JP5385574B2 - Machine structural steels and cold forged steel parts with excellent cold forgeability - Google Patents

Machine structural steels and cold forged steel parts with excellent cold forgeability Download PDF

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  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Description

本発明は、加工中は良好な冷間加工性を示すと共に、加工後は所定の硬度、強度を示すような機械構造用鋼材、およびこうした機械構造用鋼材から得られる冷間加工鋼部品に関するものである。   The present invention relates to a steel material for machine structure that exhibits good cold workability during processing and also exhibits a predetermined hardness and strength after processing, and a cold-worked steel part obtained from such steel material for machine structure. It is.

近年、環境保護の観点から、自動車などの車両の燃費向上を目的として、自動車用の各種部品の軽量化に対する要求が高まっている、例えば、ボルト、ナット、ピニオンギヤ、ステアリングシャフト、バルブリフター、コモンレール等を製造するための冷間加工用鋼材(機械構造用鋼材)について、軽量化、即ち高強度化に対する要求が益々高まっている。この種の軽量化に応えるために、一般に、母材鉄に添加される各種合金元素の含有量を調整することにより、所定強度を確保する方法が採用されている。一方、部品製造工程におけるCO2の排出量削減のため、これまで熱間鍛造によって加工されていたクランクシャフト、コンロッド、トランスミッションギヤ等の部品の冷間鍛造化に関する要求も高まっている。 In recent years, from the viewpoint of environmental protection, there has been an increasing demand for weight reduction of various parts for automobiles for the purpose of improving the fuel efficiency of vehicles such as automobiles, such as bolts, nuts, pinion gears, steering shafts, valve lifters, common rails, etc. With respect to steel materials for cold working (steel materials for machine structures) for manufacturing steel, there is an increasing demand for weight reduction, that is, higher strength. In order to respond to this kind of weight reduction, a method of ensuring a predetermined strength is generally adopted by adjusting the content of various alloy elements added to the base metal. On the other hand, in order to reduce CO 2 emissions in the component manufacturing process, there is an increasing demand for cold forging of components such as crankshafts, connecting rods and transmission gears that have been processed by hot forging.

冷間加工(冷間鍛造)とは、通常、200℃以下の雰囲気における加工であり、この冷間加工は、熱間加工や温間加工と比較して生産性が高く、しかも寸法精度および鋼材の歩留がともに良好であるといった利点がある。   Cold work (cold forging) is usually work in an atmosphere of 200 ° C. or less, and this cold work is more productive than hot work or warm work, and also has dimensional accuracy and steel material. There is an advantage that both yields are good.

しかしながら、このような冷間加工によって部品を製造する場合に問題となるのは、冷間加工された部品の強度を期待される所定値以上に確保するためには、必然的に、変形抵抗の高い鋼材を用いる必要があることである。ところが、使用する鋼材の変形抵抗が高いほど、冷間加工用金型の寿命低下を招くばかりか、冷間加工時に割れが発生しやすいという難点がある。   However, a problem in manufacturing parts by such cold working is that in order to ensure the strength of the cold-worked parts to be higher than the expected value, it is inevitably necessary to have deformation resistance. It is necessary to use high steel materials. However, the higher the deformation resistance of the steel material used, there is a drawback that not only the life of the cold working mold is reduced, but also cracking is likely to occur during cold working.

そこで、従来では、鋼材を所定形状に冷間加工した後、焼入れ・焼き戻しなどの熱処理を行うことによって、所定強度(若しくは硬さ)が確保された高強度部品を製造する方法が実施されることもあった。しかしながら、冷間加工後に熱処理を施すことは、部品寸法を必然的に変化させるため、二次的に切削などの機械加工により修正する必要があり、熱処理やその後の加工が省略できるような解決策が望まれているのが実情である。   Therefore, conventionally, a method of manufacturing a high-strength part having a predetermined strength (or hardness) is performed by performing a heat treatment such as quenching and tempering after cold working a steel material into a predetermined shape. There was also. However, applying heat treatment after cold working inevitably changes the component dimensions, so it is necessary to make secondary corrections by machining such as cutting, so that the heat treatment and subsequent processing can be omitted. It is the actual situation that is desired.

こうしたことから、冷間加工中における鋼材の変形抵抗を低減すると同時に、所定の強度を確保し、しかも生産性を向上および省エネルギー化を図るために、いくつかの対策が提案されている。例えば、特許文献1には、歪時効特性に優れた冷間鍛造用線材・棒鋼およびその製造方法について、低炭素鋼で固溶Cを利用して常温時効の進行を抑制し、歪時効による所定の時効硬化量を確保することが開示されている。また特許文献2には、冷間加工性に優れた高強度鋼線または棒鋼、高強度成形品並びにそれらの製造方法について、平均粒径:500nm以下でセメンタイトフリーのフェライト組織とすることが提案されている。   For this reason, several measures have been proposed in order to reduce the deformation resistance of the steel material during cold working, and at the same time to ensure a predetermined strength, improve productivity, and save energy. For example, Patent Document 1 discloses a cold forging wire rod and bar steel excellent in strain aging characteristics and a method for manufacturing the same, by suppressing the progress of normal temperature aging by using solute C in a low carbon steel, and by predetermined strain aging. It is disclosed that the age-hardening amount of is secured. Patent Document 2 proposes a cementite-free ferrite structure with an average particle size of 500 nm or less for a high-strength steel wire or bar steel excellent in cold workability, a high-strength molded product, and a production method thereof. ing.

しかしながら、上記特許文献1の技術は、固溶C量によって歪時効を抑制するものであり、また特許文献2の技術は、セメンタイトフリーのフェライト組織とすることによって、高強度の鋼線を得ることを目的とするものであるので、要求される冷間加工性や加工後の所定の強度確保の両特性を同時に満足するような鋼材を得ることは困難であった。
特開平10−306345号公報 特開2005−320630号公報
However, the technique of Patent Document 1 suppresses strain aging by the amount of solute C, and the technique of Patent Document 2 obtains a high-strength steel wire by using a cementite-free ferrite structure. Therefore, it has been difficult to obtain a steel material that satisfies both the required cold workability and the required properties of securing a predetermined strength after processing.
JP-A-10-306345 Japanese Patent Laying-Open No. 2005-320630

本発明はこの様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、冷間加工性に優れる(特に、冷間加工鋼部品に割れが生じず、かつ、部品硬さに対する加工時の変形抵抗が低く抑えられて、金型の長寿命化を図り得ることをいう)と共に、加工後は所定の硬度・強度を確保することのできる機械構造用鋼材、およびこうした機械構造用鋼材を用いて得られる冷間加工鋼部品を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and the object thereof is excellent in cold workability (particularly, the cold-worked steel part is not cracked, and at the time of working on the part hardness. This means that the deformation resistance can be kept low, and that the life of the mold can be extended, and at the same time, the machine structural steel that can secure the specified hardness and strength after processing, and such mechanical structural steel It is to provide a cold-worked steel part obtained.

