JP4266341B2 - Steel for omitting spheroidizing annealing with excellent cold forgeability and anti-roughening properties during case hardening, and method for producing the same - Google Patents

Steel for omitting spheroidizing annealing with excellent cold forgeability and anti-roughening properties during case hardening, and method for producing the same Download PDF

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Description

本発明は、表面を肌焼(浸炭処理、浸炭窒化処理など)した冷間鍛造部品を製造するのに有用な肌焼用鋼に関するものであり、より詳細には球状化焼鈍を行わなくても優れた冷間鍛造性を有し、かつ肌焼処理時の結晶粒の粗大化抑制能の優れた肌焼用鋼に関するものである。   The present invention relates to a case hardening steel useful for producing a cold forged part whose surface is subjected to case hardening (carburizing treatment, carbonitriding treatment, etc.), and more specifically, without performing spheroidizing annealing. The present invention relates to a case hardening steel having excellent cold forgeability and excellent ability to suppress coarsening of crystal grains during case hardening.

冷間鍛造及び肌焼によって製造される部品としては、例えば、自動車などの機械類に使用される動力伝達部品(プーリ、ギア、シャフトなど)が知られている。これら動力伝達部品は、部品形状に冷間鍛造した後、表面強度向上、耐摩耗性向上、耐ピッチング性向上などを目的として、浸炭処理、浸炭窒化処理などの化学的表面硬化熱処理が施される。   As parts manufactured by cold forging and case hardening, for example, power transmission parts (pulleys, gears, shafts, etc.) used in machinery such as automobiles are known. These power transmission parts are subjected to chemical surface hardening heat treatment such as carburizing and carbonitriding for the purpose of improving surface strength, wear resistance, and pitting resistance after cold forging into parts. .

しかし、浸炭処理などの熱処理を施すと、結晶粒が粗大化し、部品の靭性や疲労強度が低下しやすくなる。また結晶粒が粗大化すると、浸炭焼入れのばらつきが生じて熱処理歪みが発生し、寸法精度が低下してしまうため、振動や騒音の原因となる場合がある。従って肌焼時の結晶粒の粗大化を抑制可能な鋼が求められている。   However, when heat treatment such as carburizing is performed, the crystal grains become coarse, and the toughness and fatigue strength of the component are liable to decrease. In addition, when the crystal grains become coarse, variations in carburizing and quenching occur, heat treatment distortion occurs, and dimensional accuracy decreases, which may cause vibration and noise. Accordingly, there is a demand for steel capable of suppressing the coarsening of crystal grains during case baking.

また上記冷間鍛造部品は、従来、球状化焼鈍によって軟化した鋼を冷間鍛造することによって製造されている。しかし近年、工程省略によるコスト削減を目的として、球状化焼鈍を省略しても冷間鍛造性を確保できる鋼が志向されている。   Moreover, the said cold forging components are conventionally manufactured by cold forging the steel softened by spheroidizing annealing. However, in recent years, for the purpose of reducing the cost by omitting the process, steels that can ensure cold forgeability even if spheroidizing annealing is omitted have been aimed.

非特許文献1にはAl/N≦1.9のN過剰鋼は耐粗粒化特性(900℃)に優れていることが記載されており、耐粗粒化特性はNbの添加によってさらに向上することが記載されている。しかしこの文献では、分塊圧延を高温(1250℃)で行うことによって炭窒化物の析出を抑え、球状化焼鈍のときに炭窒化物を微細に析出させることによって前記耐粗粒化特性を発揮させるものであり、球状化焼鈍を省略する場合に対応することができない。またこの非特許文献1は、Tiレス鋼の検討結果を示している。   Non-Patent Document 1 describes that N-rich steel with Al / N ≦ 1.9 is excellent in anti-coarse graining characteristics (900 ° C.), and the anti-coarse grain resistance characteristics are further improved by adding Nb. It is described to do. However, in this document, by carrying out the partial rolling at a high temperature (1250 ° C.), the precipitation of carbonitrides is suppressed, and the above-mentioned coarsening characteristics are exhibited by finely depositing carbonitrides during spheroidizing annealing. Therefore, it is impossible to cope with the case where the spheroidizing annealing is omitted. Moreover, this nonpatent literature 1 has shown the examination result of Ti-less steel.

特許文献1は、s−Al:0.010〜0.060%、N:0.008〜0.040%とした肌焼用鋼を開示しており、Alは鋼中の窒素と結合してAlNを生成して粗大化特性を改善することが記載されている。なおこの特許文献1は、Tiに関して、Tiを0.005%以上にするとTiNが増量しAlNが低減してしまうため、Tiは0.005%未満に規制する必要があるとしている。   Patent Document 1 discloses steel for case hardening with s-Al: 0.010 to 0.060% and N: 0.008 to 0.040%, and Al is combined with nitrogen in the steel. It is described that AlN is produced to improve the coarsening characteristics. According to Patent Document 1, regarding Ti, if Ti is made 0.005% or more, TiN increases and AlN decreases, so Ti needs to be regulated to less than 0.005%.

特許文献2は、Nb:0.005〜0.100%、Ti≦0.10%とした肌焼鋼を開示しており、Nbはオーステナイト結晶粒を微細化する作用があることを教示している。なおこの特許文献2は、同時に添加されるBの焼入性向上作用を担保するため、TiをNに対して3.6倍以上添加するとしている。   Patent Document 2 discloses a case-hardened steel with Nb: 0.005 to 0.100% and Ti ≦ 0.10%, and teaches that Nb has an effect of refining austenite crystal grains. Yes. In addition, in this patent document 2, in order to ensure the hardenability improvement effect of B added simultaneously, Ti is added 3.6 times or more with respect to N.

特許文献3は、Ti、Zr、Hfの1種以上をTi+0.53Zr+0.27Hf=0.01〜0.05%となるように含有し、Nを0.29Ti+0.15Zr+0.08Hfから0.015%の範囲で含有する鍛造用機械構造用鋼を開示しており、Ti、Zr、Hfは結晶粒粗大化抑止効果があることを教示している。なお特許文献3では、鋼を球状化焼鈍した後で冷間鍛造し、次いで浸炭している。そして結晶粒粗大化抑制性(結晶粒粗大化温度)に関しては、Tiを単独で添加した鋼[鋼種(2)]よりも、TiをZrと組み合わせて添加した鋼[鋼種(6)]の方が良好であり、また実施例の欄ではN量は具体的には0.005〜0.010%と低めに抑制されている。   Patent Document 3 contains one or more of Ti, Zr, and Hf so that Ti + 0.53Zr + 0.27Hf = 0.01 to 0.05%, and N is 0.29Ti + 0.15Zr + 0.08Hf to 0.015%. Steel for structural machine for forging contained in the range of, and teaches that Ti, Zr, and Hf have an effect of suppressing grain coarsening. In Patent Document 3, steel is cold forged after spheroidizing and then carburized. And about the grain coarsening inhibitory property (crystal grain coarsening temperature), the steel [steel type (6)] added with Ti in combination with Zr rather than the steel added with Ti alone [steel type (2)]. The amount of N is specifically suppressed to a low level of 0.005 to 0.010% in the column of the examples.

