JP5181619B2 - Hardened steel with excellent machinability and hardenability - Google Patents

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Description

本発明は、切削加工と熱処理が施される合金鋼に関し、特に、切削工具の寿命が短くなることを抑制でき、高価な添加元素の使用量を低減でき、かつ切削時の発熱量が少ない場合でも優れた被削性と焼入れ性を有する焼入れ鋼材に関する。   The present invention relates to an alloy steel that is subjected to cutting and heat treatment, and in particular, when the life of a cutting tool can be suppressed, the amount of expensive additive elements used can be reduced, and the amount of heat generated during cutting is small. However, it relates to a hardened steel material having excellent machinability and hardenability.

近年、鋼の高強度化が進んでいるが、その反面、加工性が低下するという問題が生じている。このため、強度を保持しつつ切削能率を低下させない鋼に対するニーズが高まっている。従来、鋼の被削性を向上させるためには、S,Pb及びBi等の被削性向上元素を添加するのが有効であることが知られている。しかしながら、Pb及びBiは被削性を向上し、鍛造への影響も比較的少ないとされているが、衝撃特性等の強度特性を低減させることが知られている。また、Sは、MnSのような切削環境下で軟質となる介在物を形成して被削性を向上させるが、MnSの寸法はPb等の粒子に比べて大きく、応力集中源となりやすい。特に、鍛造及び圧延により伸延すると、MnSにより異方性が生じ、例えば、衝撃特性など鋼の特定の方向が極端に弱くなる。また、鋼を用いて物を設計する上でもそのような異方性を考慮する必要が生じる。従って、Sを添加する場合は、その異方性を低減化する技術が必要になる。   In recent years, the strength of steel has been increased, but on the other hand, there is a problem that workability is lowered. For this reason, the need for steel that does not decrease cutting efficiency while maintaining strength is increasing. Conventionally, in order to improve the machinability of steel, it is known that it is effective to add machinability improving elements such as S, Pb and Bi. However, Pb and Bi are known to improve machinability and have relatively little influence on forging, but to reduce strength characteristics such as impact characteristics. Further, S forms inclusions that become soft under a cutting environment such as MnS to improve machinability. However, the size of MnS is larger than that of particles such as Pb and is likely to be a stress concentration source. In particular, when extending by forging and rolling, anisotropy occurs due to MnS, and a specific direction of steel such as impact characteristics becomes extremely weak. In addition, it is necessary to consider such anisotropy when designing an object using steel. Therefore, when S is added, a technique for reducing the anisotropy is required.

このように、被削性向上に有効な元素を添加しても、衝撃特性が低下するため、強度特性と被削性との両立は困難である。更に、近時、Pbを環境負荷としてその使用を避ける傾向があり、Pbの使用量は低減する方向にある。このため、鋼の被削性と強度特性とを両立するには、更なる技術革新が必要である。   As described above, even if an element effective for improving the machinability is added, the impact characteristics are lowered, so that it is difficult to achieve both strength characteristics and machinability. Furthermore, recently, there is a tendency to avoid using Pb as an environmental load, and the amount of Pb used tends to be reduced. For this reason, in order to achieve both the machinability and strength characteristics of steel, further technological innovation is required.

そこで、従来は、例えば、固溶V、固溶Nb及び固溶Alから選択される1種以上を合計で0.005質量%以上含有させると共に、固溶Nを0.001%以上含有させることで、切削中に切削熱により生成した窒化物を工具に付着させて工具保護膜として機能させ、切削工具寿命を延長することができる機械構造用鋼が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Therefore, conventionally, for example, one or more selected from solute V, solute Nb, and solute Al is contained in a total amount of 0.005% by mass or more, and solute N is contained in an amount of 0.001% or more. Thus, a steel for machine structural use has been proposed in which a nitride generated by cutting heat during cutting is attached to a tool to function as a tool protection film, and the cutting tool life can be extended (see, for example, Patent Document 1). ).

また、C、Si、Mn、S及びMgの含有量を規定すると共に、Mg含有量とS含有量との比を規定し、更に、鋼中の硫化物系介在物のアスペクト比及び個数を最適化することにより、切屑処理性および機械的特性の向上を図った機械構造用鋼も提案されている(例えば、特許文献2参照)。この特許文献2に記載の機械構造用鋼では、Mgを0.02%以下(0%を含まない)とすると共に、Alを含有する場合はその含有量を0.1%以下に規制している。   In addition, the content of C, Si, Mn, S and Mg is specified, the ratio of Mg content to S content is specified, and the aspect ratio and number of sulfide inclusions in steel are optimized. As a result, a steel for machine structural use that has improved chip disposal and mechanical properties has also been proposed (see, for example, Patent Document 2). In the steel for machine structure described in Patent Document 2, Mg is set to 0.02% or less (not including 0%), and when Al is contained, its content is restricted to 0.1% or less. Yes.

特開2004−107787号公報JP 2004-107787 A 特許第3706560号公報Japanese Patent No. 3706560

しかしながら、前述した従来の技術には、以下に示す問題点がある。即ち、特許文献1に記載の鋼は、切削による発熱量がある程度以上ないと、上述した現象が起こらないと推定される。このため、効果を発揮させるためには切削速度をある程度高速にする必要があり、通常の速度域では効果が期待できない。また、特許文献2に記載の鋼では切削工具寿命については、何ら配慮されていないため、切削工具寿命が短くなることを抑制するという点では十分な特性が得られない。   However, the conventional techniques described above have the following problems. That is, in the steel described in Patent Document 1, it is presumed that the above-described phenomenon does not occur unless the amount of heat generated by cutting exceeds a certain level. For this reason, in order to exhibit an effect, it is necessary to make cutting speed high to some extent, and an effect cannot be expected in a normal speed range. Further, in the steel described in Patent Document 2, since no consideration is given to the cutting tool life, sufficient characteristics cannot be obtained in terms of suppressing shortening of the cutting tool life.

また、肌焼鋼や強靭鋼などに代表される合金鋼の強度を確保するために、浸炭など表面硬化処理や焼入焼戻しのための熱処理を施すことがある。この場合には部品の大きさ等に応じて鋼材の焼入性を充分に確保する必要があるが、Mo、Niに代表されるように焼入れ向上元素は価格が急騰し、合金コストが大きいため、比較的安い元素で代替できるようにする必要がある。   Moreover, in order to ensure the strength of alloy steel typified by case-hardened steel or tough steel, heat treatment for surface hardening treatment such as carburizing or quenching and tempering may be performed. In this case, it is necessary to ensure sufficient hardenability of the steel depending on the size of the parts, etc., but the quenching improving elements, such as Mo and Ni, are so expensive that the alloy costs are high. It is necessary to be able to substitute with a relatively cheap element.

本発明は、上述した問題点に鑑みて創案されたものであり、切削工具の寿命が短くなることを抑制でき、高価な添加元素の使用量を低減でき、かつ切削時の発熱量が少ない場合でも良好な被削性と優れた焼入れ性を有する焼入れ鋼材を提供することを目的とする。   The present invention was devised in view of the above-described problems, and can reduce the life of a cutting tool, reduce the amount of expensive additive elements used, and generate a small amount of heat during cutting. However, an object is to provide a hardened steel material having good machinability and excellent hardenability.

本発明者らは、Alを適量添加した鋼において、粗大AlNの存在率を制限すれば、切削工具の寿命が短くなることを抑制でき、かつ良好な被削性を有する鋼材が得られることを知見した。さらに本発明者らは、固溶Al量を十分確保することにより鋼材の焼入れ性をできるため、AlをMo、Niなどのいわゆる焼入性向上元素の代替元素として用いることができることを見出し、本発明を完成した。本発明に係る鋼は、例えば鋼の化学成分としてAlを適量添加し、N量を制限し、かつ適切な熱処理を行うことにより製造できる。   The present inventors have found that, in steels to which an appropriate amount of Al is added, if the abundance of coarse AlN is limited, it is possible to suppress the shortening of the cutting tool life and to obtain a steel material having good machinability. I found out. Furthermore, the present inventors have found that the hardenability of the steel material can be ensured by securing a sufficient amount of solute Al, so that Al can be used as a substitute element for so-called hardenability improving elements such as Mo and Ni. Completed the invention. The steel according to the present invention can be produced, for example, by adding an appropriate amount of Al as a chemical component of the steel, limiting the amount of N, and performing an appropriate heat treatment.

本発明に係る被削性と焼入れ性に優れた焼入れ鋼材は、下記のとおりである。
(1)化学成分として、質量%で、
C:0.14〜0.85%、
Si:0.01〜1.5%、
Mn:0.05〜2.5%、
S:0.005〜0.35%、
Cr:0.2〜6.0%、
N:0.020%以下、
Al:0.055〜1.0%
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、
最大径が200nmを超えるAlNの合計体積が全AlNの総体積の20%以下であり、固溶Alが0.062質量%以上であり、熱間圧延により成形加工した丸棒鋼から製造され、焼入れ処理が施された鋼材であることを特徴とする被削性と焼入れ性に優れた焼入れ鋼材。
The hardened steel materials excellent in machinability and hardenability according to the present invention are as follows.
(1) As a chemical component in mass%,
C: 0.14 to 0.85%,
Si: 0.01 to 1.5%,
Mn: 0.05 to 2.5%
S: 0.005-0.35%,
Cr: 0.2-6.0%,
N: 0.020% or less,
Al: 0.055-1.0%
And the balance consists of Fe and inevitable impurities,
The total volume of AlN maximum diameter exceeds 200nm is 20% or less of the total volume of all AlN, Ri der solute Al is 0.062 mass% or more, manufactured from molded round-bar steel by hot rolling, machinability and hardenability excellent in hardening steel, wherein the steel der Rukoto the quenching process is applied.

