては測定荷重を300gとし、3回測定して平均値を求めた。本発明では、D/4部のビッカース硬さは、250Hv以上を合格(高強度)、250Hv未満を不合格(強度不足)と評価した。表層部のビッカース硬さは、670Hv以上を合格(高強度)、670Hv未満を不合格(強度不足)と判定した。   Specifically, the measurement was performed at two locations, a surface layer portion (0.05 mm inner side from the outermost surface of the test piece) and D / 4 portion (D is the thickness of the test piece) of the mirror-finished test piece. At the time of measurement, the measurement load was set to 300 g, and measurement was performed three times to obtain an average value. In this invention, the Vickers hardness of D / 4 part evaluated 250Hv or more as a pass (high intensity | strength) and less than 250Hv as a disqualification (strength insufficient). As for the Vickers hardness of the surface layer portion, 670 Hv or more was determined to be acceptable (high strength), and less than 670 Hv was determined to be unacceptable (insufficient strength).

また高温環境下における長期間使用を模擬して、300℃で鋼材を焼戻した後の試験片の表層部のビッカース硬さを同様に測定(温度は室温)し、600Hv以上を合格(高強度)、600Hv未満を不合格(強度不足)とした。   In addition, the Vickers hardness of the surface layer of the test piece after tempering the steel at 300 ° C. was measured in the same manner (temperature is room temperature), simulating long-term use in a high temperature environment, and passed 600 Hv or higher (high strength) , Less than 600 Hv was regarded as a failure (insufficient strength).

(疲労特性)
上記強度試験片の疲労特性を回転曲げ試験機を用いて回転曲げ疲労特性の評価を行った。具体的には周波数20Hz、負荷応力を700MPa〜100MPaの間で変化させ、10回寿命に相当する応力(MPa)を求めて、この値を疲労特性の指標とした。本実施例では、疲労限応力が230MPa以上を合格(高強度)、230MPa未満を不合格(強度不足)と判定した。
(Fatigue properties)
The fatigue characteristics of the above-mentioned strength test pieces were evaluated using a rotary bending tester. Specifically, the frequency (20 Hz) and the load stress were changed between 700 MPa and 100 MPa, the stress (MPa) corresponding to 10 7 times life was obtained, and this value was used as an index of fatigue characteristics. In this example, the fatigue limit stress was determined to be 230 MPa or more as acceptable (high strength) and less than 230 MPa as unacceptable (insufficient strength).

上記結果より、本発明の要件を満足する例は強度及び被削性に優れていた。一方で本発明の要件を満足しない例では以下の様な不具合を有していた。   From the above results, examples satisfying the requirements of the present invention were excellent in strength and machinability. On the other hand, examples that do not satisfy the requirements of the present invention have the following problems.

本発明の製造条件(熱間加工温度、保持温度、冷却速度)を満足しない1G−1、1G−6、1G−7、1G−8、1G−12、1G−13、1G−18、1G−19では、本発明で規定する金属組織の要件(面積率、フェライト結晶粒の平均アスペクト比、フェライト結晶粒の粒子間距離)を満足せず、被削性および/または強度を満足しなかった。   1G-1, 1G-6, 1G-7, 1G-8, 1G-12, 1G-13, 1G-18, 1G- which do not satisfy the production conditions of the present invention (hot working temperature, holding temperature, cooling rate) No. 19 did not satisfy the requirements (area ratio, average aspect ratio of ferrite crystal grains, distance between ferrite crystal grains) defined by the present invention, and did not satisfy machinability and / or strength.

詳細には熱間加工温度が低い1G−1では、フェライトやベイナイトの面積率が規定範囲を外れると共にフェライト結晶粒のアスペクト比と粒子間距離が短いため、鋼内部の硬度及び疲労限強度が不足した。   Specifically, in 1G-1 where the hot working temperature is low, the area ratio of ferrite and bainite is out of the specified range, and the aspect ratio of the ferrite crystal grains and the distance between the grains are short, so the hardness and fatigue limit strength inside the steel are insufficient. did.

また熱間加工温度が高い1G−6では、フェライトの面積率が規定範囲を外れると共にフェライト結晶粒のアスペクト比と粒子間距離が規定の範囲を外れたため、十分な被削性が得られず、また疲労限強度が不足した。   Moreover, in 1G-6 where the hot working temperature is high, since the area ratio of the ferrite is out of the specified range and the aspect ratio of the ferrite crystal grains and the distance between the particles are out of the specified range, sufficient machinability cannot be obtained. Moreover, the fatigue limit strength was insufficient.

加熱後の保持時間が短かった1G−7と1G−8では、フェライトの面積率が規定範囲を下回ると共に、フェライト結晶粒の平均アスペクト比やフェライト結晶粒の粒子間距離を満足しなかったため、十分な被削性が得られなかった。   In 1G-7 and 1G-8 where the holding time after heating was short, the ferrite area ratio was below the specified range, and the average aspect ratio of the ferrite crystal grains and the distance between the ferrite crystal grains were not satisfied. The machinability was not obtained.

