JP2018150582A - Forging component - Google Patents

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和潔 來村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a forging component excellent in seizure resistance.SOLUTION: A forging component consists of a steel material, which has a chemical composition containing, by mass%, C:0.35 to 0.65%, Si:less than 0.50%, Mn:0.10% or more and less than 0.80%, P:over 0.01% and 0.1% or less, S:0.06% or less, Cr:0.2 to 1.5%, Al:0.005 to 0.05%, N:0.001 to 0.02%, V:0 to 0.2% and the balance:Fe with impurities, and satisfying the following formula (1), a structure containing perlite of 90% or more by area percentage, average lamella interval of the perlite of less than 50 nm and dislocation density of 10mor more. [Si]+[Mn]≤1.2 Formula (1), wherein [Si] and [Mn] is assigned by each content of Si and Mn by mass%.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、鍛造部品に関する。   The present invention relates to forged parts.

クランクシャフトに代表される摺動部品には、耐摩耗性及び疲労強度が求められる。   A sliding component represented by a crankshaft is required to have wear resistance and fatigue strength.

特許第4140283号公報には、表層から200nmまでの領域における組織が、面積率で5%以下の初析フェライトとラメラ間隔が30nm以下のパーライトとの混合組織であることを特徴とする非調質鋼クランクシャフトが開示されている。同文献には、耐摩耗性に影響するのは表層から200nmまでの領域における硬さであり、ナノインデンテーション装置を用いてこの領域を測定した硬さが10GPa以上であれば、優れた耐摩耗性が得られると記載されている。   In Japanese Patent No. 4140283, the structure in the region from the surface layer to 200 nm is a mixed structure of proeutectoid ferrite with an area ratio of 5% or less and pearlite with a lamellar spacing of 30 nm or less. A steel crankshaft is disclosed. In this document, it is the hardness in the region from the surface layer to 200 nm that affects the wear resistance, and if the hardness measured in this region using a nanoindentation apparatus is 10 GPa or more, excellent wear resistance It is described that the sex can be obtained.

摺動部品には、上記の特性に加えて、優れた耐焼付き性が求められる。自動車の軽量化ニーズを背景に、クランクシャフトの細軸化及び狭幅化に対する要求が高まっている。そのため、クランクシャフトと軸受けとの間の摺動条件は過酷になっている。したがって、クランクシャフトには、従来よりも優れた耐焼付き性が求められている。   Sliding parts are required to have excellent seizure resistance in addition to the above characteristics. In response to the need for lighter automobiles, there is an increasing demand for narrower and narrower crankshafts. For this reason, the sliding condition between the crankshaft and the bearing is severe. Therefore, the crankshaft is required to have better seizure resistance than before.

特許第4589885号公報には、熱伝導率κが40W/mK以上であって、かつ高周波焼入れ後の表面硬さHvが(2.7×κ+420)よりも大きいことを特徴とするクランクシャフトが開示されている。同文献には、焼付きの支配因子は摺動面の温度上昇であると記載されている。温度上昇を抑制するためには、熱伝導率を高くすること、及び、摩擦係数を低減することが有効であると記載されている。   Japanese Patent No. 4589885 discloses a crankshaft characterized in that the thermal conductivity κ is 40 W / mK or more and the surface hardness Hv after induction hardening is larger than (2.7 × κ + 420). Has been. This document describes that the seizing factor is the temperature rise of the sliding surface. It is described that it is effective to increase the thermal conductivity and reduce the friction coefficient in order to suppress the temperature rise.

特許第4140283号公報Japanese Patent No. 4140283 特許第4589885号公報Japanese Patent No. 4589885

本発明者らの調査の結果、長時間摺動後の摺動部品は、表面に焼戻し組織や再結晶組織が観察されるなど、従来考えられていた以上に熱の影響を受けていることがわかった。再結晶組織が生成すると、局所的な軟化領域が選択的に摩耗するため、耐焼付き性が著しく低下する。   As a result of the investigation by the present inventors, the sliding component after sliding for a long time is affected by heat more than conventionally thought, such as tempered structure and recrystallized structure observed on the surface. all right. When the recrystallized structure is formed, the local softened region is selectively worn, and the seizure resistance is significantly reduced.

本発明の課題は、耐焼付き性に優れた鍛造部品を提供することである。   An object of the present invention is to provide a forged part excellent in seizure resistance.

本発明者らは、熱間鍛造部品を構成する鋼材のSi及びMnの含有量を低くし、Cr及びP含有量を高くすることにより、長時間摺動後の摺動部品のナノ硬さを高く維持できるという知見を得て、表面硬化処理を省略しても使用でき、摺動面の熱的安定性に優れた熱間鍛造部品として、下記の発明を特願2015−192588として出願した。   The inventors reduced the nano hardness of the sliding parts after sliding for a long time by lowering the Si and Mn contents of the steel material constituting the hot forged parts and increasing the Cr and P contents. The following invention was filed as Japanese Patent Application No. 2015-192588 as a hot forged part that can be used even if the surface hardening treatment is omitted, and that it can be maintained at a high level and is excellent in thermal stability of the sliding surface.

化学組成が、質量%で、C:0.35〜0.65%、Si:0.50%未満、Mn:0.10%以上0.80%未満、P:0.01%を超え0.1%以下、S:0.06%以下、Cr:0.2〜1.5%、Al:0.005〜0.05%、N:0.001〜0.02%、V:0〜0.2%、残部:Fe及び不純物であり、前記化学組成が、下記の式(1)を満たし、面積率で90%以上のパーライトを含む組織を有し、前記パーライトの平均ラメラ間隔が50〜140nmである鋼材からなる、熱間鍛造部品。
[Si]+[Mn]≦1.2・・・式(1)
ここで、[Si]、[Mn]にはSi、Mnの各含有量が質量%で代入される。
Chemical composition is mass%, C: 0.35 to 0.65%, Si: less than 0.50%, Mn: 0.10% or more and less than 0.80%, P: more than 0.01% and 0.00. 1% or less, S: 0.06% or less, Cr: 0.2-1.5%, Al: 0.005-0.05%, N: 0.001-0.02%, V: 0-0 .2%, balance: Fe and impurities, the chemical composition satisfies the following formula (1), has a structure containing pearlite of 90% or more in area ratio, and the average lamella spacing of the pearlite is 50 to 50%. Hot forged parts made of steel with a thickness of 140 nm.
[Si] + [Mn] ≦ 1.2 Formula (1)
Here, each content of Si and Mn is substituted by mass% for [Si] and [Mn].

本発明者らは、その後も検討を重ねた結果、上記熱間鍛造部品の表層の転位密度を高めると、さらに高い耐焼付き性が期待できるとの知見を得て本発明に至った。   As a result of repeated studies, the present inventors have obtained the knowledge that when the dislocation density of the surface layer of the hot forged part is increased, higher seizure resistance can be expected, and the present invention has been achieved.

