JP5664371B2 - Method of manufacturing age-hardening steel and machine parts - Google Patents

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Description

本発明は、時効硬化性鋼およびその鋼を用いた機械部品の製造方法に関する。より詳しくは、本発明は、熱間鍛造と切削加工によって所定の形状に加工された後、時効硬化処理(以下、単に「時効処理」ともいう。)が施され、当該時効処理によって所望の強度を確保することが行われる自動車、産業機械、建設機械などの機械部品を製造するための鋼、およびその鋼を用いて上記のような機械部品を製造する方法に関する。   The present invention relates to an age-hardening steel and a method for producing a machine part using the steel. More specifically, in the present invention, after being processed into a predetermined shape by hot forging and cutting, an age hardening treatment (hereinafter also simply referred to as “aging treatment”) is performed, and the desired strength is obtained by the aging treatment. The present invention relates to steel for manufacturing machine parts such as automobiles, industrial machines, construction machines, and the like, and a method of manufacturing such machine parts using the steel.

エンジンの高出力化、燃費向上を目指した軽量化などの観点から、自動車、産業機械、建設機械などの機械部品には、高い疲労強度が要求されている。鋼に高い疲労強度を具備させるだけであれば、合金元素および/または熱処理を利用して鋼の硬さを上げることで、容易に達成できる。しかし、一般に、上記の機械部品は、熱間鍛造により成形され、その後、切削加工によって所定の製品形状に仕上げられる。このため、上記機械部品の素材となる鋼は高い疲労強度とともに十分な被削性を同時に備えていなければならない。   High fatigue strength is required for machine parts such as automobiles, industrial machines, and construction machines from the viewpoints of higher engine output and lighter weight aimed at improving fuel efficiency. If the steel only has high fatigue strength, it can be easily achieved by increasing the hardness of the steel by using an alloy element and / or heat treatment. However, in general, the above machine parts are formed by hot forging and then finished into a predetermined product shape by cutting. For this reason, the steel used as the material for the machine parts must have a high fatigue strength and sufficient machinability at the same time.

したがって、疲労強度と被削性を両立させるために、良好な被削性が要求される成形段階では硬さを低く抑えることができ、一方、その後に時効処理を施して強度が要求される最終の製品段階では硬さを高くすることができる、種々の技術が開示されている。   Therefore, in order to achieve both fatigue strength and machinability, it is possible to keep the hardness low in the molding stage where good machinability is required. Various techniques that can increase the hardness in the product stage are disclosed.

例えば、特許文献1には下記の製造方法が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses the following manufacturing method.

具体的には、時効硬化機械部品の製造方法であって、質量%で、C:0.10〜0.25%、Si:0.10〜0.50%、Mn:0.60〜1.0%、S:0.01〜0.10%、Ti:0.005〜(4×N)%、V:0.10〜0.25%及びMo:0.05〜0.60%で、且つV+0.5Mo:0.50%未満、N:0.010〜0.030%及びCa:0.0001〜0.005%を含有し、残部はFe及び不純物からなる鋼を1000〜1300℃に加熱して熱間鍛造を900℃以上の温度T1で終了し、少なくとも900℃から、550〜450℃の範囲内にある温度T2までを10℃/秒以上の冷却速度で冷却し、該冷却に続いて550〜450℃の温度範囲に1分以上保持してから室温まで冷却し、更に切削加工を施した後、560〜650℃の温度で時効硬化処理することを特徴とする「時効硬化機械部品の製造方法」が開示されている。   Specifically, it is a method for producing an age-hardening machine part, and in mass%, C: 0.10 to 0.25%, Si: 0.10 to 0.50%, Mn: 0.60 to 1. 0%, S: 0.01-0.10%, Ti: 0.005- (4 × N)%, V: 0.10-0.25% and Mo: 0.05-0.60%, And V + 0.5Mo: less than 0.50%, N: 0.010 to 0.030% and Ca: 0.0001 to 0.005%, with the balance being steel made of Fe and impurities at 1000 to 1300 ° C. The hot forging is finished at a temperature T1 of 900 ° C. or higher by heating, and is cooled at a cooling rate of 10 ° C./second or more from at least 900 ° C. to a temperature T2 in the range of 550 to 450 ° C. Next, hold it in the temperature range of 550 to 450 ° C. for 1 minute or more, cool it to room temperature, and perform cutting. After, characterized by age hardening treatment "method for producing age hardened mechanical parts" is disclosed at a temperature of 560-650 ° C..

特許文献2には次の時効硬化鋼が開示されている。   Patent Document 2 discloses the following age hardened steel.

具体的には、質量%で、C:0.11〜0.60%、Si:0.03〜3.0%、Mn:0.01〜2.5%、Mo:0.3〜4.0%、V:0.05〜0.5%およびCr:0.1〜3.0%を含有し、さらに必要に応じて、Al:0.001〜0.3%、N:0.005〜0.025%、Nb:0.5%以下、Ti:0.5%以下、Zr:0.5%以下、Cu:1.0%以下、Ni:1.0%以下、S:0.01〜0.20%、Ca:0.003〜0.010%、Pb:0.3%以下およびBi:0.3%以下のうちの1種以上を含み、残部がFeと不可避的不純物から成り、各成分間では、
4C+Mn+0.7Cr+0.6Mo−0.2V≧2.5、
C≧Mo/16+V/5.7、
V+0.15Mo≧0.4
を満たす関係が成立しており、圧延、鍛造、または溶体化処理後に、温度800℃から300℃の間は0.05〜10℃/秒の平均冷却速度で冷却され、時効処理前においては、ベイナイト組織の面積率が50%以上で、かつ硬さは40HRC以下であり、時効処理によって、硬さが時効処理前の硬さよりも7HRC以上高くなることを特徴とする「時効硬化鋼」が開示されている。
Specifically, by mass%, C: 0.11 to 0.60%, Si: 0.03 to 3.0%, Mn: 0.01 to 2.5%, Mo: 0.3 to 4. 0%, V: 0.05 to 0.5% and Cr: 0.1 to 3.0%, and if necessary, Al: 0.001 to 0.3%, N: 0.005 -0.025%, Nb: 0.5% or less, Ti: 0.5% or less, Zr: 0.5% or less, Cu: 1.0% or less, Ni: 1.0% or less, S: 0.0. One or more of 01 to 0.20%, Ca: 0.003 to 0.010%, Pb: 0.3% or less and Bi: 0.3% or less, with the balance being Fe and inevitable impurities And between each component,
4C + Mn + 0.7Cr + 0.6Mo−0.2V ≧ 2.5,
C ≧ Mo / 16 + V / 5.7,
V + 0.15Mo ≧ 0.4
Is satisfied, and after rolling, forging, or solution treatment, it is cooled at an average cooling rate of 0.05 to 10 ° C./sec between 800 ° C. and 300 ° C., and before aging treatment, “Age-hardening steel” is disclosed, characterized in that the area ratio of the bainite structure is 50% or more and the hardness is 40 HRC or less, and the aging treatment increases the hardness by 7 HRC or more than the hardness before the aging treatment. Has been.

