JP2018035409A - High-strength hot-forged non-heat-treated steel component - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-strength hot-forged non-heat-treated steel component.SOLUTION: A high-strength hot-forged non-heat-treated steel component contains, as its chemical components, in unit mass%, C: 0.50-0.65%, Si: 0.60-1.20%, Mn: 0.60-1.00%, P: 0.040-0.060%, S: 0.060-0.100%, Cr: 0.05-0.20%, V: 0.25-0.40%, and N: 0.0020-0.0080%, and further contains one or more selected from the group consisting of Sb: 0.0001-0.0050%, Sn: 0.0001-0.0050%, Te: 0.0001-0.0050% and Pb: 0.0001-0.0050%, with the balance being Fe and inevitable impurities, wherein the steel structure is ferrite-perlite, and the ferrite structure of them has an area ratio of 20 area% or more.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、高強度熱間鍛造非調質鋼部品に関するものである。   The present invention relates to a high-strength hot-forged non-tempered steel part.

自動車エンジン用部品および足廻り用部品では、熱間鍛造で成形を行い、次いで焼入れ焼戻しといった熱処理を行い(以降、熱処理が行われる部品を調質部品と称する)、または、熱処理を適用することなく(以降、熱処理が行われない部品を非調質部品と称する)、適用する部品に必要な機械特性を確保する。最近は製造工程における経済効率性の観点から、調質を省略して製造された部品、すなわち、非調質部品が多く普及している。   For automobile engine parts and undercarriage parts, hot forging is performed, followed by heat treatment such as quenching and tempering (hereinafter, heat treated parts are referred to as tempered parts), or without applying heat treatment. (Hereinafter, parts that are not heat-treated are referred to as non-heat treated parts), and the mechanical properties necessary for the applied parts are ensured. Recently, from the viewpoint of economic efficiency in the manufacturing process, many parts manufactured by omitting tempering, that is, non-tempered parts are widely used.

自動車エンジン用部品の事例として、コネクティングロッド(以降、コンロッドと称する)が挙げられる。この部品は、エンジン内でピストンの往復運動をクランクシャフトによる回転運動に変換する際に、動力を伝達する部品である。コンロッドは、クランクシャフトのピン部と称される偏芯部位をコンロッドのキャップ部とロッド部とで挟み込んで締結し、ピン部とコンロッドの締結部とが回転摺動する機構によって動力を伝達する。このキャップ部とロッド部との締結を効率化するために、近年、破断分離型コンロッドが多く採用されている。   Examples of parts for automobile engines include a connecting rod (hereinafter referred to as a connecting rod). This component is a component that transmits power when the reciprocating motion of the piston is converted into the rotational motion by the crankshaft in the engine. The connecting rod clamps an eccentric portion called a pin portion of the crankshaft sandwiched between the cap portion and the rod portion of the connecting rod, and transmits power by a mechanism in which the pin portion and the connecting portion of the connecting rod rotate and slide. In order to make the fastening of the cap part and the rod part efficient, in recent years, a fracture separation type connecting rod has been widely used.

破断分離型コンロッドとは、熱間鍛造等でキャップ部とロッド部とが一体となった形状に鋼材を成形した後、キャップ部とロッド部との境界に相当する部分に切欠きを入れて、破断分離する工法を採用したものである。この工法では、キャップ部及びロッド部の合わせ面において破断分離した破面同士を嵌合させるので、合わせ面の機械加工が不要な上に、位置合わせのために施す加工も必要に応じて省略できる。これらから、部品の加工工程を大幅に削減でき、部品製造時の経済効率性は大幅に向上する。このような工法で製造される破断分離型コンロッドには、破断面の破壊形態が脆性的であり、破断分離による破面近傍の変形量が小さく、且つ破断分離による欠け発生量が小さいこと、すなわち破断分離性が良好であることが求められる。   The fracture separation type connecting rod is a steel material formed into a shape in which the cap part and the rod part are integrated by hot forging etc., and then a notch is made in the part corresponding to the boundary between the cap part and the rod part, A method of breaking and separating is adopted. In this construction method, the fracture surfaces separated by breakage at the mating surfaces of the cap portion and the rod portion are fitted to each other, so that machining of the mating surfaces is unnecessary and processing for alignment can be omitted as necessary. . As a result, the machining process for the parts can be greatly reduced, and the economic efficiency during the production of the parts can be greatly improved. In the fracture separation type connecting rod manufactured by such a construction method, the fracture form of the fracture surface is brittle, the deformation near the fracture surface due to fracture separation is small, and the amount of chipping due to fracture separation is small, that is, It is required that the fracture separation is good.

破断分離型コンロッドに供する鋼材として、欧米で普及しているのは、DIN規格のC70S6である。これは0.7質量%のCを含む高炭素非調質鋼であり、破断分離時の寸法変化を抑えるために、その金属組織を延性及び靭性の低いパーライト組織としたものである。C70S6は、破断時の破断面近傍の塑性変形量が小さいので破断分離性に優れる一方、現行のコンロッド用鋼である中炭素非調質鋼のフェライト・パーライト組織に比べて組織が粗大であるので、降伏比(=降伏強さ/引張強さ)が低く、高い座屈強度が要求される高強度コンロッドには適用できないという問題がある。   As a steel material to be used for the fracture separation type connecting rod, DIN standard C70S6 is widely used in Europe and the United States. This is a high carbon non-tempered steel containing 0.7% by mass of C, and its metal structure is a pearlite structure with low ductility and toughness in order to suppress dimensional change during fracture separation. C70S6 is excellent in fracture separability due to its small plastic deformation in the vicinity of the fractured surface at the time of fracture, while it has a coarser structure than the ferrite-pearlite structure of medium carbon non-tempered steel that is the current steel for connecting rods. The yield ratio (= yield strength / tensile strength) is low, and there is a problem that it cannot be applied to a high-strength connecting rod that requires high buckling strength.

鋼材の降伏比を高めるためには、炭素量を低減し、フェライト分率を増加させることが必要である。しかしながら、フェライト分率を増加させると鋼材の延性が向上して、破断分離時に塑性変形量が大きくなり、クランクシャフトのピン部に締結されるコンロッド摺動部の形状変形が増大し、コンロッド摺動部の真円度が低下するといった部品性能上の問題が発生する。   In order to increase the yield ratio of steel, it is necessary to reduce the carbon content and increase the ferrite fraction. However, increasing the ferrite fraction improves the ductility of the steel material, increases the amount of plastic deformation during fracture separation, increases the shape deformation of the connecting rod sliding portion fastened to the pin portion of the crankshaft, and connects the connecting rod. There arises a problem in the performance of the parts such as the roundness of the part is lowered.

高強度の破断分離型コンロッドに好適な鋼材としては、いくつかの非調質鋼が提案されている。例えば、特許文献1および特許文献2には、鋼材にSiまたはPのような脆化元素を多量に添加し、材料自体の延性および靭性を低下させることによって破断分離性を改善する技術が記載されている。特許文献3および特許文献4には、第二相粒子による析出強化を利用してフェライトの延性および靭性を低下させることによって鋼材の破断分離性を改善する技術が記載されている。さらに、特許文献5〜7には、Mn硫化物の形態を制御することによって鋼材の破断分離性を改善する技術が記載されている。   Several non-tempered steels have been proposed as steel materials suitable for high strength fracture separation type connecting rods. For example, Patent Document 1 and Patent Document 2 describe a technique for improving fracture separability by adding a large amount of an embrittlement element such as Si or P to a steel material and reducing the ductility and toughness of the material itself. ing. Patent Document 3 and Patent Document 4 describe a technique for improving the fracture separability of a steel material by reducing precipitation ductility and toughness of ferrite using precipitation strengthening by second phase particles. Furthermore, Patent Documents 5 to 7 describe techniques for improving the fracture separability of steel materials by controlling the form of Mn sulfide.

