JP2024002995A - Steel for induction hardening - Google Patents

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JP2024002995A JP2023140390A JP2023140390A JP2024002995A JP 2024002995 A JP2024002995 A JP 2024002995A JP 2023140390 A JP2023140390 A JP 2023140390A JP 2023140390 A JP2023140390 A JP 2023140390A JP 2024002995 A JP2024002995 A JP 2024002995A
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祐太 今浪
Yuta Imanami
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a steel for induction hardening with superior cold forgeability, which enables the omission of annealing before cold forging and quenching and tempering before induction hardening in the production process of induction-hardened parts.
SOLUTION: A steel for induction hardening comprises C: 0.36-0.55 mass%, Si: 0.10 mass% or less, Mn: 0.15-0.45 mass%, P: 0.050 mass% or less, S: 0.050 mass% or less, Al: 0.010-0.090 mass%, Mo: 0.05-0.35 mass%, Ti: 0.010-0.200 mass%, B: 0.0005-0.0100 mass% and N: 0.0150 mass% or less, with the balance being Fe and impurities. The total fraction of the ferrite and pearlite structures is 80% or more, and the fraction of the ferrite structure is 40% or more.
SELECTED DRAWING: None
COPYRIGHT: (C)2024,JPO&INPIT

Description

本開示は、高周波焼入れ用鋼に関する。 The present disclosure relates to steel for induction hardening.

一般に、自動車等に用いられる機械構造用部品は、熱間鍛造又は冷間鍛造にて成形後、切削を施して最終形状に整えられる。とくに、冷間鍛造は寸法精度に優れるため鍛造後の切削量が低減できる利点がある。そのため、近年、冷間鍛造品の適用例が増大している。 Generally, mechanical structural parts used in automobiles and the like are formed by hot forging or cold forging, and then cut into a final shape. In particular, cold forging has the advantage of being able to reduce the amount of cutting after forging because it has excellent dimensional accuracy. Therefore, in recent years, applications of cold forged products have been increasing.

例えば、特許第5679440号(特許文献1)では、セメンタイトの球状化組織を規定し冷間鍛造性に優れ高周波焼入れ後のねじり強度に優れた高周波焼入れ用鋼が開示されている。また、特開2020-100896号公報(特許文献2)では、合金元素のバランスを規定し、焼きならし後の高周波焼入れで優れた硬度、面疲労強度が得られる高周波焼入れ用鋼及び高周波焼入れ部品が開示されている。 For example, Japanese Patent No. 5,679,440 (Patent Document 1) discloses a steel for induction hardening which defines a spheroidized structure of cementite, has excellent cold forgeability, and has excellent torsional strength after induction hardening. In addition, JP 2020-100896 A (Patent Document 2) specifies the balance of alloying elements and describes steel for induction hardening and induction hardened parts that can obtain excellent hardness and surface fatigue strength through induction hardening after normalizing. is disclosed.

特許第5679440号Patent No. 5679440 特開2020-100896号公報Japanese Patent Application Publication No. 2020-100896

機械構造用部品は、部品形状に成形後の最終熱処理として高周波焼入れが施される場合がある。かような部品のほとんどは、冷間鍛造前の軟化焼鈍や高周波焼入れ前の調質熱処理(焼入れ焼戻し)を経ることが一般的である。近年の部品価格競争の激化ならびにカーボンニュートラル(CO排出抑制)の機運の高まりを受け、部品製造工程において熱処理を省略可能な鋼材のニーズが増大している。 Machine structural parts are sometimes subjected to induction hardening as a final heat treatment after molding. Most of these parts generally undergo softening annealing before cold forging and refining heat treatment (quenching and tempering) before induction hardening. In response to the recent intensification of parts price competition and the increasing momentum towards carbon neutrality (reducing CO 2 emissions), there is an increasing need for steel materials that can omit heat treatment in the parts manufacturing process.

特許文献1に開示された高周波焼入れ用鋼では、冷間鍛造前に球状化焼鈍が必要である。また、特許文献2に開示された高周波焼入れ用鋼では、高周波焼入れ前の調質熱処理が必要である。このように、従来技術にあっては、熱処理費用の追加による部品製造コストの増大が課題であった。 The induction hardening steel disclosed in Patent Document 1 requires spheroidizing annealing before cold forging. Further, the steel for induction hardening disclosed in Patent Document 2 requires tempering heat treatment before induction hardening. As described above, the problem with the conventional technology is that the cost of manufacturing parts increases due to the addition of heat treatment costs.

本開示は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、高周波焼入れ部品の製造工程において冷間鍛造前の焼鈍と高周波焼入れ前の調質熱処理とを省略可能な、冷間鍛造性に優れた高周波焼入れ用鋼の提供を目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above-mentioned circumstances, and the present disclosure has been made in view of the above-mentioned circumstances. The purpose is to provide steel for induction hardening.

上記目的を達成するための、本開示に係る高周波焼入れ用鋼は以下のとおりである。 The steel for induction hardening according to the present disclosure for achieving the above object is as follows.

(1) 成分組成として、
C:0.36~0.55質量%、
Si:0.10質量%以下、
Mn:0.15~0.45質量%、
P:0.050質量%以下、
S:0.050質量%以下、
Al:0.010~0.090質量%、
Mo:0.05~0.35質量%、
Ti:0.010~0.200質量%、
B:0.0005~0.0100質量%及び
N:0.0150質量%以下
を含み、残部はFe及び不純物であり、
フェライト組織及びパーライト組織の合計分率が80%以上であり、フェライト組織の分率が40%以上である高周波焼入れ用鋼。
(1) As a component composition,
C: 0.36 to 0.55% by mass,
Si: 0.10% by mass or less,
Mn: 0.15 to 0.45% by mass,
P: 0.050% by mass or less,
S: 0.050% by mass or less,
Al: 0.010 to 0.090% by mass,
Mo: 0.05 to 0.35% by mass,
Ti: 0.010 to 0.200% by mass,
Contains B: 0.0005 to 0.0100% by mass and N: 0.0150% by mass or less, the remainder being Fe and impurities,
A steel for induction hardening in which the total fraction of ferrite structure and pearlite structure is 80% or more, and the fraction of ferrite structure is 40% or more.

