JP2013159794A - Rolled steel for cold forging/nitriding - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rolled steel for cold forging/nitriding, capable of being subjected to cold forging without performing heat treatment beforehand, having reduced surface roughness after cold forging, having excellent machinability after cold forging and capable of imparting high core part hardness to a component subjected to cold forging and nitriding.SOLUTION: A rolled steel for cold forging/nitriding has a chemical composition including 0.06 to 0.15% C, 0.02 to 0.35% Si, 0.10 to 0.90% Mn, ≤0.030% S, 0.50 to 2.0% Cr, 0.10 to 0.50% V and 0.010 to 0.090% Al, and the balance Fe with impurities; wherein P, N and O in the impurities satisfy P≤0.030%, N≤0.0080% and O≤0.0030%, and 5.0≤35(C+N)+5(Si+Mn)+Cr+3(Cu+Ni)+4(Mo+V)≤10.0 and 1.8≤{V+(9/20)Mo}/C≤9.0 is satisfied. The rolled steel for cold forging/nitriding has a microstructure of ferrite-pearlite structure, in which the average grain size of the ferrite is ≤50 μmn.

Description

本発明は、冷間鍛造窒化用圧延鋼材に関する。詳しくは、事前に熱処理することなく圧延ままの状態で冷間鍛造でき、冷間鍛造後に切削加工が施される場合には切削抵抗が低く被削性に優れ、しかも、冷間鍛造と窒化の処理を施された部品(以下、「冷鍛窒化部品」という。)に、高い芯部硬さを具備させることが可能であって、冷鍛窒化部品の素材として用いるのに好適な冷間鍛造窒化用圧延鋼材(以下、「冷鍛窒化用圧延鋼材」という。)に関する。「冷鍛窒化用圧延鋼材」とは、冷間鍛造と窒化を施して用いる圧延ままの状態の鋼材を指す。   The present invention relates to a rolled steel material for cold forging nitriding. Specifically, cold forging can be performed in the rolled state without heat treatment in advance, and when cutting is performed after cold forging, cutting resistance is low and machinability is excellent. It is possible to provide a processed core (hereinafter referred to as “cold forging and nitriding part”) with high core hardness and suitable for use as a material for cold forging and nitriding part. The present invention relates to a rolled steel material for nitriding (hereinafter referred to as “rolled steel material for cold forging and nitriding”). The “rolled steel material for cold forging and nitriding” refers to a steel material in an as-rolled state that is used after being subjected to cold forging and nitriding.

本発明でいう「窒化」には「Nを侵入・拡散させる」厳密な意味での「窒化」だけではなく、「NおよびCを侵入・拡散させる」処理である「軟窒化」も含む。このため、以下の説明においては、「軟窒化」を含めて単に「窒化」ということがある。   The “nitriding” in the present invention includes not only “nitriding” in the strict sense of “invading and diffusing N” but also “soft nitriding” which is a process of intruding and diffusing N and C. For this reason, in the following description, “nitriding” including “soft nitriding” may be simply referred to.

自動車の摺動部品は、一般的に、熱間鍛造後に切削加工を施し、その後さらに浸炭焼入れなどの表面硬化熱処理を施して製造されている。しかし、近年の地球温暖化抑制を背景とした温室効果ガス削減の潮流に伴い、熱間鍛造や浸炭焼入れのような高い温度での保持を必要とする製法から、冷間鍛造や、窒化、軟窒化のような常温または従来よりも低い温度での熱処理を用いた製法への転換が要望されている。   In general, a sliding part of an automobile is manufactured by performing a cutting process after hot forging and then performing a surface hardening heat treatment such as carburizing and quenching. However, with the trend of reducing greenhouse gases against the background of global warming suppression in recent years, cold forging, nitriding, softening, etc. have been carried out from manufacturing methods that require holding at high temperatures such as hot forging and carburizing and quenching. There is a demand for conversion to a manufacturing method using heat treatment at room temperature such as nitriding or at a temperature lower than conventional.

しかしながら、従来の窒化用鋼には、次に示すような問題があった。   However, the conventional nitriding steel has the following problems.

〈1〉窒化は高温のオーステナイト域からの焼入れ処理を行なわない、すなわちマルテンサイト変態を伴う強化ができない表面硬化熱処理である。このため、窒化部品に所望の芯部硬さを確保させるためには多量の合金元素を含有させる必要があり、この場合には冷間鍛造で成形加工することが困難で、熱間鍛造等による成形加工が必要となる。   <1> Nitriding is a surface hardening heat treatment that does not perform quenching treatment from a high temperature austenite region, that is, cannot be strengthened with martensitic transformation. For this reason, in order to ensure the desired core hardness in the nitrided part, it is necessary to contain a large amount of alloying elements. In this case, it is difficult to form by cold forging, such as by hot forging. Molding is required.

〈2〉軟窒化は500〜650℃前後の温度域に数時間保持しながら、部品表面から窒素および炭素を侵入・拡散させる表面硬化熱処理である。しかし、部品の芯部はこの温度域に数時間保持されることで焼戻しを受けるため軟化しやすい。このため、軟窒化した部品に高面圧が負荷された場合、内部で、負荷応力が部品の降伏強度を超えてしまうことがある。この時、接触面はへこんで変形する。   <2> Soft nitriding is a surface hardening heat treatment in which nitrogen and carbon enter and diffuse from the surface of the component while being kept in a temperature range of about 500 to 650 ° C. for several hours. However, the core of the component is tempered by being kept in this temperature range for several hours, and thus is easily softened. For this reason, when a high surface pressure is applied to the soft-nitrided component, the load stress may exceed the yield strength of the component. At this time, the contact surface is dented and deformed.

そこで、前記した問題点を解消するべく、例えば、特許文献1〜4に窒化に関する技術が開示されている。   In order to solve the above-described problems, for example, Patent Documents 1 to 4 disclose techniques related to nitriding.

特許文献1に、圧延後の硬さがビッカース硬さで200以下であって、軟窒化性と冷間鍛造性が優れた軟窒化用鋼を提供することを目的とする「冷間鍛造性に優れた軟窒化用鋼」が開示されている。上記の「軟窒化用鋼」は、質量%で、C:0.05〜0.25%、Si:0.50%以下、Mn:0.55%以下、Cr:0.50〜2.00%、V:0.02〜0.35%およびAl:0.005〜0.050%を含有し、必要に応じてさらに、Nb:0.02〜0.35%を含有し、残部がFeおよび不純物元素からなるものである。   Patent Document 1 discloses that the hardness after rolling is 200 or less in terms of Vickers hardness, and is intended to provide a steel for nitrocarburizing excellent in soft nitriding properties and cold forging properties. An excellent steel for soft nitriding ”is disclosed. Said “steel for soft nitriding” is in mass%, C: 0.05 to 0.25%, Si: 0.50% or less, Mn: 0.55% or less, Cr: 0.50 to 2.00 %, V: 0.02 to 0.35% and Al: 0.005 to 0.050%, and if necessary, Nb: 0.02 to 0.35%, and the balance of Fe And an impurity element.

特許文献2に、軟窒化処理前の冷間鍛造性を高め、軟窒化処理後に十分な耐ピッチング性をもつ「冷間鍛造性および耐ピッチング性に優れた軟窒化用鋼」が開示されている。上記の「軟窒化用鋼」は、質量%で、Cu:2.0%以下(0%を含まない)、Ni:2.0%以下(0%を含まない)を含有する低炭素鋼で、必要に応じてさらに、Al、N、Cr、Mo、V、Nb、Ti、Ca、Zr、Te、BiおよびPbのうちの1種以上を含有するものである。   Patent Document 2 discloses “a steel for soft nitriding excellent in cold forgeability and pitting resistance” that has improved cold forgeability before soft nitriding and has sufficient pitting resistance after soft nitriding. . The above “soft nitriding steel” is a low carbon steel containing, by mass%, Cu: 2.0% or less (not including 0%), Ni: 2.0% or less (not including 0%). If necessary, it further contains at least one of Al, N, Cr, Mo, V, Nb, Ti, Ca, Zr, Te, Bi and Pb.

特許文献3に、「冷間鍛造−軟窒化による機械部品の製造方法」が開示されている。上記の「機械部品の製造方法」は、質量%で、C:0.15〜0.30%、Si:0.2%以下、Mn:0.4〜1.5%、Cr:0.6〜1.5%、s−Al:0.05〜0.20%およびV:0.05〜0.30%を含有し、残部が実質的にFeからなる合金組成を有する窒化鋼を、
1)一時均熱:900±15℃に加熱
2)中間冷却:10℃/秒の以下の速度で冷却
3)二次均熱:680±30℃に加熱
した後、冷間鍛造により部品形状を与え、500〜650℃におけるガス軟窒化により表面を硬化させることからなる製造方法である。
Patent Document 3 discloses “a method of manufacturing a machine part by cold forging-soft nitriding”. The above-mentioned “manufacturing method of machine parts” is mass%, C: 0.15 to 0.30%, Si: 0.2% or less, Mn: 0.4 to 1.5%, Cr: 0.6 A nitrided steel having an alloy composition containing ~ 1.5%, s-Al: 0.05-0.20% and V: 0.05-0.30%, the balance being substantially made of Fe,
1) Temporary soaking: Heated to 900 ± 15 ° C 2) Intermediate cooling: Cooled at a rate of 10 ° C / sec or less 3) Secondary soaking: Heated to 680 ± 30 ° C, and then cold forged to form the part shape It is a manufacturing method which comprises hardening the surface by gas soft nitriding at 500 to 650 ° C.

特許文献4に、軟窒化処理により、高い表面硬さと深い有効硬化深さを得られ、冷鍛性、疲労寿命、耐ピッチング性において優れた「軟窒化用鋼」が開示されている。上記の「軟窒化用鋼」は、質量%で、C:0.25%以下、Si:0.30%以下、Mn:0.30〜0.90%、S:0.020%以下、Cr:0.50〜1.50%、Al:0.030〜0.500%、V:0.05〜0.30%、Ti:0.10%以下、N:0.0060%以下、残部がFe及び不純物元素から成り、Ti/Nが4以上を満足するものである。   Patent Document 4 discloses “steel for soft nitriding” which can obtain a high surface hardness and a deep effective hardening depth by soft nitriding and is excellent in cold forgeability, fatigue life and pitting resistance. The above “steel for soft nitriding” is in mass%, C: 0.25% or less, Si: 0.30% or less, Mn: 0.30-0.90%, S: 0.020% or less, Cr : 0.50 to 1.50%, Al: 0.030 to 0.500%, V: 0.05 to 0.30%, Ti: 0.10% or less, N: 0.0060% or less, the balance being It consists of Fe and an impurity element, and Ti / N satisfies 4 or more.