一方、近年は高出力ディーゼルエンジンあるいはターボエンジンの普及によるエンジン出力増大に伴い、コンロッドの高強度化ニーズが高まっている。この高強度化手段の一つとして、例えば、特許文献1〜7に記載の技術では、Vを多量に添加し、微細なVCによる鋼の析出強化が利用されてきた。合金炭化物を生成する元素の中でもVは、熱間鍛造前の加熱(1250℃前後)で鋼材への固溶量が多く、析出強化量が多く得られる。しかしながら、鋼材においてVの固溶量には限界があり、VCの析出強化によるより一層の高強度化は難しい。   On the other hand, in recent years, with the increase in engine output due to the widespread use of high-power diesel engines or turbo engines, there is an increasing need for higher strength connecting rods. As one of the means for increasing the strength, for example, in the techniques described in Patent Documents 1 to 7, a large amount of V is added, and precipitation precipitation of steel by fine VC has been used. Among the elements that generate alloy carbides, V has a large amount of solid solution in the steel material by heating before hot forging (around 1250 ° C.), and a large amount of precipitation strengthening can be obtained. However, there is a limit to the amount of V dissolved in steel materials, and it is difficult to further increase the strength by precipitation strengthening of VC.

以上のように、近年のコンロッドの高強度化要求に対応可能な、優れた強度を有する破断分離型コンロッドを製造可能な鋼は、現状では得られていないのが実情である。   As described above, the present situation is that no steel that can meet the recent demands for increasing the strength of connecting rods and that can produce a fractured separating type connecting rod having excellent strength has not been obtained.

特許第3637375号公報Japanese Patent No. 3637375 特許第3756307号公報Japanese Patent No. 3756307 特許第3355132号公報Japanese Patent No. 3355132 特許第3988661号公報Japanese Patent No. 3988661 特許第4314851号公報Japanese Patent No. 4314851 特許第3671688号公報Japanese Patent No. 3671688 特許第4268194号公報Japanese Patent No. 4268194

本発明は上記の実情に鑑み、優れた強度、優れた降伏強さ及び降伏比を有する高強度熱間鍛造非調質鋼部品を提供することを目的とする。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a high-strength hot-forged non-tempered steel part having excellent strength, excellent yield strength, and yield ratio.

上述の課題を解決するために、本発明者らは、優れた強度、優れた降伏強さ及び降伏比を有する高強度熱間鍛造非調質鋼部品(以下の説明において、「高強度熱間鍛造非調質鋼部品」を単に「鋼」と記載する場合がある)を実現する方策について鋭意検討した。その結果、以下の(a)〜(d)の知見を得た。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have developed a high-strength hot forged non-tempered steel part having excellent strength, excellent yield strength and yield ratio (in the following description, “high-strength hot We have eagerly studied how to realize “forged non-tempered steel parts” as simply “steel”. As a result, the following findings (a) to (d) were obtained.

(a)フェライト・パーライト組織の鋼の引張強度を増大させるためにC含有量を増大させると、降伏比が低下する。何故なら、C含有量増大に伴う引張強さの増大量に対して、降伏強さの増大量は小さいからである。これは、フェライト主体のフェライト・パーライト組織を有する比較的C含有量が低い鋼は、引張破断時に降伏点現象(不連続降伏)が生じるのに対して、パーライト主体のフェライト・パーライト組織を有する比較的C含有量が高い鋼は、引張破断時の降伏の形態が、弾性変形から塑性変形への遷移がなめらかである連続降伏となるからである。   (A) When the C content is increased in order to increase the tensile strength of steel having a ferrite and pearlite structure, the yield ratio decreases. This is because the increase in yield strength is small relative to the increase in tensile strength associated with an increase in C content. This is because steel with a ferrite-pearlite structure mainly composed of ferrite and having a relatively low C content exhibits a yield point phenomenon (discontinuous yield) at the time of tensile fracture, whereas it has a pearlite-based ferrite-pearlite structure. This is because a steel having a high target C content has a continuous yield with a smooth transition from elastic deformation to plastic deformation at the time of tensile fracture.

(b)本発明者らは、C含有量を増大させながらフェライト量の減少を抑制する手段について検討を重ねた。その結果、フェライト変態の核となるMn硫化物を微細分散させることにより、鋼の製造中にフェライト変態を促進させ、フェライト・パーライト組織中のフェライト組織の量を増加させることができることを見出した。フェライト・パーライト組織中のフェライト組織の面積率を20面積%以上にすることにより、高炭素組成でも降伏点現象が生じ、高い降伏比が得られることを見出した。   (B) The inventors have repeatedly studied a means for suppressing the decrease in the ferrite content while increasing the C content. As a result, it has been found that by finely dispersing Mn sulfide which is the core of ferrite transformation, ferrite transformation can be promoted during the production of steel, and the amount of ferrite structure in the ferrite-pearlite structure can be increased. It has been found that by setting the area ratio of the ferrite structure in the ferrite-pearlite structure to 20 area% or more, a yield point phenomenon occurs even at a high carbon composition, and a high yield ratio can be obtained.

(c)本発明者らは、MnおよびSの含有量を所定範囲内として破断分離性を保ちながら、Mn硫化物を微細分散するための別の手段について検討を重ねた。その結果、微量のSb、Sn、Te及びPbからなる群から選択される1種または2種以上を含有することが有効であることを見出した。   (C) The inventors of the present invention repeatedly studied another means for finely dispersing Mn sulfide while maintaining the break separation property by setting the contents of Mn and S within a predetermined range. As a result, it has been found that it is effective to contain one or more selected from the group consisting of trace amounts of Sb, Sn, Te and Pb.

(d)本発明者らは、C含有量を高め、且つフェライト・パーライト組織中のフェライト組織の面積率を高めることに加えて、VCによる析出強化を組み合わせることで降伏比が向上し、さらに降伏強さが向上することを見出した。   (D) In addition to increasing the C content and increasing the area ratio of the ferrite structure in the ferrite and pearlite structure, the inventors have improved the yield ratio by combining precipitation strengthening with VC. We found that the strength was improved.

以上のような(a)〜(d)の知見に基づき、鋼中に微量のSb、Sn、Te及びPbからなる群から選択される1種または2種以上を含有することによりMn硫化物を微細分散させることにより、C含有量が0.50%以上の高炭素組成でありながらフェライト・パーライト組織中のフェライト組織の面積率を20面積%以上とすれば鋼の降伏比が向上し、さらに降伏強さを向上させ得ることを見出し、本発明をなすに至った。   Based on the knowledge of (a) to (d) as described above, Mn sulfide is contained by containing one or more selected from the group consisting of trace amounts of Sb, Sn, Te and Pb in the steel. By finely dispersing the steel, the yield ratio of the steel is improved if the area ratio of the ferrite structure in the ferrite / pearlite structure is 20 area% or more while having a high carbon composition with a C content of 0.50% or more. It has been found that the yield strength can be improved, and the present invention has been made.

