JP2019035126A - Steel for machine structure use - Google Patents

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JP2019035126A
JP2019035126A JP2017158167A JP2017158167A JP2019035126A JP 2019035126 A JP2019035126 A JP 2019035126A JP 2017158167 A JP2017158167 A JP 2017158167A JP 2017158167 A JP2017158167 A JP 2017158167A JP 2019035126 A JP2019035126 A JP 2019035126A
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亮介 大橋
Ryosuke Ohashi
亮介 大橋
誠 針谷
Makoto Haritani
誠 針谷
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Abstract

To provide a steel for machine structural use capable of heightening machinability, while preventing decline of fatigue strength caused by a sulfide-based inclusion, by not adding S, or by suppressing an addition amount of S in a small state.SOLUTION: A steel for machine structural use contains, in terms of mass%, C:0.01-0.70%, Si:0.05-2.00%, Mn:0.20-3.50%, Cr:0.01-2.00%, s-Al:0.005-0.100%, N:0.050% or less and 0:0.0100% or less, and has a residue comprising Fe and inevitable impurities, and also has a composition satisfying following formula (1): 0.030≤F1...formula (1), where, F1=0.15[Si]+[s-Al]+0.17[V]-0.05[Ti]-0.8[O].SELECTED DRAWING: None

Description

この発明は、優れた被削性とともに疲労強度が必要とされる機器ないし部品の素材として利用するのに適した機械構造用鋼に関する。   The present invention relates to a machine structural steel suitable for use as a material for equipment or parts that require excellent machinability and fatigue strength.

自動車や各種機械に用いられる鋼部品(具体的には歯車、クランクシャフト、コンロッド等の機械構造部品)は、鍛造等の加工の後に切削加工を施すことによって最終形状に仕上げられるのが一般的である。切削加工に要するコストは、部品製作費全体に占める割合が高いことから、切削加工前の鋼には優れた被削性が要求されている。
一般に、Pbのような有害物質を含有することなく被削性を向上させる場合、Sを添加することが行われている。添加したSは鋼中にMnS等の介在物を形成し、切削時において介在物への応力集中効果等によって被削性が高められる(例えば下記特許文献1参照)。
Steel parts used in automobiles and various machines (specifically, mechanical structural parts such as gears, crankshafts and connecting rods) are generally finished in a final shape by cutting after forging. is there. Since the cost required for cutting is high in the total part production cost, the steel before cutting is required to have excellent machinability.
In general, in order to improve machinability without containing a harmful substance such as Pb, S is added. The added S forms inclusions such as MnS in the steel, and the machinability is enhanced by the effect of stress concentration on the inclusions during cutting (for example, see Patent Document 1 below).

特開2004−332078号公報JP 2004-332078 A

ところで、近年、燃費向上のために部品等の軽量化、すなわち高強度化が志向されている。しかしながら、Sが添加された硫黄快削鋼にあっては、鋼中に生成されたMnS等の介在物が疲労破壊の起点となり疲労強度等の機械特性を低下させてしまう問題があり、被削性と疲労強度の両立を図ることが困難であった。
本発明は以上のような事情を背景とし、Sを無添加として、若しくはSの添加量を少なく抑えて硫化物系介在物による疲労強度の低下を防止しつつ、切削性を高めた機械構造用鋼を提供することを目的としてなされたものである。
By the way, in recent years, in order to improve fuel consumption, weight reduction of parts and the like, that is, increase in strength has been aimed at. However, in sulfur free-cutting steel to which S is added, there is a problem that inclusions such as MnS generated in the steel become the starting point of fatigue fracture and deteriorate mechanical properties such as fatigue strength. It has been difficult to achieve both compatibility and fatigue strength.
The present invention is based on the circumstances as described above, and for machine structures with improved machinability while preventing the decrease in fatigue strength due to sulfide inclusions with no addition of S or with a small amount of S added. It was made for the purpose of providing steel.

而して請求項1は、質量%で、C:0.01〜0.70%,Si:0.05〜2.00%,Mn:0.20〜3.50%,Cr:0.01〜2.00%,s−Al:0.005〜0.100%,N:0.050%以下,0:0.0100%以下、を含有し、残部Fe及び不可避的不純物から成り、且つ下記式(1)を満足する組成を有することを特徴とする。
0.030≦F1・・式(1) 但しF1=0.15[Si]+[s-Al]+0.17[V]-0.05[Ti]-0.8[O](F1の式中[ ]は、[ ]内元素の含有質量%を表す)
Thus, Claim 1 is, in mass%, C: 0.01 to 0.70%, Si: 0.05 to 2.00%, Mn: 0.20 to 3.50%, Cr: 0.01 -2.00%, s-Al: 0.005-0.100%, N: 0.050% or less, 0: 0.0100% or less, the balance consisting of Fe and inevitable impurities, The composition satisfies the formula (1).
0.030 ≦ F1 .. Formula (1) where F1 = 0.15 [Si] + [s-Al] +0.17 [V] -0.05 [Ti] -0.8 [O] ([] in the formula of F1 is [ ] Represents the element content%

尚、通常、機械構造用鋼において、下記に示す成分が下記範囲で不可避的不純物として含まれ得る。
P<0.04%,S<0.010%,V<0.01%,Ti<0.005%,Cu<0.05%,Ni<0.05%,Mo<0.01%などである。
In addition, normally, in the steel for machine structural use, the following components can be included as inevitable impurities within the following range.
P <0.04%, S <0.010%, V <0.01%, Ti <0.005%, Cu <0.05%, Ni <0.05%, Mo <0.01%, etc. is there.

請求項2のものは、請求項1において、質量%で、S:0.010〜0.120%、を更に含有し、且つ下記式(2)を満足する組成を有することを特徴とする。
4.5≦F2・・式(2) 但しF2=12([Ti]+[s-Al])/[S](F2の式中[ ]は、[ ]内元素の含有質量%を表す)
A second aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect, the composition further comprises S: 0.010 to 0.120% by mass% and satisfies the following formula (2).
4.5 ≦ F2 ··· Formula (2) where F2 = 12 ([Ti] + [s-Al]) / [S] (in the formula of F2, [] represents the mass% of the element in [])

請求項3のものは、請求項1,2の何れかにおいて、質量%で、V:0.01〜1.00%,Ti:0.005〜0.100%、の少なくとも1種を更に含有することを特徴とする。   Claim 3 further contains at least one of V: 0.01 to 1.00% and Ti: 0.005 to 0.100% by mass% in any one of claims 1 and 2. It is characterized by doing.

請求項4のものは、請求項1〜3の何れかにおいて、質量%で、Cu:0.05〜3.00%,Ni:0.05〜3.00%,Mo:0.01〜1.00%、の少なくとも1種を更に含有することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the mass% is Cu: 0.05 to 3.00%, Ni: 0.05 to 3.00%, Mo: 0.01 to 1. It further comprises at least one of 0.000%.

請求項5のものは、請求項1〜4の何れかにおいて、質量%で、Nb:0.05〜0.50%,W:0.20〜2.00%、の少なくとも1種を更に含有することを特徴とする。   Claim 5 further contains at least one of Nb: 0.05 to 0.50% and W: 0.20 to 2.00% by mass in any one of claims 1 to 4. It is characterized by doing.