特開2008−88508号公報JP 2008-88508 A 特開2006−37177号公報JP 2006-37177 A

前述の特許文献1で開示された技術の場合、時効硬化能を大きくするには熱間鍛造後の冷却過程において、部品ごとに特定の温度域で所定の時間保持する必要がある。このため、特定の温度域での保持時間管理を可能にするために、例えば、専用の均熱炉を用いるなど、製造に際して設備上の制約が生じる場合がある。   In the case of the technique disclosed in Patent Document 1 described above, in order to increase the age-hardening ability, it is necessary to hold each part for a predetermined time in a specific temperature range in the cooling process after hot forging. For this reason, in order to enable management of the holding time in a specific temperature range, there may be a restriction on equipment in manufacturing, for example, using a dedicated soaking furnace.

特許文献2で開示された技術は、時効処理前の硬さがHRCで40以下であるが、開示されている鋼の多くの時効処理前の硬さはHRCで32以上であり、高い被削性が必要な部材には用いることができない場合がある。また、特許文献2には時効硬化前の硬さがHRCで27.9〜28.5の鋼も開示されているが、これらの鋼は1.0%を大きく超えるMoを含有しており、コストの面から実用的なものとはいえなかった。   In the technique disclosed in Patent Document 2, the hardness before aging treatment is 40 or less in HRC, but the hardness of many of the disclosed steels before aging treatment is 32 or more in HRC, which is a high workability. In some cases, it cannot be used for members that require high performance. Further, Patent Document 2 discloses steels having a hardness before age hardening of 27.9 to 28.5 in HRC, but these steels contain much greater than 1.0% Mo, In terms of cost, it was not practical.

そこで、本発明の目的は、下記の<1>〜<3>を全て満たす時効硬化性鋼を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an age-hardening steel that satisfies all the following <1> to <3>.

<1>熱間鍛造後に切削加工を施して所定の形状に加工するに際しては、切削加工前硬さである熱間鍛造後の硬さがビッカース硬さ(以下、「HV」という。)で315以下になり被削性に優れること。   <1> When cutting into a predetermined shape by performing cutting after hot forging, the hardness after hot forging, which is the hardness before cutting, is 315 in terms of Vickers hardness (hereinafter referred to as “HV”). Excellent in machinability as follows.

<2>時効処理後の疲労強度が510MPa以上であること。   <2> The fatigue strength after aging treatment is 510 MPa or more.

<3>熱間鍛造後の冷却過程において専用の均熱炉を必要としないこと。   <3> A dedicated soaking furnace is not required in the cooling process after hot forging.

具体的には、本発明の目的は、熱間鍛造後に油冷等の急冷を行わず、例えば、大気中での放冷または風冷など5℃/秒未満の平均冷却速度(以下、「比較的遅い冷却速度」という。)で冷却した状態での硬さがHVで315以下であって、熱間鍛造後の冷却状態で鋼を切削加工することができ、しかも、切削加工後に施す時効処理によって、510MPa以上の疲労強度が得られる「時効硬化性鋼」を提供することである。   Specifically, the object of the present invention is to perform an average cooling rate of less than 5 ° C./second (hereinafter referred to as “comparison”) without performing rapid cooling such as oil cooling after hot forging. The hardness in the cooled state is 315 or less in HV, and the steel can be cut in the cooled state after hot forging, and the aging treatment is performed after the cutting. Is to provide an “age-hardening steel” capable of obtaining a fatigue strength of 510 MPa or more.

さらに、上記の時効硬化性鋼を用いて機械部品を製造する方法を提供することも本発明の目的である。   Furthermore, it is also an object of the present invention to provide a method for producing a machine part using the above age-hardening steel.

本発明者らは、前記の課題を解決するために、まず、化学組成を種々に調整した鋼を用いて、時効処理中に析出させる元素についての基礎的な調査を実施した。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors first conducted a basic investigation on elements to be precipitated during aging treatment using steels having various chemical compositions.

その結果、下記(a)〜(f)の知見を得た。   As a result, the following findings (a) to (f) were obtained.

(a)時効処理中に析出させる化合物を形成する元素は、時効処理温度での化合物(2次相)の生成能が強いことに加えて、熱間鍛造中にはマトリックスに固溶した状態で存在するものでなければならない。   (A) The element forming the compound to be precipitated during the aging treatment has a strong ability to form a compound (secondary phase) at the aging treatment temperature, and in a state of being dissolved in the matrix during hot forging. Must exist.