本発明の一実施形態による鍛造部品は、化学組成が、質量%で、C:0.35〜0.65%、Si:0.50%未満、Mn:0.10%以上0.80%未満、P:0.01%を超え0.1%以下、S:0.06%以下、Cr:0.2〜1.5%、Al:0.005〜0.05%、N:0.001〜0.02%、V:0〜0.2%、残部:Fe及び不純物であり、前記化学組成が、下記の式(1)を満たし、面積率で90%以上のパーライトを含む組織を有し、前記パーライトの平均ラメラ間隔が50nm未満であって、転位密度が1015−2以上である鋼材からなる。
[Si]+[Mn]≦1.2・・・式(1)
ここで、[Si]、[Mn]にはSi、Mnの各含有量が質量%で代入される。
The forged part according to one embodiment of the present invention has a chemical composition of mass%, C: 0.35 to 0.65%, Si: less than 0.50%, Mn: 0.10% or more and less than 0.80%. , P: more than 0.01% and 0.1% or less, S: 0.06% or less, Cr: 0.2-1.5%, Al: 0.005-0.05%, N: 0.001 -0.02%, V: 0-0.2%, balance: Fe and impurities, and the chemical composition satisfies the following formula (1) and has a structure containing pearlite of 90% or more in area ratio. And the average lamella space | interval of the said pearlite is less than 50 nm, Comprising: It consists of steel materials whose dislocation density is 10 < 15 > m <-2 > or more.
[Si] + [Mn] ≦ 1.2 Formula (1)
Here, each content of Si and Mn is substituted by mass% for [Si] and [Mn].

本発明によれば、耐焼付き性に優れた鍛造部品が得られる。   According to the present invention, a forged part having excellent seizure resistance can be obtained.

図1は、パーライト鋼の摺動面の組織を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the sliding surface of pearlite steel. 図2は、合金元素の添加量と熱伝導率との関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the amount of alloy element added and the thermal conductivity. 図3は、パーライトの平均ラメラ間隔を測定するための試験線の引き方の具体例である。FIG. 3 is a specific example of how to draw a test line for measuring the average lamella spacing of pearlite. 図4は、本発明の一実施形態による鍛造部品の製造方法の一例を示すフロー図である。FIG. 4 is a flowchart showing an example of a method for producing a forged part according to an embodiment of the present invention. 図5は、ピンオンディスク型摩耗試験の模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram of a pin-on-disk wear test. 図6は、ナノインデンテーション法によるナノ硬さ測定の模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram of nanohardness measurement by the nanoindentation method.

本発明者らは、主に自動車用のクランクシャフトを対象として、焼付き現象について検討した。通常、クランクシャフトと軸受けとは、油膜を挟んで対向する流体潤滑の状態で摺動している。しかし、本発明者らの調査によって、長時間の摺動中には、流体潤滑から境界潤滑に至る局面が少なからずあることがわかった。一般的に境界潤滑環境下で鋼が長時間摺動を受けると、加工硬化や摩擦熱による軟化が生じ、摺動面近傍(表面から20nm以内)の硬さが変化することが明らかになった。   The present inventors examined the seizure phenomenon mainly for a crankshaft for an automobile. Usually, the crankshaft and the bearing slide in a state of fluid lubrication facing each other across an oil film. However, as a result of the investigation by the present inventors, it has been found that there are not a few phases from fluid lubrication to boundary lubrication during long-time sliding. In general, when steel is subjected to sliding for a long time in a boundary lubrication environment, it has been found that work hardening and softening due to frictional heat occur, and the hardness near the sliding surface (within 20 nm from the surface) changes. .

組織観察の結果、摺動面では、摺動による加工層の形成と、摩擦熱による組織の変質(焼戻し、回復、及び再結晶)とが重畳的に起こっていることがわかった。このうち、摺動による加工層の形成はナノ硬さを向上させる因子であり、摩擦熱による組織の変質はナノ硬さを低下させる因子である。   As a result of the structure observation, it was found that the formation of the processed layer by sliding and the alteration of the structure (tempering, recovery, and recrystallization) by frictional heat occurred on the sliding surface in a superimposed manner. Among these, the formation of the processed layer by sliding is a factor that improves the nano hardness, and the alteration of the structure due to frictional heat is a factor that decreases the nano hardness.

したがって、摺動面のナノ硬さを向上させるためには、(1)加工硬化性の向上、(2)熱的安定性の向上、(3)熱伝導率の向上による摩擦熱散逸が有効である。   Therefore, in order to improve the nano hardness of the sliding surface, (1) improvement of work hardening, (2) improvement of thermal stability, (3) frictional heat dissipation due to improvement of thermal conductivity is effective. is there.

(1)加工硬化性の向上
本発明者らは、適正に組織制御されたパーライトを有する鋼材は、摺動によって大きく加工硬化し、優れたナノ硬さを示すことを見いだした。
(1) Improvement of work hardenability The present inventors have found that a steel material having pearlite whose structure is appropriately controlled is greatly work hardened by sliding and exhibits excellent nano hardness.

図1は、パーライト鋼の摺動面の組織を示す断面図である。図1に示すように、摺動面ではパーライトのラメラが大きく塑性変形している。最表層では、パーライトを形成するセメンタイトが分断されて微細化し、パーライトがナノ結晶化している。ナノ結晶化した層(以下、ナノ結晶化層という。)では、セメンタイトの一部が分解してフェライトに固溶している。摺動後のパーライトが高いナノ硬さを示す要因は、摺動による強加工によってセメンタイトが微細化すること、及び微細化したセメンタイトが分解することによってフェライト中の固溶炭素量が増加すること、にあると考えられる。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the sliding surface of pearlite steel. As shown in FIG. 1, the pearlite lamella is greatly plastically deformed on the sliding surface. In the outermost layer, cementite forming pearlite is divided and refined, and pearlite is nanocrystallized. In the nanocrystallized layer (hereinafter referred to as nanocrystallized layer), part of cementite is decomposed and dissolved in ferrite. Factors that indicate high nano-hardness of pearlite after sliding are that cementite is refined by strong processing by sliding, and that the amount of solid solution carbon in ferrite increases due to decomposition of refined cementite, It is thought that there is.

Si及びMnは、セメンタイトの分解を抑制する。そのため、Si及びMnは、パーライトの加工硬化性を低下させる。したがって、加工硬化性を高めるためには、Si及びMnの含有量を低くすることが好ましい。   Si and Mn suppress the decomposition of cementite. Therefore, Si and Mn reduce the work hardening of pearlite. Therefore, it is preferable to reduce the contents of Si and Mn in order to improve work curability.

Pは、パーライト内のフェライトに固溶し、パーライトの加工硬化性を高める。Pは一般的には、粒界に偏析して鋼の強度を低下させるが、ナノ結晶化層では粒界の面積が大きいため、Pが偏析しにくい。したがって、加工硬化性を高めるためには、P含有量を高くすることが好ましい。   P dissolves in the ferrite in the pearlite and enhances the work hardening of the pearlite. P generally segregates at the grain boundaries to reduce the strength of the steel. However, since the grain boundary area is large in the nanocrystallized layer, P hardly segregates. Therefore, in order to improve work curability, it is preferable to increase the P content.

また、パーライトのラメラ間隔が微細なほど、ナノ結晶化しやすく、加工硬化性が高くなる。   In addition, the finer the pearlite lamella spacing, the easier it is to crystallize and the higher the work curability.

(2)熱的安定性の向上
パーライトは、マルテンサイトやベイナイトと比較して、蓄積歪が小さいため熱的安定性が高い。したがって、摺動面の熱的安定性を向上させる観点からも、パーライト分率の高い組織とすることが好ましい。
(2) Improvement of thermal stability Perlite has higher thermal stability because it has less accumulated strain than martensite and bainite. Therefore, from the viewpoint of improving the thermal stability of the sliding surface, a structure having a high pearlite fraction is preferable.