本発明に係る機械構造用鋼材とは、質量%で、C:0.025%以下(0%を含まない)、Si:0.005〜0.4%、Mn:0.3〜1%、P:0.05%以下(0%を含まない)、S:0.05%以下(0%を含まない)、N:0.008〜0.025%、および下記(1)式を満たし、残部は鉄および不可避的不純物からなり、且つ固溶状態としてのN:0.007%以上であると共に、前記不可避的不純物としてのAlの含有量を0.005%以下(0%を含む)に抑制したものであり、鋼組織がフェライト単相組織であり、そのフェライトの平均結晶粒径が10〜200μmの範囲である点に要旨を有するものである。
0.3≧(10[C]+[N]) …(1)
但し、[C]および[N]は、夫々CおよびNの含有量(質量%)を示す。
The steel for machine structure according to the present invention is mass%, C: 0.025% or less (excluding 0%), Si: 0.005 to 0.4%, Mn: 0.3 to 1%, P: 0.05% or less (excluding 0%), S: 0.05% or less (not including 0%), N: 0.008 to 0.025%, and satisfying the following formula (1), The balance is made of iron and unavoidable impurities, and N as a solid solution is 0.007% or more, and the content of Al as the unavoidable impurities is 0.005% or less (including 0%). The steel structure is a ferrite single phase structure, and the average crystal grain size of the ferrite is in the range of 10 to 200 μm.
0.3 ≧ (10 [C] + [N]) (1)
However, [C] and [N] indicate the contents (% by mass) of C and N, respectively.

本発明の機械構造用鋼材には、必要によって更に、(a)Cr:2%以下(0%を含まない)および/またはMo:2%以下(0%を含まない)、(b)Ti:0.2%以下(0%を含まない)、Nb:0.2%以下(0%を含まない)およびV:0.2%以下(0%を含まない)よりなる群から選ばれる少なくとも1種、(c)B:0.005%以下(0%を含まない)、(d)Cu:5%以下(0%を含まない)、Ni:5%以下(0%を含まない)およびCo:5%以下(0%を含まない)よりなる群から選ばれる少なくとも1種、(e)Ca:0.05%以下(0%を含まない)、REM:0.05%以下(0%を含まない)、Mg:0.02%以下(0%を含まない)、Li:0.02%以下(0%を含まない)、Pb:0.5%以下(0%を含まない)およびBi:0.5%以下(0%を含まない)よりなる群から選ばれる少なくとも1種、等の含有させることも有用であり、含有される成分の種類に応じて、冷間加工用線材の特性が更に改善される。   In the steel for machine structure of the present invention, if necessary, (a) Cr: 2% or less (not including 0%) and / or Mo: 2% or less (not including 0%), (b) Ti: At least 1 selected from the group consisting of 0.2% or less (not including 0%), Nb: 0.2% or less (not including 0%), and V: 0.2% or less (not including 0%) Species, (c) B: 0.005% or less (excluding 0%), (d) Cu: 5% or less (excluding 0%), Ni: 5% or less (excluding 0%), and Co : At least one selected from the group consisting of 5% or less (not including 0%), (e) Ca: 0.05% or less (not including 0%), REM: 0.05% or less (0% Not included), Mg: 0.02% or less (not including 0%), Li: 0.02% or less (not including 0%), Pb: 0.5% It is also useful to contain at least one selected from the group consisting of the following (not including 0%) and Bi: 0.5% or less (not including 0%), etc. Accordingly, the properties of the wire for cold working are further improved.

一方、上記目的を達成することのできた冷間加工鋼部品とは、上記のような本発明の機械構造用鋼材を加工温度:100℃未満で冷間加工することにより製造される冷間加工鋼部品であって、冷間加工後の部品硬さ(H)と冷間加工中の変形抵抗の最大値(DR)が、下記(2)式の関係を満足する点に要旨を有するものである。
H≧(DR+200)/2.5 …(2)
[(2)式中、H:冷間加工後の部品硬さ(Hv)、DR:冷間加工中の変形抵抗の最大値(MPa)を示す。]
On the other hand, the cold-worked steel part that has achieved the above object is a cold-worked steel produced by cold-working the steel for machine structural use according to the present invention as described above at a working temperature of less than 100 ° C. It is a component and has a gist in that the component hardness (H) after cold working and the maximum value (DR) of deformation resistance during cold working satisfy the relationship of the following equation (2). .
H ≧ (DR + 200) /2.5 (2)
[In formula (2), H: component hardness after cold working (Hv), DR: maximum deformation resistance (MPa) during cold working. ]

本発明の機械構造用鋼材は、冷間加工中における鋼材の変形抵抗が低減されるため、冷間加工用金型の寿命が長くなると共に、割れが発生し難くなり、且つ加工後の得られる部品は所定の強度および硬度を確保することができるものとなるため、生産性向上および省エネルギーに寄与するものとなる。   The steel for machine structural use according to the present invention reduces the deformation resistance of the steel during cold working, so that the life of the cold working mold is prolonged, cracking is less likely to occur, and it is obtained after working. Since the parts can ensure predetermined strength and hardness, they contribute to productivity improvement and energy saving.

本発明者らは、冷間加工中は良好な加工性を示し、加工後に所定の硬度・強度を確保することのできる機械構造用鋼材を実現するべく様々な角度から検討した。その結果、C含有量とN含有量の関係を適正化すると共に、固溶N量を所定量確保して化学成分組成を適切に制御し、しかもフェライト単相組織におけるフェライト結晶粒径を適切に制御すれば、上記目的を達成し得る機械構造用鋼材が実現できることを見出し、本発明を完成した。まず本発明の機械構造用鋼材において、化学成分を規定した理由は次の通りである。   The present inventors have studied from various angles in order to realize a steel material for machine structure that exhibits good workability during cold working and can ensure a predetermined hardness and strength after working. As a result, the relationship between the C content and the N content is optimized, and a predetermined amount of solid solution N is ensured to appropriately control the chemical composition, and the ferrite crystal grain size in the ferrite single phase structure is appropriately controlled. As a result, it was found that a steel material for mechanical structure capable of achieving the above object can be realized by controlling the present invention, and the present invention has been completed. First, in the steel for machine structure of the present invention, the reason why chemical components are specified is as follows.

[C:0.025%以下(0%を含まない)]
Cは、鋼材の組織の形成に大きな影響を及ぼす元素であり、組織をフェライト単相組織とするために、極力低減する必要があり、過剰に含有すると、鋼材の組織中にパーライトが生成し、パーライトの加工硬化によって変形抵抗が過大となる恐れがある。こうしたことから、C含有量は0.025%以下(0%を含まない)とする必要があり、好ましくは0.023%以下、より好ましくは0.021%以下である。しかしながら、C含有量が極端に少なくなると、鋼材の溶製中の脱酸が困難になるため、下限は0.0005%とすることが好ましく、より好ましくは0.0008%以上、更に好ましくは0.001%以上である。
[C: 0.025% or less (excluding 0%)]
C is an element that greatly affects the formation of the structure of the steel material, and in order to make the structure a ferrite single-phase structure, it is necessary to reduce as much as possible, and if excessively contained, pearlite is generated in the structure of the steel material, Deformation resistance may be excessive due to work hardening of pearlite. For these reasons, the C content needs to be 0.025% or less (excluding 0%), preferably 0.023% or less, more preferably 0.021% or less. However, if the C content is extremely reduced, it becomes difficult to deoxidize the steel material during melting. Therefore, the lower limit is preferably 0.0005%, more preferably 0.0008% or more, and still more preferably 0. 0.001% or more.