(b)本発明の鋼では、時効処理によって、510MPa以上という高い疲労強度を得る必要がある。Moは、時効処理によって炭化物を形成し析出する元素である。また、Moの炭化物は溶解度が大きいため、容易にMoを時効処理前の状態でマトリックス中に固溶させることができる。そのため、高い疲労強度が必要な場合は、鋼にMoを含有させることで、安定して高い疲労強度を得ることができる。しかし、Moの炭化物の析出により所望の疲労強度を得るには、多量のMoを鋼に含有させる必要があり、コストの大幅上昇は避けられない。したがって、実用的な鋼を得るには、コスト面からMoの含有量を許容できる範囲とし、他の炭化物形成元素を複合的に含有させ、さらに複合的に含有させた炭化物形成元素による析出硬化を有効に発揮させる必要がある。   (B) In the steel of the present invention, it is necessary to obtain a high fatigue strength of 510 MPa or more by aging treatment. Mo is an element that forms and precipitates carbides by aging treatment. Moreover, since the carbide of Mo has high solubility, Mo can be easily dissolved in the matrix in a state before aging treatment. Therefore, when high fatigue strength is required, high fatigue strength can be stably obtained by adding Mo to the steel. However, in order to obtain a desired fatigue strength by precipitation of carbides of Mo, it is necessary to contain a large amount of Mo in the steel, and a significant increase in cost is inevitable. Therefore, in order to obtain a practical steel, the content of Mo should be allowed in terms of cost, and other carbide-forming elements should be included in a complex manner, and precipitation hardening by the carbide-forming elements that have been incorporated in a complex manner. It is necessary to make it effective.

(c)Mo以外の炭化物形成元素としては、Ti、NbおよびVがある。しかし、Tiの炭化物およびNbの炭化物は鋼への溶解度がVの炭化物と比べると小さい。このため、TiおよびNbの場合、時効処理前の状態でマトリックス中に固溶させることができる量は少ない。これに対し、Vの場合には、Vの炭化物の鋼への溶解度がTiの炭化物およびNbの炭化物より大きいのに加え、高温からの放冷した時のVの炭化物の析出ピークの温度は750〜700℃程度であって、Tiの炭化物およびNbの炭化物の析出ピークの温度と比べると低い。例えば、0.3質量%のVと0.1質量%のCを含む鋼においては、Vの炭化物は一旦マトリックス中に固溶すると850℃付近までは析出しない。このため、Vの場合には、熱間鍛造中の析出を抑制することが比較的容易である。しかも、VはMoと複合的に炭化物を形成するため、Moを含む鋼にさらにVを含有させることで、実用的な量を超えるようなMoを含有せずとも、大きな時効硬化能が期待できる。   (C) Examples of carbide forming elements other than Mo include Ti, Nb, and V. However, Ti carbide and Nb carbide are less soluble in steel than V carbide. For this reason, in the case of Ti and Nb, the amount that can be dissolved in the matrix in the state before the aging treatment is small. On the other hand, in the case of V, the solubility of V carbide in steel is larger than that of Ti carbide and Nb carbide, and the precipitation peak temperature of V carbide when cooled from a high temperature is 750. It is about -700 degreeC, Comprising: It is low compared with the temperature of the precipitation peak of the carbide | carbonized_material of Ti and the carbide | carbonized_material of Nb. For example, in a steel containing 0.3% by mass of V and 0.1% by mass of C, V carbides do not precipitate until around 850 ° C. once they are dissolved in the matrix. For this reason, in the case of V, it is relatively easy to suppress precipitation during hot forging. And since V forms a carbide | carbonized_material compositely with Mo, even if it does not contain Mo exceeding a practical amount by including V further in steel containing Mo, big age hardening ability can be anticipated. .

(d)複合的に含有したVによる析出硬化を有効に発揮させるには、Vは時効処理前の段階において固溶状態に保つことが必要である。   (D) In order to effectively exhibit precipitation hardening due to the compositely contained V, it is necessary to keep V in a solid solution state before the aging treatment.

(e)Vを時効処理前の段階において固溶状態で保つための第一の手段は、熱間鍛造時の固溶状態のN量を減らすことである。熱間鍛造時に固溶状態のN量が多いと、鍛造中および鍛造後の冷却中にNはVと結びついてVの窒化物として析出してしまう。Nは鋼中に不可避的に混入する元素であって、Vの窒化物が析出を開始する温度はVの炭化物よりも高い。例えば、0.2質量%のVと0.015質量%のNを含有する鋼におけるVの窒化物の析出開始温度は、公知のVNの溶解度積を用いて計算すると、1150〜1100℃程度である。この温度は一般的な熱間鍛造温度に相当する。そこで熱間鍛造時の固溶状態のN量を減らすために、Vよりも窒化物形成能の高いTiを含有させる必要がある。   (E) The first means for keeping V in a solid solution state before the aging treatment is to reduce the amount of N in the solid solution state during hot forging. When the amount of N in a solid solution state is large during hot forging, N is combined with V during precipitation and cooling after forging, and precipitates as a nitride of V. N is an element inevitably mixed in the steel, and the temperature at which the V nitride starts to precipitate is higher than that of the V carbide. For example, the precipitation start temperature of the nitride of V in steel containing 0.2% by mass of V and 0.015% by mass of N is about 1150 to 1100 ° C. when calculated using a known solubility product of VN. is there. This temperature corresponds to a general hot forging temperature. Therefore, in order to reduce the amount of N in a solid solution state during hot forging, it is necessary to contain Ti having a higher nitride forming ability than V.

(f)Vを時効処理前の段階において固溶状態で保つための第二の手段は、熱間鍛造後の組織の主相(つまり、面積率が60%以上の相)をベイナイトにすることである。Vの炭化物は、オーステナイトがフェライトへ変態する際に相界面で析出する。そのため、熱間鍛造後の冷却中に初析フェライトが多量に生成すると固溶状態のVの量が減少する。したがって、熱間鍛造後の冷却中に極力フェライトを析出させないようにする必要がある。   (F) A second means for keeping V in a solid solution state before the aging treatment is to use bainite as the main phase of the structure after hot forging (that is, a phase ratio of 60% or more). It is. The carbide of V precipitates at the phase interface when austenite is transformed into ferrite. Therefore, if a large amount of proeutectoid ferrite is generated during cooling after hot forging, the amount of V in a solid solution state is reduced. Therefore, it is necessary to prevent ferrite from being precipitated as much as possible during cooling after hot forging.