ナノ結晶化層は、炭素が過飽和に固溶した非平衡状態であること、転位密度が極めて高い層であることから、熱的に不安定である。摺動により温度上昇すると、500℃以下の温度域でも大きな組織変化を起こし、短時間でセメンタイトの析出、粗大化、再結晶が進行する。   The nanocrystallized layer is thermally unstable because it is in a non-equilibrium state where carbon is dissolved in supersaturation and has a very high dislocation density. When the temperature rises by sliding, a large structural change occurs even in a temperature range of 500 ° C. or lower, and cementite precipitation, coarsening, and recrystallization proceed in a short time.

Crは、セメンタイトの析出形態を制御して、セメンタイトの粗大化を抑制する。したがって、セメンタイトの粗大化を抑制するためには、Crを適量含有させることが好ましい。   Cr controls the precipitation form of cementite and suppresses coarsening of cementite. Therefore, in order to suppress cementite coarsening, it is preferable to contain an appropriate amount of Cr.

Pは、ナノ結晶化層の結晶粒の粗大化を抑制する。したがって、ナノ結晶化層の結晶粒の粗大化を抑制するためには、P含有量を高くすることが好ましい。   P suppresses the coarsening of the crystal grains of the nanocrystallized layer. Therefore, in order to suppress the coarsening of the crystal grains of the nanocrystallized layer, it is preferable to increase the P content.

従来は、摩擦熱の影響により摺動面で炭化物が粗大化しやすいという問題があった。しかしながら、SiやMnの低減により炭化物の粗大化が抑えられ、その結果、微細な炭化物によるピンニング効果によりナノ結晶化層の結晶粒の粗大化が抑制されることを確認した。   Conventionally, there has been a problem that carbide is easily coarsened on the sliding surface due to the influence of frictional heat. However, it was confirmed that the coarsening of the carbide was suppressed by the reduction of Si and Mn, and as a result, the coarsening of the crystal grains of the nanocrystallized layer was suppressed by the pinning effect by the fine carbide.

(3)熱伝導率の向上による摩擦熱散逸
熱伝導率の向上には、Si含有量の低減が有効であることが従来から知られている。本発明者らは、他の元素の影響を明らかにするため、中高炭素鋼をベースとして合金元素の添加量を変化させて、その熱伝導率を測定した。結果を図2に示す。図2に示すとおり、C、Siに加えて、Mnも熱伝導率に大きく影響を与える元素であり、Mn含有量の低減によって熱伝導率を向上できることがわかった。したがって、熱伝導率を向上させるためには、Si及びMnの含有量を低くすることが好ましい。
(3) Friction heat dissipation by improving thermal conductivity It has been conventionally known that reduction of Si content is effective for improving thermal conductivity. In order to clarify the influence of other elements, the inventors measured the thermal conductivity of the medium-high carbon steel while changing the addition amount of the alloy element. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 2, in addition to C and Si, Mn is an element that greatly affects the thermal conductivity, and it was found that the thermal conductivity can be improved by reducing the Mn content. Therefore, in order to improve thermal conductivity, it is preferable to reduce the contents of Si and Mn.

以上のとおり、摺動面のナノ硬さを向上させるためには、Pの含有量を高くし、Crを適量含有させ、Si及びMnの含有量を低くする。さらに、パーライト分率の高い組織とし、かつパーライトのラメラ間隔を小さくすればよい。より具体的には、鍛造部品を構成する鋼材の化学組成が下記の式(1)を満たし、面積率で90%以上のパーライトを含む組織とし、かつパーライトの平均ラメラ間隔が50nm未満になるようにすれば、耐焼付き性に優れた鍛造部品が得られる。
[Si]+[Mn]≦1.2・・・式(1)
ここで、[Si]、[Mn]にはSi、Mnの各含有量が質量%で代入される。
As described above, in order to improve the nano hardness of the sliding surface, the content of P is increased, the appropriate amount of Cr is included, and the content of Si and Mn is decreased. Furthermore, a structure having a high pearlite fraction and a pearlite lamella spacing may be reduced. More specifically, the chemical composition of the steel material constituting the forged part satisfies the following formula (1), has a structure containing pearlite with an area ratio of 90% or more, and the average lamella spacing of pearlite is less than 50 nm. As a result, a forged part having excellent seizure resistance can be obtained.
[Si] + [Mn] ≦ 1.2 Formula (1)
Here, each content of Si and Mn is substituted by mass% for [Si] and [Mn].

(4)摺動面での剥離の抑制
上述のとおり、適量のナノ結晶化層は、摺動面のナノ硬さの向上に寄与する。一方、ナノ結晶化層が厚くなりすぎると、ナノ結晶化層内で割れや剥離が生じやすくなり、かえってナノ硬さが低下する。パーライトのラメラ間隔が小さすぎると、ナノ結晶化層が厚くなりすぎ、ナノ結晶化層内で割れや剥離が生じやすくなる。
(4) Suppression of peeling on sliding surface As described above, an appropriate amount of the nanocrystallized layer contributes to improvement of the nano hardness of the sliding surface. On the other hand, if the nanocrystallized layer becomes too thick, cracks and peeling are likely to occur in the nanocrystallized layer, and the nanohardness is reduced. If the pearlite lamella spacing is too small, the nanocrystallized layer becomes too thick, and cracking and peeling are likely to occur in the nanocrystallized layer.

しかしながら、摺動面の転位密度を高めれば、たとえパーライトの平均ラメラ間隔が小さくても、ナノ結晶化層での割れや剥離を抑制し、より高いナノ硬さを得ることができる。より具体的には、転位密度を1015−2以上とすれば、パーライトの平均ラメラ間隔が50nmより小さくても、ナノ結晶化層での割れや剥離を抑制することができる。 However, if the dislocation density on the sliding surface is increased, even if the average lamella spacing of the pearlite is small, cracking and peeling in the nanocrystallized layer can be suppressed, and higher nanohardness can be obtained. More specifically, if the dislocation density is 10 15 m −2 or more, cracking and peeling in the nanocrystallized layer can be suppressed even if the average lamella spacing of pearlite is less than 50 nm.

転位密度1015−2以上、パーライトの平均ラメラ間隔50nm未満を両立させるためには、パーライト組織に冷間加工を付与するのが好適である。 In order to achieve both a dislocation density of 10 15 m −2 or more and an average pearlite lamellar spacing of less than 50 nm, it is preferable to impart cold working to the pearlite structure.

以上の知見に基づいて、本発明は完成された。以下、本発明の一実施形態による鍛造部品について詳述する。   Based on the above findings, the present invention has been completed. Hereinafter, a forged part according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

[化学組成]
本実施形態による鍛造部品を構成する鋼材は、以下に説明する化学組成を有する。以下の説明において、元素の含有量の「%」は、質量%を意味する。
[Chemical composition]
The steel material constituting the forged part according to the present embodiment has a chemical composition described below. In the following description, “%” of the element content means mass%.