特開平5−171347号公報JP-A-5-171347 特開平10−306343号公報JP-A-10-306343 特開2006−63378号公報JP 2006-63378 A 特開平9−71841号公報JP-A-9-71841

塑性と加工、Vol.22、No.241(1981)、pp.139−144Plasticity and processing, Vol. 22, no. 241 (1981), pp. 139-144 K.Osakada et al.:Annals of the CIRP、vol.30(1981)No.1、p.135K. Osakada et al. : Anals of the CIRP, vol. 30 (1981) No. 30. 1, p. 135

前述のとおり「冷鍛窒化部品」には、冷間鍛造および必要に応じて切削加工が施され、その後、窒化処理が施される。なお、部品によっては、冷間鍛造の自由端を、軽切削または研磨によって仕上げることもある。   As described above, the “cold forging and nitriding component” is subjected to cold forging and cutting as necessary, and then subjected to nitriding treatment. Depending on the part, the free end of cold forging may be finished by light cutting or polishing.

前述の特許文献1で開示されている鋼は、大きな加工度で冷間鍛造を行うと、必ずしも表面粗さを小さくすることができない。このため、表面粗さが大きい場合には、部品によっては、冷間鍛造の自由端に生じた凹凸を、軽切削や研磨によって除去できないことがある。   The steel disclosed in Patent Document 1 described above cannot always reduce the surface roughness when cold forging is performed at a high workability. For this reason, when the surface roughness is large, depending on the part, the unevenness generated at the free end of cold forging may not be removed by light cutting or polishing.

特許文献2で開示されている鋼には、Cu、Niなどの合金元素が多量に含まれている。このため、大きな加工度で冷間鍛造を行うと、必ずしも、十分な冷間鍛造性が確保できず、問題となる場合がある。   The steel disclosed in Patent Document 2 contains a large amount of alloy elements such as Cu and Ni. For this reason, if cold forging is performed at a large workability, sufficient cold forgeability cannot always be ensured, which may be a problem.

特許文献3で開示されている製造方法は、圧延後の鋼材に対して前記1)〜3)という熱処理を施してから部品形状に冷間鍛造し、その後ガス軟窒化して表面を硬化させる技術である。つまり、冷間鍛造前に、圧延後の鋼材を熱処理する必要があるので、工程が複雑になることに加えて、コストも嵩んでしまう。   The manufacturing method disclosed in Patent Document 3 is a technology in which the steel material after rolling is subjected to the heat treatments 1) to 3), followed by cold forging into a component shape, and then gas soft nitriding to harden the surface. It is. That is, since it is necessary to heat-treat the steel material after rolling before cold forging, the process becomes complicated and the cost increases.

特許文献4で開示されている鋼は、冷間鍛造時の変形抵抗に関する検討はなされているものの、大きな加工度で冷間鍛造を行うと、必ずしも表面粗さを小さくすることができない。このため、表面粗さが大きい場合には、部品によっては、冷間鍛造の自由端に生じた凹凸を、軽切削や研磨によって除去できないことがある。   Although the steel disclosed in Patent Document 4 has been studied for deformation resistance during cold forging, it is not always possible to reduce the surface roughness when cold forging is performed with a large degree of work. For this reason, when the surface roughness is large, depending on the part, the unevenness generated at the free end of cold forging may not be removed by light cutting or polishing.

なお、冷間鍛造で成形加工された部品の場合には、コスト削減のために切削加工の工程を省略することが望ましい。しかしながら、全ての冷間鍛造後の部品について、切削加工の工程を省略することは難しい。したがって、冷間鍛造後の部品は、切削抵抗が低く被削性に優れるものであることも求められる。   In the case of a part formed by cold forging, it is desirable to omit the cutting process in order to reduce costs. However, it is difficult to omit the cutting process for all the parts after cold forging. Therefore, the parts after cold forging are also required to have low cutting resistance and excellent machinability.

本発明は、上記現状に鑑みてなされたもので、事前に熱処理することなく圧延ままの状態で冷間鍛造でき、冷間鍛造後の表面粗さが小さく、さらに冷間鍛造後に切削加工が施される場合には切削抵抗が低くて被削性に優れ、しかも、冷間鍛造と窒化の処理を施された部品に、高い芯部硬さを具備させることが可能で、冷鍛窒化部品の素材として用いるのに好適な冷鍛窒化用圧延鋼材を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above situation, and can be cold forged in a rolled state without heat treatment in advance, has a small surface roughness after cold forging, and is further subjected to cutting after cold forging. In this case, the cutting resistance is low, the machinability is excellent, and the parts subjected to the cold forging and nitriding treatment can have a high core hardness. An object is to provide a rolled steel material for cold forging and nitriding suitable for use as a material.

本発明者らは、前記した課題を解決するために、種々調査、研究を重ねた。その結果、先ず、下記(a)〜(h)の知見を得た。   In order to solve the above-described problems, the present inventors have made various investigations and studies. As a result, first, the following findings (a) to (h) were obtained.

(a)事前に熱処理することなく圧延ままの状態で冷間鍛造できるという優れた冷間鍛造性を付与するためには、鋼材の硬さを低くしてビッカース硬さ(以下、「HV」ということがある。)で160以下にすればよい。   (A) In order to provide excellent cold forgeability in which cold forging can be performed in a rolled state without heat treatment in advance, the hardness of the steel material is reduced to Vickers hardness (hereinafter referred to as “HV”) May be 160 or less.

(b)圧延ままの鋼材の硬さをHVで160以下にするには、ミクロ組織をフェライトとパーライトからなる混合組織(以下、「フェライト・パーライト組織」ともいう。)にすればよい。   (B) In order to reduce the hardness of an as-rolled steel material to 160 or less in HV, the microstructure may be a mixed structure composed of ferrite and pearlite (hereinafter also referred to as “ferrite / pearlite structure”).

(c)冷間鍛造後の表面粗さには冷間鍛造前の鋼材のフェライト粒径が影響する。フェライト粒径を小さくすることによって、冷間鍛造の自由端に生じた凹凸を軽切削または研磨で除去することができる。   (C) The surface roughness after cold forging is affected by the ferrite grain size of the steel material before cold forging. By reducing the ferrite grain size, the irregularities generated at the free end of cold forging can be removed by light cutting or polishing.

(d)冷間鍛造、冷間引抜きなど冷間加工の種類を問わず、真ひずみで0.5以上の冷間加工を加えれば、圧延ままの鋼材の硬さに拘わらず、加工硬化によるHVの増分(以下、HVの増分を「ΔHV」という。)は50以上となって、冷間加工前と比べて、切削加工時の切削抵抗が低減する。しかし、冷間加工前の鋼材の硬さが過度に低い場合は、冷間加工後も硬さが低く「むしれ」が生じやすくなるため、上記冷間加工による切削抵抗低減効果は小さく、また、却って切削抵抗が高くなることさえあって、この場合には被削性が低下する。なお、「むしれ」とは、切削加工時に被処理材が刃物に粘着しやすくなり、そのままむしり取られる現象をいう。   (D) Regardless of the type of cold working such as cold forging or cold drawing, if cold working with a true strain of 0.5 or more is applied, HV by work hardening is performed regardless of the hardness of the rolled steel material. (Hereinafter, the increment of HV is referred to as “ΔHV”) is 50 or more, and the cutting resistance at the time of cutting is reduced as compared with that before cold working. However, if the hardness of the steel material before cold working is excessively low, the hardness is low after cold working, and it is easy for “swelling” to occur. On the other hand, the cutting resistance is even increased, and in this case, the machinability is lowered. Note that “peeling” refers to a phenomenon in which a material to be treated easily adheres to a blade during cutting and is peeled off as it is.

(e)鋼材のHVは、C、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、VおよびNの含有量で規定される式と相関を有する。そして、その式の値を特定の範囲に調整すれば、圧延ままの鋼材に優れた冷間鍛造性を具備させることができ、また、冷間鍛造後に切削加工する際に「むしれ」の発生が抑制されて切削抵抗を低減することができるので、良好な被削性が確保される。   (E) The HV of the steel material has a correlation with a formula defined by the contents of C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V, and N. If the value of the formula is adjusted to a specific range, the steel as-rolled can have excellent cold forgeability, and the occurrence of “peel” when cutting after cold forging. Is suppressed and cutting resistance can be reduced, so that good machinability is ensured.

(f)前述した自動車の摺動部品には、摺動時に塑性変形し難いことが要求され、塑性変形のし難さは、部品の芯部硬さに依存する。そして、その芯部硬さは、冷間鍛造時の加工硬化により増大させることができ、上記のように、真ひずみで0.5以上の冷間加工を加えれば、圧延ままの鋼材の硬さに拘わらず、加工硬化によるΔHVは50以上になる。   (F) The aforementioned sliding parts for automobiles are required to be difficult to plastically deform during sliding, and the difficulty of plastic deformation depends on the core hardness of the parts. And the core hardness can be increased by work hardening at the time of cold forging. As described above, if cold working with a true strain of 0.5 or more is applied, the hardness of the steel as-rolled Regardless, ΔHV due to work hardening is 50 or more.

(g)軟窒化処理温度である500〜650℃での数時間の保持中に部品は焼戻しされることになるので、上記の加工硬化によるΔHVは低下する。しかし、上記500〜650℃の温度域でVCやMo2Cを析出させれば、それらの析出硬化作用によって、逆に芯部の硬さを上昇させることができる。 (G) Since the parts are tempered during holding for several hours at a soft nitriding temperature of 500 to 650 ° C., ΔHV due to the work hardening is reduced. However, if VC or Mo 2 C is precipitated in the temperature range of 500 to 650 ° C., the hardness of the core can be increased by the precipitation hardening action.

(h)上記窒化処理温度での析出硬化作用を活用して、つまり、VをVCとしておよび/またはMoをMo2Cとして析出させ、窒化処理による芯部のΔHVを適正な範囲に維持して芯部硬さを高めるには、C、MoおよびVの含有量で規定される式の値を特定の範囲に調整すればよい。 (H) Utilizing the precipitation hardening action at the nitriding temperature, that is, V is deposited as VC and / or Mo is deposited as Mo 2 C, and ΔHV of the core portion by nitriding treatment is maintained in an appropriate range. In order to increase the core hardness, the value of the formula defined by the contents of C, Mo and V may be adjusted to a specific range.

本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記(1)〜(4)に示す冷鍛窒化用圧延鋼材にある。   This invention is completed based on said knowledge, The summary exists in the rolled steel materials for cold forge nitriding shown to following (1)-(4).