(2)前記成分組成として、さらに、
Cr:0.65質量%以下、
Cu:1質量%以下及び
Ni:1質量%以下
のうちから選ばれる1種以上を含有する前記(1)に記載の高周波焼入れ用鋼。
(2) The component composition further includes:
Cr: 0.65% by mass or less,
Cu: 1% by mass or less and
The steel for induction hardening according to (1) above, containing one or more types selected from Ni: 1% by mass or less.

(3)前記成分組成として、さらに、
Se:0.3質量%以下、
Ca:0.05質量%以下、
Pb:0.3質量%以下、
Bi:0.3質量%以下、
Mg:0.05質量%以下、
Zr:0.2質量%以下、
REM:0.01質量%以下及び
O:0.025質量%以下
のうちから選ばれる1種以上を含有する前記(1)又は(2)に記載の高周波焼入れ用鋼。
(3) As the component composition, further,
Se: 0.3% by mass or less,
Ca: 0.05% by mass or less,
Pb: 0.3% by mass or less,
Bi: 0.3% by mass or less,
Mg: 0.05% by mass or less,
Zr: 0.2% by mass or less,
The steel for induction hardening according to (1) or (2) above, containing one or more selected from REM: 0.01% by mass or less and O: 0.025% by mass or less.

(4)前記成分組成として、さらに、
Nb:0.1質量%以下及び
V:0.3質量%以下
のうちから選ばれる1種以上を含有する前記(1)から(3)のいずれか一つに記載の高周波焼入れ用鋼。
(4) As the component composition, further,
The steel for induction hardening according to any one of (1) to (3) above, containing one or more selected from Nb: 0.1% by mass or less and V: 0.3% by mass or less.

(5)前記成分組成として、さらに、
Sn:0.1質量%以下及び
Sb:0.1質量%以下、
のうちから選ばれる1種以上を含有する前記(1)から(4)のいずれか一つに記載の高周波焼入れ用鋼。
(5) The component composition further includes:
Sn: 0.1% by mass or less and
Sb: 0.1% by mass or less,
The steel for induction hardening according to any one of (1) to (4) above, containing one or more selected from the following.

本開示によれば、高周波焼入れ部品の製造工程において冷間鍛造前の焼鈍と高周波焼入れ前の調質熱処理とを省略可能な、冷間鍛造性に優れた高周波焼入れ用鋼を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a steel for induction hardening that has excellent cold forgeability and can omit annealing before cold forging and tempering heat treatment before induction hardening in the manufacturing process of induction hardened parts. .

高周波焼入れのパターンを示すグラフである。It is a graph showing a pattern of induction hardening. 焼戻しのパターンを示すグラフである。It is a graph showing a pattern of tempering.

本開示の実施形態に係る高周波焼入れ用鋼について説明する。まず、本実施形態に係る高周波焼入れ用鋼の概要を説明する。 An induction hardening steel according to an embodiment of the present disclosure will be described. First, an overview of the induction hardening steel according to this embodiment will be explained.

本実施形態に係る高周波焼入れ用鋼は、成分組成として、C(炭素):0.36~0.55質量%、Si(ケイ素):0.10質量%以下、Mn(マンガン):0.15~0.45質量%、P(リン):0.050質量%以下、S(硫黄):0.050質量%以下、Al(アルミニウム):0.010~0.090質量%、Mo(モリブデン):0.05~0.35質量%、Ti(チタン):0.010~0.200質量%、B(ホウ素):0.0005~0.0100質量%及びN(窒素):0.0150質量%以下を含み、残部はFe(鉄)及び不純物である。本実施形態に係る高周波焼入れ用鋼では、フェライト組織及びパーライト組織の合計分率が80%以上であり、フェライト組織の分率が40%以上である。なお、以下の説明において、「a~b」(ただし、a及びbは数値で、a<bである)と記載した場合、「a以上b以下」の意味である。 The induction hardening steel according to the present embodiment has a composition of C (carbon): 0.36 to 0.55 mass%, Si (silicon): 0.10 mass% or less, Mn (manganese): 0.15 to 0.45 mass%, and P (phosphorus). ): 0.050 mass% or less, S (sulfur): 0.050 mass% or less, Al (aluminum): 0.010 to 0.090 mass%, Mo (molybdenum): 0.05 to 0.35 mass%, Ti (titanium): 0.010 to 0.200 mass%, Contains B (boron): 0.0005 to 0.0100% by mass and N (nitrogen): 0.0150% by mass or less, the remainder being Fe (iron) and impurities. In the induction hardening steel according to this embodiment, the total fraction of ferrite structure and pearlite structure is 80% or more, and the fraction of ferrite structure is 40% or more. In the following description, when "a to b" (where a and b are numerical values and a<b) is written, it means "a or more and b or less".

本実施形態に係る高周波焼入れ用鋼は、高周波焼入れ部品の製造工程において冷間鍛造前の焼鈍と高周波焼入れ前の調質熱処理とを省略可能であり、また、冷間鍛造性に優れている。 The induction hardening steel according to the present embodiment can omit annealing before cold forging and refining heat treatment before induction hardening in the production process of induction hardening parts, and has excellent cold forgeability.