C:0.35〜0.65%
炭素(C)は、パーライト組織を得るために必要な元素である。C含有量が0.35%未満では、パーライト分率の高い組織が得られない。一方、C含有量が0.65%を超えると、鋼の被削性が低下する。したがって、C含有量は0.35〜0.65%である。C含有量の下限は、好ましくは0.4%であり、さらに好ましくは0.5%である。C含有量の上限は、好ましくは0.6%であり、さらに好ましくは0.58%である。
C: 0.35-0.65%
Carbon (C) is an element necessary for obtaining a pearlite structure. When the C content is less than 0.35%, a structure having a high pearlite fraction cannot be obtained. On the other hand, if the C content exceeds 0.65%, the machinability of the steel decreases. Therefore, the C content is 0.35 to 0.65%. The lower limit of the C content is preferably 0.4%, more preferably 0.5%. The upper limit of the C content is preferably 0.6%, more preferably 0.58%.

Si:0.50%未満
シリコン(Si)は、不純物として鋼中に含有される。Siは、パーライト組織を得るために積極的に含有することができる。Siはまた、パーライト内のフェライトに固溶してパーライトを強化する。一方、Siは鋼の熱伝導率を低下させる。そのため、Si含有量が0.50%以上になると、十分な耐焼付き性が得られない。したがって、Si含有量は0.50%未満である。Si含有量の下限は、好ましくは0.10%である。Si含有量の上限は、好ましくは0.40%であり、さらに好ましくは0.30%である。
Si: Less than 0.50% Silicon (Si) is contained in steel as an impurity. Si can be positively contained in order to obtain a pearlite structure. Si also strengthens pearlite by dissolving in ferrite in pearlite. On the other hand, Si reduces the thermal conductivity of steel. Therefore, when the Si content is 0.50% or more, sufficient seizure resistance cannot be obtained. Accordingly, the Si content is less than 0.50%. The lower limit of the Si content is preferably 0.10%. The upper limit of the Si content is preferably 0.40%, more preferably 0.30%.

Mn:0.10%以上0.80%未満
マンガン(Mn)は、パーライト組織を得るために必要な元素である。Mn含有量が0.10%未満では、パーライト分率の高い組織が得られない。一方、Mnは鋼の熱伝導率を低下させる。そのため、Mn含有量が0.80%以上になると、十分な耐焼付き性が得られない。したがって、Mn含有量は0.10%以上0.80%未満である。Mn含有量の下限は、好ましくは0.30%であり、さらに好ましくは0.40%であり、さらに好ましくは0.50%である。Mn含有量の上限は、好ましくは0.78%である。
Mn: 0.10% or more and less than 0.80% Manganese (Mn) is an element necessary for obtaining a pearlite structure. When the Mn content is less than 0.10%, a structure having a high pearlite fraction cannot be obtained. On the other hand, Mn reduces the thermal conductivity of steel. Therefore, if the Mn content is 0.80% or more, sufficient seizure resistance cannot be obtained. Therefore, the Mn content is 0.10% or more and less than 0.80%. The lower limit of the Mn content is preferably 0.30%, more preferably 0.40%, and further preferably 0.50%. The upper limit of the Mn content is preferably 0.78%.

P:0.01%を超え0.1%以下
リン(P)は、パーライト内のフェライトに固溶してパーライトを強化する。Pはまた、パーライトの加工硬化性を向上させるとともに、組織の熱的安定性を向上させる。P含有量が0.01%以下では、これらの効果が得られない。一方、P含有量が0.1%を超えると、過剰なPが粒界に偏析して、鋼の疲労強度が低下する。したがって、P含有量は0.01%を超え0.1%以下である。P含有量は、下限の観点では、好ましくは0.02%以上であり、さらに好ましくは0.02%よりも高い。P含有量の上限は、好ましくは0.08%であり、さらに好ましくは0.05%である。
P: More than 0.01% and 0.1% or less Phosphorus (P) strengthens pearlite by dissolving in ferrite in pearlite. P also improves the work stability of pearlite and improves the thermal stability of the tissue. If the P content is 0.01% or less, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the P content exceeds 0.1%, excessive P segregates at the grain boundaries, and the fatigue strength of the steel decreases. Therefore, the P content exceeds 0.01% and is 0.1% or less. From the viewpoint of the lower limit, the P content is preferably 0.02% or more, and more preferably higher than 0.02%. The upper limit of the P content is preferably 0.08%, and more preferably 0.05%.

S:0.06%以下
硫黄(S)は、不純物として鋼中に含有される。Sは、積極的に含有させると、硫化物系介在物を形成し、鋼の被削性を向上させる。一方、S含有量が0.06%を超えると、熱間加工性が低下する。したがって、S含有量は0.06%以下である。S含有量の下限は、好ましくは0.01%であり、さらに好ましくは0.02%である。S含有量の上限は、好ましくは0.055%である。
S: 0.06% or less Sulfur (S) is contained in steel as an impurity. When S is positively incorporated, sulfide inclusions are formed and the machinability of the steel is improved. On the other hand, when the S content exceeds 0.06%, the hot workability decreases. Accordingly, the S content is 0.06% or less. The lower limit of the S content is preferably 0.01%, more preferably 0.02%. The upper limit of the S content is preferably 0.055%.

Cr:0.2〜1.5%
クロム(Cr)は、鋼の強度を高める。Crはさらに、セメンタイトの析出形態を制御して、ナノ結晶化層の熱的安定性を向上させる。Cr含有量が0.2%未満では、この効果が十分に得られない。一方、Cr含有量が1.5%を超えると、マルテンサイトやベイナイトが生成しやすくなる。したがって、Cr含有量は0.2〜1.5%である。Cr含有量の下限は、好ましくは0.25%である。Cr含有量の上限は、好ましくは1.4%であり、さらに好ましくは1.3%である。
Cr: 0.2 to 1.5%
Chromium (Cr) increases the strength of the steel. Cr further controls the precipitation form of cementite and improves the thermal stability of the nanocrystallized layer. If the Cr content is less than 0.2%, this effect cannot be sufficiently obtained. On the other hand, when the Cr content exceeds 1.5%, martensite and bainite are likely to be generated. Therefore, the Cr content is 0.2 to 1.5%. The lower limit of the Cr content is preferably 0.25%. The upper limit of the Cr content is preferably 1.4%, more preferably 1.3%.

Al:0.005〜0.05%
アルミニウム(Al)は、鋼を脱酸する。Al含有量が0.005%未満では、この効果が十分に得られない。一方、Al含有量が0.05%を超えると鋼の被削性が低下する。したがって、Al含有量は0.005〜0.05%である。Al含有量の下限は、好ましくは0.010%であり、さらに好ましくは0.020%である。Al含有量の上限は、好ましくは0.045%であり、さらに好ましくは0.04%である。
Al: 0.005 to 0.05%
Aluminum (Al) deoxidizes steel. If the Al content is less than 0.005%, this effect cannot be sufficiently obtained. On the other hand, if the Al content exceeds 0.05%, the machinability of the steel decreases. Therefore, the Al content is 0.005 to 0.05%. The lower limit of the Al content is preferably 0.010%, more preferably 0.020%. The upper limit of the Al content is preferably 0.045%, more preferably 0.04%.