(2)化学成分として、更に、質量%で、P:0.020%以下を含有することを特徴とする上記(1)記載の被削性と焼入れ性に優れた焼入れ鋼材。
(3)化学成分として、更に、質量%で、Ca:0.0003〜0.0015%を含有することを特徴とする上記(1)又は(2)記載の被削性と焼入れ性に優れた焼入れ鋼材。
(4)化学成分として、更に、質量%で、Ti:0.001〜0.1%、Nb:0.005〜0.2%、W:0.01〜1.0%、V:0.01%〜1.0%からなる群から選択された1種又は2種以上を含有することを特徴とする上記(1)乃至(3)のいずれかに記載の被削性と焼入れ性に優れた焼入れ鋼材。
(5)化学成分として、更に、質量%で、Mg:0.0001〜0.0040%、Zr:0.0003〜0.01%、Rem:0.0001〜0.015%からなる群から選択された1種又は2種以上を含有することを特徴とする上記(1)乃至(4)のいずれかに記載の被削性と焼入れ性に優れた焼入れ鋼材。
(6)化学成分として、更に、質量%で、Sb:0.0005%以上0.0150%未満、Sn:0.005〜2.0%、Zn:0.0005〜0.5%、B:0.0005〜0.015%、Te:0.0003〜0.2%、Bi:0.005〜0.5%、Pb:0.005〜0.5%からなる群から選択された1種又は2種以上を含有することを特徴とする上記(1)乃至(5)のいずれかに記載の被削性と焼入れ性に優れた焼入れ鋼材。
(7)化学成分として、更に、Mo:0.01〜1.0%を含有することを特徴とする上記(1)乃至(6)のいずれかに記載の被削性と焼入性に優れた焼入れ鋼材。
(8)化学成分として、更に、質量%で、Ni:0.05〜2.0%、Cu:0.01〜2.0%からなる群から選択された1種または2種を含有することを特徴とする上記(1)乃至(7)のいずれかに記載の被削性と焼入れ性に優れた焼入れ鋼材。
(2) The hardened steel material having excellent machinability and hardenability as described in (1) above, further containing P: 0.020% or less by mass% as a chemical component.
(3) Excellent in machinability and hardenability as described in (1) or (2) above, wherein the chemical component further contains Ca: 0.0003 to 0.0015% by mass%. Hardened steel.
(4) Further, as chemical components, by mass%, Ti: 0.001 to 0.1%, Nb: 0.005 to 0.2%, W: 0.01 to 1.0%, V: 0.00. One type or two or more types selected from the group consisting of 01% to 1.0% are contained, and excellent in machinability and hardenability according to any one of the above (1) to (3) Hardened steel.
(5) The chemical component is further selected from the group consisting of Mg: 0.0001 to 0.0040%, Zr: 0.0003 to 0.01%, and Rem: 0.0001 to 0.015% in terms of mass%. The hardened steel material excellent in machinability and hardenability according to any one of the above (1) to (4), wherein the hardened steel material contains one or two or more types.
(6) Further, as a chemical component, by mass%, Sb: 0.0005% or more and less than 0.0150%, Sn: 0.005 to 2.0%, Zn: 0.0005 to 0.5%, B: One selected from the group consisting of 0.0005 to 0.015%, Te: 0.0003 to 0.2%, Bi: 0.005 to 0.5%, Pb: 0.005 to 0.5% Or a hardened steel material excellent in machinability and hardenability according to any one of the above (1) to (5), characterized in that it contains two or more kinds.
(7) Excellent in machinability and hardenability as described in any one of (1) to (6) above, further containing Mo: 0.01 to 1.0% as a chemical component Hardened steel.
(8) As a chemical component, it further contains one or two selected from the group consisting of Ni: 0.05 to 2.0% and Cu: 0.01 to 2.0% by mass%. A hardened steel material excellent in machinability and hardenability according to any one of the above (1) to (7).

本発明によれば、切削工具の寿命が短くなることを抑制でき、高価な添加元素の使用量を低減でき、かつ切削時の発熱量が少ない場合でも良好な被削性と優れた焼入れ性を有する焼入れ鋼材を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to suppress the cutting tool life from being shortened, to reduce the amount of expensive additive elements used, and to provide good machinability and excellent hardenability even when the amount of heat generated during cutting is small. A hardened steel material can be provided.

以下、本発明を実施するための最良の形態について、詳細に説明する。本発明に係る被削性と焼入れ性に優れた焼入れ鋼材は、鋼の化学成分組成においてAl:0.055〜1.0%、N:0.020%以下とし、最大径が200nmを超えるAlNの合計体積を全AlNの総体積の20%以下に調整し、かつ固溶Al量を0.062%以上にするものであり、熱間圧延により成形加工した丸棒鋼から製造され、焼入れ処理が施されたものである。最大径が200nmを超えるAlNの合計体積を全AlNの総体積の20%以下にすることにより、従来の快削性元素であるS、Pbとは異なり衝撃特性を低下させずに被削性改善効果を得ることができる。さらに、固溶Al量を0.062%以上にすることにより、被削性を向上させると共に、焼入性を向上することが可能となり、焼入性向上のために添加すべき他の合金元素量を低減することができる。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail. A hardened steel material excellent in machinability and hardenability according to the present invention has a chemical composition of steel of Al: 0.055-1.0%, N: 0.020% or less, and a maximum diameter of AlN exceeding 200 nm. adjust the total volume of less than 20% of the total volume of all AlN, and all SANYO that the solute Al amount more than 0.062%, produced from molded round-bar steel by hot rolling, quenching Ru der which has been subjected to. By making the total volume of AlN whose maximum diameter exceeds 200 nm 20% or less of the total volume of all AlN, machinability is improved without deteriorating impact characteristics unlike conventional free-cutting elements S and Pb. An effect can be obtained. Furthermore, by making the solid solution Al amount 0.062 % or more, it becomes possible to improve machinability and improve hardenability, and other alloy elements to be added for improving hardenability. The amount can be reduced.

先ず、本発明の焼入れ鋼材における各化学成分の含有量について説明する。以下、質量%を単に%と記載する。   First, the content of each chemical component in the quenched steel material of the present invention will be described. Hereinafter, the mass% is simply described as%.

(C:0.05〜0.85%)
Cは、鋼材の基本強度に大きな影響を及ぼす元素である。しかしながら、C含有量が0.05%未満の場合、十分な強度を得られず、他の合金元素をさらに多量に投入せざるを得なくなる。一方、C含有量が0.85%を超えると、過共析に近くなり、硬質の炭化物を多く析出するため、被削性が著しく低下する。よって、本発明においては、十分な強度及び被削性を得るため、C含有量を0.06〜0.85%とする。
本発明では、実施例のC含有量が全て0.14%以上であるので、C含有量を0.14〜0.85%とする。
(C: 0.05-0.85%)
C is an element that greatly affects the basic strength of steel. However, if the C content is less than 0.05%, sufficient strength cannot be obtained, and a larger amount of other alloy elements must be added. On the other hand, if the C content exceeds 0.85%, it becomes close to hypereutectoid and a large amount of hard carbide precipitates, so that machinability is remarkably lowered. Therefore, in the present invention, in order to obtain sufficient strength and machinability, the C content is set to 0.06 to 0.85%.
In this invention, since C content of an Example is all 0.14% or more, C content shall be 0.14-0.85%.

(Si:0.01〜1.5%)
Siは、一般に脱酸元素として添加されているが、フェライトの強化及び焼戻し軟化抵抗を付与する効果もある。しかしながら、Si含有量が0.01%未満の場合、十分な脱酸効果が得られない。一方、Si含有量が1.5%を超えると、脆化等の材料特性が低下し、更には被削性も劣化する。よって、本発明においてはSi含有量を0.01〜1.5%とする。
(Si: 0.01-1.5%)
Although Si is generally added as a deoxidizing element, it also has the effect of imparting ferrite strengthening and temper softening resistance. However, when the Si content is less than 0.01%, a sufficient deoxidizing effect cannot be obtained. On the other hand, when the Si content exceeds 1.5%, material properties such as embrittlement are deteriorated, and machinability is also deteriorated. Therefore, in the present invention, the Si content is set to 0.01 to 1.5%.

(Mn:0.05〜2.5%)
Mnは、鋼中SをMnSとして固定・分散させると共に、マトリックスに固溶させて焼入れ性の向上や焼入れ後の強度を確保するために必要な元素である。しかしながら、Mn含有量が0.05%未満であると、鋼中のSがFeと結合してFeSとなり、鋼が脆くなる。一方、Mn含有量が増えると、具体的には、Mn含有量が2.5%を超えると、素地の硬さが大きくなり冷間加工性が低下すると共に、強度や焼入れ性に及ぼす影響も飽和する。よって、本発明においてはMn含有量を0.05〜2.5%とする。
(Mn: 0.05-2.5%)
Mn is an element necessary to fix and disperse S in steel as MnS and to dissolve in a matrix to improve hardenability and to ensure strength after quenching. However, if the Mn content is less than 0.05%, S in the steel combines with Fe to become FeS, and the steel becomes brittle. On the other hand, when the Mn content increases, specifically, when the Mn content exceeds 2.5%, the hardness of the substrate increases and the cold workability decreases, and also the influence on the strength and hardenability. Saturates. Therefore, in the present invention, the Mn content is set to 0.05 to 2.5%.

(S:0.001〜0.35%)
SはMnと結合してMnS介在物として存在する。MnSは、被削性を向上させる効果があるが、その効果を顕著に得るためには、Sを0.001%以上添加する必要がある。一方、S含有量が0.35%を超えると、被削性を向上させるという効果は飽和する一方、強度低下を著しく促進する。よって、本発明においてはS含有量を0.001〜0.35%とする。
(S: 0.001-0.35%)
S combines with Mn and exists as MnS inclusions. MnS has an effect of improving machinability, but in order to obtain the effect remarkably, it is necessary to add S 0.001% or more. On the other hand, when the S content exceeds 0.35%, the effect of improving the machinability is saturated, but the strength reduction is significantly promoted. Therefore, in the present invention, the S content is set to 0.001 to 0.35%.

(Cr:0.2〜2.0%)
Crは、焼入れ性を向上すると共に、焼戻し軟化抵抗を付与する元素であり、高強度化が必要な鋼には添加される。しかしながら、Cr含有量が0.2%未満の場合には、これらの効果が得られず、また、Crを多量(具体的には2.0%超)に添加すると、Cr炭化物が生成して鋼が脆化する。よって、本発明においてはその含有量を0.01〜2.0%とする。
(Cr: 0.2-2.0%)
Cr is an element that improves hardenability and imparts temper softening resistance, and is added to steel that requires high strength. However, when the Cr content is less than 0.2%, these effects cannot be obtained, and when a large amount of Cr (specifically, more than 2.0%) is added, Cr carbide is generated. Steel becomes brittle. Therefore, in the present invention, the content is set to 0.01 to 2.0%.

(N:0.020%以下)
N(鋼中の全N)は、Al等の窒化物生成元素と結合して窒化物として、あるいは固溶Nとして存在する。ただし0.020%を超えると窒化物を粗大化させたり、固溶Nを高めて被削性を劣化させるのに加え、圧延時に疵等の問題を生ずる。このため、本発明においてはその含有量の上限を0.020%、さらに好ましくは0.01%とする。
(N: 0.020% or less)
N (total N in steel) is combined with a nitride-forming element such as Al and is present as nitride or as solute N. However, if it exceeds 0.020%, nitrides are coarsened, and solid solution N is increased to deteriorate machinability, and problems such as wrinkles occur during rolling. For this reason, in the present invention, the upper limit of the content is 0.020%, more preferably 0.01%.

