JP2017186658A - Steel material, crank shaft and automobile component - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は鋼材、クランクシャフトおよび自動車用部品に関する。 The present invention relates to steel materials, crankshafts and automotive parts.
一般的にクランクシャフト等の自動車用部品は鋳造または鍛造にて製造されるが、強度や剛性が重視される場合は、炭素鋼または低合金鋼に熱間鍛造等を施したものが使用されている。そして、さらに高強度化が必要な場合は、高周波焼入れ処理や軟窒化処理が行われるが、その後、曲がり矯正加工を行う必要がある。
したがって、クランクシャフト等の自動車用部品の製造に用いられる鋼材には強度と共に、矯正性に優れることが要求される。
Generally, automotive parts such as crankshafts are manufactured by casting or forging. However, when strength and rigidity are important, carbon steel or low alloy steel that has been subjected to hot forging is used. Yes. And when further strengthening is required, induction hardening processing and soft nitriding processing are performed, but after that, it is necessary to perform bending correction processing.
Therefore, steel materials used for manufacturing automotive parts such as crankshafts are required to have excellent straightness as well as strength.
例えば特許文献１には、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎを特定範囲で含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、不純物中のＰおよびＣｒの含有率が特定範囲であり、特定成分が特定の式を充足することを特徴とする軟窒化用非調質材が記載されている。そして、このような本発明の軟窒化部品は、様々な軟窒化条件、特に軟窒化後の冷却工程において水冷を施した場合でも、安定して６００ＭＰａ以上の高い曲げ疲労強度および優れた曲げ矯正性を備えるので、自動車などのクランク軸として好適であると記載されている。 For example, Patent Document 1 contains C, Si, Mn, S, Al, Ti, N in a specific range, the balance is made of Fe and impurities, and the content ratio of P and Cr in the impurities is a specific range, A non-tempered material for soft nitriding is described in which a specific component satisfies a specific formula. Such a soft nitriding component of the present invention has a stable high bending fatigue strength of 600 MPa or more and excellent bending straightness even when subjected to water cooling in various soft nitriding conditions, particularly in the cooling step after soft nitriding. Therefore, it is described as being suitable as a crankshaft of an automobile or the like.
また、例えば特許文献２には、表面に軟窒化処理層を有するとともに、軟窒化処理層を除く鋼断面組織がフェライト＋パーライト組織を有する非調質鋼からなり、かつ、前記鋼の組成が、Ｆｅを主成分として、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒを特定範囲で含有し、特定成分が特定の式を充足することを特徴とする軟窒化非調質鋼部材が記載されている。そして、このような軟窒化非調質鋼部材は、疲労強度を一定レベルに確保しつつ十分な曲げ矯正性を具備した鋼部材であると記載されている。 Further, for example, Patent Document 2 has a soft nitriding layer on the surface, a steel cross-sectional structure excluding the soft nitriding layer is made of non-tempered steel having a ferrite + pearlite structure, and the composition of the steel is as follows: A nitrocarburized non-tempered steel member characterized by containing Fe, the main component, C, Si, Mn, S, Cu, Ni, Cr in a specific range, and a specific component satisfying a specific formula is described. ing. Such a soft-nitrided non-tempered steel member is described as a steel member having sufficient bending straightness while ensuring fatigue strength at a certain level.
例えば特許文献１，２に記載の従来の鋼材は、強度（疲労強度）または製造性（曲げ矯正性）が不足する場合があった。また、従来と比較して、強度（疲労強度）および製造性（曲げ矯正性）がより優れる鋼材を見出すことが期待されている。 For example, the conventional steel materials described in Patent Documents 1 and 2 sometimes have insufficient strength (fatigue strength) or manufacturability (bending correctability). In addition, it is expected to find a steel material that is more excellent in strength (fatigue strength) and manufacturability (bending straightness) than in the past.
本発明は上記のような課題を解決することを目的とする。
すなわち、本発明の目的は、強度（特に疲労強度）と製造性（特に曲げ矯正性）とが共に優れ、部品形状に成形した後、軟窒化処理等の高強度化処理を行い曲がりを矯正することで、クランクシャフト等の自動車用部品として用いることができる鋼材を提供することができる。また、その鋼材からなるクランクシャフト等の自動車用部品を提供することである。
An object of the present invention is to solve the above problems.
That is, the object of the present invention is both excellent in strength (particularly fatigue strength) and manufacturability (particularly bend straightening), and after forming into a part shape, it is subjected to high-strength treatment such as soft nitriding treatment to correct bending. Thus, a steel material that can be used as an automotive part such as a crankshaft can be provided. Moreover, it is providing the components for motor vehicles, such as a crankshaft which consists of the steel material.
本発明者は上記課題を解決するため鋭意検討し、本発明を完成させた。
本発明は以下の［１］〜［６］である。
［１］質量％で、
Ｃ：０．２０〜０．３５％、
Ｓｉ：０．０１〜０．３５％、
Ｍｎ：０．５５〜１．５０％、
Ｃｕ：０．６０％以下、
Ｎｉ：０．３０％以下、
Ｓ：０．０１〜０．１５％、
Ｃｒ：０．０１〜０．２０％、
Ｍｏ：０．０１〜０．０５％、
ｓ−Ａｌ：０．０２０％以下、
Ｔｉ：０．０４０％以下、
Ｎ：０．００３〜０．０３０％、
Ｃａ：０．０００３〜０．００６０％、
Ｏ：０．０１０％以下
で含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、
式１＝Ｃ＋０．０７×Ｓｉ＋０．１６×Ｍｎ＋０．１９×Ｃｕ＋０．１７×Ｎｉ＋０．２０×Ｃｒ＋０．４０×Ｍｏ
と定義した場合に、式１≧０．４３を満たし、
式２＝０．５５×Ｃ＋０．０６×Ｓｉ＋０．１８×Ｍｎ＋０．０９×Ｃｕ＋０．４７×Ｍｏ＋Ｃｒ
と定義した場合に、式２≧０．３８を満たし、
式３＝１１×Ｃａ／（Ｎ＋１．５×Ｏ）
と定義した場合に、１．７７≦式３≦３．２０を満たす鋼材。
［２］Ｓ０：圧延方向に平行な断面の１ｍｍ2中における直径１．５μｍ以上の硫化物の全個数（個／ｍｍ2）、
Ｓ１：圧延方向に平行な断面の１ｍｍ2中における直径１．５μｍ以上でＣａを２．０％以上含有する硫化物の個数（個／ｍｍ2）とし、
式４＝Ｓ１／Ｓ０
と定義した場合に、式４≧０．１５を満たす、上記［１］に記載の鋼材。
［３］さらに質量％で、
Ｖ：０．５％以下、
Ｎｂ：０．５％以下、および
Ｗ：２．０％以下
からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有する、上記［１］または［２］に記載の鋼材。
［４］さらに質量％で、
Ｂｉ：０．３％以下、
Ｐｂ：０．３％以下、
Ｍｇ：０．０２０％以下、
Ｓｅ：０．３０％以下、
Ｔｅ：０．１５％以下、
Ｓｎ：０．０４％以下、
Ｓｂ：０．０４％以下、
ＲＥＭ：０．０５％以下、
Ｚｒ：０．５％以下、
Ｂ：０．０１５％以下
のうち１種または２種以上を含む、上記［１］〜［３］のいずれかに記載の鋼材。
［５］上記［１］〜［４］のいずれかに記載の鋼材を熱間鍛造し、軟窒化してなる自動車用部品。
［６］上記［１］〜［４］のいずれかに記載の鋼材を熱間鍛造し、軟窒化してなるクランクシャフト。
The inventor has intensively studied to solve the above-mentioned problems, and has completed the present invention.
The present invention includes the following [1] to [6].