そこで次に、本発明者らは、0.20質量%以上のVを含む鋼について、鋼成分を種々に変化させて、組織の主相をベイナイトにするための条件を調査した。また、それらの時効処理前の硬さを調査した。さらに、時効後の疲労強度が510MPa以上となる条件を調査した。   Then, next, the present inventors investigated the conditions for making the main phase of a structure | tissue into bainite by changing a steel component variously about the steel containing 0.20 mass% or more of V. Moreover, the hardness before aging treatment was investigated. Furthermore, the conditions under which the fatigue strength after aging was 510 MPa or more were investigated.

その結果、下記(g)〜(j)の知見を得た。   As a result, the following findings (g) to (j) were obtained.

(g)組織がマルテンサイトになると被削性が低下するが、Moは強力なベイナイト安定化元素であり、CrおよびMnに比べると組織をマルテンサイト化させることなくベイナイトを安定して生成することができる。熱間鍛造後、前述の比較的遅い冷却速度で冷却した状態の組織は、C、Mn、Cr、MoおよびBの含有量と密接な相関を有する。すなわち、上記元素の含有量が後述する(1)式または(1')式で表される条件を満たせば、初析フェライトが多量に析出することがない。しかも、前述の比較的遅い冷却速度では、マルテンサイトが多量に析出することがない。このため、容易に、ベイナイトを主相とする組織にすることができる。   (G) Although machinability decreases when the structure becomes martensite, Mo is a strong bainite stabilizing element, and bainite can be stably generated without making the structure martensite compared to Cr and Mn. Can do. After hot forging, the structure cooled at the relatively slow cooling rate has a close correlation with the contents of C, Mn, Cr, Mo and B. That is, if the content of the above element satisfies the conditions represented by the formula (1) or (1 ′) described later, proeutectoid ferrite does not precipitate in a large amount. Moreover, a large amount of martensite does not precipitate at the relatively slow cooling rate described above. For this reason, it can be easily made into a structure having bainite as the main phase.

(h)しかし、C、Mn、Cr、MoおよびBの含有量が上記(g)で述べた条件を満たすだけでは、固溶強化などの作用によって、時効処理前の硬さが高くなるので被削性が低下する。一方、C、Si、Mn、Cr、MoおよびVの含有量が後述する(2)式で表される別の条件を満たせば、上記時効処理前の硬さを低く保つことができるので、良好な被削性が得られる。   (H) However, if the contents of C, Mn, Cr, Mo and B satisfy only the conditions described in the above (g), the hardness before aging treatment is increased by the action of solid solution strengthening, etc. The machinability is reduced. On the other hand, if the content of C, Si, Mn, Cr, Mo and V satisfies another condition represented by the formula (2) described later, the hardness before the aging treatment can be kept low, which is good Machinability is obtained.

(i)C、Si、Mn、Cr、Mo、VおよびBの含有量が(g)および(h)で述べた条件をともに満たす鋼は、ベイナイトを主相とする組織であるにも拘わらず被削性に優れるため、容易に所定の形状に切削加工することができる。また、この鋼は、時効処理によって固溶状態のMoおよびVが炭化物を析出して時効硬化するため、容易に強化することができる。   (I) A steel in which the contents of C, Si, Mn, Cr, Mo, V and B satisfy both the conditions described in (g) and (h) is a structure whose main phase is bainite. Since it is excellent in machinability, it can be easily cut into a predetermined shape. In addition, this steel can be easily strengthened because Mo and V in a solid solution precipitate carbide and age harden by aging treatment.

(j)前述のようにTiの場合には、時効処理前の状態でマトリックス中に固溶させることができる量は、Vの場合と比べると少ない。しかし、窒化物および硫化物を形成した残りのTi、すなわち時効処理前の固溶状態のTiは、時効処理後の疲労強度をより高めることができ、V、Ti、N、SおよびMoの含有量が後述する(3)式で表される条件をさらに満たせば、時効処理後の疲労強度を510MPa以上とすることができる。 (J) In the case of Ti as described above, the amount that can be dissolved in the matrix in the state before the aging treatment is smaller than that in the case of V. However, the remaining Ti that forms nitrides and sulfides, that is, Ti in a solid solution state before the aging treatment, can further increase the fatigue strength after the aging treatment, and contains V, Ti, N, S, and Mo. If the amount further satisfies the condition expressed by the following formula (3) , the fatigue strength after the aging treatment can be set to 510 MPa or more.

本発明は、上記の知見を基にしてなされたもので、その要旨は、下記(1)および(2)に示す時効硬化性鋼ならびに(3)に示す上記時効硬化性鋼を用いた機械部品の製造方法にある。   The present invention has been made on the basis of the above knowledge, and the gist of the invention is the age-hardening steel shown in the following (1) and (2) and the machine part using the age-hardening steel shown in (3). It is in the manufacturing method.

(1)質量%で、C:0.05〜0.28%、Si:0.05〜0.50%、Mn:0.50〜2.5%、P:0.05%以下、S:0.10%以下、Cr:0.05〜2.5%、Al:0.06%以下、Ti:0.005〜0.20%、V:0.20〜0.75%、Mo:0.30〜0.70%およびN:0.020%以下を含有し、残部はFeおよび不純物からなり、かつ、下記の(1)〜(3)式を満足することを特徴とする時効硬化性鋼。
C+0.3Mn+0.25Cr+0.6Mo≧0.65・・・・・(1)
C+0.1Si+0.2Mn+0.2Cr+0.35V+0.2Mo≦0.82・・・・・(2)
V+0.8Tieff+0.35Mo>0.35・・・・・(3)
上記の(1)〜(3)式中の元素記号は、その元素の含有量(質量%)を意味する。
また、(3)式中のTieffは、{Ti−(48/14)N−(48/32)S}または0のうちの大きい方の値を指す。
(1) By mass%, C: 0.05 to 0.28%, Si: 0.05 to 0.50%, Mn: 0.50 to 2.5%, P: 0.05% or less, S: 0.10% or less, Cr: 0.05 to 2.5%, Al: 0.06% or less, Ti: 0.005 to 0.20%, V: 0.20 to 0.75%, Mo: 0 30 to 0.70 % and N: 0.020% or less, the balance being Fe and impurities, and satisfying the following formulas (1) to (3) steel.
C + 0.3Mn + 0.25Cr + 0.6Mo ≧ 0.65 (1)
C + 0.1Si + 0.2Mn + 0.2Cr + 0.35V + 0.2Mo ≦ 0.82 (2)
V + 0.8Tieff + 0.35Mo> 0.35 (3)
The element symbols in the above formulas (1) to (3) mean the content (% by mass) of the element.
Further, Tieff in the expression (3) indicates {Ti- (48/14) N- (48/32) S} or 0, whichever is larger.

