JP4797673B2 - Hot forging method for non-tempered parts - Google Patents

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Description

本発明は、非調質部品の熱間鍛造方法に関する。詳しくは、被削性に優れるとともに高強度及び高靱性で、ハブやコンロッド等の自動車用非調質部品を製造するのに好適な、非調質部品の熱間鍛造方法に関する。更に詳しくは、フェライトとパーライトの混合組織からなる所謂「フェライト+パーライト」型の非調質鋼を用いて、低い製造コストで、上記の自動車用非調質部品に高強度及び高靱性を具備させることができる非調質部品の熱間鍛造方法に関する。   The present invention relates to a hot forging method for non-tempered parts. More specifically, the present invention relates to a hot forging method for non-tempered parts, which is excellent in machinability and has high strength and toughness and is suitable for manufacturing non-tempered parts for automobiles such as hubs and connecting rods. More specifically, by using a so-called “ferrite + pearlite” type non-heat treated steel composed of a mixed structure of ferrite and pearlite, the above-mentioned non-heat treated parts for automobiles have high strength and high toughness at a low manufacturing cost. The present invention relates to a hot forging method for non-tempered parts.

通常、ハブやコンロッド等の自動車部品は、素材鋼を熱間鍛造によって複雑な形状に成形した後、切削等の機械加工によって最終形状に仕上げられている。これらの自動車部品には、一般に、
(イ)高強度及び高靱性、
(ロ)良好な被削性、
(ハ)低い製造コスト、
が要求される。
Usually, automotive parts such as hubs and connecting rods are formed into a complex shape by hot forging and then finished into a final shape by machining such as cutting. These automotive parts generally include
(B) High strength and high toughness,
(B) Good machinability,
(C) Low manufacturing cost,
Is required.

なお、上記(イ)の高強度及び高靱性は、部品に調質処理、すなわち、焼入れ−焼戻しを施すことによって達成することができる。また、鋼はその鍛造温度を下げると、すなわち所謂「亜熱間鍛造」や「温間鍛造」と称される「制御鍛造」によっても(イ)の高強度及び高靱性を達成することができる。   The high strength and high toughness of the above (a) can be achieved by subjecting the part to a tempering treatment, that is, quenching-tempering. Further, (a) high strength and high toughness can be achieved by lowering the forging temperature of steel, that is, by “controlled forging” called “sub-hot forging” or “warm forging”. .

しかしながら、調質処理を行って高強度及び高靱性を確保する場合は、熱処理コストが嵩むため、上記(ハ)の低い製造コストという要求を満たすことができない。   However, when the tempering treatment is performed to ensure high strength and high toughness, the heat treatment cost increases, so that the requirement for the low production cost (C) cannot be satisfied.

また、「制御鍛造」によって高強度及び高靱性を確保する場合は、鍛造温度が低いため金型寿命の低下を招いて金型コストの上昇をきたすので、やはり、低い製造コストという要求を満たすことができない。一方、金型寿命の低下を抑制して金型コストが上昇しないようにするためには、「制御鍛造」される鋼に含有されるC、Si、MnやV等の量を少なくして変形抵抗を低下させることが有効である。しかしながら、この場合には、高い靱性を確保できるものの強度が低下してしまう。   In addition, when ensuring high strength and high toughness by “controlled forging”, the forging temperature is low, leading to a decrease in mold life and an increase in mold cost. I can't. On the other hand, in order to prevent the mold cost from rising by suppressing the decrease in the mold life, the amount of C, Si, Mn, V, etc. contained in the steel to be “controlled forged” is reduced and deformed. It is effective to reduce the resistance. However, in this case, although high toughness can be ensured, the strength decreases.

したがって、自動車部品を製造するに際し、(イ)の高強度及び高靱性の確保と(ハ)の低い製造コストという要求を両立させることは非常に困難である。   Therefore, when manufacturing automobile parts, it is very difficult to satisfy both requirements of (a) ensuring high strength and toughness and (c) low manufacturing cost.

このため、(ハ)の低い製造コストという要求を満たすために、金型寿命の低下が生じない比較的高い温度域で鍛造したままの状態で、(イ)の高強度及び高靱性、並びに(ロ)の良好な被削性の双方を確保できる技術に対する要求が大きく、特許文献1〜4に、所謂「フェライト+パーライト」型或いは「フェライト+パーライト+ベイナイト」型の非調質鋼やその製造方法が提案されている。   For this reason, in order to satisfy the requirement of low production cost of (C), the high strength and high toughness of (A) and ( B) There is a great demand for a technology capable of ensuring both good machinability, and Patent Documents 1 to 4 describe a so-called “ferrite + pearlite” type or “ferrite + pearlite + bainite” type non-heat treated steel and its manufacture. A method has been proposed.

特許文献1に、フェライト部の脱炭による疲労強度低下を防止するため、C量の低下による脱炭防止を行い、更に、V及びSiを含有させてフェライトを強化することで、面積率70%以上のフェライトを有し、かつ脱炭が懸念される1050℃以上の加熱においても脱炭防止を可能とした「疲労強度と靱性に優れた鍛造用非調質鋼およびその製造方法」が開示されている。   In Patent Document 1, in order to prevent a decrease in fatigue strength due to decarburization of the ferrite portion, decarburization is prevented by a decrease in the amount of C, and furthermore, by adding V and Si to strengthen the ferrite, the area ratio is 70%. “Non-tempered steel for forging excellent in fatigue strength and toughness and method for producing the same” has been disclosed that has the above ferrite and that can be prevented from decarburization even when heated at 1050 ° C. or higher where decarburization is a concern. ing.

特許文献2に、パーライトの微細化、Si及びNによる固溶強化、並びにVによる析出強化でフェライトを強化した、「高疲労強度を有する熱間鍛造非調質鋼および鍛造品の製造方法」が開示されている。   Patent Document 2 discloses a method for producing hot forged non-tempered steel having high fatigue strength and a forged product in which ferrite is strengthened by refinement of pearlite, solid solution strengthening by Si and N, and precipitation strengthening by V. It is disclosed.

特許文献3に、Tiの酸・窒化物及びMnS等の介在物の量及びサイズを制御することで、加熱時のオーステナイト粒の粗大化を抑制するとともに粒内フェライトの生成核を形成させ、組織の微細化を達成した「高強度高靱性非調質鋼部品の製造方法」が開示されている。   In Patent Literature 3, by controlling the amount and size of inclusions such as Ti oxy-nitride and MnS, it suppresses the coarsening of austenite grains during heating and forms intranuclear ferrite formation nuclei. Has disclosed a "method for producing a high-strength, high-toughness non-heat treated steel part".

特許文献4に、Ac1点からAc3点の温度域での鍛造、すなわち、温間鍛造によって微細なフェライト+パーライト組織を得る「高強度高靱性を有する非調質鋼部品の製造方法」が開示されている。 Patent Document 4 discloses a “method for producing a non-tempered steel part having high strength and high toughness” in which fine ferrite + pearlite structure is obtained by forging in a temperature range from Ac 1 point to Ac 3 point, that is, warm forging. It is disclosed.

特開平8−120398号公報JP-A-8-120398 特開平9−143610号公報JP-A-9-143610 特開平8−92687号公報JP-A-8-92687 特開平5−255739号公報JP-A-5-255739

前述の特許文献1で提案された技術は、Tiを含有していないので、加熱時にオーステナイトの粗粒化が起こり、鍛造後の冷却時に得られるフェライト+パーライト組織も粗大化してしまうため、必ずしも十分な靱性を確保することができない。更に、Siの含有量が0.35%以下と低いので、必ずしも十分な強度を得ることもできない。   Since the technique proposed in Patent Document 1 described above does not contain Ti, austenite coarsening occurs during heating, and the ferrite + pearlite structure obtained during cooling after forging also coarsens, which is not always sufficient. Toughness cannot be ensured. Furthermore, since the Si content is as low as 0.35% or less, sufficient strength cannot always be obtained.