[1] By mass%
C: 0.20 to 0.35%,
Si: 0.01 to 0.35%,
Mn: 0.55 to 1.50%,
Cu: 0.60% or less,
Ni: 0.30% or less,
S: 0.01 to 0.15%,
Cr: 0.01-0.20%,
Mo: 0.01 to 0.05%,
s-Al: 0.020% or less,
Ti: 0.040% or less,
N: 0.003-0.030%,
Ca: 0.0003 to 0.0060%,
O: It is contained at 0.010% or less, and the balance consists of Fe and inevitable impurities,
Formula 1 = C + 0.07 × Si + 0.16 × Mn + 0.19 × Cu + 0.17 × Ni + 0.20 × Cr + 0.40 × Mo
And satisfying the formula 1 ≧ 0.43,
Formula 2 = 0.55 × C + 0.06 × Si + 0.18 × Mn + 0.09 × Cu + 0.47 × Mo + Cr
When satisfying the formula 2 ≧ 0.38,
Formula 3 = 11 × Ca / (N + 1.5 × O)
Steel material that satisfies 1.77 ≦ expression 3 ≦ 3.20.
[2] S0: Total number of sulfides having a diameter of 1.5 μm or more (pieces / mm 2 ) in 1 mm 2 of a cross section parallel to the rolling direction,
S1: The number of sulfides (diameter / mm 2 ) having a diameter of 1.5 μm or more in 1 mm 2 of a cross section parallel to the rolling direction and containing 2.0% or more of Ca,
Formula 4 = S1 / S0
The steel material according to the above [1], which satisfies the formula 4 ≧ 0.15.
[3] Further, by mass%,
V: 0.5% or less,
The steel material according to the above [1] or [2], containing at least one selected from the group consisting of Nb: 0.5% or less, and W: 2.0% or less.
[4] Further, by mass%,
Bi: 0.3% or less,
Pb: 0.3% or less,
Mg: 0.020% or less,
Se: 0.30% or less,
Te: 0.15% or less,
Sn: 0.04% or less,
Sb: 0.04% or less,
REM: 0.05% or less,
Zr: 0.5% or less,
B: The steel material according to any one of [1] to [3], including one or more of 0.015% or less.
[5] An automotive part formed by hot forging and soft nitriding the steel material according to any one of [1] to [4].
[6] A crankshaft formed by hot forging and soft nitriding the steel material according to any one of [1] to [4].
本発明によれば、強度（特に疲労強度）と製造性（特に曲げ矯正性）とが共に優れ、部品形状に成形した後、軟窒化処理等の高強度化処理を行い曲がりを矯正することで、クランクシャフト等の自動車用部品として用いることができる鋼材を提供することができる。また、その鋼材からなるクランクシャフト等の自動車用部品を提供することができる。 According to the present invention, both strength (particularly fatigue strength) and manufacturability (particularly bend straightening) are excellent, and after forming into a part shape, by performing high strength treatment such as soft nitriding treatment, the bending is corrected. Steel materials that can be used as automotive parts such as crankshafts can be provided. Further, it is possible to provide automotive parts such as a crankshaft made of the steel material.
本発明について説明する。
本発明は、質量％で、Ｃ：０．２０〜０．３５％、Ｓｉ：０．０１〜０．３５％、Ｍｎ：０．５５〜１．５０％、Ｃｕ：０．６０％以下、Ｎｉ：０．３０％以下、Ｓ：０．０１〜０．１５％、Ｃｒ：０．０１〜０．２０％、Ｍｏ：０．０１〜０．０５％、ｓ−Ａｌ：０．０２０％以下、Ｔｉ：０．０４０％以下、Ｎ：０．００３〜０．０３０％、Ｃａ：０．０００３〜０．００６０%、Ｏ：０．０１０％以下で含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、式１＝Ｃ＋０．０７×Ｓｉ＋０．１６×Ｍｎ＋０．１９×Ｃｕ＋０．１７×Ｎｉ＋０．２０×Ｃｒ＋０．４０×Ｍｏと定義した場合に、式１≧０．４３を満たし、式２＝０．５５×Ｃ＋０．０６×Ｓｉ＋０．１８×Ｍｎ＋０．０９×Ｃｕ＋０．４７×Ｍｏ＋Ｃｒと定義した場合に、式２≧０．３８を満たし、式３＝１１×Ｃａ／（Ｎ＋１．５×Ｏ）と定義した場合に、１．７７≦式３≦３．２０を満たす鋼材である。
このような鋼材を、以下では「本発明の鋼材」ともいう。
The present invention will be described.
The present invention is, by mass%, C: 0.20 to 0.35%, Si: 0.01 to 0.35%, Mn: 0.55 to 1.50%, Cu: 0.60% or less, Ni : 0.30% or less, S: 0.01 to 0.15%, Cr: 0.01 to 0.20%, Mo: 0.01 to 0.05%, s-Al: 0.020% or less, Ti: 0.040% or less, N: 0.003-0.030%, Ca: 0.0003-0.0060%, O: 0.010% or less, with the balance being Fe and inevitable impurities When Formula 1 = C + 0.07 × Si + 0.16 × Mn + 0.19 × Cu + 0.17 × Ni + 0.20 × Cr + 0.40 × Mo is satisfied, Formula 1 ≧ 0.43 is satisfied and Formula 2 = 0.55 When defined as × C + 0.06 × Si + 0.18 × Mn + 0.09 × Cu + 0.47 × Mo + Cr, the formula 2 ≧ Meet .38, when defined as Equation 3 = 11 × Ca / (N + 1.5 × O), a steel satisfying 1.77 ≦ formula 3 ≦ 3.20.
Hereinafter, such a steel material is also referred to as “the steel material of the present invention”.
本発明の鋼材の組成について説明する。 The composition of the steel material of the present invention will be described.
Ｃ成分の含有率は０．２０〜０．３５質量％であり、好ましくは０．３２質量％以下である。
Ｃ成分の含有率の範囲が上記の範囲であると、本発明の鋼材およびこの鋼材からなる自動車用部品（クランクシャフトを含む。以下、同様）の疲労強度が高く、かつ、矯正性にも優れる。この含有率が高すぎると、矯正性、被削性が低下する傾向がある。
The content rate of C component is 0.20-0.35 mass%, Preferably it is 0.32 mass% or less.
When the content ratio of the C component is in the above range, the steel material of the present invention and automotive parts (including a crankshaft, the same applies hereinafter) made of this steel material have high fatigue strength and excellent straightness. . If this content is too high, the correctability and machinability tend to decrease.
なお、本発明において矯正性とは、軟窒化処理を施すことで一般的に形成される鋼材の変形（曲がり）の矯正加工（元の形状に戻す加工）を、容易に、かつ、厳密に行うことができることを意味するものとする。矯正性が低いまたは劣る場合、鋼材の変形を矯正する際に鋼材に亀裂が入ったり、元の状態に戻らなかったりする。 In the present invention, the straightening means that straightening (returning to the original shape) of deformation (bending) of a steel material that is generally formed by applying soft nitriding is performed easily and strictly. It means to be able to. When the straightness is low or inferior, when the steel material is deformed, the steel material is cracked or does not return to its original state.
Ｓｉ成分の含有率は０．０１〜０．３５質量％であり、好ましくは０．０５質量％以上である。また、Ｓｉ成分の含有率は０．３０質量％以下であることが好ましく、０．２５質量％以下であることがより好ましい。
Ｓｉは鋼溶製時に脱酸剤として利用されるが、この含有率が上記範囲内であると、本発明の鋼材およびこれからなる自動車用部品の疲労強度を高めるように作用する。
Ｓｉ成分の含有率の範囲が上記の範囲であると、本発明の鋼材およびこの鋼材からなる自動車用部品の疲労強度が高く、かつ、矯正性にも優れる。この含有率が高すぎると、矯正性が低下する傾向がある。
The content rate of Si component is 0.01-0.35 mass%, Preferably it is 0.05 mass% or more. Moreover, it is preferable that the content rate of Si component is 0.30 mass% or less, and it is more preferable that it is 0.25 mass% or less.