特許文献4は、Ti:0.005〜0.015wt%、N:Ti/3.42+0.01〜0.02wt%、Al/(N−Ti/3.42)=1.5〜2.8となるようにTi、N、Alを制御している。そしてTiは、Nと結合してTiNとなり、熱間鍛造のような高温に加熱したときにオーステナイト結晶粒の粗大化を抑制する作用があること、Nは、Tiと結合してTiNとなる以外に多量に添加したAlとも結合し、浸炭時におけるオーステナイト結晶粒の粗大化を防止する作用があること、AlはTiと結合した残りのN(=N−Ti/3.42)の1.5〜2.8倍となるときに効果があることなどを教示している。
三野匡之,外2名,「高強度鋼の粗粒化特性に及ぼすNb,Al,N及び冷間加工の影響」,住友金属技報,住友金属工業株式会社,1989年10月,第41巻,第4号,第35〜41頁 特開平8−199316号公報(請求項1、段落0007、段落0008) 特開平7−310118号公報(請求項1、段落0011、段落0013) 特公昭61−54844号公報(請求項1、第3頁左欄第15〜22行、第2表、第3表) 特許第2546045号公報(請求項1、第2頁右欄第47行〜第3頁左欄第15行)
In Patent Document 4, Ti: 0.005 to 0.015 wt%, N: Ti / 3.42 + 0.01 to 0.02 wt%, Al / (N-Ti / 3.42) = 1.5 to 2.8. Ti, N, and Al are controlled so that And Ti combines with N to become TiN, and has the effect of suppressing the coarsening of austenite crystal grains when heated to a high temperature such as hot forging, except that N combines with Ti to become TiN. It also binds to Al added in a large amount to prevent the coarsening of austenite crystal grains during carburization, and Al is 1.5 of the remaining N (= N—Ti / 3.42) bonded to Ti. It teaches that it is effective when it becomes 2.8 times.
Yasuyuki Mino and two others, “Effects of Nb, Al, N and cold working on coarsening properties of high-strength steel”, Sumitomo Metal Technical Report, Sumitomo Metal Industries, Ltd., October 1989, Vol. 41 , No. 4, pp. 35-41 JP-A-8-199316 (Claim 1, paragraph 0007, paragraph 0008) JP-A-7-310118 (Claim 1, paragraphs 0011, 0013) Japanese Patent Publication No. 61-54844 (Claim 1, page 3, left column, lines 15-22, Tables 2, 3) Japanese Patent No. 2546045 (Claim 1, page 2, right column, line 47 to page 3, left column, line 15)

本発明の目的は、球状化焼鈍を省略しても冷間鍛造性を確保でき、しかも肌焼処理時の結晶粒粗大化特性にも優れている鋼、及びその製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a steel that can ensure cold forgeability even when spheroidizing annealing is omitted, and that is excellent in crystal grain coarsening characteristics during a skin baking treatment, and a method for producing the same. .

本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、Zr、Nbなどを含有しない特定の鋼において、TiNを有効利用することとし、TiではなくNを増量し、しかもTiと結合しなかったNに対して大過剰となるようにAlを添加すれば、球状化焼鈍しなくても優れた冷間鍛造性を確保でき、しかも耐粗粒化特性も高められることを見出し、本発明を完成した。なお前記特許文献2、3の教示に従ってNb、Zrなどを添加してしまうと、球状化焼鈍を省略したときには冷間鍛造性が低下する。また前記特許文献4の教示に従ってAlを抑制した場合にも、球状化焼鈍を省略したときには冷間鍛造性が低下する。   As a result of intensive research to solve the above problems, the inventors of the present invention decided to effectively use TiN in a specific steel not containing Zr, Nb, etc., and increased N instead of Ti. It has been found that if Al is added so that it is excessively large with respect to N that has not been combined with the steel, excellent cold forgeability can be secured without spheroidizing annealing and the coarsening resistance can be improved. The present invention has been completed. If Nb, Zr, or the like is added in accordance with the teachings of Patent Documents 2 and 3, cold forgeability is reduced when spheroidizing annealing is omitted. Even when Al is suppressed in accordance with the teaching of Patent Document 4, cold forgeability is reduced when spheroidizing annealing is omitted.

すなわち上記目的を達成し得た本発明の冷間鍛造性及び肌焼処理時の耐粗粒化特性に優れた肌焼用鋼は、C:0.05〜0.3%(質量%の意。以下同じ)、Si:0.01〜0.35%、Mn:0.2〜2%、P:0.001〜0.02%、S:0.001〜0.02%、焼入性元素(Ni:0.01〜2%、Cr:0.01〜2%、Mo:0.01〜0.5%から選択された少なくとも1種)、Ti:0.005〜0.02%、Al:0.020〜0.1%、及びN:0.005〜0.02%を含有し、残部はFe及び不可避的不純物であり、
しかも上記Ti、Al、及びNはさらに下記式(1)を満足する点に要旨を有するものである。前記肌焼用鋼は、球状化焼鈍省略用鋼でもある。
That is, the steel for case hardening excellent in the cold forgeability and the coarse graining resistance property during case hardening of the present invention that can achieve the above object is C: 0.05 to 0.3% (meaning mass%). The same shall apply hereinafter), Si: 0.01 to 0.35%, Mn: 0.2 to 2%, P: 0.001 to 0.02%, S: 0.001 to 0.02%, hardenability Element (Ni: 0.01-2%, Cr: 0.01-2%, Mo: at least one selected from 0.01-0.5%), Ti: 0.005-0.02%, Al: 0.020 to 0.1%, and N: 0.005 to 0.02%, the balance is Fe and inevitable impurities,
Moreover, the above Ti, Al, and N have a gist in that they further satisfy the following formula (1). The case hardening steel is also a steel for omitting spheroidizing annealing.

Al/(N−Ti/3.4)≧4 … (1)
前記肌焼用鋼は、通常、平均粒径5〜50nmの析出物を、0.25μm2当たり、13個以上含有し、平均粒径50nm超の析出物は、0.25μm2当たり、3個以下となっている。またフェライト面積率及びフェライトの結晶粒度番号を断面全体に亘って均等に測定したとき、通常、フェライト面積率の平均値が50%以上であり、結晶粒度番号の平均値が9.0〜12.5番である。引張強さは400〜750N/mm2であるのが望ましく、絞りは60%以上であるのが望ましい。下記式(2)で定義される炭素当量Ceqを0.7以下としたとき、及び/又は下記式(3)で定義される理想臨界直径DI値を10以上としたとき、強度コントロールが簡便となる。
Al / (N-Ti / 3.4) ≧ 4 (1)
The hardened steel is normally precipitates having an average particle size of 5 to 50 nm, 0.25 [mu] m 2 per contains 13 or more, average particle diameter 50nm than precipitates, 0.25 [mu] m 2 per three It is as follows. Moreover, when the ferrite area ratio and the ferrite grain size number are measured uniformly over the entire cross section, the average value of the ferrite area ratio is usually 50% or more, and the average grain size number is 9.0 to 12.2. No. 5. The tensile strength is desirably 400 to 750 N / mm 2 and the aperture is desirably 60% or more. When the carbon equivalent Ceq defined by the following formula (2) is 0.7 or less and / or when the ideal critical diameter DI value defined by the following formula (3) is 10 or more, the intensity control is simple. Become.

Ceq=[C]+[Si]/7+[Mn]/5+[Cr]/9+[Mo]/2+[Ni]/6 … (2)
(式中、[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[Mo]、[Ni]は、それぞれ、C、Si、Mn、Cr、Mo、又はNiの含有量(質量%)を示す)
Ceq = [C] + [Si] / 7 + [Mn] / 5 + [Cr] / 9 + [Mo] / 2 + [Ni] / 6 (2)
(In the formula, [C], [Si], [Mn], [Cr], [Mo], [Ni] are the contents (mass%) of C, Si, Mn, Cr, Mo, or Ni, respectively. Indicate)

(式中、γGSはオーステナイト結晶粒度を意味し、その値は10とする。[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[Mo]、[Ni]は、それぞれ、C、Si、Mn、Cr、Mo、又はNiの含有量(質量%)を示す)
前記肌焼用鋼は、C:0.05〜0.3%、Si:0.01〜0.35%、Mn:0.2〜2%、P:0.001〜0.02%、S:0.001〜0.02%、焼入性元素(Ni:0.01〜2%、Cr:0.01〜2%、Mo:0.01〜0.5%から選択された少なくとも1種)、Ti:0.005〜0.02%、Al:0.020〜0.1%、及びN:0.005〜0.02%を含有し、残部はFe及び不可避的不純物であり、しかも上記Ti、Al、及びNがさらに上記式(1)を満足している鋼塊、鋳片又は鋼片を、下記に示す条件で熱間圧延し、冷却することによって製造できる。
(In the formula, γGS means austenite grain size, and its value is 10. [C], [Si], [Mn], [Cr], [Mo], and [Ni] are C, Si, respectively. , Mn, Cr, Mo, or Ni content (% by mass))
The steel for case hardening is C: 0.05 to 0.3%, Si: 0.01 to 0.35%, Mn: 0.2 to 2%, P: 0.001 to 0.02%, S : 0.001-0.02%, hardenable element (Ni: 0.01-2%, Cr: 0.01-2%, Mo: at least one selected from 0.01-0.5% ), Ti: 0.005-0.02%, Al: 0.020-0.1%, and N: 0.005-0.02%, the balance being Fe and inevitable impurities, The steel ingot, cast slab or steel slab in which Ti, Al, and N further satisfy the above formula (1) can be manufactured by hot rolling under the conditions shown below and cooling.