特許文献2で提案された技術は、Siの含有量が0.01〜0.1%と低いため、必ずしも十分な強度を得ることができない。また、鍛造前の鋼材の加熱温度に上限が設けられていないことや、Tiの含有が必須でないことから、必ずしも良好な靱性を確保できない。   The technique proposed in Patent Document 2 cannot always obtain sufficient strength because the Si content is as low as 0.01 to 0.1%. Moreover, since the upper limit is not provided in the heating temperature of the steel materials before forging, and content of Ti is not essential, favorable toughness cannot necessarily be ensured.

特許文献3で提案された技術は、介在物平均粒径及び含有量を制御する必要、具体的には、0.1〜5μmの介在物を1×102〜1×106個/mm2に制御する必要があるので、溶鋼を鋳造するに際して、1500〜900℃における冷却速度を1℃/分以上に制御する必要があり、製造性の観点で問題がある。また、その「実施例」で具体的に開示された鋼のSi含有量は高々0.5%程度であることから、強度が低い。 In the technique proposed in Patent Document 3, it is necessary to control the average particle size and content of inclusions. Specifically, 0.1 to 5 μm of inclusions is 1 × 10 2 to 1 × 10 6 pieces / mm 2. Therefore, when casting molten steel, it is necessary to control the cooling rate at 1500 to 900 ° C. to 1 ° C./min or more, which is problematic in terms of manufacturability. Moreover, since the Si content of the steel specifically disclosed in the “Example” is about 0.5% at most, the strength is low.

特許文献4で提案された技術は、鍛造温度が低く、金型寿命の大きな低下を招いてしまうため、高い靱性が得られるものの製造コストが嵩んでしまう。   The technique proposed in Patent Document 4 has a low forging temperature and a great decrease in mold life, so that high toughness is obtained, but the manufacturing cost increases.

そこで、本発明の目的は、金型寿命の低下が生じない比較的高い温度域で鍛造したままの状態で、高強度及び高靱性、更には、良好な被削性も確保でき、ハブやコンロッド等の自動車用非調質部品を製造するのに好適な「非調質部品の熱間鍛造方法」を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to ensure high strength and high toughness, as well as good machinability, while being forged in a relatively high temperature range in which the life of the mold does not decrease. The present invention provides a “hot forging method for non-tempered parts” suitable for producing non-tempered parts for automobiles such as the above.

本発明者らは、非調質のままで高強度、高靱性及び良好な被削性を確保するために種々の検討を行った。その結果、先ず、下記(a)〜(d)の知見を得た。   The present inventors have made various studies in order to ensure high strength, high toughness, and good machinability while remaining untempered. As a result, first, the following findings (a) to (d) were obtained.

(a)「フェライト+パーライト」型非調質鋼の靱性は、「フェライト+パーライト+ベイナイト」型等の他の非調質鋼の靱性より優れている。   (A) The toughness of the “ferrite + pearlite” type non-tempered steel is superior to the toughness of other non-tempered steels such as the “ferrite + pearlite + bainite” type.

(b)一般に、Vは、窒化物や炭化物として析出する。V窒化物は、高温加熱時のオーステナイト粒成長を抑制するとともにフェライト+パーライト変態の際にフェライト生成核となって組織を微細化することで靱性を向上させる効果を有し、一方、V炭化物は鍛造後のフェライト+パーライト変態中にフェライト中に析出した場合、大きな強化作用を有する一方で、靱性の低下を招いてしまう。   (B) In general, V precipitates as nitrides or carbides. V nitride suppresses austenite grain growth during high-temperature heating and has the effect of improving toughness by forming a ferrite formation nucleus during the ferrite + pearlite transformation and refining the structure, while V carbide is When it precipitates in ferrite during forging ferrite + pearlite transformation, it has a great strengthening effect, but also causes a decrease in toughness.

(c)しかしながら、V炭化物は析出するマトリックス(基地)の組織によって、靱性への効果が異なる。V炭化物は、オーステナイト中に析出した場合には、フェライト中に析出した場合よりも、靱性の低下が小さい。したがって、V炭化物のオーステナイト中での析出を促進し、V炭化物とV窒化物の析出を適正化すれば、V炭化物による強化作用とV窒化物による靱性向上作用を両立させることができる。   (C) However, V carbides have different effects on toughness depending on the matrix (base) structure to be precipitated. When V carbide is precipitated in austenite, the decrease in toughness is smaller than when it is precipitated in ferrite. Therefore, if the precipitation of V carbide in austenite is promoted and the precipitation of V carbide and V nitride is optimized, the strengthening action by V carbide and the toughness improving action by V nitride can be made compatible.

(d)但し、V窒化物を大量に析出させてしまうと、炭化物の析出に必要なV量が少なくなるため、高温加熱時のオーステナイト粒成長を抑制する析出物を形成する元素として、Vに加えTiを用いるのがよい。   (D) However, if a large amount of V nitride is precipitated, the amount of V necessary for the precipitation of carbides is reduced. Therefore, V is an element that forms precipitates that suppress austenite grain growth during high-temperature heating. In addition, Ti should be used.

そこで、本発明者らは「フェライト+パーライト」型非調質鋼について更に検討を行った。その結果、下記(e)の知見を得た。   Accordingly, the present inventors have further studied the “ferrite + pearlite” type non-heat treated steel. As a result, the following knowledge (e) was obtained.

(e)V炭化物の析出及び固溶反応は、「V+C→VC」と「VC→V+C」の可逆反応で、その平衡常数[%C][%V]と温度t(K)との間には、Log[%C][%V]=(−9500/t)+6.72の実験式が成立することが知られているので、C及びVの含有量を適切な範囲とし、前記固溶温度直上で鍛造を行えば、その歪エネルギーによりV炭化物の析出が促進され、鍛造後の冷却過程のオーステナイト域でV炭化物が析出するのでV炭化物による靱性低下を抑制できる。   (E) Precipitation and solid solution reaction of V carbide is a reversible reaction of “V + C → VC” and “VC → V + C”, between the equilibrium constant [% C] [% V] and the temperature t (K). Since it is known that the empirical formula of Log [% C] [% V] = (− 9500 / t) +6.72 holds, the content of C and V is set within an appropriate range, and the solid solution If forging is performed immediately above the temperature, precipitation of V carbide is promoted by the strain energy, and V carbide is precipitated in the austenite region in the cooling process after forging, so that a decrease in toughness due to V carbide can be suppressed.

本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記(1)〜(3)に示す非調質部品の熱間鍛造方法にある。   This invention is completed based on said knowledge, The summary exists in the hot forging method of the non-tempered part shown to following (1)-(3).

(1)非調質部品の熱間鍛造方法であって、質量%で、C:0.15〜0.5%、Si:0.6〜1.0%、Mn:0.6〜1.5%、P:0.03%以下、S:0.03〜0.2%、N:0.008〜0.025%、Ti:0.003〜0.1%、V:0.1〜0.5%、Cr:0.2〜0.8%及びAl:0.002〜0.1%を含有し、残部はFe及び不純物からなり、[%C]/[%V]≧0.5を満たす鋼を、1100〜1250℃に加熱して(T+50)〜(T+100)℃の温度域で部品形状に鍛造した後、800〜500℃における冷却速度を0.2〜5.0℃/秒として冷却することを特徴とする非調質部品の熱間鍛造方法。但し、Tは下記の(1)式及び(2)式で計算される1000℃以下の温度(℃)を指す。
Log[%C][%V]=(−9500/t)+6.72・・・(1)、
T=t−273・・・(2)。
また、[%C]及び[%V]は、それぞれ、質量%での、鋼中のC及びVの含有量を指す。
(1) A hot forging method for non-tempered parts, in mass%, C: 0.15-0.5%, Si: 0.6-1.0%, Mn: 0.6-1. 5%, P: 0.03% or less, S: 0.03-0.2%, N: 0.008-0.025%, Ti: 0.003-0.1%, V: 0.1 0.5%, Cr: 0.2 to 0.8% and Al: 0.002 to 0.1%, with the balance being Fe and impurities, [% C] / [% V] ≧ 0. 5 was heated to 1100 to 1250 ° C. and forged into a part shape in the temperature range of (T + 50) to (T + 100) ° C., and then the cooling rate at 800 to 500 ° C. was 0.2 to 5.0 ° C. / A hot forging method for non-tempered parts, characterized by cooling in seconds. However, T points out the temperature (degreeC) below 1000 degreeC calculated by the following (1) Formula and (2) Formula.
Log [% C] [% V] = (− 9500 / t) +6.72 (1),
T = t-273 (2).
[% C] and [% V] refer to the contents of C and V in the steel in mass%, respectively.