(Al:0.055〜1.0%)
Al(鋼中の全Al)は、一部がNと結びついてAlNとして析出し、残りが固溶Alとして存在する。固溶Alを充分に確保するためにはAlを0.055%以上にする必要があるが、1.0%を超えると変態特性に大きく影響を与える。このため、本発明においてはその含有量を0.55〜1.0%とした。
(Al: 0.055-1.0%)
Al (total Al in steel) is partly combined with N and precipitated as AlN, and the rest exists as solute Al. In order to sufficiently secure solid solution Al, Al needs to be 0.055% or more, but if it exceeds 1.0%, the transformation characteristics are greatly affected. For this reason, in this invention, the content was 0.55-1.0%.

また、本発明の焼入れ鋼材において、Pは焼入れ、焼戻し後の結晶粒界を脆化させ、疲労強度を低下させる元素であるため、0.020%以下とするのが好ましい。   Further, in the quenched steel material of the present invention, P is an element that embrittles the grain boundaries after quenching and tempering and lowers the fatigue strength, and therefore is preferably 0.020% or less.

また、本発明の焼入れ鋼材は、上記各成分に加えてCaを含有していても良い。   The hardened steel material of the present invention may contain Ca in addition to the above components.

(Ca:0.0003〜0.0015%)
Caは、脱酸元素であり、酸化物を生成する。本発明鋼のように全Al(T−Al)として0.05%以上を含有する鋼では、カルシウムアルミネート(CaOAI)が形成されるが、このCaOAIは、AIに比べて低融点酸化物であるため、高速切削時に工具保護膜となり、被削性を向上させる。しかしながら、Ca含有量が0.0003%未満の場合、この被削性向上効果が得られず、また、Ca含有量が0.0015%を超えると、鋼中にCaSが生成し、却って被削性を低下する。よって、本発明においてCaを添加する場合は、その含有量を0.0003〜0.0015%とする。
(Ca: 0.0003 to 0.0015%)
Ca is a deoxidizing element and generates an oxide. Calcium aluminate (CaOAI 2 O 3 ) is formed in a steel containing 0.05% or more as total Al (T-Al) as in the present invention steel, but this CaOAI 2 O 3 is AI 2 O. Since it is a lower melting point oxide than 3 , it becomes a tool protective film during high-speed cutting and improves machinability. However, when the Ca content is less than 0.0003%, this machinability improvement effect cannot be obtained. When the Ca content exceeds 0.0015%, CaS is generated in the steel, and on the contrary, the machining is performed. Decrease the sex. Therefore, when adding Ca in this invention, the content shall be 0.0003 to 0.0015%.

更に、本発明の焼入れ鋼材は、炭窒化物を形成させ、高強度化が必要な場合には、上記各成分に加えて、Ti:0.001〜0.1%、Nb:0.005〜0.2%、W:0.01〜1.0%、V:0.01〜1.0%からなる群から選択された1種又は2種以上の元素を含有してもよい。   Furthermore, when the hardened steel material of the present invention forms carbonitrides and high strength is required, in addition to the above components, Ti: 0.001 to 0.1%, Nb: 0.005 You may contain 1 type, or 2 or more types of elements selected from the group which consists of 0.2%, W: 0.01-1.0%, V: 0.01-1.0%.

(Ti:0.001〜0.1%)
Tiは炭窒化物を形成し、オーステナイト粒の成長の抑制や強化に寄与する元素であり、高強度化が必要な鋼、及び低歪を要求される鋼には、粗大粒防止のための整粒化元素として使用される。また、Tiは脱酸元素でもあり、軟質酸化物を形成させることにより、被削性を向上させる効果もある。しかしながら、Ti含有量が0.001%未満の場合、その効果が認められず、また、Ti含有量が0.1%を超えると、熱間割れの原因となる未固溶の粗大な炭窒化物が析出し、却って機械的性質が損なわれる。よって、本発明においてTiを添加する場合は、その含有量を0.001〜0.1%とする。
(Ti: 0.001 to 0.1%)
Ti is an element that forms carbonitrides and contributes to the suppression and strengthening of austenite grain growth. For steels that require high strength and steels that require low strain, adjustment is required to prevent coarse grains. Used as a granulating element. Ti is also a deoxidizing element and has the effect of improving machinability by forming a soft oxide. However, when the Ti content is less than 0.001%, the effect is not recognized, and when the Ti content exceeds 0.1%, undissolved coarse carbonitriding that causes hot cracking. A thing precipitates and a mechanical property is impaired on the contrary. Therefore, when adding Ti in the present invention, the content is made 0.001 to 0.1%.

(Nb:0.005〜0.2%)
Nbも炭窒化物を形成し、二次析出硬化による鋼の強化、オーステナイト粒の成長を抑制及び強化に寄与する元素であり、高強度化が必要な鋼及び低歪を要求される鋼には、粗大粒防止のための整粒化元素として使用される。しかしながら、Nb含有量が0.005%未満の場合、高強度化の効果は得られず、また、0.2%を超えてNbを添加すると、熱間割れの原因となる未固溶の粗大な炭窒化物が析出し、却って機械的性質が損なわれる。よって、本発明においてNbを添加する場合は、その含有量を0.005〜0.2%とする。
(Nb: 0.005 to 0.2%)
Nb also forms carbonitrides and is an element that contributes to strengthening steel by secondary precipitation hardening and suppressing and strengthening the growth of austenite grains. For steels that require high strength and steels that require low strain, It is used as a sizing element for preventing coarse grains. However, when the Nb content is less than 0.005%, the effect of increasing the strength cannot be obtained, and when Nb is added in excess of 0.2%, it is an undissolved coarse that causes hot cracking. New carbonitrides are deposited and the mechanical properties are impaired. Therefore, when adding Nb in this invention, the content shall be 0.005-0.2%.

(W:0.01〜1.0%)
Wも炭窒化物を形成し、二次析出硬化により鋼を強化することができる元素である。しかしながら、W含有量が0.01%未満の場合、高強度化の効果は得られず、また、1.0%を超えてWを添加すると、熱間割れの原因となる未固溶の粗大な炭窒化物が析出し、却って機械的性質が損なわれる。よって、本発明においてWを添加する場合は、その含有量を0.01〜1.0%とする。
(W: 0.01-1.0%)
W is also an element that forms carbonitride and can strengthen steel by secondary precipitation hardening. However, if the W content is less than 0.01%, the effect of increasing the strength cannot be obtained. If W is added in excess of 1.0%, it is an undissolved coarse that causes hot cracking. New carbonitrides are deposited and the mechanical properties are impaired. Therefore, when adding W in this invention, the content shall be 0.01 to 1.0%.

(V:0.01〜1.0%)
Vも炭窒化物を形成し、二次析出硬化により鋼を強化することができる元素であり、高強度化が必要な鋼には適宜添加される。しかしながら、V含有量が0.01%未満の場合、高強度化の効果は得られず、また、1.0%を超えてVを添加すると、熱間割れの原因となる未固溶の粗大な炭窒化物が析出し、却って機械的性質が損なわれる。よって、本発明においてVを添加する場合は、その含有量を0.01%〜1.0%とする。
(V: 0.01 to 1.0%)
V is also an element that forms carbonitride and can strengthen the steel by secondary precipitation hardening, and is appropriately added to steel that requires high strength. However, when the V content is less than 0.01%, the effect of increasing the strength cannot be obtained, and when V is added in excess of 1.0%, it is an undissolved coarse that causes hot cracking. New carbonitrides are deposited and the mechanical properties are impaired. Therefore, when adding V in this invention, the content shall be 0.01%-1.0%.

更に、本発明の焼入れ鋼材において、脱酸調整により硫化物形態制御を行なう場合には、上記各成分に加えて、Mg:0.0001〜0.0040%、Zr:0.0003〜0.01%及びRem:0.0001〜0.015%からなる群から選択された1種又は2種以上の元素を添加することもできる。   Furthermore, in the quenched steel material of the present invention, when performing sulfide form control by adjusting deoxidation, in addition to the above components, Mg: 0.0001 to 0.0040%, Zr: 0.0003 to 0.01 % And Rem: one or more elements selected from the group consisting of 0.0001 to 0.015% can also be added.

(Mg:0.0001〜0.0040%)
Mgは脱酸元素であり、鋼中で酸化物を生成する。そして、Al脱酸前提の場合には、被削性に有害なAlを、比較的軟質で微細に分散するMgO又はAl・MgOに改質する。また、その酸化物はMnSの核となりやすく、MnSを微細分散させる効果もある。しかしながら、Mg含有量が0.0001%未満では、これらの効果が認められない。また、Mgは、MnSとの複合硫化物を生成して、MnSを球状化するが、Mgを過剰(具体的には0.0040%超)に添加すると、単独のMgS生成を促進して被削性を劣化させる。よって、本発明においてMgを添加する場合は、その含有量を0.0001〜0.0040%とする。
(Mg: 0.0001-0.0040%)
Mg is a deoxidizing element and generates an oxide in steel. In the case of Al deoxidation, Al 2 O 3 harmful to machinability is modified into MgO or Al 2 O 3 .MgO that is relatively soft and finely dispersed. In addition, the oxide tends to be a nucleus of MnS and has an effect of finely dispersing MnS. However, when the Mg content is less than 0.0001%, these effects are not recognized. Further, Mg forms a composite sulfide with MnS and spheroidizes MnS. However, when Mg is added excessively (specifically, more than 0.0040%), the formation of single MgS is promoted. Deteriorates machinability. Therefore, when adding Mg in this invention, the content shall be 0.0001 to 0.0040%.

(Zr:0.0003〜0.01%)
Zrは脱酸元素であり、鋼中で酸化物を生成する。その酸化物はZrOと考えられているが、このZrOがMnSの析出核となるため、MnSの析出サイトを増やし、MnSを均一分散させる効果がある。また、Zrは、MnSに固溶して複合硫化物を生成し、その変形能を低下させ、圧延及び熱間鍛造時にMnS形状の伸延を抑制する働きもある。このように、Zrは異方性の低減に有効な元素である。しかしながら、Zr含有量が0.0003%未満の場合、これらについて顕著な効果は得られない。一方、0.01%を超えてZrを添加しても、歩留まりが極端に悪くなるばかりでなく、ZrOおよびZrS等の硬質な化合物が大量に生成し、却って被削性、衝撃値及び疲労特性等の機械的性質が低下する。よって、本発明においてZrを添加する場合は、その含有量を0.0003〜0.01%とする。
(Zr: 0.0003 to 0.01%)
Zr is a deoxidizing element and generates an oxide in steel. The oxide is considered to be ZrO 2 , but since this ZrO 2 becomes a precipitation nucleus of MnS, there is an effect of increasing the precipitation sites of MnS and uniformly dispersing MnS. Zr also has a function of forming a composite sulfide in MnS, reducing its deformability, and suppressing the elongation of the MnS shape during rolling and hot forging. Thus, Zr is an effective element for reducing anisotropy. However, when the Zr content is less than 0.0003%, a remarkable effect cannot be obtained for these. On the other hand, even if Zr is added in excess of 0.01%, the yield is not only extremely deteriorated, but a large amount of hard compounds such as ZrO 2 and ZrS are formed, and on the contrary, machinability, impact value and fatigue are increased. Mechanical properties such as characteristics are degraded. Therefore, when adding Zr in this invention, the content shall be 0.0003-0.01%.