本実施形態に係る高周波焼入れ用鋼の一例は、自動車等の機械構造用部品に用いられる高周波焼入れ用鋼、具体的には、棒鋼及び線材である。 An example of the steel for induction hardening according to the present embodiment is steel for induction hardening used for mechanical structural parts such as automobiles, specifically, steel bars and wire rods.

本開示に係る高周波焼入れ鋼が用いられる部品は、自動車分野では、例えば、エンジンのクランクシャフト、カムシャフト、タイミングギア及びディーゼルコモンレール、駆動系のプロペラシャフト、ドライブシャフト及びCVJアウターレース、足回りのハブ、ステアリングピニオン、ウォーム及びボールジョイント、電装のローターシャフト及びモーターシャフト等が挙げられる。本開示に係る高周波焼入れ鋼が用いられる部品は、産業機械分野では、例えば、ボールねじのシャフト及び直動軸受のレール等が挙げられ、建設機械分野では、例えば、走行減速機のリングギア及び旋回輪の内外輪等が挙げられる。 Parts in which the induction hardened steel according to the present disclosure is used include, in the automobile field, for example, engine crankshafts, camshafts, timing gears, and diesel common rails, propeller shafts, drive shafts, and CVJ outer races of drive systems, and suspension hubs. , steering pinions, worm and ball joints, electrical equipment rotor shafts and motor shafts, etc. Parts in which the induction hardened steel according to the present disclosure is used include, for example, shafts of ball screws and rails of linear bearings in the field of industrial machinery, and ring gears and swing gears of travel reducers in the field of construction machinery, for example. Examples include the inner and outer rings of the ring.

以下、本実施形態に係る高周波焼入れ用鋼の成分組成について詳述する。 Hereinafter, the composition of the induction hardening steel according to this embodiment will be explained in detail.

C:0.36~0.55質量%
Cは、高周波焼入れ後の硬化層強度を確保するため、少なくとも0.36質量%の添加が必要である。Cの添加量が0.55質量%を超えると、冷間鍛造性が低下するとともに高周波焼入れ時の焼割れが発生しやすくなる。なお、冷間鍛造性と高周波焼入れ後の強度バランスを向上させるためには、Cの添加量は0.36質量%以上0.55質量%以下であり、0.36質量%以上0.50質量%以下が好ましく、さらに好ましくは0.36質量%以上0.40質量%以下の範囲である。
C: 0.36-0.55% by mass
C needs to be added in an amount of at least 0.36% by mass in order to ensure the strength of the hardened layer after induction hardening. When the amount of C added exceeds 0.55% by mass, cold forgeability decreases and quench cracking during induction hardening is likely to occur. In addition, in order to improve cold forgeability and strength balance after induction hardening, the amount of C added is 0.36 mass% or more and 0.55 mass% or less, preferably 0.36 mass% or more and 0.50 mass% or less, and more preferably The range is 0.36% by mass or more and 0.40% by mass or less.

Si:0.10質量%以下
Siは、脱酸剤として有効であり、0.01%以上で添加することが好ましい。Siの添加量が0.10質量%を超えると冷間鍛造性を低下させる。Siの添加量は、0.10質量%以下、好ましくは、0.08質量%以下であり、さらに好ましくは0.07質量%以下である。
Si: 0.10% by mass or less
Si is effective as a deoxidizing agent and is preferably added in an amount of 0.01% or more. When the amount of Si added exceeds 0.10% by mass, cold forgeability decreases. The amount of Si added is 0.10% by mass or less, preferably 0.08% by mass or less, and more preferably 0.07% by mass or less.

Mn:0.15~0.45質量%
Mnは、焼入れ性を向上させる効果を有し、高周波焼入れ後の強度を確保するためには少なくとも0.15質量%の添加が必要である。Mnの添加量が0.45質量%を超えると、冷間鍛造性が低下する。Mnの添加量は、0.15質量%以上0.45質量%以下、好ましくは0.20質量%以上0.40質量%以下であり、さらに好ましくは0.20質量%以上0.35質量%以下である。
Mn: 0.15-0.45% by mass
Mn has the effect of improving hardenability, and must be added in an amount of at least 0.15% by mass to ensure strength after induction hardening. When the amount of Mn added exceeds 0.45% by mass, cold forgeability decreases. The amount of Mn added is 0.15% by mass or more and 0.45% by mass or less, preferably 0.20% by mass or more and 0.40% by mass or less, and more preferably 0.20% by mass or more and 0.35% by mass or less.

P:0.050質量%以下
Pは、鋼の靭性を低下させるため、その添加量を低減させることが望ましいが、極端な低P化は製鋼工程のコスト増大を招く。このコストの観点からは、Pの添加量は0.002質量%以上とすることが好ましい。機械構造部品用途としては、Pの添加量は0.050質量%以下であればよい。Pの添加量は、好ましくは0.030質量%以下であり、さらに好ましくは0.015質量%以下である。
P: 0.050% by mass or less P reduces the toughness of steel, so it is desirable to reduce the amount of P added, but extremely low P increases the cost of the steel manufacturing process. From the viewpoint of cost, the amount of P added is preferably 0.002% by mass or more. For use in mechanical structural parts, the amount of P added may be 0.050% by mass or less. The amount of P added is preferably 0.030% by mass or less, more preferably 0.015% by mass or less.

S:0.050質量%以下
Sは、硫化物系介在物として存在し、被削性の向上に有効な元素である。Sの添加量は、0.050質量%以下である。0.050質量%を超えるSの添加は、冷間鍛造時の変形抵抗増大はないが、割れの発生率を増大させる。なお、被削性の向上が必要な場合、Sは0.005質量%以上添加してもよく、Sの添加量は0.005質量%以上0.050質量%以下の範囲が好適である。Sの添加量は、更に好ましくは0.010質量%以上0.035質量%以下である。
S: 0.050% by mass or less S is an element that exists as a sulfide inclusion and is effective in improving machinability. The amount of S added is 0.050% by mass or less. Addition of S exceeding 0.050% by mass does not increase deformation resistance during cold forging, but increases the incidence of cracking. Note that if it is necessary to improve machinability, S may be added in an amount of 0.005% by mass or more, and the amount of S added is preferably in the range of 0.005% by mass or more and 0.050% by mass or less. The amount of S added is more preferably 0.010% by mass or more and 0.035% by mass or less.