(2)上記(1)に記載の鋼のFeの一部に代えて、Mo:0.7%以下、Nb:0.1%以下及びZr:0.01%以下の1種又は2種以上を含有する鋼を、1100〜1250℃に加熱して(T+50)〜(T+100)℃の温度域で部品形状に鍛造した後、800〜500℃における冷却速度を0.2〜5.0℃/秒として冷却することを特徴とする非調質部品の熱間鍛造方法。但し、Tは下記の(1)式及び(2)式で計算される1000℃以下の温度(℃)を指す。
Log[%C][%V]=(−9500/t)+6.72・・・(1)、
T=t−273・・・(2)。
また、[%C]及び[%V]は、それぞれ、質量%での、鋼中のC及びVの含有量を指す。
(2) Instead of a part of Fe of the steel described in (1) above, one or more of Mo: 0.7% or less, Nb: 0.1% or less, and Zr: 0.01% or less Is heated to 1100 to 1250 ° C. and forged into a part shape in a temperature range of (T + 50) to (T + 100) ° C., and then the cooling rate at 800 to 500 ° C. is 0.2 to 5.0 ° C. / A hot forging method for non-tempered parts, characterized by cooling in seconds. However, T points out the temperature (degreeC) below 1000 degreeC calculated by the following (1) Formula and (2) Formula.
Log [% C] [% V] = (− 9500 / t) +6.72 (1),
T = t-273 (2).
[% C] and [% V] refer to the contents of C and V in the steel in mass%, respectively.

(3)上記(1)又は(2)に記載の鋼のFeの一部に代えて、Pb:0.4%以下、Ca:0.01%以下、Bi:0.3%以下及びTe:0.1%以下の1種又は2種以上を含有する鋼を、1100〜1250℃に加熱して(T+50)〜(T+100)℃の温度域で部品形状に鍛造した後、800〜500℃における冷却速度を0.2〜5.0℃/秒として冷却することを特徴とする非調質部品の熱間鍛造方法。但し、Tは下記の(1)式及び(2)式で計算される1000℃以下の温度(℃)を指す。
Log[%C][%V]=(−9500/t)+6.72・・・(1)、
T=t−273・・・(2)。
また、[%C]及び[%V]は、それぞれ、質量%での、鋼中のC及びVの含有量を指す。
(3) Instead of a part of Fe of the steel described in (1) or (2) above, Pb: 0.4% or less, Ca: 0.01% or less, Bi: 0.3% or less, and Te: A steel containing one or more of 0.1% or less is heated to 1100 to 1250 ° C. and forged into a part shape in a temperature range of (T + 50) to (T + 100) ° C., and then at 800 to 500 ° C. A hot forging method for non-tempered parts, wherein the cooling is performed at a cooling rate of 0.2 to 5.0 ° C / second. However, T points out the temperature (degreeC) below 1000 degreeC calculated by the following (1) Formula and (2) Formula.
Log [% C] [% V] = (− 9500 / t) +6.72 (1),
T = t-273 (2).
[% C] and [% V] refer to the contents of C and V in the steel in mass%, respectively.

以下、上記 (1)〜(3)の非調質部品の熱間鍛造方法に係る発明を、それぞれ、「本発明(1)」〜「本発明(3)」という。また、総称して「本発明」ということがある。   Hereinafter, the inventions related to the hot forging method for non-tempered parts (1) to (3) are referred to as “present invention (1)” to “present invention (3)”, respectively. Also, it may be collectively referred to as “the present invention”.

本発明によれば、亜熱間鍛造ほど鍛造温度を低くせずとも、鋼組織の微細化を達成することができ、なおかつV炭化物による靱性低下を低減できるため、低い製造コストで、被削性に優れるとともに高強度及び高靱性を具備し、ハブやコンロッド等の自動車用非調質部品として好適な非調質部品を製造することができる。   According to the present invention, the refinement of the steel structure can be achieved without lowering the forging temperature as much as sub-hot forging, and the reduction in toughness due to V carbide can be reduced. It is possible to manufacture a non-tempered part that is excellent as a non-tempered part for automobiles, such as a hub and a connecting rod, and that has high strength and toughness.

以下、本発明の各要件について詳しく説明する。なお、化学成分の含有量の「%」は「質量%」を意味する。   Hereinafter, each requirement of the present invention will be described in detail. In addition, “%” of the content of the chemical component means “mass%”.

(A)鋼の化学組成:
C:0.15〜0.5%
Cは、鋼の強度と靱性に大きく影響を与える重要元素であり、その含有量が0.15%を下回ると、金型寿命の増加及び高靱性を得ることができるものの、高強度を得ることができない。一方、Cの含有量が0.5%を超えると、高強度を得ることはできるものの、金型寿命及び靱性の低下を招く。したがって、Cの含有量を0.15〜0.5%とした。なお、Cの含有量は、0.2〜0.4%とすることが好ましい。
(A) Chemical composition of steel:
C: 0.15-0.5%
C is an important element that greatly affects the strength and toughness of steel. If the content is less than 0.15%, an increase in mold life and high toughness can be obtained, but high strength is obtained. I can't. On the other hand, when the C content exceeds 0.5%, high strength can be obtained, but the mold life and toughness are reduced. Therefore, the content of C is set to 0.15 to 0.5%. In addition, it is preferable that content of C shall be 0.2 to 0.4%.

Si:0.6〜1.0%
Siは、フェライトを強化する作用及び脱酸作用を有する。しかしながら、含有量が少ないと効果が得られず、特にSiの含有量が0.6%未満の場合には、金型寿命を長くすることができるものの、所定の強度を得ることができない。一方、Siの含有量が1.0%を超えると、強度が大きくなって金型寿命の大幅な低下をきたす。したがって、Siの含有量を0.6〜1.0%とした。なお、Siの含有量は、0.6〜0.9%とすることが好ましい。
Si: 0.6 to 1.0%
Si has an action of strengthening ferrite and a deoxidizing action. However, if the content is small, the effect cannot be obtained. In particular, when the Si content is less than 0.6%, the mold life can be extended, but the predetermined strength cannot be obtained. On the other hand, if the Si content exceeds 1.0%, the strength increases and the mold life is significantly reduced. Therefore, the Si content is set to 0.6 to 1.0%. The Si content is preferably 0.6 to 0.9%.

Mn:0.6〜1.5%
Mnは、フェライトを強化する作用及びパーライトを微細にして靱性を向上させる作用を有する。また、Mnには硫化物を形成して被削性を高める作用もある。しかしながら、その含有量が0.6%を下回ると、十分な効果が得られない。一方、Mnの含有量が1.5%を超えると、強度が大きくなって金型寿命の低下を招くばかりか、被削性も却って低下する。更に、コストも高くなる。したがって、Mnの含有量を0.6〜1.5%とした。なお、Mnの含有量は、0.6〜1.4%とすることが好ましい。
Mn: 0.6 to 1.5%
Mn has an action of strengthening ferrite and an action of making pearlite fine and improving toughness. Mn also has the effect of improving the machinability by forming sulfides. However, if the content is less than 0.6%, a sufficient effect cannot be obtained. On the other hand, when the Mn content exceeds 1.5%, the strength increases and the mold life is reduced, and the machinability also decreases. Further, the cost is increased. Therefore, the Mn content is set to 0.6 to 1.5%. In addition, it is preferable that content of Mn shall be 0.6 to 1.4%.