圧延開始温度:800〜950℃
圧延温度(仕上圧延を除く):780〜900℃
仕上圧延温度:750〜850℃
冷却開始温度:750〜800℃
温度750〜550℃の範囲の冷却速度:0.05〜0.3℃/秒
Rolling start temperature: 800-950 ° C
Rolling temperature (excluding finish rolling): 780-900 ° C
Finish rolling temperature: 750-850 ° C
Cooling start temperature: 750-800 ° C
Cooling rate in the temperature range of 750 to 550 ° C .: 0.05 to 0.3 ° C./second

本発明の鋼は、成分を適切な範囲に制御して強度と冷間鍛造性のバランスをとっている。そしてZr、Nbなどを利用せず、TiNを有効利用することによって冷間鍛造性を確保しながら耐粗粒化特性を高めている。加えてTiではなくNを増量し、しかもTiと結合しなかったNに対して十分な量のAlを添加しているため、球状化焼鈍省略用鋼であっても適度に微細なTiN、AlNを析出させることができ、冷間鍛造性を確保しながら、耐粗粒化特性を確実に高めることができる。   The steel of the present invention balances strength and cold forgeability by controlling the components within an appropriate range. And by using TiN effectively without using Zr, Nb, etc., the coarse grain resistance is enhanced while ensuring the cold forgeability. In addition, the amount of N, not Ti, is increased, and a sufficient amount of Al is added to N that did not bind to Ti. Therefore, even if steel for omitting spheroidizing annealing is used, reasonably fine TiN, AlN It is possible to cause precipitation, and it is possible to reliably improve the coarse graining resistance property while ensuring cold forgeability.

本発明の鋼は、C:0.05〜0.3%(質量%の意。以下同じ)、Si:0.01〜0.35%、Mn:0.2〜2%、P:0.001〜0.02%、S:0.001〜0.02%、焼入性元素(Ni:0.01〜2%、Cr:0.01〜2%、Mo:0.01〜0.5%から選択された少なくとも1種)、Ti:0.005〜0.02%、Al:0.020〜0.1%、N:0.005〜0.02%を含有し、残部はFe及び不可避的不純物である。また前記Ti、Al、及びNはさらに下記式(1)を満足している。   The steel of the present invention has C: 0.05 to 0.3% (meaning mass%, the same shall apply hereinafter), Si: 0.01 to 0.35%, Mn: 0.2 to 2%, P: 0.00. 001-0.02%, S: 0.001-0.02%, hardenable elements (Ni: 0.01-2%, Cr: 0.01-2%, Mo: 0.01-0.5 %), Ti: 0.005 to 0.02%, Al: 0.020 to 0.1%, N: 0.005 to 0.02%, the balance being Fe and Inevitable impurities. The Ti, Al, and N further satisfy the following formula (1).

Al/(N−Ti/3.4)≧4 … (1)
以下、各成分の限定理由について説明する。
Al / (N-Ti / 3.4) ≧ 4 (1)
Hereinafter, the reason for limitation of each component is demonstrated.

C :0.05〜0.3%
Cは強度確保のために必須の元素である。従ってC量は0.05%以上、好ましくは0.08%以上、さらに好ましくは0.10%以上とする。一方、Cが過剰になると、鋼のフェライト分率(面積率)が低下し易くなり、冷間鍛造時の変形能が低下し易くなる。従ってC量は、0.3%以下、好ましくは0.28%以下、さらに好ましくは0.25%以下とする。
C: 0.05-0.3%
C is an essential element for ensuring strength. Therefore, the C content is 0.05% or more, preferably 0.08% or more, more preferably 0.10% or more. On the other hand, when C is excessive, the ferrite fraction (area ratio) of the steel tends to decrease, and the deformability during cold forging tends to decrease. Accordingly, the C content is 0.3% or less, preferably 0.28% or less, and more preferably 0.25% or less.

Si:0.01〜0.35%
Siは脱酸に有用であるだけでなく、固溶強化によって所定の強度を確保するのにも有用である。従ってSi量は、0.01%以上、好ましくは0.5%以上、さらに好ましくは1.0%以上とする。一方、Siが過剰になると冷間鍛造性が低下する。従ってSi量は、0.35%以下、好ましくは0.30%以下、さらに好ましくは0.2%以下とする。
Si: 0.01 to 0.35%
Si is useful not only for deoxidation but also for securing a predetermined strength by solid solution strengthening. Accordingly, the Si content is 0.01% or more, preferably 0.5% or more, and more preferably 1.0% or more. On the other hand, when Si becomes excessive, cold forgeability will fall. Therefore, the Si content is 0.35% or less, preferably 0.30% or less, and more preferably 0.2% or less.

Mn:0.2〜2%
Mnは鋼の焼入性を高め、所定の強度を確保するのにも有用である。従ってMn量は、0.2%以上、好ましくは0.3%以上、さらに好ましくは0.4%以上とする。一方、Mnが過剰になると鋼のフェライト分率が低下し易くなり、冷間鍛造時の変形能が低下し易くなる。従ってMn量は、2%以下、好ましくは1.7%以下、さらに好ましくは1.5%以下である。
Mn: 0.2-2%
Mn is also useful for enhancing the hardenability of the steel and ensuring a predetermined strength. Therefore, the amount of Mn is 0.2% or more, preferably 0.3% or more, more preferably 0.4% or more. On the other hand, when Mn is excessive, the ferrite fraction of steel tends to decrease, and the deformability during cold forging tends to decrease. Therefore, the amount of Mn is 2% or less, preferably 1.7% or less, and more preferably 1.5% or less.

P :0.001〜0.02%
Pは冷間鍛造時の加工硬化を助長し、変形能を低下させるため極力低減するのが望ましい。従ってP量は、0.02%以下、好ましくは0.015%以下、さらに好ましくは0.012%以下とする。なおPを0%とするのは困難又はコスト高となる。従ってP量は0.001%以上、好ましくは0.003%以上、さらに好ましくは0.005%以上とする。
P: 0.001 to 0.02%
It is desirable to reduce P as much as possible to promote work hardening during cold forging and to reduce deformability. Therefore, the P content is 0.02% or less, preferably 0.015% or less, more preferably 0.012% or less. It is difficult or expensive to set P to 0%. Therefore, the P content is 0.001% or more, preferably 0.003% or more, more preferably 0.005% or more.

S :0.001〜0.02%
Sは硫化物系介在物を形成して冷間鍛造時の変形能を低下させる。従ってP量は、0.02%以下、好ましくは0.015%以下、さらに好ましくは0.012%以下とする。なおSを0%とするのは困難又はコスト高となる。従ってS量は、0.001%以上、好ましくは0.003%以上、さらに好ましくは0.005%以上とする。
S: 0.001 to 0.02%
S forms sulfide inclusions and reduces the deformability during cold forging. Therefore, the P content is 0.02% or less, preferably 0.015% or less, more preferably 0.012% or less. Note that it is difficult or expensive to set S to 0%. Therefore, the S amount is 0.001% or more, preferably 0.003% or more, and more preferably 0.005% or more.

焼入性元素(Ni:0.01〜2%、Cr:0.01〜2%、Mo:0.01〜0.5%)
これら焼入性元素は強度を確保するのに有用である。従ってNi量は、0.01%以上、好ましくは0.05%以上、さらに好ましくは0.10%以上とする。Cr量は、0.01%以上、好ましくは0.05%以上、さらに好ましくは0.10%以上とする。Mo量は、0.01%以上、好ましくは0.03%以上、さらに好ましくは0.05%以上とする。一方、これら焼入性元素を過剰に添加すると、フェライト分率が高くなって冷間鍛造時の変形能が低下し易くなる。従ってNi量は、2%以下、好ましくは1.7%以下、さらに好ましくは1.5%以下とする。Cr量は、2%以下、好ましくは1.7%以下、さらに好ましくは1.5%以下とする。Mo量は、0.5%以下、好ましくは0.4%以下、さらに好ましくは0.3%以下とする。
Hardenable elements (Ni: 0.01-2%, Cr: 0.01-2%, Mo: 0.01-0.5%)
These hardenable elements are useful for ensuring strength. Therefore, the Ni content is 0.01% or more, preferably 0.05% or more, and more preferably 0.10% or more. The Cr content is 0.01% or more, preferably 0.05% or more, and more preferably 0.10% or more. The amount of Mo is 0.01% or more, preferably 0.03% or more, and more preferably 0.05% or more. On the other hand, when these hardenable elements are added excessively, the ferrite fraction becomes high and the deformability at the time of cold forging tends to decrease. Therefore, the Ni content is 2% or less, preferably 1.7% or less, and more preferably 1.5% or less. The Cr content is 2% or less, preferably 1.7% or less, and more preferably 1.5% or less. The amount of Mo is 0.5% or less, preferably 0.4% or less, and more preferably 0.3% or less.