(1)質量%で、C:0.06〜0.15%、Si:0.02〜0.35%、Mn:0.10〜0.90%、S:0.030%以下、Cr:0.50〜2.0%、V:0.10〜0.50%およびAl:0.010〜0.090%を含有し、残部はFeおよび不純物からなり、不純物中のP、NおよびOがそれぞれ、P:0.030%以下、N:0.0080%以下およびO:0.0030%以下であり、さらに、下記の(1)式で表されるFn1が5.0〜10.0、下記の(2)式で表されるFn2が1.8〜9.0である化学組成を有し、ミクロ組織がフェライト・パーライト組織で、かつ、フェライトの平均粒径が50μm以下であることを特徴とする、冷鍛窒化用圧延鋼材。
Fn1=35(C+N)+5(Si+Mn)+Cr+3(Cu+Ni)+4(Mo+V)・・・(1)
Fn2={V+(9/20)Mo}/C・・・(2)
ただし、上記の(1)式および(2)式におけるC、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、VおよびNは、その元素の質量%での含有量を意味する。
(1) In mass%, C: 0.06-0.15%, Si: 0.02-0.35%, Mn: 0.10-0.90%, S: 0.030% or less, Cr: 0.50 to 2.0%, V: 0.10 to 0.50%, and Al: 0.010 to 0.090%, the balance being Fe and impurities, P, N and O in the impurities Are P: 0.030% or less, N: 0.0080% or less, and O: 0.0030% or less, respectively, and Fn1 represented by the following formula (1) is 5.0 to 10.0. The Fn2 represented by the following formula (2) has a chemical composition of 1.8 to 9.0, the microstructure is a ferrite / pearlite structure, and the average particle diameter of the ferrite is 50 μm or less. Rolled steel for cold forging and nitriding, characterized by
Fn1 = 35 (C + N) +5 (Si + Mn) + Cr + 3 (Cu + Ni) +4 (Mo + V) (1)
Fn2 = {V + (9/20) Mo} / C (2)
However, C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V and N in the above formulas (1) and (2) mean the content of the element in mass%.

(2)Feの一部に代えて、質量%で、Mo:0.50%以下を含有することを特徴とする、上記(1)に記載の冷鍛窒化用圧延鋼材。   (2) The rolled steel material for cold forging and nitriding as described in (1) above, which contains Mo: 0.50% or less in mass% instead of part of Fe.

(3)Feの一部に代えて、質量%で、Ti:0.50%以下、Nb:0.50%以下およびZr:0.50%以下のうちの1種以上を含有することを特徴とする、上記(1)または(2)に記載の冷鍛窒化用圧延鋼材。   (3) Instead of a part of Fe, by mass%, it contains at least one of Ti: 0.50% or less, Nb: 0.50% or less, and Zr: 0.50% or less. The rolled steel material for cold forging and nitriding as described in (1) or (2) above.

(4)Feの一部に代えて、質量%で、Cu:0.30%以下およびNi:0.20%以下のうちの1種以上を含有することを特徴とする、上記(1)から(3)までのいずれかに記載の冷鍛窒化用圧延鋼材。   (4) From the above (1), characterized in that, instead of a part of Fe, by mass%, it contains one or more of Cu: 0.30% or less and Ni: 0.20% or less (3) The rolled steel material for cold forging and nitriding according to any of the above.

なお、残部としての「Feおよび不純物」における「不純物」とは、鋼材を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または製造環境などから混入するものを指す。   In addition, “impurities” in “Fe and impurities” as the balance refer to those mixed from ore, scrap, or production environment as raw materials when industrially producing steel materials.

「フェライト・パーライト組織」とは、フェライトとパーライトからなる混合組織を指す。   The “ferrite / pearlite structure” refers to a mixed structure composed of ferrite and pearlite.

本発明の冷鍛窒化用圧延鋼材は、鋼材を事前に熱処理することなく圧延のままで冷間鍛造でき、冷間鍛造後の表面粗さが小さく、さらに冷間鍛造後に切削加工が施される場合には切削抵抗が低くて被削性に優れ、しかも、冷間鍛造と窒化の処理を施された部品に、高い芯部硬さを具備させることが可能である。このため、冷鍛窒化部品の素材として用いるのに好適である。   The rolled steel material for cold forging and nitriding of the present invention can be cold forged as it is rolled without preheating the steel material, has a small surface roughness after cold forging, and is further subjected to cutting after cold forging In some cases, the cutting resistance is low, the machinability is excellent, and the parts subjected to the cold forging and nitriding treatments can have a high core hardness. For this reason, it is suitable for using as a raw material of cold forging nitriding components.

実施例で冷間鍛造性および冷間鍛造後の側面の表面粗さを測定するのに用いた平滑試験片の形状を示す図である。図中の寸法の単位は「mm」である。It is a figure which shows the shape of the smooth test piece used in the Example for measuring the cold forgeability and the surface roughness of the side surface after cold forging. The unit of the dimension in the figure is “mm”. 実施例で軟窒化処理後の芯部硬さを測定するのに用いたブロック状試験片の形状を示す図である。図中の寸法の単位は、「Rq:0.10〜0.20μm」と記載の箇所を除いて「mm」である。It is a figure which shows the shape of the block-shaped test piece used in measuring the core part hardness after a soft nitriding process in the Example. The unit of the dimension in the drawing is “mm” except for the part described as “Rq: 0.10 to 0.20 μm”. 実施例で図2のブロック状試験片に施した、ガス軟窒化処理のヒートパターンを示す図である。It is a figure which shows the heat pattern of the gas soft nitriding process performed to the block-shaped test piece of FIG. 2 in the Example. (1)式で表されるFn1と実施例の調査1における圧延後の鋼材の硬さ(HV)との関係を整理した図である。It is the figure which arranged the relationship between Fn1 represented by (1) Formula, and the hardness (HV) of the steel materials after rolling in the investigation 1 of an Example. (1)式で表されるFn1と実施例の調査5における冷間引抜き加工後の切削抵抗(主分力)との関係を整理した図である。It is the figure which arranged the relationship between Fn1 represented by (1) Formula, and the cutting resistance (main component force) after cold drawing in the investigation 5 of an Example. (2)式で表されるFn2と、実施例の調査5および調査6におけるガス軟窒化処理前後のΔHV、つまり「軟窒化処理後のHV−冷間引抜き加工後のHV」との関係を整理した図である。The relationship between Fn2 expressed by the formula (2) and ΔHV before and after gas soft nitriding in Survey 5 and Survey 6 of the example, that is, “HV after soft nitriding—HV after cold drawing” is arranged. FIG.

以下、本発明の各要件について詳しく説明する。なお、各元素の含有量の「%」は「質量%」を意味する。   Hereinafter, each requirement of the present invention will be described in detail. In addition, “%” of the content of each element means “mass%”.

(A)化学組成
C:0.06〜0.15%
Cは、冷鍛窒化部品の強度確保のために必須の元素であり、0.06%以上の含有量が必要である。しかし、Cの含有量が多すぎると硬さが高くなりすぎて冷間鍛造性が低下する。このため、上限を設けて、Cの含有量を0.06〜0.15%とした。冷間鍛造性がより重視されるときは、Cの含有量は0.13%以下にすることが好ましい。
(A) Chemical composition C: 0.06 to 0.15%
C is an essential element for securing the strength of the cold forged nitriding component, and a content of 0.06% or more is necessary. However, if the C content is too large, the hardness becomes too high and the cold forgeability decreases. For this reason, the upper limit was provided and the C content was 0.06 to 0.15%. When the cold forgeability is more important, the C content is preferably 0.13% or less.

Si:0.02〜0.35%
Siは、脱酸作用を有する。この効果を得るには、0.02%以上のSi含有量が必要である。しかし、Siの含有量が多すぎると、フェライトが硬くなり冷間鍛造性を低下させる。このため、上限を設けて、Siの含有量を0.02〜0.35%とした。なお、Siの含有量は0.15%以下にすることが好ましい。
Si: 0.02-0.35%
Si has a deoxidizing action. In order to obtain this effect, a Si content of 0.02% or more is required. However, when there is too much content of Si, a ferrite will become hard and cold forgeability will fall. For this reason, the upper limit was provided and Si content was 0.02 to 0.35%. Note that the Si content is preferably 0.15% or less.

Mn:0.10〜0.90%
Mnは、冷鍛窒化部品の強度を確保する作用および脱酸作用を有する。これらの効果を得るには、0.10%以上のMn含有量が必要である。しかし、Mnの含有量が多すぎると、フェライトの硬さが高くなりすぎて冷間鍛造性が低下する。このため、上限を設けて、Mnの含有量を0.10〜0.90%とした。なお、冷間鍛造性が重視される場合には、Mnの含有量は0.70%以下にすることが好ましい。
Mn: 0.10-0.90%
Mn has an action to ensure the strength of the cold forged and nitrided part and a deoxidizing action. In order to obtain these effects, a Mn content of 0.10% or more is required. However, if the Mn content is too large, the hardness of the ferrite becomes too high and the cold forgeability decreases. For this reason, the upper limit was provided and the content of Mn was set to 0.10 to 0.90%. In addition, when the cold forgeability is regarded as important, the Mn content is preferably 0.70% or less.

S:0.030%以下
Sは、鋼に不純物として含有される元素である。また、Sは含有すると、Mnと結合してMnSを形成し、被削性を向上させる作用を有するものの、その含有量が0.030%を超えると、粗大なMnSを形成して、冷間鍛造性が低下する。そのため、Sの含有量を0.030%とした。なお、Sの含有量は、被削性がより重視されるときは、0.010%以上にすることが好ましく、また冷間鍛造性が重視される場合は、0.015%以下とすることが好ましい。
S: 0.030% or less S is an element contained as an impurity in steel. Further, when S is contained, it combines with Mn to form MnS and has an effect of improving machinability. However, when the content exceeds 0.030%, coarse MnS is formed, Forgeability is reduced. Therefore, the content of S is set to 0.030%. The S content is preferably 0.010% or more when machinability is more important, and 0.015% or less when cold forgeability is important. Is preferred.

Cr:0.50〜2.0%
Crは、窒化での表面硬さを高め、冷鍛窒化部品の耐摩耗性を向上させる効果がある.Crの含有量が0.50%未満では前記の効果を得ることができない。一方、Crの含有量が2.0%を超えると、硬くなって冷間鍛造性が低下する。そのため、Crの含有量を0.50〜2.0%とした。なお、冷間鍛造性がより重視される場合には、Crの含有量は1.5%以下とすることが好ましい。
Cr: 0.50 to 2.0%
Cr has the effect of increasing the surface hardness in nitriding and improving the wear resistance of cold forged nitriding parts. If the Cr content is less than 0.50%, the above effect cannot be obtained. On the other hand, if the content of Cr exceeds 2.0%, it becomes hard and the cold forgeability deteriorates. Therefore, the content of Cr is set to 0.50 to 2.0%. When the cold forgeability is more important, the Cr content is preferably 1.5% or less.

V:0.10〜0.50%
Vは、窒化温度域でCと結合し、VCとして析出することで、窒化後の芯部硬さを向上させる効果がある。この効果を得るには、Vを0.10%以上含有する必要がある。しかし、Vの含有量が多いと硬くなって冷間鍛造性が低下する。そのため、上限を設けて、Vの含有量を0.10〜0.50%とした。なお、Vの含有量は0.40%以下とすることが好ましい。
V: 0.10 to 0.50%
V combines with C in the nitriding temperature range and precipitates as VC, thereby improving the core hardness after nitriding. In order to acquire this effect, it is necessary to contain V 0.10% or more. However, if the content of V is large, it becomes hard and cold forgeability is lowered. Therefore, an upper limit is set and the content of V is set to 0.10 to 0.50%. The V content is preferably 0.40% or less.