その発明の要旨とするところは、次の通りである。
(1)本発明の一態様に係る高強度熱間鍛造非調質鋼部品は、化学成分が、単位質量%で、C:0.50〜0.65%、Si:0.60〜1.20%、Mn:0.60〜1.00%、P:0.040〜0.060%、S:0.060〜0.100%、Cr:0.05〜0.20%、V:0.25〜0.40%、N:0.0020〜0.0080%を含有し、さらにSb:0.0001〜0.0050%、Sn:0.0001〜0.0050%、Te:0.0001〜0.0050%及びPb:0.0001〜0.0050%からなる群から選択される1種または2種以上を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、鋼組織がフェライト・パーライトであり、そのうちフェライト組織の面積率が20面積%以上であることを特徴とする。
(2)本発明において、さらに、前記化学成分が、単位質量%で、Ti:0.10%以下及びNb:0.05%以下からなる群から選択される1種または2種を含有することができる。
(3)本発明において、さらに、前記化学成分が、単位質量%で、Ca:0.005%以下、Zr:0.005%以下及びMg:0.005%以下からなる群から選択される1種または2種以上を含有することができる。
The gist of the invention is as follows.
(1) The high strength hot forged non-heat treated steel part according to one aspect of the present invention has a chemical composition of unit mass%, C: 0.50 to 0.65%, Si: 0.60 to 1. 20%, Mn: 0.60 to 1.00%, P: 0.040 to 0.060%, S: 0.060 to 0.100%, Cr: 0.05 to 0.20%, V: 0 .25 to 0.40%, N: 0.0020 to 0.0080%, Sb: 0.0001 to 0.0050%, Sn: 0.0001 to 0.0050%, Te: 0.0001 ~ 0.0050% and Pb: contain 0.001% to 0.0050% or more selected from the group consisting of 0.0001% and 0.0050%, the balance is Fe and inevitable impurities, the steel structure is ferrite pearlite Yes, of which the area ratio of the ferrite structure is 20% by area or more
(2) In the present invention, the chemical component further contains one or two selected from the group consisting of Ti: 0.10% or less and Nb: 0.05% or less in unit mass%. Can do.
(3) In the present invention, the chemical component is further selected from the group consisting of Ca: 0.005% or less, Zr: 0.005% or less, and Mg: 0.005% or less in unit mass%. It can contain seeds or two or more.

本発明によれば、優れた強度、優れた降伏強さ及び降伏比を有する破断分離型高強度コンロッドなどの高強度熱間鍛造非調質鋼部品を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a high-strength hot-forged non-heat treated steel part such as a break-separated high-strength connecting rod having excellent strength, excellent yield strength and yield ratio.

本実施形態に係る高強度熱間鍛造非調質鋼部品の一例である破断分離型コンロッドを示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the fracture | rupture isolation | separation type | mold connecting rod which is an example of the high intensity | strength hot forging non-heat-treated steel part which concerns on this embodiment.

図1は、本発明に係る高強度熱間鍛造非調質鋼部品からなる破断分離型コンロッドの一例を示す分解斜視図である。
この例の破断分離型コンロッド1は、図1に示すように、上下に分割されたロッド付半円弧状のアッパ側半割体2と、半円弧状のロア側半割体3とから構成されている。
アッパ側半割体2の半円弧部2Aの両端側にはそれぞれ、ロア側半割体3に固定するためのねじ溝を有するねじ孔5が形成されている。ロア側半割体3の半円弧部3Aの両端側にはそれぞれ、アッパ側半割体2に固定するための挿通孔6が形成されている。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an example of a fracture separation type connecting rod made of a high strength hot forged non-heat treated steel part according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the fracture separation type connecting rod 1 of this example is composed of a semicircular arc-shaped upper half halved body 2 and a semicircular arc-shaped lower half halved body 3 that are divided vertically. ing.
Screw holes 5 having thread grooves for fixing to the lower half half 3 are formed on both end sides of the semicircular arc portion 2A of the upper half half 2. Insertion holes 6 for fixing to the upper half halves 2 are formed at both ends of the semicircular arc portion 3A of the lower half halves 3 respectively.

アッパ側半割体2の半円弧部2Aとロア側半割体3の半円弧部3Aとを円環状に合わせて、相互の両端側の挿通孔6とねじ孔5に結合ボルト7を挿通し、螺合することで円環状のビッグエンド部8が構成されている。アッパ側半割体2のロッド部2Bの上端側には、円環状のスモールエンド部9が形成されている。   The semicircular arc portion 2A of the upper half half 2 and the semicircular arc portion 3A of the lower half half 3 are aligned in an annular shape, and the coupling bolts 7 are inserted into the insertion holes 6 and the screw holes 5 on both ends. The annular big end portion 8 is configured by screwing. An annular small end portion 9 is formed on the upper end side of the rod portion 2 </ b> B of the upper side half body 2.

図1に示す構造の破断分離型コンロッド1は、自動車エンジン等の内燃機関のピストンの往復運動を回転運動に変換するために内燃機関に組み込まれる。スモールエンド部9が図示略のピストンに接続され、ビッグエンド部8が内燃機関のコネクティングロッドジャーナル(図示略)に接続される。   1 is incorporated in an internal combustion engine in order to convert the reciprocating motion of a piston of an internal combustion engine such as an automobile engine into a rotational motion. The small end portion 9 is connected to a piston (not shown), and the big end portion 8 is connected to a connecting rod journal (not shown) of the internal combustion engine.

本実施形態の破断分離型コンロッド1は、以下に説明する成分、組織、及びMn硫化物分散状態を備える高強度熱間鍛造非調質鋼から形成され、アッパ側半割体2の半円弧部2Aとロア側半割体3の半円弧部3Aとは、元々1つの円環状部品であった部分を脆性破断して形成される。破断分離型コンロッド1の製造方法の一例として、熱間鍛造品の一部に切欠きを設けてその切欠きを起点として脆性的に破断分離して、アッパ側半割体2の半円弧部2Aの突き合わせ面2aと、ロア側半割体3の半円弧部3Aの突き合わせ面3aとを形成する方法が挙げられる。これらの突き合わせ面2a、3aは、元々1つの部材を破断分離して形成しているので、良好な位置合わせ精度で突合せが可能となる。   The fracture separation type connecting rod 1 of the present embodiment is formed from a high-strength hot-forged non-heat treated steel having the components, structure, and Mn sulfide dispersed state described below, and a semicircular arc portion of the upper half halved body 2 2A and the semicircular arc portion 3A of the lower half half 3 are formed by brittle fracture of a portion that was originally one annular component. As an example of the manufacturing method of the fracture separation type connecting rod 1, a notch is provided in a part of a hot forged product, and the fracture is separated brittlely starting from the notch. And a butting surface 3 a of the semicircular arc portion 3 </ b> A of the lower half half 3. Since these abutting surfaces 2a and 3a are originally formed by breaking and separating one member, they can be abutted with good alignment accuracy.

この構造の破断分離型コンロッド1は、突き合わせ面の新たな加工や位置決めピンが不要となり、大幅な製造工程の簡略化がなされる。   The break-separated connecting rod 1 having this structure eliminates the need for new processing of the abutting surface and positioning pins, and greatly simplifies the manufacturing process.

以下、破断分離型コンロッド1を構成する高強度熱間鍛造用非調質鋼について説明する。
破断分離型コンロッド1は、一例として、化学成分が、単位質量%で、C:0.50〜0.65%、Si:0.60〜1.20%、Mn:0.60〜1.00%、P:0.040〜0.060%、S:0.060〜0.100%、Cr:0.05〜0.20%、V:0.25〜0.40%、N:0.0020〜0.0080%を含有し、さらにSb:0.0001〜0.0050%、Sn:0.0001〜0.0050%、Te:0.0001〜0.0050%及びPb:0.0001〜0.0050%からなる群から選択される1種または2種以上を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、鋼組織がフェライト・パーライトであり、そのうちフェライト組織の面積率が20面積%以上である鋼からなる。この組成の鋼を熱間鍛造して空冷し、非調質鋼とすることで上述の目的組成の高強度熱間鍛造非調質鋼部品が得られる。
Hereinafter, the non-tempered steel for high-strength hot forging constituting the fracture separation type connecting rod 1 will be described.
For example, the fracture separation type connecting rod 1 has a chemical component of unit mass%, C: 0.50 to 0.65%, Si: 0.60 to 1.20%, Mn: 0.60 to 1.00. %, P: 0.040 to 0.060%, S: 0.060 to 0.100%, Cr: 0.05 to 0.20%, V: 0.25 to 0.40%, N: 0.00. 0020-0.0080%, Sb: 0.0001-0.0050%, Sn: 0.0001-0.0050%, Te: 0.0001-0.0050% and Pb: 0.0001- It contains one or more selected from the group consisting of 0.0050%, the balance consists of Fe and inevitable impurities, the steel structure is ferrite pearlite, of which the area ratio of the ferrite structure is 20 area% It consists of the above steel. A steel with this composition is hot forged, air-cooled, and made into non-tempered steel, thereby obtaining a high-strength hot-forged non-tempered steel part with the above-mentioned target composition.

