JP2017066477A - Method of manufacturing cold forged age hardened steel component - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a component for cold forging, exhibiting high cold forgeability and providing high endurance ratio by work hardening due to cold forging and age hardening after the cold forging.SOLUTION: A cold forged age hardened steel component is obtained using, as a raw material, a hot rolled steel material which contains C:0.02 to 0.13%, Si:0.01 to 0.50%, Mn:0.20 to 0.70%, S:0.005 to 0.020%, Al:0.005 to 0.050%, Cr:0.02 to 1.50%, V:0.02 to 0.50%, N:0.003 to 0.030%, P: limited to 0.020% or less and the balance Fe with impurities and which has mainly ferrite and pearlite and a total area percentage of ferrite and pearlite of 90% or more. The hot rolled steel material is cold rolled in such a manner that equivalent strain of 0.2 or more is added to a region of the hot rolled steel material where fatigue strength is required, the region corresponding to a region of a component being a product, the cold rolled steel material is subjected to age hardening treatment at the temperature range of Ac3 point or less of the raw material, and thus the cold forged age hardened steel component having V deposit amount at the above region of 40% or more is obtained.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、冷間鍛造部品の製造方法に関し、より詳しくは、冷間鍛造により成形した後、時効硬化処理を施して機械構造部品等として用いられる冷間鍛造時効硬化鋼部品の製造方法に関するものである。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a cold forged part, and more particularly to a method for manufacturing a cold forged age-hardened steel part that is formed by cold forging and then subjected to age hardening to be used as a machine structural part or the like. It is.

自動車用部品、産業機械用部品および建設機械用部品などの機械構造部品の素材となる構造用鋼としては、機械構造用炭素鋼および機械構造用合金鋼が用いられている。
これらの鋼材から部品を製造するために、従来は、主として「熱間鍛造−切削」工程が実施されてきたが、近年は、生産性の向上を目的に熱間鍛造から冷間鍛造への切替えが志向され、「冷間鍛造−切削」工程を採用する傾向が強まっている。このように熱間鍛造に代えて冷間鍛造を適用すれば、鍛造上がり材でのニアネットシェイプ化が図られ、鍛造後の切削量の削減により生産性の向上を図ることができる。
Carbon steel for machine structure and alloy steel for machine structure are used as structural steel that is a material for machine structural parts such as automobile parts, industrial machine parts, and construction machine parts.
In order to manufacture parts from these steel materials, conventionally, the "hot forging-cutting" process has mainly been carried out, but in recent years, switching from hot forging to cold forging has been carried out for the purpose of improving productivity. The tendency to adopt the “cold forging-cutting” process is increasing. Thus, if cold forging is applied instead of hot forging, near-net shaping is achieved with the forged material, and productivity can be improved by reducing the amount of cutting after forging.

しかしながら、一般に、冷間鍛造は、加工度が大きいために、加工荷重が高い、金型寿命が短い、部品に割れが発生し易いといった問題が生じる。したがって、「冷間鍛造−切削」工程に転換するためには、素材となる鋼材の冷間鍛造性(冷鍛性)を高めること、すなわち冷間鍛造時の荷重を小さくし、割れ発生を抑制することが最も重要な課題となっている。   However, in general, cold forging has a high degree of processing, and thus causes problems such as high processing load, short mold life, and easy cracking of parts. Therefore, in order to switch to the “cold forging-cutting” process, the cold forgeability (cold forgeability) of the steel material is increased, that is, the load during cold forging is reduced and cracking is suppressed. It has become the most important issue.

一方、冷間鍛造によって得られた冷間鍛造部品、すなわち自動車用部品、産業機械用部品および建設機械用部品など機械構造部品には、高い疲労強度が求められる。冷間鍛造後に高い疲労強度を示すためには、冷間鍛造後の硬さを高くすることが有効である。そのためには、素材の硬さが高くなるように素材成分などを調整することが考えられるが、冷間鍛造前の素材の硬さを高くすれば、冷間鍛造性を低下させてしまう。すなわち、素材の鋼材において、冷間鍛造性と疲労強度とを両立させることは極めて困難であった。   On the other hand, high fatigue strength is required for cold forged parts obtained by cold forging, that is, machine structural parts such as automobile parts, industrial machine parts, and construction machine parts. In order to exhibit high fatigue strength after cold forging, it is effective to increase the hardness after cold forging. For this purpose, it is conceivable to adjust the material components and the like so that the hardness of the material is increased. However, if the hardness of the material before cold forging is increased, the cold forgeability is lowered. That is, it has been extremely difficult to achieve both cold forgeability and fatigue strength in the steel material.

そこで、このような問題を解決すべく、冷間鍛造部品の疲労強度を高くするために、冷間鍛造後に、Ac3以上の温度に加熱して、焼入れ焼戻しあるいは高周波焼入れの熱処理を行い、全体または表面を硬化することが従来から行われている。
しかしながら、このような方法では、熱処理後の部品硬度が高くなるために、最終の仕上げ加工における被削性の低下が避けられず、冷間鍛造による生産性向上のメリットが有効に発揮され得ないという問題があった。
Therefore, in order to solve such a problem, in order to increase the fatigue strength of the cold forged parts, after cold forging, the steel is heated to a temperature of Ac3 or higher and subjected to quenching / tempering or induction quenching heat treatment. Conventionally, the surface is cured.
However, in such a method, since the hardness of the parts after the heat treatment is increased, a reduction in machinability in the final finishing process cannot be avoided, and the merit of improving the productivity by cold forging cannot be effectively exhibited. There was a problem.

そこで、切削加工の段階では硬度を必要以上に高めておかず、切削加工後に硬度を高める熱処理、すなわち時効硬化処理を適用するようにした、いわゆる時効硬化用鋼材が従来から提案されている。   Therefore, a so-called age-hardening steel material has been proposed which does not increase the hardness more than necessary at the stage of cutting, but applies a heat treatment that increases the hardness after cutting, that is, an age hardening treatment.

例えば、特許文献1には、化学成分が質量%で、C:0.01〜0.15%、Si:0.05%以下、Mn:0.10〜0.90%、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Cr:0.50〜2.0%、V:0.10〜0.50%、Al:0.01〜0.10%、N:0.00080%以下およびO:0.0030%以下を含有し、残部はFeおよび不純物からなり、399×C+26×Si+123×Mn+30×Cr+32×Mo+19×V≦160以下、20≦(669.3×logC−1959.3×logN−6983.3)×(0.067×Mo+0.147×V)≦80、160≦140×Cr+125×Al+235×V、90≦511×C+33×Mn+56×Cu+15×Ni+36×Cr+5×Mo+134×V≦170を満たし、組織がフェライト・パーライト組織、フェライト・ベイナイト組織またはフェライト・パーライト・ベイナイト組織で、かつ、フェライトの面積率が70%以上であり、抽出残渣分析による析出物中のV含有量が0.10%以下であり、芯部硬さがビッカース硬さで220以上、0、20mm以上であることを特徴とする冷鍛窒化用鋼、冷鍛窒化用鋼材および冷鍛窒化部品に関する技術が開示されている。   For example, in Patent Document 1, the chemical component is mass%, C: 0.01 to 0.15%, Si: 0.05% or less, Mn: 0.10 to 0.90%, P: 0.030. % Or less, S: 0.030% or less, Cr: 0.50 to 2.0%, V: 0.10 to 0.50%, Al: 0.01 to 0.10%, N: 0.00080% And O: 0.0030% or less, with the balance being Fe and impurities, 399 × C + 26 × Si + 123 × Mn + 30 × Cr + 32 × Mo + 19 × V ≦ 160 or less, 20 ≦ (669.3 × log C-1959.3 × log N-6983.3) × (0.067 × Mo + 0.147 × V) ≦ 80, 160 ≦ 140 × Cr + 125 × Al + 235 × V, 90 ≦ 511 × C + 33 × Mn + 56 × Cu + 15 × Ni + 36 × Cr + 5 × Mo + 134 × V ≦ 170 However, the structure is a ferrite-pearlite structure, a ferrite-bainite structure, or a ferrite-pearlite-bainite structure, and the area ratio of ferrite is 70% or more, and the V content in the precipitate by the extraction residue analysis is 0.1. Disclosed is a technology related to cold forging and nitriding steel, cold forging and nitriding steel, and cold forging and nitriding parts, wherein the core hardness is not less than 10% and the core hardness is not less than 220, 0, and 20 mm in terms of Vickers hardness ing.