[Si:0.005〜0.4%]
Siは、溶製中の脱酸元素として有効である。Si含有量が0.005%未満であると、脱酸が不十分になって溶製中にブローホールを発生することになる。しかしながら、Si含有量が過剰になって0.4%を超えると、Siの固溶強化による変形抵抗の増大を招くと共に、割れが顕著になるため好ましくない。尚、Si含有量は好ましくは0.006%以上(より好ましくは0.007%以上)であり、好ましくは0.35%以下(より好ましくは0.32%以下)である。
[Si: 0.005 to 0.4%]
Si is effective as a deoxidizing element during melting. If the Si content is less than 0.005%, deoxidation is insufficient and blow holes are generated during melting. However, if the Si content is excessive and exceeds 0.4%, the deformation resistance is increased due to the solid solution strengthening of Si, and cracks become remarkable, which is not preferable. The Si content is preferably 0.006% or more (more preferably 0.007% or more), preferably 0.35% or less (more preferably 0.32% or less).

[Mn:0.3〜1%]
鋼材中のN含有量を高めた場合、加工中の発熱による動的歪み時効によって割れが発生しやすくなるが、Mnはそのときの加工性を向上させ、割れを抑制する効果がある。この様な効果を有効に発揮させるには、0.3%以上含有させることが必要であり、好ましくは0.35%以上、より好ましくは0.40%以上である。一方、Mnが過剰に含まれると変形抵抗が過大となり、偏析による組織の不均一性が生じるので、1%以下とする必要があり、好ましくは0.95%以下、より好ましくは0.90%以下である。
[Mn: 0.3 to 1%]
When the N content in the steel material is increased, cracks are likely to occur due to dynamic strain aging due to heat generation during processing, but Mn has the effect of improving the workability at that time and suppressing cracks. In order to exhibit such an effect effectively, it is necessary to contain 0.3% or more, preferably 0.35% or more, more preferably 0.40% or more. On the other hand, if Mn is contained excessively, deformation resistance becomes excessive and nonuniformity of the structure due to segregation occurs, so it is necessary to make it 1% or less, preferably 0.95% or less, more preferably 0.90%. It is as follows.

[P:0.05%以下(0%を含まない)]
リン(P)は、不可避的不純物であるが、これがフェライトに含有すると、フェライト粒界に偏析して冷間加工性を劣化させる元素である。また、フェライトを固溶強化させて変形抵抗の増大をもたらす元素でもある。よって、冷間加工性向上の観点から、P含有量は0.05%以下とする。好ましくは0.03%以下であるが、P含有量を0%にすることは、工業上困難である。
[P: 0.05% or less (excluding 0%)]
Phosphorus (P) is an unavoidable impurity, but when it is contained in ferrite, it is an element that segregates at the ferrite grain boundaries and degrades cold workability. It is also an element that causes solid solution strengthening of ferrite to increase deformation resistance. Therefore, from the viewpoint of improving cold workability, the P content is set to 0.05% or less. Although it is preferably 0.03% or less, it is industrially difficult to make the P content 0%.

[S:0.05%以下(0%を含まない)]
硫黄(S)も、Pと同様に不可避的不純物であり、FeSとして結晶粒界に膜状に析出し、加工性を劣化させる元素である。また、熱間脆性を引き起こす作用がある。そこで変形能を向上させる観点から、本発明ではS含有量を、0.05%以下(好ましくは0.03%以下)とする。但し、S含有量を0%にすることは、工業上困難である。尚、Sは被削性を向上させる効果を有するため、被削性向上の観点からは、0.002%以上含有させることが好ましく、より好ましくは0.006%以上含有させることが推奨される。
[S: 0.05% or less (excluding 0%)]
Sulfur (S) is also an unavoidable impurity like P and is an element that precipitates in the form of a film at the grain boundary as FeS and degrades workability. It also has the effect of causing hot brittleness. Therefore, from the viewpoint of improving the deformability, in the present invention, the S content is set to 0.05% or less (preferably 0.03% or less). However, it is industrially difficult to reduce the S content to 0%. In addition, since S has an effect of improving machinability, it is preferable to contain 0.002% or more, more preferably 0.006% or more from the viewpoint of improving machinability. .

[N:0.008〜0.025%]
窒素(N)は、加工後の静的歪み時効によって所定の強度を得るために重要な元素である。こうした効果を発揮させるためには、N含有量を0.008%以上とする必要がある。しかしながら、N含有量が過剰になって0.025%を超えると、静的歪み時効のほか、加工中の動的歪み時効の影響が顕著になり、変形抵抗が増大することになる。尚、N含有量の好ましい下限は0.0085%(より好ましくは0.009%以上)であり、好ましい上限は0.023%(より好ましくは0.02%以下)である。
[N: 0.008 to 0.025%]
Nitrogen (N) is an important element for obtaining a predetermined strength by static strain aging after processing. In order to exert such effects, the N content needs to be 0.008% or more. However, if the N content becomes excessive and exceeds 0.025%, in addition to static strain aging, the influence of dynamic strain aging during processing becomes significant, and the deformation resistance increases. In addition, the minimum with preferable N content is 0.0085% (more preferably 0.009% or more), and a preferable upper limit is 0.023% (more preferably 0.02% or less).

本発明の機械構造用鋼材では、固溶状態のN(固溶N)を所定量とすることによって、変形抵抗をあまり高くせずに、静的歪み時効を促進させることも特徴としている。冷間加工後に所定の強度を確保するためには、固溶Nの量を0.007%以上とする必要がある。しかしながら、固溶Nの量が過剰になると、冷間加工性が劣化するので、好ましくは0.025%以下とするのが良い。   The steel for machine structural use according to the present invention is characterized in that static strain aging is promoted without increasing the deformation resistance by setting N in a solid solution state (solid solution N) to a predetermined amount. In order to ensure a predetermined strength after cold working, the amount of solute N needs to be 0.007% or more. However, if the amount of the solute N becomes excessive, the cold workability deteriorates, so the content is preferably 0.025% or less.

尚、本発明における固溶Nの含有量は、JIS G 1228に準拠して、鋼材中の全N量から全N化合物中のN量を差し引いて求められる値である。この固溶Nの含有量の実用的な測定法を以下に例示する。   In addition, content of the solid solution N in this invention is a value calculated | required by subtracting N amount in all N compounds from total N amount in steel materials based on JISG1228. A practical method for measuring the content of this solute N is exemplified below.

(a)不活性ガス融解法−熱伝導度法(全N量測定)
供試材から切り出したサンプルをルツボに入れ、不活性ガス気流中で融解してNを抽出し、抽出物を熱伝導度セルに搬送して熱伝導度の変化を測定して全N量を求める。
(b)アンモニア蒸留分離インドフェノール青吸光光度法(全N化合物量の測定)
供試材から切り出したサンプルを、10%AA系電解液に溶解し、定電流電解を行って、鋼中の全N化合物量を測定する。用いる10%AA系電解液は、10%アセトン、10%塩化テトラメチルアンモニウム、残部メタノールからなる非水溶媒系の電解液であり、鋼表面に不働態皮膜を生成させない溶液である。
(A) Inert gas melting method-thermal conductivity method (total N content measurement)
A sample cut from the test material is put in a crucible, extracted in an inert gas stream to extract N, the extract is transported to a thermal conductivity cell, and the change in thermal conductivity is measured to determine the total N amount. Ask.
(B) Ammonia distillation separation indophenol blue spectrophotometry (measurement of total N compound amount)
A sample cut out from the test material is dissolved in a 10% AA-based electrolytic solution, subjected to constant current electrolysis, and the total amount of N compounds in the steel is measured. The 10% AA electrolyte used is a non-aqueous solvent electrolyte consisting of 10% acetone, 10% tetramethylammonium chloride, and the remainder methanol, and does not generate a passive film on the steel surface.