Al:0.010〜0.090%
Alは、窒化での表面硬さを高め、冷鍛窒化部品の耐摩耗性を向上させる効果がある。この効果を得るには、Alを0.010%以上含有させる必要がある。しかし、Alの含有量が多すぎると、窒化での硬化層が浅くなり耐摩耗性が低下する問題が生じる。そのため、上限を設けて、Alの含有量を0.010〜0.090%とした。なお、Alの含有量は、0.020%以上とすることが好ましく、また0.050%以下とすることが好ましい。
Al: 0.010 to 0.090%
Al has the effect of increasing the surface hardness in nitriding and improving the wear resistance of the cold forged nitriding component. In order to acquire this effect, it is necessary to contain Al 0.010% or more. However, when there is too much content of Al, the hardened layer by nitriding will become shallow and the problem that wear resistance falls will arise. Therefore, an upper limit is provided, and the Al content is set to 0.010 to 0.090%. The Al content is preferably 0.020% or more, and is preferably 0.050% or less.

本発明の冷鍛窒化用圧延鋼材の一つは、上述のCからAlまでの元素を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、かつ後述するFn1およびFn2についての条件を満足する化学組成を有するものである。なお、既に述べたように、「Feおよび不純物」における「不純物」とは、鋼材を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または製造環境などから混入するものを指す。   One of the rolled steel materials for cold forging and nitriding of the present invention contains the above-described elements from C to Al, the balance is composed of Fe and impurities, and has a chemical composition that satisfies the conditions for Fn1 and Fn2 described later. Is. As already described, “impurities” in “Fe and impurities” refers to those mixed from ore, scrap, or production environment as raw materials when industrially producing steel materials.

ただし、本発明においては、不純物中のP、NおよびOは、厳しく制限する必要があり、その含有量をそれぞれ、P:0.030%以下、N:0.0080%以下およびO:0.0030%以下にする必要がある。   However, in the present invention, P, N, and O in impurities must be strictly limited, and the contents thereof are P: 0.030% or less, N: 0.0080% or less, and O: 0.0. It is necessary to make it 0030% or less.

以下、このことについて説明する。   This will be described below.

P:0.030%以下
Pは、鋼に含有される不純物であり、結晶粒界に偏析して鋼を脆化させ、特に、Pの含有量が0.030%を超えると、脆化の程度が顕著になる場合がある。したがって、Pの含有量を0.030%以下とした。なお、Pの含有量は0.020%以下とすることが好ましい。
P: 0.030% or less P is an impurity contained in the steel and segregates at the grain boundaries to embrittle the steel. In particular, when the P content exceeds 0.030%, the embrittlement occurs. The degree may be noticeable. Therefore, the content of P is set to 0.030% or less. The P content is preferably 0.020% or less.

N:0.0080%以下
Nは、鋼に含有される不純物であり、フェライト中に固溶することにより、フェライト硬さを増大させ、冷間鍛造性を低下させる。また、Vと結合して固溶温度の高いVNを形成するため、固溶V量が低減し、窒化温度でのVCの析出硬化の効果が得にくくなる。そのため、上限を設けて、Nの含有量を0.0080%以下とした。なお、Nの含有量は0.0070%以下とすることが好ましい。
N: 0.0080% or less N is an impurity contained in the steel and increases the hardness of the ferrite and decreases the cold forgeability by being dissolved in the ferrite. Moreover, since it combines with V to form VN having a high solid solution temperature, the amount of solid solution V is reduced, and it becomes difficult to obtain the effect of precipitation hardening of VC at the nitriding temperature. Therefore, an upper limit is set and the N content is set to 0.0080% or less. The N content is preferably 0.0070% or less.

O:0.0030%以下
Oは、鋼に含有される不純物であり、酸化物系の介在物を形成し、冷間鍛造時の割れの原因となることがある。特に、Oの含有量が0.0030%を超えると、粗大な酸化物が生成して冷間鍛造性が低下する。そのため、Oの含有量を0.0030%以下とした。なお、Oの含有量は0.0020%以下とすることが好ましい。
O: 0.0030% or less O is an impurity contained in steel, forms oxide inclusions, and may cause cracks during cold forging. In particular, when the content of O exceeds 0.0030%, a coarse oxide is generated and cold forgeability is lowered. Therefore, the content of O is set to 0.0030% or less. Note that the O content is preferably 0.0020% or less.

本発明の冷鍛窒化用圧延鋼材の他の一つは、上述のFeの一部に代えて、Mo、Ti、Nb、Zr、CuおよびNiのうちの1種以上の元素を含有し、かつFn1およびFn2についての条件を満足する化学組成を有するものである。   Another one of the rolled steel materials for cold forge nitriding of the present invention contains one or more elements of Mo, Ti, Nb, Zr, Cu and Ni instead of a part of the above-mentioned Fe, and It has a chemical composition that satisfies the conditions for Fn1 and Fn2.

以下、任意元素である上記Mo、Ti、Nb、Zr、CuおよびNiの作用効果と、含有量の限定理由について説明する。   Hereinafter, the operational effects of the Mo, Ti, Nb, Zr, Cu, and Ni, which are optional elements, and the reasons for limiting the content will be described.

Mo:0.50%以下
Moは、窒化温度でCと結合して、炭化物(Mo2C)を形成し、窒化後の芯部硬さを増大させる効果がある。したがって、Moを含有させてもよい。しかしながら、0.50%を超えてMoを含有すると、硬くなって冷間鍛造性が低下する。そのため、含有させる場合のMoの量を0.50%以下とした。なお、冷間鍛造性が重視される場合、含有させる場合のMoの量は0.40%以下とすることが好ましい。
Mo: 0.50% or less Mo combines with C at the nitriding temperature to form carbide (Mo 2 C), and has an effect of increasing the core hardness after nitriding. Therefore, you may contain Mo. However, if it exceeds 0.50% and contains Mo, it will become hard and cold forgeability will fall. Therefore, the amount of Mo in the case of containing is 0.50% or less. In addition, when the cold forgeability is regarded as important, the amount of Mo in the case of inclusion is preferably 0.40% or less.

一方、前記したMoの効果を安定して得るためには、含有させる場合のMoの量は0.05%以上とすることが好ましい。   On the other hand, in order to stably obtain the effect of Mo described above, the amount of Mo in the case of inclusion is preferably 0.05% or more.

Ti、NbおよびZrは、いずれも、表面硬さを高める作用を有する。このため、これらの元素を含有させてもよい。以下、上記のTi、NbおよびZrについて説明する。   Ti, Nb, and Zr all have the effect of increasing the surface hardness. For this reason, you may contain these elements. Hereinafter, the Ti, Nb, and Zr will be described.

Ti:0.50%以下
Tiは、窒化中に表面から侵入、拡散するNと結合して窒化物を生成することで表面硬さを高めるのに有効な元素である。したがって、Tiを含有させてもよい。しかしながら、0.50%を超える量のTiを含有させても上記の効果は飽和してコストが嵩むばかりである。そのため、含有させる場合のTiの量を0.50%以下とした。なお、含有させる場合のTiの量は0.20%以下とすることが好ましい。
Ti: 0.50% or less Ti is an element effective in increasing the surface hardness by combining with N that penetrates and diffuses from the surface during nitriding to generate nitride. Therefore, Ti may be included. However, even if Ti is contained in an amount exceeding 0.50%, the above effect is saturated and the cost is increased. Therefore, the amount of Ti in the case of containing is 0.50% or less. In addition, when Ti is contained, the amount of Ti is preferably 0.20% or less.

一方、前記したTiの効果を安定して得るためには、含有させる場合のTiの量は0.05%以上とすることが好ましい。   On the other hand, in order to stably obtain the effect of Ti described above, the amount of Ti when contained is preferably 0.05% or more.

Nb:0.50%以下
Nbは、窒化中に表面から侵入、拡散するNと結合して窒化物を生成することで表面硬さを高めるのに有効な元素である。したがって、Nbを含有させてもよい。しかしながら、0.50%を超える量のNbを含有させても上記の効果は飽和してコストが嵩むばかりである。そのため、含有させる場合のNbの量を0.50%以下とした。なお、含有させる場合のNbの量は0.10%以下とすることが好ましい。
Nb: 0.50% or less Nb is an element effective in increasing the surface hardness by forming a nitride by combining with N that penetrates and diffuses from the surface during nitriding. Therefore, you may contain Nb. However, even if Nb is contained in an amount exceeding 0.50%, the above effect is saturated and the cost is increased. Therefore, the amount of Nb in the case of containing is 0.50% or less. In addition, it is preferable that the amount of Nb in the case of containing is 0.10% or less.

一方、前記したNbの効果を安定して得るためには、含有させる場合のNbの量は0.02%以上とすることが好ましい。   On the other hand, in order to stably obtain the above-described effect of Nb, the amount of Nb when contained is preferably 0.02% or more.

Zr:0.50%以下
Zrも窒化中に表面から侵入、拡散するNと結合して窒化物を生成することで表面硬さを高めるのに有効な元素である。したがって、Zrを含有させてもよい。しかしながら、0.50%を超える量のZrを含有させても上記の効果は飽和してコストが嵩むばかりである。そのため、含有させる場合のZrの量を0.50%以下とした。なお、含有させる場合のZrの量は0.10%以下とすることが好ましい。
Zr: 0.50% or less Zr is an element effective for increasing the surface hardness by forming nitride by combining with N that penetrates and diffuses from the surface during nitriding. Therefore, Zr may be contained. However, even if Zr is contained in an amount exceeding 0.50%, the above effect is saturated and the cost is increased. Therefore, the amount of Zr in the case of containing is 0.50% or less. In addition, it is preferable that the amount of Zr in the case of containing is 0.10% or less.

一方、前記したZrの効果を安定して得るためには、含有させる場合のZrの量は0.02%以上とすることが好ましい。   On the other hand, in order to stably obtain the effect of Zr described above, the amount of Zr when contained is preferably 0.02% or more.

上記のTi、NbおよびZrは、そのうちのいずれか1種のみ、または、2種以上の複合で含有させることができる。含有させる場合の合計量は、1.50%以下であってもよいが、0.40%以下とすることが好ましい。   Said Ti, Nb, and Zr can be contained only in any one of them, or 2 or more types of composites. The total amount when contained may be 1.50% or less, but is preferably 0.40% or less.

CuおよびNiは、いずれも、芯部硬さを向上させる作用を有する。このため、これらの元素を含有させてもよい。以下、上記のCuおよびNiについて説明する。   Both Cu and Ni have the effect of improving the core hardness. For this reason, you may contain these elements. Hereinafter, the above Cu and Ni will be described.

Cu:0.30%以下
Cuは、芯部硬さを増大させる作用を有する。したがって、Cuを含有させてもよい。しかしながら、0.30%を超えてCuを含有すると、硬くなって冷間鍛造性が低下することに加えて、熱間脆性が生じやすくなる。そのため、含有させる場合のCuの量を0.30%以下とした。なお、冷間鍛造性が重視される場合、含有させる場合のCuの量は0.20%以下とすることが好ましい。
Cu: 0.30% or less Cu has an action of increasing the core hardness. Therefore, Cu may be contained. However, when it contains Cu exceeding 0.30%, in addition to becoming hard and cold forgeability falling, it becomes easy to produce hot brittleness. Therefore, the amount of Cu in the case of inclusion is set to 0.30% or less. In addition, when the cold forgeability is regarded as important, the amount of Cu in the case of inclusion is preferably 0.20% or less.