また特許文献2には、化学成分が質量%で、C:0.06〜0.50%、Si:0.05%以下、Mn:0.5〜1.0%以下、V:0.10〜0.60%を含み、初析フェライトとパーライトとの合計量が面積率で90%以上であり、かつ前記初析フェライト量が式f=100−125[C]+22.5[V]で示されるf値以上の面積%であり、前記初析フェライト中にVCが析出した冷間加工性に優れた冷間圧造用鋼に関する技術が開示されている。   Patent Document 2 discloses that the chemical component is mass%, C: 0.06 to 0.50%, Si: 0.05% or less, Mn: 0.5 to 1.0% or less, V: 0.10. The total amount of pro-eutectoid ferrite and pearlite is 90% or more in area ratio, and the pro-eutectoid ferrite amount is represented by the formula f = 100-125 [C] +22.5 [V]. There is disclosed a technology relating to a steel for cold heading having an area% equal to or greater than the f value and having excellent cold workability in which VC is precipitated in the pro-eutectoid ferrite.

国際公開第2012/053541号International Publication No. 2012/053541 特開2000−273580号公報JP 2000-273580 A

前述の特許文献1に開示されている技術は、優れた冷間鍛造性および冷間鍛造後の被削性を有する鋼および鋼材を提供するとともに、冷間鍛造と窒化の処理が施された部品に、高い芯部硬さ、高い表面硬さおよび深い有効硬化層深さを具備させることができる。しかしながら、特許文献1では、疲労強度については全く言及されておらず、したがって耐久比(疲労強度/引張強度)の向上については検討されていなかったのである。   The technique disclosed in Patent Document 1 described above provides steel and steel materials having excellent cold forgeability and machinability after cold forging, and parts subjected to cold forging and nitriding treatment In addition, a high core hardness, a high surface hardness, and a deep effective hardened layer depth can be provided. However, Patent Document 1 does not mention fatigue strength at all, and therefore, improvement of the durability ratio (fatigue strength / tensile strength) has not been studied.

一方、特許文献2に開示されている技術は、圧延ままで冷間加工に供することができる冷間圧造用鋼に係るものであって、熱間圧延中にV炭化物(VC)を析出させ、固溶Cを減少させることによって冷間鍛造性を高めた鋼を提供するものである。しかしながら、特許文献2の技術は、疲労強度を考慮したものではない。また、強度を向上させる場合は、調質処理することを前提としており、調質処理後の硬化した状態で切削が必要となり、被削性の低下が避けられなかった。   On the other hand, the technique disclosed in Patent Document 2 relates to a steel for cold heading that can be subjected to cold working as it is rolled, and precipitates V carbide (VC) during hot rolling, A steel with improved cold forgeability by reducing the solid solution C is provided. However, the technique of Patent Document 2 does not consider fatigue strength. Further, in order to improve the strength, it is assumed that a tempering treatment is performed, and cutting is necessary in a hardened state after the tempering treatment, and a reduction in machinability cannot be avoided.

本発明は以上の事情を背景としてなされたもので、冷間鍛造工程において高い冷間鍛造性を示し、同時に冷間鍛造による加工硬化および冷間鍛造後の時効硬化によって、高い耐久比が得られるようにした冷間鍛造部品の製造方法を提供することを課題としている。   The present invention has been made against the background described above, and shows high cold forgeability in the cold forging process, and at the same time, a high durability ratio is obtained by work hardening by cold forging and age hardening after cold forging. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a cold forged part.

上述の課題を解決するために本発明者等が種々実験・検討を重ねた結果、下記(A)〜(E)の事項が明らかとなった。   As a result of various experiments and examinations by the present inventors in order to solve the above-mentioned problems, the following items (A) to (E) have been clarified.

(A)優れた冷間鍛造性を得るためには、鍛造に供する素材(鋼)の硬さを低減することが必要である。素材の硬さを低減することによって鍛造荷重を低下させることができる。また、冷間鍛造時の割れを抑えるためには、素材となる鋼のC量を低減することが効果的である。   (A) In order to obtain excellent cold forgeability, it is necessary to reduce the hardness of the material (steel) used for forging. The forging load can be reduced by reducing the hardness of the material. Moreover, in order to suppress the crack at the time of cold forging, it is effective to reduce the amount of C of steel used as a raw material.

(B)冷間鍛造後の硬さを抑えながらも、高い疲労強度を得るためには、部品の耐久比(疲労強度/引張強度)を高めることが肝要である。部品の耐久比を高めるためには、冷間鍛造による加工硬化と炭窒化物の析出を活用することが効果的である。なお本発明における高い耐久比とは、0.55以上の耐久比であることを指す。0.60以上であればなお望ましい。   (B) In order to obtain high fatigue strength while suppressing the hardness after cold forging, it is important to increase the durability ratio (fatigue strength / tensile strength) of the component. In order to increase the durability ratio of parts, it is effective to utilize work hardening by cold forging and precipitation of carbonitrides. In addition, the high durability ratio in this invention points out that it is a durability ratio of 0.55 or more. It is still more desirable if it is 0.60 or more.

(C)冷鍛性を保持したままで、V炭窒化物を析出させるためには、冷間鍛造後にAc3点以下の温度域に昇温することによって得られる時効析出を活用することが効果的である。   (C) In order to precipitate V carbonitrides while maintaining cold forgeability, it is effective to utilize aging precipitation obtained by raising the temperature to a temperature range of Ac3 point or lower after cold forging. It is.

(D)冷間鍛造によって相当ひずみを付与することによって、V炭窒化物の析出が促進されて、部品の耐久比が向上することが明らかになった。   (D) It has been clarified that by applying a considerable strain by cold forging, precipitation of V carbonitride is promoted and the durability ratio of the component is improved.

(E)冷間鍛造時に高い鍛造性を示すためにC量を低減し、冷間鍛造後に時効析出処理のための昇温を実施しても、素材の化学組成を適切に制御すれば、充分な時効析出が得られ、部品の耐久比が向上することが明らかになった。   (E) Even if the amount of C is reduced in order to show high forgeability during cold forging, and the chemical composition of the material is controlled appropriately even if the temperature is increased for aging precipitation after cold forging, it is sufficient As a result, it became clear that the durability ratio of the parts was improved.

本発明は、以上の(A)〜(E)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)〜(2)に示す冷間鍛造時効硬化鋼部品の製造方法にある。   This invention is completed based on the knowledge of the above (A)-(E), The summary is the manufacturing method of the cold forging age-hardening steel components shown to following (1)-(2). is there.

(1)質量%で、
C:0.02〜0.13%、
Si:0.01〜0.50%、
Mn:0.20〜0.70%、
S:0.005〜0.020%、
Al:0.005〜0.050%、
Cr:0.02〜1.50%、
V:0.02〜0.50%、
N:0.003〜0.030%
を含有し、かつ
P:0.020%以下
に制限され、残部がFeおよび不可避的不純物からなる化学組成を有し、
しかも金属組織が、フェライトとパーライトを主体として、フェライトおよびパーライトの総面積率が90%以上である熱間圧延鋼材を素材とし、
前記素材に対し、製品の部品における、少なくとも疲労強度が要求される部位に0.2以上の相当ひずみが付与されるように冷間鍛造を施し、
さらに前記素材のAc3点以下の温度域で時効硬化処理を施して、前記部位におけるV析出量が40%以上である冷間鍛造時効硬化鋼部品を得ることを特徴とする冷間鍛造時効硬化鋼部品の製造方法。
(1) In mass%,
C: 0.02-0.13%,
Si: 0.01 to 0.50%,
Mn: 0.20 to 0.70%,
S: 0.005-0.020%,
Al: 0.005 to 0.050%,
Cr: 0.02 to 1.50%,
V: 0.02 to 0.50%,
N: 0.003-0.030%
And P: limited to 0.020% or less, the balance having a chemical composition consisting of Fe and inevitable impurities,
Moreover, the metal structure is mainly composed of ferrite and pearlite, and a hot rolled steel material having a total area ratio of ferrite and pearlite of 90% or more is used as a material.
For the material, cold forging is performed so that an equivalent strain of 0.2 or more is applied to a part of the product part where at least fatigue strength is required,
Further, the cold forged age hardened steel is obtained by performing age hardening in a temperature range of Ac3 point or less of the raw material to obtain a cold forged age hardened steel part having a V precipitation amount of 40% or more in the part. A manufacturing method for parts.

