JP2021134420A - Steel for machine structure - Google Patents

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JP2021134420A
JP2021134420A JP2020034167A JP2020034167A JP2021134420A JP 2021134420 A JP2021134420 A JP 2021134420A JP 2020034167 A JP2020034167 A JP 2020034167A JP 2020034167 A JP2020034167 A JP 2020034167A JP 2021134420 A JP2021134420 A JP 2021134420A
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利治 間曽
Toshiharu Maso
利治 間曽
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Abstract

To provide a steel for machine structure enhancing a machineability-improvement effect while reducing the addition amount of an expensive In to the utmost in order to secure a hot ductility sufficient for guaranteeing manufacturability in addition to cost reduction.SOLUTION: A steel for machine structure includes C, Si, Mn, Cr, P, S, In, Al, N and O in a prescribed amount, respectively. Further, the steel includes at least one of 0.0001-0.0950% of Bi, 0.0001-0.3000% of Sn and 0.0001-0.0300% of Te, and the balance of Fe with impurities. Besides, the steel satisfies at least one of formulas: 0.010≤[Bi%]/[In%]...(1); 0.200≤[Sn%]/[In%]...(2); and 0.700≤[In%]/[Te%]...(3), and when satisfying the formula (3), the steel also satisfies the following formula: 22.00≤[Mn%]/[S%]≤150.00...(4).SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、機械構造用鋼、特に自動車部品等の機械構造部品用の鋼に関する。 The present invention relates to steel for machine structural parts, particularly steel for machine structural parts such as automobile parts.

自動車や建設機械、産業機械等の一般的な機械製品はギア、シャフトなど複数の部品を含む。これらの部品の多くは、切削加工により製造される。従って、部品の素材となる鋼には優れた被削性が要求される。被削性は切り屑処理性、工具寿命、切削抵抗などが指標であることが知られている。 General mechanical products such as automobiles, construction machinery, and industrial machinery include multiple parts such as gears and shafts. Many of these parts are manufactured by cutting. Therefore, steel, which is the material of parts, is required to have excellent machinability. It is known that machinability is indexed by chip controllability, tool life, cutting resistance, and the like.

従来から、Pbを含有すれば、被削性が高まることは知られている。しかしながら、Pbは環境負荷物質であることから、環境保護の観点からPb含有量を極力低減させて被削性を改善する技術が必要とされている。 Conventionally, it has been known that the machinability is enhanced by containing Pb. However, since Pb is an environmentally hazardous substance, there is a need for a technique for improving machinability by reducing the Pb content as much as possible from the viewpoint of environmental protection.

Pbを代替する元素としてInに着目した発明がこれまでになされている。
例えば特許文献1には、Inを微量から多量までの広い範囲で含有することで高速度鋼 (high−speed steel)からなる工具(以下、「ハイス工具」という。)を用いて40〜50m/分で穴あけしたときの工具寿命が改善することが開示されている。
また、特許文献2にはInを比較的少ない範囲で含有し、ハイス工具で10〜40m/分で旋削したときの切り屑処理性が改善することが開示されている。
Inventions focusing on In as an element that substitutes for Pb have been made so far.
For example, in Patent Document 1, a tool made of high-speed steel (hereinafter referred to as "high-speed steel") containing In in a wide range from a small amount to a large amount is used and 40 to 50 m / m /. It is disclosed that the tool life when drilling in minutes is improved.
Further, Patent Document 2 discloses that In is contained in a relatively small range, and the chip controllability when turning with a high-speed tool at 10 to 40 m / min is improved.

特開昭62−33743号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 62-33743 特開平7−54099号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-54099

しかしながら、従来の技術には、いくつかの問題点がある。
Inは一般に高価な元素であるため、Pb代替元素として使用するためには、コストに見合うだけの大きな被削性改善効果が有することが望ましい。
However, the conventional technique has some problems.
Since In is generally an expensive element, it is desirable to have a large machinability improving effect commensurate with the cost in order to use it as a Pb substitute element.

特許文献1はInを単純に含有しているのみであり、コストに見合う十分な効果が得られているとは言い難い。さらに、Inは高温域における延性、つまり熱間延性を低下させて連続鋳造、熱間圧延や熱間鍛造時の製造性を低下させる恐れがあるが、この点を解決する技術は提案されていない。 Patent Document 1 simply contains In, and it cannot be said that a sufficient effect commensurate with the cost is obtained. Further, In may reduce ductility in a high temperature region, that is, hot ductility, and may reduce manufacturability during continuous casting, hot rolling and hot forging, but a technique for solving this problem has not been proposed. ..

特許文献2はInを含有するのみならず、その含有効果を高める技術を提案しているが、この技術の適用はそもそもIn含有量が少ない範囲に限られているため、Pbを代替する技術としては不十分である。 Patent Document 2 proposes a technique for not only containing In but also enhancing the effect of containing In, but since the application of this technique is limited to a range in which the In content is low in the first place, as a technique for substituting Pb. Is inadequate.

本発明は、上述した問題点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、コスト低減に加えて、製造性を担保しうる十分な熱間延性を確保するためにInの含有量を極力低減しつつ、被削性改善効果を高めることを課題とし、そのような機械構造用鋼を提供することを目的とする。 The present invention was devised in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to minimize the content of In in order to ensure sufficient hot ductility that can guarantee manufacturability in addition to cost reduction. An object of the present invention is to enhance the effect of improving machinability while reducing the amount, and an object of the present invention is to provide such a machine structural steel.

本発明者らは上記課題を解決するため、Inにより被削性を改善される機構を調査した。Inは含有量が少ないと鋼中に固溶し、含有量を増やしていくと固溶Inに加えて、析出してIn系介在物としても存在するようになる。被削性の改善に主に寄与するのは、このIn系介在物である。 In order to solve the above problems, the present inventors have investigated a mechanism for improving machinability by In. When the content of In is low, it dissolves in the steel, and when the content is increased, it precipitates in addition to the solid solution In and also exists as In-based inclusions. It is this In-based inclusion that mainly contributes to the improvement of machinability.

このInの被削性改善効果をさらに高める方法を種々検討したところ、InとBi、InとSn、あるいはInとTeを複合添加することが有効であることを知見した。 As a result of various studies on methods for further enhancing the machinability improving effect of In, it was found that it is effective to add In and Bi, In and Sn, or In and Te in combination.

Biを単独で含有した場合は鋼中でBi粒子として存在し、Pbと同様に被削性を改善することが広く知られている。一方、InとBiを複合添加すると、Bi粒子とIn粒子との複合粒子が析出することにより、介在物として存在するIn、つまりIn系介在物が増えるため、被削性を高めるものと考えられる。この効果を得るには、In含有量に対して、ある量以上のBiを含有するとよいことを知見した。 It is widely known that when Bi is contained alone, it exists as Bi particles in steel and improves machinability in the same manner as Pb. On the other hand, when In and Bi are added in combination, the composite particles of Bi particles and In particles are precipitated, and In, that is, In-based inclusions existing as inclusions are increased, which is considered to improve machinability. .. It was found that in order to obtain this effect, it is preferable to contain a certain amount or more of Bi with respect to the In content.

SnとInは共に粒界に偏析しやすく、また互いに結びつく傾向があるため、SnとInを複合添加することで偏析を助長し、局所的に濃度が高まり、In系介在物としての存在が増えたのではないかと考えられる。この効果を得るには、In含有量に対して、ある量以上のSnを含有するとよいことを知見した。 Since both Sn and In tend to segregate at the grain boundaries and tend to bind to each other, the complex addition of Sn and In promotes segregation, locally increases the concentration, and increases the presence as an In-based inclusion. It is thought that it was. It was found that in order to obtain this effect, it is preferable to contain Sn in a certain amount or more with respect to the In content.

Teを単独で含有した場合は鋼中でMnTe粒子として主に存在し、被削性を改善することが広く知られている。一方、InとTeを複合添加すると、鋼中でInとTeが化合物を生成して複合で析出し、このIn系介在物が被削性を高めることがわかった。また、InとTeの化合物はMnSに接触して生成する場合が多く、InとTeの化合物を十分に析出させるには、凝固時に液相から晶出して比較的粗大になるMnSの存在比率を多くするとよいことが判明した。つまり、被削性改善の効果を得るには、InとTeの化合物を生成させるためにInとTeの含有比を適切に制御することに加え、晶出するMnSを十分に得るためにMnとSの含有比も適切にするとよいことを知見した。 It is widely known that when Te is contained alone, it mainly exists as MnTe particles in steel and improves machinability. On the other hand, it was found that when In and Te were added in combination, In and Te formed a compound in the steel and precipitated as a compound, and the In-based inclusions enhanced the machinability. Further, the compound of In and Te is often formed in contact with MnS, and in order to sufficiently precipitate the compound of In and Te, the abundance ratio of MnS which crystallizes from the liquid phase at the time of coagulation and becomes relatively coarse is set. It turned out that it would be better to increase it. That is, in order to obtain the effect of improving machinability, in addition to appropriately controlling the content ratio of In and Te in order to generate a compound of In and Te, in order to sufficiently obtain MnS to be crystallized, Mn and Mn are used. It was found that the S content ratio should also be appropriate.

加えて、いずれの複合添加の場合も、Al等の酸化物の周辺部に存在するIn系介在物の存在が認められた。この結果に基づき、同じIn含有量であってもIn系介在物の量を増やすには、Al等の酸化物を疲労強度等の機械的性質にあまり影響しない範囲で多くすることが好ましいことを知見した。 In addition, in either case of combined addition, the presence of In-based inclusions present in the periphery of oxides such as Al 2 O 3 was observed. Based on this result, in order to increase the amount of In-based inclusions even if the In content is the same, it is necessary to increase the amount of oxides such as Al 2 O 3 within a range that does not significantly affect the mechanical properties such as fatigue strength. It was found to be preferable.

本発明者らは、以上の知見に基づき、InとBi、InとSn、InとTeの複合添加により、少ないIn含有量において、熱間延性を確保しつつ被削性を向上させることに成功し、本発明を成した。すなわち、本発明に係る機械構造用鋼は、次のとおりである。 Based on the above findings, the present inventors have succeeded in improving machinability while ensuring hot ductility at a low In content by combining In and Bi, In and Sn, and In and Te. And made the present invention. That is, the mechanical structural steel according to the present invention is as follows.