Al:0.010~0.090質量%
Alは、脱酸に有効な元素である。また、Nと結合し微細な窒化物を形成することで結晶粒径を微細化させる作用がある。これらの効果を得るためには、Alの添加量は0.010質量%以上の添加が必要である。一方、0.090質量%を超えてAlを添加しても、上記の効果は飽和するのみである。Alの添加量は、0.010質量%以上0.090質量%以下、好ましくは0.015質量%以上0.050質量%以下であり、さらに好ましくは0.015質量%以上0.035質量%以下である。
Al: 0.010 to 0.090 mass%
Al is an effective element for deoxidation. Further, it has the effect of reducing the crystal grain size by combining with N to form fine nitrides. In order to obtain these effects, it is necessary to add Al in an amount of 0.010% by mass or more. On the other hand, even if Al is added in an amount exceeding 0.090% by mass, the above effect is only saturated. The amount of Al added is 0.010% by mass or more and 0.090% by mass or less, preferably 0.015% by mass or more and 0.050% by mass or less, and more preferably 0.015% by mass or more and 0.035% by mass or less.

Mo:0.05~0.35質量%
Moは、焼入れ性を向上させる効果を有し、高周波焼入れ後の強度を確保するためには少なくとも0.05質量%の添加が必要である。一方、Moの添加量が0.35質量%を超えると、冷間鍛造性が低下する。Moの添加量は、0.05質量%以上0.35質量%以下、好ましくは0.07質量%以上0.30質量%以下であり、さらに好ましくは0.07質量%以上0.25質量%以下である。
Mo: 0.05 to 0.35% by mass
Mo has the effect of improving hardenability, and in order to ensure strength after induction hardening, it is necessary to add at least 0.05% by mass. On the other hand, when the amount of Mo added exceeds 0.35% by mass, cold forgeability decreases. The amount of Mo added is 0.05% by mass or more and 0.35% by mass or less, preferably 0.07% by mass or more and 0.30% by mass or less, and more preferably 0.07% by mass or more and 0.25% by mass or less.

Ti:0.010~0.200質量%
Tiは、Nと結合し窒化物を形成することで鋼中の固溶Nを低減させる効果がある。また、TiはBよりも窒化物を形成する傾向が強いため、Bの窒化物形成が抑制され、固溶Bを増大させることにより鋼の焼入れ性を向上させることができる。この効果を得るためには、少なくとも0.010質量%のTiの添加が必要である。一方、0.200質量%を超えてTiを添加すると、窒化物が粗大化して疲労破壊の原因となる。Tiの添加量は、0.010質量%以上0.200質量%以下、好ましくは0.010質量%以上0.050質量%以下であり、さらに好ましくは0.012質量%以上0.035質量%以下である。
Ti: 0.010 to 0.200 mass%
Ti has the effect of reducing solid solution N in steel by combining with N to form nitrides. Further, since Ti has a stronger tendency to form nitrides than B, the formation of nitrides of B is suppressed, and by increasing the solid solution B, the hardenability of steel can be improved. To obtain this effect, an addition of at least 0.010% by mass of Ti is required. On the other hand, if Ti is added in an amount exceeding 0.200% by mass, nitrides become coarse and cause fatigue failure. The amount of Ti added is 0.010 mass% or more and 0.200 mass% or less, preferably 0.010 mass% or more and 0.050 mass% or less, and more preferably 0.012 mass% or more and 0.035 mass% or less.

B:0.0005~0.0100質量%
Bは、鋼中に固溶することで鋼の焼入れ性を向上させる効果を有する。とくに、Si、Mn、Crなどと比較して変形抵抗を増大させずに焼入れ性の増大をはかることが可能であり、優れた冷間鍛造性と十分な焼入れ性を両立させるためにはBの添加が必要不可欠である。この効果を得るためには、少なくとも0.0005質量%のBの添加が必要である。一方、Bの添加量が0.0100質量%を超えると、連続鋳造後の割れが発生しやすくなり歩留り低下を引き起こす。Bの添加量は、0.0005質量%以上0.0100質量%以下、好ましくは、0.0005質量%以上0.0050質量%以下の範囲である。さらに好ましくは0.0010質量%以上0.0035質量%以下である。
B: 0.0005 to 0.0100% by mass
B has the effect of improving the hardenability of steel by being dissolved in the steel. In particular, compared to Si, Mn, Cr, etc., it is possible to increase hardenability without increasing deformation resistance, and in order to achieve both excellent cold forgeability and sufficient hardenability, B Addition is essential. To obtain this effect, it is necessary to add at least 0.0005% by mass of B. On the other hand, if the amount of B added exceeds 0.0100% by mass, cracks are likely to occur after continuous casting, resulting in a decrease in yield. The amount of B added is in the range of 0.0005% by mass or more and 0.0100% by mass or less, preferably 0.0005% by mass or more and 0.0050% by mass or less. More preferably, it is 0.0010% by mass or more and 0.0035% by mass or less.