(2)前記熱間圧延鋼材が、さらに、Cu:0.20%以下、Ni:0.20%以下およびMo: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前記(1)の冷間鍛造時効硬化鋼部品の製造方法。   (2) The hot-rolled steel material further contains one or more of Cu: 0.20% or less, Ni: 0.20% or less, and Mo: 0.20% or less. The manufacturing method of the cold forging age-hardening steel part of (1).

(3)製品の部品の使用時において最大応力が生じると想定される箇所を含み、少なくともその最大応力の90%以上の応力が生じると想定される領域を、前記部位としていることを特徴とする、前記(1)、(2)のいずれかの冷間鍛造時効硬化鋼部品の製造方法。   (3) It is characterized in that a region where a maximum stress is assumed to be generated at the time of use of a product part is included and at least a region where a stress of 90% or more of the maximum stress is generated is defined as the portion. The manufacturing method of the cold forging age-hardened steel part in any one of said (1) and (2).

本発明の冷間鍛造時効硬化鋼部品の製造方法によれば、冷間鍛造時における冷間鍛造性が優れ、しかも焼入れ焼戻しや高周波焼入れなどを行うことなく、時効硬化処理によって高い耐久比と被削性が確保できる。そのため、従来一般的であった「熱間鍛造−切削」工程に代えて、「冷間鍛造−時効硬化処理−切削」工程によって、自動車部品、産業機械部品、建設機械部品など機械構造部品を製造することができ、鍛造上がり材でニアネットシェイプ化を図って、生産性を向上させることができる。   According to the method for producing a cold forged age-hardened steel part of the present invention, the cold forgeability at the time of cold forging is excellent, and a high durability ratio and coverage are achieved by age hardening without performing quenching and tempering or induction hardening. Machinability can be secured. Therefore, instead of the conventional "hot forging-cutting" process, it manufactures machine structural parts such as automobile parts, industrial machine parts, construction machine parts, etc. by the "cold forging-age hardening-cutting" process. It is possible to improve the productivity by forming a near net shape with a forged finished material.

冷間鍛造において付与する相当ひずみと製品の耐久比との関係についての実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result about the relationship between the equivalent distortion | strain provided in cold forging, and the durability ratio of a product. 製品の部品におけるV析出量と製品の耐久比との関係についての実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result about the relationship between the amount of V precipitation in the components of a product, and the endurance ratio of a product.

以下に、本発明の冷間鍛造時効硬化鋼部品の製造方法について、詳細に説明する。   Below, the manufacturing method of the cold forging age-hardening steel part of this invention is demonstrated in detail.

本発明の冷間鍛造時効硬化鋼部品の製造方法においては、熱間圧延鋼材を素材として、それ以降の製造プロセスを規定しているが、製造プロセス条件のみならず、素材である熱間圧延鋼材の成分組成、及び金属組織状況も重要である。そこで、先ず、素材の成分組成について説明する。なお、以下の記載中における各元素の含有量の「%」は、全て「質量%」を意味する。   In the manufacturing method of the cold forged age-hardened steel part of the present invention, the subsequent manufacturing process is defined using hot rolled steel as a raw material, but not only the manufacturing process conditions but also the hot rolled steel as a raw material The component composition and the metallographic status are also important. First, the component composition of the material will be described. In the following description, “%” of the content of each element means “% by mass”.

本発明の冷間鍛造時効硬化鋼部品の製造方法において、素材として用いられる熱間圧延鋼材は、必須成分として、C:0.02〜0.13%、Si:0.01〜0.50%、Mn:0.20〜0.70%、S:0.005〜0.020%、Al:0.005〜0.050%、Cr:0.02〜1.50%、V:0.02〜0.50%、N:0.003〜0.030%を含有する鋼である。そこで先ずこれらの必須成分元素の限定理由について説明する。   In the method for producing the cold forged age-hardened steel part of the present invention, the hot-rolled steel used as a raw material includes, as essential components, C: 0.02 to 0.13%, Si: 0.01 to 0.50% , Mn: 0.20 to 0.70%, S: 0.005 to 0.020%, Al: 0.005 to 0.050%, Cr: 0.02 to 1.50%, V: 0.02 It is steel containing -0.50% and N: 0.003-0.030%. First, the reasons for limiting these essential component elements will be described.

<C:0.02〜0.13%>
Cは、機械構造部品としての強度を高めるために必要な元素である。しかしながら、その含有量が0.13%を超えれば、冷間鍛造時に割れが発生するため、Cの含有量を0.13%以下とした。またC含有量が0.02%未満では、時効硬化処理後に400MPa以上の引張強度、250MPa以上の疲労強度を確保できない。このため、Cの含有量を0.02%以上とした。なお、Cの含有量は、0.03%以上、0.10%未満とすることが望ましい。
<C: 0.02-0.13%>
C is an element necessary for increasing the strength as a machine structural component. However, if the content exceeds 0.13%, cracks occur during cold forging, so the C content is set to 0.13% or less. On the other hand, if the C content is less than 0.02%, a tensile strength of 400 MPa or more and a fatigue strength of 250 MPa or more cannot be ensured after age hardening. Therefore, the C content is set to 0.02% or more. The C content is preferably 0.03% or more and less than 0.10%.

<Si:0.01〜0.50%>
Siは、鋼の溶製時の脱酸用として必要な元素であり、この効果を得るために0.01%以上のSiを含有させる。しかしながらSiは、フェライトを固溶強化するため、Siの含有量が0.50%を超えれば、冷間鍛造性を低下させてしまう。したがって、Siの含有量は0.50%以下とした。なお、Siの含有量は、0.05%以上、0.45%以下とすることが望ましい。
<Si: 0.01 to 0.50%>
Si is an element necessary for deoxidation at the time of melting steel, and in order to obtain this effect, 0.01% or more of Si is contained. However, since Si strengthens the solid solution of ferrite, if the Si content exceeds 0.50%, cold forgeability is lowered. Therefore, the Si content is set to 0.50% or less. Note that the Si content is desirably 0.05% or more and 0.45% or less.

<Mn:0.20〜0.70%>
Mnは、固溶強化元素として最終部品の強度を高める。Mnの含有量が0.20%未満では最終部品の強度が不足し、また0.70%を超えれば、冷間鍛造性を低下させてしまう。このため、Mnの含有量を0.20〜0.70%とした。なお、Mnの含有量は、0.25%以上、0.65%以下とすることが望ましい。
<Mn: 0.20 to 0.70%>
Mn increases the strength of the final part as a solid solution strengthening element. If the Mn content is less than 0.20%, the strength of the final part is insufficient, and if it exceeds 0.70%, the cold forgeability is lowered. Therefore, the Mn content is set to 0.20 to 0.70%. Note that the Mn content is desirably 0.25% or more and 0.65% or less.

<S:0.005〜0.020%以下>
Sは、被削性を向上させる元素である。被削性向上の効果を得るためには0.005%以上のSを含有する必要がある。一方、0.020%を超えてSを含有すれば、鋼中に粗大な硫化物を生成させ、冷間鍛造時の割れ発生の原因となる。したがって、Sの含有量を0.005〜0.020%とした。なお、Sの含有量は、0.018%以下とすることが望ましい。
<S: 0.005 to 0.020% or less>
S is an element that improves machinability. In order to obtain the effect of improving machinability, it is necessary to contain 0.005% or more of S. On the other hand, if the S content exceeds 0.020%, coarse sulfides are generated in the steel, which causes cracks during cold forging. Therefore, the content of S is set to 0.005 to 0.020%. The S content is desirably 0.018% or less.

<V:0.02%〜0.50%>
Vは、時効硬化処理の際に炭窒化物を形成することによって、疲労強度と耐久比を高めるために有効である。この効果を得るために、Vを0.02%以上含有させる。一方、合金コストの観点から、Vの上限を0.50%とした。なお、V含有量は0.03%以上であることが望ましい。
<V: 0.02% to 0.50%>
V is effective in increasing the fatigue strength and the durability ratio by forming carbonitride during the age hardening treatment. In order to acquire this effect, 0.02% or more of V is contained. On the other hand, from the viewpoint of alloy cost, the upper limit of V is set to 0.50%. The V content is preferably 0.03% or more.

<Al:0.005〜0.050%>
Alは、鋼精錬時の脱酸剤である。脱酸の効果を得るために0.005%以上のAlを含有させる。一方、その含有量が0.050%を超えれば、鋼中に粗大なAl介在物が生成され、冷間鍛造時の割れ発生の原因となる。したがって、Alの含有量を0.050%以下とした。なお、Alの含有量は、0.045%以下とすることが望ましい。
<Al: 0.005 to 0.050%>
Al is a deoxidizer during steel refining. In order to obtain a deoxidizing effect, 0.005% or more of Al is contained. On the other hand, if the content exceeds 0.050%, coarse Al inclusions are generated in the steel, which causes cracks during cold forging. Therefore, the Al content is set to 0.050% or less. The Al content is preferably 0.045% or less.