(1)
成分が、質量%で、
C:0.05〜0.85%、
Si:0.01〜3.00%、
Mn:0.01〜3.00%、
Cr:0.01〜3.00%、
P:0.100%以下、
S:0.001〜0.150%以下、
In:0.0003〜0.0600%、
Al:0.002〜0.050%、
N:0.0030〜0.0250%、及び
O:0.0050%以下
を含有し、さらに
Bi:0.0001〜0.0950%、
Sn:0.0001〜0.3000%、及び
Te:0.0001〜0.0300%、
の1種又は2種以上を含有し、残部がFe及び不純物からなり、
以下に示す式1、式2及び式3のうち少なくとも一つを満足し、
式3を満足する場合は式4も満足することを特徴とする機械構造用鋼。
0.010≦[Bi%]/[In%] ・・・(式1)
0.200≦[Sn%]/[In%] ・・・(式2)
0.700≦[In%]/[Te%] ・・・(式3)
22.00≦[Mn%]/[S%]≦150.00 ・・・(式4)
ここで、[In%]、[Bi%]、[Sn%]、[Te%]及び[Mn%]は、それぞれIn、Bi、Sn、Te及びMnの鋼中の含有質量%を表し、含有しない場合は0を代入する。
(2)
前記機械構造用鋼が、さらに、質量%で、
O:0.0050%以下、及び
insol.Al:0.0060%以下
を含有することを特徴とする(1)に記載の機械構造用鋼。
(3)
前記機械構造用鋼が、さらに、質量%で、
Ca:0.0050%以下、
Mg:0.0050%以下、
Zr:0.0050%以下、及び
REM:0.0050%以下
のうち1種又は2種以上を含有することを特徴とする(1)又は(2)に記載の機械構造用鋼。
(4)
前記機械構造用鋼が、さらに、質量%で、
Ti:1.000%以下、
Nb:1.000%以下、及び
V:1.000%以下
のうち1種又は2種以上を含有することを特徴とする(1)〜(3)のいずれか1項に記載の機械構造用鋼。
(5)
前記機械構造用鋼が、さらに、質量%で、
Mo:1.00%以下、
Ni:1.40%以下、
Cu:1.40%以下、及び
B:0.0050%以下
のうち1種又は2種以上を含有することを特徴とする(1)〜(4)のいずれか1項に記載の機械構造用鋼。
(6)
前記機械構造用鋼が、さらに、質量%で、
Sb:0.5000%以下、
Se:0.5000%以下、
Zn:0.5000%以下、及び
Pb:0.09%以下
のうち1種又は2種以上を含有することを特徴とする(1)〜(5)のいずれか1項に記載の機械構造用鋼。
(1)
Ingredients are by mass%
C: 0.05 to 0.85%,
Si: 0.01 to 3.00%,
Mn: 0.01 to 3.00%,
Cr: 0.01 to 3.00%,
P: 0.100% or less,
S: 0.001 to 0.150% or less,
In: 0.0003 to 0.0600%,
Al: 0.002 to 0.050%,
N: 0.0030 to 0.0250%, O: 0.0050% or less, and Bi: 0.0001 to 0.0950%,
Sn: 0.0001 to 0.3000%, and Te: 0.0001 to 0.0300%,
Contains one or more of the above, with the balance consisting of Fe and impurities.
Satisfy at least one of Equation 1, Equation 2 and Equation 3 shown below.
A steel for machine structure, characterized in that when the formula 3 is satisfied, the formula 4 is also satisfied.
0.010 ≦ [Bi%] / [In%] ・ ・ ・ (Equation 1)
0.200 ≦ [Sn%] / [In%] ・ ・ ・ (Equation 2)
0.700 ≦ [In%] / [Te%] ・ ・ ・ (Equation 3)
22.00 ≦ [Mn%] / [S%] ≦ 150.00 ・ ・ ・ (Equation 4)
Here, [In%], [Bi%], [Sn%], [Te%] and [Mn%] represent the mass% of In, Bi, Sn, Te and Mn contained in the steel, respectively. If not, substitute 0.
(2)
The mechanical structural steel is further increased by mass%.
O: 0.0050% or less, and insol. The steel for machine structure according to (1), which contains Al: 0.0060% or less.
(3)
The mechanical structural steel is further increased by mass%.
Ca: 0.0050% or less,
Mg: 0.0050% or less,
The mechanical structural steel according to (1) or (2), which contains one or more of Zr: 0.0050% or less and REM: 0.0050% or less.
(4)
The mechanical structural steel is further increased by mass%.
Ti: 1.000% or less,
The machine structure according to any one of (1) to (3), which contains one or more of Nb: 1.000% or less and V: 1.000% or less. steel.
(5)
The mechanical structural steel is further increased by mass%.
Mo: 1.00% or less,
Ni: 1.40% or less,
The machine structure according to any one of (1) to (4), which contains one or more of Cu: 1.40% or less and B: 0.0050% or less. steel.
(6)
The mechanical structural steel is further increased by mass%.
Sb: 0.5000% or less,
Se: 0.5000% or less,
The machine structure according to any one of (1) to (5), which contains one or more of Zn: 0.5000% or less and Pb: 0.09% or less. steel.

本発明の機械構造用鋼によれば、Inの含有量を極力低減しながら、熱間延性を確保しつつ被削性改善効果の高い機械構造用鋼を得ることができる。 According to the mechanical structural steel of the present invention, it is possible to obtain a mechanical structural steel having a high machinability improving effect while ensuring hot ductility while reducing the In content as much as possible.

図1は、切削前の硬さが同程度であり、Biを含む実施例と比較例の鋼のBi/Inと被削性(切削抵抗[N])との関係を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the relationship between Bi / In and machinability (cutting resistance [N]) of steels of Examples and Comparative Examples having the same hardness before cutting and containing Bi. 図2は、切削前の硬さが同程度であり、Snを含む実施例と比較例の鋼のSn/Inと被削性(切削抵抗[N])との関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between Sn / In and machinability (cutting resistance [N]) of the steels of Examples and Comparative Examples having the same hardness before cutting and containing Sn. 図3は、切削前の硬さが同程度であり、Teを含む実施例と比較例の鋼のIn/Teと被削性(切削抵抗[N])との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between In / Te and machinability (cutting resistance [N]) of steels of Examples and Comparative Examples having the same hardness before cutting and containing Te. 図4は、切削前の硬さが同程度であり、Teを含む実施例と比較例の鋼のMn/Sと被削性(切削抵抗[N])との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the Mn / S and machinability (cutting resistance [N]) of the steels of Examples and Comparative Examples having the same hardness before cutting and containing Te. 実施例と比較例の鋼の切削前の硬さ(HV)と被削性(切削抵抗[N])との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the hardness (HV) before cutting, and machinability (cutting resistance [N]) of the steel of an Example and a comparative example.

本発明に係る機械構造用鋼及びその切削方法について説明する。まず、機械構造用鋼(以下、単に鋼とも称する。)の成分を限定する理由について説明する。以下の説明において、各元素の含有量についての「%」は、特に断りのない限り「質量%」を意味する。また、[In%]、[Bi%]、[Sn%]、[Te%]及び[Mn%]は、それぞれIn、Bi、Sn、Te及びMnの鋼中の含有質量%を表す。 The mechanical structural steel according to the present invention and a cutting method thereof will be described. First, the reason for limiting the components of mechanical structural steel (hereinafter, also simply referred to as steel) will be described. In the following description, "%" for the content of each element means "mass%" unless otherwise specified. Further, [In%], [Bi%], [Sn%], [Te%] and [Mn%] represent the mass% of In, Bi, Sn, Te and Mn contained in the steel, respectively.

(C:0.05〜0.85%)
Cは、鋼の強度を確保するために含有させる元素である。Cの含有量が0.05%未満では、硬度が低下し、切削加工後に熱処理されずに使用される場合に強度が不足してしまう。また、最終加工品を焼入れ、焼戻しをして使用する際にも十分な強度が得られないおそれがある。このため、C含有量は、0.05%以上とする。一方、C含有量が0.85%より多いと、炭化物が多量に生成して被削性が劣化する。このため、C含有量は、0.85%以下とする。C含有量の好ましい下限は0.16%、好ましい上限は0.60%である。
(C: 0.05 to 0.85%)
C is an element contained to ensure the strength of steel. If the C content is less than 0.05%, the hardness decreases, and the strength becomes insufficient when used without heat treatment after cutting. In addition, sufficient strength may not be obtained when the final processed product is quenched and tempered before use. Therefore, the C content is set to 0.05% or more. On the other hand, if the C content is more than 0.85%, a large amount of carbides are generated and the machinability deteriorates. Therefore, the C content is set to 0.85% or less. The preferable lower limit of the C content is 0.16%, and the preferable upper limit is 0.60%.

(Si:0.01〜3.00%)
Siは、一般に脱酸元素として含有されているが、フェライトの強化及び焼戻し軟化抵抗を付与する効果もある。しかしながら、Si含有量が0.01%未満の場合、十分な脱酸効果が得られない。一方、Si含有量が3.00%を超えると、鋼が硬くなりすぎて脆化する。よって、Si含有量は0.01〜3.00%とする。Si含有量の好ましい下限は0.06%でさらに好ましい下限は0.20%、好ましい上限は2.00%でさらに好ましい上限は1.30%である。
(Si: 0.01 to 3.00%)
Although Si is generally contained as a deoxidizing element, it also has the effect of strengthening ferrite and imparting tempering and softening resistance. However, when the Si content is less than 0.01%, a sufficient deoxidizing effect cannot be obtained. On the other hand, if the Si content exceeds 3.00%, the steel becomes too hard and embrittled. Therefore, the Si content is set to 0.01 to 3.00%. The preferable lower limit of the Si content is 0.06%, the more preferable lower limit is 0.20%, the preferable upper limit is 2.00%, and the further preferable upper limit is 1.30%.

(Mn:0.01〜3.00%)
Mnは、鋼中の硫黄(S)をMnSとして固定・分散させると共に、マトリックスに固溶して焼入れ性の向上や焼入れ後の強度を確保するために必要な元素である。しかしながら、Mn含有量が0.01%未満であると、鋼中のSがFeと結合してFeSとなり、鋼が脆くなる。一方、Mn含有量が3.00%を超えると、焼入れ性が高くなりすぎて硬さの大幅な増大を招き、被削性が低下する。よって、Mn含有量は0.01〜3.00%とする。Mn含有量の好ましい下限は0.10%でありさらに好ましくは0.20%である。Mn含有量の好ましい上限は1.80%でありさらに好ましくは1.70%である。
(Mn: 0.01 to 3.00%)
Mn is an element necessary for fixing and dispersing sulfur (S) in steel as MnS and solidifying it in a matrix to improve hardenability and secure strength after quenching. However, when the Mn content is less than 0.01%, S in the steel combines with Fe to form FeS, and the steel becomes brittle. On the other hand, if the Mn content exceeds 3.00%, the hardenability becomes too high, which causes a significant increase in hardness and a decrease in machinability. Therefore, the Mn content is set to 0.01 to 3.00%. The preferable lower limit of the Mn content is 0.10%, more preferably 0.20%. The preferred upper limit of the Mn content is 1.80%, more preferably 1.70%.

(Cr:0.01〜3.00%)
Crは、鋼の固溶強化元素であり、また部品を焼入れ、焼戻しして使用する場合には、焼入れ性を向上すると共に、焼戻し軟化抵抗を付与して焼入れ後の疲労強度を向上させる。Cr含有量が0.01%未満だと、これらの効果が得られない。一方、Cr含有量が3.00%を超えると、Cr炭化物が生成して鋼が脆化する。よって、Cr量を0.01〜3.00%とする。Cr含有量の好ましい下限は0.05%であり、さらに好ましくは0.10%である。Cr含有量の好ましい上限は2.00%でありさらに好ましくは1.30%である。
(Cr: 0.01 to 3.00%)
Cr is a solid solution strengthening element of steel, and when a part is hardened and tempered before use, it improves hardenability and imparts tempering softening resistance to improve fatigue strength after quenching. If the Cr content is less than 0.01%, these effects cannot be obtained. On the other hand, when the Cr content exceeds 3.00%, Cr carbides are generated and the steel becomes embrittled. Therefore, the amount of Cr is set to 0.01 to 3.00%. The lower limit of the Cr content is preferably 0.05%, more preferably 0.10%. The preferred upper limit of the Cr content is 2.00%, more preferably 1.30%.