請求項6のものは、請求項1〜5の何れかにおいて、質量%で、Ca:0.0003〜0.0070%,Pb:0.03〜0.30%,Bi:0.03〜0.30%,Sn:0.002〜0.020%,Sb:0.002〜0.020%,Mg:0.0001〜0.0200%,Zr:0.01〜0.50%,Te:0.001〜0.15%,REM:0.001〜0.050%,Se:0.001〜0.30%,B:0.0005〜0.0200%、の少なくとも1種を更に含有することを特徴とする。   A sixth aspect of the present invention is the method according to any one of the first to fifth aspects, wherein the mass% is Ca: 0.0003 to 0.0070%, Pb: 0.03 to 0.30%, Bi: 0.03 to 0 .30%, Sn: 0.002-0.020%, Sb: 0.002-0.020%, Mg: 0.0001-0.0200%, Zr: 0.01-0.50%, Te: It further contains at least one of 0.001 to 0.15%, REM: 0.001 to 0.050%, Se: 0.001 to 0.30%, B: 0.0005 to 0.0200%. It is characterized by that.

以上のような本発明は、鋼中のs−Alが、切削加工の際、切削工具の表面に、工具磨耗抑制効果が大きい酸化膜を生成することに着目し、Sを無添加もしくはSの添加量を少なく抑えて、硫化物系介在物に起因する疲労強度の低下を防止しつつ、被削性の向上を図ったものである。工具磨耗抑制効果を有する酸化膜は、s−Alのほか、SiおよびVにより生成される。本発明では、工具磨耗に対する合金成分の影響を定式化した指数F1を設け、指数F1の値が上記式(1)を満たすように各合金元素の含有量を規定することで硫化物系介在物によらず被削性の向上を図ることができる。   The present invention as described above pays attention to the fact that s-Al in steel generates an oxide film having a large effect of suppressing tool wear on the surface of the cutting tool during the cutting process. It is intended to improve the machinability while suppressing the amount of addition to prevent a decrease in fatigue strength due to sulfide inclusions. The oxide film having a tool wear suppressing effect is generated by Si and V in addition to s-Al. In the present invention, an index F1 that formulates the influence of the alloy component on tool wear is provided, and the content of each alloy element is specified so that the value of the index F1 satisfies the above formula (1). Regardless of this, machinability can be improved.

なお、本発明ではSを少量添加することも可能である。ただしこの場合は、疲労特性を表す指数F2が上記式(2)を満たすように、Ti,s−Al、Sの各元素の含有量をバランスさせる。Sを添加した場合、鋼中の酸化物を核としてMnS等の硫化物系介在物が成長する。本発明の場合、核となる酸化物は、鋼溶製時に生成されるTiもしくはAlの酸化物であり、Tiおよびs−Alの総量とS量との比率は、鋼中に生成する硫化物系介在物の分散性及び大きさに影響する。本発明では、指数F2が式(2)を満たすようにTi,s−Al、Sの含有量をバランスさせることで、硫化物系介在物の形態を制御して、疲労強度の低下を抑制しつつ被削性を効果的に高めることができる。   In the present invention, it is possible to add a small amount of S. However, in this case, the contents of Ti, s-Al, and S elements are balanced so that the index F2 representing the fatigue characteristics satisfies the above formula (2). When S is added, sulfide inclusions such as MnS grow using oxides in steel as nuclei. In the case of the present invention, the core oxide is Ti or Al oxide produced during steel melting, and the ratio between the total amount of Ti and s-Al and the amount of S is the sulfide produced in the steel. It affects the dispersibility and size of system inclusions. In the present invention, the content of Ti, s-Al, and S is balanced so that the index F2 satisfies the formula (2), thereby controlling the form of sulfide inclusions and suppressing the decrease in fatigue strength. In addition, the machinability can be effectively increased.

次に本発明における各化学成分等の限定理由を以下に説明する。尚、以降の説明では、特にことわりがない限り「%」は「質量%」を意味するものとする。
「請求項1の化学成分について」
C:0.01〜0.70%
Cは、強度を確保する上で必要な元素であり、所定の強度を確保するため0.01%以上、好ましくは0.05%以上含有させる。但し、含有量が多くなり過ぎるとパーライトが多く発生し被削性が低下するため、その上限を0.70%とする。好ましくは0.60%以下、より好ましくは0.50%以下である。
Next, the reasons for limiting each chemical component and the like in the present invention will be described below. In the following description, “%” means “mass%” unless otherwise specified.
“Chemical composition of claim 1”
C: 0.01 to 0.70%
C is an element necessary for securing strength, and is contained in an amount of 0.01% or more, preferably 0.05% or more in order to secure a predetermined strength. However, if the content is too large, a large amount of pearlite is generated and the machinability is lowered, so the upper limit is made 0.70%. Preferably it is 0.60% or less, More preferably, it is 0.50% or less.

Si:0.05〜2.00%
Siは、鋼溶製時の脱酸剤として使用される元素であるが、疲労強度を高める効果がある。また工具の表面に酸化膜を生成して工具磨耗を抑制し被削性を向上させる。このような効果を得るため、本発明ではSiを0.05%以上、好ましくは0.10%以上含有させる。但し、含有量が多くなり過ぎるとフェライトが硬化して被削性が低下するため、その上限を2.00%とする。好ましくは1.90%以下、より好ましくは1.80%以下である。
Si: 0.05-2.00%
Si is an element used as a deoxidizer during steel melting, but has an effect of increasing fatigue strength. In addition, an oxide film is generated on the surface of the tool to suppress tool wear and improve machinability. In order to obtain such an effect, in the present invention, Si is contained in an amount of 0.05% or more, preferably 0.10% or more. However, since ferrite will harden and machinability will fall if there is too much content, the upper limit shall be 2.00%. Preferably it is 1.90% or less, More preferably, it is 1.80% or less.

Mn:0.20〜3.50%
Mnは、焼入性を高め強度向上に寄与する元素である。この効果を得るため0.20%以上、好ましくは0.30%以上添加する。但し、含有量が多くなり過ぎるとパーライトが多く発生し被削性が低下するため、その上限を3.50%とする。好ましくは3.00%以下、より好ましくは2.50%以下である。
Mn: 0.20 to 3.50%
Mn is an element that increases the hardenability and contributes to improving the strength. In order to obtain this effect, 0.20% or more, preferably 0.30% or more is added. However, if the content is too large, a lot of pearlite is generated and the machinability is lowered, so the upper limit is made 3.50%. Preferably it is 3.00% or less, More preferably, it is 2.50% or less.