供試材のサンプル約0.5gを、この10%AA系電解液に溶解させ、生成する不溶解残渣(N化合物)を穴サイズが0.1μmのポリカーボネート製のフィルタでろ過する。得られた不溶解残渣を、硫酸、硫酸カリウムおよび純銅製チップ中で加熱して分解し、分解物をろ液に合わせる。この溶液を、水酸化ナトリウムでアルカリ性にした後、水蒸気蒸留を行い、留出したアンモニアを希硫酸に吸収させる。更に、フェノール、次亜塩素酸ナトリウムおよびペンタシアノニトロシル鉄(III)酸ナトリウムを加えて青色錯体を生成させ、吸光光度計を用いて吸光度を測定して全N化合物量を求める。
(a)の方法によって求められた全N量から、(b)の方法によって求められた全N化合物量を差し引いて固溶N量を求めることができる。
About 0.5 g of a sample of the test material is dissolved in this 10% AA-based electrolytic solution, and the resulting insoluble residue (N compound) is filtered through a polycarbonate filter having a hole size of 0.1 μm. The obtained insoluble residue is decomposed by heating in a chip made of sulfuric acid, potassium sulfate and pure copper, and the decomposition product is combined with the filtrate. After making this solution alkaline with sodium hydroxide, steam distillation is performed, and the distilled ammonia is absorbed in dilute sulfuric acid. Further, phenol, sodium hypochlorite and sodium pentacyanonitrosyl iron (III) are added to form a blue complex, and the absorbance is measured using an absorptiometer to determine the total N compound amount.
The total amount of N compounds determined by the method (b) can be subtracted from the total N amount determined by the method (a) to determine the solid solution N amount.

本発明の鋼材において、固溶Cは変形抵抗を大きく増加させ、静的歪み時効にあまり寄与せず、一方、固溶Nは変形抵抗をあまり上げず、静的歪み時効を促進させることができるため加工後の硬度を増加させることができる作用を有する。そのため、本発明の鋼材においては、加工中の変形抵抗をあまり上げず、加工後の硬さを増加させるために、Cの含有量[C]とNの含有量[N]とは、下記(1)式の関係を満足する必要がある。(1)式に右辺の値(=10[C]+[N])が、0.3(質量%)を超えると、CおよびNの含有量が過剰となって、変形抵抗が過大となる。尚、(10[C]+[N])の値は、0.29以下であることが好ましく、より好ましくは0.28以下とするのが良い。
0.3≧(10[C]+[N]) …(1)
但し、[C]および[N]は、夫々CおよびNの含有量(質量%)を示す。
In the steel material of the present invention, solid solution C greatly increases deformation resistance and does not contribute much to static strain aging, while solid solution N does not increase deformation resistance and can promote static strain aging. Therefore, it has the effect | action which can increase the hardness after a process. Therefore, in the steel material of the present invention, the C content [C] and the N content [N] are as follows in order to increase the hardness after processing without increasing the deformation resistance during processing. 1) It is necessary to satisfy the relationship of the formula. When the value on the right side (= 10 [C] + [N]) in equation (1) exceeds 0.3 (mass%), the contents of C and N become excessive and the deformation resistance becomes excessive. . The value of (10 [C] + [N]) is preferably 0.29 or less, more preferably 0.28 or less.
0.3 ≧ (10 [C] + [N]) (1)
However, [C] and [N] indicate the contents (% by mass) of C and N, respectively.

本発明で規定する含有元素は上記の通りであって、残部は鉄および不可避的不純物である。該不可避的不純物としては、原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる元素の混入が許容され得る。このうちAlについては、下記の様に抑制する必要がある。また、必要に応じて、以下の元素(選択元素)を更に含有させても良い。   The contained elements specified in the present invention are as described above, and the balance is iron and inevitable impurities. As this unavoidable impurity, mixing of the element brought in by conditions, such as a raw material, material, a manufacturing facility, can be accept | permitted. Of these, Al must be suppressed as follows. Moreover, you may further contain the following elements (selective element) as needed.

[Al:0.005%以下(0%を含む)]
Alは固溶Nと結合することで固溶N量を低減させ、加工後の硬さを低下させる不可避的不純物元素である。そのため、Al含有量は、低ければ低いほど良い。またAlを極力低減することは、熱処理によるN化合物への結合・分解を無視することができ、部品内・部品間のばらつきを低減することができる。尚、Al含有量は、0.0045%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.004%以下とするのが良い。
[Al: 0.005% or less (including 0%)]
Al is an unavoidable impurity element that combines with solid solution N to reduce the amount of solid solution N and lower the hardness after processing. Therefore, the lower the Al content, the better. Further, reducing Al as much as possible can ignore the bonding / decomposition to the N compound by the heat treatment, and can reduce variations in and between parts. The Al content is preferably 0.0045% or less, and more preferably 0.004% or less.

[Cr:2%以下(0%を含まない)および/またはMo:2%以下(0%を含まない)]
Crは、結晶粒界の強度を高めることにより鋼の変形能を向上させる作用を有する元素であり、必要に応じて、好ましくは0.1%以上、より好ましくは0.2%以上含有させることができる。しかしながら、Crを過剰に含有させると、変形抵抗が増大し、冷間加工性が低下する恐れがあるため、その含有量は2%以下(0%を含まない)とすることが好ましく、より好ましくは1.5%以下、更に好ましくは1%以下とするのが良い。
[Cr: 2% or less (not including 0%) and / or Mo: 2% or less (not including 0%)]
Cr is an element that has the effect of improving the deformability of steel by increasing the strength of the grain boundaries, and if necessary, it is preferably 0.1% or more, more preferably 0.2% or more. Can do. However, if Cr is excessively contained, deformation resistance increases and cold workability may be lowered. Therefore, the content is preferably 2% or less (excluding 0%), more preferably. Is 1.5% or less, more preferably 1% or less.

一方、Moは、加工後の鋼材の硬さおよび変形能を増大させる作用を有する元素であり、必要に応じて0.04%以上、より好ましくは0.08%以上含有させることができる。しかし、Moを過剰に含有させると、冷間加工性が劣化するおそれがあるため、2%以下(0%を含まない)とすることが好ましく、より好ましくは1.5%以下、更に好ましくは1%以下である。   On the other hand, Mo is an element having an action of increasing the hardness and deformability of the steel material after processing, and can be contained by 0.04% or more, more preferably 0.08% or more, if necessary. However, if Mo is excessively contained, the cold workability may be deteriorated. Therefore, it is preferably 2% or less (excluding 0%), more preferably 1.5% or less, and still more preferably. 1% or less.

[Ti:0.2%以下(0%を含まない)、Nb:0.2%以下(0%を含まない)およびV:0.2%以下(0%を含まない)よりなる群から選ばれる少なくとも1種]
本発明の鋼材が、Ti、NbおよびVよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含有する場合は、Ti、NbおよびVは、1種単独でまたは2種以上を同時に含有していても良い。これらTi、NbおよびVは、Nとの親和力が強く、Nと共存してN化合物を形成し、鋼の結晶粒を微細化し、冷間加工後に得られる加工品の靭性を向上させ、また、耐割れ性を向上させるために有効な元素である。これらの元素を含有させる場合には、Ti:0.2%以下(0%を含まない)、Nb:0.2%以下(0%を含まない)およびV:0.2%以下(0%を含まない)とすることが好ましい。より好ましくは、Ti:0.15%以下、Nb:0.15%以下、V:0.1%以下である。尚、これらの効果を有効に発揮させるために、いずれも0.001%以上含有させることが好ましく、より好ましくは0.002%以上含有させることが推奨される。
[Ti: 0.2% or less (not including 0%), Nb: 0.2% or less (not including 0%) and V: 0.2% or less (not including 0%) At least one selected]
When the steel material of this invention contains at least 1 sort (s) chosen from the group which consists of Ti, Nb, and V, Ti, Nb, and V may contain 1 type individually or 2 types or more simultaneously. These Ti, Nb and V have a strong affinity for N, coexist with N to form an N compound, refine the steel crystal grains, improve the toughness of the processed product obtained after cold working, It is an effective element for improving crack resistance. When these elements are contained, Ti: 0.2% or less (not including 0%), Nb: 0.2% or less (not including 0%), and V: 0.2% or less (0% Is not included). More preferably, Ti is 0.15% or less, Nb is 0.15% or less, and V is 0.1% or less. In order to effectively exhibit these effects, it is preferable to contain 0.001% or more, and it is recommended to contain 0.002% or more.