<Cr:0.02〜1.50%>
Crは、固溶強化元素として鍛造後の疲労強度を高める効果を有する。Cr含有量が0.02%未満であれば、この効果は得られない。一方、Crは炭化物生成元素であるため、Cr含有量が1.50%を超えれば、鋼中に安定なCr炭化物が生成され、V炭窒化物の析出を阻害する場合がある。このため、Crの含有量を0.02〜1.50%とした。なお、Crの含有量は、0.03%以上とすることが望ましく、1.30%以下とすることが望ましい。
<Cr: 0.02 to 1.50%>
Cr has the effect of increasing the fatigue strength after forging as a solid solution strengthening element. If the Cr content is less than 0.02%, this effect cannot be obtained. On the other hand, since Cr is a carbide generating element, if the Cr content exceeds 1.50%, stable Cr carbide is generated in the steel, which may inhibit the precipitation of V carbonitride. Therefore, the Cr content is set to 0.02 to 1.50%. Note that the Cr content is desirably 0.03% or more, and desirably 1.30% or less.

<N:0.003〜0.030%>
Nは、冷間鍛造後の時効硬化処理においてVと結合し、炭窒化物として析出することによって耐久比を向上させる効果を示す。この効果を得るために、0.003%以上のNを含有させる。しかしながら、過剰にNが含有されれば、冷鍛性低下の原因となるため、その含有量を0.030%以下とする。なお、Nの含有量は、0.025%以下とすることが望ましい。
<N: 0.003-0.030%>
N is combined with V in the age hardening treatment after cold forging and precipitates as a carbonitride to improve the durability ratio. In order to acquire this effect, 0.003% or more of N is contained. However, if N is contained excessively, it causes a decrease in cold forgeability, so the content is made 0.030% or less. The N content is preferably 0.025% or less.

本発明の冷間鍛造時効硬化鋼部品の製造方法で使用する熱間圧延鋼材は、基本的には、上述のCからNまでの各元素を必須成分とし、その残部はFeおよび不純物からなるものであれば良いが、不純物中のPについては、0.05%以下に制限する。このようなPの規制理由について次に説明する。なおここで不純物とは、鉄鋼材料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。   The hot-rolled steel used in the method for producing the cold-forged age-hardened steel part of the present invention basically comprises the above-mentioned elements from C to N as essential components, and the remainder consists of Fe and impurities. However, P in the impurity is limited to 0.05% or less. The reason for the restriction of P will be described next. In addition, an impurity refers to what is mixed from the ore as a raw material, a scrap, or a manufacturing environment, etc. when manufacturing steel materials industrially here.

<P:0.020%以下>
Pは、鋼中に不可避的に含有される成分であり、鋼中で偏析しやすく、局所的な延性低下の原因となる。特に、その含有量が0.020%を超えれば、局所的な延性低下が著しくなる。したがって、Pの含有量を0.020%以下と制限した。なお、Pの含有量は、0.018%以下に制限することが望ましい。
<P: 0.020% or less>
P is a component inevitably contained in the steel, is easily segregated in the steel, and causes a local decrease in ductility. In particular, when the content exceeds 0.020%, local ductility deterioration becomes remarkable. Therefore, the P content is limited to 0.020% or less. Note that the P content is desirably limited to 0.018% or less.

さらに本発明の冷間鍛造時効硬化鋼部品の製造方法で使用する熱間圧延鋼材は、前述のようなCからNまでの元素を含有すると同時に、Pを前述のように制限するばかりでなく、さらに、Cu、Ni、およびMoのうちの1種以上の元素を含有してもよい。そこでこれらの選択的添加元素について、次に説明する。   Furthermore, the hot-rolled steel used in the method for producing a cold forged age-hardened steel part of the present invention not only restricts P as described above, but also contains elements from C to N as described above. Furthermore, you may contain 1 or more types of elements in Cu, Ni, and Mo. Therefore, these selective additive elements will be described next.

<Cu:0.20%以下>
Cuは鋼の疲労強度を高める効果を有するため、0.20%以下含有させてもよい。一方、Cuが0.20%を超えれば、冷間鍛造性の低下を招く。そこで冷間鍛造性確保の観点から、Cuを含有させる場合のCuの量は、0.20%以下とした。なおCuを含有させる場合のCuの量は0.15%以下とすることが好ましい。
<Cu: 0.20% or less>
Since Cu has an effect of increasing the fatigue strength of steel, it may be contained in an amount of 0.20% or less. On the other hand, if Cu exceeds 0.20%, the cold forgeability is lowered. Therefore, from the viewpoint of ensuring cold forgeability, the amount of Cu in the case of containing Cu is set to 0.20% or less. In addition, when Cu is contained, the amount of Cu is preferably 0.15% or less.

<Ni:0.20%以下>
Niは鋼の疲労強度を高める効果を有するため、0.20%以下含有させてもよい。一方、Niが0.20%を超えれば、冷間鍛造性の低下を招く。冷間鍛造性確保の観点から、Niを含有させる場合のNiの量は、0.20%以下とした。なおNiを含有させる場合のNiの量は0.15%以下とすることが好ましい。
<Ni: 0.20% or less>
Since Ni has the effect of increasing the fatigue strength of steel, it may be contained in an amount of 0.20% or less. On the other hand, if Ni exceeds 0.20%, the cold forgeability is lowered. From the viewpoint of ensuring cold forgeability, the amount of Ni in the case of containing Ni is set to 0.20% or less. When Ni is contained, the amount of Ni is preferably 0.15% or less.

<Mo:0.20%以下>
Moは鋼の疲労強度を高める効果を有するため、0.20%以下含有させてもよい。一方、Moが0.20%を超えれば、冷間鍛造性の低下を招く。冷間鍛造性確保の観点から、Moを含有させる場合のMoの量は、0.20%以下とした。なおMoを含有させる場合のMoの量は0.15%以下とすることが好ましい。
<Mo: 0.20% or less>
Since Mo has an effect of increasing the fatigue strength of steel, it may be contained in an amount of 0.20% or less. On the other hand, if Mo exceeds 0.20%, the cold forgeability is lowered. From the viewpoint of ensuring cold forgeability, the amount of Mo in the case of containing Mo is set to 0.20% or less. In addition, when Mo is contained, the amount of Mo is preferably 0.15% or less.

本発明の冷間鍛造時効硬化鋼部品の製造方法において素材として用いられる熱間圧延鋼材は、その金属組織(ミクロ組織)の状況も重要である。そこで、金属組織について次に説明する。   The state of the metal structure (micro structure) of the hot rolled steel used as a raw material in the method for producing the cold forged age-hardened steel part of the present invention is also important. The metal structure will be described next.

<金属組織について>
本発明で使用する熱間圧延鋼材の金属組織(ミクロ組織)は、好ましくは、フェライト、またはフェライトおよびパーライトの混合組織である。より具体的には、ミクロ組織において、フェライトおよびパーライトの好ましい総面積率は90%以上である。ベイナイトおよびマルテンサイトは、フェライトおよびパーライトと比較して冷間鍛造性に劣り、冷間鍛造時の割れの発生原因となりうる。したがって、上記ミクロ組織において、ベイナイトおよびマルテンサイトの総面積率は、好ましくは5%以下とする。なお冷間鍛造時の割れを抑制する観点から、ベイナイト組織、マルテンサイト組織はその生成量が0であっても構わない。
<About metal structure>
The metal structure (microstructure) of the hot rolled steel used in the present invention is preferably ferrite or a mixed structure of ferrite and pearlite. More specifically, in the microstructure, the preferable total area ratio of ferrite and pearlite is 90% or more. Bainite and martensite are inferior in cold forgeability compared to ferrite and pearlite, and may cause cracks during cold forging. Therefore, in the above microstructure, the total area ratio of bainite and martensite is preferably 5% or less. In addition, from the viewpoint of suppressing cracks during cold forging, the bainite structure and martensite structure may be generated at zero.