Cr:0.01〜2.00%
Crは、焼入性を高め強度向上に寄与する元素である。この効果を得るため0.01%以上、好ましくは0.05%以上添加する。但し、Crはコストが高く、また含有量が多くなり過ぎると過冷組織が生成され被削性が低下するため、その上限を2.00%とする。好ましくは1.80%以下、より好ましくは1.60%以下である。
Cr: 0.01-2.00%
Cr is an element that enhances hardenability and contributes to strength improvement. In order to obtain this effect, 0.01% or more, preferably 0.05% or more is added. However, Cr has a high cost, and if the content is too large, a supercooled structure is generated and the machinability is lowered, so the upper limit is made 2.00%. Preferably it is 1.80% or less, More preferably, it is 1.60% or less.

s−Al:0.005〜0.100%
s−Alは、本発明において被削性確保のため不可欠な元素である。s−Alは、切削加工で発生する熱によって、大気中などの酸素と反応して、切削工具の表面に酸化膜を形成する。このようにして形成された酸化膜は工具磨耗を抑制する効果が高く、被削性を向上させる。また窒化物を形成し熱間鍛造時の旧オーステナイト粒の成長を抑制して、フェライトパーライト組織を微細化し、靭性および強度を高める効果がある。このため本発明では、s−Alを少なくとも0.005%以上、好ましくは0.010%以上含有させる。
但し、s−Al量が過度に高い場合には鋼中に別途粗大な酸化物が生じ、これが起点となり疲労強度が低下する。また粗大な炭窒化物が生じて工具磨耗が増加し、被削性が低下する。このためその上限を0.100%とする。好ましくは0.090%以下、より好ましくは0.080%以下である。
なお、s−Alは、酸可溶性アルミニウムを表し、JIS G 1257(1994)の付属書15に記載された方法により定量される。尚、JIS G 1257(1994)の内容はここに参照として取り込まれる。
s-Al: 0.005 to 0.100%
s-Al is an essential element for securing machinability in the present invention. s-Al reacts with oxygen in the atmosphere or the like by heat generated in cutting, and forms an oxide film on the surface of the cutting tool. The oxide film thus formed is highly effective in suppressing tool wear and improves machinability. In addition, it has the effect of forming nitrides and suppressing the growth of prior austenite grains during hot forging, miniaturizing the ferrite pearlite structure, and increasing toughness and strength. For this reason, in this invention, s-Al is contained at least 0.005% or more, preferably 0.010% or more.
However, when the amount of s-Al is excessively high, a coarse oxide is separately generated in the steel, which becomes a starting point and reduces the fatigue strength. In addition, coarse carbonitrides are generated, tool wear increases, and machinability decreases. For this reason, the upper limit is made 0.100%. Preferably it is 0.090% or less, More preferably, it is 0.080% or less.
In addition, s-Al represents acid-soluble aluminum and is quantified by the method described in Appendix 15 of JIS G 1257 (1994). The contents of JIS G 1257 (1994) are incorporated herein by reference.

N:0.050%以下
Nは、製造に際して必然的に混入する元素であり、鋼中に炭窒化物を形成する。特にN量が多い場合には粗大な炭窒化物が生成し易くなり、これが疲労破壊の起点となり疲労強度が低下する。また鋼中の粗大な炭窒化物により工具磨耗が増加し被削性が低下するため、その上限を0.050%とする。好ましくは0.040%以下、より好ましくは0.030%以下である。
但し、適量であれば、疲労強度を高めたり、またTiと窒化物を形成し、微細に析出して熱間鍛造時の旧オーステナイト粒の成長を抑制して、フェライトパーライト組織を微細化し、強度を高める効果がある。このため0.005%以上の添加が好ましい。より好ましくは0.010%以上である。
N: 0.050% or less N is an element that is inevitably mixed during production, and forms carbonitrides in steel. In particular, when the amount of N is large, coarse carbonitrides are likely to be formed, and this becomes a starting point for fatigue fracture, resulting in a decrease in fatigue strength. Moreover, since tool wear increases due to coarse carbonitride in steel and machinability decreases, the upper limit is made 0.050%. Preferably it is 0.040% or less, More preferably, it is 0.030% or less.
However, if the amount is appropriate, the fatigue strength is increased, or Ti and nitrides are formed and finely precipitated to suppress the growth of the prior austenite grains during hot forging, thereby refining the ferrite pearlite structure and increasing the strength. There is an effect to increase. For this reason, addition of 0.005% or more is preferable. More preferably, it is 0.010% or more.

O:0.0100%以下
Oは、酸化物系介在物を生成する。特にO量が多い場合には粗大な酸化物が生成し易くなり、これが疲労破壊の起点となり疲労強度が低下する。また鋼中の粗大な酸化物により工具磨耗が増加し被削性の低下を招くため、その上限を0.0100%とする。好ましくは0.0070%以下、より好ましくは0.0040%以下である。
O: 0.0100% or less O generates oxide inclusions. In particular, when the amount of O is large, a coarse oxide is likely to be generated, and this becomes a starting point for fatigue failure, and the fatigue strength decreases. Further, since the wear of the tool is increased by the coarse oxide in the steel and the machinability is lowered, the upper limit is made 0.0100%. Preferably it is 0.0070% or less, More preferably, it is 0.0040% or less.

0.030≦F1・・式(1)、但しF1=0.15[Si]+[s-Al]+0.17[V]-0.05[Ti]-0.8[O]
F1は、被削性を表す指数である。Si,s−Al,Vは、切削加工時に工具表面に酸化膜を生成し、工具磨耗を抑制する元素である。一方、TiおよびOは鋼中に硬質の炭窒化物もしくは酸化物を生成し、工具磨耗を増加(悪化)させる元素である。
Si,s−Al,V,Ti,Oの係数は、それぞれ被削性(耐工具磨耗性)に対する寄与度を表している。指数F1の値が大きいほど被削性を向上させることができる。
本発明では、従来の硫黄快削鋼に準じる、鋼部品の量産工程において問題とならない被削性を得るため、指数F1の下限値を0.030と規定している。
0.030 ≦ F1 .. Formula (1), where F1 = 0.15 [Si] + [s-Al] +0.17 [V] -0.05 [Ti] -0.8 [O]
F1 is an index representing machinability. Si, s-Al, and V are elements that generate an oxide film on the tool surface during cutting and suppress tool wear. On the other hand, Ti and O are elements that generate hard carbonitrides or oxides in steel and increase (deteriorate) tool wear.
The coefficients of Si, s-Al, V, Ti, and O represent contributions to machinability (tool wear resistance), respectively. The machinability can be improved as the value of the index F1 is larger.
In the present invention, the lower limit value of the index F1 is defined as 0.030 in order to obtain machinability that does not cause a problem in the mass production process of steel parts according to the conventional sulfur free cutting steel.

「請求項2の化学成分について」
S:0.010〜0.120%
Sは、熱間加工のため1000℃以上に加熱した場合、粒成長を抑制し靭性や強度を高める効果がある。またMnSや(Mn,Ca)Sなどの硫化物系介在物として、連続切削時やドリル加工時の工具磨耗を抑制したり、切屑処理性を改善し、被削性を高める効果がある。このような効果を得るために0.010%以上添加する。
但し、過度な添加は疲労強度を低下させるため、0.120%以下の添加とする。好ましくは0.100%以下、より好ましくは0.080%以下である。
“Chemical composition of claim 2”
S: 0.010 to 0.120%
S has the effect of suppressing grain growth and increasing toughness and strength when heated to 1000 ° C. or higher for hot working. Further, as sulfide inclusions such as MnS and (Mn, Ca) S, there are effects of suppressing tool wear during continuous cutting and drilling, improving chip disposal, and improving machinability. In order to obtain such an effect, 0.010% or more is added.
However, excessive addition reduces the fatigue strength, so 0.120% or less is added. Preferably it is 0.100% or less, More preferably, it is 0.080% or less.