P:0.03%以下
Pは、靱性を低下させ、特に、その含有量が0.03%を超えると、靱性の低下が著しくなる。したがって、Pの含有量を、0.03%以下とした。なお、Pの含有量は、少なければ少ないほどよい。
P: 0.03% or less P lowers toughness. In particular, when its content exceeds 0.03%, the toughness is significantly lowered. Therefore, the content of P is set to 0.03% or less. Note that the smaller the P content, the better.

S:0.03〜0.2%
Sは、Mnと結合してMnSを形成し、被削性を高める作用を有する。しかしながら、その含有量が0.03%未満では十分な効果が得られない。一方、Sの含有量が0.2%を超えると、靱性が低下するばかりか鍛造割れの原因になる。したがって、Sの含有量を、0.03〜0.2%とした。なお、Sの含有量は、0.04〜0.13%とすることが好ましい。
S: 0.03-0.2%
S combines with Mn to form MnS and has an effect of improving machinability. However, if the content is less than 0.03%, sufficient effects cannot be obtained. On the other hand, if the S content exceeds 0.2%, not only the toughness is lowered, but also forging cracks are caused. Therefore, the content of S is set to 0.03 to 0.2%. In addition, it is preferable that content of S shall be 0.04-0.13%.

N:0.008〜0.025%
Nは、Tiと結合してTiNを形成し、熱間鍛造時の加熱において、組織の粗大化を抑止するので、靱性向上に寄与する。また、Vと結合してVNを形成し、熱間鍛造時の加熱において、組織の粗大化を抑止するだけでなく、フェライトの生成核にもなるため、組織が微細化し、靱性向上に寄与する。しかしながら、その含有量が0.008%未満では前記の効果が得られない。一方、Nの含有量が0.025%を超えると、硬質のTiN及びVNが粗大かつ多量に生成するので、却って靱性の低下をきたすし、被削性も低下する。したがって、Nの含有量を、0.008〜0.025%とした。
N: 0.008 to 0.025%
N combines with Ti to form TiN, and suppresses coarsening of the structure during heating during hot forging, thus contributing to improved toughness. In addition, it forms VN by combining with V, and not only suppresses the coarsening of the structure during heating during hot forging, but also serves as a ferrite nucleation, thereby making the structure finer and contributing to improved toughness. . However, if the content is less than 0.008%, the above effect cannot be obtained. On the other hand, if the N content exceeds 0.025%, hard TiN and VN are coarsely produced in large quantities, so that the toughness is lowered and the machinability is also lowered. Therefore, the content of N is set to 0.008 to 0.025%.

Ti:0.003〜0.1%
Tiは、Nと結合してTiNを形成し、熱間鍛造時の加熱において、組織の粗大化を抑止するので、靱性向上に寄与する。しかしながら、その含有量が0.003%未満では前記作用に十分な効果が得られない。一方、Tiの含有量が0.1%を超えると、硬質のTiNが粗大かつ多量に生成するので、却って靱性の低下をきたすし、被削性も低下する。したがって、Tiの含有量を、0.003〜0.1%とした。なお、Tiの含有量は、0.003%以上0.08%未満とすることが好ましい。
Ti: 0.003-0.1%
Ti combines with N to form TiN and suppresses coarsening of the structure during heating during hot forging, thus contributing to improved toughness. However, if the content is less than 0.003%, a sufficient effect for the above action cannot be obtained. On the other hand, if the Ti content exceeds 0.1%, hard TiN is coarsely produced in a large amount, so that the toughness is lowered and the machinability is also lowered. Therefore, the content of Ti is set to 0.003 to 0.1%. The Ti content is preferably 0.003% or more and less than 0.08%.

V:0.1〜0.5%
Vは、本発明において極めて重要な元素である。すなわち、Vには、V炭化物を形成してフェライトを強化する作用及びV窒化物を形成して加熱時のオーステナイト粒の粗大化を防止する作用がある。しかしながら、その含有量が0.1%未満では、フェライトの強化が少なくなるため靱性は高くなるものの、高強度を得ることができない。一方、Vの含有量が0.5%を超えると、V炭化物が過剰に存在しフェライト強化が多くなりすぎて靱性の大きな低下を招く。また、被削性の低下及び金型寿命の悪化をきたす。したがって、Vの含有量を、0.1〜0.5%とした。なお、Vの含有量は、0.15〜0.33%とすることが好ましい。
V: 0.1-0.5%
V is an extremely important element in the present invention. That is, V has an effect of strengthening ferrite by forming V carbide and an effect of preventing coarsening of austenite grains during heating by forming V nitride. However, if the content is less than 0.1%, the strengthening of ferrite is reduced and the toughness is increased, but high strength cannot be obtained. On the other hand, if the V content exceeds 0.5%, V carbides are excessively present and the ferrite strengthening becomes excessive, resulting in a large decrease in toughness. In addition, the machinability is lowered and the mold life is deteriorated. Therefore, the content of V is set to 0.1 to 0.5%. In addition, it is preferable that content of V shall be 0.15-0.33%.

Cr:0.2〜0.8%
Crは、フェライトを強化する作用及びパーライトを微細にして靱性を向上させる作用を有する。しかしながら、その含有量が0.2%を下回ると、前記の効果が得られない。一方、Crの含有量が0.8%を超えると、強度が大きくなりすぎて靱性の低下をきたすし、金型寿命も悪化する。したがって、Crの含有量を、0.2〜0.8%とした。なお、Crの含有量は、0.3〜0.8%とすることが好ましい。
Cr: 0.2 to 0.8%
Cr has an action of strengthening ferrite and an action of making pearlite fine and improving toughness. However, if the content is less than 0.2%, the above effect cannot be obtained. On the other hand, if the Cr content exceeds 0.8%, the strength becomes too high, resulting in a decrease in toughness, and the mold life is also deteriorated. Therefore, the Cr content is set to 0.2 to 0.8%. In addition, it is preferable that content of Cr shall be 0.3-0.8%.

Al:0.002〜0.1%
Alは、鋼を脱酸するために必要な元素である。また、Alは、窒化物を形成してオーステナイトの粒成長を抑制し、靱性向上にも寄与する。しかしながら、Alの含有量が0.002%未満では前記作用に十分効果が得られない。一方、0.1%を超えてAlを含有させても前記の効果が飽和するばかりか、硬質な析出物が過剰に存在することとなって鍛造性の低下を招く。したがって、Alの含有量を、0.002〜0.1%とした。
Al: 0.002 to 0.1%
Al is an element necessary for deoxidizing steel. In addition, Al forms nitrides and suppresses austenite grain growth, contributing to improved toughness. However, if the Al content is less than 0.002%, the effect is not sufficiently obtained. On the other hand, even if Al is contained in an amount exceeding 0.1%, the above effect is saturated, and hard precipitates are excessively present, resulting in a decrease in forgeability. Therefore, the Al content is set to 0.002 to 0.1%.

[%C]/[%V]:0.5以上
C及びVの含有量を前記した範囲に調整し、しかも、[%C]/[%V]の値を0.5以上にすることによって高い靱性を得ることができる。すなわち、[%C]/[%V]の値が0.5未満ではV炭化物が過剰に存在し析出強化量が多くなりすぎるので、靱性の大きな低下を招く。したがって、[%C]/[%V]の値を0.5以上とした。なお、V炭化物の析出により強度上昇作用を効果的に得るには、[%C]/[%V]は5以下とするのが望ましい。
[% C] / [% V]: 0.5 or more By adjusting the content of C and V to the above-mentioned range, and further setting the value of [% C] / [% V] to 0.5 or more High toughness can be obtained. That is, if the value of [% C] / [% V] is less than 0.5, V carbides are excessively present and the precipitation strengthening amount is excessively increased, resulting in a large decrease in toughness. Therefore, the value of [% C] / [% V] is set to 0.5 or more. In order to effectively obtain the strength increasing action by precipitation of V carbide, [% C] / [% V] is preferably 5 or less.