N:0.0150質量%以下
Nは、Al、Ti、Bと結合し窒化物を形成する。Nの添加量は、0.0150質量%以下である。Nの添加量が0.0150質量%を超えると、BN(窒化ホウ素)の生成が顕著になり、固溶Bが減少することで鋼の焼入れ性が低下してしまう。また、過度な低N化は製鋼工程のコスト増大を招くため、好ましいNの添加量の範囲は0.0010質量%以上0.0150質量%以下である。Nの添加量は、さらに好ましくは0.0015質量%以上0.0080質量%以下であり、最適は0.0020質量%以上0.0065質量%以下である。
N: 0.0150% by mass or less N combines with Al, Ti, and B to form nitride. The amount of N added is 0.0150% by mass or less. When the amount of N added exceeds 0.0150% by mass, the formation of BN (boron nitride) becomes significant, and solid solution B decreases, resulting in a decrease in the hardenability of the steel. Further, since excessively low N content increases the cost of the steel manufacturing process, the preferable range of the amount of N added is 0.0010% by mass or more and 0.0150% by mass or less. The amount of N added is more preferably 0.0015% by mass or more and 0.0080% by mass or less, and optimally 0.0020% by mass or more and 0.0065% by mass or less.

本実施形態に係る高周波焼入れ用鋼では、成分組成の残部がFe及び不純物である。本実施形態において、不純物とは、鋼材を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ又は製造環境などから混入されるものである。不純物は、本実施形態に係る高周波焼入れ用鋼の特性に悪影響を与えない範囲で許容される。 In the induction hardening steel according to this embodiment, the remainder of the composition is Fe and impurities. In this embodiment, impurities are those that are mixed in from ore as a raw material, scrap, or the manufacturing environment when steel materials are manufactured industrially. Impurities are allowed within a range that does not adversely affect the properties of the induction hardening steel according to this embodiment.

本実施形態に係る高周波焼入れ用鋼は、以下に示す任意成分をさらに含んでもよい。 The induction hardening steel according to this embodiment may further contain the following optional components.

Cr:0.65質量%以下
Cr(クロム)は、焼入れ性を向上させる効果を有し、高周波焼入れ後の強度向上が必要な場合に、好ましくは0.05質量%以上で添加してもよい。ただし、Crは炭化物中に濃化し炭化物の熱的安定性を増大させる作用が強く、0.65質量%を超えて添加すると、高周波焼入れの加熱時に炭化物が未溶解となる結果、鋼中の固溶炭素が低減し、高周波焼入れ後の強度が低下する弊害がある。従って、Crの添加量は、0.65質量%以下の範囲であれば高周波焼入れの条件次第で適宜添加してもよいが、前述の弊害を安定的に回避しなければならない適用用途においては、Crの添加量を0.35質量%以下とするとよい。Crの添加量は、さらに望ましくは0.25質量%以下である。
Cr: 0.65% by mass or less
Cr (chromium) has the effect of improving hardenability, and may be added preferably in an amount of 0.05% by mass or more when it is necessary to improve the strength after induction hardening. However, Cr has a strong effect of concentrating in carbides and increasing the thermal stability of carbides, and when added in excess of 0.65% by mass, carbides remain undissolved during induction hardening, resulting in solid solution carbon in steel. This has the disadvantage that the strength after induction hardening decreases. Therefore, as long as the amount of Cr added is within the range of 0.65% by mass or less, it may be added as appropriate depending on the conditions of induction hardening, but in applications where the above-mentioned adverse effects must be stably avoided, Cr The amount added is preferably 0.35% by mass or less. The amount of Cr added is more preferably 0.25% by mass or less.

Cu:1質量%以下
Ni:1質量%以下
Cu(銅)及びNi(ニッケル)は、焼入れ性を向上させる効果を有し、高周波焼入れ後の強度向上が必要な場合に、好ましくは0.01質量%以上で添加してもよい。ただし、CuやNiをそれぞれ1質量%を超えて添加すると、冷間鍛造性が低下する。これらのCu及びNi添加量はそれぞれ、1質量%以下、好ましくは0.5質量%以下であり、さらに好ましくは0.35質量%以下である。
Cu: 1% by mass or less
Ni: 1% by mass or less
Cu (copper) and Ni (nickel) have the effect of improving hardenability, and may be added preferably in an amount of 0.01% by mass or more when it is necessary to improve the strength after induction hardening. However, if Cu or Ni is added in an amount exceeding 1% by mass each, cold forgeability decreases. The amounts of Cu and Ni added are each 1% by mass or less, preferably 0.5% by mass or less, and more preferably 0.35% by mass or less.

Se:0.3質量%以下、Ca:0.05質量%以下、Pb:0.3質量%以下、Bi:0.3質量%以下、Mg:0.05質量%以下、Zr:0.2質量%以下、REM:0.01質量%以下、O:0.025質量%以下
Se(セレン)、Ca(カルシウム)、Pb(鉛)、Bi(ビスマス)、Mg(マグネシウム)、Zr(亜鉛)、REM(希土類金属)及びO(酸素)は、いずれも被削性を向上させる効果があり必要に応じて上記の範囲内で添加してもよいが、上記の範囲を超えて添加してもその効果は飽和する。
Se: 0.3 mass% or less, Ca: 0.05 mass% or less, Pb: 0.3 mass% or less, Bi: 0.3 mass% or less, Mg: 0.05 mass% or less, Zr: 0.2 mass% or less, REM: 0.01 mass% or less, O :0.025 mass% or less
Se (selenium), Ca (calcium), Pb (lead), Bi (bismuth), Mg (magnesium), Zr (zinc), REM (rare earth metal) and O (oxygen) all improve machinability. It is effective and may be added within the above range if necessary, but even if added beyond the above range, the effect will be saturated.