4.5≦F2・・式(2)、但しF2=12([Ti]+[s-Al])/[S]
F2は、疲労特性を表す指数である。F2の値が4.5以上あれば、硫化物系介在物の核となり得るTiやAlの酸化物(もしくは窒化物)が一定量存在するため、MnS等の硫化物系介在物の微細分散が図られ、Sを添加したことによる疲労強度の低下を抑制することができる。
一方、F2の値が4.5未満の場合、相対的に核となる酸化物が少なくなるため、硫化物系介在物が粗大化して疲労強度が低下する。
4.5 ≦ F2 ··· Formula (2), where F2 = 12 ([Ti] + [s-Al]) / [S]
F2 is an index representing fatigue characteristics. If the value of F2 is 4.5 or more, there is a certain amount of oxides (or nitrides) of Ti and Al that can be the nucleus of sulfide inclusions, so that fine dispersion of sulfide inclusions such as MnS is not possible. It is possible to suppress a decrease in fatigue strength due to the addition of S.
On the other hand, when the value of F2 is less than 4.5, since oxides serving as nuclei are relatively reduced, sulfide inclusions are coarsened and fatigue strength is reduced.

「請求項3の化学成分について」
V:0.01〜1.00%
Ti:0.005〜0.100%
Vは、炭窒化物を形成し、熱間鍛造時の旧オーステナイト粒の成長を抑制して、フェライトパーライト組織を微細化し、靭性および強度を高める元素である。加えてVは、工具表面に酸化膜を生成して工具磨耗を抑制し被削性を向上させる効果もある。このような効果を発揮させるためにはVを0.01%以上添加すれば良い。より好ましくは0.02%以上である。但し、過剰な添加はコスト高となる上、粗大な炭窒化物が生じ易くなり、疲労強度が低下したり、また工具磨耗が増加し被削性が低下するためV量は1.00%以下とする。好ましくは0.90%以下、より好ましくは0.80%以下である。
Tiは、Vと同様に、炭窒化物を形成し、熱間鍛造時の旧オーステナイト粒の成長を抑制して、フェライトパーライト組織を微細化し、靭性および強度を高める元素である。このような効果を発揮させるためにはTiを0.005%以上添加すれば良い。より好ましくは0.010%以上である。但し、過剰な添加はコスト高となる上、粗大な炭窒化物が生じ易くなり、疲労強度が低下したり、また工具磨耗が増加し被削性が低下するためTi量は0.100%以下とする。好ましくは0.080%以下、より好ましくは0.060%以下である。
“Chemical composition of claim 3”
V: 0.01-1.00%
Ti: 0.005 to 0.100%
V is an element that forms carbonitrides, suppresses the growth of prior austenite grains during hot forging, refines the ferrite pearlite structure, and increases toughness and strength. In addition, V has an effect of generating an oxide film on the tool surface to suppress tool wear and improve machinability. In order to exert such an effect, 0.01% or more of V may be added. More preferably, it is 0.02% or more. However, excessive addition increases the cost and tends to produce coarse carbonitrides, resulting in a decrease in fatigue strength and an increase in tool wear resulting in a decrease in machinability, so the V amount is 1.00% or less. And Preferably it is 0.90% or less, More preferably, it is 0.80% or less.
Ti, like V, is an element that forms carbonitrides, suppresses the growth of prior austenite grains during hot forging, refines the ferrite pearlite structure, and increases toughness and strength. In order to exhibit such an effect, 0.005% or more of Ti may be added. More preferably, it is 0.010% or more. However, excessive addition increases the cost and tends to produce coarse carbonitride, resulting in a decrease in fatigue strength, and an increase in tool wear resulting in a decrease in machinability. Therefore, the Ti content is 0.100% or less. And Preferably it is 0.080% or less, More preferably, it is 0.060% or less.

「請求項4の化学成分について」
Cu:0.05〜3.00%
Ni:0.05〜3.00%
Mo:0.01〜1.00%
これらCu,Ni,Moは焼入性を高めて強度向上に寄与する元素で、少なくとも1種(1元素)を含有させれば良い。このような効果を発揮させるため、Cuについては0.05%以上の添加が好ましく、より好ましくは0.10%以上である。またNiについては0.05%以上の添加が好ましく、より好ましくは0.10%以上である。またMoについては0.01%以上の添加が好ましく、より好ましくは0.02%以上である。
但しこれらの元素を過剰に添加すると、過冷組織が生成され被削性が低下したり、延性や靭性が低下する。従って、Cuについては3.00%以下が好ましく、より好ましくは2.50%以下、更に好ましくは2.00%以下である。またNiについては3.00%以下が好ましく、より好ましくは2.50%以下、更に好ましくは2.00%以下である。またMoについては1.00%以下が好ましく、より好ましくは0.90%以下、更に好ましくは0.80%以下である。
“Chemical component of claim 4”
Cu: 0.05 to 3.00%
Ni: 0.05 to 3.00%
Mo: 0.01 to 1.00%
These Cu, Ni, and Mo are elements that increase the hardenability and contribute to improving the strength, and may contain at least one (one element). In order to exert such effects, 0.05% or more is preferably added with respect to Cu, and more preferably 0.10% or more. Further, Ni is preferably added at 0.05% or more, more preferably 0.10% or more. Moreover, about Mo, addition of 0.01% or more is preferable, More preferably, it is 0.02% or more.
However, when these elements are added excessively, a supercooled structure is generated and machinability is lowered, and ductility and toughness are lowered. Therefore, Cu is preferably 3.00% or less, more preferably 2.50% or less, and still more preferably 2.00% or less. Further, Ni is preferably 3.00% or less, more preferably 2.50% or less, and still more preferably 2.00% or less. Mo is preferably 1.00% or less, more preferably 0.90% or less, and still more preferably 0.80% or less.

「請求項5の化学成分について」
Nb:0.05〜0.50%
W:0.20〜2.00%
Nb,Wは、Cと結合して炭化物を形成したり、Nと結合して窒化物を形成し、鋼材の強度向上に寄与する元素であり、少なくとも1種(1元素)を含有させれば良い。このような効果を発揮させるため、Nbについては0.05%以上の添加が好ましく、より好ましくは0.08%以上、更に好ましくは0.10%以上である。またWについては0.20%以上の添加が好ましく、より好ましくは0.50%以上、更に好ましくは0.70%以上である。
但しこれらの元素を過剰に添加すると、形成される炭化物や窒化物が鋼材の変形抵抗を上昇させ、加工性を低下させる場合がある。特に硬質の炭化物が生成されれば被削性が低下する。従って、Nbについては0.50%以下が好ましく、より好ましくは0.40%以下、更に好ましくは0.30%以下である。またWについては2.00%以下が好ましく、より好ましくは1.50%以下、更に好ましくは1.00%以下である。
“Chemical component of claim 5”
Nb: 0.05 to 0.50%
W: 0.20 to 2.00%
Nb and W are elements that combine with C to form carbides or combine with N to form nitrides and contribute to improving the strength of the steel material. If Nb and W contain at least one (one element), good. In order to exhibit such an effect, 0.05% or more of Nb is preferably added, more preferably 0.08% or more, and still more preferably 0.10% or more. Further, W is preferably added in an amount of 0.20% or more, more preferably 0.50% or more, and further preferably 0.70% or more.
However, when these elements are added excessively, the formed carbides and nitrides may increase the deformation resistance of the steel material and may deteriorate the workability. In particular, if hard carbide is produced, machinability is lowered. Therefore, Nb is preferably 0.50% or less, more preferably 0.40% or less, and still more preferably 0.30% or less. Further, W is preferably 2.00% or less, more preferably 1.50% or less, and still more preferably 1.00% or less.