上記の理由から、本発明(1)の目的物である非調質部品の素材鋼の化学組成を、上述した範囲のCからAlまでの元素を含有し、残部はFe及び不純物からなり、[%C]/[%V]≧0.5を満たすことと規定した。   For the above reasons, the chemical composition of the material steel of the non-tempered part, which is the object of the present invention (1), contains elements from C to Al in the above-mentioned range, and the balance consists of Fe and impurities. % C] / [% V] ≧ 0.5.

なお、本発明の目的物である非調質部品の素材鋼には、必要に応じて、Feの一部に代えて、
第1群:Mo:0.7%以下、Nb:0.1%以下及びZr:0.01%以下、
第2群:Pb:0.4%以下、Ca:0.01%以下、Bi:0.3%以下及びTe:0.1%以下、
の少なくとも1つの群の元素のうち1種以上を含有させることができる。すなわち、前記第1群と第2群の少なくとも1つの群の元素のうち1種以上を、Feの一部に代えて、任意添加元素として含有させてもよい。
In addition, in the material steel of the non-tempered part which is the object of the present invention, if necessary, instead of a part of Fe,
First group: Mo: 0.7% or less, Nb: 0.1% or less and Zr: 0.01% or less,
Second group: Pb: 0.4% or less, Ca: 0.01% or less, Bi: 0.3% or less and Te: 0.1% or less,
One or more of at least one group of elements can be contained. That is, one or more elements of at least one of the first group and the second group may be contained as an optional additive element instead of a part of Fe.

以下、上記の任意添加元素に関して説明する。   Hereinafter, the above optional additive elements will be described.

第1群:Mo:0.7%以下、Nb:0.1%以下及びZr:0.01%以下
Moは、析出強化によって強度を高める作用を有する。その含有量が0.01%以上で前記の効果が顕著となる。一方、Moの含有量が0.7%を超えると、強度が大きくなりすぎて靱性の低下をきたすし、被削性も低下する。したがって、Moを含有させる場合の含有量を0.7%以下とした。なお、Moの含有量は、0.01〜0.7%とすることが好ましく、0.05〜0.2%とすることがより好ましい。
First group: Mo: 0.7% or less, Nb: 0.1% or less, and Zr: 0.01% or less Mo has an effect of increasing strength by precipitation strengthening. The effect becomes remarkable when the content is 0.01% or more. On the other hand, if the Mo content exceeds 0.7%, the strength becomes too high, resulting in a decrease in toughness and machinability. Therefore, the content when Mo is contained is set to 0.7% or less. Note that the Mo content is preferably 0.01 to 0.7%, and more preferably 0.05 to 0.2%.

Nbは、析出強化によって強度を高める作用を有する。その含有量が0.001%以上で前記の効果が顕著となる。一方、Nbの含有量が0.1%を超えると、強度が大きくなりすぎて靱性の低下をきたし、更に、被削性も低下する。したがって、Nbを含有させる場合の含有量を0.1%以下とした。なお、Nbの含有量は、0.001〜0.1%とすることが好ましく、0.005〜0.05%とすることがより好ましい。   Nb has the effect of increasing strength by precipitation strengthening. When the content is 0.001% or more, the above effect becomes remarkable. On the other hand, when the content of Nb exceeds 0.1%, the strength becomes too large, resulting in a decrease in toughness, and further, the machinability is also decreased. Therefore, the content when Nb is contained is set to 0.1% or less. The Nb content is preferably 0.001 to 0.1%, and more preferably 0.005 to 0.05%.

Zrは、析出強化によって強度を高める作用を有する。その含有量が0.001%以上で前記の効果が顕著となる。一方、Zrの含有量が0.01%を超えると、強度が大きくなりすぎて靱性の低下をきたすし、被削性も低下する。したがって、Zrを含有させる場合の含有量を0.01%以下とした。なお、Zrの含有量は、0.001〜0.01%とすることが好ましく、0.001〜0.005%とすることがより好ましい。   Zr has the effect of increasing strength by precipitation strengthening. When the content is 0.001% or more, the above effect becomes remarkable. On the other hand, if the content of Zr exceeds 0.01%, the strength becomes too high, resulting in a decrease in toughness and a machinability. Therefore, the content when Zr is contained is set to 0.01% or less. Note that the Zr content is preferably 0.001 to 0.01%, and more preferably 0.001 to 0.005%.

なお、上記のMo、Nb及びZrは、そのうちのいずれか1種のみ、又は2種以上の複合で含有することができる。   In addition, said Mo, Nb, and Zr can contain only any 1 type in them, or 2 or more types of composites.

第2群:Pb:0.4%以下、Ca:0.01%以下、Bi:0.3%以下及びTe:0.1%以下
Pbは、被削性を高める作用がある。その含有量が0.01%以上で前記の効果が顕著となる。一方、Pbの含有量が0.4%を超えると、熱間加工性の劣化をもたらし、熱間鍛造時に割れの発生を招く。したがって、Pbを含有させる場合の含有量を0.4%以下とした。なお、Pbの含有量は、0.01〜0.4%とすることが好ましい。
Second group: Pb: 0.4% or less, Ca: 0.01% or less, Bi: 0.3% or less, and Te: 0.1% or less Pb has an effect of improving machinability. The effect becomes remarkable when the content is 0.01% or more. On the other hand, if the Pb content exceeds 0.4%, the hot workability is deteriorated, and cracks are generated during hot forging. Therefore, the content when Pb is contained is set to 0.4% or less. In addition, it is preferable that content of Pb shall be 0.01 to 0.4%.

Caは、被削性を高める作用がある。その含有量が0.0002%以上で前記の効果が顕著となる。一方、Caの含有量が0.01%を超えると、熱間鍛造割れの原因となる。したがって、Caを含有させる場合の含有量を0.01%以下とした。なお、Caの含有量は、0.0002〜0.01%とすることが好ましい。   Ca has the effect | action which improves machinability. The said effect becomes remarkable when the content is 0.0002% or more. On the other hand, if the Ca content exceeds 0.01%, hot forging cracks are caused. Therefore, the content when Ca is contained is set to 0.01% or less. The Ca content is preferably 0.0002 to 0.01%.

Biは、被削性を高める作用がある。その含有量が0.01%以上で前記の効果が顕著となる。一方、Biの含有量が0.3%を超えると、熱間加工性の劣化をもたらし、熱間鍛造時に割れの発生を招く。したがって、Biを含有させる場合の含有量を0.3%以下とした。なお、Biの含有量は、0.01〜0.3%とすることが好ましい。   Bi has an effect of improving machinability. The effect becomes remarkable when the content is 0.01% or more. On the other hand, if the Bi content exceeds 0.3%, the hot workability is deteriorated and cracking occurs during hot forging. Therefore, the content when Bi is contained is set to 0.3% or less. The Bi content is preferably 0.01 to 0.3%.

Teは、被削性を高める作用がある。その含有量が0.002%以上で前記の効果が顕著となる。一方、Teの含有量が0.1%を超えると、熱間加工性の劣化をもたらし、熱間鍛造時に割れの発生を招く。したがって、Teを含有させる場合の含有量を0.1%以下とした。なお、Teの含有量は、0.002〜0.1%とすることが好ましい。   Te has the effect | action which improves machinability. When the content is 0.002% or more, the above effect becomes remarkable. On the other hand, when the content of Te exceeds 0.1%, the hot workability is deteriorated, and cracks are generated during hot forging. Therefore, the content when Te is contained is set to 0.1% or less. The Te content is preferably 0.002 to 0.1%.

なお、上記のPb、Ca、Bi及びTeは、そのうちのいずれか1種のみ、又は2種以上の複合で含有することができる。   In addition, said Pb, Ca, Bi, and Te can be contained only in one of them, or 2 or more types of composites.