なお上記Ni、Cr、及びMoはそれぞれを単独で添加してもよく、適宜組み合わせて添加してもよい。   In addition, said Ni, Cr, and Mo may be added individually, respectively, and may be added in combination as appropriate.

Ti:0.005〜0.02%
Tiは、造塊時又は連続鋳造時にTiNを形成する。このTiNは、得られた鋼を肌焼するときに、ピンニング作用によってオーステナイト粒が粗大化するのを抑制するため、Tiは耐粗粒化特性を高めるのに有用である。従ってTi量は、0.005以上とする。なお0.01%以上、例えば0.013%以上、特に0.015%以上としてもよい。なお本発明ではAlも添加しているため、Tiが少ないときにはAlNがピンニング作用を発揮するものの、Tiが少ないときはAlNが粗大化しており、そのピンニング効果(耐粗粒化特性)が不十分となっている。従って本発明ではTiを所定量以上添加するのが重要である。一方Tiが過剰になると、TiNが粗大化してしまい、前記ピンニング作用が不十分となる。また本発明では、後述するように、制御圧延によって微細なTiCの析出を防止しているものの、Tiが過剰となると余ったTiが微細なTiCとして析出し易くなり、鋼の引張強さが高くなり過ぎて、冷間鍛造時の変形抵抗が高くなってしまう。より正確にいえば、CをTiで固定すると、コットレル雰囲気に起因するひずみ時効による硬化を防止できる点では冷間鍛造性の向上には有用であるものの、TiCは極めて微細に析出するため、鋼の引張強さを過剰に高くしてしまう点では冷間鍛造性の向上には不利である。Ti量が過剰になると、TiC析出の影響が強く出てしまい、変形抵抗が高くなってしまう。従ってTi量は、0.02%以下とする。好ましくは0.018%以下、さらに好ましくは0.015%以下とする。なおTiNはTiC程には微細化しないため、冷間鍛造性を低下させない。
Ti: 0.005-0.02%
Ti forms TiN during ingot forming or continuous casting. Since this TiN suppresses the austenite grains from coarsening due to the pinning action when the obtained steel is case-hardened, Ti is useful for enhancing the anti-coarse graining characteristics. Therefore, the Ti amount is set to 0.005 or more. In addition, it is good also as 0.01% or more, for example, 0.013% or more, especially 0.015% or more. In addition, since Al is also added in the present invention, AlN exhibits a pinning action when Ti is small, but AlN is coarsened when Ti is small, and its pinning effect (anti-granulation property) is insufficient. It has become. Therefore, in the present invention, it is important to add a predetermined amount or more of Ti. On the other hand, when Ti becomes excessive, TiN becomes coarse and the pinning action becomes insufficient. Further, in the present invention, as will be described later, although precipitation of fine TiC is prevented by controlled rolling, excess Ti tends to precipitate as fine TiC when Ti is excessive, and the tensile strength of steel is high. As a result, the deformation resistance during cold forging becomes high. More precisely, although fixing C with Ti is useful for improving cold forgeability in terms of preventing hardening due to strain aging caused by the Cottrell atmosphere, TiC precipitates very finely, so steel It is disadvantageous for improving the cold forgeability in that the tensile strength of the steel is excessively increased. When the amount of Ti is excessive, the influence of TiC precipitation is strong and the deformation resistance is increased. Therefore, the Ti amount is 0.02% or less. Preferably it is 0.018% or less, More preferably, it is 0.015% or less. Since TiN is not as fine as TiC, it does not reduce cold forgeability.

N :0.005〜0.02%
NはTiN及びAlNを形成し、ピンニングによって耐粗粒化特性を高めるのに有用である。特に本発明では、Tiではなく、Nを過剰(N−Ti/3.4が、例えば0超、好ましくは0.002以上、さらに好ましくは0.003以上)となるように添加している。Nを過剰に添加すれば、Tiを過剰に添加した場合と異なってTiNの粗大化を抑制でき、TiNのピンニング効果を有効に発揮できる。
N: 0.005 to 0.02%
N forms TiN and AlN and is useful for enhancing the coarsening resistance by pinning. In particular, in the present invention, not Ti but N is added so as to be excessive (N-Ti / 3.4 is, for example, more than 0, preferably 0.002 or more, more preferably 0.003 or more). If N is added excessively, unlike the case where Ti is added excessively, the coarsening of TiN can be suppressed, and the pinning effect of TiN can be effectively exhibited.

Al:0.020〜0.1%
Alは脱酸に有用であるだけでなく、AlNを形成し、ピンニングによって耐粗粒化特性を高めるのに有用である。特にTiを所定量以上含有する場合、AlNが適度に微細化するため、AlNのピンニング作用を有効に利用できる。従ってAl量は、0.020%以上、好ましくは0.023%以上、さらに好ましくは0.025%以上とする。一方、Alを添加し過ぎると、酸化物系介在物が増大して他の特性(例えば耐疲労特性など)を低下させる場合があるため、その上限を0.1%とした。好ましい上限は、0.05%、特に0.045%である。
Al: 0.020 to 0.1%
Al is useful not only for deoxidation, but also for forming AlN and enhancing the anti-granulation properties by pinning. In particular, when Ti is contained in a predetermined amount or more, since AlN is appropriately refined, the pinning action of AlN can be used effectively. Therefore, the Al content is 0.020% or more, preferably 0.023% or more, more preferably 0.025% or more. On the other hand, if Al is added too much, oxide inclusions increase and other characteristics (such as fatigue resistance) may be reduced, so the upper limit was made 0.1%. A preferred upper limit is 0.05%, especially 0.045%.

Al/(N−Ti/3.4)≧4 … (1)
本発明は、造塊時又は連続鋳造時にTiNを形成しなかった余剰のN(=N−Ti/3.4)に対して、Alを4倍以上、好ましくは4.5倍以上、さらに好ましくは5.0倍以上添加する。本発明の鋼は、球状化焼鈍が省略されるため、球状化焼鈍工程で余剰のNをAlNにすることができず、鋼の製造段階(造塊時、連続鋳造時、分塊圧延時など)に余剰のNを確実にAlNにする必要がある。従ってAlを余剰のNに対して十分となる量を添加する。また余剰のNを確実にAlNとすることで、AlNのピンニング効果を利用でき、耐粗粒化特性を高めることができる。また余剰のNをAlNとすれば、ひずみ時効が生じるのを防止でき、冷間鍛造性を確保するのにも有用である。
Al / (N-Ti / 3.4) ≧ 4 (1)
In the present invention, Al is 4 times or more, preferably 4.5 times or more, more preferably 4 times or more with respect to surplus N (= N-Ti / 3.4) which did not form TiN during ingot forming or continuous casting. Is added 5.0 times or more. In the steel of the present invention, since spheroidizing annealing is omitted, surplus N cannot be changed to AlN in the spheroidizing annealing step, and the steel production stage (at the time of ingot forming, at the time of continuous casting, at the time of block rolling, etc. It is necessary to ensure that the excess N is AlN. Accordingly, Al is added in an amount sufficient for the excess N. In addition, by ensuring that the surplus N is AlN, the pinning effect of AlN can be used, and the coarsening resistance can be improved. Further, if the surplus N is AlN, strain aging can be prevented and it is useful for securing cold forgeability.