「請求項6の化学成分について」
Ca:0.0003〜0.0070%
Pb:0.03〜0.30%
Bi:0.03〜0.30%
Sn:0.002〜0.020%
Sb:0.002〜0.020%
Mg:0.0001〜0.0200%
Zr:0.01〜0.50%
Te:0.001〜0.15%
REM:0.001〜0.050%
Se:0.001〜0.30%
B:0.0005〜0.0200%
これらCa,Pb,Bi,Sn,Sb、Mg,Zr,Te,REM,Se,Bは、いずれも被削性の改善に寄与する元素であり、少なくとも1種(1元素)を含有させれば良い。このような効果を発揮させるため、Caについては0.0003%以上の添加が好ましく、より好ましくは0.0005%以上、更に好ましくは0.0010%以上である。またPbについては0.03%以上の添加が好ましく、より好ましくは0.10%以上、更に好ましくは0.15%以上である。またBiについては0.03%以上の添加が好ましく、より好ましくは0.08%以上、更に好ましくは0.10%以上である。またSnについては0.002%以上の添加が好ましく、より好ましくは0.005%以上、更に好ましくは0.010%以上である。またSbについては0.002%以上の添加が好ましく、より好ましくは0.004%以上、更に好ましくは0.006%以上である。またMgについては0.0001%以上の添加が好ましく、より好ましくは0.0003%以上、更に好ましくは0.0004%以上である。またZrについては0.01%以上の添加が好ましく、より好ましくは0.03%以上、更に好ましくは0.04%以上である。またTeについては0.001%以上の添加が好ましく、より好ましくは0.002%以上である。またREMについては0.001%以上の添加が好ましく、より好ましくは0.002%以上、更に好ましくは0.003%以上である。またSeについては0.001%以上の添加が好ましく、より好ましくは0.002%以上である。またBについては0.0005%以上の添加が好ましく、より好ましくは0.0010%以上である。
“Chemical component of claim 6”
Ca: 0.0003 to 0.0070%
Pb: 0.03 to 0.30%
Bi: 0.03-0.30%
Sn: 0.002-0.020%
Sb: 0.002 to 0.020%
Mg: 0.0001 to 0.0200%
Zr: 0.01 to 0.50%
Te: 0.001 to 0.15%
REM: 0.001 to 0.050%
Se: 0.001 to 0.30%
B: 0.0005 to 0.0200%
These Ca, Pb, Bi, Sn, Sb, Mg, Zr, Te, REM, Se, and B are all elements that contribute to improvement of machinability, and if at least one (one element) is contained. good. In order to exhibit such an effect, about 0.0003% or more is added about Ca, More preferably, it is 0.0005% or more, More preferably, it is 0.0010% or more. Further, Pb is preferably added in an amount of 0.03% or more, more preferably 0.10% or more, and further preferably 0.15% or more. Bi is preferably added in an amount of 0.03% or more, more preferably 0.08% or more, and still more preferably 0.10% or more. Further, Sn is preferably added in an amount of 0.002% or more, more preferably 0.005% or more, and further preferably 0.010% or more. Further, Sb is preferably added in an amount of 0.002% or more, more preferably 0.004% or more, and further preferably 0.006% or more. Further, Mg is preferably added in an amount of 0.0001% or more, more preferably 0.0003% or more, and further preferably 0.0004% or more. Zr is preferably added in an amount of 0.01% or more, more preferably 0.03% or more, and still more preferably 0.04% or more. Te is preferably added in an amount of 0.001% or more, more preferably 0.002% or more. Moreover, about REM, 0.001% or more of addition is preferable, More preferably, it is 0.002% or more, More preferably, it is 0.003% or more. Moreover, about Se, addition of 0.001% or more is preferable, More preferably, it is 0.002% or more. Moreover, about B, 0.0005% or more of addition is preferable, More preferably, it is 0.0010% or more.

但しこれらの元素を過剰に添加すると、強度が低下したり、過剰に添加しても被削性改善の効果が飽和しコスト高となる場合がある。従って、Caについては0.0070%以下が好ましく、より好ましくは0.0060%以下、更に好ましくは0.0050%以下である。またPbについては0.30%以下が好ましく、より好ましくは0.28%以下、更に好ましくは0.25%以下である。またBiについては0.30%以下が好ましく、より好ましくは0.25%以下、更に好ましくは0.20%以下である。またSnについては0.020%以下が好ましく、より好ましくは0.018%以下、更に好ましくは0.015%以下である。またSbについては0.020%以下が好ましく、より好ましくは0.015%以下、更に好ましくは0.010%以下である。またMgについては0.0200%以下が好ましく、より好ましくは0.0100%以下、更に好ましくは0.0090%以下である。またZrについては0.50%以下が好ましく、より好ましくは0.45%以下、更に好ましくは0.40%以下である。またTeについては0.15%以下が好ましく、より好ましくは0.10%以下である。またREMについては0.050%以下が好ましく、より好ましくは0.040%以下である。またSeについては0.30%以下が好ましく、より好ましくは0.25%以下、更に好ましくは0.20%以下である。またBについては0.0200%以下が好ましく、より好ましくは0.0180%以下、更に好ましくは0.0150%以下である。なお上記REMとは、ランタノイド元素(LaからLuまでの15元素)およびSc(スカンジウム)とY(イットリウム)を含む意味であり、これらのなかでも、La、CeおよびYよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含有することが好ましく、より好ましくはLaおよびCeよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含有するのがよい。   However, if these elements are added excessively, the strength may decrease, and even if added excessively, the effect of improving machinability is saturated and the cost may increase. Accordingly, Ca is preferably 0.0070% or less, more preferably 0.0060% or less, and still more preferably 0.0050% or less. Pb is preferably 0.30% or less, more preferably 0.28% or less, and still more preferably 0.25% or less. Bi is preferably 0.30% or less, more preferably 0.25% or less, and still more preferably 0.20% or less. Sn is preferably 0.020% or less, more preferably 0.018% or less, and still more preferably 0.015% or less. Further, Sb is preferably 0.020% or less, more preferably 0.015% or less, and still more preferably 0.010% or less. Mg is preferably 0.0200% or less, more preferably 0.0100% or less, and still more preferably 0.0090% or less. Zr is preferably 0.50% or less, more preferably 0.45% or less, and still more preferably 0.40% or less. Te is preferably 0.15% or less, more preferably 0.10% or less. Moreover, about REM, 0.050% or less is preferable, More preferably, it is 0.040% or less. Further, Se is preferably 0.30% or less, more preferably 0.25% or less, and still more preferably 0.20% or less. Further, B is preferably 0.0200% or less, more preferably 0.0180% or less, and still more preferably 0.0150% or less. The REM means a lanthanoid element (15 elements from La to Lu), Sc (scandium) and Y (yttrium), and among these, at least selected from the group consisting of La, Ce and Y It is preferable to contain one element, more preferably at least one element selected from the group consisting of La and Ce.