(Rem:0.0001〜0.015%)
Rem(希土類元素)は脱酸元素であり、低融点酸化物を生成し、鋳造時ノズル詰りを抑制するだけでなく、MnSに固溶又は結合し、その変形能を低下させて、圧延及び熱間鍛造時にMnS形状の伸延を抑制する働きもある。このように、Remは異方性の低減に有効な元素である。しかしながら、Rem含有量が総量で0.0001%未満の場合、その効果は顕著ではなく、また、0.015%を超えた場合、Remの硫化物を大量に生成し、被削性が悪化する。よって、本発明においてRemを添加する場合は、その含有量を0.0001〜0.015%とする。
(Rem: 0.0001 to 0.015%)
Rem (rare earth element) is a deoxidizing element, which generates a low-melting oxide and not only suppresses nozzle clogging during casting, but also dissolves or bonds with MnS, lowering its deformability, reducing rolling and heat It also has a function of suppressing the elongation of the MnS shape during the forging. Thus, Rem is an effective element for reducing anisotropy. However, when the Rem content is less than 0.0001% in total, the effect is not remarkable, and when it exceeds 0.015%, a large amount of Rem sulfide is generated, and the machinability deteriorates. . Therefore, when Rem is added in the present invention, the content is made 0.0001 to 0.015%.

更にまた、本発明の焼入れ鋼材において、被削性を更に向上させる場合には、上記各成分に加えて、Sb:0.0005%以上0.0150%未満、Sn:0.005〜2.0%、Zn:0.0005〜0.5%、B:0.0005〜0.015%、Te:0.0003〜0.2%、Bi:0.005〜0.5%及びPb:0.005〜0.5%からなる群から選択された1種又は2種以上の元素を添加することができる。   Furthermore, in the hardened steel material of the present invention, when further improving the machinability, in addition to the above components, Sb: 0.0005% or more and less than 0.0150%, Sn: 0.005 to 2.0 %, Zn: 0.0005 to 0.5%, B: 0.0005 to 0.015%, Te: 0.0003 to 0.2%, Bi: 0.005 to 0.5%, and Pb: 0.005%. One or more elements selected from the group consisting of 005 to 0.5% can be added.

(Sb:0.0005%以上0.0150%未満)
Sbはフェライトを適度に脆化し被削性を向上させる。その効果は特に固溶Al量が多い場合に顕著であり、Sb含有量が0.0005%未満では認められない。またSb含有量が増える(具体的には0.0150%以上)と、Sbのマクロ偏析が過多となり衝撃値が大きく低下する。よって、本発明においてSbを添加する場合は、その含有量を0.0005%以上0.0150%未満とする。
(Sb: 0.0005% or more and less than 0.0150%)
Sb moderately embrittles ferrite and improves machinability. The effect is particularly remarkable when the amount of dissolved Al is large, and is not observed when the Sb content is less than 0.0005%. Further, when the Sb content increases (specifically, 0.0150% or more), Sb macrosegregation becomes excessive and the impact value is greatly reduced. Therefore, when adding Sb in this invention, the content shall be 0.0005% or more and less than 0.0150%.

(Sn:0.005〜2.0%)
Snはフェライトを脆化させて工具寿命を延ばすと共に、表面粗さを向上させる効果がある。しかしながら、Sn含有量が0.005%未満の場合、その効果は認められず、また、2.0%を超えてSnを添加しても、その効果は飽和する。よって、本発明においてSnを添加する場合は、その含有量を0.005〜2.0%とする。
(Sn: 0.005 to 2.0%)
Sn has an effect of embrittlement of ferrite to extend the tool life and improve the surface roughness. However, when the Sn content is less than 0.005%, the effect is not recognized, and even if Sn is added over 2.0%, the effect is saturated. Therefore, when adding Sn in this invention, the content shall be 0.005-2.0%.

(Zn:0.0005〜0.5%)
Znはフェライトを脆化させて工具寿命を延ばすと共に、表面粗さを向上させる効果がある。しかしながら、Zn含有量が0.0005%未満の場合、その効果は認められず、また、0.5%を超えてZnを添加しても、その効果は飽和する。よって、本発明においてZnを添加する場合は、その含有量を0.0005〜0.5%とする。
(Zn: 0.0005 to 0.5%)
Zn has the effect of making the ferrite brittle and extending the tool life and improving the surface roughness. However, when the Zn content is less than 0.0005%, the effect is not recognized, and even if Zn is added in excess of 0.5%, the effect is saturated. Therefore, when adding Zn in this invention, the content shall be 0.0005 to 0.5%.

(B:0.0005〜0.015%)
Bは、固溶している場合は粒界強化及び焼入れ性に効果があり、析出する場合にはBNとして析出するため被削性の向上に効果がある。これらの効果は、B含有量が0.0005%未満では顕著ではない。一方、0.015%を超えてBを添加してもその効果が飽和すると共に、BNが多く析出しすぎるため、却って鋼の機械的性質が損なわれる。よって、本発明においてBを添加する場合は、その含有量を0.0005〜0.015%とする。
(B: 0.0005 to 0.015%)
B is effective in grain boundary strengthening and hardenability when dissolved, and is precipitated as BN when precipitated, which is effective in improving machinability. These effects are not significant when the B content is less than 0.0005%. On the other hand, even if B is added over 0.015%, the effect is saturated and a large amount of BN is precipitated, so that the mechanical properties of the steel are impaired. Therefore, when adding B in this invention, the content shall be 0.0005 to 0.015%.

(Te:0.0003〜0.2%)
Teは被削性向上元素である。また、MnTeを生成したり、MnSと共存することでMnSの変形能を低下させ、MnS形状の伸延を抑制する働きがある。このように、Teは異方性の低減に有効な元素である。しかしながら、Te含有量が0.0003%未満の場合、これらの効果は認められず、また、Te含有量が0.2%を超えると、その効果が飽和するだけでなく、熱間延性が低下して疵の原因になりやすい。よって、本発明においてTeを添加する場合は、その含有量を0.0003〜0.2%とする。
(Te: 0.0003 to 0.2%)
Te is a machinability improving element. Moreover, it produces MnTe or coexists with MnS, thereby reducing the deformability of MnS and suppressing the extension of the MnS shape. Thus, Te is an element effective for reducing anisotropy. However, when the Te content is less than 0.0003%, these effects are not recognized, and when the Te content exceeds 0.2%, not only the effect is saturated but also the hot ductility is lowered. And easily cause wrinkles. Therefore, when adding Te in this invention, the content shall be 0.0003 to 0.2%.

(Bi:0.005〜0.5%)
Biは、被削性向上元素である。しかしながら、Bi含有量が0.005%未満の場合、その効果が得られず、また、0.5%を超えてBiを添加しても、被削性向上効果が飽和するだけでなく、熱間延性が低下して疵の原因となりやすい。よって、本発明においてBiを添加する場合は、その含有量を0.005%〜0.5%とする。
(Bi: 0.005-0.5%)
Bi is a machinability improving element. However, if the Bi content is less than 0.005%, the effect cannot be obtained, and adding more than 0.5% not only saturates the machinability improving effect but also increases the heat The ductility is reduced and it is easy to cause wrinkles. Therefore, when adding Bi in this invention, the content shall be 0.005%-0.5%.

(Pb:0.005〜0.5%)
Pbは、被削性向上元素である。しかしながら、Pb含有量が0.005%未満の場合、その効果が認められず、また、0.5%を超えてPbを添加しても、被削性向上効果が飽和するだけでなく、熱間延性が低下して疵の原因となりやすい。よって、本発明においてPbを添加する場合は、その含有量を0.005〜0.5%とする。
(Pb: 0.005 to 0.5%)
Pb is a machinability improving element. However, when the Pb content is less than 0.005%, the effect is not recognized, and addition of Pb exceeding 0.5% not only saturates the machinability improving effect but also heat The ductility is reduced and it is easy to cause wrinkles. Therefore, when adding Pb in this invention, the content shall be 0.005-0.5%.

更にまた、本発明の焼入れ鋼材においては、焼入れ性の向上や焼戻し軟化抵抗を向上させ、鋼材に強度付与を行なう場合には、上記成分に加えて、Mo:0.05〜1.0%を添加してもよい。   Furthermore, in the hardened steel material of the present invention, when improving the hardenability and resistance to temper softening and imparting strength to the steel material, in addition to the above components, Mo: 0.05 to 1.0% It may be added.

(Mo:0.01〜1.0%)
Moは、焼戻し軟化抵抗を付与すると共に、焼入れ性を向上させる元素であり、高強度化が必要な鋼には添加される。しかしながら、Mo含有量が0.01%未満の場合、これらの効果が得られず、また、1.0%を超えてMoを添加しても、その効果は飽和する。よって、本発明においてMoを添加する場合は、その含有量を0.01〜1.0%とする。
(Mo: 0.01 to 1.0%)
Mo is an element that imparts resistance to temper softening and improves hardenability, and is added to steel that requires high strength. However, when the Mo content is less than 0.01%, these effects cannot be obtained, and even if Mo is added in excess of 1.0%, the effects are saturated. Therefore, when adding Mo in this invention, the content shall be 0.01 to 1.0%.

更にまた、本発明の焼入れ鋼材において、フェライトを強化させる場合には、上記各成分に加えて、Ni:0.05〜2.0%及び/又はCu:0.01〜2.0%を添加することができる。   Furthermore, in the hardened steel material of the present invention, when strengthening ferrite, in addition to the above components, Ni: 0.05 to 2.0% and / or Cu: 0.01 to 2.0% are added. can do.

(Ni:0.05〜2.0%)
Niはフェライトを強化し、延性を向上させると共に、焼入れ性向上及び耐食性向上にも有効な元素である。しかしながら、Ni含有量が0.05%未満の場合、その効果は認められず、また、2.0%を超えてNiを添加しても、機械的性質の点では効果が飽和し、被削性が低下する。よって、本発明においてNiを添加する場合は、その含有量を0.05〜2.0%とする。
(Ni: 0.05-2.0%)
Ni strengthens ferrite, improves ductility, and is an element effective for improving hardenability and corrosion resistance. However, when the Ni content is less than 0.05%, the effect is not recognized, and even if Ni is added in excess of 2.0%, the effect is saturated in terms of mechanical properties, and the work is cut. Sexuality decreases. Therefore, when adding Ni in the present invention, the content is made 0.05 to 2.0%.