なお上記式(1)は、N−Ti/3.4が負であればAl/(N−Ti/3.4)が4以上となることはあり得ないことから明らかなように、N−Ti/3.4が正となること(Tiに対してNを過剰に添加すること)を前提としている。   As is clear from the above formula (1), if N-Ti / 3.4 is negative, Al / (N-Ti / 3.4) cannot be 4 or more. It is assumed that Ti / 3.4 is positive (addition of N in excess of Ti).

残部はFe及び不可避的不純物
すなわち本発明では、Zr、Nb、W、Vなどの析出強化元素を添加しない。これら析出強化元素を添加すると、TiNを十分に形成することができない。なおNbは、Nb(CN)となってピンニング効果を発揮することが知られているものの、Nb(CN)は極めて微細であって冷間鍛造時の変形抵抗を高めてしまう。従って本発明ではNb(CN)ではなく、TiNを有効利用することとしている。
The balance is Fe and inevitable impurities, that is, no precipitation strengthening elements such as Zr, Nb, W, and V are added in the present invention. When these precipitation strengthening elements are added, TiN cannot be sufficiently formed. Although Nb is known to be Nb (CN) and exert a pinning effect, Nb (CN) is extremely fine and increases deformation resistance during cold forging. Therefore, in the present invention, TiN is effectively used instead of Nb (CN).

なお本発明の鋼は、球状化焼鈍することなく冷間鍛造される。球状化焼鈍省略用鋼としたのは、工程省略によってコスト削減に有効であるだけでなく、球状化焼鈍のときにAlNが粗大化してしまうのを防止でき、ピンニング効果を効果的に発揮させるのにも有用だからである。   The steel of the present invention is cold forged without spheroidizing annealing. The steel for omitting the spheroidizing annealing is not only effective in reducing the cost by omitting the process, but also can prevent the AlN from coarsening during the spheroidizing annealing and effectively exhibit the pinning effect. It is also useful.

上記のような鋼は、成分を適切な範囲に制御して強度と冷間鍛造性のバランスをとっている。しかもZr、Nbなどを利用せず、TiNを有効利用することによって冷間鍛造性を確保しながら耐粗粒化特性を高めている。加えてTiではなくNを増量し、しかもTiと結合しきれなかったNに対して十分な量のAlを添加しているため、球状化焼鈍省略用鋼であっても適度に微細なTiN、AlNを析出させることができ、冷間鍛造性を確保しながら、耐粗粒化特性を確実に高めることができる。   The above steel balances strength and cold forgeability by controlling the components within an appropriate range. In addition, by using TiN effectively without using Zr, Nb, etc., the coarse grain resistance is enhanced while ensuring cold forgeability. In addition, the amount of N, not Ti, is increased, and a sufficient amount of Al is added to N that could not be combined with Ti. AlN can be precipitated, and the coarsening resistance can be reliably improved while ensuring cold forgeability.

上記本発明の鋼は、通常、以下の(1)〜(4)に示すような性質も有している。
(1)平均粒径5〜50nmの析出物:0.25μm2当たり、13個以上
平均粒径50nm超の析出物:0.25μm2当たり、3個以下
すなわち本発明では、上述したように、Ti、Al及びNのバランスが適切に制御されており、またNbなどの析出強化元素も無添加であるため、平均粒径が50nm超となるような粗大な析出物(AlN、TiNなどの窒化物など)が抑制されており、平均粒径が5〜50nm程度の適度な大きさの析出物(AlN、TiNなどの窒化物など)が数多くなっている。適度な大きさの析出物(AlN、TiNなどの窒化物など)は、冷間鍛造性と耐粗粒化特性を両立させるのに有用である。なお析出物のサイズ及び個数を制御するには、後述の制御圧延も有効である。
The steel of the present invention usually has properties as shown in the following (1) to (4).
(1) Precipitates having an average particle diameter of 5 to 50 nm: 13 or more per 0.25 μm 2 Precipitates having an average particle diameter of more than 50 nm: 3 or less per 0.25 μm 2 That is, in the present invention, as described above, Since the balance of Ti, Al, and N is appropriately controlled and no precipitation strengthening element such as Nb is added, coarse precipitates with an average particle size exceeding 50 nm (nitriding of AlN, TiN, etc.) Etc.) and moderately sized precipitates (nitrides such as AlN and TiN) having an average particle size of about 5 to 50 nm are increasing. A moderately sized precipitate (such as nitrides such as AlN and TiN) is useful for achieving both cold forgeability and coarse grain resistance. In order to control the size and number of precipitates, controlled rolling described later is also effective.

平均粒径5〜50nmの析出物の数は、0.25μm2当たり、例えば13個以上、好ましくは15個以上、さらに好ましくは17個以上である。平均粒径50nm超の析出物の数は、0.25μm2当たり、例えば3個以下、好ましくは2個以下、さらに好ましくは1個以下(0個を含む)である。
(2)フェライト面積率が50%以上
フェライトの結晶粒度番号が9.0〜12.5番
フェライト面積率が大きい程、またフェライトの結晶粒度番号が大きい程、球状化焼鈍を省略したときの冷間鍛造性を確保するのに有用である。また鋼材(特に線材)の絞りを高めるのにも有用である。
The number of precipitates having an average particle diameter of 5 to 50 nm is, for example, 13 or more, preferably 15 or more, and more preferably 17 or more per 0.25 μm 2 . The number of precipitates having an average particle size exceeding 50 nm is, for example, 3 or less, preferably 2 or less, more preferably 1 or less (including 0) per 0.25 μm 2 .
(2) The ferrite area ratio is 50% or more The ferrite grain size number is 9.0 to 12.5 The larger the ferrite area ratio and the larger the ferrite grain size number, the lower the cooling rate when spheroidizing annealing is omitted. It is useful for securing the forgeability. It is also useful for increasing the drawing of steel (particularly wire).

フェライト面積率は、例えば50%以上、好ましくは70%以上、さらに好ましくは85%以上である。結晶粒度番号は、例えば9.0〜12.5番程度、好ましくは9.0〜12.0番程度、さらに好ましくは9.5〜11.0番程度である。   The ferrite area ratio is, for example, 50% or more, preferably 70% or more, and more preferably 85% or more. The crystal grain size number is, for example, about 9.0 to 12.5, preferably about 9.0 to 12.0, and more preferably about 9.5 to 11.0.

なおフェライト面積率及び結晶粒度番号は、それらを鋼の断面全体に亘って均等に測定したとき(例えば均等に3視野以上、好ましくは5視野以上、特に10視野以上測定したとき)の平均値を示す。   The ferrite area ratio and the grain size number are average values when they are measured evenly over the entire cross section of the steel (for example, when 3 fields of view or more, preferably 5 fields of view or more, especially 10 fields of view or more are measured). Show.

フェライト面積率及び結晶粒度番号は、上記の範囲に化学成分を制御し、かつ後述のようにして制御圧延後の冷却条件を制御することによって調整できる。
(3)引張強さ:400〜750N/mm2
絞り:60%以上
引張強さは強度確保の点からは高い程望ましいが、冷間鍛造性確保の点からは低い程望ましいため、所定の範囲に制御するのが望ましい。また絞りは高いほど、冷間鍛造性が高くなるため望ましい。
The ferrite area ratio and the grain size number can be adjusted by controlling the chemical components within the above ranges and controlling the cooling conditions after controlled rolling as described below.
(3) Tensile strength: 400 to 750 N / mm 2
Drawing: 60% or more The tensile strength is preferably as high as possible from the viewpoint of securing the strength, but it is desirable as low as possible from the viewpoint of ensuring the cold forgeability. Therefore, it is desirable to control it within a predetermined range. Also, the higher the drawing, the better the cold forgeability is desirable.

引張強さは、例えば400N/mm2以上(好ましくは420N/mm2以上、さらに好ましくは430N/mm2以上)、750N/mm2以下(好ましくは600N/mm2以下、さらに好ましくは500N/mm2以下)程度である。絞りは、例えば60%以上、好ましくは65%以上、さらに好ましくは70%以上である。絞りの上限は特に限定されないが、通常、90%以下(特に85%以下)程度である。 Tensile strength, for example, 400 N / mm 2 or more (preferably 420N / mm 2 or more, more preferably 430N / mm 2 or more), 750 N / mm 2 or less (preferably 600N / mm 2 or less, more preferably 500 N / mm 2 or less). The aperture is, for example, 60% or more, preferably 65% or more, and more preferably 70% or more. The upper limit of the aperture is not particularly limited, but is usually about 90% or less (particularly 85% or less).