[B:0.005%以下(0%を含まない)]
Bは、上記Ti,Nb,Vと同様に、Nとの親和力が強く、Nと共存してN化合物を形成し、鋼の結晶粒を微細化し、冷間加工後に得られる加工品の靭性を向上させ、また、耐割れる性を向上させるために有効な元素である。Bを含有させた場合には、所要の固溶N量を確保して冷間加工後の強度を向上させることができることから、その含有量を0.005%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.0035%以下、更に好ましくは0.002%以下とするのが良い。尚、これらの効果を有効に発揮させるために、Bは0.0001%以上含有させることが好ましく、より好ましくは0.0002%以上含有させることが推奨される。
[B: 0.005% or less (excluding 0%)]
B, like Ti, Nb, and V, has a strong affinity with N, forms an N compound in coexistence with N, refines the crystal grains of steel, and improves the toughness of a processed product obtained after cold working. It is an element effective for improving and improving crack resistance. When B is contained, the required solid solution N amount can be ensured and the strength after cold working can be improved, so the content is preferably 0.005% or less, more preferably Is 0.0035% or less, more preferably 0.002% or less. In order to effectively exhibit these effects, B is preferably contained in an amount of 0.0001% or more, and more preferably 0.0002% or more.

[Cu:5%以下(0%を含まない)、Ni:5%以下(0%を含まない)およびCo:5%以下(0%を含まない)よりなる群から選ばれる少なくとも1種]
本発明の鋼材が、Cu,NiおよびCoよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含有する場合は、Cu,NiおよびCoは、1種または2種以上を同時に含有していても良い。これらCu,NiおよびCoは、いずれも鋼材を歪み時効させ、硬化させる作用があり、加工後強度を向上させるのに有効な元素である。こうした効果を発揮させるためには、0.1%以上(より好ましくは0.3%以上)含有させることが好ましい。しかしながら、これらの含有量が過剰になると、鋼材を歪み時効および硬化させる効果、更には加工後強度を向上させる効果が飽和し、また割れを誘発させるおそれがあるため、夫々5%以下(0%を含まない)とすることが好ましく、より好ましくは4%以下(更に好ましくは3%以下)とするのが良い。
[Cu: 5% or less (not including 0%), Ni: 5% or less (not including 0%) and Co: 5% or less (not including 0%)]
When the steel material of this invention contains at least 1 sort (s) chosen from the group which consists of Cu, Ni, and Co, Cu, Ni, and Co may contain 1 type (s) or 2 or more types simultaneously. These Cu, Ni and Co all have an effect of strain aging and hardening the steel material, and are effective elements for improving the strength after processing. In order to exhibit such an effect, it is preferable to contain 0.1% or more (more preferably 0.3% or more). However, if these contents are excessive, the effects of strain aging and hardening of the steel material, as well as the effect of improving the strength after processing are saturated, and there is a possibility of inducing cracks. Is preferably included), more preferably 4% or less (more preferably 3% or less).

[Ca:0.05%以下(0%を含まない)、REM:0.05%以下(0%を含まない)、Mg:0.02%以下(0%を含まない)、Li:0.02%以下(0%を含まない)、Pb:0.5%以下(0%を含まない)およびBi:0.5%以下(0%を含まない)よりなる群から選ばれる少なくとも1種]
Caは、MnS等の硫化物系介在物を球状化させ、鋼の変形能を高めると共に、被削性の向上に寄与する元素である。この様な効果を有効に発現させるには、好ましくは0.0005%以上、より好ましくは0.001%以上のCaを含有させるのが良い。しかし、Caの含有量が過剰になっても、その効果が飽和するので、0.05%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.03%以下、更に好ましくは0.01%以下である。
[Ca: 0.05% or less (not including 0%), REM: 0.05% or less (not including 0%), Mg: 0.02% or less (not including 0%), Li: 0.0. 02% or less (excluding 0%), Pb: 0.5% or less (not including 0%), and Bi: 0.5% or less (not including 0%)]
Ca is an element that spheroidizes sulfide inclusions such as MnS, improves the deformability of steel, and contributes to improvement of machinability. In order to effectively exhibit such an effect, it is preferable to contain 0.0005% or more, more preferably 0.001% or more of Ca. However, even if the Ca content is excessive, the effect is saturated. Therefore, the content is preferably 0.05% or less, more preferably 0.03% or less, and still more preferably 0.01% or less. .

REM(希土類元素)は、Caと同様にMnS等の硫化物系介在物を球状化させ、鋼の変形能を高めると共に、被削性の向上に寄与する元素である。この様な効果を有効に発現させるには、好ましくは0.0002%以上、より好ましくは0.0005%以上のREMを含有させるのが良い。しかしながら、REMの含有量が過剰になっても、その効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できないので、0.05%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.03%以下、更に好ましくは0.01%以下である。   REM (rare earth element) is an element that contributes to improvement of machinability while increasing the deformability of steel by spheroidizing sulfide inclusions such as MnS as in the case of Ca. In order to effectively exhibit such an effect, it is preferable to contain 0.0002% or more, more preferably 0.0005% or more of REM. However, even if the content of REM becomes excessive, the effect is saturated and an effect commensurate with the content cannot be expected. Therefore, the content is preferably 0.05% or less, more preferably 0.03% or less. Preferably it is 0.01% or less.

Mgは、Caと同様にMnS等の硫化物系介在物を球状化させ、鋼の変形能を高めると共に、被削性の向上に寄与する元素である。この様な効果を有効に発現させるには、好ましくは0.0002%以上、より好ましくは0.0005%以上のMgを含有させるのが良い。しかしながら、Mgの含有量が過剰になっても、その効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できないので、0.02%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.015%以下、更に好ましくは0.01%以下である。   Mg, like Ca, is an element that spheroidizes sulfide inclusions such as MnS to enhance the deformability of steel and contribute to the improvement of machinability. In order to effectively exhibit such an effect, it is preferable to contain 0.0002% or more, more preferably 0.0005% or more of Mg. However, even if the Mg content is excessive, the effect is saturated, and an effect commensurate with the content cannot be expected. Therefore, the content is preferably 0.02% or less, more preferably 0.015% or less, and further Preferably it is 0.01% or less.