(P:0.100%以下)
Pは不純物である。Pはオーステナイト粒界に偏析して、熱間加工時に粒界割れの原因となるので、P含有量を0.100%以下にする。P含有量の好ましい上限は0.030%であり、さらに好ましくは0.010%以下にするとよい。P含有量はできるだけ低減することが望ましいので下限は特に限定しないが、P含有量を0.001%未満に制限するには過剰なコストがかかる。従って、P含有量の範囲は0.001%以上であってもよい。
(P: 0.100% or less)
P is an impurity. Since P segregates at the austenite grain boundaries and causes grain boundary cracks during hot working, the P content is set to 0.100% or less. The upper limit of the P content is preferably 0.030%, more preferably 0.010% or less. Since it is desirable to reduce the P content as much as possible, the lower limit is not particularly limited, but limiting the P content to less than 0.001% requires an excessive cost. Therefore, the range of P content may be 0.001% or more.

(S:0.001〜0.150%)
SはMnと結合してMnSを形成する。MnSは被削性を向上させる効果があるが、その効果を得るためには、Sを0.001%以上含有させるとよい。一方、S含有量が0.150%を超えて含有すると、靭性や疲労強度を顕著に低下させる。よって、S含有量を0.001〜0.150%とする。S含有量の好ましい下限は0.005%であり、さらに好ましくは0.010%である。S含有量の好ましい上限は0.080%であり、さらに好ましくは0.050%である。
(S: 0.001 to 0.150%)
S combines with Mn to form MnS. MnS has an effect of improving machinability, but in order to obtain the effect, it is preferable to contain S in an amount of 0.001% or more. On the other hand, when the S content exceeds 0.150%, the toughness and fatigue strength are remarkably lowered. Therefore, the S content is set to 0.001 to 0.150%. The lower limit of the S content is preferably 0.005%, more preferably 0.010%. The preferred upper limit of the S content is 0.080%, more preferably 0.050%.

(In:0.0003〜0.0600%)
Inは800℃以上における延性が低下し、連続鋳造、圧延などの歩留まり低下や部品製造における熱間鍛造時の製造性低下の原因になる。また、一般に高価な元素であるため、極力その含有量を低減するため、その上限を0.0600%とする。一方、Inは、それ単体で被削性を向上させる効果があるだけでなく、本発明においてはBi、Sn及びTeとの複合添加により被削性改善効果を得るため、0.0003%以上のInを含有させるとよい。複合添加による被削性改善効果を得るため、In含有量の下限は、0.0004%、0.0005%、0.0006%の値を取り得る。一方、In含有量の上限は、熱間延性を確保することとコスト低減の観点から、0.0500%、0.0200%、0.0100%、0.0080%、0.0050%、0.0040%、0.0030%、0.0020%、0.0010%、0.0009%、0.0008%の値が取り得る。
(In: 0.0003 to 0.0600%)
In has a decrease in ductility at 800 ° C. or higher, which causes a decrease in yield such as continuous casting and rolling and a decrease in manufacturability during hot forging in parts manufacturing. Further, since it is generally an expensive element, the upper limit thereof is set to 0.0600% in order to reduce its content as much as possible. On the other hand, In not only has the effect of improving the machinability by itself, but also obtains the machinability improving effect by the combined addition of Bi, Sn and Te in the present invention, so that it is 0.0003% or more. It is preferable to contain In. In order to obtain the effect of improving machinability by the combined addition, the lower limit of the In content can be 0.0004%, 0.0005%, or 0.0006%. On the other hand, the upper limit of the In content is 0.0500%, 0.0200%, 0.0100%, 0.0080%, 0.0050%, 0. Values of 0040%, 0.0030%, 0.0020%, 0.0010%, 0.0009%, and 0.0008% can be taken.

(Bi:0.0001〜0.0950%、及び0.010≦[Bi%]/[In%])
BiはInと共に含有すると、鋼中でInとBiが複合で析出し、被削性を向上させる。ここでいう複合で析出するとは、InとBiが化合物を生成する場合、及びそれぞれが近接して単体として存在する場合を含む。Inと共にBiが存在すれば、複合析出による被削性向上効果が得られるため、Biの下限は0.0001%とする。一方、Bi含有量が0.0950%を超えると、800℃以上における延性が低下し、連続鋳造、熱間圧延などの歩留まり低下や部品製造における熱間鍛造時の製造性低下の原因になる。このためにBi含有量を0.0001%以上、0.0950%以下とする。複合添加による被削性改善効果を得るため、Bi含有量の下限は、0.0002%、0.0003%、0.0005%、0.0007%、0.0009%、0.0010%、0.0020%、0.0030%、0.0040%、0.0050%の値を取り得る。一方、Bi含有量の上限は、熱間延性を確保する観点から、0.0900%、0.0850%、0.0800%、0.0750%、0.0700%、0.0650%、0.064%、0.0600%、0.0500%、0.0400%、0.0300%、0.0200%、0.0100%、0.0090%、0.0080%、0.0070%の値が取り得る。
(Bi: 0.0001 to 0.0950%, and 0.010 ≦ [Bi%] / [In%])
When Bi is contained together with In, In and Bi are precipitated in a composite manner in the steel to improve machinability. The term "precipitation in a composite form" as used herein includes a case where In and Bi form a compound, and a case where they are close to each other and exist as a simple substance. If Bi is present together with In, the effect of improving machinability by composite precipitation can be obtained, so the lower limit of Bi is set to 0.0001%. On the other hand, if the Bi content exceeds 0.0950%, the ductility at 800 ° C. or higher is lowered, which causes a decrease in yield such as continuous casting and hot rolling and a decrease in manufacturability during hot forging in parts manufacturing. Therefore, the Bi content is set to 0.0001% or more and 0.0950% or less. The lower limit of the Bi content is 0.0002%, 0.0003%, 0.0005%, 0.0007%, 0.0009%, 0.0010%, 0 in order to obtain the effect of improving machinability by the combined addition. It can take values of 0020%, 0.0030%, 0.0040%, 0.0050%. On the other hand, the upper limit of the Bi content is 0.0900%, 0.0850%, 0.0800%, 0.0750%, 0.0700%, 0.0650%, 0. The values of 064%, 0.0600%, 0.0500%, 0.0400%, 0.0300%, 0.0200%, 0.0100%, 0.0090%, 0.0080%, 0.0070% are It can be taken.

また、上記のInとBiの複合析出による被削性向上効果を得るには、In含有量に対して、ある量以上のBiを含有することが好ましく、具体的にはBiとInの鋼中含有量(質量%)の比([Bi%]/[In%])を0.010以上とするとよい(図1)。[Bi%]/[In%]の下限は0.020、0.050、0.080、0.100、0.150、0.200、0.250、0.300、0.350、0.400の値を取り得る。
[Bi%]/[In%]の上限は特に限定しないが、Bi含有量の上限をIn含有量の下限で除した値とすることができる。具体的にはIn含有量の下限である0.0003%、Bi含有量の上限である0.0950%のときに316.7となるので、これを上限としてもよい。
Further, in order to obtain the effect of improving machinability by the above-mentioned composite precipitation of In and Bi, it is preferable to contain Bi in a certain amount or more with respect to the In content, specifically, in the steel of Bi and In. The ratio of the content (mass%) ([Bi%] / [In%]) is preferably 0.010 or more (FIG. 1). The lower limit of [Bi%] / [In%] is 0.020, 0.050, 0.080, 0.100, 0.150, 0.200, 0.250, 0.300, 0.350, 0. It can take a value of 400.
The upper limit of [Bi%] / [In%] is not particularly limited, but it can be a value obtained by dividing the upper limit of the Bi content by the lower limit of the In content. Specifically, when the lower limit of the In content is 0.0003% and the upper limit of the Bi content is 0.0950%, it becomes 316.7, and this may be the upper limit.

(Sn:0.0001〜0.3000%、0.200≦[Sn%]/[In%])
SnとInは共に粒界に偏析しやすく、Inと複合で添加することでInの偏析を助長してIn系介在物を増やすことを通じて被削性を向上させる。Inと共にSnが存在すれば、Inの偏析を促し、In系介在物による被削性向上効果が得られるため、Snの含有量の下限は0.0001%とする。一方、Sn含有量が0.3000%を超えると、800℃以上における延性が低下し、連続鋳造、熱間圧延などの歩留まり低下や部品製造における熱間鍛造時の製造性低下の原因になる。このためにSn含有量を0.0001%以上、0.3000%以下とする。複合添加による被削性改善効果を得るため、Sn含有量の下限は、0.0002%、0.0003%、0.0005%、0.0007%、0.0009%、0.0010%、0.0020%、0.0030%、0.0040%、0.0050%の値を取り得る。一方、Sn含有量の上限は、熱間延性を確保する観点から、0.2800%、0.2500%、0.2300%、0.2000%、0.1800%、0.1500%、0.1300%、0.100%の値が取り得る。
(Sn: 0.0001 to 0.3000%, 0.200 ≦ [Sn%] / [In%])
Both Sn and In are likely to segregate at the grain boundaries, and when added in combination with In, the segregation of In is promoted and the machinability is improved by increasing the number of In-based inclusions. If Sn is present together with In, segregation of In is promoted and the effect of improving machinability by In-based inclusions can be obtained. Therefore, the lower limit of the Sn content is set to 0.0001%. On the other hand, if the Sn content exceeds 0.3000%, the ductility at 800 ° C. or higher is lowered, which causes a decrease in yield such as continuous casting and hot rolling and a decrease in manufacturability during hot forging in parts manufacturing. Therefore, the Sn content is set to 0.0001% or more and 0.3000% or less. In order to obtain the effect of improving machinability by the combined addition, the lower limit of Sn content is 0.0002%, 0.0003%, 0.0005%, 0.0007%, 0.0009%, 0.0010%, 0. It can take values of 0020%, 0.0030%, 0.0040%, 0.0050%. On the other hand, the upper limit of the Sn content is 0.2800%, 0.2500%, 0.2300%, 0.2000%, 0.1800%, 0.1500%, 0. Values of 1300% and 0.100% can be taken.

Snの含有によってInの偏析を助長する効果を得るには、In含有量に対して、ある量以上のSnを含有することが好ましく、具体的にはSnとInの鋼中含有量(質量%)の比([Sn%]/[In%])を0.200以上にするとよい(図2)。[Sn%]/[In%]の下限は0.230、0.250、0.280、0.300、0.350、0.400、0.450、0.500、0.550、0.600の値を取り得る。
[Sn%]/[In%]の上限は特に限定しないが、Sn含有量の上限をIn含有量の下限で除した値とすることができる。具体的にはIn含有量の下限である0.0003%、Sn含有量の上限である0.3000%のときに1000となるので、これを上限としてもよい。
In order to obtain the effect of promoting the segregation of In by the content of Sn, it is preferable to contain Sn in a certain amount or more with respect to the In content, and specifically, the content of Sn and In in the steel (mass%). ) ([Sn%] / [In%]) should be 0.200 or more (FIG. 2). The lower limit of [Sn%] / [In%] is 0.230, 0.250, 0.280, 0.300, 0.350, 0.400, 0.450, 0.500, 0.550, 0. It can take a value of 600.
The upper limit of [Sn%] / [In%] is not particularly limited, but it can be a value obtained by dividing the upper limit of the Sn content by the lower limit of the In content. Specifically, when the lower limit of the In content is 0.0003% and the upper limit of the Sn content is 0.3000%, it becomes 1000, and this may be the upper limit.