N:0.001〜0.02%
窒素(N)は、鋼の強度を高める。N含有量が0.001%未満では、この効果が十分に得られない。一方、N含有量が0.02%を超えると、鋼の靱性が低下する。したがって、N含有量は0.001〜0.02%である。N含有量の下限は、好ましくは0.0015%であり、さらに好ましくは0.002%である。N含有量の上限は、好ましくは0.015%であり、さらに好ましくは0.01%である。
N: 0.001 to 0.02%
Nitrogen (N) increases the strength of the steel. If the N content is less than 0.001%, this effect cannot be sufficiently obtained. On the other hand, if the N content exceeds 0.02%, the toughness of the steel decreases. Therefore, the N content is 0.001 to 0.02%. The lower limit of the N content is preferably 0.0015%, more preferably 0.002%. The upper limit of the N content is preferably 0.015%, more preferably 0.01%.

本実施形態による鍛造部品を構成する鋼材の化学組成の残部は、Fe及び不純物である。ここでいう不純物は、鋼の原料として利用される鉱石やスクラップから混入する元素、あるいは製造過程の環境等から混入する元素をいう。   The balance of the chemical composition of the steel material constituting the forged part according to the present embodiment is Fe and impurities. The impurity here refers to an element mixed from ore and scrap used as a raw material of steel, or an element mixed from the environment of the manufacturing process.

V:0〜0.2%
本実施形態による鍛造部品を構成する鋼材の化学組成は、Feの一部に代えて、バナジウム(V)を含有してもよい。Vは、鋼の強度を高める。一方、V含有量が0.2%を超えると、鋼の被削性が低下する。したがって、V含有量は0〜0.2%である。V含有量が0.05%以上であれば、上記の効果が顕著に得られる。V含有量の下限は、さらに好ましくは0.08%である。V含有量の上限は、好ましくは0.15%であり、さらに好ましくは0.12%である。
V: 0 to 0.2%
The chemical composition of the steel material constituting the forged part according to the present embodiment may contain vanadium (V) instead of part of Fe. V increases the strength of the steel. On the other hand, if the V content exceeds 0.2%, the machinability of the steel decreases. Therefore, the V content is 0 to 0.2%. If V content is 0.05% or more, said effect will be acquired notably. The lower limit of the V content is more preferably 0.08%. The upper limit of the V content is preferably 0.15%, more preferably 0.12%.

[式(1)について]
本実施形態による鍛造部品を構成する鋼材の化学組成は、下記の式(1)を満たす。
[Si]+[Mn]≦1.2・・・式(1)
ここで、[Si]、[Mn]にはSi、Mnの各含有量が質量%で代入される。
[Regarding Formula (1)]
The chemical composition of the steel material constituting the forged part according to the present embodiment satisfies the following formula (1).
[Si] + [Mn] ≦ 1.2 Formula (1)
Here, each content of Si and Mn is substituted by mass% for [Si] and [Mn].

Si及びMnは、鋼の熱伝導性を低下させる。そのため、これらの元素の含有量が多すぎると、十分な耐焼付き性が得られない。Si及びMnの含有量は、それぞれの上限を制限するのに加えて、その合計量も1.2%以下に制限する。Si及びMnの含有量の合計は、好ましくは1.1%以下である。   Si and Mn reduce the thermal conductivity of the steel. Therefore, when there is too much content of these elements, sufficient seizure resistance cannot be obtained. In addition to limiting the respective upper limits, the total amount of Si and Mn is also limited to 1.2% or less. The total content of Si and Mn is preferably 1.1% or less.

[組織]
本実施形態による鍛造部品を構成する鋼材は、面積率で90%以上のパーライトを含む組織を有する。パーライトは、摺動によって大きく加工硬化する。パーライトはまた、熱的安定性に優れる。鋼材にマルテンサイトやベイナイト等が含まれていると、組織の熱的安定性が低下する。パーライトの面積率は、好ましくは95%以上である。
[Organization]
The steel material constituting the forged part according to the present embodiment has a structure including pearlite with an area ratio of 90% or more. Pearlite is greatly hardened by sliding. Perlite is also excellent in thermal stability. If the steel material contains martensite, bainite, or the like, the thermal stability of the structure decreases. The area ratio of pearlite is preferably 95% or more.

パーライトの面積率は、次のように測定する。   The area ratio of pearlite is measured as follows.

表面から100μmの深さの位置を含むように、鍛造部品から試料を採取する。このとき、鍛造部品の表面と垂直な面が観察面となるように試料を採取する。観察面を機械研磨した後、電解研磨して組織を現出させる。観察面を走査型電子顕微鏡(SEM)により倍率1000倍で5視野観察する。画像処理によって各視野のパーライトの面積率を求める。5視野について平均したものを、鋼材のパーライトの面積率とする。   A sample is taken from the forged part to include a position at a depth of 100 μm from the surface. At this time, a sample is taken so that a surface perpendicular to the surface of the forged part becomes an observation surface. After the observation surface is mechanically polished, the structure is revealed by electrolytic polishing. The observation surface is observed with a scanning electron microscope (SEM) at five magnifications at a magnification of 1000. The perlite area ratio of each visual field is obtained by image processing. The average of the five fields of view is the area ratio of the pearlite of the steel material.

本実施形態による鍛造部品を構成する鋼材は、パーライトの平均ラメラ間隔が、50nm未満である。平均ラメラ間隔が50nm以上になると、摺動中に分断されたセメンタイトが粗大化しやすくなり、摺動面の熱的安定性が低下する。平均ラメラ間隔の下限は、好ましくは10nmである。平均ラメラ間隔の上限は、好ましくは35nmである。   In the steel material constituting the forged part according to the present embodiment, the average lamella spacing of pearlite is less than 50 nm. When the average lamella spacing is 50 nm or more, cementite divided during sliding tends to be coarsened, and the thermal stability of the sliding surface decreases. The lower limit of the average lamella interval is preferably 10 nm. The upper limit of the average lamella spacing is preferably 35 nm.

パーライトの平均ラメラ間隔は、次のように測定する。   The average lamella spacing of pearlite is measured as follows.

パーライトの面積率の測定と同様に、鍛造部品の表面と垂直な面が観察面となるように試料を採取する。観察面を機械研磨した後、電解研磨して組織を現出させる。観察面をSEMにより倍率5000倍で5視野観察する。   Similarly to the measurement of the area ratio of pearlite, a sample is taken so that the surface perpendicular to the surface of the forged part becomes the observation surface. After the observation surface is mechanically polished, the structure is revealed by electrolytic polishing. The observation surface is observed by SEM at five magnifications at a magnification of 5000 times.

各視野において、長さLの試験線と交差するセメンタイトの数nを求める。図3は、試験線の引き方の具体例である。図3に示すように、各視野において、表面に平行及び垂直な試験線をそれぞれ5μm間隔で3本引き、各試験線について平均ラメラ間隔lavを、下記の式(A)から求める。さらに、5視野×6試験線の平均値をパーライトの平均ラメラ間隔とする。
lav=0.5×(L/n)・・・(A)
In each field of view, the number n of cementite that intersects the test line of length L is determined. FIG. 3 is a specific example of how to draw a test line. As shown in FIG. 3, in each field of view, three test lines parallel and perpendicular to the surface are drawn at intervals of 5 μm, and the average lamella spacing lav is obtained from the following formula (A) for each test line. Furthermore, let the average value of 5 visual fields x 6 test lines be the average lamella spacing of pearlite.
lav = 0.5 × (L / n) (A)

本実施形態による鍛造部品を構成する鋼材は、転位密度が1015−2以上である。転位密度は、好ましくは1.5×1015−2以上であり、さらに好ましくは2.0×1015−2以上である。 The steel material constituting the forged part according to this embodiment has a dislocation density of 10 15 m −2 or more. The dislocation density is preferably 1.5 × 10 15 m −2 or more, and more preferably 2.0 × 10 15 m −2 or more.