一方、前記したCuの効果を安定して得るためには、含有させる場合のCuの量は0.10%以上とすることが好ましい。   On the other hand, in order to stably obtain the effect of Cu described above, the amount of Cu in the case of inclusion is preferably 0.10% or more.

Ni:0.20%以下
Niは、芯部硬さを増大させる作用を有する。Niには、Cuによる熱間脆性の発生を抑制する作用もある。したがって、Niを含有させてもよい。しかしながら、0.20%を超えてNiを含有すると、硬くなって冷間鍛造性が低下する。そのため、含有させる場合のNiの量を0.20%以下とした。なお、含有させる場合のNiの量は0.10%以下とすることが好ましい。
Ni: 0.20% or less Ni has an action of increasing the core hardness. Ni also has the effect of suppressing the occurrence of hot brittleness due to Cu. Therefore, Ni may be included. However, if Ni exceeds 0.20%, it becomes hard and cold forgeability deteriorates. Therefore, the amount of Ni in the case of inclusion is set to 0.20% or less. In addition, when Ni is contained, the amount of Ni is preferably 0.10% or less.

一方、前記したNiの効果を安定して得るためには、含有させる場合のNiの量は0.05%以上とすることが好ましい。   On the other hand, in order to stably obtain the above-described effect of Ni, the amount of Ni when contained is preferably 0.05% or more.

上記のCuおよびNiは、そのうちのいずれか1種のみ、または、2種の複合で含有させることができる。CuとNiを複合して含有させる場合の合計量は、0.50%以下であってもよいが、0.30%以下とすることが好ましい。また、Cuを含有させる場合には、前記したCuによる熱間脆性の発生を避けるために、Niを複合して含有させることが好ましい。   Said Cu and Ni can be contained only in any 1 type or 2 types of composites. The total amount when Cu and Ni are contained in combination may be 0.50% or less, but is preferably 0.30% or less. In addition, when Cu is contained, it is preferable to contain Ni in combination in order to avoid the occurrence of hot brittleness due to Cu.

Fn1:5.0〜10.0
本発明の冷鍛窒化用圧延鋼材は、
Fn1=35(C+N)+5(Si+Mn)+Cr+3(Cu+Ni)+4(Mo+V)・・・(1)
で表されるFn1が5.0〜10.0でなければならない。ただし、(1)式におけるC、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、VおよびNは、その元素の質量%での含有量を意味する。
Fn1: 5.0-10.0
The rolled steel material for cold forging and nitriding of the present invention is
Fn1 = 35 (C + N) +5 (Si + Mn) + Cr + 3 (Cu + Ni) +4 (Mo + V) (1)
Fn1 represented by must be 5.0 to 10.0. However, C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V, and N in the formula (1) mean the content in mass% of the element.

上記のFn1は、圧延後の鋼材の硬さ(HV)の指標となるパラメータであり、Fn1が大きいとHVも高くなる。Fn1が大きくなって、特に、10.0を超えると、硬さが高くなり過ぎ、冷間鍛造性が低下する。さらに、冷間鍛造後の切削抵抗が増大して、被削性の低下も生じる。しかしながら、Fn1が10以下の場合には、圧延後の鋼材の硬さが安定してHVで160以下になって、事前に熱処理することなく冷間鍛造できるという優れた冷間鍛造性が得られる。一方、Fn1が過度に小さくなって、特に、5.0を下回ると、圧延後の鋼材の硬さは容易にHVで100を下回るので冷間鍛造性には優れるものの、冷間鍛造後に切削加工する際に「むしれ」が生じやすくなり、切削抵抗が増大して被削性が低下することになる。これらのことから、Fn1を5.0〜10.0とした。Fn1は、6.0以上であることが好ましく、また9.5以下であることが好ましい。   Said Fn1 is a parameter used as the parameter | index of the hardness (HV) of the steel materials after rolling, and HV will also become high when Fn1 is large. When Fn1 becomes large, especially when it exceeds 10.0, the hardness becomes too high and the cold forgeability deteriorates. Furthermore, the cutting resistance after cold forging increases, and the machinability also decreases. However, when Fn1 is 10 or less, the hardness of the steel material after rolling is stably 160 or less in HV, and excellent cold forgeability that can be cold forged without prior heat treatment is obtained. . On the other hand, when Fn1 becomes excessively small, especially below 5.0, the hardness of the steel material after rolling is easily below HV at 100, so that although it is excellent in cold forgeability, it is cut after cold forging. In this case, “peeling” tends to occur, cutting resistance increases, and machinability deteriorates. From these things, Fn1 was set to 5.0-10.0. Fn1 is preferably 6.0 or more, and preferably 9.5 or less.

Fn2:1.8〜9.0
本発明の冷鍛窒化用圧延鋼材は、
Fn2={V+(9/20)Mo}/C・・・(2)
で表されるFn2が1.8〜9.0でなければならない。ただし、(2)式におけるC、MoおよびVは、その元素の質量%での含有量を意味する。
Fn2: 1.8-9.0
The rolled steel material for cold forging and nitriding of the present invention is
Fn2 = {V + (9/20) Mo} / C (2)
Fn2 represented by the formula must be 1.8 to 9.0. However, C, Mo and V in the formula (2) mean the content in mass% of the element.

上記のFn2は、冷間鍛造後の窒化による芯部の硬さの増分、つまり、窒化による芯部のΔHVの指標となるパラメータである。Fn2が1.8〜9.0であれば、窒化中に芯部でΔHVが20〜60という適度の析出硬化が生じるため、冷鍛窒化部品の摺動時における塑性変形量を低減することができる。   Said Fn2 is a parameter used as the parameter | index of the increment of the hardness of the core part by nitriding after cold forging, ie, (DELTA) HV of the core part by nitriding. If Fn2 is 1.8 to 9.0, moderate precipitation hardening with ΔHV of 20 to 60 occurs at the core during nitriding, so that the amount of plastic deformation during sliding of the cold forged nitriding component can be reduced. it can.

Fn2が1.8未満の場合は、鋼材のC含有量に対してVおよびMoの含有量が少なく十分な析出硬化が生じないため、ΔHVが20を下回り、冷鍛窒化部品の摺動時における塑性変形量が大きくなってしまう。また、Fn2が9.0を超える場合は、鋼材のV、Moの含有量に対して、Cの含有量が少なく、やはり十分な析出硬化が生じないため、ΔHVが20を下回って、冷鍛窒化部品の摺動時における塑性変形量が大きくなってしまう。Fn2は、2.0以上であることが好ましく、また8.0以下であることが好ましい。   When Fn2 is less than 1.8, the content of V and Mo is small relative to the C content of the steel material, and sufficient precipitation hardening does not occur. The amount of plastic deformation becomes large. Further, when Fn2 exceeds 9.0, the content of C is small relative to the content of V and Mo in the steel material, and sufficient precipitation hardening does not occur. Therefore, ΔHV is less than 20, and cold forging The amount of plastic deformation when the nitrided part slides increases. Fn2 is preferably 2.0 or more, and preferably 8.0 or less.

(B)ミクロ組織
(B−1)相
本発明の冷鍛窒化用圧延鋼材は、ミクロ組織(相)が、フェライト・パーライト組織でなければならない。たとえ、前記(A)項に記載の化学組成を有していても、ミクロ組織に、低温変態組織、具体的には、ベイナイトまたは/およびマルテンサイトが含まれる場合には、硬さが高いため、事前に熱処理しなければ冷間鍛造することができないし、冷間鍛造できたとしても、その後の切削加工時の被削性が極めて低下してしまうからである。
(B) Microstructure (B-1) Phase In the rolled steel material for cold forging and nitriding of the present invention, the microstructure (phase) must be a ferrite pearlite structure. Even if it has the chemical composition described in the item (A), the hardness is high when the microstructure includes a low temperature transformation structure, specifically, bainite or / and martensite. This is because cold forging cannot be performed unless heat treatment is performed in advance, and even if cold forging can be performed, the machinability at the time of subsequent cutting is extremely reduced.

フェライト・パーライト組織に占めるパーライトの面積割合が多くなって、特に、50%を超えると、圧延後の鋼材の硬さがHVで160を超えて、冷間鍛造性が低下する場合があるため、フェライト・パーライト組織における主相(つまり、面積割合で50%を超える相)は、フェライトであることが好ましい。フェライト・パーライト組織において、フェライトの面積割合が70%以上であれば、極めて好ましい。   When the area ratio of pearlite in the ferrite pearlite structure increases, especially when it exceeds 50%, the hardness of the steel material after rolling exceeds 160 in HV, and cold forgeability may be reduced. The main phase in the ferrite / pearlite structure (that is, the phase exceeding 50% in terms of area) is preferably ferrite. In the ferrite-pearlite structure, it is very preferable that the area ratio of ferrite is 70% or more.

なお、鋼が前記(A)項に記載の化学組成を有している場合、、例えば、後述する製造方法によれば、フェライト・パーライト組織に占めるフェライトの面積割合の上限は、85%程度となる。既に述べたように、「フェライト・パーライト組織」とは、フェライトとパーライトからなる混合組織を指す。   When the steel has the chemical composition described in the above (A), for example, according to the manufacturing method described later, the upper limit of the area ratio of ferrite in the ferrite / pearlite structure is about 85%. Become. As described above, the “ferrite / pearlite structure” refers to a mixed structure composed of ferrite and pearlite.

上記の「相」は、例えば、圧延材から試料を切り出し、適宜の切断面が被検面になるように鏡面研磨した後、ナイタルで腐食してミクロ組織を現出させて、光学顕微鏡を用いて観察することによって同定することができる。また、フェライトの面積割合は、上記の光学顕微鏡観察して撮影した写真を通常の方法で画像処理して求めることができる。   The above “phase” is obtained by, for example, cutting a sample from a rolled material, mirror-polishing so that an appropriate cut surface becomes a test surface, and then corroding with a nital to reveal a microstructure and using an optical microscope. Can be identified by observation. The area ratio of the ferrite can be obtained by subjecting the photograph taken by observation with the above-mentioned optical microscope to image processing by a usual method.

(B−2)フェライトの平均粒径
本発明の冷鍛窒化用圧延鋼材は、ミクロ組織であるフェライト・パーライト組織におけるフェライトの平均粒径が50μm以下でなければならない。たとえ、ミクロ組織が、フェライト・パーライト組織であっても、フェライトの平均粒径が50μmを超えると、冷間鍛造後の表面粗さが大きくなるため、冷間鍛造の自由端に生じた凹凸を軽切削または研磨で除去することができないからである。上記フェライトの平均粒径は30μm以下であることが好ましい。
(B-2) Average particle diameter of ferrite The rolled steel material for cold forging and nitriding of the present invention must have an average particle diameter of ferrite of 50 μm or less in a ferrite / pearlite structure which is a microstructure. Even if the microstructure is a ferrite-pearlite structure, if the average grain size of ferrite exceeds 50 μm, the surface roughness after cold forging increases, so the unevenness that occurs at the free end of cold forging This is because it cannot be removed by light cutting or polishing. The average particle size of the ferrite is preferably 30 μm or less.