以上のような本発明によれば、Sを無添加として、若しくはSの添加量を少なく抑えて硫化物系介在物による疲労強度の低下を防止しつつ、切削性を高めた機械構造用鋼を提供することができる。   According to the present invention as described above, the steel for machine structure having improved machinability while preventing the decrease in fatigue strength due to sulfide inclusions by adding no S or suppressing the addition amount of S to a small amount. Can be provided.

(A)は疲労強度評価の試験片の正面図、(B)は工具磨耗量評価の試験片の斜視図である。(A) is a front view of the test piece of fatigue strength evaluation, (B) is a perspective view of the test piece of tool wear amount evaluation.

次に本発明の実施例を以下に詳しく説明する。
下記表1に示す化学組成(質量%)の鋼150kgを高周波誘導炉を用いて溶製した後、通常の方法で鋳造してインゴットを得た。次いで、各インゴットを加熱し、熱間鍛造を行って、Φ74mmの鍛造素材とした。そして、1200℃で2時間加熱保持した後、1050℃以上の仕上げ温度で45mm角に熱間鍛造し、室温まで放冷処理を行った。得られた45mm角の素材を用いて以下の評価を行なった。なお、表1においてS量がカッコ書きで示されている実施例1,8,9,13,16,17,20は、S量が不可避的不純物レベル(S<0.010%)であることを示している。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail below.
150 kg of steel having the chemical composition (mass%) shown in Table 1 below was melted using a high frequency induction furnace, and then cast by an ordinary method to obtain an ingot. Next, each ingot was heated and subjected to hot forging to obtain a forging material having a diameter of 74 mm. And after heat-maintaining for 2 hours at 1200 degreeC, it hot-forged to 45 square mm at the finishing temperature of 1050 degreeC or more, and allowed to cool to room temperature. The following evaluation was performed using the obtained 45 mm square material. In Examples 1, 8, 9, 13, 16, 17, and 20 in which the amount of S is shown in parentheses in Table 1, the amount of S is an inevitable impurity level (S <0.010%). Is shown.

Figure 2019035126
Figure 2019035126

<介在物調査>
上記で得られた45mm角の鍛造素材の、外面から素材中心までの距離の1/2部から調査用の試料を切り出し、その断面を鏡面研磨して、倍率450倍で100mm2以上の視野に対して、走査電子顕微鏡にて写真撮影を行い介在物の径の把握を行なった。また、EDX分析を実施し介在物の組成の調査し、1mm2当りに存在する、Al含有量が6割以上で相当面積が5μm2以下の酸化物の個数を求めた。
また、同様の試料から1mm2当たりに存在する、アスペクト比が4以下で、且つ円相当径が10μm以下の硫化物の個数を求め、これよりS含有量0.01%当たりの個数を算出した。これらの結果が下記表2に示してある。
<Inclusion investigation>
From the forged material of 45 mm square obtained above, a sample for investigation was cut out from 1/2 part of the distance from the outer surface to the material center, and the cross section was mirror-polished to obtain a field of view of 100 mm 2 or more at a magnification of 450 times. On the other hand, a photograph was taken with a scanning electron microscope to grasp the diameter of inclusions. Further, EDX analysis was conducted to investigate the composition of inclusions, and the number of oxides having an Al content of 60% or more and an equivalent area of 5 μm 2 or less present per 1 mm 2 was determined.
In addition, the number of sulfides having an aspect ratio of 4 or less and an equivalent circle diameter of 10 μm or less existing per 1 mm 2 from the same sample was obtained, and the number per S content of 0.01% was calculated therefrom. . These results are shown in Table 2 below.

<曲げ疲労強度評価>
上記で得られた45mm角の鍛造素材の、外面から素材中心までの距離の1/2部から断面直径18mmの丸棒(長さ210mm)を切り出した。そして図1(A)に示すように平行部径がΦ18mmで、中央にΦ8mm(長さ17mm程度)の試験部14を備えた試験片10を作製し、JIS Z2274に準拠した小野式回転曲げ疲労試験を実施した。
試験条件は回転数3600rpm、試験温度は室温とし、107サイクルで破断しない最大応力を疲労強度σw(MPa)とした。
<Bending fatigue strength evaluation>
A round bar (210 mm in length) having a cross-sectional diameter of 18 mm was cut out from 1/2 part of the distance from the outer surface to the center of the 45 mm square forged material obtained above. Then, as shown in FIG. 1A, a test piece 10 having a test section 14 having a parallel section diameter of Φ18 mm and a center of Φ8 mm (about 17 mm in length) is produced, and Ono-type rotary bending fatigue according to JIS Z2274 is prepared. The test was conducted.
The test conditions were 3600 rpm, the test temperature was room temperature, and the maximum stress that did not break in 10 7 cycles was defined as fatigue strength σw (MPa).

図1(A)に示すように試験部14に切欠きが存在しない試験片10を用いて疲労強度σwを求めた場合、粗大な介在物が生じていない従来の機械構造用鋼(例えばJIS S40C)において、疲労強度σwと硬さ(Hv)との間にσw=1.6×硬さ(Hv)の関係が認められる。このため回転曲げ疲労試験に供した試験片10と同じ素材から硬さ測定用の試験片を作製して硬さ(Hv)を求め、疲労強度σwと硬さ(Hv)との比からなる強度硬さ比を算出した。
曲げ疲労強度の評価においては、この強度硬さ比が1.6よりも4%以上低い場合(即ち強度硬さ比が1.54以下である場合)、基準となる従来鋼(S40C)よりも疲労強度が低下しているものとして「×」とした。
一方、強度硬さ比が1.6よりも高い場合、もしくは1.6よりも低いもののその乖離が4%未満である場合には、基準となる従来鋼(S40C)と同等の疲労強度が維持できているとして「○」とした。これらの結果が表2に示してある。
As shown in FIG. 1A, when the fatigue strength σw is obtained using a test piece 10 having no notch in the test portion 14, conventional steel for mechanical structure in which coarse inclusions are not generated (for example, JIS S40C). ), A relationship of σw = 1.6 × hardness (Hv) is recognized between the fatigue strength σw and the hardness (Hv). For this reason, a test piece for hardness measurement is prepared from the same material as the test piece 10 subjected to the rotating bending fatigue test, the hardness (Hv) is obtained, and the strength consisting of the ratio of the fatigue strength σw and the hardness (Hv) The hardness ratio was calculated.
In the evaluation of bending fatigue strength, when this strength-hardness ratio is lower by 4% or more than 1.6 (that is, when the strength-hardness ratio is 1.54 or less), it is higher than the standard steel (S40C) as a reference. It was set as “x” as the fatigue strength was lowered.
On the other hand, when the strength-hardness ratio is higher than 1.6, or lower than 1.6 but the deviation is less than 4%, the fatigue strength equivalent to that of the conventional steel (S40C) as a reference is maintained. “○” was given as being completed. These results are shown in Table 2.

なお、硬さ測定ではビッカース硬さ試験機を用い、JIS Z2244に規定された試験方法により、表面下0.05mmの位置の硬さの5点平均を表層硬さとして測定した。この時の試験荷重は300gとした。   In addition, in the hardness measurement, using a Vickers hardness tester, the five-point average of the hardness at a position of 0.05 mm below the surface was measured as the surface layer hardness by the test method specified in JIS Z2244. The test load at this time was 300 g.