(Te:0.0001〜0.0300%、0.700≦[In%]/[Te%])
TeはInと共に含有すると、鋼中でInとTeが化合物を生成して複合で析出し、被削性を向上させる。ここでいう複合で析出するとは、InとTeが化合物を生成する場合、及びInとMnTeが近接して存在する場合を含む。Inと共にTeが存在すれば、複合析出による被削性向上効果が得られるため、Teの下限は0.0001%とする。一方、Te含有量が0.0300%を超えると、800℃以上における延性が低下し、連続鋳造、熱間圧延などの歩留まり低下や部品製造における熱間鍛造時の製造性低下の原因になる。このためにTe含有量を0.0001%以上、0.0300%以下とする。複合添加による被削性改善効果を得るため、Te含有量の下限は、0.0002%、0.0003%、0.0005%、0.0007%、0.0009%、0.0010%、0.0015%、0.0020%、0.0025%、0.0030%、0.0035%、0.0040%、0.0045%、0.0050%の値を取り得る。一方、Te含有量の上限は、熱間延性を確保する観点から、0.0280%、0.0250%、0.0200%、0.0180%、0.0150%、0.0120%、0.0100%、0.0090%、0.0080%、0.0070%の値が取り得る。
(Te: 0.0001 to 0.0300%, 0.700 ≦ [In%] / [Te%])
When Te is contained together with In, In and Te form a compound in the steel and precipitate as a composite to improve machinability. The term "precipitation in a composite form" as used herein includes a case where In and Te form a compound and a case where In and MnTe are present in close proximity to each other. If Te is present together with In, the effect of improving machinability by composite precipitation can be obtained, so the lower limit of Te is set to 0.0001%. On the other hand, if the Te content exceeds 0.0300%, the ductility at 800 ° C. or higher is lowered, which causes a decrease in yield such as continuous casting and hot rolling and a decrease in manufacturability during hot forging in parts manufacturing. Therefore, the Te content is set to 0.0001% or more and 0.0300% or less. In order to obtain the effect of improving machinability by the combined addition, the lower limit of the Te content is 0.0002%, 0.0003%, 0.0005%, 0.0007%, 0.0009%, 0.0010%, 0. It can take values of .0015%, 0.0020%, 0.0025%, 0.0030%, 0.0035%, 0.0040%, 0.0045%, 0.0050%. On the other hand, the upper limit of the Te content is 0.0280%, 0.0250%, 0.0200%, 0.0180%, 0.0150%, 0.0120%, 0. Values of 0100%, 0.0090%, 0.0080% and 0.0070% can be taken.

また、上記のInとTeの複合析出による被削性向上効果を得るには、InとTeの含有量の比を適切に制御するとよく、具体的にはInとTeの鋼中含有量(質量%)の比([In%]/[Te%])を0.700以上とするとよい(図3)。[In%]/[Te%]の下限は0.750、0.800、0.850、0.900、0.950、1.00、1.050、1.100、1,150、1.200の値を取り得る。
[In%]/[Te%]の上限は特に限定しないが、In含有量の上限をTe含有量の下限で除した値とすることができる。但し、In含有量に上限があることから、[In%]/[Te%]は自ずとIn含有量の上限により制限されることになる。
Further, in order to obtain the effect of improving machinability by the above-mentioned composite precipitation of In and Te, it is preferable to appropriately control the ratio of the contents of In and Te, specifically, the content (mass) of In and Te in the steel. The ratio of%) ([In%] / [Te%]) is preferably 0.700 or more (FIG. 3). The lower limit of [In%] / [Te%] is 0.750, 0.800, 0.850, 0.900, 0.950, 1.00, 1.050, 1.100, 1,150, 1. It can take a value of 200.
The upper limit of [In%] / [Te%] is not particularly limited, but it can be a value obtained by dividing the upper limit of the In content by the lower limit of the Te content. However, since there is an upper limit on the In content, [In%] / [Te%] is naturally limited by the upper limit of the In content.

(22.00≦[Mn%]/[S%]≦150.00)
InとTeの化合物の析出を促進するためには粗大な晶出MnSを増やすことが有効であり、そのためにはMnとSの鋼中含有量(質量%)の比([Mn%]/[S%])を22.00以上、且つ150.00以下にするとよい(図4)。[Mn%]/[S%]が22.00より小さいと固相で析出した微細なMnSの比率が多くなってしまうため、InとTeの化合物の析出を促進する効果が十分に得られない。[Mn%]/[S%]の下限は、22.20、22.50、23.00、25.00、27.50、30.00、32.50、35.00、37.50、40.00、50.00、60.00、70.00、80.00、90.00の値を取り得る。
一方、[Mn%]/[S%]が150.00より大きいと、MnSの形成に寄与しないMnが多くなり、MnTeが生成しやすくなるため、InとTeの化合物の生成を阻害してしまう。[Mn%]/[S%]の上限は、145.00、140.00、135.00、130.00、125.00、120.00、115.00、110.00の値を取り得る。
(22.00 ≦ [Mn%] / [S%] ≦ 150.00)
In order to promote the precipitation of In and Te compounds, it is effective to increase the coarse crystallized MnS, and for that purpose, the ratio of the content (mass%) of Mn and S in the steel ([Mn%] / [ S%]) should be 22.00 or more and 150.00 or less (FIG. 4). If [Mn%] / [S%] is smaller than 22.00, the ratio of fine MnS precipitated in the solid phase increases, so that the effect of promoting the precipitation of the In and Te compounds cannot be sufficiently obtained. .. The lower limit of [Mn%] / [S%] is 22.20, 22.50, 23.00, 25.00, 27.50, 30.00, 32.50, 35.00, 37.50, 40. It can take values of 0.00, 50.00, 60.00, 70.00, 80.00, 90.00.
On the other hand, when [Mn%] / [S%] is larger than 150.00, the amount of Mn that does not contribute to the formation of MnS increases, and MnTe is easily generated, which hinders the formation of In and Te compounds. .. The upper limit of [Mn%] / [S%] can take values of 145.00, 140.00, 135.00, 130.00, 125.00, 120.00, 115.00, and 110.00.

(Al:0.002〜0.050%)
Alは、Nと結合してAlNを形成し、オーステナイト領域での結晶粒粗大化を抑制する作用がある。この効果を得るためには、Alの含有量を0.002%以上とするとよい。一方、Alを過剰に含有すると、粗大な酸化物として残存しやすくなり、疲労特性が低下する。従って、Al量の範囲は0.002〜0.050%とする。Al含有量の好ましい下限は0.005%でありさらに好ましくは0.010%である。Al量の好ましい上限は0.040%でありさらに好ましくは0.030%である。なお、ここでいうAl含有量とは全Al含有量を意味する。
(Al: 0.002 to 0.050%)
Al binds to N to form AlN, and has an effect of suppressing grain coarsening in the austenite region. In order to obtain this effect, the Al content is preferably 0.002% or more. On the other hand, if Al is excessively contained, it tends to remain as a coarse oxide, and the fatigue characteristics are deteriorated. Therefore, the range of the amount of Al is set to 0.002 to 0.050%. The lower limit of the Al content is preferably 0.005%, more preferably 0.010%. The preferable upper limit of the amount of Al is 0.040%, more preferably 0.030%. The Al content here means the total Al content.

(N:0.0030〜0.0250%)
N(窒素)は鋼中でAlやVなどと結合して炭窒化物を形成し、オーステナイト結晶粒界をピンニングすることによって粒成長を抑制し、オーステナイトから変態する組織を微細化する働きがあり、この効果を得るには0.0030%以上含有させるとよい。一方、Nを、0.0250%を超えて過剰に含有させると1000℃以上の高温域における延性が低下し、連続鋳造、熱間圧延時の歩留まり低下の原因になる。このため、N含有量を0.0250%以下とする必要がある。N含有量の好ましい下限は0.0040%でありさらに好ましくは0.0050%である。N量の好ましい上限は0.0200%でありさらに好ましくは0.0150%である。
本発明に係る機械構造用鋼は、鋼成分として、上記の基本成分に加え、以下に示す元素のうちから選んだ1種又は2種以上を含有させることができる。
(N: 0.0030 to 0.0250%)
N (nitrogen) combines with Al and V in steel to form carbonitride, suppresses grain growth by pinning the austenite grain boundaries, and has the function of refining the structure that transforms from austenite. , 0.0030% or more is recommended to obtain this effect. On the other hand, if N is excessively contained in excess of 0.0250%, the ductility in a high temperature range of 1000 ° C. or higher decreases, which causes a decrease in yield during continuous casting and hot rolling. Therefore, the N content needs to be 0.0250% or less. The preferred lower limit of the N content is 0.0040%, more preferably 0.0050%. The preferred upper limit of the amount of N is 0.0200%, more preferably 0.0150%.
The mechanical structural steel according to the present invention may contain one or more selected elements from the following elements in addition to the above basic components as steel components.

(O:0.0050%以下)
O(酸素)含有量が多い場合は粗大な酸化物として残存しやすくなり、疲労特性が低下する。このため本発明では、O含有量の上限を0.0050%以下とするとよい。一方、Oの下限は特に限定しないが、Oは酸化物系介在物を形成し、In粒子を増やすことを通じて被削性を向上させる可能性があるため、この効果を得るには、O含有量を0.0009%以上とすることが好ましい。
(O: 0.0050% or less)
When the O (oxygen) content is high, it tends to remain as a coarse oxide, and the fatigue characteristics deteriorate. Therefore, in the present invention, the upper limit of the O content may be 0.0050% or less. On the other hand, although the lower limit of O is not particularly limited, O may form oxide-based inclusions and improve machinability by increasing In particles. Therefore, in order to obtain this effect, the O content is obtained. Is preferably 0.0009% or more.