<鋼成分>
先ず本実施形態に係る高強度熱間鍛造非調質鋼部品の成分組成の限定理由について説明する。
<Steel component>
First, the reasons for limiting the component composition of the high-strength hot-forged non-tempered steel part according to this embodiment will be described.

(C:0.50〜0.65%)
Cは、高強度熱間鍛造非調質鋼部品の引張強さを確保する効果を有する。必要な強度を得るには、C含有量の下限を0.50%にする必要がある。なお、C含有量を0.50%以上とした場合、通常であれば鋼の金属組織(鋼組織)に含まれるフェライト量が20面積%未満となり、鋼の降伏比が低くなる。しかし、本実施形態に係る鋼は、後述されるように所定範囲内のMn、S、Sb、Sn、TeおよびPbを含むことによりMn硫化物が微細分散されているので、C含有量を0.50%以上としながらフェライト量を20面積%以上とすることができる。C含有量の好ましい下限は、0.52%、0.55%、または0.58%である。
(C: 0.50 to 0.65%)
C has the effect of ensuring the tensile strength of the high-strength hot-forged non-tempered steel part. In order to obtain the required strength, the lower limit of the C content needs to be 0.50%. When the C content is 0.50% or more, the ferrite content contained in the steel metal structure (steel structure) is usually less than 20 area%, and the yield ratio of the steel is lowered. However, since the steel according to the present embodiment contains Mn, S, Sb, Sn, Te and Pb within a predetermined range as will be described later, Mn sulfide is finely dispersed. The ferrite content can be 20% by area or more while maintaining 50% or more. A preferable lower limit of the C content is 0.52%, 0.55%, or 0.58%.

しかし、C含有量が0.65%を超えた場合、Mn硫化物が本実施形態に係る鋼の如く微細分散されていても、鋼のフェライト量が不足する。フェライト量の不足は、引張強さに対する降伏強さの比(降伏比)の低下を招く。従って、C含有量の上限を0.65%とする。C含有量の好ましい上限は、0.63%、0.60%、または0.59%である。   However, when the C content exceeds 0.65%, the amount of ferrite in the steel is insufficient even if the Mn sulfide is finely dispersed as in the steel according to the present embodiment. Insufficient amount of ferrite leads to a decrease in the ratio of yield strength to yield strength (yield ratio). Therefore, the upper limit of the C content is set to 0.65%. The upper limit with preferable C content is 0.63%, 0.60%, or 0.59%.

なお、本実施形態において、元素の含有量に関し、0.50〜0.65%のように範囲を記載した場合、特に記載しない限り上限及び下限の数値を含む範囲とする。よって、0.50〜0.65%は0.50%以上、0.65%以下の範囲を意味する。   In the present embodiment, regarding the element content, when a range is described as 0.50 to 0.65%, unless otherwise specified, the range includes upper and lower limit numerical values. Therefore, 0.50 to 0.65% means a range of 0.50% or more and 0.65% or less.

(Si:0.60〜1.20%)
Siは、固溶強化によってフェライトを強化し、鋼の延性及び靭性を低下させる。鋼の延性及び靭性の低下は、破断時の破断面近傍の塑性変形量を小さくし破断分離性を向上させる。この効果を得るためには、Si含有量の下限を0.60%にする必要がある。一方、Siを過剰に含有すると破断面の欠けが発生する頻度が上昇するので、Si含有量の上限を1.20%とする。Si含有量の好ましい下限は、0.70%、0.80%、または0.85%である。Si含有量の好ましい上限は、1.00%、0.95%、または0.90%である。
(Si: 0.60 to 1.20%)
Si strengthens ferrite by solid solution strengthening, and lowers the ductility and toughness of steel. The decrease in ductility and toughness of steel reduces the amount of plastic deformation near the fracture surface at the time of fracture and improves fracture separability. In order to obtain this effect, the lower limit of the Si content needs to be 0.60%. On the other hand, if Si is excessively contained, the frequency of occurrence of chipping of the fracture surface increases, so the upper limit of Si content is 1.20%. A preferable lower limit of the Si content is 0.70%, 0.80%, or 0.85%. The upper limit with preferable Si content is 1.00%, 0.95%, or 0.90%.

(Mn:0.60〜1.00%)
Mnは、固溶強化によってフェライトを強化し、鋼の延性及び靭性を低下させる。鋼の延性及び靭性の低下は、破断時の破断面近傍の塑性変形量を小さくし、破断分離性を向上させる。また、Mnは、Sと結合してMn硫化物を形成する。このMn硫化物は、熱間鍛造による部品成形後の冷却過程においてフェライト変態の核となり、フェライト量を増大させる効果がある。一方、Mnを過剰に含有する場合、フェライトが硬くなりすぎて、破断時の欠けが発生する頻度が増加する。これらに鑑みて、Mn含有量の範囲は、0.60〜1.00%である。Mn含有量の好ましい下限は、0.70%、0.80%、または0.85%である。Mn含有量の好ましい上限は、0.95%、0.92%、または0.90%である。
(Mn: 0.60 to 1.00%)
Mn strengthens ferrite by solid solution strengthening, and lowers the ductility and toughness of steel. The decrease in the ductility and toughness of the steel reduces the amount of plastic deformation near the fracture surface at the time of fracture, and improves the fracture separability. Mn combines with S to form Mn sulfide. This Mn sulfide becomes the nucleus of ferrite transformation in the cooling process after forming a part by hot forging, and has the effect of increasing the amount of ferrite. On the other hand, when Mn is contained excessively, the ferrite becomes too hard and the frequency of occurrence of chipping at the time of fracture increases. In view of these, the range of Mn content is 0.60 to 1.00%. A preferable lower limit of the Mn content is 0.70%, 0.80%, or 0.85%. The upper limit with preferable Mn content is 0.95%, 0.92%, or 0.90%.

(P:0.040〜0.060%)
Pは、フェライト及びパーライトの延性及び靭性を低下させる。延性及び靭性の低下は、鋼の破断時の破断面近傍の塑性変形量を小さくし、破断分離性を向上させる効果を有する。ただし、Pは上述の効果を生じさせると同時に、結晶粒界の脆化を引き起こし破断面の欠けを発生しやすくする効果も顕著に生じさせる。以上を考慮すれば、P含有量の範囲は、0.040〜0.060%である。P含有量の好ましい下限は、0.042%、0.045%、または0.048%である。P含有量の好ましい上限は、0.055%、0.053%、または0.050%である。
(P: 0.040-0.060%)
P reduces the ductility and toughness of ferrite and pearlite. The reduction in ductility and toughness has the effect of reducing the amount of plastic deformation in the vicinity of the fracture surface at the time of fracture of the steel and improving the fracture separability. However, P causes the above-described effects and at the same time, the effect of causing embrittlement of the grain boundaries and facilitating chipping of the fracture surface. Considering the above, the range of the P content is 0.040 to 0.060%. The minimum with preferable P content is 0.042%, 0.045%, or 0.048%. A preferable upper limit of the P content is 0.055%, 0.053%, or 0.050%.