Liは、Caと同様にMnS等の硫化物系介在物を球状化させ、鋼の変形能を高めることができ、またAl系酸化物を低融点化して無害化し、被削性の向上に寄与する元素である。この様な効果を有効に発現させるには、好ましくは0.0002%以上、より好ましくは0.0005%以上のLiを含有させるのが良い。しかしながら、Liの含有量が過剰になっても、その効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できないので、0.02%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.015%以下、更に好ましくは0.01%以下である。   Li, like Ca, can spheroidize sulfide inclusions such as MnS to increase the deformability of steel, and lower the melting point of Al-based oxides to make them harmless, contributing to improved machinability. Element. In order to effectively exhibit such an effect, 0.0002% or more, more preferably 0.0005% or more of Li is preferably contained. However, even if the Li content is excessive, the effect is saturated and an effect commensurate with the content cannot be expected. Therefore, the content is preferably 0.02% or less, more preferably 0.015% or less, and further Preferably it is 0.01% or less.

Pbは、被削性を向上させるのに有効な元素である。この様な効果を発揮させるには、Pbは好ましくは0.005%以上、より好ましくは0.01%以上含有させるのが良い。しかしながら、Pbの含有量が過剰になると、圧延疵の発生等の製造上の問題を生じさせるため、その上限を0.5%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.4%以下、更に好ましくは0.3%以下である。   Pb is an element effective for improving machinability. In order to exhibit such an effect, Pb is preferably contained in an amount of 0.005% or more, more preferably 0.01% or more. However, if the Pb content is excessive, problems in production such as the occurrence of rolling defects occur, so the upper limit is preferably 0.5% or less, more preferably 0.4% or less, Preferably it is 0.3% or less.

Biは、Pbと同様に被削性を向上させるのに有効な元素である。この様な効果を発揮させるには、Biは好ましくは0.005%以上、より好ましくは0.01%以上含有させるのが良い。しかしながら、Biの含有量が過剰になっても、その効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できないので、その上限を0.2%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.4%以下、更に好ましくは0.3%以下である。   Bi is an element effective for improving machinability like Pb. In order to exert such an effect, Bi is preferably contained in an amount of 0.005% or more, more preferably 0.01% or more. However, even if the Bi content is excessive, the effect is saturated and an effect commensurate with the content cannot be expected. Therefore, the upper limit is preferably 0.2% or less, more preferably 0.4%. Hereinafter, it is more preferably 0.3% or less.

本発明の鋼材の鋼組織は、フェライト単相組織で構成される、このフェライトの単相組織を構成するフェライトの平均結晶粒径は、加工性を向上させるために、10〜200μmの範囲であることが必要である。フェライトの平均結晶粒径が10μm未満であると、変形抵抗が高くなり過ぎるため、その下限は10μmであり、好ましくは12μm以上、より好ましくは15μm以上である。しかしながら、フェライトの平均結晶粒径が200μmを超えると、靭性、疲労特性等が悪化するので、その上限は200μmであり、好ましくは180μm以下、より好ましくは150μm以下である。   The steel structure of the steel material of the present invention is composed of a ferrite single-phase structure. The average grain size of ferrite constituting the ferrite single-phase structure is in the range of 10 to 200 μm in order to improve workability. It is necessary. If the average grain size of ferrite is less than 10 μm, the deformation resistance becomes too high, so the lower limit is 10 μm, preferably 12 μm or more, more preferably 15 μm or more. However, if the average crystal grain size of ferrite exceeds 200 μm, toughness, fatigue characteristics and the like deteriorate, so the upper limit is 200 μm, preferably 180 μm or less, more preferably 150 μm or less.

本発明の機械構造用鋼材は、その後、冷間加工され、鋼部品(ボルト、ナット、ピニオンギヤ、ステアリングシャフト、バルブリフター、コモンレール等の冷間加工部品、これまで熱間鍛造によって加工されていたクランクシャフト、コンロッド、トランスミッションギヤ等の自動車用部品、その他の機械部品)となる。ここでの冷間加工方法には、冷間鍛造、冷間圧造、冷間転造、冷間打抜き等の冷間加工が含まれる。また、部品の加工に必要であれば、伸線、圧延等の加工を行ってもよい。   The steel for machine structural use according to the present invention is then cold-worked and steel parts (cold-worked parts such as bolts, nuts, pinion gears, steering shafts, valve lifters, and common rails, and cranks that have been machined by hot forging so far. Automotive parts such as shafts, connecting rods, transmission gears, and other mechanical parts). The cold working method here includes cold working such as cold forging, cold forging, cold rolling, cold punching and the like. Further, if necessary for the processing of the parts, processing such as wire drawing and rolling may be performed.

上記のような本発明の鋼材を加工温度:100℃未満で冷間加工することによって、本発明の冷間加工鋼部品が得られるが、この冷間加工鋼部品は、冷間加工後の部品硬さ(H)と冷間加工中の変形抵抗の最大値(DR)が、下記(2)式の関係を満足するものとなる。
H≧(DR+200)/2.5 …(2)
[(2)式中、H:冷間加工後の部品硬さ(Hv)、DR:冷間加工中の変形抵抗の最大値(MPa)を示す。]
By cold working the steel material of the present invention as described above at a processing temperature of less than 100 ° C., the cold worked steel part of the present invention is obtained. Hardness (H) and the maximum value (DR) of deformation resistance during cold working satisfy the relationship of the following formula (2).
H ≧ (DR + 200) /2.5 (2)
[In formula (2), H: component hardness after cold working (Hv), DR: maximum deformation resistance (MPa) during cold working. ]

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, and may be implemented with appropriate modifications within a range that can meet the gist of the preceding and following descriptions. Of course, any of these is also included in the technical scope of the present invention.

[実施例1]
下記表1に示す化学成分組成からなる鋼種(1A〜2F)の供試鋼を調整し、これらの夫々をビレット溶製した後、1150〜1250℃に加熱し、熱間鍛造により155mm角の鋼片とした。この鋼片を950〜1100℃に加熱して、φ12mmの丸棒に圧延した。次いで、この丸棒を切断して、中心部からφ10×15mm長さの試験片を切り出した。表1中、「固溶N」は、前記のJIS G 1228に準拠した方法によって測定された固溶状態のN含有量を示す値である。また表1には、丸棒断面のフェライトの結晶粒径も示したが、これは下記の方法によって測定したものである。尚、鋼種1Bの供試材を用いて製造した丸棒については、表1に示す熱処理(付加熱処理)を施した後に試験片を切り出した。
[Example 1]
Sample steels (1A to 2F) having the chemical composition shown in Table 1 below were prepared, each of these was billet-melted, heated to 1150 to 1250 ° C., and hot forged to produce a 155 mm square steel. It was a piece. This steel slab was heated to 950 to 1100 ° C. and rolled into a round bar of φ12 mm. Next, this round bar was cut to cut out a test piece having a length of φ10 × 15 mm from the center. In Table 1, “Solubility N” is a value indicating the N content in a solid solution state measured by a method based on the above JIS G 1228. Table 1 also shows the crystal grain size of ferrite with a round bar cross section, which was measured by the following method. In addition, about the round bar manufactured using the specimen of steel type 1B, after performing the heat processing (addition heat processing) shown in Table 1, the test piece was cut out.

[フェライトの平均結晶粒径の測定方法]
各試験片の組織を、JIS G 0552に準拠して、フェライトの平均結晶粒径を測定した。即ち、各丸棒材から切り出した鋼片の横断面を鏡面研磨した後、ナイタールで腐食する。次に、そのD/4位置(D:直径)を光学顕微鏡で、倍率100倍で観察し、写真撮影した。そして、切断法で任意断面の結晶粒数を求め、フェライトの平均結晶粒径(μm)に換算した。
[Measurement method of average grain size of ferrite]
The average crystal grain size of ferrite was measured for the structure of each test piece in accordance with JIS G 0552. That is, the cross section of the steel piece cut out from each round bar is mirror-polished and then corroded with nital. Next, the D / 4 position (D: diameter) was observed with an optical microscope at a magnification of 100 times and photographed. And the number of crystal grains of an arbitrary cross section was calculated | required with the cutting method, and it converted into the average crystal grain diameter (micrometer) of a ferrite.