(2)質量%で、C:0.05〜0.28%、Si:0.05〜0.50%、Mn:0.50〜2.5%、P:0.05%以下、S:0.10%以下、Cr:0.05〜2.5%、Al:0.06%以下、Ti:0.005〜0.20%、V:0.20〜0.75%、Mo:0.30〜0.70%およびN:0.020%以下を含有するとともに、下記の〈1〉から〈3〉までのいずれかに属する1種以上の元素を含有し、残部はFeおよび不純物からなり、かつ、下記の(1')式、(2)式および(3)式を満足することを特徴とする時効硬化性鋼。
〈1〉B:0.005%以下
〈2〉Cu:0.6%以下およびNi:0.6%以
〈3〉Ca:0.005%以下およびBi:0.4%以下
C+0.3Mn+0.25Cr+0.6Mo+Beff≧0.65・・・・・(1')
C+0.1Si+0.2Mn+0.2Cr+0.35V+0.2Mo≦0.82・・・・・(2)
V+0.8Tieff+0.35Mo>0.35・・・・・(3)
上記の(1')式、(2)式および(3)式中の元素記号は、その元素の含有量(質量%)を意味し、(1')式中のBeffは次の値を指す。
Bの含有量が0.0005%未満の場合:Beff=0、
Bの含有量が0.0005〜0.005%の場合:Beff=0.05。
また、(3)式中のTieffは、{Ti−(48/14)N−(48/32)S}または0のうちの大きい方の値を指す。
(2) By mass%, C: 0.05 to 0.28%, Si: 0.05 to 0.50%, Mn: 0.50 to 2.5%, P: 0.05% or less, S: 0.10% or less, Cr: 0.05 to 2.5%, Al: 0.06% or less, Ti: 0.005 to 0.20%, V: 0.20 to 0.75%, Mo: 0 .30 to 0.70 % and N: 0.020% or less, and at least one element belonging to any one of <1> to <3> below, and the balance from Fe and impurities An age-hardening steel characterized by satisfying the following formulas (1 ′), (2) and (3):
<1> B: 0.005% or less <2> Cu: 0.6% or less and Ni: 0.6% or less under <br/><3> Ca: 0.005% or less and Bi: 0.4% C + 0.3Mn + 0.25Cr + 0.6Mo + Beff ≧ 0.65 (1 ′)
C + 0.1Si + 0.2Mn + 0.2Cr + 0.35V + 0.2Mo ≦ 0.82 (2)
V + 0.8Tieff + 0.35Mo> 0.35 (3)
The element symbols in the above formulas (1 ′), (2) and (3) mean the content (mass%) of the element, and Beff in the formula (1 ′) indicates the following value. .
When the content of B is less than 0.0005%: Beff = 0,
When the content of B is 0.0005 to 0.005%: Beff = 0.05.
Further, Tieff in the expression (3) indicates {Ti- (48/14) N- (48/32) S} or 0, whichever is larger.

(3)機械部品の製造方法であって、上記(1)または(2)に記載の鋼を1000℃以上の温度で加熱し、仕上げ温度が900℃以上である熱間鍛造を施し、その後5℃/秒未満の平均冷却速度で少なくとも500℃まで冷却し、さらに、切削加工を施した後に560〜700℃の温度で時効処理を施すことを特徴とする機械部品の製造方法。   (3) A method of manufacturing a machine part, wherein the steel described in (1) or (2) is heated at a temperature of 1000 ° C. or higher, hot forging with a finishing temperature of 900 ° C. or higher is performed, and then 5 A method for producing a machine part, comprising cooling to at least 500 ° C. at an average cooling rate of less than ° C./second, and further performing aging treatment at a temperature of 560 to 700 ° C. after cutting.

「加熱温度」は加熱炉の炉内温度の平均値を意味する。同様に、「時効処理」の温度も加熱炉の炉内温度の平均値を意味する。   “Heating temperature” means the average temperature in the furnace. Similarly, the temperature of the “aging treatment” means an average value of the furnace temperature of the heating furnace.

熱間鍛造の「仕上げ温度」は、熱間鍛造で所定の形状に成形した際の被処理材の表面の温度を指す。同様に、熱間鍛造後に5℃/秒未満の平均冷却速度で冷却する温度も被処理材の表面の温度を指す。   The “finishing temperature” of hot forging refers to the temperature of the surface of the material to be processed when it is formed into a predetermined shape by hot forging. Similarly, the temperature for cooling at an average cooling rate of less than 5 ° C./second after hot forging also refers to the temperature of the surface of the material to be treated.

熱間鍛造後に少なくとも500℃まで冷却する際の「平均冷却速度」は、上記熱間鍛造の仕上げ温度と500℃との温度差を、熱間鍛造後500℃まで冷却するのに要した時間で除したものを指す。   The “average cooling rate” when cooling to at least 500 ° C. after hot forging is the time required to cool the temperature difference between the hot forging finishing temperature and 500 ° C. to 500 ° C. after hot forging. Refers to the one that is divided.