<製造方法概要>
本発明の冷間鍛造時効硬化鋼部品の製造方法においては、前述のような成分組成、金属組織を有する熱間圧延鋼材を素材とし、製品の部品における、少なくとも疲労強度が要求される部位に相当歪みが0.2以上の相当ひずみが付与されるように冷間鍛造を施し、さらに前記素材のAc3点以下の温度域で時効硬化処理を施して、前記部位におけるV析出量が40%である冷間鍛造時効硬化鋼部品を得る。そこで先ず、素材の熱間圧延鋼材の製造方法の一例について説明する。
<Manufacturing method overview>
In the method for producing a cold forged age-hardened steel part according to the present invention, a hot-rolled steel material having a component composition as described above and a metal structure is used as a raw material, and it corresponds to a part that requires at least fatigue strength in a product part. Cold forging is performed so that an equivalent strain of 0.2 or more is applied, and age hardening is performed in a temperature range of Ac3 point or less of the material, and the amount of V precipitation in the portion is 40%. Obtain cold forged age hardened steel parts. Therefore, first, an example of a method for producing a hot-rolled steel material will be described.

<素材の製造方法について>
先ず上述の化学組成を満たす溶鋼を準備し、造塊法によりインゴットを製造するか、または連続鋳造法により鋳片を製造する。またインゴットまたは鋳片を、熱間圧延(分塊圧延等)してビレットを製造してもよい。
次いで、上記のようにして得られたインゴット、鋳片またはビレットを熱間圧延して、本発明法における素材としての熱間圧延鋼材を製造する。熱間圧延には、例えば連続式熱間圧延方法を適用すればよい。
<About the manufacturing method of the material>
First, molten steel satisfying the above-described chemical composition is prepared, and an ingot is manufactured by an ingot forming method, or a slab is manufactured by a continuous casting method. Moreover, you may manufacture a billet by hot-rolling (ingot rolling etc.) an ingot or a slab.
Next, the ingot, slab or billet obtained as described above is hot-rolled to produce a hot-rolled steel material as a material in the method of the present invention. For example, a continuous hot rolling method may be applied to the hot rolling.

ここで、最終的な冷間鍛造時効硬化鋼部品のV析出量を40%以上とするためには、熱間圧延の最終圧延での圧延温度(最終圧延を実施するスタンドの入側での鋼材温度)を900℃以上にすることが好ましい。また前述のミクロ組織を得るためには、好ましくは、熱間圧延後の鋼材を放冷する。この場合、冷却中にマルテンサイトおよびベイナイトが発生しにくくなり、ミクロ組織中のマルテンサイトおよびベイナイトの面積率を5%以下に抑えることが可能となる。   Here, in order to make the V precipitation amount of the final cold forging age-hardened steel part 40% or more, the rolling temperature in the final rolling of the hot rolling (the steel material on the entrance side of the stand where the final rolling is performed) The temperature is preferably 900 ° C. or higher. In order to obtain the above-mentioned microstructure, the steel material after hot rolling is preferably allowed to cool. In this case, martensite and bainite are hardly generated during cooling, and the area ratio of martensite and bainite in the microstructure can be suppressed to 5% or less.

次に上述のような熱間圧延鋼材を用いて、高い耐久比を有する冷間鍛造時効硬化鋼部品を製造するプロセスの一例について説明する。   Next, an example of a process for producing a cold forged age-hardened steel part having a high durability ratio using the hot rolled steel material as described above will be described.

<冷間鍛造時効硬化鋼部品の製造方法について>
前述のような熱間圧延鋼材に対して、先ず所望の部品形状を得るための冷間鍛造を実施して、中間製品を製造する。冷間鍛造は、製品の部品における、少なくとも疲労強度が要求される部位に相当歪みが0.2以上の相当ひずみが付与されるように施す。
次いで中間製品に対して、時効硬化処理を施し、前記の少なくとも疲労強度が要求される部位におけるV析出量が40%である冷間鍛造時効硬化鋼部品を得る。
具体的には、中間製品を、200℃以上、Ac3点以下の温度に加熱して、この温度で、好ましくは30分以上保持する。熱処理温度が200℃未満であれば、V炭窒化物の析出が起こらないため、高い耐久比が得られない。熱処理温度がAc3点を超えれば、V析出物が粗大化して高い耐久比が得られないばかりでなく、オーステナイト変態により熱処理ひずみが発生する。また上記温度での保持時間が30分未満であれば、V炭窒化物の析出が起こらず、高い耐久比が得られないおそれがある。一方、上記温度での保持時間が長すぎれば、同様の効果は得られるが、製造コストが高くなる。したがって、好ましい保持時間は180分以下である。
なお、Ac3点は、以下の式によって算出することができる。
Ac3(℃)=−230.5×C+31.6×Si−20.4×Mn−39.8×Cu−18.1×Ni−14.8×Cr+16.8×Mo+912
<About the manufacturing method of cold forging age-hardened steel parts>
First, cold forging for obtaining a desired part shape is performed on the hot-rolled steel as described above to produce an intermediate product. Cold forging is performed so that an equivalent strain of 0.2 or more is applied to at least a portion where a fatigue strength is required in a product part.
Next, an age hardening treatment is applied to the intermediate product to obtain a cold forged age hardening steel part having a V precipitation amount of 40% at the above-described site where at least fatigue strength is required.
Specifically, the intermediate product is heated to a temperature not lower than 200 ° C. and not higher than Ac3 point, and is maintained at this temperature, preferably not less than 30 minutes. If the heat treatment temperature is less than 200 ° C., no precipitation of V carbonitride occurs, so that a high durability ratio cannot be obtained. If the heat treatment temperature exceeds the Ac3 point, not only the V precipitates become coarse and a high durability ratio cannot be obtained, but also heat treatment strain occurs due to austenite transformation. Moreover, if the holding time at the said temperature is less than 30 minutes, precipitation of V carbonitride will not occur and there exists a possibility that a high durability ratio may not be obtained. On the other hand, if the holding time at the above temperature is too long, the same effect can be obtained, but the manufacturing cost becomes high. Therefore, a preferable holding time is 180 minutes or less.
The Ac3 point can be calculated by the following equation.
Ac3 (° C.) = − 230.5 × C + 31.6 × Si−20.4 × Mn−39.8 × Cu−18.1 × Ni−14.8 × Cr + 16.8 × Mo + 912

<冷間鍛造での相当ひずみについて>
前述のように、冷間鍛造においては、少なくとも製品の部品において疲労強度が要求される部位に相当ひずみ0.2以上が付与されるように鍛造成形する必要がある。冷間鍛造で付与される相当ひずみが0.2未満では、加工硬化の程度が小さく、高い耐久比を得ることができない。ここで、部品形状によっては、部品全体に相当ひずみ0.2以上を付与することが困難な場合も考えられるため、その場合は、疲労強度が要求される部位に冷間鍛造によって0.2以上の相当ひずみを付与すればよい。
<Equivalent strain in cold forging>
As described above, in cold forging, it is necessary to perform forging so that an equivalent strain of 0.2 or more is applied to a portion where fatigue strength is required at least in a product part. When the equivalent strain applied by cold forging is less than 0.2, the degree of work hardening is small and a high durability ratio cannot be obtained. Here, depending on the part shape, it may be difficult to apply an equivalent strain of 0.2 or more to the entire part. In this case, 0.2 or more is performed by cold forging at a site where fatigue strength is required. The equivalent strain of.

<疲労強度が要求される部位について>
製品の部品の使用時において最大応力が生じると想定される箇所を含み、少なくともその最大応力の90%以上の応力が生じると想定される領域を、前記の疲労強度が要求される部位とし、少なくともその領域に、冷間鍛造により相当ひずみ0.2以上が付与されればよい。具体的には、例えば製品の部品に付与される最大応力の位置を有限要素法解析(FEM解析)によって特定し、最大応力〜最大応力×0.9の領域を、前記の疲労強度が要求される部位とすることが好ましい。
<Parts requiring fatigue strength>
Including a portion where the maximum stress is expected to occur when the product component is used, and at least a region where stress of 90% or more of the maximum stress is generated is a portion where the fatigue strength is required, and at least An equivalent strain of 0.2 or more may be applied to the region by cold forging. Specifically, for example, the position of the maximum stress applied to a product part is specified by finite element method analysis (FEM analysis), and the fatigue strength is required in the region of maximum stress to maximum stress × 0.9. It is preferable to use a site.