Si is used as a deoxidizer during steel melting, but when the content is within the above range, it acts to increase the fatigue strength of the steel material of the present invention and automotive parts made thereof.
When the range of the content of the Si component is in the above range, the steel material of the present invention and automotive parts made of the steel material have high fatigue strength and excellent straightening properties. If this content is too high, the correctability tends to decrease.
Ｍｎ成分の含有率は０．５５〜１．５０質量％であり、好ましくは０．７０質量％以上である。また、Ｍｎ成分の含有率は１．２０質量％以下であることが好ましい。
Ｍｎは被削性向上に寄与するＭｎ系硫化物を形成させるために必須の元素である。
Ｍｎ成分の含有率の範囲が上記の範囲であると、本発明の鋼材およびこの鋼材からなる自動車用部品の疲労強度が高く、かつ、矯正性にも優れる。この含有率が高すぎると、パーライト体積率が高くなり、矯正性が低下する傾向がある。この含有率が低すぎると、疲労強度が低下する傾向がある。
The content rate of a Mn component is 0.55-1.50 mass%, Preferably it is 0.70 mass% or more. Moreover, it is preferable that the content rate of a Mn component is 1.20 mass% or less.
Mn is an essential element for forming a Mn-based sulfide that contributes to improved machinability.
When the range of the content of the Mn component is within the above range, the steel material of the present invention and automotive parts made of this steel material have high fatigue strength and excellent straightening properties. When this content rate is too high, the pearlite volume fraction becomes high and the correctability tends to be lowered. If this content is too low, the fatigue strength tends to decrease.
Ｓ成分の含有率は０．０１〜０．１５質量％であり、好ましくは０．１２質量％以下である。
Ｓ成分はＭｎと共に被削性向上に寄与するＭｎ系硫化物の必須形成元素である。Ｓ成分の含有率が低すぎると、硫化物の生成量が不足して被削性が不十分となる。逆に、Ｓ成分の含有率が高すぎると、本発明の鋼材の靭性と延性が損なわれ、介在物が疲労破壊の起点となり、疲労強度特性を劣化させる傾向がある。
The content rate of S component is 0.01-0.15 mass%, Preferably it is 0.12 mass% or less.
The S component is an essential element of Mn-based sulfide that contributes to improvement of machinability together with Mn. If the content of the S component is too low, the amount of sulfide produced is insufficient and the machinability becomes insufficient. On the contrary, if the content of the S component is too high, the toughness and ductility of the steel material of the present invention are impaired, and inclusions tend to be the starting point of fatigue failure, and the fatigue strength characteristics tend to deteriorate.
Ｃｕ成分の含有率は０．６０質量％以下であり、０．４５質量％以下であることが好ましく、０．３０質量％以下であることがより好ましい。また、この含有率は、０．０１質量％以上であることが好ましい。
Ｃｕ成分の含有率が上記の範囲であると耐力が高まり、また、軟窒化処理を行った場合に形成され得る化合物層が比較的薄くなるため、本発明の鋼材およびこれからなる自動車用部品の疲労強度が高まる。
Ｃｕ成分の含有率が高すぎると、熱間鍛造後の硬さが高くなり、被削性が低下し、合わせて熱間鍛造性も損ねる可能性がある。この場合、コストＵＰに繋がる。また、Ｃｕの多量添加はＣｕが鋼の粒界に偏析することに起因して、熱間割れが誘起される。
The content rate of Cu component is 0.60 mass% or less, it is preferable that it is 0.45 mass% or less, and it is more preferable that it is 0.30 mass% or less. Moreover, it is preferable that this content rate is 0.01 mass% or more.
When the content of the Cu component is in the above range, the yield strength is increased, and the compound layer that can be formed when the soft nitriding treatment is performed becomes relatively thin. Strength increases.
If the content of the Cu component is too high, the hardness after hot forging becomes high, the machinability is lowered, and hot forgeability may be impaired. In this case, the cost is increased. Further, when Cu is added in a large amount, Cu is segregated at the grain boundaries of steel, and hot cracking is induced.
Ｎｉ成分の含有率は０．３０質量％以下であり、０．２５質量％以下であることが好ましく、０．２０質量％以下であることがより好ましい。また、この含有率は、０．０１質量％以上であることが好ましい。
Ｎｉ成分の含有率が上記の範囲であると、窒化層におけるパーライトの延性が向上するため、本発明の鋼材およびこれからなる自動車用部品の矯正性が高まる。
Ｎｉ成分の含有率が高すぎると、熱間鍛造後の硬さが高くなり、被削性が低下し、合わせて熱間鍛造性も損ねる可能性がある。この場合、コストＵＰに繋がる。
The content rate of Ni component is 0.30 mass% or less, it is preferable that it is 0.25 mass% or less, and it is more preferable that it is 0.20 mass% or less. Moreover, it is preferable that this content rate is 0.01 mass% or more.
If the Ni component content is in the above range, the ductility of pearlite in the nitrided layer is improved, so that the straightness of the steel material of the present invention and the automotive parts made thereof is improved.
If the content of the Ni component is too high, the hardness after hot forging becomes high, the machinability is lowered, and hot forgeability may also be impaired. In this case, the cost is increased.
Ｃｒ成分の含有率は０．０１〜０．２０質量％であり、好ましくは０．１５質量％以下である。
Ｃｒ成分は鋼の疲労強度および靭性を高める。この成分の含有率が高すぎると軟窒化処理を行った場合に窒化物が多量に生じて曲げ矯正性が低下する可能性がある。
The content rate of Cr component is 0.01-0.20 mass%, Preferably it is 0.15 mass% or less.
The Cr component increases the fatigue strength and toughness of the steel. If the content of this component is too high, when soft nitriding is performed, a large amount of nitride may be produced, and the bend straightening property may be lowered.
Ｍｏ成分の含有率は０．０１〜０．０５質量％である。
Ｍｏ成分の含有率の範囲が上記の範囲であると、軟窒化処理を行った後の本発明の鋼材およびこの鋼材からなる自動車用部品の疲労強度が高く、かつ、硬くなる。この含有率が高すぎると、被削性が低下する可能性があり、この場合、コストＵＰに繋がる。
The content rate of Mo component is 0.01-0.05 mass%.
When the content ratio of the Mo component is in the above range, the steel material of the present invention after the soft nitriding treatment and the automotive parts made of the steel material have high fatigue strength and become hard. If the content is too high, the machinability may be reduced, and in this case, the cost is increased.
ｓ−Ａｌの含有率は０．０２０質量％以下である。
ｓ−Ａｌは、酸に可溶なＡｌを意味する。
ｓ−Ａｌ成分の含有率の範囲が上記の範囲であると、本発明の鋼材およびこの鋼材からなる自動車用部品の疲労強度が高く、かつ、矯正性にも優れる。
この含有率が高すぎると、硬さがバラツキやすくなる傾向がある。硬さが高くなると矯正性が低下する傾向がある。
The content rate of s-Al is 0.020 mass% or less.
s-Al means Al soluble in acid.
When the range of the content of the s-Al component is within the above range, the steel material of the present invention and automotive parts made of this steel material have high fatigue strength and excellent straightening properties.
If this content is too high, the hardness tends to vary. As the hardness increases, the correctability tends to decrease.
Ｔｉ成分の含有率は０．０４０質量％以下である。
ＴｉはＮと窒化物を形成し、微細な析出により熱間鍛造時の旧オーステナイト粒の成長を抑制し、フェライトパーライト組織を微細化し、曲げ矯正性を高める。
この含有率が高すぎると、粗大なＴｉＮが増加し、被削性を低下させる可能性がある。
The content rate of Ti component is 0.040 mass% or less.
Ti forms nitrides with N, and suppresses the growth of prior austenite grains during hot forging due to fine precipitation, refines the ferrite pearlite structure, and improves bending straightness.