(S:0.060〜0.100%)
Sは、Mnと結合してMn硫化物を形成する。このMn硫化物は、熱間鍛造による部品成形後の冷却過程においてフェライト変態の核となり、フェライト量を増大させる効果がある。その効果を得るためには、S含有量の下限を0.060%にする必要がある。他方、Sを過剰に含有させると、破断分割時の破断面近傍の塑性変形量が増大し、破断分離性が低下する場合が発生することがある。これに加えて、Sを過剰に含有させると、破断面の欠けを助長することがある。以上から、S含有量の範囲を0.060〜0.100%とする。S含有量の好ましい下限は、0.070%、0.072%、または0.075%である。S含有量の好ましい上限は、0.095%、0.090%、または0.085%である。
(S: 0.060-0.100%)
S combines with Mn to form Mn sulfide. This Mn sulfide becomes the nucleus of ferrite transformation in the cooling process after forming a part by hot forging, and has the effect of increasing the amount of ferrite. In order to obtain the effect, the lower limit of the S content needs to be 0.060%. On the other hand, when S is contained excessively, the amount of plastic deformation in the vicinity of the fracture surface at the time of fracture division may increase, and the fracture separability may decrease. In addition to this, when S is excessively contained, chipping of the fracture surface may be promoted. From the above, the range of S content is set to 0.060 to 0.100%. A preferable lower limit of the S content is 0.070%, 0.072%, or 0.075%. The upper limit with preferable S content is 0.095%, 0.090%, or 0.085%.

なお、微細なMn硫化物は、熱間鍛造による部品成形後の冷却過程においてフェライト変態の核となるので、微細なMn硫化物を析出させるには、フェライト組織生成に寄与する効果がある。鋼中に析出するMn硫化物の総量は、本実施形態の鋼の組成範囲において大きく変動はしないが、微細なMn硫化物が析出している状況は鍛造による加工により延ばされて微細化したMn硫化物の平均アスペクト比が小さいことで表現できる。   Fine Mn sulfide becomes the nucleus of ferrite transformation in the cooling process after forming a part by hot forging. Therefore, precipitation of fine Mn sulfide has the effect of contributing to ferrite structure formation. The total amount of Mn sulfide precipitated in the steel does not vary greatly in the composition range of the steel of this embodiment, but the situation in which fine Mn sulfide is precipitated is extended by processing by forging and refined. This can be expressed by the small average aspect ratio of Mn sulfide.

Mn硫化物のアスペクト比とは、Mn硫化物の長軸の長さをMn硫化物の短軸の長さで割って得られる値である。Mn硫化物の平均アスペクト比は、長手方向の平行断面を垂直方向から組織を観察することで測定される、Mn硫化物のアスペクト比の平均値である。
この意味から、微細なMn硫化物の平均アスペクト比は、1.1〜1.4程度の範囲であることが望ましい。
The aspect ratio of Mn sulfide is a value obtained by dividing the length of the major axis of Mn sulfide by the length of the minor axis of Mn sulfide. The average aspect ratio of the Mn sulfide is an average value of the aspect ratio of the Mn sulfide measured by observing the structure from the vertical direction of the parallel section in the longitudinal direction.
In this sense, the average aspect ratio of the fine Mn sulfide is desirably in the range of about 1.1 to 1.4.

(Cr:0.05〜0.20%)
Crは、Mnと同様に固溶強化によってフェライトを強化し、延性及び靭性を低下させる。延性及び靭性の低下は、破断時の破断面近傍の塑性変形量を小さくし、破断分離性を向上させる。しかし、Crを過剰に含有すると、パーライトのラメラー間隔が小さくなり、かえってパーライトの延性及び靭性が高くなる。そのため、Crを過剰に含有すると、破断時の破断面近傍の塑性変形量が大きくなり、破断分離性が低下する。さらに、Crを過剰に含有すると、ベイナイト組織が生成しやすくなり、降伏比の低下による降伏強さの低下や破断分離性の顕著な低下が見られる。従って、Cr含有量の範囲を0.05〜0.20%とする。上述の効果に鑑みた場合、Cr含有量の好ましい上限は、0.17%、0.15%、または0.13%である。また、Cr含有量の好ましい下限は、0.07%、0.08%、または0.10%である。
(Cr: 0.05-0.20%)
Cr, like Mn, strengthens ferrite by solid solution strengthening and decreases ductility and toughness. The decrease in ductility and toughness reduces the amount of plastic deformation in the vicinity of the fracture surface at the time of fracture, and improves fracture separability. However, when Cr is contained excessively, the lamellar spacing of pearlite is reduced, and the ductility and toughness of pearlite are increased. For this reason, when Cr is excessively contained, the amount of plastic deformation near the fracture surface at the time of fracture increases, and the fracture separability decreases. Further, when Cr is excessively contained, a bainite structure is easily formed, and a decrease in yield strength due to a decrease in yield ratio and a significant decrease in fracture separation are observed. Therefore, the range of Cr content is made 0.05 to 0.20%. In view of the above effects, the preferable upper limit of the Cr content is 0.17%, 0.15%, or 0.13%. Moreover, the minimum with preferable Cr content is 0.07%, 0.08%, or 0.10%.

(V:0.25〜0.40%)
Vは、熱間鍛造後の冷却時に主に炭化物または炭窒化物を形成してフェライトを強化し、鋼の延性及び靭性を低下させる。延性及び靭性の低下は、破断時の破断面近傍の塑性変形量を小さくして、熱間鍛造部品の破断分離性を良好にする。また、Vは、炭化物または炭窒化物の析出強化により熱間鍛造部品の降伏比を高めるという効果がある。これらの効果を得るためには、V含有量の下限を0.25%にする必要がある。V含有量の下限は、好ましくは0.27%、または0.30%である。一方、Vを過剰に含有してもその効果は飽和するので、V含有量の上限は0.40%である。V含有量の上限は、好ましくは0.35%、0.33%、または0.31%である。
(V: 0.25 to 0.40%)
V mainly forms carbides or carbonitrides during cooling after hot forging, strengthens ferrite, and lowers the ductility and toughness of steel. The decrease in ductility and toughness reduces the amount of plastic deformation in the vicinity of the fracture surface at the time of fracture, and improves the fracture separability of hot forged parts. V has the effect of increasing the yield ratio of hot forged parts by precipitation strengthening of carbides or carbonitrides. In order to obtain these effects, the lower limit of the V content needs to be 0.25%. The lower limit of the V content is preferably 0.27% or 0.30%. On the other hand, since the effect is saturated even if V is contained excessively, the upper limit of V content is 0.40%. The upper limit of the V content is preferably 0.35%, 0.33%, or 0.31%.

(N:0.0020〜0.0080%)
Nは、熱間鍛造後の冷却時に主にV窒化物またはV炭窒化物を形成してフェライトの変態核として働くことによって、フェライト変態を促進する。これにより、Nには、熱間鍛造部品の破断分離性を大幅に損なうベイナイト組織の生成を抑制する効果がある。この効果を得るには、N含有量の下限を0.0020%とする。Nを過剰に含有すると熱間延性が低下し、熱間加工時に割れまたは疵が発生しやすくなる場合があるので、N含有量の上限を0.0080%とする。N含有量の下限値を0.0040%、0.0042%、または0.0045%としてもよい。N含有量の上限値を0.0075%、0.0070%、または0.0060%としてもよい。
(N: 0.0020 to 0.0080%)
N promotes ferrite transformation by mainly forming V nitride or V carbonitride during cooling after hot forging and acting as a transformation nucleus of ferrite. Thereby, N has the effect of suppressing the formation of a bainite structure that significantly impairs the fracture separability of the hot forged parts. In order to obtain this effect, the lower limit of the N content is set to 0.0020%. If N is contained excessively, the hot ductility is lowered and cracking or flaws are likely to occur during hot working, so the upper limit of the N content is set to 0.0080%. The lower limit of the N content may be 0.0040%, 0.0042%, or 0.0045%. The upper limit value of the N content may be 0.0075%, 0.0070%, or 0.0060%.