(insol.Al:0.0060%以下)
In系介在物の形態を制御するため、鋼に含有されるAlを、Alとして鋼中に分散させることが好ましい。酸不溶性Alであるinsol.AlはAlとして存在するAlの量とみなされ、その量が測定される。一方、insol.Alが多い場合は粗大な酸化物が残存しやすくなり、疲労特性が低下することが懸念される。このため、insol.Alは0.0060%以下であることが好ましい。insol.Alの下限は特に限定しないが、所定サイズのIn系介在物を十分確保するうえでは、insol.Alを0.0011%以上とするとよい。insol.Alの下限は、0.0012%、0.0015%、0018%、0.0020、0.0025%、0.0030%の値が取り得る。
また、insol.Alの上限は、0.0058%、0.0055%、0052%、0.0050、0.0048%、0.0045%の値が取り得る。
(Insol.Al: 0.0060% or less)
In order to control the morphology of In-based inclusions, it is preferable to disperse Al contained in the steel as Al 2 O 3 in the steel. Acid-insoluble Al, insol. Al is regarded as the amount of Al present as Al 2 O 3, and the amount is measured. On the other hand, insol. When there is a large amount of Al, coarse oxides tend to remain, and there is a concern that the fatigue characteristics may deteriorate. Therefore, insol. Al is preferably 0.0060% or less. insol. The lower limit of Al is not particularly limited, but in order to sufficiently secure In-based inclusions of a predetermined size, insol. Al is preferably 0.0011% or more. insol. The lower limit of Al can be 0.0012%, 0.0015%, 0018%, 0.0020, 0.0025%, 0.0030%.
In addition, insol. The upper limit of Al can be 0.0058%, 0.0055%, 0052%, 0.0050, 0.0048%, 0.0045%.

insol.Alは酸不溶性残さをICP(誘導結合プラズマ)分析することにより測定する。本実施の形態では、採取した試料を王水で分解した後、溶液をろ紙(5種C)を用いてろ過することで得られる。抽出された残さを、融解合剤を用いて加熱融解した後、融解物を冷却して固体化する。次に、前記固体化した融解物を、硝酸等を用いて溶解し、ICP(誘導結合プラズマ)分析により測定する。なお、使用する試薬や試料調整はJIS G 1257:2013 鉄及び鋼−原子吸光分析方法を参考にしても良い。 insol. Al is measured by ICP (inductively coupled plasma) analysis of acid-insoluble residues. In the present embodiment, the collected sample is decomposed with aqua regia, and then the solution is filtered using a filter paper (Type 5C). The extracted residue is heated and thawed with a melting mixture, and then the melt is cooled to solidify. Next, the solidified melt is dissolved with nitric acid or the like and measured by ICP (inductively coupled plasma) analysis. For the reagents and sample preparations to be used, JIS G 1257: 2013 Iron and Steel-Atomic Absorption Analysis Method may be referred to.

(Ca:0.0050%以下、
Mg:0.0050%以下、
Zr:0.0050%以下、及び、
REM:0.0050%以下の1種又は2種以上)
Ca、Mg、Zr、及びREM(希土類元素)は、いずれも脱酸元素であり、鋼中で酸化物を生成し、鋼中のMnSの形態を制御して機械特性の向上に寄与する元素である。これらの効果を得るためには、本発明の鋼の特性を損なわない範囲で、Ca、Mg、Zr、及びREMを含有させてもよい。いずれの元素も好ましくは0.0001%以上含有させてもよい。一方、Ca、Mg、Zr及びREMが0.0050%を超えて含有させると、酸化物が粗大化し、疲労強度が低下する。従って、Ca、Mg、Zr及びREMはいずれも0.0050%以下とし、好ましくは0.0020%以下とする。
(Ca: 0.0050% or less,
Mg: 0.0050% or less,
Zr: 0.0050% or less, and
REM: 1 type or 2 types or more of 0.0050% or less)
Ca, Mg, Zr, and REM (rare earth elements) are all deoxidizing elements, which form oxides in steel and control the morphology of MnS in steel to contribute to the improvement of mechanical properties. be. In order to obtain these effects, Ca, Mg, Zr, and REM may be contained as long as the characteristics of the steel of the present invention are not impaired. Any element may be contained preferably 0.0001% or more. On the other hand, when Ca, Mg, Zr and REM are contained in an amount of more than 0.0050%, the oxide becomes coarse and the fatigue strength decreases. Therefore, Ca, Mg, Zr and REM are all 0.0050% or less, preferably 0.0020% or less.

なお、REMは希土類金属元素を示し、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、及びLuから選択される1種以上である。前記REMの含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。 REM represents a rare earth metal element, and is one selected from Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu. That is all. The content of REM means the total content of these elements.

(Ti:1.000%以下、
Nb:1.000%以下、
V:1.000%以下のいずれか1種又は2種以上)
Ti、Nb及びVは、CやNと微細な炭化物、窒化物、炭窒化物を形成して、オーステナイト温度域加熱時の結晶粒成長及び異常粒成長を抑制して、組織の微細均質化に寄与し、衝撃特性を改善する。この効果を得るために、Ti、Nb及びVの1種又は2種以上を含有させてもよい。いずれの元素も好ましくは0.005%以上、より好ましくは0.010%以上、さらに好ましくは0.020%以上にするとよい。一方、Ti、Nb及びVがいずれも1.000%を超えて含有されると、硬質の炭化物が生成して被削性が低下する。従って、Ti、Nb及びVはいずれも1.000%以下とする。Ti、Nbのいずれの元素も、好ましい含有量は0.200%以下、より好ましくは0.150%以下、さらに好ましくは0.040%以下である。Vは、好ましくは0.500%以下、より好ましくは0.320%以下である。
(Ti: 1.000% or less,
Nb: 1.000% or less,
V: Any one or more of 1.000% or less)
Ti, Nb and V form fine carbides, nitrides and carbonitrides with C and N to suppress grain growth and abnormal grain growth during heating in the austenite temperature range, resulting in fine homogenization of the structure. Contribute and improve impact characteristics. In order to obtain this effect, one or more of Ti, Nb and V may be contained. Each element is preferably 0.005% or more, more preferably 0.010% or more, still more preferably 0.020% or more. On the other hand, if Ti, Nb and V are all contained in an amount of more than 1.000%, hard carbides are generated and the machinability is lowered. Therefore, Ti, Nb and V are all set to 1.000% or less. The content of any of the elements Ti and Nb is preferably 0.200% or less, more preferably 0.150% or less, still more preferably 0.040% or less. V is preferably 0.500% or less, more preferably 0.320% or less.

(Mo:1.00%以下、
Ni:1.40%以下、
Cu:1.40%以下、及び
B:0.0050%以下のうちの1種又は2種)
Mo、Ni、Cu及びBは、いずれも焼入れ性向上元素である。この効果を得るためには、本発明の鋼の優れた特性を損なわない範囲で含有させてもよい。好ましくは、Mo、Ni及びCuは、いずれも0.01%以上、Bは0.0003%以上含有させてもよい。一方、Moが1.00%を超えると、焼入れ性が高くなりすぎて硬さの大幅な増大を招き、切削や鍛造時の加工性が低下する。このため、Mo含有量は1.00%以下とし、好ましくは0.30%以下とする。NiとCuがいずれも1.40%を超えると、やはり、Moと同様に、焼入れ性が高くなりすぎて、硬さの大幅な増大を招き、加工性が低下する。このため、NiとCuの含有量の上限は、いずれも1.40%以下とするとよい。Bは0.0050%を超えて含有しても効果が飽和する。従ってBを含有させる場合、B量を好ましくは0.0003%以上、さらに好ましくは0.0010%以上とし、好ましくは0.0050%以下、さらに好ましくは0.0025%以下にするとよい。
(Mo: 1.00% or less,
Ni: 1.40% or less,
Cu: 1.40% or less, and B: 0.0050% or less, one or two types)
Mo, Ni, Cu and B are all hardenable elements. In order to obtain this effect, it may be contained within a range that does not impair the excellent properties of the steel of the present invention. Preferably, Mo, Ni and Cu may be contained in an amount of 0.01% or more, and B may be contained in an amount of 0.0003% or more. On the other hand, if Mo exceeds 1.00%, the hardenability becomes too high, which causes a large increase in hardness and lowers workability during cutting and forging. Therefore, the Mo content is 1.00% or less, preferably 0.30% or less. If both Ni and Cu exceed 1.40%, as with Mo, the hardenability becomes too high, which causes a significant increase in hardness and a decrease in workability. Therefore, the upper limit of the contents of Ni and Cu is preferably 1.40% or less. Even if B is contained in excess of 0.0050%, the effect is saturated. Therefore, when B is contained, the amount of B is preferably 0.0003% or more, more preferably 0.0010% or more, preferably 0.0050% or less, still more preferably 0.0025% or less.

(Sb:0.5000%以下、
Se:0.5000%以下、
Zn:0.5000%以下、及び
Pb:0.09%以下の1種又は2種)
Sb及びSeは被削性を向上させる効果のある元素である。この効果を得るためには、本発明鋼の特性を損なわない範囲で含有させてもよい。好ましくは、Sb及びSeは0.0003%以上含有してもよい。一方、Sb及びSeが0.5000%を超えると、熱間脆性が発現し、疵の原因となったり、熱間圧延が困難になったりするので、Sb及びSeはいずれも0.5000%以下とするとよく、好ましくは0.2000%以下にするとよい。Znも被削性を向上させる効果のある元素であり、この効果を得るためには、本発明鋼の特性を損なわない範囲で含有させてもよい。好ましくは、Znを0.0003%以上含有してもよい。一方、Znは0.5000%を超えると、鋼の製造が困難となるので、0.5000%以下とするとよい。
(Sb: 0.5000% or less,
Se: 0.5000% or less,
Zn: 0.5000% or less, and Pb: 0.09% or less, 1 type or 2 types)
Sb and Se are elements that have the effect of improving machinability. In order to obtain this effect, it may be contained within a range that does not impair the characteristics of the steel of the present invention. Preferably, Sb and Se may be contained in an amount of 0.0003% or more. On the other hand, when Sb and Se exceed 0.5000%, hot brittleness develops, which causes defects and makes hot rolling difficult. Therefore, both Sb and Se are 0.5000% or less. It is preferable that the content is 0.2000% or less. Zn is also an element having an effect of improving machinability, and in order to obtain this effect, it may be contained within a range that does not impair the characteristics of the steel of the present invention. Preferably, Zn may be contained in an amount of 0.0003% or more. On the other hand, if Zn exceeds 0.5000%, it becomes difficult to manufacture steel, so it is preferable to set it to 0.5000% or less.

Pbは、従来より用いられていた被削性を向上させる効果のある元素である。しかし、環境負荷物質であるため、環境保護の観点からはPbは極力少ない方が好ましく、Pbの含有量を0.09%以下に限定する。より好ましくは、0.05%以下、0.03%以下、0.02%以下にするとよい。 Pb is an element that has been used conventionally and has an effect of improving machinability. However, since it is an environmentally hazardous substance, it is preferable that the amount of Pb is as small as possible from the viewpoint of environmental protection, and the content of Pb is limited to 0.09% or less. More preferably, it is 0.05% or less, 0.03% or less, and 0.02% or less.

本発明の機械構造用鋼の成分組成は以上のとおりであり、残部はFe及び不純物である。なお、原料、資材、製造設備等の状況によっては、不純物が鋼中に混入するが、本発明の特性を阻害しない範囲であれば許容される。 The composition of the mechanical structural steel of the present invention is as described above, and the balance is Fe and impurities. Depending on the conditions of raw materials, materials, manufacturing equipment, etc., impurities may be mixed in the steel, but it is permissible as long as it does not impair the characteristics of the present invention.

本発明では、鋼中のIn系介在物の量を増やすことによって被削性の向上の効果を得ている。本明細書においてIn系介在物とは、In単体粒子、BiとInの複合析出物、Snとの複合添加により局所的に濃度が高まって析出したIn粒子、InとTeの複合析出物など、In粒子、In化合物、及びIn析出物を包括したものを示す。本発明者らはさらにIn系介在物の適切な数密度について調査を行ったところ、円相当径が2.0μm以上であるIn系介在物の数密度が0.5個/mm以上とすることが好ましいことを明らかにした。円相当径が2.0μm未満のIn系介在物は、切削時にき裂発生の起点になり難く且つ工具上で潤滑効果を与える効果が小さい場合があり、円相当径が2.0μm以上のIn系介在物の数密度が0.5個/mm未満であると、被削性を向上させる効果が小さくなる場合がある。 In the present invention, the effect of improving machinability is obtained by increasing the amount of In-based inclusions in the steel. In the present specification, the In-based inclusions include In single particles, composite precipitates of Bi and In, In particles whose concentration is locally increased by the composite addition of Sn, and composite precipitates of In and Te. Inclusive of In particles, In compounds, and In precipitates are shown. The present inventors further investigated the appropriate number density of In-based inclusions, and found that the number density of In-based inclusions having a circle-equivalent diameter of 2.0 μm or more was 0.5 pieces / mm 2 or more. It was revealed to be preferable. In-based inclusions with a circle-equivalent diameter of less than 2.0 μm are less likely to be the starting point of cracks during cutting and may have a small effect of providing a lubricating effect on the tool, and In with a circle-equivalent diameter of 2.0 μm or more. If the number density of system inclusions is less than 0.5 pieces / mm 2 , the effect of improving machinability may be reduced.