本発明の時効硬化性鋼は、自動車、産業機械、建設機械などの機械部品の素材として使用することができる。また、本発明の鋼を使用して本発明方法によって機械部品を製造すれば、熱間鍛造と切削加工を施して所定の形状に加工するに際しては、熱間鍛造後の冷却状態である切削加工前の硬さがHVで315以下と低く被削性に優れ、しかも、切削加工の後に施される時効処理によって硬化し、510MPa以上という所望の疲労強度を有する機械部品が得られる。   The age-hardening steel of the present invention can be used as a material for machine parts such as automobiles, industrial machines, and construction machines. In addition, if a machine part is manufactured by the method of the present invention using the steel of the present invention, when the hot forging and cutting are performed to form a predetermined shape, the cutting that is in a cooled state after the hot forging is performed. A machine part having a desired fatigue strength of 510 MPa or more can be obtained by curing with an aging treatment performed after cutting and having a low previous hardness of 315 or less and excellent in machinability.

実施例で用いた平滑小野式回転曲げ疲労試験片の形状を示す図である。図中の数値は寸法(単位:mm)を示す。It is a figure which shows the shape of the smooth Ono type | formula rotation bending fatigue test piece used in the Example. The numerical value in a figure shows a dimension (unit: mm).

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

(A)化学組成
C:0.05〜0.28%
Cは、V、MoおよびTiと結合して炭化物を形成し、鋼を強化する。しかしながら、Cの含有量が0.05%未満では、炭化物の析出駆動力が小さくなって炭化物が析出し難くなるため、所望の強化効果が得られない。一方、Cの含有量が0.28%を超えると、CがFeと炭化物を形成し、時効処理前の組織を強化してしまうため、被削性が低下する。したがって、Cの含有量を0.05〜0.28%とした。Cの含有量は、0.10%以上とすることが好ましく、また0.24%以下とすることが好ましい。
(A) Chemical composition C: 0.05 to 0.28%
C combines with V, Mo and Ti to form carbides and strengthens the steel. However, if the C content is less than 0.05%, the precipitation driving force of the carbide becomes small and it becomes difficult for the carbide to precipitate, so the desired strengthening effect cannot be obtained. On the other hand, if the C content exceeds 0.28%, C forms Fe and carbides and strengthens the structure before the aging treatment, so that machinability is lowered. Therefore, the content of C is set to 0.05 to 0.28%. The C content is preferably 0.10% or more, and preferably 0.24% or less.

Si:0.05〜0.50%
Siは、製鋼時の脱酸元素として有用であると同時に、マトリックスに固溶して鋼の強度を向上させる作用を有する。これらの効果を十分に得るためには、Siは0.05%以上の含有量とする必要がある。しかしながら、Siの含有量が過剰になると、鋼の熱間加工性および被削性の低下を招き、特に、その含有量が0.50%を超えると、鋼の熱間加工性および被削性の低下が著しくなる。したがって、Siの含有量を0.05〜0.50%とした。Siの含有量は、0.10%以上とすることが好ましく、また0.40%以下とすることが好ましい。
Si: 0.05 to 0.50%
Si is useful as a deoxidizing element at the time of steel making, and at the same time, has an action of improving the strength of the steel by dissolving in a matrix. In order to sufficiently obtain these effects, Si needs to be contained in an amount of 0.05% or more. However, when the Si content is excessive, the hot workability and machinability of the steel are deteriorated. In particular, when the content exceeds 0.50%, the hot workability and machinability of the steel are caused. The reduction of the becomes remarkable. Therefore, the Si content is set to 0.05 to 0.50%. The Si content is preferably 0.10% or more, and preferably 0.40% or less.

Mn:0.50〜2.5%
Mnは、強度と焼入れ性を向上させる元素であると同時に、鋼中でMnSを形成して被削性を向上させる作用を有する。これらの効果を十分に得るためには、Mnは少なくとも0.50%の含有量とする必要がある。しかしながら、Mnの含有量が2.5%を超えると、焼入れ性が過剰になるとともに、Mnによる固溶強化量が大きくなることによって被削性および熱間加工性の低下が非常に著しくなる。したがって、Mnの含有量を0.50〜2.5%とした。Mnの含有量は、0.60%以上とすることが好ましく、また2.3%以下とすることが好ましい。
Mn: 0.50 to 2.5%
Mn is an element that improves the strength and hardenability, and at the same time has the effect of improving the machinability by forming MnS in the steel. In order to obtain these effects sufficiently, the Mn content must be at least 0.50%. However, if the content of Mn exceeds 2.5%, the hardenability becomes excessive, and the amount of solid solution strengthening by Mn increases, so that the machinability and hot workability are greatly reduced. Therefore, the Mn content is set to 0.50 to 2.5%. The Mn content is preferably 0.60% or more, and preferably 2.3% or less.

P:0.05%以下
Pは、不純物として不可避的に含有される元素であり、靱性を低下させる。Pの含有量が0.05%を超えると、靱性の低下が非常に著しくなる。したがって、Pの含有量を0.05%以下とした。Pの含有量は、0.04%以下とすることが好ましい。
P: 0.05% or less P is an element that is inevitably contained as an impurity, and lowers toughness. When the P content exceeds 0.05%, the toughness is extremely lowered. Therefore, the content of P is set to 0.05% or less. The P content is preferably 0.04% or less.