<工具磨耗量評価>
上記で得られた45mm角の鍛造素材から、図1(B)に示すように外径Φ40mmで、且つ対向する平行な2面16a,16bが形成された棒状の試験片15を作製し、断続切削試験を行なった。尚、図1(B)に示す試験片15において、2面16a,16b間の距離は20mmである。また同図において、18は、長手方向の端部に設けられた小径のチャック部である。
断続切削試験は、切削工具に市販のP20種、超硬コーティングチップを用い、切込d=0.5mm、送りf=0.35mm/rev、切削速度v=120m/min、dryの条件で行なった。そして52分間切削後のチップの横逃げ面の磨耗幅を測定し、これを工具磨耗量VBとした。そして以下の基準に従い被削性を評価した。
○:工具磨耗量VBが180μm以下
×:工具磨耗量VBが180μm超
なお、工具磨耗量VBが180μm以下であれば、鋼部品の量産工程において問題とならない被削性を得ることができる。これらの結果が表2に示してある。
<Evaluation of tool wear>
From the 45 mm square forged material obtained above, as shown in FIG. 1 (B), a rod-shaped test piece 15 having an outer diameter of Φ40 mm and formed with two opposing parallel surfaces 16a and 16b is produced. A cutting test was performed. In the test piece 15 shown in FIG. 1B, the distance between the two surfaces 16a and 16b is 20 mm. In the figure, reference numeral 18 denotes a small-diameter chuck portion provided at an end portion in the longitudinal direction.
The intermittent cutting test was performed using a commercially available P20 type carbide cutting tip as a cutting tool, with a cutting depth d = 0.5 mm, a feed f = 0.35 mm / rev, a cutting speed v = 120 m / min, and a dry condition. It was. And the wear width of the side flank face of the chip | tip after cutting for 52 minutes was measured, and this was made into tool wear amount VB. The machinability was evaluated according to the following criteria.
○: Tool wear amount VB is 180 μm or less ×: Tool wear amount VB is more than 180 μm Note that if the tool wear amount VB is 180 μm or less, machinability that does not cause a problem in the mass production process of steel parts can be obtained. These results are shown in Table 2.

<切屑破砕性評価>
上記で得られた45mm角の鍛造素材から外径Φ40mm丸棒を作製し、連続切削試験を行なった。連続切削試験は、切削工具に市販のP20種、超硬コーティングチップを用い、切込d=0.5mm、送りf=0.10mm/rev、切削速度v=150m/min、dryの条件で行ない1g当りの切屑の個数を評価した。これらの結果が表2に示してある。
<Evaluation of chip crushability>
A round bar having an outer diameter of Φ40 mm was produced from the 45 mm square forged material obtained above and subjected to a continuous cutting test. The continuous cutting test is carried out under the conditions of a cutting tool using a commercially available P20 type, carbide coated tip, a cutting depth d = 0.5 mm, a feed rate f = 0.10 mm / rev, a cutting speed v = 150 m / min, and a dry. The number of chips per gram was evaluated. These results are shown in Table 2.

尚、下記表2においては、工程の欄にてN(熱間鍛造品)とHT(焼入れ焼戻し品)との区分がなされている。工程の欄にNと記載された実施例(もしくは比較例)の評価方法は、上記の通りであるが、工程の欄にてHTと記載された実施例7および実施例14は、更に焼入れ焼戻しを実施した素材から曲げ疲労強度評価用の試験片10を作製し、試験を行なっている。尚、実施例7ついては、875℃×1Hr→WQ(水冷)で焼入れ後、180℃×1Hr→AC(空冷)で焼戻しを行なった。実施例14ついては、850℃×1Hr→WQで焼入れ後、550℃×1Hr→ACで焼戻しを行なった。   In Table 2 below, N (hot forged product) and HT (quenched and tempered product) are classified in the process column. The evaluation method of the example (or comparative example) described as N in the process column is as described above, but Example 7 and Example 14 described as HT in the process column are further quenched and tempered. A test piece 10 for evaluation of bending fatigue strength was produced from the material subjected to the above and tested. In Example 7, after quenching at 875 ° C. × 1 Hr → WQ (water cooling), tempering was performed at 180 ° C. × 1 Hr → AC (air cooling). Example 14 was quenched at 850 ° C. × 1 Hr → WQ and then tempered at 550 ° C. × 1 Hr → AC.

Figure 2019035126
Figure 2019035126

表2により、以下のことが分かる。
比較例1は、被削性を表す指数F1の値が本発明の規定を満たしており、被削性の評価は「○」であったが、疲労強度を表す指数F2の値が本発明の下限値を下回っており疲労強度の評価が「×」であった。この比較例1は、Sを0.095%含有するがF2の値が本発明の下限値を下回っているため、S量に対し硫化物系介在物の核となる酸化物が相対的に少なく、結果、硫化物系介在物が粗大化して疲労強度が低下したものと推測される。
Table 2 shows the following.
In Comparative Example 1, the value of the index F1 representing machinability satisfied the provisions of the present invention, and the evaluation of the machinability was “◯”, but the value of the index F2 representing fatigue strength was the value of the present invention. The fatigue strength was evaluated as “x” because it was below the lower limit. Although this comparative example 1 contains 0.095% of S but the value of F2 is lower than the lower limit of the present invention, the amount of oxides serving as nuclei of sulfide inclusions is relatively small with respect to the amount of S. As a result, it is presumed that the sulfide inclusions are coarsened and the fatigue strength is reduced.

比較例2は、被削性を表す指数F1の値が本発明の下限値を下回っており、切削加工時に工具表面に生成される酸化膜による磨耗抑制効果が十分に得られておらず、工具磨耗量VBが180μm超で被削性の評価が「×」であった。   In Comparative Example 2, the value of the index F1 representing machinability is lower than the lower limit of the present invention, and the effect of suppressing wear due to an oxide film generated on the tool surface during cutting is not sufficiently obtained. The wear amount VB was over 180 μm and the machinability was evaluated as “x”.

比較例3は、s−Al量が本発明の下限値を下回っており、疲労強度の評価が「×」であった。このs−Al量が過度に少ない比較例3は、介在物調査において、相当面積5μm2以下の酸化物の個数が8個と他の例に比べて少なく、核となる酸化物の不足により硫化物系介在物が粗大となり疲労強度が低下したものと推測される。 In Comparative Example 3, the amount of s-Al was less than the lower limit of the present invention, and the fatigue strength was evaluated as “x”. In Comparative Example 3 in which the amount of s-Al is excessively small, the number of oxides having an equivalent area of 5 μm 2 or less is 8 in the inclusion investigation as compared with the other examples. Presumably, the inclusions are coarse and the fatigue strength is reduced.

比較例4は、s−Al量が本発明の上限値を上回っており、被削性および疲労強度の評価が共に「×」であった。s−Al量が過度に多い比較例4では、鋼中に相当面積5μm2以下の酸化物のほか、相当面積5μm2以上の粗大な酸化物も多数形成されており、その結果、工具磨耗量が増大し被削性が低下するとともにこれが疲労破壊の起点となって疲労強度も低下したものと推測される。 In Comparative Example 4, the amount of s-Al exceeded the upper limit of the present invention, and both the machinability and fatigue strength were evaluated as “x”. In s-Al amount is excessively large Comparative Example 4 In addition to a substantial area of 5 [mu] m 2 or less of oxides in the steel, which is a number also corresponds area 5 [mu] m 2 or more coarse oxides formed, as a result, tool wear amount It is presumed that this increases the machinability and decreases the fatigue strength as a starting point of fatigue fracture.