(Sb:0.0001〜0.0050%、Sn:0.0001〜0.0050%、Te:0.0001〜0.0050%及びPb:0.0001〜0.0050%からなる群から選択される1種または2種以上)
本実施形態に係る高強度熱間鍛造非調質鋼部品は、上記の成分に加えて、Sb、Sn、Te及びPbからなる群から選択される1種または2種以上をそれぞれ、0.0001〜0.0050%の範囲内で含有することが特徴である。これらの元素は、鋼の凝固組織の微細化に伴い、Mn硫化物が微細分散する。Mn硫化物の微細分散化効果を得るには、これらの元素の含有量を0.0001%以上にする必要がある。しかし、これらの元素を過剰に含有すると、これらの元素がMn硫化物上に析出し、フェライト変態の核として効果を失うため、これらの元素の含有量の上限を0.0050%とする。上述の効果を鑑みた場合、Sb、Sn、Te及びPbの合計含有量の上限は、0.0050%であることが好ましい。Sb、Sn、TeおよびPbの合計含有量の上限は、0.0030%であることがより好ましい。
(Sb: 0.0001 to 0.0050%, Sn: 0.0001 to 0.0050%, Te: 0.0001 to 0.0050% and Pb: 0.0001 to 0.0050% One or more)
In addition to the above components, the high-strength hot-forged non-heat treated steel part according to the present embodiment is one or two or more selected from the group consisting of Sb, Sn, Te, and Pb. It is characterized by containing in a range of ˜0.0050%. In these elements, Mn sulfide is finely dispersed as the solidification structure of steel is refined. In order to obtain the effect of finely dispersing Mn sulfide, the content of these elements needs to be 0.0001% or more. However, if these elements are contained excessively, these elements precipitate on the Mn sulfide and lose the effect as the core of ferrite transformation, so the upper limit of the content of these elements is made 0.0050%. In view of the above effects, the upper limit of the total content of Sb, Sn, Te and Pb is preferably 0.0050%. The upper limit of the total content of Sb, Sn, Te and Pb is more preferably 0.0030%.

(Ti:0.10%以下及びNb:0.05%以下からなる群から選択される1種または2種)
Ti及びNbは、熱間鍛造後の冷却時に主に炭化物または炭窒化物を形成して析出強化によりフェライトを強化し、鋼の延性及び靭性を低下させる。延性及び靭性の低下は、破断時の破断面近傍の塑性変形量を小さくし破断分離性を向上させる効果がある。従って、上述の効果を得るためにTi含有量の下限を0.05%としてもよく、Nb含有量の下限を0.01%としてもよい。しかし、これら元素を過剰に含有するとその効果が飽和するので、Ti含有量の上限を0.10%とし、Nb含有量の上限を0.05%とする。
(Ti: 0.10% or less and Nb: one or two selected from the group consisting of 0.05% or less)
Ti and Nb mainly form carbides or carbonitrides during cooling after hot forging, strengthen the ferrite by precipitation strengthening, and lower the ductility and toughness of the steel. The reduction in ductility and toughness has the effect of reducing the amount of plastic deformation in the vicinity of the fracture surface at the time of fracture and improving fracture separation. Therefore, in order to obtain the above-described effect, the lower limit of the Ti content may be 0.05%, and the lower limit of the Nb content may be 0.01%. However, if these elements are contained excessively, the effect is saturated, so the upper limit of Ti content is 0.10% and the upper limit of Nb content is 0.05%.

(Ca:0.005%以下、Zr:0.005%以下及びMg:0.005%以下からなる群から選択される1種または2種以上)
Ca、Zr及びMgは、いずれも酸化物を形成し、Mn硫化物の晶出核となりMn硫化物を均一微細分散する効果がある。従って、Ca、Zr及びMgそれぞれの下限値を0.001%としてもよい。一方、いずれの元素も含有量が0.005%を超えると、熱間加工性が劣化し、熱間圧延が困難となる。これらのことから、Ca、Zr及びMgそれぞれの含有量の上限を0.005%とする。
(One or more selected from the group consisting of Ca: 0.005% or less, Zr: 0.005% or less, and Mg: 0.005% or less)
Ca, Zr, and Mg all form oxides and serve as crystallization nuclei for Mn sulfide, which has the effect of uniformly and finely dispersing Mn sulfide. Therefore, the lower limit values of Ca, Zr and Mg may be 0.001%. On the other hand, if the content of any element exceeds 0.005%, hot workability deteriorates and hot rolling becomes difficult. From these things, the upper limit of each content of Ca, Zr and Mg is made 0.005%.

本実施形態に係る高強度熱間鍛造非調質鋼部品の化学成分の残部は、鉄(Fe)及び不可避的不純物を含む。不可避的不純物とは、鋼を工業的に製造する際に、鉱石若しくはスクラップ等のような原料、又は製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本実施形態に係る高強度熱間鍛造非調質鋼部品に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。   The balance of the chemical components of the high-strength hot-forged non-tempered steel part according to this embodiment includes iron (Fe) and unavoidable impurities. Inevitable impurities are components mixed in by various factors of raw materials such as ore or scrap, or manufacturing process when industrially manufacturing steel, and high strength hot forging according to this embodiment. It means that it is allowed as long as it does not adversely affect non-tempered steel parts.

次に、上述した組織の限定理由について説明する。   Next, the reasons for limiting the organization described above will be described.

<鋼組織がフェライト・パーライトであり、そのうちフェライト組織の面積率が20面積%以上>
通常のフェライト・パーライト組織の鋼は、C含有量が増すほど降伏比が低下する。C含有量増大に伴う引張強さの上昇幅に対して、C含有量増大に伴う降伏強さの上昇幅は小さいからである。これは、C含有量が少ないフェライト主体のフェライト・パーライト組織では降伏点現象(不連続降伏)が生じるのに対して、C含有量が多いパーライト主体のフェライト・パーライト組織では、降伏が弾性変形から塑性変形への遷移がなめらかである連続降伏となるためである。
<The steel structure is ferrite pearlite, and the area ratio of the ferrite structure is 20 area% or more>
In normal ferritic pearlite steel, the yield ratio decreases as the C content increases. This is because the increase in yield strength with increasing C content is smaller than the increase in tensile strength with increasing C content. This is because the yield point phenomenon (discontinuous yielding) occurs in the ferrite-pearlite structure mainly composed of ferrite with a low C content, whereas in the ferrite-pearlite structure mainly composed of C, the yield is caused by elastic deformation. This is because the continuous transition to plastic deformation is smooth.

一方、本実施形態に係る高強度熱間鍛造非調質鋼部品では、フェライト・パーライト組織中のフェライト組織の面積率を、Sb、Sn、TeおよびPbからなる群から選択される1種または2種以上によって微細分散されたMn硫化物を用いて高めている。本発明者らは、フェライト組織の面積率を鋼全体に対して20面積%以上にすることにより、高炭素組成でも降伏点現象が生じ、高い降伏比が得られることを知見した。したがって、鋼全体に対するフェライト組織の面積率の下限を20面積%とする。鋼全体に対するフェライト組織の面積率の下限を22面積%、23面積%、または25面積%としてもよい。   On the other hand, in the high-strength hot forged non-heat treated steel part according to the present embodiment, the area ratio of the ferrite structure in the ferrite / pearlite structure is selected from one or two selected from the group consisting of Sb, Sn, Te and Pb. It is enhanced by using Mn sulfide finely dispersed by more than seeds. The present inventors have found that when the area ratio of the ferrite structure is 20 area% or more with respect to the entire steel, a yield point phenomenon occurs even at a high carbon composition, and a high yield ratio can be obtained. Therefore, the lower limit of the area ratio of the ferrite structure with respect to the entire steel is set to 20 area%. The lower limit of the area ratio of the ferrite structure relative to the entire steel may be 22 area%, 23 area%, or 25 area%.