また加熱後の保持時間が長かった1G−12では、フェライトが生成しなかったため、十分な被削性が得られなかった。   Further, with 1G-12, which had a long holding time after heating, ferrite did not form, so sufficient machinability could not be obtained.

冷却速度が遅かった1G−13では、フェライトとベイナイトの面積率が規定範囲を外れると共に、フェライト結晶粒のアスペクト比も本発明の範囲を下回っており、鋼内部の硬度や疲労限強度が不足した。   In 1G-13 where the cooling rate was slow, the area ratio of ferrite and bainite was outside the specified range, and the aspect ratio of the ferrite crystal grains was also below the range of the present invention, and the hardness and fatigue limit strength inside the steel were insufficient. .

冷却速度が速かった1G−18、19では、フェライトが生成しなかったため、十分な被削性が得られなかった。特にベイナイトも生成しなかった1G−19では、内部硬さも不測した。   In 1G-18 and 19 where the cooling rate was high, ferrite was not generated, so that sufficient machinability could not be obtained. In particular, in 1G-19 where bainite was not generated, internal hardness was also unpredictable.

また本発明の鋼の化学成分を満足しない2K〜2Zでも、被削性および/または強度特性を満足しなかった。   Even 2K to 2Z, which does not satisfy the chemical composition of the steel of the present invention, did not satisfy the machinability and / or strength characteristics.

詳細には、C含有量が少ない2Kでは、フェライトとベイナイトの面積率が規定範囲を下回ると共に、フェライトのアスペクト比も規定の範囲を外れており、鋼の強度特性を確保できなかった。またC含有量が多い2Lでは、全組織に対するフェライト、パーライト、及びベイナイトの合計面積率が低く、鋼が硬くなり過ぎて被削性が悪くなると共に、疲労限強度が不足した。   Specifically, at 2K where the C content is small, the area ratio of ferrite and bainite is below the specified range, and the aspect ratio of the ferrite is also outside the specified range, and the strength characteristics of the steel could not be secured. Further, in 2L having a large C content, the total area ratio of ferrite, pearlite, and bainite with respect to the entire structure was low, the steel became too hard and the machinability deteriorated, and the fatigue limit strength was insufficient.

Si含有量が少ない2Mでは、高温焼戻し後の硬度が劣った。またSi含有量が多い2Nでは、鋼が硬くなり過ぎて被削性が悪かった。   In 2M with a low Si content, the hardness after high-temperature tempering was inferior. Moreover, in 2N with much Si content, steel became too hard and machinability was bad.

Mn含有量が少ない2Oでは、フェライト面積率が高く、内部硬さと疲労特性が劣った。またMn含有量が多い2Pでは、全組織に占めるフェライト、パーライト、及びベイナイトの合計面積率が低くなり、被削性が悪かった。   With 2O having a low Mn content, the ferrite area ratio is high, and the internal hardness and fatigue characteristics are inferior. Further, in 2P having a large Mn content, the total area ratio of ferrite, pearlite, and bainite in the entire structure was low, and machinability was poor.

P含有量が多い2Qでは、疲労特性が劣った。   In 2Q with a large P content, fatigue characteristics were inferior.

S含有量が少ない2Rでは、被削性が悪かった。またS含有量が多い2Sでは、疲労特性が劣った。   In 2R with a low S content, the machinability was poor. Moreover, 2S with much S content had inferior fatigue characteristics.

Cr含有量が少ない2Tでは、フェライトの面積率が高くなると共にフェライト結晶粒のアスペクト比が規定範囲を下回っており、疲労特性が劣った。またCr含有量が多い2Uでは、ベイナイト面積率が高く鋼が硬くなり過ぎて被削性が悪かった。   In 2T with a low Cr content, the area ratio of ferrite was high, and the aspect ratio of ferrite crystal grains was below the specified range, resulting in poor fatigue characteristics. Moreover, in 2U with much Cr content, the bainite area ratio was high and steel became too hard, and machinability was bad.

Al含有量が少ない2Vでは、被削性が悪かった。またAl含有量が多い2Wでは、被削性と疲労特性が悪かった。   At 2V with a low Al content, machinability was poor. Moreover, in 2W with much Al content, the machinability and fatigue characteristics were poor.

B含有量が少ない2Xでは、フェライト面積率が高い一方でベイナイト面積率が低く、またフェライト結晶粒の平均アスペクト比も小さかったため、内部硬さと疲労特性に劣った。B含有量が多い2Yでは、ベイナイト分率が高く、またフェライト粒子間距離が短かったため、鋼が硬くなりすぎて被削性が悪くなると共に、表面硬さと高温焼戻し後の表面硬さが悪かった。   In 2X with a low B content, the ferrite area ratio was high but the bainite area ratio was low, and the average aspect ratio of the ferrite crystal grains was also small, so that the internal hardness and fatigue characteristics were inferior. In 2Y with a high B content, the bainite fraction was high and the distance between ferrite particles was short, so that the steel became too hard and the machinability deteriorated, and the surface hardness and the surface hardness after high-temperature tempering were poor. .