なお、鋼が前記(A)項に記載の化学組成を有している場合、例えば、後述する製造方法によれば、フェライト・パーライト組織におけるフェライトの平均粒径の下限は、16μm程度となる。   In addition, when steel has the chemical composition as described in said (A) term, according to the manufacturing method mentioned later, the minimum of the average particle diameter of the ferrite in a ferrite pearlite structure | tissue will be about 16 micrometers.

上記「フェライトの平均粒径」は、例えば、圧延材から試料を切り出し、適宜の切断面が被検面になるように鏡面研磨した後、ナイタルで腐食してミクロ組織を現出させ、次いで、光学顕微鏡を用いて、倍率1000倍でランダムに5視野観察して撮影した写真を通常の方法で画像処理して個々のフェライト粒の面積を算出し、円形に換算することによって求めることができる。   The above-mentioned “average particle diameter of ferrite” is, for example, a sample cut from a rolled material, mirror-polished so that an appropriate cut surface becomes a test surface, and then corroded with nitral to reveal a microstructure, Using an optical microscope, a photograph taken by observing five visual fields randomly at a magnification of 1000 times is subjected to image processing by a normal method to calculate the area of each ferrite grain, and can be obtained by converting to a circle.

本発明の冷鍛窒化用圧延鋼材は、例えば、次に述べる方法によって製造することができる。   The rolled steel material for cold forging and nitriding of the present invention can be manufactured, for example, by the method described below.

通常の方法によって、(A)項に記載の化学組成を有する鋼を溶製した後、連続鋳造して鋳片とし、次いで、その鋳片を1250℃以上の温度で加熱して分塊圧延して、鋼片を作製する。燃料費が嵩むため、分塊圧延の加熱温度は1350℃以下が好ましい。   After the steel having the chemical composition described in the item (A) is melted by a normal method, continuous casting is performed to form a slab, and then the slab is heated at a temperature of 1250 ° C. or more and rolled into pieces. To produce a steel piece. Since the fuel cost increases, the heating temperature of the partial rolling is preferably 1350 ° C. or less.

このようにして得た鋼片を、1000〜850℃の温度域で熱間圧延を開始し、総減面率が50%以上となるように熱間圧延して仕上げ圧延を行った後、800〜500℃の温度域における平均冷却速度が0.8〜1.5℃/sとなる条件で冷却する。なお、上記の「総減面率」は、鋼片面積からの減面率を指す。   The steel slab thus obtained was hot-rolled in a temperature range of 1000 to 850 ° C., hot-rolled so that the total area reduction was 50% or more, and finish-rolled, and then 800 It cools on the conditions that the average cooling rate in a temperature range of -500 degreeC becomes 0.8-1.5 degreeC / s. In addition, said "total area reduction rate" points out the area reduction rate from a billet area.

そして、本発明の冷鍛窒化用圧延鋼材を素材として、冷間鍛造によって、例えば、真ひずみで0.5以上、好ましくは0.7以上の加工を施して部品形状にし、必要に応じて切削加工、研磨を施し、その後、通常の方法で400〜650℃で1〜30時間の窒化処理を施すことによって、冷鍛窒化部品を製造することができる。   Then, using the rolled steel material for cold forging and nitriding of the present invention as a raw material, by cold forging, for example, the true strain is processed to 0.5 or more, preferably 0.7 or more to form a part, and if necessary, cut Cold forged nitriding parts can be manufactured by performing processing and polishing, and then performing nitriding treatment at 400 to 650 ° C. for 1 to 30 hours by a normal method.

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention more concretely, this invention is not limited to these Examples.

表1に示す化学成分を有する鋼1〜21を180kg真空溶解炉によって溶製し、インゴットに鋳造した。   Steels 1 to 21 having chemical components shown in Table 1 were melted by a 180 kg vacuum melting furnace and cast into an ingot.

表1中の鋼1〜11は、化学組成が本発明で規定する範囲内にある鋼であり、一方、鋼12〜21は、化学組成が本発明で規定する条件から外れた比較例の鋼である。   Steels 1 to 11 in Table 1 are steels whose chemical compositions are within the range defined by the present invention, while Steels 12 to 21 are steels of comparative examples whose chemical compositions deviate from the conditions defined by the present invention. It is.

Figure 2013159794
Figure 2013159794

各インゴットは、1250℃で5時間保持する溶体化処理を施して均質化した後、熱間鍛造によって、直径が55mmで長さが300mmの丸棒を製作した。   Each ingot was subjected to a solution treatment that was maintained at 1250 ° C. for 5 hours to homogenize, and then a hot bar forged a round bar having a diameter of 55 mm and a length of 300 mm.

次いで上記の直径55mmの各丸棒を、1250℃に30分保持し、孔型圧延機を用いて、鋼5に関しては、1200〜850℃の種々の温度から圧延を開始して、また、その他の鋼に関しては、900℃から圧延を開始して、いずれも直径38mmの丸棒に仕上げ、その後空冷した。この時の丸棒表面の800〜500℃の温度域における平均冷却速度は0.8〜1.5℃/sであった。なお、上記直径55mmの丸棒を熱間圧延して直径38mmの丸棒に仕上げた際の総減面率は52%である。   Next, each round bar having a diameter of 55 mm is held at 1250 ° C. for 30 minutes, and with respect to the steel 5, rolling is started from various temperatures of 1200 to 850 ° C. using a perforated rolling mill. As for the steels, rolling was started from 900 ° C., all were finished into round bars with a diameter of 38 mm, and then air-cooled. The average cooling rate in the 800-500 degreeC temperature range of the round bar surface at this time was 0.8-1.5 degreeC / s. The total area reduction when the 55 mm diameter round bar was hot-rolled into a 38 mm diameter round bar was 52%.

このようにして得た鋼1〜21の直径が38mmの各丸棒から、圧延ままの状態で各種試験片を採取した。   Various test pieces were sampled from the round bars having a diameter of 38 mm of steels 1 to 21 thus obtained in the rolled state.

先ず、丸棒を軸方向に対して垂直に切断し、切断面が被検面になるように樹脂に埋め込んだ後、鏡面研磨し、この試料を圧延後の硬さ測定および組織観察に供した。   First, a round bar was cut perpendicular to the axial direction, embedded in a resin so that the cut surface became the test surface, and then mirror-polished, and this sample was subjected to hardness measurement and structure observation after rolling. .

また、冷間鍛造性および冷間鍛造後の側面の表面粗さを測定するために、図1に示す形状の平滑試験片を、丸棒と試験片の軸方向を揃えて軸心部分から切り出した。なお、図1中の寸法の単位は「mm」であり、また、仕上記号「▽▽」および「▽▽▽」は、JIS B 0601(1982)の解説表1に記載されていた表面粗さを示す「三角記号」である。   In addition, in order to measure the cold forgeability and the surface roughness of the side surface after cold forging, a smooth test piece having the shape shown in FIG. 1 is cut out from the axial center portion with the axial direction of the round bar and the test piece aligned. It was. In addition, the unit of the dimension in FIG. 1 is “mm”, and the finish symbols “▽▽” and “▽▽▽” are the surface roughness described in the explanatory table 1 of JIS B 0601 (1982). Is a “triangular symbol”.

さらに、上記のようにして得た鋼1〜21の直径が38mmの各丸棒を、圧延ままの状態で直径35mmにピーリング加工し、酸洗および潤滑処理を施した後、直径が24.0mmとなるよう冷間で引抜き加工(以下、引抜き加工を単に「引抜き」という。)を施した。なお、直径35mmから24.0mmに引抜きした際の総減面率は53%(平均の真ひずみは0.9に相当)である。   Further, each round bar having a diameter of 38 mm of the steels 1 to 21 obtained as described above was peeled to a diameter of 35 mm in a rolled state, subjected to pickling and lubrication, and then the diameter was 24.0 mm. Then, a cold drawing process (hereinafter, the drawing process is simply referred to as “drawing”) was performed. In addition, the total area reduction rate at the time of drawing from diameter 35 mm to 24.0 mm is 53% (average true strain is equivalent to 0.9).

冷間引抜き後の丸棒は、硬さ測定および旋削による切削抵抗測定に供した。さらに、上記引抜き後の丸棒からは、図2に示す形状のブロック状試験片を切り出し、図3に示すヒートパターンでガス軟窒化処理した後、芯部硬さの測定に供した。   The round bar after cold drawing was subjected to hardness measurement and cutting resistance measurement by turning. Furthermore, from the round bar after drawing, a block-shaped test piece having the shape shown in FIG. 2 was cut out and subjected to gas soft nitriding treatment with the heat pattern shown in FIG.

なお、図2中の寸法の単位は、「Rq:0.10〜0.20μm」と記載の箇所を除いて「mm」である。また、仕上記号「▽」は、JIS B 0601(1982)の解説表1に記載されていた表面粗さを示す「三角記号」を、そして、「▽」に付した「Rq:0.10〜0.20μm」は、JIS B 0601(2001)に規定される二乗平均平方根粗さ「Rq」が0.10〜0.20μmであることを意味する。   The unit of the dimension in FIG. 2 is “mm” except for a portion described as “Rq: 0.10 to 0.20 μm”. In addition, the finishing symbol “▽” is “Rq: 0.10 to“ Triangle symbol ”indicating the surface roughness described in the explanatory table 1 of JIS B 0601 (1982), and“ Rq: 0.10 ”added to“ ▽ ”. “0.20 μm” means that the root mean square roughness “Rq” defined in JIS B 0601 (2001) is 0.10 to 0.20 μm.

また、図3における「120℃油冷却」は油温120℃の油中に投入して冷却したことを示す。   Further, “120 ° C. oil cooling” in FIG. 3 indicates that the oil is cooled by being put into oil having an oil temperature of 120 ° C.

以下、調査内容について詳しく説明する。   The details of the survey will be described below.

調査1:圧延後の硬さ測定
圧延後の鋼1〜21の直径38mmの丸棒の、前記樹脂に埋め込んで鏡面研磨した断面の中心部1点とR/2部(「R」は丸棒の半径を表す。)4点の計5点について、JIS Z 2244(2009)に記載の「ビッカース硬さ試験−試験方法」に準拠して、試験力を9.8Nとしてビッカース硬さを測定し、5点の算術平均値を圧延後のHVと定義した。なお、圧延後の硬さは、HVで100〜160を目標とした。
Investigation 1: Hardness measurement after rolling One round center of a round bar of steel 1 to 21 having a diameter of 38 mm after rolling and embedded in the resin and mirror-polished and R / 2 part ("R" is a round bar) The Vickers hardness is measured with a test force of 9.8 N according to “Vickers hardness test-test method” described in JIS Z 2244 (2009) for a total of 4 points. The arithmetic average value of 5 points was defined as HV after rolling. In addition, the hardness after rolling aimed at 100-160 by HV.