When this content rate is too high, coarse TiN will increase and machinability may be reduced.
Ｎ成分の含有率は０．００３〜０．０３０質量％であり、好ましくは０．０１０質量％以上である。
ＮはＴｉと窒化物を形成し、微細な析出により熱間鍛造時の旧オーステナイト粒の成長を抑制し、フェライトパーライト組織を微細化し、曲げ矯正性を高める。
この含有率が高すぎると、粗大な炭窒化物が生成し、これが起点となって亀裂等が生じるため、疲労強度低下する傾向がある。
The content rate of N component is 0.003-0.030 mass%, Preferably it is 0.010 mass% or more.
N forms a nitride with Ti, suppresses the growth of prior austenite grains during hot forging due to fine precipitation, refines the ferrite pearlite structure, and improves the bending straightness.
If this content is too high, coarse carbonitrides are generated, which start from cracks and the like, and thus there is a tendency for fatigue strength to decrease.
Ｃａ成分の含有率は０．０００３〜０．００６０質量％であり、好ましくは０．０００５質量％以上、より好ましくは０．００１５質量％以上である。
Ｃａ成分の含有率の範囲が上記の範囲であると、被削性が高まる。一方、Ｃａ成分を必要以上に高めても被削性は飽和し、熱間加工性が低下する傾向がある。
The content rate of Ca component is 0.0003-0.0060 mass%, Preferably it is 0.0005 mass% or more, More preferably, it is 0.0015 mass% or more.
When the content ratio of the Ca component is within the above range, machinability is increased. On the other hand, even if the Ca component is increased more than necessary, the machinability is saturated and the hot workability tends to decrease.
Ｏ成分（酸素成分）の含有率は０．０１０質量％以下である。
Ｏ成分の含有率が高すぎると粗大な酸化物が生成し、これが起点となって亀裂等が生じるため、疲労強度が低下する傾向がある。
The content rate of O component (oxygen component) is 0.010 mass% or less.
If the content of the O component is too high, a coarse oxide is generated, which causes cracks and the like, which tends to decrease the fatigue strength.
本発明の鋼材は、上記のような特定比率でＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、ｓ−Ａｌ、Ｔｉ、Ｎ、Ｃａ、Ｏを含む鋼材であって、さらにＶ、ＮｂおよびＷからなる群から選ばれる少なくとも１種を以下のような範囲で含むものであることが好ましく、残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。 The steel material of the present invention is a steel material containing C, Si, Mn, Cu, Ni, S, Cr, Mo, s-Al, Ti, N, Ca, O at the specific ratio as described above, and further, V, It is preferable that it contains at least one selected from the group consisting of Nb and W in the following ranges, and the balance is Fe and inevitable impurities.
Ｖ、Ｎｂ、Ｗは、Ｃと結合して炭化物を形成したり、Ｎと結合して窒化物を形成したりして、鋼材の強度向上に寄与する元素であり、本発明の鋼材は、これらの中から単独の元素、或は任意に選ばれる２種以上の元素を含有してもよい。
このような効果を有効に発揮させるために、Ｖ成分の含有率は０．０５質量％以上であることが好ましく、０．１０質量％以上であることがより好ましい。
また、Ｎｂ成分の含有率は０．０５質量％以上であることが好ましく、０．０８質量％以上であることがより好ましく、０．１０質量％以上であることがさらに好ましい。
また、Ｗ成分の含有率は０．２質量％以上であることが好ましく、０．５質量％以上であることがより好ましく、０．７質量％以上であることがさらに好ましい。
V, Nb, and W are elements that combine with C to form carbides, or combine with N to form nitrides and contribute to improving the strength of steel materials. A single element or two or more elements selected arbitrarily may be contained.
In order to effectively exhibit such an effect, the content of the V component is preferably 0.05% by mass or more, and more preferably 0.10% by mass or more.
Moreover, it is preferable that the content rate of Nb component is 0.05 mass% or more, It is more preferable that it is 0.08 mass% or more, It is further more preferable that it is 0.10 mass% or more.
Moreover, it is preferable that the content rate of W component is 0.2 mass% or more, It is more preferable that it is 0.5 mass% or more, It is further more preferable that it is 0.7 mass% or more.
ただし、Ｖ、Ｎｂ、Ｗを過剰に含有すると、形成される炭化物や窒化物が、鋼材の変形抵抗を上昇させ、加工性を低下させる場合がある。
したがって、Ｖ成分の含有率は０．５質量％以下であることが好ましく、０．４質量％以下であることが好ましく、０．３質量％以下であることがより好ましい。
また、Ｎｂ成分の含有率は０．５質量％以下であることが好ましく、０．４質量％以下であることがより好ましく、０．３質量％以下であることがさらに好ましい。
また、Ｗ成分の含有率は２．０質量％以下であることが好ましく、１．５質量％以下であることがより好ましく、１．０質量％以下であることがさらに好ましい。
However, when V, Nb, and W are excessively contained, the formed carbides and nitrides may increase the deformation resistance of the steel material and may decrease the workability.
Therefore, the content of the V component is preferably 0.5% by mass or less, preferably 0.4% by mass or less, and more preferably 0.3% by mass or less.
Moreover, it is preferable that the content rate of Nb component is 0.5 mass% or less, It is more preferable that it is 0.4 mass% or less, It is further more preferable that it is 0.3 mass% or less.
Moreover, it is preferable that the content rate of W component is 2.0 mass% or less, It is more preferable that it is 1.5 mass% or less, It is further more preferable that it is 1.0 mass% or less.
本発明の鋼材は、上記のような特定比率でＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、ｓ−Ａｌ、Ｔｉ、Ｎ、Ｃａ、Ｏを含む鋼材であって、さらにＢｉ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｓｎ、Ｓｂ、ＲＥＭ、Ｚｒ、Ｂのうち１種または２種以上を以下のような範囲で含むものであることが好ましく、残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。
なお、ＲＥＭとは、ランタノイド元素（ＬａからＬｕまでの１５元素）およびＳｃ（スカンジウム）とＹ（イットリウム）を意味する。本発明の鋼材は、これらの中でも、Ｌａ、ＣｅおよびＹからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有することが好ましく、ＬａおよびＣｅからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有することがより好ましい。
The steel material of the present invention is a steel material containing C, Si, Mn, Cu, Ni, S, Cr, Mo, s-Al, Ti, N, Ca, O at the specific ratio as described above, and further Bi, It is preferable that one or more of Pb, Mg, Se, Te, Sn, Sb, REM, Zr, and B are included in the following ranges, and the balance is Fe and inevitable impurities.
REM means lanthanoid elements (15 elements from La to Lu), Sc (scandium), and Y (yttrium). Among these, the steel material of the present invention preferably contains at least one element selected from the group consisting of La, Ce and Y, and contains at least one element selected from the group consisting of La and Ce. It is more preferable.
ここで、本発明の鋼材は、上記のような特定比率でＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、ｓ−Ａｌ、Ｔｉ、Ｎ、Ｃａ、Ｏを含む鋼材であって、さらにＶ、ＮｂおよびＷからなる群から選ばれる少なくとも１種を以下のような範囲で含み、加えて、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｓｎ、Ｓｂ、ＲＥＭ、Ｚｒ、Ｂのうち１種または２種以上を以下のような範囲で含むものであることがより好ましく、残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。 Here, the steel material of the present invention is a steel material containing C, Si, Mn, Cu, Ni, S, Cr, Mo, s-Al, Ti, N, Ca, O at the specific ratio as described above, Furthermore, at least one selected from the group consisting of V, Nb and W is included in the following ranges, and in addition, one of Bi, Pb, Mg, Se, Te, Sn, Sb, REM, Zr, and B Or it is more preferable that 2 or more types are included in the following ranges, and the balance is Fe and inevitable impurities.