引張強さ及び絞りは、上記の範囲に化学成分を制御し、かつ上記の範囲にフェライト面積率や結晶粒度番号を制御することによって調整できる。下記炭素当量Ceqや理想臨界直径DI値を制御すれば、強度コントロールがさらに容易となる。
(4)炭素当量Ceq:0.7以下
理想臨界直径DI値:10以上
炭素当量Ceqは下記式(2)で定義されるものであり、理想臨界直径DI値は下記式(3)で定義されるものである。
The tensile strength and the drawing can be adjusted by controlling the chemical component within the above range and controlling the ferrite area ratio and the crystal grain size number within the above range. If the following carbon equivalent Ceq and ideal critical diameter DI value are controlled, intensity control becomes easier.
(4) Carbon equivalent Ceq: 0.7 or less Ideal critical diameter DI value: 10 or more Carbon equivalent Ceq is defined by the following formula (2), and ideal critical diameter DI value is defined by the following formula (3). Is.

Ceq=[C]+[Si]/7+[Mn]/5+[Cr]/9+[Mo]/2+[Ni]/6 … (2)
(式中、[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[Mo]、[Ni]は、それぞれ、C、Si、Mn、Cr、Mo、又はNiの含有量(質量%)を示す)
Ceq = [C] + [Si] / 7 + [Mn] / 5 + [Cr] / 9 + [Mo] / 2 + [Ni] / 6 (2)
(In the formula, [C], [Si], [Mn], [Cr], [Mo], [Ni] are the contents (mass%) of C, Si, Mn, Cr, Mo, or Ni, respectively. Indicate)

(式中、γGSはオーステナイト結晶粒度を意味し、その値は10とする。[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[Mo]、[Ni]は、それぞれ、C、Si、Mn、Cr、Mo、又はNiの含有量(質量%)を示す)
Ceqは強度の指標となり、DI値は焼入性の指標となるため、これらを所定の範囲に調整すれば、鋼の強度コントロールと焼入性コントロールが容易となる。
(In the formula, γGS means austenite grain size, and its value is 10. [C], [Si], [Mn], [Cr], [Mo], and [Ni] are C, Si, respectively. , Mn, Cr, Mo, or Ni content (% by mass))
Since Ceq is an index of strength and DI value is an index of hardenability, the strength and hardenability of steel can be easily controlled by adjusting these values within a predetermined range.

Ceqは例えば0.7以下、好ましくは0.65以下、さらに好ましくは0.6以下である。なおCeqの下限は、通常、0.3程度(特に0.4程度)である。DI値は例えば10以上、好ましくは15以上、さらに好ましくは20以上である。なおDI値の上限は、通常、60程度(特に45程度)である。   Ceq is, for example, 0.7 or less, preferably 0.65 or less, and more preferably 0.6 or less. The lower limit of Ceq is usually about 0.3 (particularly about 0.4). The DI value is, for example, 10 or more, preferably 15 or more, and more preferably 20 or more. The upper limit of the DI value is usually about 60 (particularly about 45).

本発明の鋼は、好ましくは、以下のようにして製造する。すなわちC、Si、Mn、P、S、焼入性元素(Ni、Cr、Moなど)、Ti、Al、Nなどを上記所定の範囲に調整した鋼を溶製し、得られた鋼塊、鋳片又は鋼片を以下の条件で熱間圧延(制御圧延)し、冷却する。   The steel of the present invention is preferably produced as follows. That is, a steel ingot obtained by melting steel having C, Si, Mn, P, S, hardenable elements (Ni, Cr, Mo, etc.), Ti, Al, N, etc. adjusted to the above predetermined range, The slab or steel slab is hot-rolled (controlled rolling) under the following conditions and cooled.

圧延開始温度:800〜950℃(好ましくは820〜900℃)
圧延温度(仕上圧延を除く):780〜900℃(好ましくは790〜850℃)
仕上圧延温度:750〜850℃(好ましくは775〜825℃)
冷却開始温度:750〜850℃(好ましくは775〜825℃)
温度750〜550℃の範囲(最終冷却)の冷却速度:0.05〜0.3℃/秒
なお上記圧延温度とは、仕上圧延以外の圧延、例えば粗圧延、中間圧延の温度を意味する。圧延温度、仕上圧延温度は、中間水冷の採用、圧延速度の調整などによって制御できる。圧延終了後は、ただちに冷却(最終冷却)を開始してもよく、必要に応じて水冷等によって冷却開始温度まで冷却した後、冷却(最終冷却)を開始してもよい。
Rolling start temperature: 800-950 ° C (preferably 820-900 ° C)
Rolling temperature (excluding finish rolling): 780 to 900 ° C. (preferably 790 to 850 ° C.)
Finish rolling temperature: 750-850 ° C. (preferably 775-825 ° C.)
Cooling start temperature: 750-850 ° C. (preferably 775-825 ° C.)
Cooling rate in a temperature range of 750 to 550 ° C. (final cooling): 0.05 to 0.3 ° C./second The above rolling temperature means the temperature of rolling other than finish rolling, for example, rough rolling and intermediate rolling. The rolling temperature and finish rolling temperature can be controlled by adopting intermediate water cooling, adjusting the rolling speed, and the like. After rolling, cooling (final cooling) may be started immediately, or cooling (final cooling) may be started after cooling to a cooling start temperature by water cooling or the like as necessary.

上記条件は、圧延開始温度、圧延温度、仕上圧延温度などが低めに維持されている点に特徴がある。これらを低めに維持することによって、既に析出しているAlN、TiN、及び再加熱によって新たに析出したAlNなどが再び固溶するのを抑制でき、TiCの析出の増大や、AlN、TiNの粗大化を防止できる。またCやNの再固溶を防止できるため、冷間鍛造時のひずみ時効を抑制できる。加えて圧延中のオーステナイト結晶粒を細かくできるため、フェライト粒の微細化並びに強度確保の点でも有用である。   The above conditions are characterized in that the rolling start temperature, rolling temperature, finish rolling temperature, etc. are kept low. By keeping these low, it is possible to suppress the precipitation of AlN, TiN that has already been precipitated, and newly precipitated AlN by reheating, thereby increasing the precipitation of TiC and the coarseness of AlN and TiN. Can be prevented. Moreover, since re-dissolution of C and N can be prevented, strain aging during cold forging can be suppressed. In addition, since the austenite grains during rolling can be made fine, it is also useful in terms of refining ferrite grains and securing strength.

また冷却速度も低めに設定されている点に特徴がある。冷却速度を遅くすることによってフェライト分率(面積率)を高めることができる。   Another feature is that the cooling rate is set low. The ferrite fraction (area ratio) can be increased by slowing the cooling rate.

なお上述の(1)析出物粒径、(2)フェライト面積率・粒度番号、(3)引張強さ・絞りの要件を全て満足させるためには前記製造条件で製造するのが望ましいが、いずれかの要件を外す場合には前記製造条件を適宜変更すればよい。また(4)炭素当量Ceq、理想臨界直径DI値が上記範囲を外れる場合にも、前記製造条件を適宜変更すればよい。   In order to satisfy all of the above requirements (1) precipitate particle size, (2) ferrite area ratio / particle size number, and (3) tensile strength / drawing, it is desirable to manufacture under the above-mentioned manufacturing conditions. When the requirement is removed, the manufacturing conditions may be changed as appropriate. In addition, (4) when the carbon equivalent Ceq and the ideal critical diameter DI value are out of the above ranges, the production conditions may be appropriately changed.

上記のようにして得られた本発明の鋼は、球状化焼鈍しなくても冷間鍛造性に優れており、しかもその後に肌焼(浸炭、浸炭窒化など)しても結晶粒の粗大化が抑制される。そのため、低コストで部品に加工できるにも拘わらず、部品の靭性、疲労強度、寸法精度などを高めるのに有用である。   The steel of the present invention obtained as described above is excellent in cold forgeability even without spheroidizing annealing, and even if it is subsequently case-hardened (carburizing, carbonitriding, etc.), the grains become coarse Is suppressed. Therefore, it is useful for increasing the toughness, fatigue strength, dimensional accuracy, etc. of a part, although it can be processed into a part at low cost.