In系介在物の円相当径及び数密度は、次の方法で測定できる。棒鋼サンプルを、棒鋼の軸方向を含む断面(縦断面)で切断し、縦断面を含む試料を採取する。試料の観察面は腐食させず、そのまま走査電子顕微鏡(SEM)で観察し、写真画像を作製し、200倍で複数視野観察することにより、被検面積の合計を約50mmとして算出した。 The equivalent circle diameter and number density of In-based inclusions can be measured by the following methods. A bar steel sample is cut along a cross section (longitudinal cross section) including the axial direction of the bar steel, and a sample including the vertical cross section is collected. The observation surface of the sample was not corroded and was observed as it was with a scanning electron microscope (SEM), a photographic image was prepared, and a plurality of fields of view were observed at a magnification of 200, so that the total test area was calculated as about 50 mm 2.

In系介在物は鉄よりも原子量が大きいため、反射電子像中の明るいコントラストとして観察される。そのため、反射電子像のコントラストに基づいて、特定する。Bi、Pb、Teが含有されている場合、鋼中に金属Bi、金属Pb、Te化合物が存在する場合があり、これらは同様に反射電子像中に明るいコントラストとして観察されるため、In系介在物との区別が困難な場合がある。このような場合はエネルギー分散型X線分析(EDS)を用いて、In系介在物を判別する。 Since the In-based inclusions have a larger atomic weight than iron, they are observed as bright contrast in the backscattered electron image. Therefore, it is specified based on the contrast of the reflected electron image. When Bi, Pb, and Te are contained, metal Bi, metal Pb, and Te compounds may be present in the steel, and these are also observed as bright contrast in the backscattered electron image. It may be difficult to distinguish it from an object. In such cases, energy dispersive X-ray analysis (EDS) is used to discriminate In-based inclusions.

次に、画像解析装置を用いて、上述の方法で特定したIn系介在物の円相当径を算定する。円相当径とは、測定された粒子の投影面積と等しい面積をもつ円の直径を指し、具体的には以下の式によって導出する。
円相当径=2×{(当該粒子の面積)÷π}1/2
Next, using an image analysis device, the equivalent circle diameter of the In-based inclusions specified by the above method is calculated. The equivalent circle diameter refers to the diameter of a circle having an area equal to the projected area of the measured particles, and is specifically derived by the following formula.
Circle equivalent diameter = 2 × {(area of the particle) ÷ π} 1/2

本発明の鋼の硬さ、すなわち本発明の鋼を被削材として切削する前の硬さは、120HV以上320HV以下の範囲とすることが好ましい。切削前の鋼の硬さが120HV未満であると、切削後に熱処理せずに使用する場合に必要な強度が不足し、一方320HVを超えると被削性が低下してくる。なお、硬さはビッカース硬さであり、切削加工がなされる位置の断面、あるいはその位置と同等硬さを有する位置の断面で、JIS Z 2244:2009に準拠して、測定荷重は10kg重で測定するとよい。但し、あまりに表層に近い位置で測定すると、適切な計測ができない可能性がある。測定にあたっては、断面において、鋼の表面から0.5mm以上離れた位置において硬さを測定する。 The hardness of the steel of the present invention, that is, the hardness before cutting the steel of the present invention as a work material is preferably in the range of 120 HV or more and 320 HV or less. If the hardness of the steel before cutting is less than 120 HV, the strength required for use without heat treatment after cutting is insufficient, while if it exceeds 320 HV, the machinability is lowered. The hardness is Vickers hardness, which is the cross section of the position where cutting is performed or the cross section of the position having the same hardness as that position, and the measured load is 10 kg weight in accordance with JIS Z 2244: 2009. It is good to measure. However, if the measurement is performed at a position too close to the surface layer, proper measurement may not be possible. In the measurement, the hardness is measured at a position separated from the surface of the steel by 0.5 mm or more in the cross section.

一般に、被削材である鋼の組織にベイナイトやマルテンサイトが含まれると被削性が低下することが知られている。そのため、本発明の鋼を被削材として切削する前の組織はフェライト及びパーライトの混合組織或いはパーライト組織でも良い。但し、本発明の効果は、組織によって影響されるものではなく、どのような組織でも得られるものであり、例えば組織が焼戻しマルテンサイトであっても本発明の効果は阻害されことなく享受できる。
焼入れ焼戻しを加えた後の機械構造用鋼であれば、組織は主として焼戻しマルテンサイトとなり、具体的には、断面における面積率で90%以上が焼戻しマルテンサイトとなる。また、硬さは250HV(測定荷重10kg重)以上であることが好ましい。
In general, it is known that mainite and martensite are contained in the structure of steel, which is a work material, to reduce machinability. Therefore, the structure before cutting the steel of the present invention as a work material may be a mixed structure of ferrite and pearlite or a pearlite structure. However, the effect of the present invention is not influenced by the tissue and can be obtained by any tissue. For example, even if the tissue is tempered martensite, the effect of the present invention can be enjoyed without being hindered.
In the case of mechanical structural steel after quenching and tempering, the structure is mainly tempered martensite, and specifically, 90% or more of the area ratio in the cross section is tempered martensite. Further, the hardness is preferably 250 HV (measured load 10 kg weight) or more.

[製造方法]
本発明の機械構造用鋼の製造方法を説明する。上記した組成を有する溶鋼を、転炉等の常用の溶製方法で溶製し、連続鋳造法等の常用の鋳造方法でスラブ等の鋼素材とし、さらに鋼素材を、加熱し、常用の熱間圧延又は熱間鍛造等の熱間加工を施して所望の形状にすることによって、本発明の機械構造用鋼を製造することができる。但し、本発明の鋼の硬さを120〜320HVの範囲に調整するように製造条件を調整することが好ましい。例えば、硬さをこの好ましい範囲に調整するために、切削工程の前に鋼に焼鈍、球状化焼鈍等の熱処理を行ってもかまわない。
[Production method]
The method for manufacturing the mechanical structural steel of the present invention will be described. The molten steel having the above composition is melted by a common melting method such as a converter to make a steel material such as a slab by a common casting method such as a continuous casting method, and the steel material is further heated to heat the usual heat. The mechanical structural steel of the present invention can be produced by performing hot working such as hot rolling or hot forging to obtain a desired shape. However, it is preferable to adjust the manufacturing conditions so that the hardness of the steel of the present invention is adjusted in the range of 120 to 320 HV. For example, in order to adjust the hardness to this preferable range, the steel may be subjected to heat treatment such as annealing or spheroidizing annealing before the cutting step.

[発明に係る機械構造用鋼の切削方法]
本発明の鋼は比較的大きな切削速度、具体的には60m/分以上の切削速度での切削加工条件において特に有効であるが、本発明の鋼の切削方法において切削速度は限定されない。切削方法はドリル、旋削、歯切り、エンドミル、フライス、タップ等様々な工具によって行うことが可能であり、これらの切削工具のいずれを用いても良い。また、切削工具は高速度鋼、超硬合金、サーメット、またそれらに化学蒸着(Chemical Vapor Deposition;CVD)や物理蒸着(Physical Vapor Deposition;PVD)によりセラミックコーティングを施したものなどがあるが、本発明の切削加工においてこれらの工具材料の種類は限定されない。
[Cutting method for machine structural steel according to the invention]
The steel of the present invention is particularly effective under cutting conditions at a relatively large cutting speed, specifically, a cutting speed of 60 m / min or more, but the cutting speed is not limited in the steel cutting method of the present invention. The cutting method can be performed by various tools such as a drill, turning, gear cutting, end mill, milling cutter, and tap, and any of these cutting tools may be used. Cutting tools include high-speed steel, cemented carbide, cermet, and those with a ceramic coating applied by chemical vapor deposition (CVD) or physical vapor deposition (PVD). The types of these tool materials are not limited in the cutting process of the present invention.

さらに、潤滑方法として、湿式、乾式、MQL(Minumum Quantity Lubrication)などのセミドライ等が知られているが、これらの潤滑方法にも本発明の効果は限定されない。なおMQLとは、潤滑油剤(切削油剤)の量が1時間当たり200cm以下であることを指すが、実際の鋼材の加工においては潤滑油剤の量を1時間当たり約50cm以下として実施することも多い。潤滑油剤の塗布方法は潤滑油を空気と混合してミスト状にして噴射する方法が一般的である。場合によってはミスト状の水も混合させても良い。 Further, as a lubrication method, wet type, dry type, semi-dry type such as MQL (Quantity Lubrication) and the like are known, but the effect of the present invention is not limited to these lubrication methods. Note that MQL means that the amount of lubricating oil (cutting oil) is 200 cm 3 or less per hour, but in actual processing of steel materials, the amount of lubricating oil should be about 50 cm 3 or less per hour. There are also many. The general method for applying the lubricating oil is to mix the lubricating oil with air to form a mist and inject it. In some cases, mist-like water may also be mixed.

次に、実施例について説明するが、実施例での条件は、実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱せず、その目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。 Next, Examples will be described. The conditions in the Examples are one condition example adopted for confirming the feasibility and the effect, and the present invention is not limited to this one condition example. .. The present invention can adopt various conditions as long as the gist of the present invention is not deviated and the object is achieved.

表1(表1−1〜3を総称して表1という。)に示す成分組成の鋼を溶製後に、鋼片を断面サイズ60mm×60mmの角型の棒鋼、及び直径50mmの丸断面棒鋼の2種類の形状に熱間鍛造した。鍛造後の棒鋼は、1100℃で1時間保持し、その後空冷する加熱放冷処理を実施した。なお、表1に示す成分組成の“REM”は、La、Ce、Ndの合計含有量である。 After forging the steels having the composition shown in Table 1 (Tables 1-1 to 3 are collectively referred to as Table 1), the steel pieces are square steel bars with a cross-section size of 60 mm × 60 mm and round cross-section steel bars with a diameter of 50 mm. It was hot forged into two types of shapes. The forged steel bar was held at 1100 ° C. for 1 hour, and then air-cooled by heating and cooling. The "REM" of the component composition shown in Table 1 is the total content of La, Ce, and Nd.