<相当ひずみ0.2以上について>
冷間鍛造において、疲労強度が要求される部位に付与する相当ひずみを0.2以上とする根拠は、次のような実験結果に基づくものである。
C:0.05〜0.12%、Si:0.05%、Mn:0.45%、V:0.09〜0.25%を含有し、残部はFeを主とする複数の直径36mmの鋼材に対して、加工率10%の冷間鍛造を模擬した直径34mmへの引抜き加工、加工率20%の冷間鍛造を模擬した直径32mmへの引抜き加工、加工率50%の冷間鍛造を模擬した直径25mmへの引抜き加工、加工率75%の冷間鍛造を模擬した直径18mmへの引抜き加工をそれぞれ実施し、Ac3変態点以下で30〜60分保持する熱処理(時効硬化処理)を実施後、引張試験、小野式回転曲げ疲労試験を実施して、耐久比を調べた。ここで、直径34mmの引抜き材の相当ひずみは0.1、直径32mmの引抜き材の相当ひずみは0.2、直径25mmの引抜き材の相当ひずみは0.7、直径18mmの引抜き材の相当ひずみは1.4である。
<Equivalent strain of 0.2 or more>
In cold forging, the basis for setting the equivalent strain to be applied to a portion requiring fatigue strength to 0.2 or more is based on the following experimental results.
C: 0.05 to 0.12%, Si: 0.05%, Mn: 0.45%, V: 0.09 to 0.25%, the balance being a plurality of diameters of 36 mm mainly composed of Fe For steel materials of the above, drawing to a diameter of 34 mm simulating cold forging with a processing rate of 10%, drawing to a diameter of 32 mm simulating cold forging with a processing rate of 20%, cold forging with a processing rate of 50% A heat treatment (age hardening treatment) is carried out for 30 to 60 minutes below the Ac3 transformation point, with a drawing process simulating 25 mm in diameter, and a 18 mm diameter simulating cold forging with a processing rate of 75%. After the implementation, a tensile test and an Ono-type rotary bending fatigue test were conducted to examine the durability ratio. Here, the equivalent strain of the drawn material with a diameter of 34 mm is 0.1, the equivalent strain of the drawn material with a diameter of 32 mm is 0.2, the equivalent strain of the drawn material with a diameter of 25 mm is 0.7, and the equivalent strain of the drawn material with a diameter of 18 mm. Is 1.4.

図1に、これらの相当ひずみの値と、耐久比との関係を示す。図1より、疲労強度が要求される部位に冷間鍛造によって0.2以上の相当ひずみを付与し、時効硬化処理を行うことによって、耐久比を0.55以上にすることができることが明らかとなった。そこで、望まれる耐久比を得るために必要な相当ひずみを0.2以上とした。   FIG. 1 shows the relationship between these equivalent strain values and the durability ratio. From FIG. 1, it is clear that the endurance ratio can be made 0.55 or more by applying an equivalent strain of 0.2 or more by cold forging to a site where fatigue strength is required and performing age hardening treatment. became. Therefore, the equivalent strain necessary for obtaining a desired durability ratio is set to 0.2 or more.

<V析出量について>
本発明の製造方法によって得られる冷間鍛造時効硬化鋼部品は、上記のような疲労強度が要求される部位において、40%以上のV析出量が必要である。V析出量が40%未満では、時効硬化の程度が小さく、高い耐久比を得ることができない。なおここでV析出量とは、冷間鍛造時効硬化鋼部品に含有されるVのうち、炭窒化物として析出したVの量(質量%)を意味する。
<V precipitation amount>
The cold-forged age-hardened steel part obtained by the production method of the present invention requires a V precipitation amount of 40% or more at a site where fatigue strength is required as described above. If the amount of V precipitation is less than 40%, the degree of age hardening is small and a high durability ratio cannot be obtained. In addition, V precipitation amount means here the quantity (mass%) of V which precipitated as carbonitride among V contained in cold forging age hardening steel components.

<V析出量の測定方法について>
V析出量は、次の抽出残渣分析法により求められる。
すなわち、10mm×10mm×10mmの試料を、鋼材の中心位置から切り出し、抽出残渣分析用試料とする。10%AA系(テトラメチルアンモニウムクロライド、アセチルアセトン、メタノールを1:10:100で混合した液体)溶液中で、試料を定電流電気分解する。
より具体的には、試料の表面の付着物を除去するため、先ず、電流:1000mA、時間:28分、室温の条件で、試料に対して予備電気分解を行う。その後、試料表面の付着物をアルコール中で超音波洗浄して試料から除去する。付着物を除去された試料の質量(電気分解前の試料の重量)を測定する。
<About the measuring method of V precipitation amount>
V precipitation amount is calculated | required by the following extraction residue analysis method.
That is, a 10 mm × 10 mm × 10 mm sample is cut out from the center position of the steel material and used as an extraction residue analysis sample. The sample is subjected to constant current electrolysis in a 10% AA-based (liquid in which tetramethylammonium chloride, acetylacetone, and methanol are mixed at 1: 10: 100).
More specifically, in order to remove deposits on the surface of the sample, first, preliminary electrolysis is performed on the sample under the conditions of current: 1000 mA, time: 28 minutes, and room temperature. Thereafter, the deposit on the sample surface is ultrasonically cleaned in alcohol to remove it from the sample. The mass of the sample from which deposits have been removed (the weight of the sample before electrolysis) is measured.

次いで、電流:173mA、時間:142分、室温の条件で試料を電気分解する。電気分解した試料を取り出し、試料表面の付着物(残渣)をアルコール中で超音波洗浄して試料から除去する。その後、電気分解後の溶液および超音波洗浄に用いた溶液を、メッシュサイズ0.2μmのフィルターで吸引ろ過して残渣を採取する。
このようにして付着物(残渣)が除去された試料の質量(電気分解後の試料の質量)を測定する。そして電気分解前後の試料の質量の測定値の差から、「電気分解された試料の質量」を求める。
Next, the sample is electrolyzed under the conditions of current: 173 mA, time: 142 minutes, and room temperature. The electrolyzed sample is taken out, and the deposit (residue) on the sample surface is ultrasonically washed in alcohol to remove it from the sample. Thereafter, the electrolyzed solution and the solution used for ultrasonic cleaning are suction filtered through a filter having a mesh size of 0.2 μm to collect a residue.
The mass of the sample from which the deposit (residue) has been removed in this way (the mass of the sample after electrolysis) is measured. Then, the “mass of the electrolyzed sample” is obtained from the difference between the measured values of the mass of the sample before and after electrolysis.

一方、上記のフィルター上に採取された残渣を、シャーレに移して乾燥させ、質量を測定する。その後、JIS G1258に準拠して、ICP発光分析装置(高周波誘導結合プラズマ発光分光分析装置)により残渣を分析して、「残渣中のVの質量」を求める。
求めた「残渣中のVの質量」を前述の「電気分解された試料の質量」で除して、百分率表示したものを、「V析出量」(質量%)とする。
On the other hand, the residue collected on the filter is transferred to a petri dish and dried, and the mass is measured. Thereafter, in accordance with JIS G1258, the residue is analyzed by an ICP emission spectrometer (high frequency inductively coupled plasma emission spectrometer) to determine “the mass of V in the residue”.
The obtained “mass of V in the residue” is divided by the above-mentioned “mass of the electrolyzed sample” and the percentage is displayed as “V precipitation amount” (mass%).

<V析出量40%以上について>
次にV析出量40%以上と規定した根拠を説明する。
C:0.05〜0.12%、Si:0.05%、Mn:0.45%、V:0.09〜0.25%を含有し、残部はFeを主とする複数の直径36mmの鋼材、言い換えればV析出量を種々変化させた鋼材に対して、加工率10%の冷間鍛造を模擬した直径34mmへの引抜き加工、加工率20%の冷間鍛造を模擬した直径32mmへの引抜き加工、加工率50%の冷間鍛造を模擬した直径25mmへの引抜き加工、加工率75%の冷間鍛造を模擬した直径18mmへの引抜き加工をそれぞれ実施し、Ac3変態点以下で30〜60分保持する熱処理(時効硬化処理)を実施後、引張試験、小野式回転曲げ疲労試験を実施し、耐久比を調べた。ここで、直径34mmの引抜き材の相当ひずみは0.1、直径32mmの引抜き材の相当ひずみは0.2、直径25mmの引抜き材の相当ひずみは0.7、直径18mmの引抜き材の相当ひずみは1.4である。
<About V precipitation amount 40% or more>
Next, the grounds for defining the V precipitation amount of 40% or more will be described.
C: 0.05 to 0.12%, Si: 0.05%, Mn: 0.45%, V: 0.09 to 0.25%, the balance being a plurality of diameters of 36 mm mainly composed of Fe Of steel, in other words, steel materials with various changes in the V precipitation amount are drawn to a diameter of 34 mm simulating cold forging with a processing rate of 10%, and to a diameter of 32 mm simulating cold forging with a processing rate of 20%. , Drawing to 25 mm in diameter simulating cold forging with a processing rate of 50%, and drawing to 18 mm in diameter simulating cold forging with a processing rate of 75%, and 30 below the Ac3 transformation point. After carrying out heat treatment (aging hardening treatment) for ˜60 minutes, a tensile test and an Ono-type rotary bending fatigue test were conducted to examine the durability ratio. Here, the equivalent strain of the drawn material with a diameter of 34 mm is 0.1, the equivalent strain of the drawn material with a diameter of 32 mm is 0.2, the equivalent strain of the drawn material with a diameter of 25 mm is 0.7, and the equivalent strain of the drawn material with a diameter of 18 mm. Is 1.4.