本発明の鋼は、冷間鍛造及び肌焼きによって製造される部品、例えば、自動車などの機械類に使用される動力伝達部品(プーリ、ギア、シャフトなど)を製造するのに特に有用である。   The steel of the present invention is particularly useful for producing parts produced by cold forging and case hardening, for example, power transmission parts (pulleys, gears, shafts, etc.) used in machinery such as automobiles.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, but may be appropriately modified within a range that can meet the purpose described above and below. Of course, it is possible to implement them, and they are all included in the technical scope of the present invention.

実験例1
下記表1に示す成分の鋼を溶製し、分塊した後、下記表2に示す条件で制御圧延及び冷却することによって直径17mmの線材を得た。なお下記表2のうち、No.6についてはさらに球状化焼鈍(条件:温度760℃で7時間加熱した後、冷却速度15℃/hrで温度680℃まで冷却し、空冷)した。
Experimental example 1
After melting the steel of the component shown in the following Table 1 and dividing it, a wire rod having a diameter of 17 mm was obtained by controlled rolling and cooling under the conditions shown in the following Table 2. In Table 2 below, no. 6 was further subjected to spheroidizing annealing (condition: heating at a temperature of 760 ° C. for 7 hours, cooling to a temperature of 680 ° C. at a cooling rate of 15 ° C./hr, and air cooling).

得られた線材の組織及び析出物を以下のようにして測定した。   The structure and precipitates of the obtained wire were measured as follows.

[組織]
線材を切断し、横断面を研磨して鏡面仕上げした後、ナイタールで腐食し、光学顕微鏡を用いて観察した(倍率:100倍)。白いコントラストで観察される領域をフェライトとして面積率を測定した。前記断面から均等に選択した3視野分の平均値をフェライトの面積率(分率)とした。
[Organization]
The wire was cut, the cross section was polished and mirror finished, then corroded with nital, and observed using an optical microscope (magnification: 100 times). The area ratio was measured with the region observed with white contrast as ferrite. The average value of three fields of view selected evenly from the cross section was defined as the area ratio (fraction) of ferrite.

また前記断面のフェライト粒度番号をJIS G 0552に記載のフェライト結晶粒度試験法に基づいて測定した。なお前記断面から均等に選択した3視野分の平均値をフェライトの粒度番号とした。   Further, the ferrite grain size number of the cross section was measured based on the ferrite crystal grain size test method described in JIS G 0552. The average value for three fields of view selected evenly from the cross-section was used as the ferrite grain size number.

[析出物]
上記線材を切断、研磨した後、透過型電子顕微鏡(TEM)で0.5μm×0.5μm(0.25μm2)の視野を撮影した。得られた写真を画像処理し、TiN、AlNなどの析出物の個数とサイズを求めた。なお析出物のサイズは、析出物の面積を測定した後、同じ面積となる円の直径として求めた。前記断面から均等に選択した3視野分の平均値を析出物のサイズとした。
[Precipitate]
After cutting and polishing the wire, a field of view of 0.5 μm × 0.5 μm (0.25 μm 2 ) was photographed with a transmission electron microscope (TEM). The obtained photograph was subjected to image processing, and the number and size of precipitates such as TiN and AlN were determined. The size of the precipitate was determined as the diameter of a circle having the same area after measuring the area of the precipitate. The average value of three fields of view selected evenly from the cross section was taken as the size of the precipitate.

結果を表1〜2に示す。またNo.1(鋼A)、No.5(鋼E)、No.7(鋼F)、No.8(鋼G)、及びNo.9(鋼H)のTEM写真を図1〜5に示す。   The results are shown in Tables 1-2. No. 1 (steel A), No. 1 5 (Steel E), No. 5 7 (Steel F), No. 7 8 (steel G), and A TEM photograph of 9 (steel H) is shown in FIGS.

上記のようにして得られた線材の諸特性を以下のようにして調べた。   Various characteristics of the wire obtained as described above were examined as follows.

[引張特性]
上記線材の引張強さをJIS Z 2201に準拠して測定した。また、破断後の断面積から、絞り(RA)を算出した。
[Tensile properties]
The tensile strength of the wire was measured according to JIS Z 2201. In addition, an aperture (RA) was calculated from the cross-sectional area after fracture.

[冷間鍛造性]
上記線材を伸線して直径16.3mmとし、高さ24.5mmに切断して試験片を得た。
[Cold forgeability]
The wire was drawn to a diameter of 16.3 mm and cut to a height of 24.5 mm to obtain a test piece.

この試験片を高さ9.8mm(圧縮率=60%)まで圧縮し、変形抵抗を測定した。   The test piece was compressed to a height of 9.8 mm (compression rate = 60%), and the deformation resistance was measured.

また前記試験片を高さ4.9mm(圧縮率=80%)まで圧縮した。圧縮後の割れの発生の有無を目視で確認し、割れが発生している場合を低変形能、割れが発生していない場合を高変形能とした。   The test piece was compressed to a height of 4.9 mm (compression rate = 80%). The presence or absence of cracks after compression was visually confirmed, and the case where cracks occurred was defined as low deformability and the case where cracks did not occur was defined as high deformability.

[浸炭特性]
上記線材(直径17.0mm)を伸線して直径16.3mmとした後、さらに前方に3段の押し出し加工を行った。得られた加工品は、先端側から順に、直径4.7mm(線材からの減面率=70%)、直径6.0mm(線材からの減面率=50%)、直径7.1mm(線材からの減面率=30%)となっており、これと根元(直径16.3mm)を合わせると4段の段付き形状となっている。
[Carburization characteristics]
The wire (diameter: 17.0 mm) was drawn to a diameter of 16.3 mm, and further three steps of extrusion processing were performed ahead. The obtained processed product has a diameter of 4.7 mm (reduction rate from the wire = 70%), a diameter of 6.0 mm (reduction rate from the wire = 50%), a diameter of 7.1 mm (a wire) in order from the tip side. The area reduction ratio is 30%), and when this is combined with the root (diameter 16.3 mm), it has a four-stepped shape.

この加工品を温度900℃で3時間かけて浸炭した後、水冷した。先端部(直径4.7mm部)を切断し、断面を鏡面仕上げした後、ナイタールで腐食し、光学顕微鏡を用いて観察した(倍率:3.5倍)。結晶粒の粗大化した部分が紋状に確認できた場合を粗大化あり、確認できなかった場合を粗大化なしとした。   The processed product was carburized at a temperature of 900 ° C. for 3 hours and then cooled with water. The tip (4.7 mm in diameter) was cut and the cross section was mirror finished, then corroded with nital, and observed with an optical microscope (magnification: 3.5 times). When the coarsened portion of the crystal grain was confirmed as a pattern, it was regarded as coarse, and when it was not confirmed, it was regarded as no coarseness.

浸炭温度を925℃、950℃、975℃、1000℃、又は1025℃に変更して前記と同様の試験を行い、結晶粒の粗大化が確認されない最大の温度(GG抑制可能温度)を求めた。   The carburizing temperature was changed to 925 ° C., 950 ° C., 975 ° C., 1000 ° C., or 1025 ° C., and the same test as described above was performed, and the maximum temperature (GG suppression possible temperature) at which no coarsening of crystal grains was confirmed was obtained. .

結果を表3に示す。   The results are shown in Table 3.