比較例5は、従来の硫黄快削鋼(JIS SUM42)に相当するもので、S量が本発明の上限値を上回っている。比較例5は、介在物調査において、硫化物の個数が他の例に比べて極端に多く、被削性向上に十分な硫化物系介在物が生成されており、被削性の評価は「○」であった。しかしながら、疲労強度を表す指数F2の値が本発明の下限値を下回っているため、硫化物系介在物の微細分散が図られておらず疲労強度が低下し、疲労強度の評価が「×」であった。   Comparative Example 5 corresponds to conventional sulfur free-cutting steel (JIS SUM42), and the S amount exceeds the upper limit of the present invention. In Comparative Example 5, in the inclusion investigation, the number of sulfides was extremely large compared to other examples, and sulfide-based inclusions sufficient for improving machinability were generated. ○ ”. However, since the value of the index F2 representing the fatigue strength is below the lower limit of the present invention, the sulfide inclusions are not finely dispersed, the fatigue strength is lowered, and the fatigue strength is evaluated as “x”. Met.

これに対し、本発明の条件を満たす実施例1〜22は、被削性評価および疲労強度評価が共に「○」であった。実施例の組成に基づけば、従来の硫黄快削鋼(JIS SUM42)に準じ、鋼部品の量産工程において問題とならない被削性が得られるとともに、従来の機械構造用鋼(JIS S40C)と同等の疲労強度を得ることができる。介在物調査の結果によれば、これら実施例において、5μm2以下の酸化物の個数は10〜30個/mm2であり、Sを少量添加した場合であっても酸化物をかかる範囲内で制御すれば、MnS等の硫化物系介在物の微細分散が図られ、疲労強度低下の防止が図られるものと推測される。
また、今回得られた硫化物数と切屑個数との結果によれば、硫化物の数が多くなる程、切屑破砕性が向上しており、切屑破砕性がより重視される用途で使用する場合、例えば、S量0.001%当りの硫化物の個数を10以上に限定した機械構造用鋼が好適である。
On the other hand, Examples 1-22 which satisfy | fill the conditions of this invention were "(circle)" in both machinability evaluation and fatigue strength evaluation. Based on the composition of the example, according to the conventional sulfur free-cutting steel (JIS SUM42), machinability which is not a problem in the mass production process of steel parts is obtained, and equivalent to the conventional steel for machine structural use (JIS S40C). Fatigue strength can be obtained. According to the results of the inclusion investigation, in these examples, the number of oxides of 5 μm 2 or less is 10 to 30 / mm 2 , and even when a small amount of S is added, the oxide is within this range. If controlled, fine dispersion of sulfide inclusions such as MnS is achieved, and it is presumed that fatigue strength can be prevented from lowering.
Further, according to the results of the number of sulfides and the number of chips obtained this time, as the number of sulfides increases, the chip crushability is improved, and when used in applications where chip crushability is more important, for example, Further, steel for machine structure in which the number of sulfides per 0.001% of S is limited to 10 or more is preferable.

以上本発明の機械構造用鋼について詳しく説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。   Although the mechanical structural steel of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

Claims (6)

質量%で
C:0.01〜0.70%
Si:0.05〜2.00%
Mn:0.20〜3.50%
Cr:0.01〜2.00%
s−Al:0.005〜0.100%
N:0.050%以下
O:0.0100%以下
を含有し、残部Fe及び不可避的不純物から成り、且つ下記式(1)を満足する組成を有することを特徴とする機械構造用鋼。
0.030≦F1・・式(1)
但しF1=0.15[Si]+[s-Al]+0.17[V]-0.05[Ti]-0.8[O]
(F1の式中[ ]は、[ ]内元素の含有質量%を表す)
In mass% C: 0.01 to 0.70%
Si: 0.05-2.00%
Mn: 0.20 to 3.50%
Cr: 0.01-2.00%
s-Al: 0.005 to 0.100%
N: 0.050% or less O: 0.0100% or less A mechanical structural steel comprising a balance Fe and unavoidable impurities, and satisfying the following formula (1).
0.030 ≦ F1 ・ ・ Formula (1)
However, F1 = 0.15 [Si] + [s-Al] +0.17 [V] -0.05 [Ti] -0.8 [O]
([] In the formula of F1 represents the mass% of the element in [])
請求項1において、質量%で、
S:0.010〜0.120%
を更に含有し、且つ下記式(2)を満足する組成を有することを特徴とする機械構造用鋼。
4.5≦F2・・式(2)
但しF2=12([Ti]+[s-Al])/[S]
(F2の式中[ ]は、[ ]内元素の含有質量%を表す)
In claim 1, in mass%,
S: 0.010 to 0.120%
And further having a composition satisfying the following formula (2).
4.5 ≦ F2 ・ ・ Formula (2)
However, F2 = 12 ([Ti] + [s-Al]) / [S]
([] In the formula of F2 represents the mass% of the element in [])
請求項1,2の何れかにおいて、質量%で
V:0.01〜1.00%
Ti:0.005〜0.100%
の少なくとも1種を更に含有することを特徴とする機械構造用鋼。
In any one of Claims 1 and 2, in mass% V: 0.01-1.00%
Ti: 0.005 to 0.100%
A steel for mechanical structure, further comprising at least one of the following.
請求項1〜3の何れかにおいて、質量%で
Cu:0.05〜3.00%
Ni:0.05〜3.00%
Mo:0.01〜1.00%
の少なくとも1種を更に含有することを特徴とする機械構造用鋼。
In any one of Claims 1-3, By mass% Cu: 0.05-3.00%
Ni: 0.05 to 3.00%
Mo: 0.01 to 1.00%
A steel for mechanical structure, further comprising at least one of the following.
請求項1〜4の何れかにおいて、質量%で
Nb:0.05〜0.50%
W:0.20〜2.00%
の少なくとも1種を更に含有することを特徴とする機械構造用鋼。
In any one of Claims 1-4, By mass% Nb: 0.05-0.50%
W: 0.20 to 2.00%
A steel for mechanical structure, further comprising at least one of the following.
請求項1〜5の何れかにおいて、質量%で
Ca:0.0003〜0.0070%
Pb:0.03〜0.30%
Bi:0.03〜0.30%
Sn:0.002〜0.020%
Sb:0.002〜0.020%
Mg:0.0001〜0.0200%
Zr:0.01〜0.50%
Te:0.001〜0.15%
REM:0.001〜0.050%
Se:0.001〜0.30%
B:0.0005〜0.0200%
の少なくとも1種を更に含有することを特徴とする機械構造用鋼。
In any one of Claims 1-5, Ca: 0.0003-0.0070% in the mass%
Pb: 0.03 to 0.30%
Bi: 0.03-0.30%
Sn: 0.002-0.020%
Sb: 0.002 to 0.020%
Mg: 0.0001 to 0.0200%
Zr: 0.01 to 0.50%
Te: 0.001 to 0.15%
REM: 0.001 to 0.050%
Se: 0.001 to 0.30%
B: 0.0005 to 0.0200%
A steel for mechanical structure, further comprising at least one of the following.
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