S:0.10%以下
Sは、不純物として不可避的に含有される元素である。他方、Sは鋼中でMnと結合しMnSを形成して被削性を向上させるので、被削性が必要なときには積極的に含有させてもよい。被削性向上の効果を十分に得るにはS含有量を0.01%以上とすることが望ましい。しかしながら、Sの含有量が高くなると、Mnの固溶量は少なくなり、また粗大化したMnSが疲労破壊の起点となるため疲労強度が低下する。特に、Sの含有量が0.10%を超えると、疲労強度の低下が著しくなる。したがって、Sの含有量を0.10%以下とした。より高い疲労強度が要求される場合には、Sの含有量は、0.05%未満とすることが好ましく、0.02%以下とすることが一層好ましい。一方、疲労強度よりもSの被削性改善効果を優先して積極的に含有させる場合には、0.05%以上のSを含有させるのがより一層好ましい。
S: 0.10% or less S is an element inevitably contained as an impurity. On the other hand, S combines with Mn in steel to form MnS to improve the machinability, so it may be positively incorporated when machinability is required. In order to sufficiently obtain the effect of improving machinability, the S content is desirably set to 0.01% or more. However, as the S content increases, the solid solution amount of Mn decreases, and the coarsened MnS serves as a starting point for fatigue fracture, resulting in a decrease in fatigue strength. In particular, when the S content exceeds 0.10%, the fatigue strength is significantly reduced. Therefore, the content of S is set to 0.10% or less. When higher fatigue strength is required, the S content is preferably less than 0.05%, and more preferably 0.02% or less. On the other hand, when positively containing the machinability improving effect of S over fatigue strength, it is more preferable to contain 0.05% or more of S.

Cr:0.05〜2.5%
Crは、焼入れ性を高め、熱間鍛造後の組織の主相をベイナイトとするとともに、その面積率を大きくする作用を有する。この効果を十分に得るためには、Crは0.05%以上の含有量とする必要がある。しかしながら、Crの含有量が2.5%を超えると、焼入れ性が過剰になるとともに、Crによる固溶強化量が大きくなることによって被削性および熱間加工性の低下が非常に著しくなる。したがって、Crの含有量を0.05〜2.5%とした。Crの含有量は、2.3%以下とすることが好ましく、2.0%以下とすることが一層好ましい。
Cr: 0.05-2.5%
Cr increases the hardenability, has the effect of increasing the area ratio of bainite as the main phase of the structure after hot forging. In order to sufficiently obtain this effect, the Cr content needs to be 0.05% or more. However, if the Cr content exceeds 2.5%, the hardenability becomes excessive, and the amount of solid solution strengthening due to Cr increases, so that the machinability and hot workability are greatly reduced. Therefore, the Cr content is set to 0.05 to 2.5%. The Cr content is preferably 2.3% or less, and more preferably 2.0% or less.

Al:0.06%以下
Alは、不純物として不可避的に含有される元素である。Alは、脱酸を目的に意図して含有させてもよい。脱酸効果を十分に得るには、Alは0.005%以上の含有量とすることが好ましい。しかし、鋼中のAlの含有量が0.06%を超えると靱性が低下する。したがって、Alの含有量を0.06%以下とした。Alの含有量は、0.05%以下とすることが好ましい。
Al: 0.06% or less Al is an element inevitably contained as an impurity. Al may be intentionally contained for the purpose of deoxidation. In order to obtain a sufficient deoxidation effect, the Al content is preferably 0.005% or more. However, if the Al content in the steel exceeds 0.06%, the toughness decreases. Therefore, the Al content is set to 0.06% or less. The Al content is preferably 0.05% or less.

Ti:0.005〜0.20%
Tiは、TiNとしてNを固定することで、熱間鍛造中および鍛造後の冷却中におけるVNの析出を抑制する。この効果を十分に得るためには、Tiは0.005%以上の含有量とする必要がある。固溶状態のTiは、時効処理によりVと複合的に炭化物を析出するので、硬さを上昇させる効果がある。しかし、Tiの含有量が0.20%よりも多くなると、鍛造時の加熱中においても粗大なTiCが析出し、靱性を低下させてしまう。したがって、Tiの含有量を0.005〜0.20%とした。Tiの含有量は、時効処理前の硬さを低くしたい場合は、0.06%以下とすることが好ましく、0.04%以下とすれば一層好ましい。一方、時効処理前の硬さが多少高くなっても、高い時効処理後の硬さを得て疲労強度を向上させたい場合は、0.06%を超えるTiを含有させるのが好ましい。高い時効処理後の硬さを得たい場合のTi含有量は、0.15%未満とすることが好ましい。
Ti: 0.005 to 0.20%
Ti fixes N as TiN, thereby suppressing precipitation of VN during hot forging and during cooling after forging. In order to sufficiently obtain this effect, Ti needs to have a content of 0.005% or more. Since Ti in solid solution precipitates carbide in combination with V by aging treatment, it has the effect of increasing the hardness. However, if the Ti content is more than 0.20%, coarse TiC precipitates even during heating during forging, thereby reducing toughness. Therefore, the content of Ti is set to 0.005 to 0.20%. The Ti content is preferably 0.06% or less, and more preferably 0.04% or less, when it is desired to reduce the hardness before aging treatment. On the other hand, even if the hardness before the aging treatment is somewhat increased, when it is desired to improve the fatigue strength by obtaining a high hardness after the aging treatment, it is preferable to contain Ti exceeding 0.06%. When it is desired to obtain a high hardness after aging treatment, the Ti content is preferably less than 0.15%.

V:0.20〜0.75%
Vは、本発明の鋼における重要な元素である。Vは、時効処理の際にCと結合して微細な炭化物を形成することで、顕著に強度を高める作用がある。この効果を十分に得るためには、Vは0.20%以上の含有量とする必要がある。しかしながら、Vの含有量が過剰になると、熱間鍛造時の加熱においても未固溶の炭窒化物が残りやすくなって靱性の低下を招き、特に、その含有量が0.75%を超えると、靱性の低下が著しくなる。Vの含有量が0.75%を超えると、被削性も著しく低下する。したがって、Vの含有量を0.20〜0.75%とした。被削性を重視する場合のVの含有量は、0.70%以下とすることが好ましく、0.65%以下とすることが一層好ましい。一方、強度を重視する場合のVの含有量は、0.23%以上とすることが好ましく、0.25%以上とすることが一層好ましい。
V: 0.20 to 0.75%
V is an important element in the steel of the present invention. V combines with C during aging treatment to form fine carbides, and thus has the effect of significantly increasing the strength. In order to sufficiently obtain this effect, V needs to be 0.20% or more. However, when the content of V is excessive, undissolved carbonitride tends to remain even during heating during hot forging, leading to a decrease in toughness. In particular, when the content exceeds 0.75%. , The toughness is significantly reduced. If the V content exceeds 0.75%, the machinability is also significantly reduced. Therefore, the content of V is set to 0.20 to 0.75%. When importance is attached to machinability, the V content is preferably 0.70% or less, and more preferably 0.65% or less. On the other hand, the V content when importance is placed on strength is preferably 0.23% or more, and more preferably 0.25% or more.