なお、本実施形態の鋼の組織は、フェライト組織を除くと残部がほぼパーライト組織であり、ベイナイト組織などの他の組織は生成していないことが好ましい。
ただし、2面積%未満の範囲内であれば、ベイナイト、マルテンサイト等のフェライト及びパーライト以外の組織の含有は許容される。また、フェライト組織の量は多い方が好ましいので、鋼全体に対するフェライト組織の面積率の上限値は特に限定されないが、本実施形態に係る高強度熱間鍛造非調質鋼部品の化学成分の範囲内では、フェライト組織の面積率の上限値は約50面積%となることが通常である。鋼全体に対するフェライト組織の面積率の上限を35面積%、30面積%、または28面積%としてもよい。
In addition, it is preferable that the remainder of the steel structure of the present embodiment is a pearlite structure except for the ferrite structure, and other structures such as a bainite structure are not generated.
However, if it is within the range of less than 2 area%, inclusion of a structure other than ferrite and pearlite such as bainite and martensite is allowed. Further, since it is preferable that the amount of the ferrite structure is large, the upper limit value of the area ratio of the ferrite structure with respect to the entire steel is not particularly limited, but the range of chemical components of the high-strength hot forged non-heat treated steel part according to this embodiment In general, the upper limit of the area ratio of the ferrite structure is generally about 50 area%. The upper limit of the area ratio of the ferrite structure relative to the entire steel may be 35 area%, 30 area%, or 28 area%.

本実施形態に係る高強度熱間鍛造非調質鋼部品としての破断分離型コンロッド1であれば、突き合わせ面の新たな加工や位置決めピンが不要となり、大幅な製造工程の簡略化をなし得る。   With the fracture separation type connecting rod 1 as a high-strength hot-forged non-heat treated steel part according to this embodiment, new processing of the butt surface and positioning pins are unnecessary, and the manufacturing process can be greatly simplified.

本実施形態に係る高強度熱間鍛造非調質鋼部品の製造方法は、上述の本実施形態に係る高強度熱間鍛造非調質鋼部品の化学成分を有する鋼を、鋳造、熱間圧延、及び熱間鍛造する工程を含む。
鋳造条件は特に限定されず、通常の条件とすればよい。
熱間圧延条件も特に限定されず、通常の条件とすればよい。
The method for producing a high-strength hot-forged non-tempered steel part according to the present embodiment is obtained by casting, hot-rolling steel having chemical components of the above-described high-strength hot-forged non-tempered steel part according to the present embodiment. And a hot forging step.
Casting conditions are not particularly limited, and may be normal conditions.
The hot rolling conditions are not particularly limited, and may be normal conditions.

熱間鍛造においては、鍛造後の冷却速度を小さくする必要がある。本実施形態に係る高強度熱間鍛造非調質鋼部品のフェライト組織の面積率は、鍛造後の冷却時、即ち放冷による空冷時又は衝風冷却装置による衝風冷却時に冷却速度を変えることで変化する。例えば、冷却速度を3.5℃/秒以上の範囲まで速くすることで、フェライト組織の面積率が20面積%未満になる。従って、鍛造後の冷却時には冷却速度は3.5℃/秒未満とする必要があり、鍛造後の冷却の手段を自然放冷とすることが好ましい。鍛造後の冷却の手段を水冷及び衝風冷却等のいわゆる強制冷却とすることは好ましくない。   In hot forging, it is necessary to reduce the cooling rate after forging. The area ratio of the ferrite structure of the high-strength hot-forged non-heat treated steel part according to the present embodiment is such that the cooling rate is changed during cooling after forging, that is, when cooling by air or by blast cooling by a blast cooling device. It changes with. For example, by increasing the cooling rate to a range of 3.5 ° C./second or more, the area ratio of the ferrite structure becomes less than 20 area%. Therefore, at the time of cooling after forging, the cooling rate needs to be less than 3.5 ° C./second, and it is preferable that the cooling means after forging is naturally cooled. It is not preferable to use so-called forced cooling such as water cooling and blast cooling as the cooling means after forging.

本実施形態によれば、優れた強度、優れた降伏強さ及び降伏比を有する破断分離型高強度コンロッドなどの高強度熱間鍛造非調質鋼部品を提供できる。本実施形態に係る高強度熱間鍛造非調質鋼部品は、優れた破断分離性を有するものとなる。   According to the present embodiment, it is possible to provide a high-strength hot-forged non-tempered steel part such as a break-separated high-strength connecting rod having excellent strength, excellent yield strength, and yield ratio. The high-strength hot-forged non-tempered steel part according to the present embodiment has excellent fracture separability.

本実施形態に係る高強度熱間鍛造非調質鋼部品の用途は特に限定されないが、破断分割して用いられる機械部品、例えば、破断分離型コンロッドに適用された場合、特に好適な効果を奏する。   The use of the high-strength hot-forged non-tempered steel part according to the present embodiment is not particularly limited. However, when applied to a machine part that is used by breaking and dividing, for example, a break-separated connecting rod, a particularly advantageous effect is achieved. .

本発明を実施例によって以下に詳述する。なお、これら実施例は本発明の技術的意義、効果を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。   The invention is described in detail below by means of examples. These examples are for explaining the technical significance and effects of the present invention, and do not limit the scope of the present invention.

以下の表1及び表2に示す組成を有する転炉溶製鋼を連続鋳造により製造し、必要に応じて、均熱拡散処理、分塊圧延工程を経て162mm角の圧延素材とした。
次に、熱間圧延によって直径が45mmの棒鋼形状とした。表2の下線部分は本発明の範囲外の例であることを示す。
Converter molten steel having the composition shown in Table 1 and Table 2 below was manufactured by continuous casting, and, as necessary, a rolling raw material of 162 mm square was obtained through a soaking diffusion process and a block rolling process.
Next, it was made a steel bar shape with a diameter of 45 mm by hot rolling. The underlined portion in Table 2 indicates an example outside the scope of the present invention.

次に、組織、機械的性質を調べるために、鍛造コンロッド相当の試験片を熱間鍛造で作製した。具体的には、直径45mmの素材棒鋼を1150〜1280℃に加熱後、棒鋼の長さ方向と垂直に鍛造して厚さ20mmとし、放冷による空冷、または衝風冷却装置による衝風冷によって室温まで冷却した。冷却速度を変えることによって、フェライト・パーライト組織中のフェライト組織の面積率を造り分けた。冷却後の鍛造材から、JIS4号引張試験片を加工した。   Next, in order to examine the structure and mechanical properties, a test piece corresponding to a forged connecting rod was produced by hot forging. Specifically, a steel bar having a diameter of 45 mm is heated to 1150 to 1280 ° C., and then forged perpendicularly to the length direction of the steel bar to a thickness of 20 mm, by air cooling by standing or by blast cooling by a blast cooling device. Cooled to room temperature. By changing the cooling rate, the area ratio of the ferrite structure in the ferrite-pearlite structure was created. A JIS No. 4 tensile test piece was processed from the forged material after cooling.

引張試験は、JIS Z 2241に準拠して、常温で20mm/minの速度にて実施した。降伏強さが900MPaに達しないものは強度が劣ると判断した。   The tensile test was carried out at a normal temperature of 20 mm / min in accordance with JIS Z 2241. Those whose yield strength did not reach 900 MPa were judged to be inferior in strength.

上記引張試験片と同一部位から10mm角サンプルを切り出し、長手方向の垂直方向から鋼中にあるMn硫化物の形態やフェライト・パーライト組織を観察した。   A 10 mm square sample was cut out from the same site as the tensile test piece, and the form of Mn sulfide and the ferrite / pearlite structure in the steel were observed from the vertical direction of the longitudinal direction.