Figure 0005385574
Figure 0005385574

各試験片を、容量1600トンのプレス装置を用いて冷間鍛造により試験片の端面を拘束した状態から圧縮加工し、変形抵抗(DR:冷間加工中の変形抵抗の最大値)を測定した。このときの冷間鍛造の条件は、加工歪み速度:10/秒、加工温度:20〜80℃、圧縮率:80%とした。尚、加工歪み速度は、加工中(塑性変形中)の歪み速度の平均値とした。また、下記表2に示す圧縮率は、[(1−L/L0)×100(%)](L0:加工前の試験片の長さ、L:加工後の試験片の長さを示す)によって求められるものである。 Each test piece was compressed from a state in which the end face of the test piece was constrained by cold forging using a press machine having a capacity of 1600 tons, and deformation resistance (DR: maximum value of deformation resistance during cold working) was measured. . The conditions for cold forging at this time were a processing strain rate of 10 / second, a processing temperature of 20 to 80 ° C., and a compression rate of 80%. The processing strain rate was an average value of strain rates during processing (plastic deformation). The compression rate shown in Table 2 below is [(1-L / L 0 ) × 100 (%)] (L 0 : length of the test piece before processing, L: length of the test piece after processing. Is required).

得られた各加工品について、実体顕微鏡により、倍率:20倍で表面を観察して割れの有無を確認した。また、ビッカース硬さ試験機を用いて、荷重:1000g、測定位置:各加工品断面のD/4位置(D:直径)の中央部および測定回数:5回の条件で、各加工品のビッカース硬さ(Hv)を測定した。各加工品の加工条件(加熱温度、圧縮率)、変形抵抗(DR)、割れの有無(割れが発生した場合を×、割れが発生しなかった場合を○とする)、(2)式の右辺の値[(DR+200)/2.5]および加工後の硬さを下記表2に示す。   About each obtained processed product, the presence or absence of the crack was confirmed by observing the surface by magnification: 20 times with the stereomicroscope. Also, using a Vickers hardness tester, the load: 1000 g, measurement position: Vickers of each workpiece under the conditions of the center of D / 4 position (D: diameter) of each workpiece cross section and the number of measurements: 5 times Hardness (Hv) was measured. Processing conditions (heating temperature, compressibility), deformation resistance (DR), presence / absence of cracking (when cracking occurs, x, when cracking does not occur), (2) The value on the right side [(DR + 200) /2.5] and the hardness after processing are shown in Table 2 below.

尚、これらの測定結果において、得られた加工品について、割れがなく、しかもビッカース硬さに対して変形抵抗が低い場合[具体的には、前記(2)式に示す条件を満足する場合]を、冷間加工性に優れたものと判断して、総合判定を「○」と表示した。また、前記(2)式の条件を満足しない加工品について、割れが発生したものの総合判定を「×」で表示した。   In these measurement results, the obtained processed product has no cracks and has a low deformation resistance with respect to the Vickers hardness [specifically, when the condition shown in the above expression (2) is satisfied]. Was judged to be excellent in cold workability, and the overall judgment was displayed as “◯”. Moreover, about the processed goods which do not satisfy the conditions of said (2) formula, the comprehensive determination of what a crack generate | occur | produced was displayed by "x".

Figure 0005385574
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この結果から、次のように考察できる(尚、下記記号は、表1、2の鋼種記号を示す)。1A、1B、1E、1F、1I、1J、1M、1O、1P、1R、1S、1U、1X〜2Fは、本発明で規定する要件を満足する例であり、部品に割れが無く、且つ部品硬さに対して鋼の変形抵抗が低い鋼材が得られている。これに対し、本発明の要件を満たさないものは、割れが発生しているか、部品硬さに対する加工時の変形抵抗が高くなっている。   From this result, it can be considered as follows (note that the following symbols indicate steel type symbols in Tables 1 and 2). 1A, 1B, 1E, 1F, 1I, 1J, 1M, 1O, 1P, 1R, 1S, 1U, 1X to 2F are examples satisfying the requirements defined in the present invention, and there are no cracks in the parts. A steel material having low deformation resistance of steel with respect to hardness has been obtained. On the other hand, those that do not satisfy the requirements of the present invention are cracked or have high deformation resistance during processing with respect to component hardness.

1Cは、C量が過剰であり、(1)式を満たさないものとなっており、変形抵抗が増大して部品に割れが生じた。1Dは、Si含有量が不足しているため、溶製中の欠陥に起因すると考えられる割れが冷間加工中に生じた。   In 1C, the amount of C is excessive and does not satisfy the formula (1), and the deformation resistance increases and the part is cracked. Since 1D had insufficient Si content, the crack considered to be attributable to the defect during melting occurred during cold working.

1Gは、Si含有量が過剰であるため、変形抵抗が増大して部品に割れが生じた。1Kは、Mn含有量が過剰であるため、変形抵抗が増大して部品に割れが生じた。1Lは、P含有量が過剰であるため、変形抵抗が増大して部品に割れが生じた。   In 1G, since the Si content was excessive, deformation resistance increased and cracks occurred in the parts. In 1K, since the Mn content was excessive, the deformation resistance increased and the parts were cracked. In 1 L, since the P content was excessive, deformation resistance increased and cracks occurred in the parts.

1Nは、S含有量が過剰であるため、変形抵抗が増大して部品に割れが生じた。1Q、1Tおよび1Wは、いずれも固溶N量が過剰になっており、部品硬さに対する加工時の変形抵抗が高くなっている。   In 1N, since the S content is excessive, the deformation resistance increased and the parts were cracked. 1Q, 1T, and 1W all have excessive amounts of solute N, and the deformation resistance during processing with respect to the component hardness is high.

[実施例2]
下記表3に示す化学成分組成からなる鋼種(2G〜2U)の供試鋼150kgを真空誘導炉で溶解し、上面:φ245mm×下面:φ210mm×長さ:480mmのインゴットに鋳造し、鍛造(ソーキング:1250℃×3hr程度、鍛造加熱:1000℃×1hr程度)および切断し、一辺150mm×長さ:680mmの四角材形状を経由して、φ80mmの丸棒に鍛造加工し、長さ:100mm程度ごとに切断した。得られた丸棒材(鍛造材)のD/4位置(D:直径)からφ10mm×長さ:15mmの試験片を切り出した。さらに、中央部分からは、それぞれφ20mm×長さ:30mm、φ30mm×長さ:45mmの試験片を切り出した。尚、表3には、「固溶N」および「結晶粒径(フェライトの平均結晶粒径)」の値も示したが、これらは前記した方法によって測定したものである。
[Example 2]
150 kg of test steel with the chemical composition shown in Table 3 below (2G to 2U) was melted in a vacuum induction furnace, cast into an ingot having an upper surface: φ245 mm × lower surface: φ210 mm × length: 480 mm, and forging (soaking) 1250 ° C. × 3 hr, forging heating: 1000 ° C. × 1 hr) and cutting, forging into a round bar of φ80 mm via a 150 mm side × length: 680 mm square shape, length: about 100 mm Every cut. A test piece of φ10 mm × length: 15 mm was cut out from the D / 4 position (D: diameter) of the obtained round bar (forged material). Furthermore, from the central part, test pieces of φ20 mm × length: 30 mm and φ30 mm × length 45 mm were cut out. Table 3 also shows the values of “Solubility N” and “Crystal grain size (average grain size of ferrite)”, which are measured by the method described above.