図2に、測定した耐久比とV析出量との関係を示す。図2より、疲労強度が要求される部位のV析出量を40%以上とすることによって、耐久比を0.55以上にすることができることが明らかとなった。そこで、望まれる耐久比を得るために必要なV析出量を40%以上と規定した。   FIG. 2 shows the relationship between the measured durability ratio and the V precipitation amount. From FIG. 2, it was revealed that the durability ratio can be 0.55 or more by setting the amount of V precipitation in a portion requiring fatigue strength to 40% or more. Therefore, the V precipitation amount necessary to obtain a desired durability ratio is defined as 40% or more.

本発明の作用・効果を検証するために行なった実施例を以下に示す。   Examples carried out for verifying the operation and effect of the present invention will be described below.

<丸棒鍛伸材の作製について>
表1に示す化学成分を有する鋼A〜Lを真空溶解にて150kg溶製し、インゴットを製造した。
表1に示すように、鋼A〜Iの化学組成は本発明の範囲内であり、一方、鋼J〜Lの化学組成は本発明の範囲から外れている。
製造されたインゴットに対して、熱間圧延を模擬した熱間鍛造を実施して、直径42mmの丸棒鍛伸材を製造した。熱間鍛造における加熱温度(℃)および仕上げ温度(℃)は、表2の試験番号1〜12に示すとおりである。
<Production of round bar forging material>
150 kg of steels A to L having chemical components shown in Table 1 were melted by vacuum melting to produce ingots.
As shown in Table 1, the chemical compositions of Steels A to I are within the scope of the present invention, while the chemical compositions of Steels J to L are outside the scope of the present invention.
The manufactured ingot was subjected to hot forging simulating hot rolling to produce a round bar forged material having a diameter of 42 mm. The heating temperature (° C.) and finishing temperature (° C.) in hot forging are as shown in Test Nos. 1 to 12 in Table 2.

Figure 2017066477
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Figure 2017066477
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<ミクロ組織観察について>
各試験番号1〜12の丸棒鍛伸材を、軸方向に対して垂直な方向で切断(横断)してサンプルを採取した。サンプルを樹脂に埋め込んだ後、上記切断された面(観察面)を研磨した。研磨後の観察面に対してナイタル腐食を実施してミクロ組織を観察し、ミクロ組織中の相(フェライト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイト)を特定した。さらに、観察面において、フェライトおよびパーライトの面積率を求めた。
表2中の「ミクロ組織」中の「F/P」は、観察したミクロ組織において、フェライトおよびパーライトの面積率が95%以上であったことを意味する。
<About microstructure observation>
Samples were collected by cutting (crossing) the round bar forgings of test numbers 1 to 12 in a direction perpendicular to the axial direction. After the sample was embedded in the resin, the cut surface (observation surface) was polished. Nittal corrosion was performed on the observation surface after polishing, the microstructure was observed, and phases (ferrite, pearlite, bainite, martensite) in the microstructure were specified. Furthermore, the area ratios of ferrite and pearlite were determined on the observation surface.
“F / P” in “Microstructure” in Table 2 means that the area ratio of ferrite and pearlite was 95% or more in the observed microstructure.

<冷間鍛造性評価試験について>
各試験番号1〜12の丸棒鍛伸材から、直径14mm、高さ21mmの円柱状試験片を切り出した。円柱状試験片を用いて、室温での圧縮試験による冷間鍛造性評価を実施した。
具体的には、圧縮試験において、加工率(=(1−加工後の試験片高さ/加工前の試験片高さ)×100)が70%の時点(以下、70%加工という)で、試験片のき裂の有無を観察した。観察は、目視にて(肉眼、または簡単な拡大鏡を用いて)、微細な割れ(長さ0.5〜1.0mm)の有無を観察した。
各試験番号1〜12において、5本ずつ上記圧縮試験を実施した。5本とも割れが確認されないことを目標とした。
<About cold forgeability evaluation test>
A cylindrical test piece having a diameter of 14 mm and a height of 21 mm was cut out from each of the round bar forging materials of test numbers 1 to 12. Cold forgeability evaluation by a compression test at room temperature was performed using a cylindrical test piece.
Specifically, in the compression test, when the processing rate (= (1−test specimen height / processing specimen height before processing) × 100) is 70% (hereinafter referred to as 70% processing), The specimen was observed for cracks. The observation was performed visually (using the naked eye or a simple magnifier) to observe the presence or absence of fine cracks (length: 0.5 to 1.0 mm).
In each of test numbers 1 to 12, the above compression test was performed five by five. The goal was that no cracks were observed in all five.

<冷間鍛造について>
各試験番号1〜12の丸棒鍛伸材に対して、ピーリング加工を実施し、直径36mmの丸棒を製造した。丸棒に対して、加工率75%の冷間鍛造を模擬した引抜き加工を実施して、直径18mmの丸棒を製造した。
<About cold forging>
Peeling processing was carried out on the round bar forgings of test numbers 1 to 12 to produce round bars having a diameter of 36 mm. A round bar having a diameter of 18 mm was manufactured by subjecting the round bar to a drawing process simulating cold forging with a processing rate of 75%.

<時効硬化処理について>
製造された直径18mmの丸棒に対して、時効硬化処理を実施した。時効硬化処理での熱処理温度はいずれも600℃であり、保持時間はいずれも60分であった。
<About age hardening treatment>
Age hardening treatment was performed on the manufactured round bar having a diameter of 18 mm. The heat treatment temperature in the age hardening treatment was 600 ° C., and the holding time was 60 minutes.

<V析出量測定について>
時効処理後の直径18mmの丸棒の中心部から10mm×10mm×10mmの抽出残渣試験片を採取した。抽出残渣試験片を用いて、前述の方法により、抽出残渣によるV析出量(質量%)を求めた。V析出量は、40%以上を目標とした。
<About V precipitation amount measurement>
An extraction residue test piece of 10 mm × 10 mm × 10 mm was collected from the center of a round bar having a diameter of 18 mm after aging treatment. Using the extraction residue test piece, the amount of V precipitation (% by mass) due to the extraction residue was determined by the method described above. The amount of V precipitation was set to 40% or more.

<硬さ試験について>
時効硬化処理後の直径18mmの丸棒を、軸方向に対して垂直な方向で切断(横断)してサンプルを採取した。サンプルを樹脂に埋め込んだ後、上記切断された面(観察面)を研磨した。その後、観察面に対して、JIS Z2244に準拠したビッカース硬さ試験を実施した。試験力は9.8Nとした。測定箇所は、丸棒鍛伸材の中心付近の任意の5点とした。測定された5点の値の平均を、その試験番号の硬さ(Hv)とした。
<About hardness test>
A sample was obtained by cutting (crossing) a 18 mm diameter round bar after age hardening in a direction perpendicular to the axial direction. After the sample was embedded in the resin, the cut surface (observation surface) was polished. Then, the Vickers hardness test based on JIS Z2244 was implemented with respect to the observation surface. The test force was 9.8N. The measurement locations were arbitrary five points near the center of the round bar forging material. The average of the five measured values was taken as the hardness (Hv) of the test number.

<引張試験および疲労試験について>
時効硬化処理後の直径18mmの丸棒を用いて、JIS Z2241に準拠した引張試験、およびJIS Z2274に準拠した小野式回転曲げ疲労試験を実施して、引張強度(MPa)および疲労強度(MPa)を求め、さらに、耐久比(=疲労強度/引張強度)を求めた。耐久比は、0.55以上を目標とした。
<About tensile test and fatigue test>
Tensile strength test (MPa) and fatigue strength (MPa) are performed using a round bar with a diameter of 18 mm after age hardening treatment, and a tensile test according to JIS Z2241 and an Ono-type rotary bending fatigue test according to JIS Z2274. Further, the durability ratio (= fatigue strength / tensile strength) was obtained. The durability ratio was set to 0.55 or more.