(Cu:0.01〜2.0%)
Cuは、フェライトを強化すると共に、焼入れ性向上及び耐食性向上にも有効な元素である。しかしながら、Cu含有量が0.01%未満の場合、その効果は認められず、また、2.0%を超えてCuを添加しても、機械的性質の点では効果が飽和する。よって、本発明においてCuを添加する場合は、その含有量を0.01〜2.0%とする。なお、Cuは、特に熱間延性を低下させ、圧延時の疵の原因となりやすいため、Cuを添加する場合はNiも添加することが好ましい。
(Cu: 0.01-2.0%)
Cu is an element effective for strengthening ferrite and improving hardenability and corrosion resistance. However, when the Cu content is less than 0.01%, the effect is not recognized, and even if Cu is added over 2.0%, the effect is saturated in terms of mechanical properties. Therefore, when adding Cu in this invention, the content shall be 0.01 to 2.0%. Note that Cu particularly decreases hot ductility and tends to cause defects during rolling. Therefore, when adding Cu, it is preferable to add Ni as well.

次に、最大径が200nmを超えるAlNの合計体積を、全AlNの総体積の20%以下とする理由について説明する。   Next, the reason why the total volume of AlN having a maximum diameter exceeding 200 nm is set to 20% or less of the total volume of all AlN will be described.

最大径が200nmを超えるAlNの合計体積が全AlN総体積の20%を超えて存在する場合には、粗大なAlNによる切削工具の機械摩耗が顕著となり、また固溶Al確保による被削性改善効果が低下するため、最大径が200nmを超えるAlNの合計体積を、全AlNの総体積の20%以下とする。尚、最大径とは、AlN個々における最長の径である。   When the total volume of AlN with a maximum diameter exceeding 200 nm exceeds 20% of the total volume of total AlN, mechanical wear of the cutting tool due to coarse AlN becomes remarkable, and machinability improvement by securing solid solution Al Since the effect is lowered, the total volume of AlN having a maximum diameter exceeding 200 nm is set to 20% or less of the total volume of all AlN. The maximum diameter is the longest diameter of each AlN.

このAlNの体積比率は、例えば以下の方法により算出できる。まず抽出レプリカ法により、鋼材断面に露出したAlNを膜に付着させる。次いで、この膜を透過型電子顕微鏡で観察する。このとき、1000μmの視野をランダムに20視野以上観察し、最大径が200nmを超えるAlNの合計体積(面積)と全AlNの総体積(総面積)とを求め、[(最大径が200nmを超えるAlNの合計体積/全AlNの総体積)×100]を算出する。 The volume ratio of AlN can be calculated by, for example, the following method. First, AlN exposed on the cross section of the steel material is attached to the film by the extraction replica method. The membrane is then observed with a transmission electron microscope. At this time, 20 or more fields of 1000 μm 2 were randomly observed, and the total volume (area) of AlN having a maximum diameter exceeding 200 nm and the total volume (total area) of all AlN were determined. The total volume of AlN exceeding / the total volume of all AlN) × 100] is calculated.

最大径が200nmを超えるAlNの合計体積を、全AlNの総体積の20%以下にするには、AlNを溶体化或いは溶け残りを十分に少なくなるように、熱間圧延前または熱間鍛造前の加熱温度を調整する必要がある。   In order to make the total volume of AlN having a maximum diameter exceeding 200 nm 20% or less of the total volume of all AlN, before hot rolling or hot forging, so that AlN is solutionized or the undissolved residue is sufficiently reduced. It is necessary to adjust the heating temperature.

本発明者らは、AlNの溶解度積と実験結果から、200nmを超える粗大なAlNの全AlNに対する体積率を20%以下とするために必要な圧延前または鍛造前の加熱温度の下限値T1(℃)を導出する(1)式を見出した。

T1=−6770/[log{(wt%Al)(wt%N)}−1.03]−423
・・・(1)

ここで、wt%Alは鋼材の全Alの含有量(質量%)であり、wt%Nは鋼材の全Nの含有量(質量%)である。以下、同様である。
Based on the solubility product of AlN and the experimental results, the present inventors have determined that the heating temperature before rolling or forging before the forging or forging necessary for setting the volume ratio of coarse AlN exceeding 200 nm to 20% or less of the total AlN ( The equation (1) for deriving (C) was found.

T1 = −6770 / [log {(wt% Al) (wt% N)} − 1.03] −423
... (1)

Here, wt% Al is the total Al content (mass%) of the steel material, and wt% N is the total N content (mass%) of the steel material. The same applies hereinafter.

すなわち、圧延前または鍛造前に、(1)式により求まる温度T1以上の温度に加熱することにより、最大径が200nmを超えるAlNの合計体積を、全AlNの総体積の20%以下にすることができる。   That is, before rolling or forging, the total volume of AlN having a maximum diameter exceeding 200 nm is reduced to 20% or less of the total volume of all AlN by heating to a temperature equal to or higher than the temperature T1 obtained by the formula (1). Can do.

次に、固溶Al量を0.05質量%以上とする理由について説明する。ここでいう固溶Al量とは下記(2)式で定義するものである。

固溶Al量(質量%)=鋼中全Al量(質量%)−AlNとして存在するAl量(質量%)
・・・ (2)

なお、AlNとして存在するAl量は、例えば非水溶媒電解液による定電位電解腐食法のSPEED法と0.1μmのフィルターにより電解抽出した残渣をICP発光分析装置で分析することにより、求めることができる。
Next, the reason why the solid solution Al amount is 0.05 mass% or more will be described. The solid solution Al amount here is defined by the following equation (2).

Solid Al content (mass%) = Total Al content in steel (mass%)-Al content present as AlN (mass%)
(2)

The amount of Al present as AlN can be determined, for example, by analyzing the residue obtained by electrolytic extraction with a SPEED method of a constant potential electrolytic corrosion method using a nonaqueous solvent electrolyte and a 0.1 μm filter with an ICP emission spectrometer. .

固溶Alは、被削性向上効果、焼入性向上効化を有するが、0.05%未満ではそれらの効果はみられないため固溶Al量を0.05%以上とする。
本発明では、実施例表2−3の発明例No.26の固溶Al実験値が0.062%であるので、固溶Al量を0.062%以上とする。
Solid solution Al has a machinability improving effect and a hardenability improving effect, but if less than 0.05%, these effects are not observed, so the amount of solid solution Al is set to 0.05% or more.
In the present invention, Invention Example No. Since the solute Al experimental value of 26 is 0.062%, the solute Al amount is set to 0.062% or more.

固溶Al量は、浸炭や焼入れ時の加熱温度に応じて、鋼中の全Al量または/および全N量により、調整することができる。本発明者らは、浸炭や焼入れ時の加熱温度(T2)と、鋼中の全Al量および全N量とにより、浸炭や焼入れ後の固溶Al量を見積もる下記(3)式を見出した。

固溶Al量(質量%)=(27/28)(((wt%N-(14/27)(wt%Al))2+(56/27)×10(1.03−6770/(T2+273)))1/2-((wt%N)-(14/27)(wt%Al)))・・・ (3)
The amount of solute Al can be adjusted by the total amount of Al and / or the total amount of N in the steel, depending on the heating temperature during carburizing and quenching. The present inventors have found the following formula (3) that estimates the amount of solute Al after carburizing and quenching based on the heating temperature (T2) at the time of carburizing and quenching, and the total Al amount and the total N amount in the steel. .

Solid solution Al amount (mass%) = (27/28) (((wt% N- (14/27) (wt% Al)) 2 + (56/27) × 10 (1.03-6770 / (T2 +273)) ) 1/2 -((wt% N)-(14/27) (wt% Al))) ... (3)

通常、焼入れ時の加熱温度(T2)は、焼入れ時の加熱温度は化学成分によって決まるA変態点温度に40〜60℃足した温度以上に設定される場合が多く、また浸炭時の加熱温度(T2)は900〜1000℃に設定される場合が多い。すなわち浸炭や焼入れ時の加熱温度(T2)は、通常800℃〜1000℃の温度範囲であるが、この加熱温度(T2)に応じて、上記(3)式により算出される固溶Al量が0.05質量%以上となるように、鋼中全Al量(質量%)または/および鋼中全N量(質量%)を前記規定範囲内で調整すればよい。 Usually, the heating temperature at the time of quenching (T2), when the heating temperature during quenching is set to more than a temperature obtained by adding 40 to 60 ° C. to determined A 3 transformation temperature by chemical components is large and also the heating temperature at the time of carburizing (T2) is often set to 900 to 1000 ° C. That is, the heating temperature (T2) at the time of carburizing and quenching is usually in the temperature range of 800 ° C. to 1000 ° C., but the amount of solid solution Al calculated by the above formula (3) is determined according to the heating temperature (T2). What is necessary is just to adjust the total amount of Al in steel (mass%) and / or the total amount of N in steel (mass%) within the specified range so that it becomes 0.05 mass% or more.

以上、本発明の合金鋼においては、粗大なAlNの生成を抑制しているため、切削時の発熱量が少なくても被削性及び焼入性を向上させることができ、かつ、切削工具の寿命が短くなることを抑制できる。また、焼入性の向上と被削性に有効な固溶Al量を増加させているため、高価な添加元素(例えばMo及びNi)を使用せずにこれら元素の濃度が不可避的不純物レベルである場合においても、焼入性を向上させることができる。さらに、上記した添加元素を使用する必要がある場合でも、その使用量を低減することができる。   As described above, in the alloy steel of the present invention, since the formation of coarse AlN is suppressed, the machinability and hardenability can be improved even if the calorific value at the time of cutting is small, and the cutting tool It is possible to prevent the life from becoming shorter. In addition, since the amount of solid solution Al effective for improving the hardenability and machinability is increased, the concentration of these elements is unavoidable at an inevitable impurity level without using expensive additive elements (for example, Mo and Ni). Even in some cases, the hardenability can be improved. Furthermore, even when it is necessary to use the above-described additive element, the amount of use can be reduced.

さらにはMoなどの代表的な焼入性向上元素と異なり、Alの場合には焼きの入らない遅い冷速(例えば空冷など)では硬さの向上効果が小さいために、例えば、切削などの機械加工はもちろんその他の冷間加工(冷間鍛造や冷間引抜きなど)でも、硬さの向上を抑制できる為に、Cr,Moで焼入性を高めた場合と比較して加工性の低下を抑制できる。   In addition, unlike typical hardenability improving elements such as Mo, in the case of Al, the effect of improving hardness is small at a slow cooling speed (for example, air cooling) in which quenching does not occur. In addition to machining, other cold working (cold forging, cold drawing, etc.) can also suppress the improvement in hardness, so the workability is reduced compared to the case where hardenability is increased with Cr and Mo. Can be suppressed.