Figure 0005385574
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各試験片について、実施例1に示した条件で圧縮加工した。得られた各加工品について、実施例1と同様にして、変形抵抗DR、割れの有無、各加工品のビッカース硬さ(Hv)を測定した。各加工品の加工条件(試験片サイズ、加熱温度、圧縮率)、変形抵抗DR、割れの有無(割れが発生した場合を×、割れが発生しなかった場合を○とする)、(2)式の右辺の値[(DR+200)/2.5]および加工後の硬さを下記表4に示す。   Each test piece was compressed under the conditions shown in Example 1. About each obtained processed product, it carried out similarly to Example 1, and measured deformation resistance DR, the presence or absence of a crack, and the Vickers hardness (Hv) of each processed product. Processing conditions for each processed product (test piece size, heating temperature, compression ratio), deformation resistance DR, presence or absence of cracks (when cracking occurs, x, when cracking does not occur), (2) The value [(DR + 200) /2.5] on the right side of the equation and the hardness after processing are shown in Table 4 below.

Figure 0005385574
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この結果から、次のように考察できる(尚、下記記号は、表3、4の鋼種記号を示す)。2G〜2Pは、本発明で規定する要件を満足する例であり、部品に割れが無く、且つ部品硬さに対して鋼の変形抵抗が低い鋼材が得られている。これに対し、本発明の要件を満たさないものは、割れが発生しているか、部品硬さに対する加工時の変形抵抗が高くなっている。   From this result, it can be considered as follows (note that the following symbols indicate steel type symbols in Tables 3 and 4). 2G to 2P are examples that satisfy the requirements defined in the present invention, and a steel material having no cracks in parts and having low deformation resistance of steel with respect to the hardness of the parts is obtained. On the other hand, those that do not satisfy the requirements of the present invention are cracked or have high deformation resistance during processing with respect to component hardness.

2Qは、(2)式を満たさないものとなっており、変形抵抗が増大している。2R、2Sは、(2)式を満たさないものとなっており、変形抵抗が増大して部品に割れが生じた。2Tは、C量が過剰であり、(1)式を満たさないものとなっており、変形抵抗が増大して部品に割れが生じた。2Uは、(2)式を満たさないものとなっており、変形抵抗が増大している。   2Q does not satisfy the formula (2), and the deformation resistance is increased. 2R and 2S do not satisfy the formula (2), the deformation resistance increases, and the parts are cracked. In 2T, the amount of C is excessive and does not satisfy the formula (1), the deformation resistance increases, and the part is cracked. 2U does not satisfy the formula (2), and the deformation resistance is increased.

Claims (7)

質量%で、C:0.025%以下(0%を含まない)、Si:0.005〜0.4%、Mn:0.3〜1%、P:0.05%以下(0%を含まない)、S:0.05%以下(0%を含まない)、N:0.008〜0.025%、および下記(1)式を満たし、残部は鉄および不可避的不純物からなり、且つ固溶状態としてのN:0.007%以上であると共に、前記不可避的不純物としてのAlの含有量を0.005%以下(0%を含む)に抑制したものであり、鋼組織がフェライト単相組織であり、そのフェライトの平均結晶粒径が10〜200μmの範囲であることを特徴とする冷間鍛造性に優れた機械構造用鋼材。
0.3≧(10[C]+[N]) …(1)
但し、[C]および[N]は、夫々CおよびNの含有量(質量%)を示す。
In mass%, C: 0.025% or less (excluding 0%), Si: 0.005 to 0.4%, Mn: 0.3 to 1%, P: 0.05% or less (0% Not including), S: 0.05% or less (not including 0%), N: 0.008 to 0.025%, and the following formula (1) is satisfied, and the balance is composed of iron and inevitable impurities, and N in the solid solution state is 0.007% or more, and the content of Al as the inevitable impurity is suppressed to 0.005% or less (including 0%). A steel for machine structural use having excellent cold forgeability, characterized by having a phase structure and an average crystal grain size of ferrite in the range of 10 to 200 μm.
0.3 ≧ (10 [C] + [N]) (1)
However, [C] and [N] indicate the contents (% by mass) of C and N, respectively.
更に、Cr:2%以下(0%を含まない)および/またはMo:2%以下(0%を含まない)を含有する請求項1に記載の機械構造用鋼材。   The steel for machine structure according to claim 1, further comprising Cr: 2% or less (not including 0%) and / or Mo: 2% or less (not including 0%). 更に、Ti:0.2%以下(0%を含まない)、Nb:0.2%以下(0%を含まない)およびV:0.2%以下(0%を含まない)よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含有する請求項1または2に記載の機械構造用鋼材。   Furthermore, Ti: 0.2% or less (not including 0%), Nb: 0.2% or less (not including 0%) and V: 0.2% or less (not including 0%) The steel material for machine structure of Claim 1 or 2 containing the at least 1 sort (s) chosen. 更に、B:0.005%以下(0%を含まない)を含有する請求項1〜3のいずれかに記載の機械構造用鋼材。   The steel for machine structure according to any one of claims 1 to 3, further comprising B: 0.005% or less (excluding 0%). 更に、Cu:5%以下(0%を含まない)、Ni:5%以下(0%を含まない)およびCo:5%以下(0%を含まない)よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含有する請求項1〜4のいずれかに記載の機械構造用鋼材。   Further, at least one selected from the group consisting of Cu: 5% or less (not including 0%), Ni: 5% or less (not including 0%), and Co: 5% or less (not including 0%) The steel material for machine structure in any one of Claims 1-4 contained. 更に、Ca:0.05%以下(0%を含まない)、REM:0.05%以下(0%を含まない)、Mg:0.02%以下(0%を含まない)、Li:0.02%以下(0%を含まない)、Pb:0.5%以下(0%を含まない)およびBi:0.5%以下(0%を含まない)よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含有する請求項1〜5のいずれかに記載の機械構造用鋼材。   Furthermore, Ca: 0.05% or less (not including 0%), REM: 0.05% or less (not including 0%), Mg: 0.02% or less (not including 0%), Li: 0 0.02% or less (not including 0%), Pb: 0.5% or less (not including 0%), and Bi: 0.5% or less (not including 0%) The steel material for machine structures in any one of Claims 1-5 containing. 請求項1〜6のいずれかに記載の機械構造用鋼材を加工温度:100℃未満で冷間鍛造することにより製造される冷間鍛造鋼部品であって、冷間鍛造後の部品硬さ(H)と冷間鍛造中の変形抵抗の最大値(DR)が、下記(2)式の関係を満足するものであることを特徴とする冷間鍛造鋼部品。
H≧(DR+200)/2.5 …(2)
[(2)式中、H:冷間鍛造後の部品硬さ(Hv)、DR:冷間鍛造中の変形抵抗の最大値(MPa)を示す。]
Processing machine structural steel according to claim 1 Temperature: a cold forging steel components produced by cold forging at less than 100 ° C., parts hardness after cold forging ( A cold forged steel part characterized in that the maximum value (DR) of deformation resistance during H) and cold forging satisfies the relationship of the following formula (2).
H ≧ (DR + 200) /2.5 (2)
[In formula (2), H: component hardness after cold forging (Hv), DR: maximum deformation resistance (MPa) during cold forging . ]
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