角型の棒鋼を長さ方向と垂直な断面で切断し、得られた角形断面上の、中心部から幅方向に15mm且つ厚み方向に15mm離れた位置(以下、「中間位置」という。)を観察できるように試料を切り出して樹脂に埋め、研磨した後、同位置のビッカース硬さをJIS Z 2244:2009に準拠し測定した。なお、測定荷重は10kg重で行った。また、同様にして試料を切り出し、ナイタール腐食の後、当該試料の断面の中間位置を光学顕微鏡で組織観察した。 A square steel bar is cut in a cross section perpendicular to the length direction, and a position on the obtained square cross section separated from the center by 15 mm in the width direction and 15 mm in the thickness direction (hereinafter referred to as "intermediate position") is defined. After cutting out the sample so that it could be observed, embedding it in resin, and polishing it, the Vickers hardness at the same position was measured according to JIS Z 2244: 2009. The measured load was 10 kg. In addition, the sample was cut out in the same manner, and after nital corrosion, the intermediate position of the cross section of the sample was observed with an optical microscope.

また、上記角型の棒鋼から、所定サイズの試料を切削により取得し、前記試料に含有されるinsol.Alの量を前述した方法により測定した。 Further, a sample having a predetermined size is obtained from the square steel bar by cutting, and insol. The amount of Al was measured by the method described above.

硬さ測定の結果を「切削前の硬さ」として表2(表2−1〜3を総称して表2という。)に示す。なお、表中の「切削前の硬さ」とは、上記中間位置にて硬さ測定を3回行い、その平均値を「切削前の硬さ」として評価した。表2の「フェライト−パーライト」はフェライト及びパーライトの混合組織であり、「パーライト」はパーライト単相の組織であることを意味する。本実施例で用いた切削前の鋼材の組織はフェライト及びパーライトの混合組織、あるいはパーライト単相の組織であった。 The results of the hardness measurement are shown in Table 2 (Tables 2-1 to 3 are collectively referred to as Table 2) as "hardness before cutting". The "hardness before cutting" in the table means that the hardness was measured three times at the intermediate position and the average value was evaluated as the "hardness before cutting". “Ferite-pearlite” in Table 2 means a mixed structure of ferrite and pearlite, and “pearlite” means a single-phase structure of pearlite. The structure of the steel material before cutting used in this example was a mixed structure of ferrite and pearlite, or a structure of pearlite single phase.

平均粒径2.0μm以上のIn系介在物の数密度(個/mm)を表2に示す。In系介在物の数密度は、上記角棒から、軸方向を含む断面(縦断面)を、深さ15mm位置から切り出し、被検面積の合計を50mmとしてサンプルを採取し、上述の方法で求めた。 Table 2 shows the number densities (pieces / mm 2 ) of In-based inclusions having an average particle size of 2.0 μm or more. The number density of In-based inclusions was determined by cutting out a cross section (longitudinal cross section) including the axial direction from the square bar from a depth of 15 mm , collecting a sample with the total test area as 50 mm 2 , and using the above method. ..

試料の観察面は腐食させず、そのまま走査電子顕微鏡(SEM)で観察し、写真画像を撮影し、写真画像からIn系介在物を特定して、画像解析装置を用いて、2.0μm以上の円相当径を有するIn系介在物の個数を求め、被検面積の合計(50mm)で除した値を数密度(個/mm)とした。 The observation surface of the sample is not corroded, it is observed as it is with a scanning electron microscope (SEM), a photographic image is taken, In-based inclusions are identified from the photographic image, and 2.0 μm or more is used using an image analyzer. The number of In-based inclusions having a circle-equivalent diameter was determined, and the value divided by the total test area (50 mm 2 ) was defined as the number density (pieces / mm 2 ).

次に、上記棒鋼に対し、切削試験を行った。具体的には、上記の加熱放冷処理後の角型の棒鋼から切り出した50×50×115mmの角型試験片に対し、直径が4.98mm、全長が170mm、刃長が124mmの油穴付き超硬コーティングドリルを用いて、下記の条件で切削加工を行った。 Next, a cutting test was performed on the steel bar. Specifically, an oil hole having a diameter of 4.98 mm, a total length of 170 mm, and a blade length of 124 mm is used for a 50 × 50 × 115 mm square test piece cut out from the above-mentioned heat-cooling treatment. Cutting was performed under the following conditions using a carbide coated drill with a blade.

周速:90m/分
送り:0.15mm/rev
穴深さ:100mm
潤滑条件:MQL(生分解性の高い合成エステルを約1.0cm/時の割合でドリル油穴から内部給油で塗布)
Peripheral speed: 90 m / min Feed: 0.15 mm / rev
Hole depth: 100 mm
Lubrication conditions: MQL ( Apply synthetic ester with high biodegradability at a rate of about 1.0 cm 3 / hour from the drill oil hole by internal lubrication)

なお、前記切削試験前に、角型試験片に対して、直径が5.0mm、深さが15mmのガイド穴を形成した。従って、先に述べた穴深さとしての100mmには、このガイド穴の深さが含まれている。上記の条件で切削加工した際の切削抵抗(スラスト)を測定することで被削性を評価した。切削抵抗は小さな値の方が被削性に優れることを意味する。 Prior to the cutting test, a guide hole having a diameter of 5.0 mm and a depth of 15 mm was formed in the square test piece. Therefore, the depth of the guide hole is included in the hole depth of 100 mm described above. The machinability was evaluated by measuring the cutting resistance (thrust) when cutting under the above conditions. A smaller value of cutting resistance means that the machinability is better.

本発明に係る機械構造用鋼は、切削加工後に熱処理を行わずに部材として使用される場合、及び焼入れ焼戻しなどの熱処理をして使用される場合の両方を想定している。すなわち、「切削前の硬さ」はもちろん、切削後に熱処理を施した場合の硬さも確保できることが望ましい。そのため、焼入れ焼戻し後の硬さを以下のように調べた。 The mechanical structural steel according to the present invention is assumed to be used as a member without heat treatment after cutting, or to be used after heat treatment such as quenching and tempering. That is, it is desirable to be able to secure not only the "hardness before cutting" but also the hardness when heat treatment is performed after cutting. Therefore, the hardness after quenching and tempering was examined as follows.

上述した加熱放冷処理後の角型の棒鋼の上記中間位置に相当する部位が円形断面の中心となるように、Φ10×50mmの丸棒試験片を切り出し、その試験片を950℃で30分間保持後に水焼入れし、その後に550℃で90分間保持する焼戻し処理を実施した。続いて、その試験片の長さ方向と垂直な円形断面を観察できるように試料を切り出して樹脂に埋め、研磨した後、円形断面の円の中心と鋼表面との中間にある位置のビッカース硬さをJIS Z 2244:2009に準拠し、3回測定した。なお、測定荷重は10kg重で行った。その平均値を、表2中に「焼入れ焼戻し後の硬さ」として示した。本発明の機械構造用鋼の焼入れ焼戻し後の硬さはいずれも250HV以上であり、部材として使用されるために、十分な強度特性を有している。 A round bar test piece of Φ10 × 50 mm is cut out so that the portion corresponding to the intermediate position of the square steel bar after the above-mentioned heat and cooling treatment is the center of the circular cross section, and the test piece is cut out at 950 ° C. for 30 minutes. After holding, it was water-quenched, and then a tempering treatment was carried out in which it was held at 550 ° C. for 90 minutes. Subsequently, a sample is cut out so that a circular cross section perpendicular to the length direction of the test piece can be observed, embedded in resin, polished, and then Vickers hardness at a position between the center of the circle of the circular cross section and the steel surface. The measurement was performed three times in accordance with JIS Z 2244: 2009. The measured load was 10 kg. The average value is shown in Table 2 as "hardness after quenching and tempering". The hardness of the mechanical structural steel of the present invention after quenching and tempering is 250 HV or more, and has sufficient strength characteristics for use as a member.

さらに熱間延性の調査を次のように高温引張試験にて実施した。Φ50の加熱放冷処理後の丸型の棒鋼から、Φ10×170mmの引張試験片を棒鋼の長さ方向に沿って作製した。引張試験片の作製にあたっては、丸型の棒鋼の断面における中心と外周との中間地点が、引張試験片の円形断面の中心に位置するように切削加工した。熱間延性は1250℃に加熱して1分間保持後、1000℃まで温度を下げ、1000℃に達した後に1分間保持後に歪速度が5×10−3/sで引張試験を行い、その絞りの値により評価した。絞りが35%以上であれば熱間延性が合格(”OK”)であり、35%未満であれば不合格(”NG”)とした。 Furthermore, the hot ductility was investigated by the high temperature tensile test as follows. A tensile test piece having a size of Φ10 × 170 mm was produced from a round steel bar having been subjected to a heating and cooling treatment of Φ50 along the length direction of the steel bar. In producing the tensile test piece, the cutting process was performed so that the intermediate point between the center and the outer circumference in the cross section of the round steel bar was located at the center of the circular cross section of the tensile test piece. For hot ductility, heat to 1250 ° C. and hold for 1 minute, then lower the temperature to 1000 ° C., hold for 1 minute after reaching 1000 ° C., and then perform a tensile test at a strain rate of 5 × 10 -3 / s. It was evaluated by the value of. If the aperture is 35% or more, the hot ductility is acceptable (“OK”), and if it is less than 35%, the hot ductility is rejected (“NG”).

切削前の硬さ、鋼材組織、切削抵抗、高温引張試験の結果、焼入れ焼戻し後の硬さは表2に示した。 As a result of the hardness before cutting, the steel structure, the cutting resistance, and the high temperature tensile test, the hardness after quenching and tempering is shown in Table 2.

なお、切削抵抗は硬さに影響されることが一般的である。また、本発明は、熱間延性を確保する必要がある。そこで、被削性の良否は、熱間延性が合格であることを前提として、切削前の硬さが同程度の鋼材をもって比較評価することにした。 The cutting resistance is generally affected by the hardness. Further, the present invention needs to ensure hot ductility. Therefore, it was decided to compare and evaluate the quality of machinability with steel materials having the same hardness before cutting, on the premise that the hot ductility is acceptable.

図5に切削前の硬さ(HV)と被削性(切削抵抗[N])との関係を示す。図5の実施例と比較例(但し、熱間延性が合格(OK)である比較例)とを同程度の切削前の硬さにおいて比較すると、実施例は比較例に比べて切削抵抗が低くなっていることが確認できる。以下、熱間延性が合格である比較例に対して切削前の硬さの差が±5HVの範囲内にある実施例を「切削前の硬さが比較例と同程度」とする。
また、Bi、Sn、TeとInを複合的に含有することによる効果を図1〜図3に示す。
図1に231〜239HVと切削前の硬さが同程度であり、Biを含む実施例と比較例の鋼のBi/Inと被削性(切削抵抗[N])との関係を示す。
図2に225〜234HVと切削前の硬さが同程度であり、Snを含む実施例と比較例の鋼のSn/Inと被削性(切削抵抗[N])との関係を示す。
図3に232〜239HVと切削前の硬さが同程度であり、Teを含む実施例と比較例の鋼のIn/Teと被削性(切削抵抗[N])との関係を示す。
図4に175〜183HVと切削前の硬さが同程度であり、Teを含む実施例と比較例の鋼のMn/Sと被削性(切削抵抗[N])との関係を示す。
FIG. 5 shows the relationship between the hardness (HV) before cutting and the machinability (cutting resistance [N]). Comparing the example of FIG. 5 and the comparative example (however, the comparative example in which the hot ductility is acceptable (OK)) at the same degree of hardness before cutting, the example has a lower cutting resistance than the comparative example. It can be confirmed that it is. Hereinafter, an example in which the difference in hardness before cutting is within the range of ± 5 HV with respect to the comparative example in which the hot ductility is acceptable is defined as “the hardness before cutting is about the same as that in the comparative example”.
Further, the effects of containing Bi, Sn, Te and In in a complex manner are shown in FIGS. 1 to 3.
FIG. 1 shows the relationship between Bi / In and machinability (cutting resistance [N]) of the steels of Examples and Comparative Examples containing Bi, which have the same hardness as 231 to 239 HV before cutting.
FIG. 2 shows the relationship between Sn / In and machinability (cutting resistance [N]) of the steels of Examples and Comparative Examples containing Sn, which have the same hardness as 225 to 234 HV before cutting.
FIG. 3 shows the relationship between In / Te and machinability (cutting resistance [N]) of the steels of Examples and Comparative Examples containing Te, which have the same hardness as 232 to 239 HV before cutting.
FIG. 4 shows the relationship between the Mn / S and machinability (cutting resistance [N]) of the steels of Examples and Comparative Examples containing Te, which have the same hardness as 175 to 183 HV before cutting.