Nb:0.1質量%以下
V:0.3質量%以下
Nb(ニオブ)及びV(バナジウム)は、Cと結合して微細な炭化物を生成することで、鋼を析出強化させる作用がある。この効果を得るために、これらNb及びVはそれぞれ、好ましくは0.005質量%以上で添加してもよい。Nbの添加量は0.1質量%以下とするとよい。Vの添加量は0.3質量%以下とするとよい。これらを超えるNb及びVの添加は、連続鋳造性を低下させ歩留りの低下を招く。
Nb: 0.1% by mass or less V: 0.3% by mass or less
Nb (niobium) and V (vanadium) have the effect of precipitation strengthening steel by combining with C to form fine carbides. In order to obtain this effect, each of Nb and V may preferably be added in an amount of 0.005% by mass or more. The amount of Nb added is preferably 0.1% by mass or less. The amount of V added is preferably 0.3% by mass or less. Addition of Nb and V in excess of these decreases continuous castability and leads to a decrease in yield.

Sn:0.1質量%以下
Sb:0.1質量%以下
Sb(アンチモン)及びSn(錫)は、ショットブラストや酸洗といった脱スケール処理において、スケールが除去しやすくなる効果があり、この効果を得るため、好ましくは0.003質量%以上で添加してもよい。Sb及びSnの添加量は0.1質量%以下とするとよい。しかし、Sb及びSnは0.1質量%を超えて添加しても、脱スケール性向上効果は飽和する。
Sn: 0.1% by mass or less
Sb: 0.1% by mass or less
Sb (antimony) and Sn (tin) have the effect of making it easier to remove scale in descaling treatments such as shot blasting and pickling, and in order to obtain this effect, they may preferably be added in an amount of 0.003% by mass or more. . The amount of Sb and Sn added is preferably 0.1% by mass or less. However, even if Sb and Sn are added in an amount exceeding 0.1% by mass, the descaling property improvement effect is saturated.

以上、本開示の成分について説明したが、鋼材を軟質化させ冷間鍛造性を向上させるため、ミクロ組織を制御することも必要である。 The components of the present disclosure have been described above, but in order to soften the steel material and improve cold forgeability, it is also necessary to control the microstructure.

フェライト組織の分率が40%以上
本発明鋼で冷間鍛造前の焼鈍を省略可能とするためにはフェライト組織の分率を40%以上とする必要がある。フェライト組織の分率が40%以上であれば変形抵抗の低減が著しくなり焼鈍の省略が可能である。このためには熱間圧延における加熱温度は1050℃以下にするとよい。熱間圧延の加熱温度が低温化すると、オーステナイトが微細になり、その後のフェライト変態の核生成が促進されることでフェライトの分率が増大する。
Fraction of ferrite structure is 40% or more In order to make it possible to omit annealing before cold forging with the steel of the present invention, the fraction of ferrite structure needs to be 40% or more. If the fraction of ferrite structure is 40% or more, the deformation resistance is significantly reduced and annealing can be omitted. For this purpose, the heating temperature during hot rolling is preferably 1050°C or lower. When the heating temperature during hot rolling is lowered, austenite becomes finer and the subsequent nucleation of ferrite transformation is promoted, thereby increasing the ferrite fraction.

フェライト組織及びパーライト組織の合計分率が80%以上
本開示に係る鋼におけるミクロ組織は、熱間圧延後の冷却速度に応じて、少なくともフェライトを含み、また、パーライト、ベイナイト及びマルテンサイトのいずれかを含み得る。この冷却速度が高い場合に生じる、ベイナイト及びマルテンサイトは比較的硬質な組織であるため、鋼材硬度ひいては変形抵抗を増大させるミクロ組織である。一方、冷却速度が低い場合に生じる、フェライト及びパーライトは比較的軟質な組織であるため、鋼材硬度ひいては変形抵抗を減少させるのに好適なミクロ組織である。そこで、本開示に係る鋼では、冷間鍛造性を向上させるために、フェライト組織及びパーライト組織の合計分率を80%以上とする。より好ましくは、90%以上である。勿論、100%であっても良い。
The total fraction of ferrite structure and pearlite structure is 80% or more. The microstructure of the steel according to the present disclosure contains at least ferrite, and also contains any one of pearlite, bainite, and martensite, depending on the cooling rate after hot rolling. may include. Bainite and martensite, which are produced when the cooling rate is high, are relatively hard microstructures that increase the hardness of the steel material and thus the deformation resistance. On the other hand, ferrite and pearlite, which are produced when the cooling rate is low, have relatively soft microstructures, so they are suitable microstructures for reducing the hardness of the steel material and thus the deformation resistance. Therefore, in the steel according to the present disclosure, in order to improve cold forgeability, the total fraction of ferrite structure and pearlite structure is set to 80% or more. More preferably, it is 90% or more. Of course, it may be 100%.

また、より硬化層を厚くしたい等、高周波加熱時のオーステナイト化を促進させる必要がある場合は、フェライト組織及びパーライト組織の合計分率を90%以上とし、かつ、パーライト中あるいはフェライト中のセメンタイトのアスペクト比を2以上とすることが好ましい。なぜなら、セメンタイトのアスペクト比が2以上であれば、セメンタイトの溶解速度が大きく、オーステナイト化を早期に生じさせることが可能になるためである。 In addition, if it is necessary to promote austenitization during high-frequency heating, such as to make the hardened layer thicker, the total fraction of ferrite structure and pearlite structure should be 90% or more, and the cementite in pearlite or ferrite should be It is preferable that the aspect ratio is 2 or more. This is because if the aspect ratio of cementite is 2 or more, the dissolution rate of cementite is high and it becomes possible to cause austenitization at an early stage.