Ｂｉ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｓｎ、Ｓｂ、ＲＥＭ、Ｚｒ、Ｂは被削性の改善に寄与する元素であり、本発明の鋼材は、これらの中から単独の元素、或は任意に選ばれる２種以上の元素を含有してもよい。
このような効果を有効に発揮させるために、Ｂｉ成分の含有率は０．０３質量％以上であることが好ましく、０．０８質量％以上であることがより好ましく、０．１０質量％以上であることがさらに好ましい。
また、Ｐｂ成分の含有率は０．０３質量％以上であることが好ましく、０．１質量％以上であることがより好ましく、０．１５質量％以上であることがさらに好ましい。
また、Ｍｇ成分の含有率は０．０００１質量％以上であることが好ましく、０．０００３質量％以上であることがより好ましく、０．０００４質量％以上であることがさらに好ましい。
また、Ｓｅ成分の含有率は０．００１質量％以上であることが好ましく、０．００２質量％以上であることがより好ましい。
また、Ｔｅ成分の含有率は０．００１質量％以上であることが好ましく、０．００２質量％以上であることがより好ましい。
また、Ｓｎ成分の含有率は０．００２質量％以上であることが好ましく、０．００５質量％以上であることがより好ましく、０．０１０質量％以上であることがさらに好ましい。
また、Ｓｂ成分の含有率は０．００２質量％以上であることが好ましく、０．００４質量％以上であることがより好ましく、０．００６質量％以上であることがさらに好ましい。
また、ＲＥＭ成分の含有率は０．００１質量％以上であることが好ましく、０．００２質量％以上であることがより好ましく、０．００３質量％以上であることがさらに好ましい。
また、Ｚｒ成分の含有率は０．０１質量％以上であることが好ましく、０．０３質量％以上であることがより好ましく、０．０４質量％以上であることがさらに好ましい。
また、Ｂ成分の含有率は０．０００５質量％以上であることが好ましく、０．００１０質量％以上であることがより好ましい。
Bi, Pb, Mg, Se, Te, Sn, Sb, REM, Zr, and B are elements that contribute to the improvement of machinability, and the steel material of the present invention can be a single element or any of these elements. You may contain 2 or more types of elements chosen.
In order to effectively exhibit such an effect, the Bi component content is preferably 0.03% by mass or more, more preferably 0.08% by mass or more, and 0.10% by mass or more. More preferably it is.
Moreover, it is preferable that the content rate of Pb component is 0.03 mass% or more, It is more preferable that it is 0.1 mass% or more, It is further more preferable that it is 0.15 mass% or more.
The content of the Mg component is preferably 0.0001% by mass or more, more preferably 0.0003% by mass or more, and further preferably 0.0004% by mass or more.
Moreover, it is preferable that the content rate of Se component is 0.001 mass% or more, and it is more preferable that it is 0.002 mass% or more.
Moreover, it is preferable that the content rate of Te component is 0.001 mass% or more, and it is more preferable that it is 0.002 mass% or more.
Moreover, it is preferable that the content rate of Sn component is 0.002 mass% or more, It is more preferable that it is 0.005 mass% or more, It is further more preferable that it is 0.010 mass% or more.
Moreover, it is preferable that the content rate of Sb component is 0.002 mass% or more, It is more preferable that it is 0.004 mass% or more, It is further more preferable that it is 0.006 mass% or more.
Moreover, it is preferable that the content rate of a REM component is 0.001 mass% or more, It is more preferable that it is 0.002 mass% or more, It is further more preferable that it is 0.003 mass% or more.
Moreover, it is preferable that the content rate of a Zr component is 0.01 mass% or more, It is more preferable that it is 0.03 mass% or more, It is further more preferable that it is 0.04 mass% or more.
Moreover, it is preferable that the content rate of B component is 0.0005 mass% or more, and it is more preferable that it is 0.0010 mass% or more.
ただし、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｓｎ、Ｓｂ、ＲＥＭ、Ｚｒ、Ｂを過剰に含有すると、強度が低下したり、過剰に含有させても被削性の添加効果が飽和し、コスト高となる場合がある。
したがって、Ｂｉ成分の含有率は０．３質量％以下であることが好ましく、０．２５質量％以下であることがより好ましく、０．２０質量％以下であることがさらに好ましい。
また、Ｐｂ成分の含有率は０．３質量％以下であることが好ましく、０．２８質量％以下であることが好ましく、０．２５質量％以下であることがより好ましい。
また、Ｍｇ成分の含有率は０．０２質量％以下であることが好ましく、０．０１質量％以下であることがより好ましく、０．００９０質量％以下であることがさらに好ましい。
また、Ｓｅ成分の含有率は０．３質量％以下であることが好ましく、０．２５質量％以下であることがより好ましく、０．２０質量％以下であることがさらに好ましい。
また、Ｔｅ成分の含有率は０．１５質量％以下であることが好ましく、０．１０質量％以下であることがより好ましい。
また、Ｓｎ成分の含有率は０．０２０質量％以下であることが好ましく、０．０１８質量％以下であることがより好ましく、０．０１５質量％以下であることがさらに好ましい。
また、Ｓｂ成分の含有率は０．０２０質量％以下であることが好ましく、０．０１５質量％以下であることがより好ましく、０．０１０質量％以下であることがさらに好ましい。
また、ＲＥＭ成分の含有率は０．０５質量％以下であることが好ましく、０．０４質量％以下であることがより好ましい。
また、Ｚｒ成分の含有率は０．５質量％以下であることが好ましく、０．４５質量％以下であることがより好ましく、０．４０質量％以下であることがさらに好ましい。
また、Ｂ成分の含有率は０．０２００質量％以下であることが好ましく、０．０１８０質量％以下であることがより好ましく、０．０１５０質量％以下であることがさらに好ましい。
However, if Bi, Pb, Mg, Se, Te, Sn, Sb, REM, Zr, and B are contained excessively, the strength is lowered or the effect of adding machinability is saturated even if excessively contained, the cost. May be high.
Therefore, the Bi component content is preferably 0.3% by mass or less, more preferably 0.25% by mass or less, and further preferably 0.20% by mass or less.
Moreover, it is preferable that the content rate of Pb component is 0.3 mass% or less, it is preferable that it is 0.28 mass% or less, and it is more preferable that it is 0.25 mass% or less.
Moreover, it is preferable that the content rate of Mg component is 0.02 mass% or less, It is more preferable that it is 0.01 mass% or less, It is further more preferable that it is 0.0090 mass% or less.
Moreover, it is preferable that the content rate of Se component is 0.3 mass% or less, It is more preferable that it is 0.25 mass% or less, It is further more preferable that it is 0.20 mass% or less.
Moreover, it is preferable that the content rate of Te component is 0.15 mass% or less, and it is more preferable that it is 0.10 mass% or less.
Moreover, it is preferable that the content rate of Sn component is 0.020 mass% or less, It is more preferable that it is 0.018 mass% or less, It is further more preferable that it is 0.015 mass% or less.
Moreover, it is preferable that the content rate of Sb component is 0.020 mass% or less, It is more preferable that it is 0.015 mass% or less, It is further more preferable that it is 0.010 mass% or less.
Moreover, it is preferable that the content rate of a REM component is 0.05 mass% or less, and it is more preferable that it is 0.04 mass% or less.
Further, the content of the Zr component is preferably 0.5% by mass or less, more preferably 0.45% by mass or less, and further preferably 0.40% by mass or less.
Moreover, it is preferable that the content rate of B component is 0.0200 mass% or less, It is more preferable that it is 0.0180 mass% or less, It is further more preferable that it is 0.0150 mass% or less.
また、Ｆｅ中に含まれ得る不可避的不純物として、例えば、Ｐが挙げられる。
Ｐは鋼の靭性を低下させる可能性があるので、その含有率は０．０４質量％以下とすることが好ましい。
Moreover, P is mentioned as an unavoidable impurity which can be contained in Fe, for example.