転位密度は、次のように測定する。   The dislocation density is measured as follows.

鍛造部品から試料を採取し、機械研磨及び電解研磨する。Cu−Kαを線源とするX線発生装置を用いて、フェライト相の回折ピークを4点以上測定する。測定した回折ピークは、専用解析ソフトウェアによってバックグラウンドを除去し、Kα1とKα2とに分離する。分離したKα1回折ピークに対して、各回折角θ[rad]における半価幅(半値全幅)Δ2θ[rad]を測定する。なお、半価幅は、LaB(六ホウ化ランタン)の単結晶を用いて装置由来の半価幅を測定し、測定された半価幅から差し引いて補正する。 A sample is taken from the forged part and mechanically and electrolytically polished. Using an X-ray generator using Cu-Kα as a radiation source, four or more diffraction peaks of the ferrite phase are measured. The measured diffraction peak is separated into Kα1 and Kα2 by removing the background using dedicated analysis software. The half width (full width at half maximum) Δ2θ [rad] at each diffraction angle θ [rad] is measured for the separated Kα1 diffraction peak. The half width is corrected by measuring the half width derived from the apparatus using a single crystal of LaB 6 (lanthanum hexaboride) and subtracting it from the measured half width.

下記に示すModified Williamson−Hallの式から、転位密度ρ[m−2]を求める。 The dislocation density ρ [m −2 ] is obtained from the modified Williamson-Hall equation shown below.

ここで、ΔKFWHM=Δ2θcosθ/λ、K=2sinθ/λ、λはX線の波長(0.154nm)、Dは結晶子サイズ、bはフェライトのバーガースベクトル(0.249nm)、Oは高次項である。 Where ΔK FWHM = Δ2θ cos θ / λ, K = 2 sin θ / λ, λ is the X-ray wavelength (0.154 nm), D is the crystallite size, b is the ferrite Burgers vector (0.249 nm), and O is the higher order term. It is.

Cは、下記のように結晶異方性を示す定数である。   C is a constant indicating crystal anisotropy as described below.

Mは転位配列を示す無次元の係数であり、ここではM=1とした。   M is a dimensionless coefficient indicating a dislocation array, and here, M = 1.

(*)式において、高次項を無視すると、ΔKFHHMとKとは直線関係を示す。ΔKFHHMとKとをプロットすることによって、切片から結晶子サイズDを、傾きから転位密度ρを求めることができる。 In the formula (*), if high-order terms are ignored, ΔK FHHM and K show a linear relationship. By plotting ΔK FHHM and K, the crystallite size D can be obtained from the intercept, and the dislocation density ρ can be obtained from the slope.

[製造方法]
以下、本実施形態による鍛造部品の製造方法の一例を説明する。本実施形態による鍛造部品の製造方法は、これに限定されない。
[Production method]
Hereinafter, an example of the manufacturing method of the forged part by this embodiment is demonstrated. The method for manufacturing a forged part according to the present embodiment is not limited to this.

図4は、本実施形態による鍛造部品の製造方法の一例を示すフロー図である。この製造方法は、素材を準備する工程(ステップS1)と、素材を加熱する工程(ステップS2)と、加熱された素材を熱間鍛造する工程(ステップS3)と、熱間鍛造された素材を冷却する工程(ステップS4)と、摺動面に冷間加工をする工程(ステップS5)とを備えている。   FIG. 4 is a flowchart showing an example of a method for producing a forged part according to the present embodiment. This manufacturing method includes a step of preparing a material (step S1), a step of heating the material (step S2), a step of hot forging the heated material (step S3), and a hot forged material. A step of cooling (step S4) and a step of cold working the sliding surface (step S5) are provided.

まず、上述した化学組成の素材を準備する(ステップS1)。例えば、上述した化学組成の鋼を溶製し、連続鋳造及び分塊圧延によってビレットを製造する。   First, a material having the above-described chemical composition is prepared (step S1). For example, the steel having the above-described chemical composition is melted and billets are produced by continuous casting and ingot rolling.

素材を1000〜1250℃に加熱する(ステップS2)。続いて、加熱された素材を熱間鍛造する(ステップS3)。熱間鍛造によって、素材を製品の粗形状に加工する。熱間鍛造の条件は特に限定されないが、仕上げ温度は例えば900℃である。   The material is heated to 1000 to 1250 ° C. (step S2). Subsequently, the heated material is hot forged (step S3). The material is processed into the rough shape of the product by hot forging. The hot forging conditions are not particularly limited, but the finishing temperature is, for example, 900 ° C.

熱間鍛造された素材を冷却する(ステップS4)。このとき、900℃から400℃までの平均冷却速度を、下記の式(2)で定義される冷却速度指数CI以下にする。
CI=10・・・式(2)
ただし、x=0.1×[Al]−[Si]−[Mn]−0.5×[Cr]−5.8×[V]+2.2
ここで、[Al]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[V]には素材のAl、Si、Mn、Cr、Vの各含有量が質量%で代入される。冷却速度指数CIの単位は℃/秒である。
The hot forged material is cooled (step S4). At this time, the average cooling rate from 900 ° C. to 400 ° C. is made equal to or lower than the cooling rate index CI defined by the following formula (2).
CI = 10 x Expression (2)
However, x = 0.1 * [Al]-[Si]-[Mn] -0.5 * [Cr] -5.8 * [V] +2.2
Here, the contents of Al, Si, Mn, Cr, and V of the material are substituted by mass% for [Al], [Si], [Mn], [Cr], and [V]. The unit of the cooling rate index CI is ° C./second.

本実施形態で規定する化学組成の素材を、900℃から400℃までの平均冷却速度が冷却速度指数CI以下になるように冷却すれば、パーライトの面積率が90%以上の組織を得ることができる。   If the material having the chemical composition specified in the present embodiment is cooled so that the average cooling rate from 900 ° C. to 400 ° C. is equal to or lower than the cooling rate index CI, a structure having an area ratio of pearlite of 90% or more can be obtained. it can.

上記に加えて、900℃から400℃までの平均冷却速度を、下記の式(3)で定義されるパーライト冷却速度指数PIよりも大きくすることが好ましい。
PI=500×10−y・・・式(3)
ただし、y=0.6×[Si]+1.7×[Mn]+46×[P]+66×[S]+17×[V]+1.2×[Al]+0.2×[Cr]−1.9
ここで、[Al]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[V]、[P]、[S]には素材のAl、Si、Mn、Cr、V、P、Sの各含有量が質量%で代入される。パーライト冷却速度指数PIの単位は℃/秒である。
In addition to the above, it is preferable to make the average cooling rate from 900 ° C. to 400 ° C. larger than the pearlite cooling rate index PI defined by the following formula (3).
PI = 500 × 10 −y Formula (3)
However, y = 0.6 * [Si] + 1.7 * [Mn] + 46 * [P] + 66 * [S] + 17 * [V] + 1.2 * [Al] + 0.2 * [Cr] -1. 9
Here, [Al], [Si], [Mn], [Cr], [V], [P], and [S] contain each of the materials Al, Si, Mn, Cr, V, P, and S The quantity is substituted in mass%. The unit of the pearlite cooling rate index PI is ° C./second.