次に、実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。本発明合金鋼は、熱間圧延後に熱処理後の熱処理の如何に問わず被削性が向上し、かつ浸炭焼入れや焼入れ焼戻し等の熱処理を実施する場合に重要な焼入性が向上している。そこで、基本成分系或いは熱処理が異なる3つの鋼種において、本発明を適用した場合の効果について具体的に説明する。ただし、被削性は基本強度又は熱処理組織が異なる場合にはその影響を大きく受け、焼入性は熱処理温度又は基本成分が異なる場合にはその影響を大きく受けるため、実施例も3つに分けて説明する。   Next, the effects of the present invention will be specifically described with reference to examples and comparative examples. The alloy steel of the present invention has improved machinability regardless of heat treatment after heat treatment after hot rolling, and has improved hardenability that is important when heat treatment such as carburizing and quenching is performed. . Then, the effect at the time of applying this invention is demonstrated concretely in three steel types from which a basic component type | system | group or heat processing differs. However, since the machinability is greatly affected when the basic strength or heat treatment structure is different, and the hardenability is greatly affected when the heat treatment temperature or basic components are different, the examples are also divided into three. I will explain.

(実施例1)
実施例1では本発明を0.15%C程度(例えばCが0.12〜0.18%の範囲内)の合金鋼について適用した場合の試験例を示す。また他の化学成分は、Si:0.1〜0.3%、Mn:0.5〜1.0%、P:0.020%以下、S:0.01%以上0.1%以下、Cr:0.5%〜1.5%以下、Al:0.055〜0.3%の範囲に収めた。実施例1では、焼準後に切削試験、浸炭を想定した加熱温度でのジョミニ試験を実施した。詳細には、表1−1に示す組成の鋼150Kgを真空溶解炉で溶製後、表1−3に示す加熱温度で熱間鍛造し、直径が65mmと35mmの2種類の円柱状に鍛伸した。そして、この実施例の鋼材について、下記に示す方法で、65mm鍛伸材から切り出した試験片で被削性試験、AlNの観察、及び固溶Al量の測定を行った。また35mm鍛伸材から切り出したジョミニ試験片でジョミニ試験を実施し、その特性を評価した。
Example 1
Example 1 shows a test example when the present invention is applied to an alloy steel of about 0.15% C (for example, C is in the range of 0.12 to 0.18%). Other chemical components are Si: 0.1-0.3%, Mn: 0.5-1.0%, P: 0.020% or less, S: 0.01% or more and 0.1% or less, Cr: 0.5% to 1.5% or less, Al: 0.055 to 0.3%. In Example 1, after the normalization, a cutting test and a Jomini test at a heating temperature assuming carburization were performed. Specifically, after 150Kg of steel having the composition shown in Table 1-1 was melted in a vacuum melting furnace, it was hot forged at the heating temperature shown in Table 1-3 to forge into two types of cylinders with diameters of 65mm and 35mm. Stretched. And about the steel material of this Example, the machinability test, observation of AlN, and measurement of the amount of solute Al were performed with the test piece cut out from the 65 mm forged material by the method shown below. Moreover, the Jomini test was implemented with the Jomini test piece cut out from 35 mm forged material, and the characteristic was evaluated.

Figure 0005181619
Figure 0005181619

〔被削性試験〕
まず、鍛伸後の鋼材を930℃の温度条件下で1時間保持した後に空冷し、焼準のための熱処理を施し、各鋼材の硬さをHv10で135から145の範囲に調整した。その後、熱処理後の各鋼材から被削性評価用試験片を切出し、下記表1−2に示す切削条件でドリル穿孔試験を行い、実施例及び比較例の各鋼材の被削性を評価した。その際、評価指標としては、ドリル穿孔試験では累積穴深さ1000mmまで切削可能な最大切削速度VL1000を採用した。
[Machinability test]
First, the steel material after forging was held at a temperature of 930 ° C. for 1 hour, then air-cooled, and subjected to heat treatment for normalization, and the hardness of each steel material was adjusted to a range of 135 to 145 at Hv10. Then, the test piece for machinability evaluation was cut out from each steel material after heat processing, the drill drilling test was performed on the cutting conditions shown to following Table 1-2, and the machinability of each steel material of an Example and a comparative example was evaluated. At that time, as an evaluation index, a maximum cutting speed VL1000 capable of cutting to a cumulative hole depth of 1000 mm was adopted in the drill drilling test.

Figure 0005181619
なお、NACHI通常ドリルとは株式会社不二越製の型番SD3.0のドリルを示す。以後、本文中でNACHI通常ドリルと表示した場合にも株式会社不二越製の型番SD3.0のドリルを示す。
Figure 0005181619
The NACHI normal drill is a model SD3.0 drill manufactured by Fujikoshi Co., Ltd. Hereafter, when the NACHI normal drill is indicated in the text, the model number SD3.0 drill made by Fujikoshi Co., Ltd. is shown.

〔ジョミニ試験〕
ジョミニ試験は、鍛伸後の各鋼材に対して、JIS G0561に基づく方法で一端焼入方法により浸炭加熱温度を想定した930℃の加熱温度で実施した。その後、得られたジョミニ-カーブ及びC量より、50%Mの硬さに相当するジョミニ距離を推定し、このジョミニ距離を焼入性DIに換算した。
[Jomini test]
The Jomini test was performed on each steel material after forging at a heating temperature of 930 ° C. assuming a carburizing heating temperature by a one-time quenching method by a method based on JIS G0561. Thereafter, the resulting Jomini - from the curve and C content, estimates the Jomini distance corresponding to the hardness of 50% M, and converting the Jomini distance hardenability D I.

〔AlNの観察〕
AlNの観察は、被削性試験評価用試験片と同様の方法で作製した鋼材のQ部から切出した試料を用いてレプリカ法により観察用試料を作成し、この観察用試料を透過型電子顕微鏡により観察した。観察は1000μmの視野をランダムに20視野実施した。そして、最大径が200nmを超えるAlNの合計体積が全AlNの総体積の20%以下である場合を○、20%以上である場合を×として判定した。
[Observation of AlN]
For the observation of AlN, an observation sample was prepared by a replica method using a sample cut out from the Q part of a steel material produced in the same manner as the test piece for machinability test evaluation, and this observation sample was transmitted using a transmission electron microscope. Was observed. Observation was carried out by randomly viewing 20 fields of 1000 μm 2 . Then, the case where the total volume of AlN having a maximum diameter exceeding 200 nm was 20% or less of the total volume of all AlN was judged as ◯, and the case where it was 20% or more was judged as x.

〔固溶Al量の測定〕
まず、非水溶媒電解液による定電位電解腐食法のSPEED法と0.1μmのフィルターにより電解抽出した残渣をICP発光分析装置で分析することにより、AlNとして存在するAl量(質量%)を測定し、上記(2)式に代入することにより固溶Al量(質量%)を求めた。
[Measurement of solid solution Al content]
First, the amount of Al present as AlN (% by mass) is measured by analyzing the residue obtained by electrolytic extraction with the SPEED method, a potentiostatic electrolytic corrosion method using a non-aqueous solvent electrolyte, and a 0.1 μm filter, using an ICP emission spectrometer. By substituting into the above equation (2), the amount of solid solution Al (% by mass) was determined.

以上の試験の結果を表1−3にまとめて示す。

Figure 0005181619
The results of the above tests are summarized in Table 1-3.
Figure 0005181619

上記表1−1及び表1−3に示すNo.1〜7は発明例、No.8〜13は比較例である。上記表1−3に示すように、本発明の実施例であるNo.1〜7の鋼材では、評価指標であるVL1000、焼入性DIの向上効果が認められるが、比較例であるNo.8〜13の鋼材では、これらのうちの少なくとも1つ以上の特性が、実施例の鋼材に比べて劣っていた(図1、図2参照)。 No. shown in Table 1-1 and Table 1-3 above. 1-7 are invention examples, No.1. 8 to 13 are comparative examples. As shown in Table 1-3 above, No. 1 as an example of the present invention. In 1-7 steel, which is an evaluation index VL1000, although the effect of improving hardenability D I is observed, which is a comparative example No. In the steel materials of 8 to 13, at least one of these characteristics was inferior to the steel materials of the examples (see FIGS. 1 and 2).

具体的には、No.8、10、12は、全Al量が本発明で規定する範囲から外れており、その結果、固溶Al量が本発明規定を下回ったため、被削性の指標であるVL1000が同程度のS含有量を有する発明鋼に比べ劣っていた。また固溶Alによる焼入性の向上効果も小さかった。   Specifically, no. Nos. 8, 10, and 12 are out of the range defined by the present invention, and as a result, the amount of solute Al is less than that defined by the present invention. It was inferior to the inventive steel having a content. Moreover, the effect of improving hardenability by solute Al was also small.

No.9、11は全Al量、全N量、及び上記(1)式から計算される必要加熱温度T1(℃)に比べ、実際の鍛造時の加熱温度が低かったために粗大なAlNが生成し、被削性の指標であるVL1000が同程度のS含有量を有する発明鋼に比べ劣っていた。   No. 9 and 11, the total Al amount, the total N amount, and the required heating temperature T1 (° C.) calculated from the above formula (1), the heating temperature at the time of actual forging was low, so coarse AlN was generated, VL1000, which is an index of machinability, was inferior to the inventive steel having the same S content.

No.13は全N量及び全Al量が規定範囲内であり、鍛造時の加熱温度も上記(1)から計算される必要加熱温度を満足するものであるが、全N量(質量%)に対して全Al量(質量%)が相対的に少ない為、実施した浸炭加熱温度では固溶Al値が本発明で規定する範囲外となり、被削性の指標であるVL1000が同程度のS含有量を有する発明鋼に比べ劣っていた。また、固溶Alによる焼入性の向上効果も小さかった。   No. In No. 13, the total amount of N and the total amount of Al are within the specified ranges, and the heating temperature during forging also satisfies the required heating temperature calculated from (1) above, but with respect to the total amount of N (mass%). Since the total Al amount (% by mass) is relatively small, the solute Al value is outside the range specified in the present invention at the carburizing heating temperature carried out, and the VL1000, which is an index of machinability, has the same S content. It was inferior to the invention steel having Moreover, the effect of improving hardenability by solute Al was also small.