Since P may reduce the toughness of the steel, the content is preferably 0.04% by mass or less.
本発明の鋼材における各成分は、式１＝Ｃ＋０．０７×Ｓｉ＋０．１６×Ｍｎ＋０．１９×Ｃｕ＋０．１７×Ｎｉ＋０．２０×Ｃｒ＋０．４０×Ｍｏと定義した場合に、式１≧０．４３を満たす。
式１は０．７０以下であることが好ましく、０．６５以下であることがより好ましい。
式１の値は、本発明の鋼材の心部（表層以外の部分）の硬さと関連することを本発明者は見出した。
式１の値が上記のような範囲であると、本発明の鋼材の硬さおよび疲労強度が高まる傾向がある。
When each component in the steel material of the present invention is defined as Formula 1 = C + 0.07 × Si + 0.16 × Mn + 0.19 × Cu + 0.17 × Ni + 0.20 × Cr + 0.40 × Mo, Formula 1 ≧ 0.43 Fulfill.
Formula 1 is preferably 0.70 or less, and more preferably 0.65 or less.
The inventor has found that the value of Formula 1 is related to the hardness of the core (the portion other than the surface layer) of the steel material of the present invention.
When the value of Formula 1 is in the above range, the hardness and fatigue strength of the steel material of the present invention tend to increase.
なお、ここで、Ｃ＋０．０７×Ｓｉ＋０．１６×Ｍｎ＋０．１９×Ｃｕ＋０．１７×Ｎｉ＋０．２０×Ｃｒ＋０．４０×Ｍｏは、Ｃ含有率＋０．０７×Ｓｉ含有率＋０．１６×Ｍｎ含有率＋０．１９×Ｃｕ含有率＋０．１７×Ｎｉ含有率＋０．２０×Ｃｒ含有率＋０．４０×Ｍｏ含有率を意味する。
後述する式２および式３の式においても同様である。
Here, C + 0.07 × Si + 0.16 × Mn + 0.19 × Cu + 0.17 × Ni + 0.20 × Cr + 0.40 × Mo is C content + 0.07 × Si content + 0.16 × Mn content + 0 .19 × Cu content + 0.17 × Ni content + 0.20 × Cr content + 0.40 × Mo content.
The same applies to the expressions 2 and 3 described later.
本発明の鋼材における各成分は、式２＝０．５５×Ｃ＋０．０６×Ｓｉ＋０．１８×Ｍｎ＋０．０９×Ｃｕ＋０．４７×Ｍｏ＋Ｃｒと定義した場合に、式２≧０．３８を満たす。
式２は０．７０以下であることが好ましく、０．６０以下であることがより好ましい。
式２の値は、本発明の鋼材の表層（心部以外の部分）の硬さと関連することを本発明者は見出した。
式２の値が上記のような範囲であると、本発明の鋼材の硬さおよび疲労強度が高まる傾向がある。
Each component in the steel material of the present invention satisfies Formula 2 ≧ 0.38 when defined as Formula 2 = 0.55 × C + 0.06 × Si + 0.18 × Mn + 0.09 × Cu + 0.47 × Mo + Cr.
Formula 2 is preferably 0.70 or less, and more preferably 0.60 or less.
The inventor has found that the value of Formula 2 is related to the hardness of the surface layer (portion other than the core) of the steel material of the present invention.
When the value of Formula 2 is in the above range, the hardness and fatigue strength of the steel material of the present invention tend to increase.
本発明の鋼材における各成分は、式３＝１１×Ｃａ／（Ｎ＋１．５×Ｏ）と定義した場合に、１．７７≦式３≦３．２０を満たす。
式３は３．０以下であることが好ましく、２．８以下であることがより好ましい。
式３の値は、本発明の鋼材が含み得るＴｉＮ等の介在物のサイズと関連することを本発明者は見出した。
式３の値が低すぎるとＴｉＮ等の介在物が粗大となり、組織が粗大となって、本発明の鋼材の矯正性が低下する傾向がある。逆に、式３の値が高すぎると粗大な酸化物が生成して疲労強度が低下する傾向がある。
Each component in the steel material of the present invention satisfies 1.77 ≦ expression 3 ≦ 3.20 when defined as expression 3 = 11 × Ca / (N + 1.5 × O).
Formula 3 is preferably 3.0 or less, and more preferably 2.8 or less.
The inventor has found that the value of Equation 3 is related to the size of inclusions such as TiN that the steel of the present invention can contain.
When the value of Formula 3 is too low, inclusions such as TiN become coarse, the structure becomes coarse, and the straightening property of the steel material of the present invention tends to decrease. Conversely, if the value of Equation 3 is too high, coarse oxides are generated and the fatigue strength tends to decrease.
本発明の鋼材は上記のような組成を備え、さらに熱間鍛造した場合（熱間鍛造直後であって、調質処理を施してないもの）、鋼断面組織がフェライト＋パーライト（フェライトとパーライトとが混在した組織）となるものである。 When the steel material of the present invention has the above composition and is further hot forged (immediately after hot forging and not subjected to tempering treatment), the steel cross-sectional structure is ferrite + pearlite (ferrite and pearlite). Is a mixed organization).
本発明の鋼材は、Ｓ０を、圧延方向に平行な断面の１ｍｍ2中における直径１．５μｍ以上の硫化物の全個数（個／ｍｍ2）、Ｓ１を、圧延方向に平行な断面の１ｍｍ2中における直径１．５μｍ以上でＣａを２．０％以上含有する硫化物の個数（個／ｍｍ2）とし、式４＝Ｓ１／Ｓ０と定義した場合に、式４≧０．１５を満たすものであることが好ましい。式４≧０．２５を満たすものであることがより好ましい。
式４を満たす場合、本発明の鋼材は疲労強度がより高い。
なお、Ｓ０およびＳ１は、次のように求めるものとする。
溶解後、圧延または鍛造にて製造して得た丸棒状片の断面直径の１／４程度の距離もしくは角棒状片の断面における中心から１つの辺側へ１辺の１／４程度の距離の部分から、１０ｍｍ角の角材を切り出して試料を得る。次に、得られた試料の断面（長手方向に平行な断面）を鏡面研磨し、走査型電子顕微鏡を用いて４５０倍程度で１００ｍｍ2以上の視野で観察して写真を撮影する。そして、得られた写真にて硫化物（介在物）の径を測定する。さらにＥＤＸ分析を実施し、種類・組成を把握する。
Steel of the present invention, the S0, the total number of sulfides or more in diameter 1.5μm in 1mm 2 in a cross section parallel to the rolling direction (pieces / mm 2), S1 a, 1mm in cross section parallel to the rolling direction 2 When the number of sulfides (diameter / mm 2 ) with a diameter of 1.5 μm or more and containing Ca of 2.0% or more is defined and formula 4 = S1 / S0, formula 4 ≧ 0.15 is satisfied It is preferable that It is more preferable that Formula 4 ≧ 0.25 is satisfied.
When Formula 4 is satisfied, the steel material of the present invention has higher fatigue strength.
S0 and S1 are obtained as follows.
After melting, a distance of about 1/4 of the cross-sectional diameter of the round bar-shaped piece obtained by rolling or forging or a distance of about 1/4 of one side from the center in the cross-section of the square bar-shaped piece. A 10 mm square material is cut out from the portion to obtain a sample. Next, a cross section (cross section parallel to the longitudinal direction) of the obtained sample is mirror-polished, and a photograph is taken using a scanning electron microscope at a magnification of about 450 times and observed in a field of view of 100 mm 2 or more. And the diameter of a sulfide (inclusion) is measured with the obtained photograph. Furthermore, EDX analysis is performed to understand the type and composition.