900℃から400℃までの平均冷却速度がパーライト冷却速度指数PI以下であると、パーライトの平均ラメラ間隔が大きくなりすぎ、後述する冷間加工を施しても、パーライトの平均ラメラ間隔を50nm未満にすることが困難になる場合がある。   If the average cooling rate from 900 ° C to 400 ° C is equal to or less than the pearlite cooling rate index PI, the average lamella spacing of the pearlite becomes too large, and the average lamella spacing of the pearlite is less than 50 nm even if cold processing described later is performed May be difficult to do.

冷却手段は特に限定されないが、冷却速度に応じて、断熱材を用いた緩空冷、通常の空冷、送風機による強制空冷、油冷、水冷、氷水冷等を用いることができる。   Although the cooling means is not particularly limited, slow air cooling using a heat insulating material, normal air cooling, forced air cooling using a blower, oil cooling, water cooling, ice water cooling, or the like can be used depending on the cooling rate.

冷却された素材に冷間加工を施す(ステップS5)。冷間加工は、例えば、冷間ロール加工、冷間圧延、冷間鍛造等である。冷間加工は、フィレット加工のような局所的な冷間加工であってもよい。冷間加工は、例えば冷間圧延の場合、減面率が30%以上になるようにする。冷間加工の加工度が小さいと、却って転位密度は低くなる。これは、冷間加工の発熱で局所的に再結晶が生じるためである。局所的に再結晶させると、その再結晶粒が選択的に摩耗し、表面に凹凸が生じ、さらなる摩耗や焼付きの原因となる。冷間加工の加工度を高め、減面率が30%以上になるようにすれば、転位密度を1015−2以上にし、かつパーライトのラメラ間隔を50nm未満にすることができる。冷間圧延の場合の減面率は、好ましくは40%以上である。 Cold processing is performed on the cooled material (step S5). The cold working is, for example, cold roll working, cold rolling, cold forging, or the like. The cold work may be a local cold work such as a fillet process. In the cold working, for example, in the case of cold rolling, the area reduction rate is set to 30% or more. If the degree of cold working is small, the dislocation density is low. This is because recrystallization occurs locally due to the heat generated during cold working. When locally recrystallized, the recrystallized grains are selectively abraded, resulting in irregularities on the surface, which causes further wear and seizure. If the degree of cold working is increased and the area reduction rate is 30% or more, the dislocation density can be 10 15 m −2 or more and the pearlite lamella spacing can be less than 50 nm. The area reduction rate in the case of cold rolling is preferably 40% or more.

以上、本発明の実施形態を説明した。本実施形態によれば、耐焼付き性に優れた鍛造部品が得られる。上述した実施形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態を適宜変形して実施することが可能である。   The embodiments of the present invention have been described above. According to this embodiment, a forged part having excellent seizure resistance can be obtained. The above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented by appropriately modifying the above-described embodiment without departing from the spirit thereof.

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。本発明はこれらの実施例に限定されない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. The present invention is not limited to these examples.

表1に示す化学組成の鋼を150kg真空誘導溶解炉(VIM)によって溶製し、素材とした。各素材を1200℃に加熱後、1100℃で減面率40%の熱間鍛造を実施した。熱間鍛造された素材の厚さは、7.2mmであった。熱間鍛造された素材を、冷却速度を変えて室温まで冷却して供試材とした。なお、表1の「−」は、該当する元素の含有量が不純物レベルであることを示す。   Steel having the chemical composition shown in Table 1 was melted by a 150 kg vacuum induction melting furnace (VIM) to obtain a raw material. Each material was heated to 1200 ° C., and hot forging was performed at 1100 ° C. with a reduction in area of 40%. The thickness of the hot forged material was 7.2 mm. The hot forged material was cooled to room temperature by changing the cooling rate to obtain a test material. Note that “-” in Table 1 indicates that the content of the corresponding element is at the impurity level.

室温まで冷却した厚さ7.2mmの供試材に対して、冷間ロール加工を模擬し、冷間加工を実施した。具体的には、厚さ7.2mmの素材の両面を研磨加工した後、減面率が30〜50%となるような冷間圧延を実施した。冷間圧延後の供試材表面から、摺動面が2.7mm×2.0mmの面となるように、寸法:2.7mm×2.0mm×2.0mmのブロックを複数個採取した。このブロックを用いて、パーライトの面積率、パーライトの平均ラメラ間隔、転位密度、及び摩耗試験後のナノ硬さを測定した。   Cold rolling was performed on a test material having a thickness of 7.2 mm cooled to room temperature, simulating cold rolling. Specifically, after both surfaces of a 7.2 mm thick material were polished, cold rolling was performed so that the area reduction rate was 30 to 50%. A plurality of blocks having dimensions of 2.7 mm × 2.0 mm × 2.0 mm were collected from the surface of the test material after cold rolling so that the sliding surface was a surface of 2.7 mm × 2.0 mm. Using this block, the area ratio of pearlite, the average lamella spacing of pearlite, the dislocation density, and the nano hardness after the wear test were measured.

900℃から400℃までの平均冷却速度と、組織との関係を表2に示す。表2において、「P」は、パーライトの面積率が90%以上であったことを示す。「△」は、パーライトの面積率が90%未満であったことを示す。「−」は、未測定であることを示す。   Table 2 shows the relationship between the average cooling rate from 900 ° C. to 400 ° C. and the structure. In Table 2, “P” indicates that the area ratio of pearlite was 90% or more. “Δ” indicates that the area ratio of pearlite was less than 90%. “-” Indicates that measurement has not been performed.

表2に示すように、900℃から400℃までの平均冷却速度が冷却速度指数CI以下であれば、パーライトの面積率が90%以上である組織が得られることがわかった。   As shown in Table 2, it was found that when the average cooling rate from 900 ° C. to 400 ° C. was the cooling rate index CI or less, a structure having a pearlite area ratio of 90% or more was obtained.

[耐焼付き性評価]
長時間摺動後のナノ硬さを評価するため、以下に説明するように、各供試材に対して摩耗試験を実施し、摩耗試験後のナノ硬さを測定した。
[Evaluation of seizure resistance]
In order to evaluate the nano hardness after sliding for a long time, as described below, a wear test was performed on each specimen, and the nano hardness after the wear test was measured.

まず、表面の凹凸を除去するため、前記ブロックの2.7mm×2.0mmの面に対して、ペーパー研磨及びコロイダルシリカを用いた研磨を実施した。さらに、ペーパー研磨及びコロイダルシリカを用いた研磨によって生成した加工層を除去するため、電解研磨を実施した。除去した加工層の厚さは、約3μmであった。加工層を除去した試験片に対して、図5に示すピンオンディスク型摩耗試験を実施した。   First, in order to remove unevenness on the surface, paper polishing and polishing using colloidal silica were performed on a 2.7 mm × 2.0 mm surface of the block. Furthermore, in order to remove the processing layer produced | generated by the grinding | polishing using paper grinding | polishing and colloidal silica, electrolytic polishing was implemented. The thickness of the removed processed layer was about 3 μm. A pin-on-disk wear test shown in FIG. 5 was performed on the test piece from which the processed layer was removed.