(実施例2)
実施例2では、本発明を0.2%C程度(例えばCが0.18〜0.23%の範囲内)の合金鋼に適用した場合の試験例を示す。また他の化学成分は、Si:0.1〜0.3%、Mn:0.5〜1.0%、P:0.020%以下、S:0.01%以上0.1%以下、Cr:0.5%〜1.5%以下、Al:0.055〜0.3%の範囲に収めた。実施例2では、焼準後に切削試験、浸炭を想定した加熱温度でのジョミニ試験を実施した。詳細には、表2−1に示す組成の鋼150Kgを真空溶解炉で溶製後、表2−3に示す加熱温度で熱間鍛造し、直径が65mmと35mmの2種類の円柱状に鍛伸した。そして、この実施例の鋼材について、下記に示す方法で、65mm鍛伸材から切り出した試験片で被削性試験、AlNの観察、及び固溶Al量の測定を行った。また35mm鍛伸材から切り出したジョミニ試験片でジョミニ試験を実施し、その特性を評価した。
(Example 2)
Example 2 shows a test example when the present invention is applied to an alloy steel of about 0.2% C (for example, C is in the range of 0.18 to 0.23%). Other chemical components are Si: 0.1-0.3%, Mn: 0.5-1.0%, P: 0.020% or less, S: 0.01% or more and 0.1% or less, Cr: 0.5% to 1.5% or less, Al: 0.055 to 0.3%. In Example 2, a Jomini test at a heating temperature assuming a cutting test and carburizing was performed after normalization. Specifically, after 150Kg of steel having the composition shown in Table 2-1 was melted in a vacuum melting furnace, it was hot forged at the heating temperature shown in Table 2-3 and forged into two types of cylinders with diameters of 65mm and 35mm. Stretched. And about the steel material of this Example, the machinability test, observation of AlN, and measurement of the amount of solute Al were performed with the test piece cut out from the 65 mm forged material by the method shown below. Moreover, the Jomini test was implemented with the Jomini test piece cut out from 35 mm forged material, and the characteristic was evaluated.

Figure 0005181619
Figure 0005181619

〔被削性試験〕
まず、鍛伸後の各鋼材を930℃の温度条件下で1時間保持した後に空冷し、焼準のための熱処理を施し、各鋼材の硬さをHv10で140から150の範囲に調整した。その後、熱処理後の各鋼材から被削性評価用試験片を切出し、下記表2−2に示す切削条件でドリル穿孔試験を行い、実施例及び比較例の各鋼材の被削性を評価した。その際、評価指標としては、ドリル穿孔試験では累積穴深さ1000mmまで切削可能な最大切削速度VL1000を採用した。
[Machinability test]
First, each steel material after forging was held for 1 hour under a temperature condition of 930 ° C. and then air-cooled and subjected to heat treatment for normalization, and the hardness of each steel material was adjusted to a range of 140 to 150 at Hv10. Then, the test piece for machinability evaluation was cut out from each steel material after heat processing, the drilling test was performed on the cutting conditions shown in the following Table 2-2, and the machinability of each steel material of an Example and a comparative example was evaluated. At that time, as an evaluation index, a maximum cutting speed VL1000 capable of cutting to a cumulative hole depth of 1000 mm was adopted in the drill drilling test.

Figure 0005181619
Figure 0005181619

〔ジョミニ試験〕
ジョミニ試験は、鍛伸後の各鋼材に対して、JIS G0561に基づく方法で一端焼入方法により浸炭加熱温度を想定した930℃の加熱温度で実施した。その後、得られたジョミニ-カーブ及びC量より、50%Mの硬さに相当するジョミニ距離を推定し、このジョミニ距離から焼入性(DI:理想臨界直径)に換算した。
[Jomini test]
The Jomini test was performed on each steel material after forging at a heating temperature of 930 ° C. assuming a carburizing heating temperature by a one-time quenching method by a method based on JIS G0561. Thereafter, a Jomini distance corresponding to a hardness of 50% M was estimated from the obtained Jomini-Curve and C amount, and this Jomini distance was converted to hardenability (D I : ideal critical diameter).

〔AlNの観察〕
AlNの観察は、被削性試験評価用試験片と同様の方法で作製した鋼材のQ部から切出した試料を用いてレプリカ法により観察用試料を作成し、この観察用試料を透過型電子顕微鏡により観察した。観察は、1000μmの視野をランダムに20視野実施した。そして、最大径が200nmを超えるAlNの合計体積が全AlNの総体積の20%以下である場合を○、20%以上である場合を×として判定した。
[Observation of AlN]
For the observation of AlN, an observation sample was prepared by a replica method using a sample cut out from the Q part of a steel material produced in the same manner as the test piece for machinability test evaluation, and this observation sample was transmitted using a transmission electron microscope. Was observed. Observation was carried out with 20 fields of 1000 μm 2 randomly. Then, the case where the total volume of AlN having a maximum diameter exceeding 200 nm was 20% or less of the total volume of all AlN was judged as ◯, and the case where it was 20% or more was judged as x.

〔固溶Al量の測定〕
まず、非水溶媒電解液による定電位電解腐食法のSPEED法と0.1μmのフィルターにより電解抽出した残渣をICP発光分析装置で分析することにより、AlNとして存在するAl量(質量%)を測定し、上記(2)式に代入することにより固溶Al量(質量%)を求めた。
[Measurement of solid solution Al content]
First, the amount of Al present as AlN (% by mass) is measured by analyzing the residue obtained by electrolytic extraction with the SPEED method, a potentiostatic electrolytic corrosion method using a non-aqueous solvent electrolyte, and a 0.1 μm filter, using an ICP emission spectrometer. By substituting into the above equation (2), the amount of solid solution Al (% by mass) was determined.

以上の試験の結果を表2−3にまとめて示す。

Figure 0005181619
The results of the above tests are summarized in Table 2-3.
Figure 0005181619

上記表2−1及び表2−3に示すNo.14〜32は発明例、No.33〜41は比較例である。上記表2−3に示すように、本発明の実施例であるNo.14〜32の鋼材では、評価指標であるVL1000、焼入性DIの向上効果が認められるが、比較例であるNo.33〜41の鋼材では、これらのうちの少なくとも1つ以上の特性が、実施例の鋼材に比べて劣っていた。(図3、図4参照) No. shown in Table 2-1 and Table 2-3 above. Nos. 14 to 32 are invention examples. 33 to 41 are comparative examples. As shown in Table 2-3 above, No. 1 as an example of the present invention. In steel 14 to 32, an evaluation index VL1000, although the effect of improving hardenability D I is observed, which is a comparative example No. In the steel materials of 33-41, at least 1 or more of these characteristics were inferior compared with the steel material of an Example. (See Figs. 3 and 4)

具体的には、No.33、36、39は、全Al量が本発明で規定する範囲から外れており、その結果、固溶Al量が本発明規定を下回ったため、被削性の指標であるVL1000が同程度のS含有量を有する発明鋼に比べ劣っており、固溶Alによる焼入性の向上効果も小さかった。   Specifically, no. Nos. 33, 36, and 39 are out of the range defined by the present invention, and as a result, the amount of solute Al is less than that defined by the present invention. It was inferior to the inventive steel having a content, and the effect of improving hardenability by solute Al was also small.

No.34、35、37、40、41はAl量、N量、及び上記式(1)から計算される必要加熱温度T1(℃)に比べ、実際の鍛造時の加熱温度が低かったために粗大なAlNが生成し、被削性の指標であるVL1000が同程度のS含有量を有する発明鋼に比べ劣っていた。   No. 34, 35, 37, 40 and 41 are coarse AlN because the heating temperature at the actual forging was lower than the required heating temperature T1 (° C.) calculated from the Al amount, N amount, and the above formula (1). VL1000, which is an index of machinability, was inferior to the inventive steel having the same S content.

No.38は全N量及び全Al量が規定範囲内であり、鍛造時の加熱温度も上記(1)から計算される必要加熱温度を満足するものであるが、全N量に対して全Al量が相対的に少ない為、実施した浸炭加熱温度では固溶Al値が本発明で規定する範囲外となり、被削性の指標であるVL1000が同程度のS含有量を有する発明鋼に比べ劣っていた。また、固溶Alによる焼入性の向上効果も小さかった。   No. In No. 38, the total amount of N and the total amount of Al are within the specified ranges, and the heating temperature during forging also satisfies the required heating temperature calculated from (1) above. Therefore, the solute Al value is outside the range specified in the present invention at the carburizing heating temperature carried out, and VL1000, which is an index of machinability, is inferior to the invention steel having the same S content. It was. Moreover, the effect of improving hardenability by solute Al was also small.

(実施例3)
実施例3では本発明を0.4%C程度(例えばCが0.35〜0.45%の範囲内)の合金鋼に適用した場合の試験例を示す。また他の化学成分は、Si:0.1〜0.3%、Mn:0.5〜1.0%、P:0.020%以下、S:0.01%以上0.1%以下、Cr:0.5%〜1.5%以下、Al:0.055〜0.3%の範囲に収めた。実施例3では、焼準後に切削試験、焼入れを想定した加熱温度でのジョミニ試験を実施した。詳細には、表3−1に示す組成の鋼150Kgを真空溶解炉で溶製後、表3−3に示す加熱温度で熱間鍛造し、直径が65mmと35mmの2種類の円柱状に鍛伸した。そして、この実施例の鋼材について、下記に示す方法で、65mm鍛伸材から切り出した試験片で被削性試験、AlNの観察、及び固溶Al量の測定を行った。また35mm鍛伸材から切り出したジョミニ試験片でジョミニ試験を実施し、その特性を評価した。
(Example 3)
Example 3 shows a test example when the present invention is applied to an alloy steel of about 0.4% C (for example, C is in the range of 0.35 to 0.45%). Other chemical components are Si: 0.1-0.3%, Mn: 0.5-1.0%, P: 0.020% or less, S: 0.01% or more and 0.1% or less, Cr: 0.5% to 1.5% or less, Al: 0.055 to 0.3%. In Example 3, a jomini test was performed at a heating temperature assuming a cutting test and quenching after normalization. Specifically, after 150Kg of steel having the composition shown in Table 3-1 was melted in a vacuum melting furnace, it was hot forged at the heating temperature shown in Table 3-3 and forged into two types of cylinders with diameters of 65 mm and 35 mm. Stretched. And about the steel material of this Example, the machinability test, observation of AlN, and measurement of the amount of solute Al were performed with the test piece cut out from the 65 mm forged material by the method shown below. Moreover, the Jomini test was implemented with the Jomini test piece cut out from 35 mm forged material, and the characteristic was evaluated.

Figure 0005181619
Figure 0005181619

〔被削性試験〕
まず、鍛伸後の鋼材を850℃の温度条件下で1時間保持後、空冷し、焼準のための熱処理を施し、各鋼材の硬さをHv10で225から235の範囲に調整した。その後、熱処理後の各鋼材から被削性評価用試験片を切出し、下記表3−2に示す切削条件でドリル穿孔試験を行い、実施例及び比較例の各鋼材の被削性を評価した。その際、評価指標としては、ドリル穿孔試験では累積穴深さ1000mmまで切削可能な最大切削速度VL1000を採用した。
[Machinability test]
First, the steel material after forging was kept at 850 ° C. for 1 hour, then air-cooled, and subjected to heat treatment for normalization, and the hardness of each steel material was adjusted to a range of 225 to 235 at Hv10. Then, the test piece for machinability evaluation was cut out from each steel material after heat processing, the drilling test was performed on the cutting conditions shown to the following Table 3-2, and the machinability of each steel material of an Example and a comparative example was evaluated. At that time, as an evaluation index, a maximum cutting speed VL1000 capable of cutting to a cumulative hole depth of 1000 mm was adopted in the drill drilling test.