また、本発明の鋼材は、熱間加工後に調質処理（焼入れ・焼戻し）を省略することができる非調質鋼であってよい。本発明の鋼材は強度（特に疲労強度）と製造性（特に曲げ矯正性）とが共に優れるので、例えば熱間加工（熱間鍛造等）および機械加工によって部品形状に成形した後、軟窒化処理等の高強度化処理を行い矯正することで、クランクシャフト等の自動車用部品として用いることができる。 The steel material of the present invention may be non-tempered steel that can omit the tempering treatment (quenching / tempering) after hot working. Since the steel of the present invention is excellent in both strength (particularly fatigue strength) and manufacturability (particularly bend straightening), for example, after forming into a part shape by hot working (hot forging, etc.) and machining, soft nitriding treatment It can be used as an automotive part such as a crankshaft by correcting and increasing the strength.
また、本発明は、上記のような本発明の鋼材からなる自動車用部品である。
また、この自動車部品としてクランクシャフトを好適例として挙げられる。
Moreover, this invention is automotive components which consist of the above steel materials of this invention.
Moreover, a crankshaft is mentioned as a suitable example as this motor vehicle part.
＜試験片の製造＞
第１表に示す発明鋼１〜２５および比較鋼Ａ〜Ｆの各々について、第１表に示す組成となるように１５０ｋｇの原料を混合し、真空溶解炉で溶製し、１２５０℃で断面直径が７０ｍｍの丸棒へ鍛伸した。ここで発明鋼１〜２５よび比較鋼Ａ〜Ｆの各々について、２つの同じ丸棒を得た。
<Manufacture of test pieces>
For each of the inventive steels 1 to 25 and comparative steels A to F shown in Table 1, 150 kg of raw materials are mixed so as to have the composition shown in Table 1, melted in a vacuum melting furnace, and the cross-sectional diameter at 1250 ° C Forged into a 70mm round bar. Here, two identical round bars were obtained for each of the inventive steels 1 to 25 and the comparative steels A to F.
次に２つの条件で鍛造等を行った。
条件１では、得られた丸棒を１２５０℃で２時間加熱し、１０５０℃の仕上げ温度で、断面が４５ｍｍ角の棒状片に熱間鍛造し、その後、室温まで０．３℃／ｓの冷却速度で冷却した。
条件２では、得られた丸棒を１３００℃で２時間加熱し、１０５０℃の仕上げ温度で、断面が直径３０ｍｍの丸棒状片に熱間鍛造し、その後、室温まで０．６℃／ｓの冷却速度で冷却した。
Next, forging and the like were performed under two conditions.
In condition 1, the obtained round bar was heated at 1250 ° C. for 2 hours, hot forged into a 45 mm square bar-shaped piece at a finishing temperature of 1050 ° C., and then cooled to room temperature by 0.3 ° C./s. Cooled at speed.
In condition 2, the obtained round bar was heated at 1300 ° C. for 2 hours, hot forged into a round bar-like piece having a diameter of 30 mm at a finishing temperature of 1050 ° C., and then 0.6 ° C./s to room temperature. Cooled at a cooling rate.
次に、上記の条件１にて得られた４５ｍｍ角の棒状片の中心から１つの辺側へ１辺の１／４程度の距離の部分から、断面直径１５ｍｍの丸棒（長さ２１０ｍｍ）を切り出し、図１に示すような、平行部３の径がφ１５ｍｍであり、掴み部５の径がφ１６ｍｍであり、中央に２か所の試験部７を設けた鋼材１０を得た。
また、上記の条件２にて得られた直径３０ｍｍの丸棒状片から、図１に示すような、平行部３の径がφ１５ｍｍであり、掴み部５の径がφ１６ｍｍであり、中央に２か所の試験部７を設けた鋼材１０を得た。
ここで試験部７には曲率半径がＲ２の応力集中部を設けた。また、試験部７における平行部７１の径はφ１０ｍｍであり、この平行部７１の長さは約２０ｍｍである。
Next, a round bar (210 mm in length) having a cross-sectional diameter of 15 mm is taken from a portion of about a quarter of one side from the center of the 45 mm square bar-shaped piece obtained in the above condition 1 to one side. Cut out, as shown in FIG. 1, the diameter of the parallel part 3 was φ15 mm, the diameter of the grip part 5 was φ16 mm, and a steel material 10 provided with two test parts 7 in the center was obtained.
Further, from the round bar-shaped piece having a diameter of 30 mm obtained under the above condition 2, the diameter of the parallel portion 3 is φ15 mm, the diameter of the grip portion 5 is φ16 mm, as shown in FIG. The steel material 10 provided with the test part 7 of the place was obtained.
Here, the test portion 7 was provided with a stress concentration portion having a radius of curvature R2. Moreover, the diameter of the parallel part 71 in the test part 7 is 10 mm, and the length of the parallel part 71 is about 20 mm.
次に、これらの試験部７を設けた鋼材に、６００℃、２時間の軟窒化処理を施して試験片を得た。すなわち、前述の図１に示した鋼材に軟窒化処理を施したものが試験片である。なお、実施例において用いた軟窒化処理は、ＲＸガス（変性ガスの一種）とＮＨ3ガスとを体積比１：１で含むガス（もしくは、ＮＨ3ガス：Ｎ2ガス：ＣＯ2ガス＝５０：４５：５で含むガス）内に鋼材を配置して加熱する処理である。本発明にて利用し得る軟窒化処理はこのような特定の軟窒化処理でなくてよく、処理対象物の表層に化合物層が十分に生成する雰囲気での処理であればよい。 Next, the steel material provided with these test parts 7 was subjected to soft nitriding treatment at 600 ° C. for 2 hours to obtain test pieces. That is, a test piece is obtained by applying a soft nitriding treatment to the steel shown in FIG. The soft nitriding treatment used in the examples is a gas containing RX gas (a kind of modified gas) and NH 3 gas in a volume ratio of 1: 1 (or NH 3 gas: N 2 gas: CO 2 gas = 50). : Gas containing at 45: 5) and heating the steel material. The soft nitriding treatment that can be used in the present invention is not limited to such a specific soft nitriding treatment, and may be a treatment in an atmosphere in which a compound layer is sufficiently generated on the surface layer of the object to be treated.
このような操作を行って、第１表に示す発明鋼１〜２５および比較鋼Ａ〜Ｆの各々に係る試験片（各々２種類）を得た。 By performing such an operation, test pieces (two types each) according to each of invention steels 1 to 25 and comparative steels A to F shown in Table 1 were obtained.
＜疲労強度＞
上記のようにして得られた試験片の各々について、掴み部の径をφ１５ｍｍとする精加工を施し、その後、常温の大気中にて、疲労試験装置（装置名：小野式回転曲げ疲労試験機）を用い、２５００ｒｐｍの条件で疲労試験を行い、各試験片の疲労強度を測定した。
結果を第１表に示す。
なお、疲労強度が公称応力４３０ＭＰａ以上の場合、判定は○、４３０ＭＰａ未満の場合、判定は×とした。
<Fatigue strength>
Each of the test pieces obtained as described above is subjected to precision machining with a grip portion diameter of φ15 mm, and then subjected to a fatigue test apparatus (apparatus name: Ono-type rotary bending fatigue tester) at room temperature. ), A fatigue test was performed under the condition of 2500 rpm, and the fatigue strength of each test piece was measured.
The results are shown in Table 1.
When the fatigue strength is a nominal stress of 430 MPa or more, the determination is “good”, and when the fatigue strength is less than 430 MPa, the determination is “poor”.