上記の理由から、本発明(2)の目的物である非調質部品の素材鋼の化学組成を、本発明(1)の目的物である非調質部品の素材鋼のFeの一部に代えて、Mo:0.7%以下、Nb:0.1%以下及びZr:0.01%以下の1種又は2種以上を含有することと規定した。   For the above reasons, the chemical composition of the material steel of the non-heat treated part which is the object of the present invention (2) is part of the Fe of the material steel of the non-heat treated part which is the object of the present invention (1). Instead, it was specified to contain one or more of Mo: 0.7% or less, Nb: 0.1% or less, and Zr: 0.01% or less.

また、本発明(3)の目的物である非調質部品の素材鋼の化学組成を、本発明(1)又は本発明(2)の目的物である非調質部品の素材鋼のFeの一部に代えて、Pb:0.4%以下、Ca:0.01%以下、Bi:0.3%以下及びTe:0.1%以下の1種又は2種以上を含有することと規定した。   Further, the chemical composition of the material steel of the non-heat treated part which is the object of the present invention (3) is the same as that of Fe of the material steel of the unheated part which is the object of the present invention (1) or the present invention (2). Instead of part, it is specified that Pb: 0.4% or less, Ca: 0.01% or less, Bi: 0.3% or less, and Te: 0.1% or less are contained. did.

(B)熱間鍛造:
本発明においては、[%C]及び[%V]を、それぞれ、質量%での、鋼中のC及びVの含有量、Tを既に述べた下記の(1)式及び(2)式で計算される1000℃以下の温度(℃)として、前記(A)項で述べた化学組成を有する鋼を、1100〜1250℃に加熱して(T+50)〜(T+100)℃の温度域で部品形状に鍛造した後、800〜500℃における冷却速度を0.2〜5.0℃/秒として冷却する必要がある。
Log[%C][%V]=(−9500/t)+6.72・・・(1)、
T=t−273・・・(2)。
(B) Hot forging:
In the present invention, [% C] and [% V] are respectively the contents of C and V in the steel in mass%, and T is the following formulas (1) and (2) already described. The steel having the chemical composition described in the above section (A) is heated to 1100 to 1250 ° C. as the calculated temperature (° C.) of 1000 ° C. or less, and the part shape in the temperature range of (T + 50) to (T + 100) ° C. It is necessary to cool at a cooling rate of 800 to 500 ° C. at 0.2 to 5.0 ° C./second after forging.
Log [% C] [% V] = (− 9500 / t) +6.72 (1),
T = t-273 (2).

先ず、加熱温度が1100℃を下回ると、V炭化物の固溶が不十分となって、鍛造後の冷却中に析出するV炭化物の量が少なくなるので、所定の強度を得ることができない。また、未固溶のV炭化物は、鍛造後得られる鍛造品の強化にはあまり寄与しないが、V炭化物自体が硬質なため、鍛造時に存在すると鍛造時の変形抵抗が上昇し、金型寿命の低下を招く。したがって、熱間鍛造の際には金型寿命の低下が生じる。一方、加熱温度が1250℃を上回ると、オーステナイト粒が著しく粗大化して、靱性の低下をきたす。   First, when the heating temperature is lower than 1100 ° C., the solid solution of V carbide becomes insufficient, and the amount of V carbide precipitated during cooling after forging decreases, so that a predetermined strength cannot be obtained. Moreover, undissolved V carbide does not contribute much to strengthening of the forged product obtained after forging. However, since V carbide itself is hard, if it exists at the time of forging, the deformation resistance at the time of forging increases, and the life of the mold is reduced. Incurs a decline. Therefore, the die life is reduced during hot forging. On the other hand, when the heating temperature exceeds 1250 ° C., the austenite grains become extremely coarse and the toughness is reduced.

また、部品形状への鍛造温度が(T+50)℃を下回ると、高靱性を得ることができるものの、変形抵抗が大きくなるので金型寿命の大きな低下を招いてしまう。一方、部品形状への鍛造温度が(T+100)℃を超えると、変形抵抗が小さくなるので金型寿命は向上するものの、鍛造時の歪エネルギーが開放されてしまい、V炭化物はフェライト域で析出するため靱性の低下を招いてしまう。   Further, if the forging temperature to the part shape is lower than (T + 50) ° C., high toughness can be obtained, but the deformation resistance is increased, so that the die life is greatly reduced. On the other hand, when the forging temperature to the part shape exceeds (T + 100) ° C., the deformation resistance becomes small and the mold life is improved, but the strain energy during forging is released, and V carbide precipitates in the ferrite region. Therefore, the toughness is reduced.

更に、鍛造後、800〜500℃における冷却速度が0.2℃/秒を下回ると、組織及びV炭化物が粗大化するので、強度及び靱性の両者が低下する。一方、鍛造後、800〜500℃における冷却速度が5.0℃/秒を上回ると、硬質なマルテンサイトやベイナイトが生成して、靱性及び被削性の低下や焼割れ等の問題が発生する場合がある。   Further, if the cooling rate at 800 to 500 ° C. is less than 0.2 ° C./second after forging, the structure and V carbides are coarsened, so both strength and toughness are reduced. On the other hand, if the cooling rate at 800 to 500 ° C. exceeds 5.0 ° C./second after forging, hard martensite and bainite are generated, and problems such as deterioration of toughness and machinability and fire cracking occur. There is a case.

なお、前記Tが1000℃を上回ると、V炭化物量が過剰となり、析出強化量が多くなりすぎるので、靱性及び金型寿命が大きく低下する。   When T exceeds 1000 ° C., the amount of V carbide is excessive and the precipitation strengthening amount is excessively increased, so that the toughness and the mold life are greatly reduced.

したがって、本発明においては、前記(A)項で述べた化学組成を有する鋼を、1100〜1250℃に加熱して(T+50)〜(T+100)℃の温度域で部品形状に鍛造した後、800〜500℃における冷却速度を0.2〜5.0℃/秒として冷却することと規定した。   Therefore, in the present invention, the steel having the chemical composition described in the section (A) is heated to 1100 to 1250 ° C. and forged into a part shape in the temperature range of (T + 50) to (T + 100) ° C., and then 800 It was specified that the cooling rate at ˜500 ° C. was 0.2 to 5.0 ° C./second.

前記(A)項で述べた化学組成を有する鋼を、上述した条件で熱間鍛造すれば、「フェライト+パーライト」型の非調質部品を得ることができる。   If the steel having the chemical composition described in the section (A) is hot-forged under the above-described conditions, a “ferrite + pearlite” type non-tempered part can be obtained.

なお、部品形状に鍛造した後、800〜500℃における冷却速度は0.3〜3.0℃/秒とすることが好ましい。但し、500℃を下回る温度域での冷却条件は特に規定する必要はないので、例えば、大気中で放冷してもよい。   In addition, after forging into a part shape, it is preferable that the cooling rate in 800-500 degreeC shall be 0.3-3.0 degree-C / sec. However, the cooling conditions in the temperature range below 500 ° C. need not be specified, and may be cooled in the atmosphere, for example.

前記Tの下限は、Cの含有量が0.15%でVの含有量が0.5%の場合の839℃である。   The lower limit of the T is 839 ° C. when the C content is 0.15% and the V content is 0.5%.

以下、実施例により本発明を更に詳しく説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

表1に示す化学組成を有する鋼1〜21を真空炉溶製して150kg鋼塊を作製した。   Steels 1 to 21 having the chemical composition shown in Table 1 were melted in a vacuum furnace to produce a 150 kg steel ingot.