Figure 0005181619
Figure 0005181619

〔ジョミニ試験〕
ジョミニ試験は、鍛伸後の各鋼材に対して、JIS G0561に基づく方法で一端焼入方法により焼入れ加熱温度を想定した850℃の加熱温度で実施した。その後、得られたジョミニ-カーブ及びC量より、50%Mの硬さに相当するジョミニ距離を推定し、このジョミニ距離を焼入性DIに換算した。
[Jomini test]
The Jomini test was carried out on each steel material after forging at a heating temperature of 850 ° C. assuming a quenching heating temperature by a one-time quenching method by a method based on JIS G0561. Thereafter, the resulting Jomini - from the curve and C content, estimates the Jomini distance corresponding to the hardness of 50% M, and converting the Jomini distance hardenability D I.

〔AlNの観察〕
AlNの観察は、被削性試験評価用試験片と同様の方法で作製した鋼材のQ部から切出した試料を用いてレプリカ法により観察用試料を作成し、この観察用試料を透過型電子顕微鏡により観察した。観察は、1000μmの視野をランダムに20視野実施した。そして、最大径が200nmを超えるAlNの合計体積が全AlNの総体積の20%以下である場合を○、20%以上である場合を×として判定した。
[Observation of AlN]
For the observation of AlN, an observation sample was prepared by a replica method using a sample cut out from the Q part of a steel material produced in the same manner as the test piece for machinability test evaluation, and this observation sample was transmitted using a transmission electron microscope. Was observed. Observation was carried out with 20 fields of 1000 μm 2 randomly. Then, the case where the total volume of AlN having a maximum diameter exceeding 200 nm was 20% or less of the total volume of all AlN was judged as ◯, and the case where it was 20% or more was judged as x.

〔固溶Al量の測定〕
まず、非水溶媒電解液による定電位電解腐食法のSPEED法と0.1μmのフィルターにより電解抽出した残渣をICP発光分析装置で分析することにより、AlNとして存在するAl量(質量%)を測定し、上記(2)式に代入することにより固溶Al量(質量%)を求めた。
[Measurement of solid solution Al content]
First, the amount of Al present as AlN (% by mass) is measured by analyzing the residue obtained by electrolytic extraction with the SPEED method, a potentiostatic electrolytic corrosion method using a non-aqueous solvent electrolyte, and a 0.1 μm filter, using an ICP emission spectrometer. By substituting into the above equation (2), the amount of solid solution Al (% by mass) was determined.

以上の試験の結果を表3−3にまとめて示す。

Figure 0005181619
The results of the above tests are summarized in Table 3-3.
Figure 0005181619

上記表3−1及び表3−3に示すNo.42〜48は発明例、No.49〜54は比較例である。上記表3−3に示すように、本発明の実施例であるNo.42〜48の鋼材では、評価指標であるVL1000、焼入性DIの向上効果が認められるが、比較例であるNo.49〜54の鋼材では、これらのうちの少なくとも1つ以上の特性が、実施例の鋼材に比べて劣っていた。(図5、図6参照) No. shown in Table 3-1 and Table 3-3 above. Nos. 42 to 48 are invention examples. 49 to 54 are comparative examples. As shown in Table 3-3 above, No. 1 is an example of the present invention. In steel 42 to 48, an evaluation index VL1000, although the effect of improving hardenability D I is observed, which is a comparative example No. In the steel materials of 49-54, at least 1 or more of these characteristics were inferior compared with the steel material of an Example. (See FIGS. 5 and 6)

具体的には、No.49、51、53は、全Al量が本発明で規定する範囲から外れており、その結果、固溶Al量が本発明規定を下回ったため、被削性の指標であるVL1000が同程度のS含有量を有する発明鋼に比べ劣っていた。また固溶Alによる焼入性の向上効果も小さかった。   Specifically, no. Nos. 49, 51, and 53 are out of the range defined by the present invention. As a result, the amount of solute Al is less than the present invention. It was inferior to the inventive steel having a content. The effect of improving hardenability by solute Al was also small.

No.50、52はAl量、N量から上記(1)式から計算される必要加熱温度T1(℃)に比べ、実際の鍛造時の加熱温度が低かったために粗大なAlNが生成し、被削性の指標であるVL1000が同程度のS含有量を有する発明鋼に比べ劣っていた。   No. 50 and 52 are coarse AlN produced because the heating temperature during actual forging was lower than the required heating temperature T1 (° C.) calculated from the above formula (1) from the Al amount and N amount, and machinability. VL1000, which is an index of, was inferior to the inventive steel having the same S content.

No.54は全N量及び全Al量が規定範囲内であり、鍛造時の加熱温度も上記(1)から計算される必要加熱温度を満足するものであるが、全N量に対して全Al量が相対的に少ない為、実施した焼入れ加熱温度では固溶Al値が本発明で規定する範囲外となり、被削性の指標であるVL1000が同程度のS含有量を有する発明鋼に比べ劣っており、固溶Alによる焼入性の向上効果も小さかった。   No. 54, the total N amount and the total Al amount are within the specified ranges, and the heating temperature during forging also satisfies the required heating temperature calculated from (1) above, but the total Al amount with respect to the total N amount Therefore, the solute Al value is out of the range specified in the present invention at the quenching heating temperature performed, and VL1000, which is an index of machinability, is inferior to the invention steel having the same S content. The effect of improving the hardenability by solute Al was also small.

実施例1におけるS量と被削性との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between S amount and machinability in Example 1. FIG. 実施例1における固溶Al量と焼入性(DI値)との関係を示す図である。It is a diagram showing a relationship between solute Al amount and hardenability in Example 1 (D I value). 実施例2におけるS量と被削性との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between S amount and machinability in Example 2. FIG. 実施例2における固溶Al量と焼入性(DI値)との関係を示す図である。It is a diagram showing a relationship between solute Al amount and hardenability in Example 2 (D I value). 実施例3におけるS量と被削性との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between S amount and machinability in Example 3. FIG. 実施例3における固溶Al量と焼入性(DI値)との関係を示す図である。It is a diagram showing a relationship between solute Al amount and hardenability in Example 3 (D I value).

Claims (8)

化学成分として、質量%で、
C:0.14〜0.85%
Si:0.01〜1.5%、
Mn:0.05〜2.5%、
S:0.005〜0.35%、
Cr:0.2〜6.0%、
N:0.020%以下、
Al:0.055〜1.0%
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、
最大径が200nmを超えるAlNの合計体積が全AlNの総体積の20%以下であり、固溶Alが0.062質量%以上であり、熱間圧延により成形加工した丸棒鋼から製造され、焼入れ処理が施された鋼材であることを特徴とする被削性と焼入れ性に優れた焼入れ鋼材。
As a chemical component,
C: 0.14 to 0.85%
Si: 0.01 to 1.5%,
Mn: 0.05 to 2.5%
S: 0.005-0.35%,
Cr: 0.2-6.0%,
N: 0.020% or less,
Al: 0.055-1.0%
And the balance consists of Fe and inevitable impurities,
The total volume of AlN maximum diameter exceeds 200nm is 20% or less of the total volume of all AlN, Ri der solute Al is 0.062 mass% or more, manufactured from molded round-bar steel by hot rolling, machinability and hardenability excellent in hardening steel, wherein the steel der Rukoto the quenching process is applied.
化学成分として、更に、質量%で、P:0.020%以下を含有することを特徴とする請求項1記載の被削性と焼入れ性に優れた焼入れ鋼材。 The hardened steel material excellent in machinability and hardenability according to claim 1, further comprising P: 0.020% or less by mass% as a chemical component. 化学成分として、更に、質量%で、Ca:0.0003〜0.0015%を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の被削性と焼入れ性に優れた焼入れ鋼材。 The hardened steel material excellent in machinability and hardenability according to claim 1 or 2, further comprising Ca: 0.0003 to 0.0015% by mass% as a chemical component. 化学成分として、更に、質量%で、Ti:0.001〜0.1%、Nb:0.005〜0.2%、W:0.01〜1.0%、V:0.01%〜1.0%からなる群から選択された1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の被削性と焼入れ性に優れた焼入れ鋼材。 Further, as chemical components, by mass%, Ti: 0.001 to 0.1%, Nb: 0.005 to 0.2%, W: 0.01 to 1.0%, V: 0.01% to The hardened steel material excellent in machinability and hardenability according to any one of claims 1 to 3, comprising one or more selected from the group consisting of 1.0%. 化学成分として、更に、質量%で、Mg: 0.0001〜0.0040%、Zr:0.0003〜0.01%、Rem:0.0001〜0.015%からなる群から選択された1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の被削性と焼入れ性に優れた焼入れ鋼材。 The chemical component is 1% selected from the group consisting of Mg: 0.0001 to 0.0040%, Zr: 0.0003 to 0.01%, and Rem: 0.0001 to 0.015% in terms of mass%. The hardened steel material excellent in machinability and hardenability according to any one of claims 1 to 4, comprising seeds or two or more kinds. 化学成分として、更に、質量%で、Sb:0.0005%以上0.0150%未満、Sn:0.005〜2.0%、Zn:0.0005〜0.5%、:0.0005〜0.015% 、Te:0.0003〜0.2%、Bi:0.005〜0.5%、Pb:0.005〜0.5%からなる群から選択された1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の被削性と焼入れ性に優れた焼入れ鋼材。 As a chemical component, Sb: 0.0005% to less than 0.0150%, Sn: 0.005-2.0%, Zn: 0.0005-0.5%, B : 0.0005 ˜0.015%, Te: 0.0003-0.2%, Bi: 0.005-0.5%, Pb: One or two selected from the group consisting of 0.005-0.5% The hardened steel material excellent in machinability and hardenability according to any one of claims 1 to 5, comprising the above. 化学成分として、更に、質量%で、Mo: 0.01〜1.0%を含有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の被削性と焼入れ性に優れた焼入れ鋼材。 The chemical component further contains, in mass%, Mo : 0.01 to 1.0%, excellent in machinability and hardenability according to any one of claims 1 to 6. Hardened steel. 化学成分として、更に、質量%で、Ni:0.05〜2.0%、Cu:0.01〜2.0%からなる群から選択された1種または2種を含有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の被削性と焼入れ性に優れた焼入れ鋼材。 Further, as a chemical component, the composition further comprises one or two selected from the group consisting of Ni: 0.05 to 2.0% and Cu: 0.01 to 2.0% by mass%. The hardened steel material excellent in machinability and hardenability according to any one of claims 1 to 7.
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