番号78及び79の鋼はIn含有量が過剰であったため、高温引張試験での絞り値が不合格である。
番号80の鋼はBi含有量が過剰であったため、高温引張試験での絞り値が不合格である。
番号81の鋼はSn含有量が過剰であるため、高温引張試験での絞り値が不合格である。
番号82の鋼はTe含有量が過剰であるため、高温引張試験での絞り値が不合格である。
番号83の鋼はIn含有量が不足しているため、切削前の硬さが同一レベルの実施例の鋼に対して切削抵抗が高い。番号83は番号4、28、29、49〜53と硬さが同一レベルである。
The steels of Nos. 78 and 79 had an excessive In content, so that the drawing value in the high temperature tensile test failed.
Since the steel of No. 80 had an excessive Bi content, the drawing value in the high temperature tensile test failed.
Since the steel number 81 has an excessive Sn content, the drawing value in the high temperature tensile test fails.
Since the steel of No. 82 has an excessive Te content, the drawing value in the high temperature tensile test fails.
Since the steel of No. 83 has a insufficient In content, the cutting resistance is higher than that of the steel of the example having the same level of hardness before cutting. Number 83 has the same hardness as numbers 4, 28, 29, 49 to 53.

番号84及び85の鋼は[Bi%]/[In%]の値が小さいため、切削前の硬さが同一レベルの実施例の鋼に対して切削抵抗が高い。番号84は番号15〜19、37〜40及び63〜68と、番号85は番号12〜19、35〜40及び60〜68と切削前の硬さが同一レベルである。
番号86、87及び88の鋼は[Sn%]/[In%]の値が小さいため、切削前の硬さが同一レベルの実施例の鋼に対して切削抵抗が高い。番号86は番号21、22、42、43、70、71及び75、番号87は番号12〜19、34〜39及び60〜67、番号88は番号10、11、33〜35、58及び59と硬さが同一レベルである。
番号89、90及び91鋼は[In%]/[Te%]の値が小さいため、切削前の硬さが同一レベルの実施例の鋼に対して切削抵抗が高い。番号89は番号4〜6、28〜30及び50〜54、番号90は番号13〜19、36〜40及び63〜68、番号91は番号12〜19、35〜40及び60〜68と硬さが同一レベルである。
Since the steels of Nos. 84 and 85 have small [Bi%] / [In%] values, the cutting resistance is higher than that of the steels of Examples having the same level of hardness before cutting. Number 84 has the same level of hardness before cutting as numbers 15-19, 37-40 and 63-68, and number 85 has the same level of hardness as numbers 12-19, 35-40 and 60-68.
Since the steels of Nos. 86, 87 and 88 have a small value of [Sn%] / [In%], the cutting resistance is higher than that of the steels of Examples having the same level of hardness before cutting. Number 86 is number 21, 22, 42, 43, 70, 71 and 75, number 87 is number 12-19, 34-39 and 60-67, number 88 is number 10, 11, 33-35, 58 and 59. Hardness is at the same level.
Since the steel numbers 89, 90 and 91 have a small value of [In%] / [Te%], the cutting resistance is higher than that of the steels of Examples having the same level of hardness before cutting. Number 89 is number 4-6, 28-30 and 50-54, number 90 is number 13-19, 36-40 and 63-68, number 91 is number 12-19, 35-40 and 60-68. Are at the same level.

番号92及び93の鋼は[Mn%]/[S%]の値が小さいため、切削前の硬さが同一レベルの実施例の鋼に対して切削抵抗が高い。番号92は番号4、28、29及び49〜53、番号93は番号12〜19、36〜40及び60〜68と硬さが同一レベルである。
番号94及び95の鋼は[Mn%]/[S%]の値が大きいため、切削前の硬さが同一レベルの実施例の鋼に対して切削抵抗が高い。番号94は番号3、48及び49、番号95は番号17〜20、40及び66〜68と硬さが同一レベルである。
Since the steels of Nos. 92 and 93 have small values of [Mn%] / [S%], the cutting resistance is higher than that of the steels of Examples having the same level of hardness before cutting. Number 92 has the same level of hardness as numbers 4, 28, 29 and 49 to 53, and number 93 has the same level of hardness as numbers 12 to 19, 36 to 40 and 60 to 68.
Since the steels of Nos. 94 and 95 have a large value of [Mn%] / [S%], the cutting resistance is higher than that of the steels of Examples having the same level of hardness before cutting. Number 94 has the same hardness as numbers 3, 48 and 49, and number 95 has the same level of hardness as numbers 17 to 20, 40 and 66 to 68.

番号96の鋼はC含有量が過剰であるため、切削前の硬さが同一レベルの実施例の鋼に対して切削抵抗が高い。番号96は番号23、44、72及び76と硬さが同一レベルである。
番号97の鋼はSe含有量が過剰であるため、高温引張試験での絞り値が不合格である。
番号1〜77は、成分組成が本発明の範囲内となっているため、切削前の硬さが同一レベルの比較例の鋼に比べて切削抵抗及び高温引張試験での絞り値が良好である。
Since the steel number 96 has an excessive C content, the cutting resistance is higher than that of the steel of the example having the same level of hardness before cutting. Number 96 has the same hardness as numbers 23, 44, 72 and 76.
Since the steel number 97 has an excessive Se content, the drawing value in the high temperature tensile test fails.
Nos. 1 to 77 have a composition within the range of the present invention, and therefore have better cutting resistance and drawing values in a high-temperature tensile test than steels of Comparative Examples having the same level of hardness before cutting. ..

Figure 2021134420
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本発明は、広く産業機械、輸送機械など、あらゆる産業分野において利用することができる。 The present invention can be widely used in all industrial fields such as industrial machinery and transportation machinery.

Claims (6)

成分が、質量%で、
C:0.05〜0.85%、
Si:0.01〜3.00%、
Mn:0.01〜3.00%、
Cr:0.01〜3.00%、
P:0.100%以下、
S:0.001〜0.150%、
In:0.0003〜0.0600%、
Al:0.002〜0.050%、
N:0.0030〜0.0250%、及び
O:0.0050%以下
を含有し、さらに
Bi:0.0001〜0.0950%、
Sn:0.0001〜0.3000%、及び
Te:0.0001〜0.0300%、
の1種又は2種以上を含有し、残部がFe及び不純物からなり、
以下に示す式1、式2及び式3のうち少なくとも一つを満足し、
式3を満足する場合は式4も満足することを特徴とする機械構造用鋼。
0.010≦[Bi%]/[In%] ・・・(式1)
0.200≦[Sn%]/[In%] ・・・(式2)
0.700≦[In%]/[Te%] ・・・(式3)
22.00≦[Mn%]/[S%]≦150.00 ・・・(式4)
ここで、[In%]、[Bi%]、[Sn%]、[Te%]及び[Mn%]は、それぞれIn、Bi、Sn、Te及びMnの鋼中の含有質量%を表し、含有しない場合は0を代入する。
Ingredients are by mass%
C: 0.05 to 0.85%,
Si: 0.01 to 3.00%,
Mn: 0.01 to 3.00%,
Cr: 0.01 to 3.00%,
P: 0.100% or less,
S: 0.001 to 0.150%,
In: 0.0003 to 0.0600%,
Al: 0.002 to 0.050%,
N: 0.0030 to 0.0250%, O: 0.0050% or less, and Bi: 0.0001 to 0.0950%,
Sn: 0.0001 to 0.3000%, and Te: 0.0001 to 0.0300%,
Contains one or more of the above, with the balance consisting of Fe and impurities.
Satisfy at least one of Equation 1, Equation 2 and Equation 3 shown below.
A steel for machine structure, characterized in that when the formula 3 is satisfied, the formula 4 is also satisfied.
0.010 ≦ [Bi%] / [In%] ・ ・ ・ (Equation 1)
0.200 ≦ [Sn%] / [In%] ・ ・ ・ (Equation 2)
0.700 ≦ [In%] / [Te%] ・ ・ ・ (Equation 3)
22.00 ≦ [Mn%] / [S%] ≦ 150.00 ・ ・ ・ (Equation 4)
Here, [In%], [Bi%], [Sn%], [Te%] and [Mn%] represent the mass% of In, Bi, Sn, Te and Mn contained in the steel, respectively. If not, substitute 0.
前記機械構造用鋼が、さらに、質量%で、
O:0.0050%以下、及び
insol.Al:0.0060%以下
を含有することを特徴とする請求項1に記載の機械構造用鋼。
The mechanical structural steel is further increased by mass%.
O: 0.0050% or less, and insol. The steel for machine structure according to claim 1, wherein Al: contains 0.0060% or less.
前記機械構造用鋼が、さらに、質量%で、
Ca:0.0050%以下、
Mg:0.0050%以下、
Zr:0.0050%以下、及び
REM:0.0050%以下
のうち1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の機械構造用鋼。
The mechanical structural steel is further increased by mass%.
Ca: 0.0050% or less,
Mg: 0.0050% or less,
The mechanical structural steel according to claim 1 or 2, wherein Zr: 0.0050% or less and REM: 0.0050% or less contain one or more of them.
前記機械構造用鋼が、さらに、質量%で、
Ti:1.000%以下、
Nb:1.000%以下、及び
V:1.000%以下
のうち1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の機械構造用鋼。
The mechanical structural steel is further increased by mass%.
Ti: 1.000% or less,
The mechanical structural steel according to any one of claims 1 to 3, wherein Nb: 1.000% or less and V: 1.000% or less contain one or more of them.
前記機械構造用鋼が、さらに、質量%で、
Mo:1.00%以下、
Ni:1.40%以下、
Cu:1.40%以下、及び
B:0.0050%以下
のうち1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の機械構造用鋼。
The mechanical structural steel is further increased by mass%.
Mo: 1.00% or less,
Ni: 1.40% or less,
The steel for machine structural use according to any one of claims 1 to 4, wherein it contains one or more of Cu: 1.40% or less and B: 0.0050% or less.
前記機械構造用鋼が、さらに、質量%で、
Sb:0.5000%以下、
Se:0.5000%以下、
Zn:0.5000%以下、及び
Pb:0.09%以下
のうち1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の機械構造用鋼。
The mechanical structural steel is further increased by mass%.
Sb: 0.5000% or less,
Se: 0.5000% or less,
The steel for machine structural use according to any one of claims 1 to 5, wherein it contains one or more of Zn: 0.5000% or less and Pb: 0.09% or less.
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