表1中の鋼1〜13及び鋼19は、化学組成が本発明で規定する範囲内にある鋼である。一方、鋼14〜18、鋼20及び鋼21は、化学組成が本発明で規定する条件から外れた比較例の鋼である。比較例の鋼のうちで、鋼21は汎用的なV添加の従来の「フェライト+パーライト」型非調質鋼の一例として用いた鋼である。   Steels 1 to 13 and Steel 19 in Table 1 are steels whose chemical compositions are within the range defined by the present invention. On the other hand, Steels 14 to 18, Steel 20 and Steel 21 are steels of comparative examples whose chemical compositions deviate from the conditions defined in the present invention. Among the steels of the comparative examples, the steel 21 is a steel used as an example of a conventional “ferrite + pearlite” type non-tempered steel with general V addition.

なお、表1には、前記(1)式及び(2)式で計算されるTの値も併記した。   In Table 1, the value of T calculated by the above equations (1) and (2) is also shown.

Figure 0004797673
Figure 0004797673

このようにして得た鋼塊を、1100〜1200℃に加熱した後、直径60mmの丸棒に熱間鍛造し、更に、これをピーリング加工して直径45mmで長さ110mmの丸棒とした。なお、熱間鍛造後の冷却は大気中での放冷とした。   The steel ingot thus obtained was heated to 1100 to 1200 ° C., then hot forged into a round bar having a diameter of 60 mm, and further peeled to obtain a round bar having a diameter of 45 mm and a length of 110 mm. The cooling after hot forging was allowed to cool in the atmosphere.

次いで、上記の直径45mmで長さ110mmの丸棒を、1250℃で50分加熱し、表2に示す温度まで降温させてから熱間プレス鍛造して厚さ15mmの鍛造品に仕上げた。なお、上記の熱間プレス鍛造は10/秒の歪速度で行い、プレス鍛造後は800〜500℃における冷却速度を0.5℃/秒に制御し、500℃を下回る温度域は大気中での放冷とした。   Next, the round bar having a diameter of 45 mm and a length of 110 mm was heated at 1250 ° C. for 50 minutes, and the temperature was lowered to the temperature shown in Table 2, followed by hot press forging to finish a forged product having a thickness of 15 mm. The hot press forging is performed at a strain rate of 10 / sec. After the press forging, the cooling rate at 800 to 500 ° C. is controlled to 0.5 ° C./sec, and the temperature range below 500 ° C. is in the atmosphere. Was allowed to cool.

なお、表2における鋼21の熱間プレス鍛造条件としての1100℃という鍛造温度は、一般に熱間鍛造温度として採用されているものである。   The forging temperature of 1100 ° C. as the hot press forging condition for steel 21 in Table 2 is generally adopted as the hot forging temperature.

表2には、前記(1)式及び(2)式で計算されるTの値も併記した。   Table 2 also shows the value of T calculated by the equations (1) and (2).

Figure 0004797673
Figure 0004797673

上記のようにして得た厚さ15mmの鍛造品から、各種試験片を切り出し、引張試験、シャルピー衝撃試験及び被削性試験を行った。   Various test pieces were cut out from the forged product having a thickness of 15 mm obtained as described above, and subjected to a tensile test, a Charpy impact test, and a machinability test.

引張試験は、上記厚さ15mmの鍛造品の厚さ方向1/2で幅方向1/4の位置から、JIS Z 2201(1998)に規定される14A号試験片(但し、平行部直径:7mm)を採取し、標点距離を35mmとして室温で実施し、引張強度(MPa)を求めた。   The tensile test was performed using a 14A test piece defined in JIS Z 2201 (1998) from the position of 1/4 in the width direction and 1/4 in the width direction of the forged product having a thickness of 15 mm (however, the diameter of the parallel part: 7 mm). ) Was taken, and the gauge distance was set to 35 mm.

シャルピー衝撃試験は、上記厚さ15mmの鍛造品の厚さ方向1/2で幅方向1/4の位置から、JIS Z 2202(1998)に規定される幅10mmのUノッチ試験片を採取し、室温で実施して衝撃値(J/cm2)を求めた。 In the Charpy impact test, a U-notch test piece having a width of 10 mm as defined in JIS Z 2202 (1998) was taken from a position in the thickness direction 1/2 and width direction 1/4 of the forged product having a thickness of 15 mm. The impact value (J / cm 2 ) was determined at room temperature.

被削性試験は、厚さ15mmの鍛造品の厚さ方向に、材質がSKH51でドリル径が7mmのストレートシャンクドリルを用いて下記の条件で表面より深さ10mmの穴を30個あけ、ドリルのコーナー摩耗量を測定して、被削性を評価した。   The machinability test was performed by drilling 30 holes 10mm deep from the surface under the following conditions using a straight shank drill with a material of SKH51 and a drill diameter of 7mm in the thickness direction of a forged product with a thickness of 15mm. The amount of corner wear was measured to evaluate machinability.

・回転数:600rpm、
・送り速度:0.15mm/rev.、
・潤滑:湿式(水溶性潤滑油剤を使用)。
・ Rotation speed: 600 rpm,
-Feed rate: 0.15 mm / rev. ,
・ Lubrication: Wet (uses water-soluble lubricant).

また、表1に示す鋼1〜21の成分の鋼塊を1100〜1200℃に加熱し、直径60mmに熱間鍛造した後、ピーリング加工にて直径30mmで長さが70mmの丸棒を作製した。この丸棒を1250℃で50分加熱し、表2に示す温度まで降温させてから10/秒の歪速度で厚さ10mmの鍛造品に熱間プレス鍛造した際の変形荷重(トン)を測定した。なお、前述のとおり、鋼21の熱間プレス鍛造条件における1100℃という鍛造温度は、一般に熱間鍛造温度として採用されているものである。   Moreover, after heating the steel ingot of the component of the steel 1-21 shown in Table 1 to 1100-1200 degreeC and hot forging to a diameter of 60 mm, 30 mm in diameter and 70 mm in length were produced by peeling processing. . This round bar was heated at 1250 ° C. for 50 minutes, and after the temperature was lowered to the temperature shown in Table 2, the deformation load (ton) when hot forging into a 10 mm thick forged product at a strain rate of 10 / second was measured. did. As described above, the forging temperature of 1100 ° C. in the hot press forging conditions of the steel 21 is generally adopted as the hot forging temperature.

表2に、上記の各試験結果(TS(引張強度)、衝撃値、ドリルのコーナー摩耗量及び変形荷重)を併せて示した。   Table 2 also shows the above test results (TS (tensile strength), impact value, drill corner wear amount and deformation load).

なお、前記単位でのTS、衝撃値及び変形荷重から計算した「(TS×衝撃値)/変形荷重」の値は、「機械的性質とコストとのバランス」を示す指標となり、この値が大きいほど「機械的性質とコストとのバランス」が優れている。このため、表2には、「(TS×衝撃値)/変形荷重」の値も併記した。   The value of “(TS × impact value) / deformation load” calculated from the TS, impact value, and deformation load in the above unit is an index indicating “balance between mechanical properties and cost”, and this value is large. The “balance between mechanical properties and cost” is better. For this reason, the value of “(TS × impact value) / deformation load” is also shown in Table 2.

なお、試験番号21における鋼21の上記各特性値を評価の基準とした。   In addition, each said characteristic value of the steel 21 in the test number 21 was made into the reference | standard of evaluation.

表2から、本発明(1)〜(3)で規定する条件を満たす場合、TS、衝撃値、ドリルのコーナー摩耗量及び「機械的性質とコストとのバランス」を示す指標である「(TS×衝撃値)/変形荷重」の値は、いずれも、評価基準値である試験番号21を上回っていることが明らかである(試験番号1〜13)。   From Table 2, when the conditions specified in the present inventions (1) to (3) are satisfied, TS, impact value, drill corner wear amount, and an index indicating “balance between mechanical properties and cost” “(TS It is clear that the value of “x impact value) / deformation load” exceeds the test number 21 that is the evaluation reference value (test numbers 1 to 13).