調査2 圧延後のミクロ組織観察
圧延後の鋼1〜21の直径38mmの丸棒の、前記樹脂に埋め込んで鏡面研磨した断面をナイタルで腐食し、倍率を1000倍として光学顕微鏡で径方向に5視野観察して「相」を同定した。
Investigation 2 Microscopic observation after rolling The cross-section of the round bars of steel 1 to 21 after rolling embedded in the resin and mirror-polished is corroded with nital, and the magnification is set to 1000 times to 5 in the radial direction with an optical microscope. The phase was identified by visual field observation.

また、得られたミクロ組織写真を通常の方法で画像処理して、各視野でのフェライトの面積割合を求め、さらに、個々のフェライト粒の面積を算出して円形に換算することで、各視野での平均フェライト粒径を算出した。そして、上記5視野の平均フェライト粒径を算術平均して、フェライトの平均粒径を求めた。   In addition, the obtained microstructure photograph is image-processed by a usual method to determine the area ratio of ferrite in each field of view, and furthermore, by calculating the area of each ferrite grain and converting it into a circle, The average ferrite particle diameter was calculated. And the average ferrite particle diameter of said 5 visual fields was arithmetically averaged, and the average particle diameter of the ferrite was calculated | required.

調査3:圧延後の変形抵抗測定
圧延後の鋼1〜21の直径38mmの丸棒から採取した図1に示す形状の平滑試験片を冷間圧縮(冷間鍛造)して、変形抵抗を調査した。この時、圧縮面の滑りを拘束するため日本塑性加工学会の冷間据え込み試験法の暫定基準である非特許文献1を参考に、同心円溝付きの圧縮板を用いた。10%刻みで10〜70%の圧縮率(平均の真ひずみは0.13〜1.40に相当)で冷間圧縮し、プレスに取り付けられたロードセルでそのときの荷重を計測した。荷重は小坂田らの提案した非特許文献2に準拠して応力に換算した。なお、試験片中心部の相当塑性ひずみの値が1となるときの応力を変形抵抗として定義した。なお、圧延後の変形抵抗は550MPa以下を目標とした。
Investigation 3: Deformation resistance measurement after rolling The smooth test piece having the shape shown in FIG. 1 taken from a round bar of diameters of 38 mm of steel 1 to 21 after rolling was cold-compressed (cold forging), and the deformation resistance was investigated. did. At this time, in order to constrain the sliding of the compression surface, a compression plate with concentric grooves was used with reference to Non-Patent Document 1, which is a provisional standard for the cold upsetting test method of the Japan Society for Technology of Plasticity. The sample was cold-compressed at a compression rate of 10 to 70% in 10% increments (average true strain was equivalent to 0.13 to 1.40), and the load at that time was measured with a load cell attached to the press. The load was converted to stress according to Non-Patent Document 2 proposed by Kosakada et al. In addition, the stress when the value of the equivalent plastic strain at the center of the test piece was 1 was defined as the deformation resistance. The target deformation resistance after rolling was 550 MPa or less.

調査4:冷間鍛造した場合の側面の表面粗さ測定
圧延後の鋼1〜21の直径38mmの丸棒から採取した図1に示す形状の平滑試験片を高さ4.2mmまで80%の圧縮率(平均の真ひずみは2.23に相当)で冷間圧縮(冷間鍛造)した。この時、圧縮板には平滑な板を用い、圧縮板には事前に二硫化モリブデンを塗布した。高さ4.2mmまで冷間圧縮した試験片は、超音波洗浄した後、側面部の表面粗さを軸方向に測定した。なお、触針先端半径2μm、測定長さは1.0mm、測定速度は0.3mm/s、傾斜補正は最小自乗曲線補正とし、粗さ曲線を採取した。得られた粗さパラメータのうち、JIS B 0601(2001)に記載の最大高さ粗さ(「RZ」)を冷間鍛造後の側面の表面粗さとした。なお、冷間鍛造した場合の側面の表面粗さは、RZが10μm以下であることを目標とした。
Investigation 4: Measurement of surface roughness of side surface in the case of cold forging 80% of a smooth test piece having a shape shown in FIG. 1 taken from a round bar having a diameter of 38 mm of rolled steels 1 to 21 to a height of 4.2 mm Cold compression (cold forging) was performed at a compression ratio (average true strain is equivalent to 2.23). At this time, a smooth plate was used as the compression plate, and molybdenum disulfide was applied to the compression plate in advance. The test piece cold-compressed to a height of 4.2 mm was subjected to ultrasonic cleaning, and then the surface roughness of the side portion was measured in the axial direction. Note that a roughness curve was collected with a radius of the tip of the stylus of 2 μm, a measurement length of 1.0 mm, a measurement speed of 0.3 mm / s, an inclination correction of least square curve correction. Among the obtained roughness parameters, the maximum height roughness (“R Z ”) described in JIS B 0601 (2001) was the surface roughness of the side surface after cold forging. In addition, the surface roughness of the side surface in the case of cold forging was set so that R Z was 10 μm or less.

調査5:冷間引抜き後の硬さ測定
冷間引抜きした直径が24mmの丸棒を軸方向に対して垂直に切断し、切断面が被検面になるように樹脂に埋め込んだ後、鏡面研磨し、断面の中心部1点とR/2部4点の計5点について、JIS Z 2244(2009)に記載の「ビッカース硬さ試験−試験方法」に準拠して、試験力を9.8Nとしてビッカース硬さを測定し、5点の算術平均値を冷間引抜き後のHVとした。なお、冷間引抜き後の硬さは、HVで200以上を目標とした。
Investigation 5: Hardness measurement after cold drawing After cutting a cold drawn round bar with a diameter of 24 mm perpendicular to the axial direction and embedding it in resin so that the cut surface becomes the test surface, mirror polishing In addition, for a total of 5 points including 1 point at the center of the cross section and 4 points at the R / 2 part, the test force is 9.8 N in accordance with “Vickers hardness test-test method” described in JIS Z 2244 (2009). The Vickers hardness was measured, and the arithmetic average value of 5 points was defined as HV after cold drawing. In addition, the hardness after cold drawing aimed at 200 or more by HV.

調査6:冷間引抜き後の切削抵抗測定と「むしれ」発生の調査
冷間引抜きした直径が24mmの丸棒から長さ400mmの円柱状試験片を切り出し、旋削加工を実施して、切削抵抗を測定するとともに「むしれ」の発生を調査した。切削条件は、P20種の超硬工具を使用して、20倍に希釈した水溶性エマルジョンによる湿式加工(供給量:20L/min)、切削速度を150m/min、送りを0.20mm/rev、切り込み量を0.8mmとした。なお、旋削加工中に超硬工具にかかる反力のうち、円周方向反力である主分力の値を切削動力計で測定し、これを切削抵抗とした。なお、冷間引抜き後の切削抵抗は600N以下を目標とした。また、「むしれ」の発生がないことを目標とした。
Investigation 6: Measurement of cutting resistance after cold drawing and investigation of occurrence of “peeling” A cylindrical test piece having a length of 400 mm was cut out from a round bar having a diameter of 24 mm and subjected to turning to obtain a cutting resistance. Was measured and the occurrence of "Mushi" was investigated. Cutting conditions were wet machining (feed amount: 20 L / min) with water-soluble emulsion diluted 20 times using a P20 carbide tool, cutting speed was 150 m / min, feed was 0.20 mm / rev, The cut amount was 0.8 mm. In addition, the value of the main component force which is a circumferential direction reaction force among the reaction forces applied to the carbide tool during the turning process was measured with a cutting dynamometer, and this was defined as a cutting resistance. The cutting resistance after cold drawing was targeted at 600 N or less. In addition, the goal was to prevent the occurrence of “smile”.

調査7:ガス軟窒化後の芯部硬さ測定
冷間引抜きした直径が24mmの丸棒から採取後、図3に示すヒートパターンでガス軟窒化処理した、図2に示す形状のブロック状試験片を中央部で横断し、樹脂に埋め込んで鏡面研磨した。軟窒化表面から3mm位置にある任意の5点について、JIS Z 2244(2009)に記載の「ビッカース硬さ試験−試験方法」に準拠して、試験力を2.94Nとしてビッカース硬さを測定し、5点の算術平均値を軟窒化後の芯部のHVとした。なお、軟窒化後の芯部硬さはHVで250以上を目標とした。
Investigation 7: Measurement of core hardness after gas soft nitriding After sampling from a cold-drawn round bar with a diameter of 24 mm, a block-shaped test piece having the shape shown in FIG. 2 was subjected to gas soft nitriding with the heat pattern shown in FIG. Was crossed at the center, embedded in resin and mirror polished. Vickers hardness was measured at an arbitrary 5 points 3 mm from the nitrocarburized surface at a test force of 2.94 N according to “Vickers hardness test-test method” described in JIS Z 2244 (2009). The arithmetic average value of 5 points was defined as the HV of the core after soft nitriding. The core hardness after soft nitriding was set to 250 or more in HV.

表2に、上記の各試験結果をまとめて示す。なお、表2には、直径55mmの丸棒を1250℃に30分保持し、孔型圧延機を用いて直径38mmの丸棒に仕上げた際の圧延開始温度を併記した。   Table 2 summarizes the above test results. Table 2 also shows the rolling start temperature when a round bar having a diameter of 55 mm was held at 1250 ° C. for 30 minutes and finished into a round bar having a diameter of 38 mm using a hole-type rolling mill.

図4に、(1)式で表されるFn1と調査1における圧延後の硬さ(HV)との関係を整理して、また、図5に、Fn1と調査5における冷間引抜き後の切削抵抗(主分力)との関係を整理して、それぞれ示す。さらに、図6に、(2)式で表されるFn2と、調査5および調査6における軟窒化処理前後のHVの増分(ΔHV)、つまり「軟窒化処理後のHV−冷間引抜き後のHV」との関係を整理して示す。   FIG. 4 shows the relationship between Fn1 expressed by the equation (1) and the hardness (HV) after rolling in Investigation 1, and FIG. 5 shows cutting after cold drawing in Fn1 and Investigation 5. The relationship with resistance (main component) is organized and shown. Further, FIG. 6 shows Fn2 expressed by the equation (2) and an increment (ΔHV) of HV before and after the soft nitriding treatment in the investigations 5 and 6, that is, “HV after soft nitriding treatment−HV after cold drawing”. ".

Figure 2013159794
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表2から、本発明で規定する条件を満たす試験記号C〜Pの「本発明例」の場合は、圧延後の特性(硬さ(HV)、変形抵抗)、冷間鍛造した場合の側面の表面粗さ、冷間引抜き後の特性(硬さ(HV)、切削抵抗および「むしれ」)、軟窒化処理後の芯部硬さ(HV)の全てが目標を達成していることが明らかである。   From Table 2, in the case of “examples of the present invention” of test symbols C to P satisfying the conditions defined in the present invention, characteristics after rolling (hardness (HV), deformation resistance), side surface when cold forged It is clear that surface roughness, properties after cold drawing (hardness (HV), cutting resistance and “peel”), and core hardness (HV) after soft nitriding have all achieved the targets It is.