＜曲げ矯正試験＞
上記のようにして得られた試験片の各々について、両端部を支点間距離１８２ｍｍにて支えながら、平行部３に集中荷重を加えることにより、３点曲げの曲げ矯正試験を行った。この試験において、中央試験部に亀裂が発生するまで荷重を加え、亀裂発生までの最大変位量（ストローク）をソフトウェア（ＷＡＶＥロガー）を用いて測定した。
結果を第１表に示す。
なお、ストロークが７ｍｍ以上の場合、判定は○、７ｍｍ未満の場合、判定は×とした。
<Bending correction test>
Each of the test pieces obtained as described above was subjected to a three-point bending correction test by applying a concentrated load to the parallel part 3 while supporting both ends at a fulcrum distance of 182 mm. In this test, a load was applied until a crack occurred in the central test portion, and the maximum displacement (stroke) until the crack occurred was measured using software (WAVE logger).
The results are shown in Table 1.
In addition, when the stroke was 7 mm or more, the determination was ○, and when the stroke was less than 7 mm, the determination was ×.
第１表に示すように、発明鋼１〜２５は、いずれも疲労強度が高く、矯正性に優れることがわかった。
発明鋼１〜２５のような鋼材は熱間加工後に調質処理（焼入れ・焼戻し）を省略することができる非調質鋼とも言える。これらの鋼材は強度（特に疲労強度）と製造性（特に曲げ矯正性）とが共に優れるので、例えば熱間加工（熱間鍛造等）および機械加工によって部品形状に成形した後、軟窒化処理等の高強度化処理を行った後、容易に矯正して元の形状に戻すことができる。したがって、クランクシャフト等の自動車用部品として好ましく用いることができる。
As shown in Table 1, it was found that the inventive steels 1 to 25 all have high fatigue strength and excellent straightening properties.
It can be said that steel materials such as invention steels 1 to 25 are non-tempered steels that can omit tempering treatment (quenching / tempering) after hot working. These steel materials are excellent in both strength (particularly fatigue strength) and manufacturability (particularly bend straightening). For example, after forming into a part shape by hot working (hot forging, etc.) and machining, soft nitriding treatment, etc. Can be easily corrected and returned to its original shape. Therefore, it can be preferably used as an automotive part such as a crankshaft.
これに対して、比較鋼Ａは曲げ矯正性が劣る。これは式３の値が低すぎるためと考えられる。
また、比較鋼Ｂは疲労強度が劣る。これは比較鋼Ｂが式３の値が高すぎるためと考えられる。
また、比較鋼Ｃは疲労強度が劣る。これは比較鋼Ｃが式２の値が低すぎるためと考えられる。
また、比較鋼Ｄは条件１において疲労強度が劣る。これは比較鋼Ｄが式１の値が低すぎるためと考えられる。
また、比較鋼Ｅは条件２において曲げ矯正性が劣る。これは比較鋼Ｅのｓ−Ａｌ含有率が高すぎるためと考えられる。
さらに、比較鋼Ｆは曲げ矯正性が劣る。これは比較鋼ＦのＣｒが高すぎるためと考えられる。
On the other hand, the comparative steel A is inferior in bending straightness. This is probably because the value of Equation 3 is too low.
Moreover, the comparative steel B is inferior in fatigue strength. This is considered because the value of Formula 3 is too high for the comparative steel B.
Moreover, the comparative steel C is inferior in fatigue strength. This is considered because the value of Formula 2 is too low for the comparative steel C.
Moreover, the comparative steel D is inferior in fatigue strength in the condition 1. This is considered because the value of Formula 1 is too low for the comparative steel D.
Moreover, the comparative steel E is inferior in the straightening property in the condition 2. This is considered because the s-Al content of the comparative steel E is too high.
Furthermore, the comparative steel F is inferior in bending straightness. This is presumably because Cr of comparative steel F is too high.
Claims (6)
Ｃ：０．２０〜０．３５％、
Ｓｉ：０．０１〜０．３５％、
Ｍｎ：０．５５〜１．５０％、
Ｃｕ：０．６０％以下、
Ｎｉ：０．３０％以下、
Ｓ：０．０１〜０．１５％、
Ｃｒ：０．０１〜０．２０％、
Ｍｏ：０．０１〜０．０５％、
ｓ−Ａｌ：０．０２０％以下、
Ｔｉ：０．０４０％以下、
Ｎ：０．００３〜０．０３０％、
Ｃａ：０．０００３〜０．００６０％、
Ｏ：０．０１０％以下
で含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、
式１＝Ｃ＋０．０７×Ｓｉ＋０．１６×Ｍｎ＋０．１９×Ｃｕ＋０．１７×Ｎｉ＋０．２０×Ｃｒ＋０．４０×Ｍｏ
と定義した場合に、式１≧０．４３を満たし、
式２＝０．５５×Ｃ＋０．０６×Ｓｉ＋０．１８×Ｍｎ＋０．０９×Ｃｕ＋０．４７×Ｍｏ＋Ｃｒ
と定義した場合に、式２≧０．３８を満たし、
式３＝１１×Ｃａ／（Ｎ＋１．５×Ｏ）
と定義した場合に、１．７７≦式３≦３．２０を満たす鋼材。 % By mass
C: 0.20 to 0.35%,
Si: 0.01 to 0.35%,
Mn: 0.55 to 1.50%,
Cu: 0.60% or less,
Ni: 0.30% or less,
S: 0.01 to 0.15%,
Cr: 0.01-0.20%,
Mo: 0.01 to 0.05%,
s-Al: 0.020% or less,
Ti: 0.040% or less,
N: 0.003-0.030%,
Ca: 0.0003 to 0.0060%,
O: It is contained at 0.010% or less, and the balance consists of Fe and inevitable impurities,
Formula 1 = C + 0.07 × Si + 0.16 × Mn + 0.19 × Cu + 0.17 × Ni + 0.20 × Cr + 0.40 × Mo
And satisfying the formula 1 ≧ 0.43,
Formula 2 = 0.55 × C + 0.06 × Si + 0.18 × Mn + 0.09 × Cu + 0.47 × Mo + Cr
When satisfying the formula 2 ≧ 0.38,
Formula 3 = 11 × Ca / (N + 1.5 × O)
Steel material that satisfies 1.77 ≦ expression 3 ≦ 3.20.
Ｓ１：圧延方向に平行な断面の１ｍｍ2中における直径１．５μｍ以上でＣａを２．０％以上含有する硫化物の個数（個／ｍｍ2）とし、
式４＝Ｓ１／Ｓ０
と定義した場合に、式４≧０．１５を満たす、請求項１に記載の鋼材。 S0: Total number of sulfides having a diameter of 1.5 μm or more (pieces / mm 2 ) in 1 mm 2 of a cross section parallel to the rolling direction,
S1: The number of sulfides (diameter / mm 2 ) having a diameter of 1.5 μm or more in 1 mm 2 of a cross section parallel to the rolling direction and containing 2.0% or more of Ca,
Formula 4 = S1 / S0
The steel material according to claim 1, wherein the formula 4 ≧ 0.15 is satisfied.
Ｖ：０．５％以下、
Ｎｂ：０．５％以下、および
Ｗ：２．０％以下
からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有する、請求項１または２に記載の鋼材。 In addition,
V: 0.5% or less,
The steel material according to claim 1 or 2, comprising at least one selected from the group consisting of Nb: 0.5% or less and W: 2.0% or less.
Ｂｉ：０．３％以下、
Ｐｂ：０．３％以下、
Ｍｇ：０．０２０％以下、
Ｓｅ：０．３０％以下、
Ｔｅ：０．１５％以下、
Ｓｎ：０．０４％以下、
Ｓｂ：０．０４％以下、
ＲＥＭ：０．０５％以下、
Ｚｒ：０．５％以下、
Ｂ：０．０１５％以下
のうち１種または２種以上を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の鋼材。 In addition,
Bi: 0.3% or less,
Pb: 0.3% or less,
Mg: 0.020% or less,
Se: 0.30% or less,
Te: 0.15% or less,
Sn: 0.04% or less,
Sb: 0.04% or less,
REM: 0.05% or less,
Zr: 0.5% or less,
B: The steel material in any one of Claims 1-3 containing 1 type, or 2 or more types among 0.015% or less.
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