なお、所望のミクロ組織を得るためには、熱間圧延後の冷却において、水冷(ミスト含む)、衝風冷却及びその他の冷却促進を行うことは推奨されない。但し、鋼材の温度が400℃以下まで低下した後であれば、水冷(ミスト含む)、衝風冷却及びその他の冷却促進を適用しても問題ない。冷却速度は、熱間圧延後1000~400℃の温度域において5.0℃/s以下とする。好ましくは3.0℃/s以下とし、最適は1.0℃/s以下である。また、400℃以下においては任意の冷却速度としてよい。 In addition, in order to obtain a desired microstructure, water cooling (including mist), blast cooling, and other cooling promotions are not recommended in cooling after hot rolling. However, once the temperature of the steel material has decreased to 400°C or less, there is no problem in applying water cooling (including mist), blast cooling, or other cooling promotion methods. The cooling rate shall be 5.0℃/s or less in the temperature range of 1000 to 400℃ after hot rolling. Preferably it is 3.0°C/s or less, optimally 1.0°C/s or less. Moreover, any cooling rate may be used at temperatures below 400°C.

以下、実施例に従って、本開示の構成及び作用効果をより具体的に説明する。なお、本開示は下記の実施例によって制限を受けるものではなく、本開示の趣旨に適合し得る範囲内にて適宜変更することも可能であり、これらは何れも本開示の技術的範囲に含まれる。 Hereinafter, the configuration and effects of the present disclosure will be described in more detail according to Examples. The present disclosure is not limited by the following examples, and may be modified as appropriate within the scope of the spirit of the present disclosure, and any of these may be included within the technical scope of the present disclosure. It will be done.

表1に示す成分組成の鋼を、表2に示す加熱温度での熱間圧延によって直径30mmの丸棒に成形し、空冷(一部は水冷又は風冷)した後、丸棒の中心部より直径20mm高さ30mmの円柱を機械加工によって採取し冷間鍛造用の試験片とした。そして、No.1から41、No.44及びNo.45の鋼については、この冷間鍛造用の試験片を冷間鍛造した。この冷間鍛造として、高さ減少率30%の据込加工を行った。その後、図1及び図2に示すパターンに従って、高周波焼入れ焼戻しを行って、高周波焼入れ鋼とした。なお、後述するミクロ組織観察用の顕微鏡試験片は冷間鍛造用の試験片から採取した。なお、表1及び表2中、下線を示した部分は本開示の規定の範囲外であることを示す。 Steel with the composition shown in Table 1 is formed into a round bar with a diameter of 30 mm by hot rolling at the heating temperature shown in Table 2, and after being air cooled (some parts are water cooled or air cooled), the center of the round bar is rolled. A cylinder with a diameter of 20 mm and a height of 30 mm was collected by machining and used as a test piece for cold forging. For steels No. 1 to 41, No. 44, and No. 45, test pieces for cold forging were cold forged. As part of this cold forging, upsetting was performed with a height reduction rate of 30%. Thereafter, induction hardening and tempering was performed according to the patterns shown in FIGS. 1 and 2 to obtain induction hardened steel. In addition, the microscopic test piece for microstructure observation mentioned later was taken from the test piece for cold forging. Note that in Tables 1 and 2, underlined portions indicate that they are outside the scope of the present disclosure.

Figure 2024002995000001
Figure 2024002995000001

Figure 2024002995000002
Figure 2024002995000002

また、比較のため、No.42の鋼については、熱間圧延によって直径30mmの丸棒に成形し、空冷(一部は水冷又は風冷)した後、760℃で4時間保持後に炉冷する軟化焼鈍を施した。その後、丸棒の中心部より直径20mm高さ30mmの円柱を機械加工によって採取し冷間鍛造用の試験片とした。No.1から41、No.44及びNo.45の鋼の場合と同様の手順で冷間鍛造及び高周波焼入れ焼戻しを行った。 For comparison, steel No. 42 was formed into a round bar with a diameter of 30 mm by hot rolling, air cooled (some parts were water cooled or air cooled), and then kept at 760°C for 4 hours before being furnace cooled. Softening annealing was performed. Thereafter, a cylinder with a diameter of 20 mm and a height of 30 mm was taken from the center of the round bar by machining and used as a test piece for cold forging. Cold forging and induction quenching and tempering were performed in the same manner as in the case of steels No. 1 to 41, No. 44, and No. 45.

また、No.43の鋼については、No.42と同様の手順で冷間鍛造を行った後、900℃で30分保持後に急冷し、次いで150℃で30分保持後に空冷する調質熱処理(高周波焼入れ焼戻し前の調質熱処理)を施した。そして、調質熱処理後のNo.43の鋼に、No.1から41、No.44及びNo.45の鋼の場合と同様の高周波焼入れ焼戻しを行った。 Steel No. 43 was cold forged in the same manner as No. 42, then held at 900°C for 30 minutes and then rapidly cooled, then held at 150°C for 30 minutes and then air cooled. Heat treatment (refining heat treatment before induction hardening and tempering) was performed. Then, the steel No. 43 after the tempering heat treatment was subjected to induction hardening and tempering in the same manner as the steels Nos. 1 to 41, No. 44, and No. 45.

ここで、ミクロ組織の観察は、冷間鍛造用の試験片の円柱軸方向に垂直な断面を鏡面研磨後3%ナイタールでエッチングした後、光学顕微鏡にて行った。光学顕微鏡を介して撮影した画像を用い、画像解析ソフトウェアImage-Pro PLUSを用いてフェライトの組織の面積率とパーライトの組織の面積率とを求め、これら面積率に基づいて、これら組織の合計分率として評価した。 Here, the microstructure was observed using an optical microscope after mirror polishing a cross section perpendicular to the cylindrical axis direction of a cold forging test piece and etching it with 3% nital. Using an image taken through an optical microscope, the area ratio of the ferrite structure and the area ratio of the pearlite structure are determined using the image analysis software Image-Pro PLUS, and based on these area ratios, the total area of these structures is calculated. It was evaluated as a percentage.