これに対して、被鍛造材である鋼の化学組成が本発明で規定する範囲内にあり、しかも、前記の(1)式及び(2)式で計算される温度Tが1000℃以下であっても、熱間プレスでの鍛造温度が本発明で規定する条件から外れる場合には、「機械的性質とコストとのバランス」を示す指標である「(TS×衝撃値)/変形荷重」の値は低く、更に、TSや靱性(衝撃値)が低いこともあることが明らかである(試験番号22〜29)。   On the other hand, the chemical composition of the steel to be forged is within the range specified by the present invention, and the temperature T calculated by the above equations (1) and (2) is 1000 ° C. or less. However, when the forging temperature in the hot press deviates from the conditions specified in the present invention, “(TS × impact value) / deformation load” which is an index indicating “balance between mechanical properties and cost”. It is clear that the value is low, and further TS and toughness (impact value) may be low (test numbers 22 to 29).

また、被鍛造材の化学組成が本発明で規定する範囲内にあっても、鋼19の場合は、前記の(1)式及び(2)式で計算される温度Tが1000℃を超える。このため、試験番号19、試験番号34及び試験番号35の場合の靱性(衝撃値)及び「(TS×衝撃値)/変形荷重」の値は低い。   Even if the chemical composition of the material to be forged is within the range specified by the present invention, in the case of steel 19, the temperature T calculated by the above formulas (1) and (2) exceeds 1000 ° C. Therefore, the values of toughness (impact value) and “(TS × impact value) / deformation load” in Test No. 19, Test No. 34, and Test No. 35 are low.

なお、被鍛造材である鋼の化学組成が本発明で規定する範囲から外れた場合には、熱間プレスでの鍛造温度に関係なく「機械的性質とコストとのバランス」を示す指標である「(TS×衝撃値)/変形荷重」の値は低く、しかも、TS、靱性(衝撃値)及びドリルのコーナー摩耗量の少なくとも1つの特性において劣っていることが明らかである(試験番号14〜18、試験番号20、試験番号21及び試験番号30〜33)。   In addition, when the chemical composition of the steel to be forged is out of the range specified in the present invention, it is an index indicating "balance between mechanical properties and cost" regardless of the forging temperature in the hot press. It is apparent that the value of “(TS × impact value) / deformation load” is low and inferior in at least one characteristic of TS, toughness (impact value) and corner wear amount of the drill (test numbers 14 to 18, test number 20, test number 21, and test numbers 30-33).

本発明によれば、亜熱間鍛造よりは高温ながら熱間鍛造時の鍛造温度を通常より下げることにより、鋼組織の微細化及びV炭化物による靱性低下の低減が可能となるため、低い製造コストで、被削性に優れるとともに高強度及び高靱性を具備し、ハブやコンロッド等の自動車用非調質部品として好適な非調質部品を製造することができる。
According to the present invention, since the forging temperature during hot forging is lower than usual while being higher than sub-hot forging, the steel structure can be refined and the toughness reduction due to V carbide can be reduced. Thus, it is possible to produce a non-heat treated part that is excellent in machinability, has high strength and high toughness, and is suitable as a non-heat treated part for automobiles such as a hub and a connecting rod.

Claims (3)

非調質部品の熱間鍛造方法であって、質量%で、C:0.15〜0.5%、Si:0.6〜1.0%、Mn:0.6〜1.5%、P:0.03%以下、S:0.03〜0.2%、N:0.008〜0.025%、Ti:0.003〜0.1%、V:0.1〜0.5%、Cr:0.2〜0.8%及びAl:0.002〜0.1%を含有し、残部はFe及び不純物からなり、[%C]/[%V]≧0.5を満たす鋼を、1100〜1250℃に加熱して(T+50)〜(T+100)℃の温度域で部品形状に鍛造した後、800〜500℃における冷却速度を0.2〜5.0℃/秒として冷却することを特徴とする非調質部品の熱間鍛造方法。
但し、Tは下記の(1)式及び(2)式で計算される1000℃以下の温度(℃)を指す。
Log[%C][%V]=(−9500/t)+6.72・・・(1)
T=t−273・・・(2)
また、[%C]及び[%V]は、それぞれ、質量%での、鋼中のC及びVの含有量を指す。
It is a hot forging method for non-tempered parts, in mass%, C: 0.15 to 0.5%, Si: 0.6 to 1.0%, Mn: 0.6 to 1.5%, P: 0.03% or less, S: 0.03-0.2%, N: 0.008-0.025%, Ti: 0.003-0.1%, V: 0.1-0.5 %, Cr: 0.2 to 0.8% and Al: 0.002 to 0.1%, the balance is made of Fe and impurities, and satisfies [% C] / [% V] ≧ 0.5 Steel is heated to 1100 to 1250 ° C and forged into a part shape in the temperature range of (T + 50) to (T + 100) ° C, and then cooled at a cooling rate of 800 to 500 ° C at 0.2 to 5.0 ° C / sec. A hot forging method for non-tempered parts, characterized by:
However, T points out the temperature (degreeC) below 1000 degreeC calculated by the following (1) Formula and (2) Formula.
Log [% C] [% V] = (− 9500 / t) +6.72 (1)
T = t-273 (2)
[% C] and [% V] refer to the contents of C and V in the steel in mass%, respectively.
請求項1に記載の鋼のFeの一部に代えて、Mo:0.7%以下、Nb:0.1%以下及びZr:0.01%以下の1種又は2種以上を含有する鋼を、1100〜1250℃に加熱して(T+50)〜(T+100)℃の温度域で部品形状に鍛造した後、800〜500℃における冷却速度を0.2〜5.0℃/秒として冷却することを特徴とする非調質部品の熱間鍛造方法。
但し、Tは下記の(1)式及び(2)式で計算される1000℃以下の温度(℃)を指す。
Log[%C][%V]=(−9500/t)+6.72・・・(1)
T=t−273・・・(2)
また、[%C]及び[%V]は、それぞれ、質量%での、鋼中のC及びVの含有量を指す。
A steel containing one or more of Mo: 0.7% or less, Nb: 0.1% or less, and Zr: 0.01% or less instead of a part of Fe of the steel according to claim 1. Is heated to 1100 to 1250 ° C. and forged into a part shape in a temperature range of (T + 50) to (T + 100) ° C., and then cooled at a cooling rate of 800 to 500 ° C. at 0.2 to 5.0 ° C./second. A hot forging method for non-tempered parts.
However, T points out the temperature (degreeC) below 1000 degreeC calculated by the following (1) Formula and (2) Formula.
Log [% C] [% V] = (− 9500 / t) +6.72 (1)
T = t-273 (2)
[% C] and [% V] refer to the contents of C and V in the steel in mass%, respectively.
請求項1又は2に記載の鋼のFeの一部に代えて、Pb:0.4%以下、Ca:0.01%以下、Bi:0.3%以下及びTe:0.1%以下の1種又は2種以上を含有する鋼を、1100〜1250℃に加熱して(T+50)〜(T+100)℃の温度域で部品形状に鍛造した後、800〜500℃における冷却速度を0.2〜5.0℃/秒として冷却することを特徴とする非調質部品の熱間鍛造方法。
但し、Tは下記の(1)式及び(2)式で計算される1000℃以下の温度(℃)を指す。
Log[%C][%V]=(−9500/t)+6.72・・・(1)
T=t−273・・・(2)
また、[%C]及び[%V]は、それぞれ、質量%での、鋼中のC及びVの含有量を指す。
Instead of a part of Fe of the steel according to claim 1 or 2, Pb: 0.4% or less, Ca: 0.01% or less, Bi: 0.3% or less and Te: 0.1% or less A steel containing one or more kinds is heated to 1100 to 1250 ° C. and forged into a part shape in a temperature range of (T + 50) to (T + 100) ° C., and then the cooling rate at 800 to 500 ° C. is 0.2. A hot forging method for non-tempered parts, characterized by cooling at ˜5.0 ° C./sec.
However, T points out the temperature (degreeC) below 1000 degreeC calculated by the following (1) Formula and (2) Formula.
Log [% C] [% V] = (− 9500 / t) +6.72 (1)
T = t-273 (2)
[% C] and [% V] refer to the contents of C and V in the steel in mass%, respectively.
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