これに対して、本発明で規定する条件から外れた「比較例」の試験記号A、BおよびQ〜Zは、目標とする圧延後の特性(硬さ(HV)、変形抵抗)、冷間鍛造した場合の側面の表面粗さ、冷間引き抜き後の特性(硬さ(HV)、切削抵抗および「むしれ」)、軟窒化処理後の芯部硬さ(HV)のいずれかが達成できていない。   On the other hand, test symbols A, B, and Q to Z of “Comparative Examples” that deviate from the conditions specified in the present invention are intended properties after rolling (hardness (HV), deformation resistance), cold Any of the surface roughness of the side surface when forged, characteristics after cold drawing (hardness (HV), cutting resistance and “peel”), and core hardness (HV) after soft nitriding can be achieved. Not.

すなわち、試験記号AおよびBは、化学組成が本発明で規定する範囲内にある鋼5を用いて圧延したものであるが、圧延後の平均フェライト粒径がそれぞれ、97.3μmおよび81.5μmと大きく、本発明で規定する条件から外れているため、冷間鍛造した場合の側面の表面粗さが大きい。   That is, test symbols A and B were rolled using steel 5 having a chemical composition within the range defined by the present invention, but the average ferrite grain sizes after rolling were 97.3 μm and 81.5 μm, respectively. The surface roughness of the side surface in the case of cold forging is large because it is out of the conditions defined in the present invention.

試験記号Qは、用いた鋼12のC含有量が0.02%、Fn1が4.8であり、いずれも本発明で規定する範囲よりも低いので、圧延後の硬さもHVで98と低い。このため、冷間引抜き後の硬さもHVで195と低くなって、旋削加工時に「むしれ」が生じて、切削抵抗は744Nと高い。また、前記鋼12のFn2が11.0で、本発明で規定する範囲よりも大いので、軟窒化後の芯部硬さがHVで213と低い。   The test symbol Q is 0.02% of the steel 12 used and Fn1 is 4.8, both of which are lower than the range defined in the present invention, so the hardness after rolling is as low as 98 in HV. . For this reason, the hardness after cold drawing is as low as 195 in HV, causing “peeling” during turning, and the cutting resistance is as high as 744 N. Moreover, since Fn2 of the steel 12 is 11.0, which is larger than the range specified in the present invention, the core hardness after soft nitriding is as low as 213 in HV.

試験記号Rは、用いた鋼13のCu含有量が0.50%、Ni含有量が0.30%、Fn1が11.1であり、いずれも本発明で規定する範囲よりも高い。このため、圧延後の硬さがHVで183と高く、また、変形抵抗が560MPaと高い。さらに、切削抵抗も618Nと高い。   Test symbol R has a Cu content of 0.50%, Ni content of 0.30%, and Fn1 of 11.1 in steel 13 used, all of which are higher than the range defined in the present invention. For this reason, the hardness after rolling is as high as 183 in HV, and the deformation resistance is as high as 560 MPa. Further, the cutting resistance is as high as 618N.

試験記号Sは、、用いた鋼14のN含有量が0.0120%で本発明で規定する範囲よりも高く、Fn2が1.3で本発明で規定する範囲よりも低い。このため、軟窒化後の芯部硬さがHVで211と低い。   In the test symbol S, the N content of the steel 14 used is 0.0120%, which is higher than the range specified in the present invention, and Fn2 is 1.3, which is lower than the range specified in the present invention. For this reason, the core hardness after soft nitriding is as low as 211 in HV.

試験記号Tは、用いた鋼15のV含有量が0.05%、Fn2が0.4であり、いずれも本発明で規定する範囲よりも低い。この結果、軟窒化後の芯部硬さがHVで189と低い。   In the test symbol T, the steel 15 used has a V content of 0.05% and Fn2 of 0.4, both of which are lower than the range defined in the present invention. As a result, the core hardness after soft nitriding is as low as 189 in HV.

試験記号Uは、用いた鋼16のC含有量が0.17%、V含有量が0.60%、Fn1が12.7であり、いずれも本発明で規定する範囲よりも高い。このため、圧延後の硬さがHVで175と高く、また、変形抵抗が559MPaと高い。さらに、切削抵抗も607Nと高い。   In the test symbol U, the steel 16 used has a C content of 0.17%, a V content of 0.60%, and Fn1 of 12.7, both of which are higher than the range defined in the present invention. For this reason, the hardness after rolling is as high as 175 in HV, and the deformation resistance is as high as 559 MPa. Further, the cutting resistance is as high as 607N.

試験記号Vは、用いた鋼17のC含有量が0.17%、Mn含有量が1.00%、Fn1が14.2であり、いずれも本発明で規定する範囲よりも高い。このため、圧延後の硬さがHVで178と高く、また、変形抵抗が591MPaと高い。さらに、切削抵抗も613Nと高い。   In the test symbol V, the steel 17 used has a C content of 0.17%, an Mn content of 1.00%, and Fn1 of 14.2, all of which are higher than the ranges specified in the present invention. For this reason, the hardness after rolling is as high as 178 in HV, and the deformation resistance is as high as 591 MPa. Further, the cutting resistance is as high as 613N.

試験記号Wは、用いた鋼18のFn1が12.4で本発明で規定する範囲よりも高い。このため、圧延後の硬さがHVで178と高く、また、変形抵抗が577MPaと高い。さらに、切削抵抗も620Nと高い。   In the test symbol W, the Fn1 of the steel 18 used is 12.4, which is higher than the range defined in the present invention. For this reason, the hardness after rolling is as high as 178 in HV, and the deformation resistance is as high as 577 MPa. Further, the cutting resistance is as high as 620N.

試験記号Xは、用いた鋼19のFn2が1.3で本発明で規定する範囲よりも低い。このため、軟窒化処理時の析出硬化量が小さくなって、軟窒化後の芯部硬さは、HVで230と低い。   In the test symbol X, the Fn2 of the steel 19 used is 1.3, which is lower than the range defined in the present invention. For this reason, the precipitation hardening amount at the time of soft nitriding becomes small, and the core hardness after soft nitriding is as low as 230 in HV.

試験記号Yは、用いた鋼20のFn2が10.4で本発明で規定する範囲よりも高い。このため、軟窒化処理時の析出硬化量が小さくなって、軟窒化後の芯部硬さは、HVで230と低い。   In the test symbol Y, the Fn2 of the steel 20 used is 10.4, which is higher than the range specified in the present invention. For this reason, the precipitation hardening amount at the time of soft nitriding becomes small, and the core hardness after soft nitriding is as low as 230 in HV.

試験記号Zは、用いた鋼21のFn1が4.9で本発明で規定する範囲よりも低いので、圧延後の硬さがHVで98と低い。このため、冷間引抜き後の硬さがHVで196と低くなり、旋削加工時に「むしれ」が生じて、切削抵抗は660Nと高い。   In test symbol Z, Fn1 of steel 21 used is 4.9, which is lower than the range defined in the present invention, and thus the hardness after rolling is as low as 98 in HV. For this reason, the hardness after cold drawing is as low as 196 in HV, and “peeling” occurs during turning, and the cutting resistance is as high as 660 N.

本発明の冷鍛窒化用圧延鋼材は、鋼材を事前に熱処理することなく圧延ままの状態で冷間鍛造でき、冷間鍛造後の表面粗さが小さく、さらに冷間鍛造後に切削加工が施される場合には切削抵抗が低くて被削性に優れ、しかも、冷間鍛造と窒化の処理を施された部品に、高い芯部硬さを具備させることが可能である。このため、冷鍛窒化部品の素材として用いるのに好適である。   The rolled steel material for cold forging and nitriding according to the present invention can be cold forged in a rolled state without preheating the steel material, has a small surface roughness after cold forging, and is further subjected to cutting after cold forging. In this case, the cutting resistance is low, the machinability is excellent, and the parts subjected to the cold forging and nitriding treatments can have a high core hardness. For this reason, it is suitable for using as a raw material of cold forging nitriding components.

Claims (4)

質量%で、C:0.06〜0.15%、Si:0.02〜0.35%、Mn:0.10〜0.90%、S:0.030%以下、Cr:0.50〜2.0%、V:0.10〜0.50%およびAl:0.010〜0.090%を含有し、残部はFeおよび不純物からなり、不純物中のP、NおよびOがそれぞれ、P:0.030%以下、N:0.0080%以下およびO:0.0030%以下であり、さらに、下記の(1)式で表されるFn1が5.0〜10.0、下記の(2)式で表されるFn2が1.8〜9.0である化学組成を有し、ミクロ組織がフェライト・パーライト組織で、かつ、フェライトの平均粒径が50μm以下であることを特徴とする、冷鍛窒化用圧延鋼材。
Fn1=35(C+N)+5(Si+Mn)+Cr+3(Cu+Ni)+4(Mo+V)・・・(1)
Fn2={V+(9/20)Mo}/C・・・(2)
ただし、上記の(1)式および(2)式におけるC、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、VおよびNは、その元素の質量%での含有量を意味する。
In mass%, C: 0.06-0.15%, Si: 0.02-0.35%, Mn: 0.10-0.90%, S: 0.030% or less, Cr: 0.50 -2.0%, V: 0.10-0.50% and Al: 0.010-0.090%, the balance consists of Fe and impurities, P, N and O in the impurities are respectively P: 0.030% or less, N: 0.0080% or less, and O: 0.0030% or less, and Fn1 represented by the following formula (1) is 5.0 to 10.0, (2) Fn2 represented by the formula has a chemical composition of 1.8 to 9.0, the microstructure is a ferrite / pearlite structure, and the average particle diameter of the ferrite is 50 μm or less. Rolled steel for cold forging and nitriding.
Fn1 = 35 (C + N) +5 (Si + Mn) + Cr + 3 (Cu + Ni) +4 (Mo + V) (1)
Fn2 = {V + (9/20) Mo} / C (2)
However, C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V and N in the above formulas (1) and (2) mean the content of the element in mass%.
Feの一部に代えて、質量%で、Mo:0.50%以下を含有することを特徴とする、請求項1に記載の冷鍛窒化用圧延鋼材。   The rolled steel material for cold forging and nitriding according to claim 1, characterized by containing Mo: 0.50% or less in mass% instead of part of Fe. Feの一部に代えて、質量%で、Ti:0.50%以下、Nb:0.50%以下およびZr:0.50%以下のうちの1種以上を含有することを特徴とする、請求項1または2に記載の冷鍛窒化用圧延鋼材。   Instead of a part of Fe, it is characterized by containing at least one of Ti: 0.50% or less, Nb: 0.50% or less, and Zr: 0.50% or less in mass%. The rolled steel material for cold forging and nitriding according to claim 1 or 2. Feの一部に代えて、質量%で、Cu:0.30%以下およびNi:0.20%以下のうちの1種以上を含有することを特徴とする、請求項1から3までのいずれかに記載の冷鍛窒化用圧延鋼材。   Any one of claims 1 to 3, characterized by containing at least one of Cu: 0.30% or less and Ni: 0.20% or less in mass% instead of a part of Fe Rolled steel for cold forging and nitriding according to any one of the above.
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