また、冷間鍛造性について、上記の高さ減少率30%の据込加工時における荷重を計測し、その計測値を、日本塑性加工学会の論文誌「塑性と加工」第22巻 第241号 1981年2月) 第139頁に記載の冷間据込み試験方法に準拠して変形抵抗値に換算し、比較評価した。この変形抵抗値が730MPa以下であれば、焼鈍を省略可能である。さらに、高周波焼入れ焼戻し後の強度は、処理後の試験片について、表面からの深さ0.1mmにおけるビッカース硬度(荷重300g)を任意の10点測定し、それらの平均値を比較評価した。以上の各評価結果を、併せて表2に示す。 In addition, regarding cold forgeability, we measured the load during upsetting with the above-mentioned height reduction rate of 30%, and the measured values were published in the paper journal of the Japan Society for Plasticity Working, "Plasticity and Processing", Vol. 22, No. 241. It was converted into a deformation resistance value in accordance with the cold upsetting test method described on page 139 (February 1981), and comparative evaluation was performed. If this deformation resistance value is 730 MPa or less, annealing can be omitted. Furthermore, the strength after induction quenching and tempering was evaluated by measuring the Vickers hardness (load: 300 g) at 10 arbitrary points on the treated test piece at a depth of 0.1 mm from the surface, and comparing the average values. The above evaluation results are also shown in Table 2.

鋼No.40~44は汎用されるJIS規格鋼のS38Cに該当する。表2に示す結果より、本開示に従う鋼(実施例の鋼、No.1~27)はいずれも冷間鍛造前の焼鈍を省略しても、焼鈍後S38C(No.42及びNo.43)と同程度の冷間鍛造性を有していると判る。加えて、本開示に従う鋼はいずれも、高周波焼入れ前の調質熱処理を省略しても、調質熱処理後S38C(No.43)と同程度の強度を有していると判る。また、鋼の合金組成と冷間鍛造前の焼鈍とが密接に関係することがわかる。従って、本開示に従えば、冷間鍛造前の焼鈍と、高周波焼入れ焼戻し前の調質熱処理の双方を同時に省略可能である。 Steel No. 40 to 44 correspond to the commonly used JIS standard steel S38C. From the results shown in Table 2, the steels according to the present disclosure (example steels, No. 1 to 27) all have S38C (No. 42 and No. 43) after annealing even if annealing before cold forging is omitted. It can be seen that it has cold forgeability comparable to that of In addition, it can be seen that all the steels according to the present disclosure have strength comparable to that of S38C (No. 43) after the tempering heat treatment even if the tempering heat treatment before induction hardening is omitted. Furthermore, it can be seen that the alloy composition of the steel and the annealing before cold forging are closely related. Therefore, according to the present disclosure, both the annealing before cold forging and the refining heat treatment before induction hardening and tempering can be omitted at the same time.

以上のようにして、高周波焼入れ部品の製造工程において冷間鍛造前の焼鈍と高周波焼入れ前の調質熱処理とを省略可能な、冷間鍛造性に優れた高周波焼入れ用鋼を提供することができる。
As described above, it is possible to provide a steel for induction hardening that has excellent cold forgeability and can omit annealing before cold forging and refining heat treatment before induction hardening in the manufacturing process of induction hardened parts. .

Claims (1)

成分組成として、
C:0.36~0.55質量%、
Si:0.10質量%以下、
Mn:0.15~0.45質量%、
P:0.050質量%以下、
S:0.050質量%以下、
Al:0.010~0.090質量%、
Mo:0.05~0.35質量%、
Ti:0.010~0.200質量%、
B:0.0005~0.0100質量%、
N:0.0150質量%以下、及び
Cr:0.05~0.65質量%
を含み、さらに、
(i)Cu:1質量%以下、又は、Ni:1質量%以下
(ii)Se:0.3質量%以下、
Ca:0.05質量%以下、
Pb:0.3質量%以下、
Bi:0.3質量%以下、
Mg:0.05質量%以下、
Zr:0.2質量%以下、
REM:0.01質量%以下、及び
O:0.025質量%以下
のうちから選ばれる1種以上、
(iii)Nb:0.1質量%以下、及び
V:0.3質量%以下
のうちから選ばれる1種以上、並びに
(iv)Sn:0.1質量%以下、及び
Sb:0.1質量%以下
のうちから選ばれる1種以上
から選ばれる1群以上を含み、残部はFe及び不純物からなり、
フェライト組織及びパーライト組織の合計分率が80%以上であり、フェライト組織の分率が40%以上である高周波焼入れ用鋼。
As a component composition,
C: 0.36 to 0.55% by mass,
Si: 0.10% by mass or less,
Mn: 0.15 to 0.45% by mass,
P: 0.050% by mass or less,
S: 0.050% by mass or less,
Al: 0.010 to 0.090% by mass,
Mo: 0.05 to 0.35% by mass,
Ti: 0.010 to 0.200% by mass,
B: 0.0005 to 0.0100% by mass,
N: 0.0150% by mass or less, and
Cr: 0.05-0.65% by mass
including, and further,
(i) Cu: 1% by mass or less, or Ni: 1% by mass or less (ii) Se: 0.3% by mass or less,
Ca: 0.05% by mass or less,
Pb: 0.3% by mass or less,
Bi: 0.3% by mass or less,
Mg: 0.05% by mass or less,
Zr: 0.2% by mass or less,
REM: 0.01% by mass or less, and
O: one or more selected from 0.025% by mass or less,
(iii) Nb: 0.1% by mass or less, and
V: one or more types selected from 0.3% by mass or less, and (iv) Sn: 0.1% by mass or less, and
Sb: Contains one or more groups selected from one or more types selected from 0.1% by mass or less, the remainder consisting of Fe and impurities,
A steel for induction hardening in which the total fraction of ferrite structure and pearlite structure is 80% or more, and the fraction of ferrite structure is 40% or more.
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