No.6(鋼E)は、従来法に相当し、通常の条件で熱間圧延した後、球状化焼鈍してから加工する場合に相当する。このNo.6では、圧延条件等が不適切であるため、圧延後の結晶粒が粗大化している。No.5(鋼E)では、圧延温度を適切な範囲に制御して結晶粒を微細化しているものの、Alだけではピンニング効果が弱いために、耐粗粒化特性が不十分である。No.9(鋼H)、11(鋼J)も、No.5(鋼E)と同様、Tiが不足しているため50nm以下のTiN系介在物が不足しており、耐粗粒化特性が不十分である。No.10(鋼I)は、Tiが過剰となって微細TiCが析出するため、冷間鍛造時の変形抵抗が増大する。No.12(鋼K)ではTiは適切であるもののAlが不足しているため、微細なTiC等が析出してしまうためか、引張強さや変形抵抗が増大し、冷間鍛造性が不十分となる。No.8(鋼G)では、Ti、Al、Nなどのバランスが適切に制御されているにも拘わらず、Zrを含有しているために50nm以下のTiN系介在物が不足しており、耐粗粒化特性が不十分となっている。一方、No.7(鋼F)ではNbによって耐粗粒化特性を高めているものの、Nbは引張強さ、変形抵抗などを高め冷間鍛造性を低下させている。   No. 6 (steel E) corresponds to the conventional method, and corresponds to the case of hot rolling under normal conditions and then processing after spheroidizing annealing. This No. In No. 6, since the rolling conditions are inappropriate, the crystal grains after rolling are coarsened. No. In No. 5 (steel E), although the rolling temperature is controlled within an appropriate range to refine the crystal grains, Al alone alone has a poor pinning effect, so that the coarsening resistance is insufficient. No. No. 9 (steel H) and 11 (steel J) are also No. Similarly to No. 5 (steel E), Ti is insufficient, so TiN inclusions of 50 nm or less are insufficient, and the coarsening resistance is insufficient. No. No. 10 (steel I) has excessive Ti and precipitates fine TiC, which increases deformation resistance during cold forging. No. In 12 (steel K), although Ti is appropriate, Al is insufficient, so fine TiC or the like is precipitated, or tensile strength and deformation resistance increase, resulting in insufficient cold forgeability. . No. 8 (steel G) contains Zr, although the balance of Ti, Al, N, etc. is appropriately controlled, and therefore lacks TiN-based inclusions of 50 nm or less and is resistant to roughening. The granulation characteristics are insufficient. On the other hand, no. In No. 7 (steel F), Nb increases the coarse graining resistance, but Nb increases the tensile strength, deformation resistance, etc., and decreases the cold forgeability.

これらに対して、No.1〜4(鋼A〜D)は、適切な範囲でAl、Ti、Nのバランスがとれており、しかもNbやZrなどを含有していないため、冷間鍛造性と耐粗粒化特性を両立できている。   On the other hand, no. 1-4 (steel A to D) are balanced in the proper range of Al, Ti, N, and do not contain Nb, Zr, etc., so they have cold forgeability and resistance to coarsening. Both are compatible.

図1は実験例のNo.1(鋼A)の透過型電子顕微鏡写真(倍率:60000倍)である。FIG. 1 is a transmission electron micrograph of 1 (steel A) (magnification: 60000 times). 図2は実験例のNo.5(鋼E)の透過型電子顕微鏡写真(倍率:60000倍)である。FIG. 5 is a transmission electron micrograph of 5 (steel E) (magnification: 60000 times). 図3は実験例のNo.8(鋼G)の透過型電子顕微鏡写真(倍率:60000倍)である。FIG. 8 is a transmission electron micrograph of 8 (steel G) (magnification: 60000 times). 図4は実験例のNo.9(鋼H)の透過型電子顕微鏡写真(倍率:60000倍)である。FIG. 9 is a transmission electron micrograph (magnification: 60000 times) of 9 (steel H). 図5は実験例のNo.7(鋼F)の透過型電子顕微鏡写真(倍率:60000倍)である。FIG. 7 is a transmission electron micrograph (magnification: 60000 times) of 7 (steel F).

Claims (3)

C:0.05〜0.3%(質量%の意。以下同じ)、Si:0.01〜0.35%、Mn:0.2〜2%、P:0.001〜0.02%、S:0.001〜0.02%、Cr:0.01〜2%含有し、さらに
Ti:0.005〜0.02%、Al:0.020〜0.1%、N:0.005〜0.02%を含有し、
残部はFe及び不可避的不純物であり、
上記Ti、Al、及びNはさらに下記式(1)を満足し、
平均粒径5〜50nmの析出物を、0.25μm 2 当たり、13個以上含有し、平均粒径50nm超の析出物は、0.25μm 2 当たり、3個以下となっており、
フェライト面積率及びフェライトの結晶粒度番号を断面全体に亘って均等に測定したとき、フェライト面積率の平均値が50%以上であり、結晶粒度番号の平均値が9.0〜12.5番であり、
引張強さが400〜750N/mm 2 、絞りが60%以上であり、
下記式(2)で定義される炭素当量Ceqが0.7以下であるとともに、
下記式(3)で定義される理想臨界直径DI値が10以上であることを特徴とする冷間鍛造性及び肌焼処理時の耐粗粒化特性に優れた球状化焼鈍省略肌焼用鋼。
Al/(N−Ti/3.4)≧4 … (1)
Ceq=[C]+[Si]/7+[Mn]/5+[Cr]/9+[Mo]/2+[Ni]/6 … (2)
(式中、[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[Mo]、[Ni]は、それぞれ、C、Si、Mn、Cr、Mo、又はNiの含有量(質量%)を示す)
(式中、γGSはオーステナイト結晶粒度を意味し、その値は10とする。[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[Mo]、[Ni]は、それぞれ、C、Si、Mn、Cr、Mo、又はNiの含有量(質量%)を示す)
C: 0.05 to 0.3% (meaning mass%; the same applies hereinafter), Si: 0.01 to 0.35%, Mn: 0.2 to 2%, P: 0.001 to 0.02% , S: 0.001 to 0.02 %, Cr: 0.01 to 2%, Ti: 0.005 to 0.02%, Al: 0.020 to 0.1%, N: 0 0.005 to 0.02%,
The balance is Fe and inevitable impurities,
The Ti, Al, and N further satisfy the following formula (1) :
13 or more precipitates having an average particle diameter of 5 to 50 nm are contained per 0.25 μm 2 , and precipitates having an average particle diameter of more than 50 nm are 3 or less per 0.25 μm 2 ,
When the ferrite area ratio and the ferrite grain size number were measured uniformly over the entire cross section, the average ferrite area ratio was 50% or more, and the average grain size number was 9.0 to 12.5. Yes,
The tensile strength is 400 to 750 N / mm 2 , the aperture is 60% or more,
The carbon equivalent Ceq defined by the following formula (2) is 0.7 or less,
The ideal critical diameter DI value defined by the following formula (3) is 10 or more, and the steel for spheroidizing and omitting spheroidizing annealing, which has excellent cold forgeability and anti-roughening properties during case hardening treatment .
Al / (N-Ti / 3.4) ≧ 4 (1)
Ceq = [C] + [Si] / 7 + [Mn] / 5 + [Cr] / 9 + [Mo] / 2 + [Ni] / 6 (2)
(In the formula, [C], [Si], [Mn], [Cr], [Mo], [Ni] are the contents (mass%) of C, Si, Mn, Cr, Mo, or Ni, respectively. Indicate)
(In the formula, γGS means austenite grain size, and its value is 10. [C], [Si], [Mn], [Cr], [Mo], and [Ni] are C, Si, respectively. , Mn, Cr, Mo, or Ni content (% by mass))
更に、Ni:0.01〜2%および/またはMo:0.01〜0.5%を含有する請求項1に記載の球状化焼鈍省略肌焼用鋼。Furthermore, the steel for spheroidization-annealing skin hardening of Claim 1 containing Ni: 0.01-2% and / or Mo: 0.01-0.5%. 請求項1または2に示す化学成分を有する鋼塊、鋳片又は鋼片を、下記に示す条件で熱間圧延し、冷却することを特徴とする冷間鍛造性及び浸炭時の耐粗粒化特性に優れた肌焼用鋼の製造方法。
圧延開始温度:800〜950℃
圧延温度(仕上圧延を除く):780〜900℃
仕上圧延温度:750〜850℃
冷却開始温度:750〜800℃
温度750〜550℃の範囲の冷却速度:0.05〜0.3℃/秒
The steel ingot, cast slab or steel slab having the chemical composition shown in claim 1 or 2 is hot-rolled and cooled under the following conditions, and is cold forgeable and resistant to coarsening during carburizing. A method for producing case-hardening steel with excellent properties.
Rolling start temperature: 800-950 ° C
Rolling temperature (excluding finish rolling): 780-900 ° C
Finish rolling temperature: 750-850 ° C
Cooling start temperature: 750-800 ° C
Cooling rate in the temperature range of 750 to 550 ° C .: 0.05 to 0.3 ° C./second
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