N含有量が外れる2Zでは、フェライト面積率が高く、またフェライト粒の平均アスペクト比を満足しなかったため、被削性および疲労特性を満足しなかった。   In 2Z where the N content is off, the ferrite area ratio is high and the average aspect ratio of the ferrite grains is not satisfied, so the machinability and fatigue characteristics are not satisfied.

Claims (6)

C:0.40〜0.65%(質量%の意味、化学成分について以下同じ)、
Si:0.5超〜2%、
Mn:0.2〜2%、
P:0.03%以下(0%を含まない)、
S:0.002〜0.1%、
Cr:0.01〜0.3%、
Al:0.06〜0.5%、
B:0.0005〜0.01%、
N:0.002〜0.02%
を含有し、残部は鉄、及び不可避的不純物からなると共に、
鋼の金属組織が、フェライト、パーライト、およびベイナイトを有し、全組織に対するフェライト、パーライト、及びベイナイトの合計面積率は95面積%以上であって、且つ全組織に対するフェライト、及びベイナイトの各面積率は、フェライトは3〜10面積%、ベイナイトは20〜40面積%であると共に、フェライト結晶粒の平均アスペクト比が5以上であって、且つ、フェライト結晶粒の粒子間距離が3〜30μmであることを特徴とする被削性と高温強度に優れた高周波焼入れ用鋼。
C: 0.40 to 0.65% (meaning mass%, the same applies to chemical components),
Si: more than 0.5 to 2%,
Mn: 0.2-2%
P: 0.03% or less (excluding 0%),
S: 0.002 to 0.1%,
Cr: 0.01 to 0.3%
Al: 0.06 to 0.5%,
B: 0.0005 to 0.01%
N: 0.002 to 0.02%
And the balance consists of iron and inevitable impurities,
The steel metal structure has ferrite, pearlite, and bainite, and the total area ratio of ferrite, pearlite, and bainite with respect to the entire structure is 95% by area or more, and each area ratio of ferrite and bainite with respect to the entire structure Is 3 to 10 area% for ferrite, 20 to 40 area% for bainite, the average aspect ratio of ferrite crystal grains is 5 or more, and the distance between grains of ferrite crystal grains is 3 to 30 μm. Induction hardening steel with excellent machinability and high temperature strength.
更に他の元素として、
Mo:1%以下(0%を含まない)を含有するものである請求項1に記載の高周波焼入れ用鋼。
As other elements,
The steel for induction hardening according to claim 1, containing Mo: 1% or less (not including 0%).
更に他の元素として、
Ti:0.2%以下(0%を含まない)、Nb:0.2%以下(0%を含まない)、及びV:0.2%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される少なくとも一種の元素を含有するものである請求項1または2に記載の高周波焼入れ用鋼。
As other elements,
Selected from the group consisting of Ti: 0.2% or less (not including 0%), Nb: 0.2% or less (not including 0%), and V: 0.2% or less (not including 0%) The steel for induction hardening according to claim 1 or 2, which contains at least one kind of element.
更に他の元素として、
Cu:3%以下(0%を含まない)、および/またはNi:3%以下(0%を含まない)を含有するものである請求項1〜3のいずれかに記載の高周波焼入れ用鋼。
As other elements,
The steel for induction hardening according to any one of claims 1 to 3, wherein Cu: 3% or less (not including 0%) and / or Ni: 3% or less (not including 0%).
更に他の元素として、
Ca:0.005%以下(0%を含まない)、
Mg:0.005%以下(0%を含まない)、
Li:0.001%以下(0%を含まない)、および
REM:0.001%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される少なくとも一種の元素を含有するものである請求項1〜4のいずれかに記載の高周波焼入れ用鋼。
As other elements,
Ca: 0.005% or less (excluding 0%),
Mg: 0.005% or less (excluding 0%),
2. At least one element selected from the group consisting of Li: 0.001% or less (not including 0%) and REM: 0.001% or less (not including 0%). Steel for induction hardening according to any one of?
請求項1〜5のいずれかに記載の成分組成を満足する鋼を、
850〜1250℃の温度域で熱間加工した後、前記温度域で5秒〜60分間保持してから、前記温度域から500℃までの温度域を0.1〜3℃/sの平均冷却速度で冷却することを特徴とする被削性と高温強度に優れた高周波焼入れ用鋼の製造方法。
Steel satisfying the component composition according to any one of claims 1 to 5,
After hot working in the temperature range of 850 to 1250 ° C., hold in the temperature range for 5 seconds to 60 minutes, and then the temperature range from the temperature range to 500 ° C. is 0.1 to 3 ° C./s average cooling A method for producing steel for induction hardening excellent in machinability and high-temperature strength, characterized by cooling at a speed.
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