<試験結果について>
表2に各試験結果を示す。表2を参照すれば、試験番号1〜9の化学組成は本発明の範囲内であり、しかも熱間圧延後のミクロ組織がフェライト・パーライト組織からなり、フェライトおよびパーライトの総面積率が90%以上であった。その結果、70%加工において割れが確認されず、優れた冷間鍛造性が得られた。さらに、疲労強度が要求される部位に冷間鍛造で付与される相当ひずみが0.2以上であり、時効処理後のV析出量が40%以上であった。その結果、耐久比はいずれも0.55以上であり、高い耐久比が得られた。
<About test results>
Table 2 shows the results of each test. Referring to Table 2, the chemical compositions of test numbers 1 to 9 are within the scope of the present invention, and the microstructure after hot rolling is composed of ferrite and pearlite, and the total area ratio of ferrite and pearlite is 90%. That was all. As a result, no crack was confirmed in 70% processing, and excellent cold forgeability was obtained. Furthermore, the equivalent strain imparted by cold forging to a portion requiring fatigue strength was 0.2 or more, and the amount of V precipitation after aging treatment was 40% or more. As a result, the durability ratio was 0.55 or more, and a high durability ratio was obtained.

これに対して、試験番号10〜12では、所望の冷間鍛造性または耐久比が得られなかった。
具体的には、試験番号10の場合、C含有量が本発明で規定するC含有量の上限を超えた。そのため、70%加工において、き裂が観察され、目標とする冷間鍛造性が得られなかった。
また試験番号11の場合、V含有量が本発明で規定するV含有量の下限未満であった。そのため、目標とする冷間鍛造性は得られたものの、耐久比が0.53と低く、目標とする耐久比が得られなかった。
さらに試験番号12の場合、Cr含有量が本発明で規定するCr含有量の上限を超えた。そのため、耐久比が0.52と低く、目標とする耐久比が得られなかった。
On the other hand, in test numbers 10 to 12, the desired cold forgeability or durability ratio was not obtained.
Specifically, in the case of test number 10, the C content exceeded the upper limit of the C content defined in the present invention. Therefore, cracks were observed in 70% processing, and the target cold forgeability was not obtained.
Moreover, in the case of the test number 11, V content was less than the minimum of V content prescribed | regulated by this invention. Therefore, although the target cold forgeability was obtained, the durability ratio was as low as 0.53, and the target durability ratio was not obtained.
Furthermore, in the case of the test number 12, Cr content exceeded the upper limit of Cr content prescribed | regulated by this invention. Therefore, the durability ratio was as low as 0.52, and the target durability ratio was not obtained.

以上、本発明の実施の形態および実施例を説明した。しかしながら、上述した実施の形態および実施例は、本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施形態、実施例に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施することができる。   The embodiment and the example of the present invention have been described above. However, the above-described embodiments and examples are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and can be appropriately modified and implemented without departing from the spirit of the present invention.

以上のとおり、本発明の製造方法によって得られた冷間鍛造時効硬化鋼部品は、冷間鍛造工程において高い冷間鍛造性を有し、冷間鍛造による加工硬化および冷間鍛造後の時効硬化によって、高い耐久比を示す。そのため、これまで「熱間鍛造‐切削」工程で製造していた自動車部品、産業機械用部品、建設機械用部品など機械構造部品の製造に広く適用可能であり、部品のニアネットシェイプ化に貢献できる。   As described above, the cold forging age-hardened steel part obtained by the production method of the present invention has high cold forgeability in the cold forging process, and work hardening by cold forging and age hardening after cold forging. Shows a high durability ratio. Therefore, it can be widely applied to the manufacture of machine structural parts such as automobile parts, industrial machine parts, and construction machine parts that have been manufactured in the "hot forging-cutting" process so far, contributing to the near net shape of parts. it can.

Claims (3)

質量%で、
C:0.02〜0.13%、
Si:0.01〜0.50%、
Mn:0.20〜0.70%、
S:0.005〜0.020%、
Al:0.005〜0.050%、
Cr:0.02〜1.50%、
V:0.02〜0.50%、
N:0.003〜0.030%
を含有し、かつ
P:0.020%以下
に制限され、残部がFeおよび不可避的不純物からなる化学組成を有し、
しかも金属組織が、フェライトとパーライトを主体として、フェライトおよびパーライトの総面積率が90%以上である熱間圧延鋼材を素材とし、
前記素材に対し、製品の部品における、少なくとも疲労強度が要求される部位に0.2以上の相当ひずみが付与されるように冷間鍛造を施し、
さらに前記素材のAc3点以下の温度域で時効硬化処理を施して、前記部位におけるV析出量が40%以上である冷間鍛造時効硬化鋼部品を得ることを特徴とする冷間鍛造時効硬化鋼部品の製造方法。
% By mass
C: 0.02-0.13%,
Si: 0.01 to 0.50%,
Mn: 0.20 to 0.70%,
S: 0.005-0.020%,
Al: 0.005 to 0.050%,
Cr: 0.02 to 1.50%,
V: 0.02 to 0.50%,
N: 0.003-0.030%
And P: limited to 0.020% or less, the balance having a chemical composition consisting of Fe and inevitable impurities,
Moreover, the metal structure is mainly composed of ferrite and pearlite, and a hot rolled steel material having a total area ratio of ferrite and pearlite of 90% or more is used as a material.
For the material, cold forging is performed so that an equivalent strain of 0.2 or more is applied to a part of the product part where at least fatigue strength is required,
Further, age-hardening steel is obtained by performing age-hardening treatment in a temperature range of Ac3 point or less of the raw material to obtain a cold-forged age-hardened steel part having a V precipitation amount of 40% or more in the part. A manufacturing method for parts.
前記熱間圧延鋼材が、さらに、Cu:0.20%以下、Ni:0.20%以下およびMo: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に記載の冷間鍛造時効硬化鋼部品の製造方法。   The hot-rolled steel material further contains one or more of Cu: 0.20% or less, Ni: 0.20% or less, and Mo: 0.20% or less. The manufacturing method of the cold forging age-hardening steel part of description. 製品の部品の使用時において最大応力が生じると想定される箇所を含み、少なくともその最大応力の90%以上の応力が生じると想定される領域を、前記部位としていることを特徴とする請求項1、請求項2のいずれかの請求項に記載の冷間鍛造時効硬化鋼部品の製造方法。
2. A region including a portion where a maximum stress is assumed to occur when a product part is used, and at least a region where a stress of 90% or more of the maximum stress is generated is defined as the portion. The manufacturing method of the cold forging age-hardening steel component of any one of Claim 2 or Claim 2.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10147837A (en) * 1996-11-19 1998-06-02 Daido Steel Co Ltd Production of cold forging steel excellent in cold forgeability and fatigue strength and cold forged member
JP2003055714A (en) * 2001-08-09 2003-02-26 Kobe Steel Ltd Non-heat treated steel forged workpiece, production method therefor and connecting rod parts for internal combustion engine obtained by using the same
JP2004003009A (en) * 2002-04-26 2004-01-08 Nkk Bars & Shapes Co Ltd Bar steel for cold forging, cold-forged product, and manufacturing method therefor
WO2012053541A1 (en) * 2010-10-20 2012-04-26 住友金属工業株式会社 Steel for cold forging/nitriding, steel material for cold forging/nitriding, and cold-forged/nitrided component
JP2013159794A (en) * 2012-02-02 2013-08-19 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp Rolled steel for cold forging/nitriding

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10147837A (en) * 1996-11-19 1998-06-02 Daido Steel Co Ltd Production of cold forging steel excellent in cold forgeability and fatigue strength and cold forged member
JP2003055714A (en) * 2001-08-09 2003-02-26 Kobe Steel Ltd Non-heat treated steel forged workpiece, production method therefor and connecting rod parts for internal combustion engine obtained by using the same
JP2004003009A (en) * 2002-04-26 2004-01-08 Nkk Bars & Shapes Co Ltd Bar steel for cold forging, cold-forged product, and manufacturing method therefor
WO2012053541A1 (en) * 2010-10-20 2012-04-26 住友金属工業株式会社 Steel for cold forging/nitriding, steel material for cold forging/nitriding, and cold-forged/nitrided component
JP2013159794A (en) * 2012-02-02 2013-08-19 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp Rolled steel for cold forging/nitriding

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