ピンオンディスク型摩耗試験は、より具体的には、次のように実施した。ピンオンディスク試験機の回転ディスク10の表面に、800番のエメリーペーパー20を貼り付けた。そして、エメリーペーパー20に試験片(ブロック)30の2.7mm×2.0mmの面を0.3MPaの面圧で押しつけたまま、摺動距離が2000mになるように回転ディスク10を回転させた。   More specifically, the pin-on-disk wear test was performed as follows. The 800-th emery paper 20 was affixed on the surface of the rotating disk 10 of the pin-on-disk tester. Then, while the 2.7 mm × 2.0 mm surface of the test piece (block) 30 was pressed against the emery paper 20 with a surface pressure of 0.3 MPa, the rotating disk 10 was rotated so that the sliding distance was 2000 m. .

試験片30の表面に熱電対(不図示)を装着して摩耗試験中の表面の温度を計測した。摩耗試験開始後の数秒で表面温度は約50℃まで上昇したが、その後の温度変化は小さいことを確認した。   A thermocouple (not shown) was attached to the surface of the test piece 30 to measure the surface temperature during the wear test. The surface temperature rose to about 50 ° C. within a few seconds after the start of the abrasion test, but it was confirmed that the temperature change thereafter was small.

摩耗試験後、摺動面(2.7mm×2.0mmの面)のナノ硬さをナノインデテーション法によって測定した。   After the abrasion test, the nano hardness of the sliding surface (2.7 mm × 2.0 mm surface) was measured by the nanoindentation method.

ナノ硬さの測定は、Agilent Technology社製ナノインデンター、XP/DCM型を用いた。図6に示すように、ナノインデンターの探針40を試験片30の摺動面30aに接触させて測定した。より具体的には、ダイアモンド製のバーコビッチ型針を摺動面30aに連続剛性方式(CSM式)で押し込んだ。連続剛性方式の条件は、振動数を45Hz、振幅を2nm、押し込み深さを250nmとした。   The nano hardness was measured using a nanoindenter, XP / DCM type, manufactured by Agilent Technology. As shown in FIG. 6, the measurement was performed by bringing the probe 40 of the nanoindenter into contact with the sliding surface 30 a of the test piece 30. More specifically, a diamond Barkovic needle was pushed into the sliding surface 30a by a continuous stiffness method (CSM method). The conditions for the continuous stiffness method were a frequency of 45 Hz, an amplitude of 2 nm, and an indentation depth of 250 nm.

各供試材の冷却条件、組織、パーライトの面積率、平均ラメラ間隔、転位密度及び表層から20nm以内の位置でのナノ硬さ(以下、表層ナノ硬さという。)を表3にまとめて示す。   Table 3 summarizes the cooling conditions, the structure, the area ratio of pearlite, the average lamella spacing, the dislocation density, and the nano hardness at a position within 20 nm from the surface layer (hereinafter referred to as surface layer nano hardness) for each specimen. .

試験番号5〜8の供試材は、それぞれ試験番号1、2、4、1の供試材に、「冷間圧延減面率(%)」の欄に記載された減面率の冷間加工を加えたものである。これらの供試材の「平均ラメラ間隔」、「転位密度」、「表層ナノ硬さ」の欄には、冷間加工後の測定値が記載されている。   The test materials of test numbers 5 to 8 are the cold of the surface reduction rate described in the column of “Cold rolling surface reduction rate (%)” in the test materials of test numbers 1, 2, 4, and 1, respectively. It is the one with processing. The measured values after cold working are described in the columns of “average lamella spacing”, “dislocation density”, and “surface nanohardness” of these test materials.

表3の「組織」の欄において、「P」はパーライト組織を示す。   In the “structure” column of Table 3, “P” indicates a pearlite structure.

表3に示すように、試験番号5、6の供試材は、面積率で90%以上のパーライトを含む組織を有し、転位密度が1015−2以上であり、かつパーライトの平均ラメラ間隔が50nm未満であった。試験番号5、6の供試材は、優れたナノ硬さを示した。 As shown in Table 3, the test materials of Test Nos. 5 and 6 have a structure containing pearlite with an area ratio of 90% or more, a dislocation density of 10 15 m −2 or more, and an average lamella of pearlite. The interval was less than 50 nm. The test materials of test numbers 5 and 6 showed excellent nano hardness.

試験番号1〜4の供試材は、試験番号5、6の供試材と比較すると、表層ナノ硬さが劣っていた。これは、転位密度が低すぎたためと考えられる。   The test materials of Test Nos. 1 to 4 were inferior in surface layer nano hardness as compared with the test materials of Test Nos. 5 and 6. This is presumably because the dislocation density was too low.

試験番号7、8の供試材は、試験番号5、6の供試材と比較すると、表層ナノ硬さが劣っていた。これは、転位密度が低すぎたため、又はパーライトの平均ラメラ間隔が大きすぎたためと考えられる。試験番号7の供試材は、冷間加工前の鋼(供試材4)の平均ラメラ間隔が大きすぎたため、冷間加工を加えても、所定の転位密度及び平均ラメラ間隔に調整することができなかった。   The test materials of Test Nos. 7 and 8 were inferior in surface layer nano hardness as compared with the test materials of Test Nos. 5 and 6. This is probably because the dislocation density was too low, or the average lamella spacing of pearlite was too large. The test material of test number 7 had an average lamellar spacing of the steel before cold working (test material 4) that was too large, so even if cold working was applied, it should be adjusted to the prescribed dislocation density and average lamellar spacing. I could not.

以上の結果から、耐焼付き性に優れた鍛造部品が得られることが確認された。   From the above results, it was confirmed that a forged part excellent in seizure resistance was obtained.

Claims (2)

化学組成が、質量%で、
C :0.35〜0.65%、
Si:0.50%未満、
Mn:0.10%以上0.80%未満、
P :0.01%を超え0.1%以下、
S :0.06%以下、
Cr:0.2〜1.5%、
Al:0.005〜0.05%、
N :0.001〜0.02%、
V :0〜0.2%、
残部:Fe及び不純物であり、
前記化学組成が、下記の式(1)を満たし、
面積率で90%以上のパーライトを含む組織を有し、
前記パーライトの平均ラメラ間隔が50nm未満であって、
転位密度が1015−2以上である鋼材からなる、鍛造部品。
[Si]+[Mn]≦1.2・・・式(1)
ここで、[Si]、[Mn]にはSi、Mnの各含有量が質量%で代入される。
Chemical composition is mass%,
C: 0.35-0.65%,
Si: less than 0.50%,
Mn: 0.10% or more and less than 0.80%,
P: more than 0.01% and 0.1% or less,
S: 0.06% or less,
Cr: 0.2 to 1.5%
Al: 0.005 to 0.05%,
N: 0.001 to 0.02%,
V: 0 to 0.2%,
Balance: Fe and impurities,
The chemical composition satisfies the following formula (1):
It has a structure containing pearlite of 90% or more in area ratio,
An average lamellar spacing of the pearlite is less than 50 nm,
A forged part made of a steel material having a dislocation density of 10 15 m −2 or more.
[Si] + [Mn] ≦ 1.2 Formula (1)
Here, each content of Si and Mn is substituted by mass% for [Si] and [Mn].
請求項1に記載の鍛造部品であって、
前記化学組成が、質量%で、
V :0.05〜0.2%、
を含有する鍛造部品。
The forged part according to claim 1,
The chemical composition is mass%,
V: 0.05-0.2%
Forged parts containing.
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