鋼中にあるMn硫化物のアスペクト比を測定するために、鏡面に研磨後、光学顕微鏡にて1000倍の組織写真を10枚撮影し、Mn硫化物の平均アスペクト比を小型汎用画像解析装置(Luzex(ルーゼックス):登録商標、株式会社ニレコ製)によって求めた。Mn硫化物の短軸長さは鍛錬成形比で決まり、また、Mn硫化物の量はS量で決まるため、Mn硫化物の平均アスペクト比が1に近い方がMn硫化物の大きさは小さく、個数密度は多い。つまり、Mn硫化物の平均アスペクト比の値を比較することで、Mn硫化物の大きさと分散状態を判定した。また、フェライト・パーライト組織中のフェライト組織の面積率を測定するために、ナイタール腐食液で腐食を行い、光学顕微鏡で200倍の組織写真を5枚撮影し、フェライト・パーライト組織中のフェライト組織の面積率を小型汎用画像解析装置(Luzex:登録商標、株式会社ニレコ製)によって求めた。表1および表2に示す各例の金属組織は、実質的に、フェライト及びパーライトからなるものであった。   In order to measure the aspect ratio of Mn sulfide in steel, after polishing on a mirror surface, 10 micrographs of the structure of 1000 times are taken with an optical microscope, and the average aspect ratio of Mn sulfide is a small general-purpose image analyzer ( Luzex (registered trademark, manufactured by Nireco Corporation). Since the minor axis length of Mn sulfide is determined by the forging ratio, and the amount of Mn sulfide is determined by the amount of S, the size of Mn sulfide is smaller when the average aspect ratio of Mn sulfide is closer to 1. The number density is large. That is, the size and dispersion state of Mn sulfide were determined by comparing the average aspect ratio values of Mn sulfide. In addition, in order to measure the area ratio of the ferrite structure in the ferrite / pearlite structure, corrosion was performed with a nital etchant, and five 200-fold structure photographs were taken with an optical microscope. The area ratio was determined by a small general-purpose image analyzer (Luzex: registered trademark, manufactured by Nireco Corporation). The metal structures of the examples shown in Tables 1 and 2 were substantially composed of ferrite and pearlite.

Figure 2018035409
Figure 2018035409

Figure 2018035409
Figure 2018035409

表1において、鋼No.A〜AKの本発明例は、いずれも鋼化学成分の規定範囲内であって、降伏強さが900MPa以上の高強度熱間鍛造非調質鋼部品である。
これに対して、表2において、比較例ALは、フェライト・パーライト組織中のフェライト組織の面積率が20面積%以下のため、降伏比が低く、降伏強さが低い。
比較例AMは、C含有量が少ないため必要な降伏強さが得られない。
比較例ANは、C含有量が多く、比較例AOは、Mn含有量が少なく、比較例AQは、S含有量が少ないため、フェライト・パーライト組織中のフェライト組織の面積率が20面積%未満である。このため、降伏比が低く、必要な降伏強さが得られない。
比較例ARは、Cr含有量が多く、比較例BHは、Nの含有量が少ないため、ベイナイト組織が発生する。このため、降伏比が低く、必要な降伏強さが得られない。
比較例ATは、Sb、Sn、Te及びPbを含有していないため、Sb、Sn、Te及びPbによるMn硫化物の微細分散効果がなく、フェライト・パーライト組織中のフェライト組織の面積率が20面積%未満となる。このため、降伏比が低く、必要な降伏強さが得られない。
比較例AU〜BGは、Sb、Sn、Te、Pbのいずれかの含有量が多く、かえってSb、Sn、Te、PbによるMn硫化物微細分散化効果が低減しフェライト・パーライト組織中のフェライト組織の面積率が20面積%未満となる。このため、降伏比が低く、必要な降伏強さが得られない。
In Table 1, steel no. Examples of the present invention of A to AK are high strength hot forged non-heat treated steel parts each having a yield strength of 900 MPa or more within the specified range of steel chemical components.
On the other hand, in Table 2, the comparative example AL has a low yield ratio and a low yield strength because the area ratio of the ferrite structure in the ferrite / pearlite structure is 20 area% or less.
Since the comparative example AM has a low C content, the required yield strength cannot be obtained.
Since Comparative Example AN has a high C content, Comparative Example AO has a low Mn content, and Comparative Example AQ has a low S content, the area ratio of the ferrite structure in the ferrite-pearlite structure is less than 20 area%. It is. For this reason, the yield ratio is low, and the required yield strength cannot be obtained.
Since Comparative Example AR has a high Cr content and Comparative Example BH has a low N content, a bainite structure is generated. For this reason, the yield ratio is low, and the required yield strength cannot be obtained.
Since Comparative Example AT does not contain Sb, Sn, Te and Pb, there is no effect of finely dispersing Mn sulfide by Sb, Sn, Te and Pb, and the area ratio of the ferrite structure in the ferrite / pearlite structure is 20 Less than area%. For this reason, the yield ratio is low, and the required yield strength cannot be obtained.
In Comparative Examples AU to BG, the content of any of Sb, Sn, Te, and Pb is large. On the contrary, the effect of finely dispersing Mn sulfide by Sb, Sn, Te, and Pb is reduced, and the ferrite structure in the ferrite / pearlite structure The area ratio is less than 20 area%. For this reason, the yield ratio is low, and the required yield strength cannot be obtained.

1・・・破断分離型コンロッド(高強度熱間鍛造非調質鋼部品)、2・・・アッパ側半割体、2A・・・半円弧部、2a・・・突き合わせ面、3・・・ロア側半割体、3A・・・半円弧部、3a・・・突き合わせ面、5・・・ねじ孔、6・・・挿通孔、7・・・結合ボルト、8・・・ビッグエンド部、9・・・スモールエンド部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Breaking separation type connecting rod (high-strength hot forging non-heat treated steel part), 2 ... Upper side half split body, 2A ... Semi-circular arc part, 2a ... Butting surface, 3 ... Lower half halves, 3A ... semicircular arc part, 3a ... butting surface, 5 ... screw hole, 6 ... insertion hole, 7 ... coupling bolt, 8 ... big end part, 9: Small end part.

Claims (3)

化学成分が、単位質量%で、
C:0.50〜0.65%、
Si:0.60〜1.20%、
Mn:0.60〜1.00%、
P:0.040〜0.060%、
S:0.060〜0.100%、
Cr:0.05〜0.20%、
V:0.25〜0.40%、
N:0.0020〜0.0080%を含有し、さらに
Sb:0.0001〜0.0050%、
Sn:0.0001〜0.0050%、
Te:0.0001〜0.0050%及び
Pb:0.0001〜0.0050%
からなる群から選択される1種または2種以上を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、鋼組織がフェライト・パーライトであり、そのうちフェライト組織の面積率が20面積%以上であることを特徴とする高強度熱間鍛造非調質鋼部品。
Chemical component is unit mass%,
C: 0.50 to 0.65%,
Si: 0.60 to 1.20%,
Mn: 0.60 to 1.00%,
P: 0.040 to 0.060%,
S: 0.060 to 0.100%,
Cr: 0.05-0.20%,
V: 0.25 to 0.40%,
N: 0.0020 to 0.0080% is contained, Sb: 0.0001 to 0.0050%,
Sn: 0.0001 to 0.0050%,
Te: 0.0001 to 0.0050% and Pb: 0.0001 to 0.0050%
1 type or 2 types or more selected from the group consisting of: The balance consists of Fe and inevitable impurities, the steel structure is ferrite pearlite, and the area ratio of the ferrite structure is 20 area% or more Features high strength hot forged non-tempered steel parts.
さらに、前記化学成分が、単位質量%で、
Ti:0.10%以下及び
Nb:0.05%以下
からなる群から選択される1種または2種を含有することを特徴とする請求項1に記載の高強度熱間鍛造非調質鋼部品。
Furthermore, the chemical component is unit mass%,
The high-strength hot-forged non-tempered steel according to claim 1, comprising one or two selected from the group consisting of Ti: 0.10% or less and Nb: 0.05% or less. parts.
さらに、前記化学成分が、単位質量%で、
Ca:0.005%以下、
Zr:0.005%以下及び
Mg:0.005%以下
からなる群から選択される1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の高強度熱間鍛造非調質鋼部品。
Furthermore, the chemical component is unit mass%,
Ca: 0.005% or less,
The non-high-strength hot forging according to claim 1 or 2, comprising one or more selected from the group consisting of Zr: 0.005% or less and Mg: 0.005% or less. Tempered steel parts.
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