Mo:0.30〜0.70
Moは、焼入れ性を高め、熱間鍛造後の組織をマルテンサイト化させることなく、組織の主相を安定的にベイナイトとするとともに、その面積率を大きくする作用を有する。また、Moは、CrおよびMnで強化されたベイナイトよりも時効硬化能を大きくすることができる。そのため、被削性を大きく害することなく時効処理後の疲労強度を高める効果がある。さらに、Moは、0.20%以上のVを含有する鋼において、Vと複合的に炭化物を形成して、時効硬化能を大きくする作用も有する。これらの効果を十分に得るためには、Moは0.30%以上の含有量とする必要がある。しかしながら、Moは非常に高価な元素であるため、含有量が多くなると鋼の製造コストが増大してしまう。したがって、上限を設け、Moの含有量を0.30〜0.70%とした。Moの含有量は、0.32%以上とすることが好ましい
Mo: 0.30 to 0.70 %
Mo enhances hardenability and has the effect of stably forming the main phase of the structure into bainite and increasing the area ratio without converting the structure after hot forging into martensite. Moreover, Mo can make age-hardening ability larger than the bainite strengthened with Cr and Mn. Therefore, there is an effect of increasing the fatigue strength after the aging treatment without greatly impairing the machinability. Furthermore, Mo also has the effect | action which enlarges age hardening ability by forming a carbide | carbonized_material compositely with V in the steel containing 0.20% or more of V. In order to sufficiently obtain these effects, Mo needs to be contained in an amount of 0.30% or more. However, since Mo is a very expensive element, if the content increases, the manufacturing cost of steel increases. Therefore, an upper limit is provided, and the Mo content is set to 0.30 to 0.70 %. The Mo content is preferably 0.32% or more .

N:0.020%以下
Nは、本発明鋼においてはVをVNとして固定してしまうため、好ましくない元素である。また、その含有量が多くなりすぎると、Nを固定するためのTiの含有量が多くなり、それに伴って生成されるTiNは粗大になって靱性を低下させる。したがって、上限を設け、Nの含有量を0.020%以下とした。Nの含有量は、0.015%以下とすることが好ましく、0.012%以下とすることが一層好ましい。
N: 0.020% or less N is an undesirable element because V is fixed as VN in the steel of the present invention. Moreover, when the content increases too much, the content of Ti for fixing N increases, and the TiN produced in association with it increases to reduce toughness. Therefore, an upper limit is set and the N content is set to 0.020% or less. The N content is preferably 0.015% or less, and more preferably 0.012% or less.

本発明の時効硬化性鋼の一つは、上述のCからNまでの元素を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、かつ、前記の(1)〜(3)式を満足する鋼である。   One of the age-hardening steels of the present invention is a steel that contains the above-described elements from C to N, the balance is Fe and impurities, and satisfies the above formulas (1) to (3). .

なお、残部としての「Feおよび不純物」における「不純物」とは、鉄鋼材料を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または製造環境などから混入するものを指す。   The “impurities” in the remaining “Fe and impurities” refer to materials mixed from ores, scraps, or production environments as raw materials when industrially producing steel materials.

(1)〜(3)式については、(1')式とともに後述する。 (1) For ~ (3), described below together with (1 ') below.

本発明の時効硬化性鋼の他の一つは、上述のCからNまでの元素を含有するとともに、前記の〈1〉から〈3〉までのいずれかに属する1種以上の元素を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、かつ、前記の(1')、(2)式および(3)式を満足する鋼である。 Another one of the age-hardening steels of the present invention contains the above-described elements C to N and one or more elements belonging to any one of the above <1> to <3>. The balance is made of Fe and impurities, and satisfies the above formulas (1 ′), (2) and (3) .

以下、〈1〉〜〈3〉のそれぞれに属する元素の作用効果と、含有量の限定理由について説明する。   Hereafter, the effect of the element which belongs to each of <1>-<3> and the reason for limitation of content are demonstrated.

〈1〉B:0.005%以下
Bは、本発明鋼の焼入れ性を高め、熱間鍛造後の組織の主相となるベイナイトの面積率を大きくする作用を有する。このため、必要に応じてBを含有させてもよい。しかしながら、Bの含有量が0.005%を超えると上記の効果は飽和する。したがって、含有させる場合のBの量を0.005%以下とした。含有させる場合のBの量は、0.003%以下とすることが好ましい。
<1> B: 0.005% or less B has the effect of increasing the hardenability of the steel of the present invention and increasing the area ratio of bainite, which is the main phase of the structure after hot forging. For this reason, you may contain B as needed. However, when the B content exceeds 0.005%, the above effect is saturated. Therefore, the amount of B when contained is set to 0.005% or less. When B is included, the amount of B is preferably 0.003% or less.

一方、前記したBの焼入れ性を高めてベイナイトの面積率を大きくする効果を確実に得るためには、含有させる場合のBの量は、0.0005%以上とすることが望ましい。   On the other hand, in order to improve the hardenability of B and to surely obtain the effect of increasing the area ratio of bainite, the amount of B when contained is preferably 0.0005% or more.

〈2〉Cu:0.6%以下およびNi:0.6%以
CuおよびNiは、いずれも、時効処理後の疲労強度を高める作用を有する。このため、より大きな疲労強度を得たい場合には、これらの元素を以下に述べる範囲で含有させてもよい。
<2> Cu: 0.6% or less and Ni: 0.6% or less under <br/> Cu and Ni are both has an effect of improving the fatigue strength after aging treatment. For this reason, when it is desired to obtain a greater fatigue strength, these elements may be contained within the range described below.

Cu:0.6%以下
Cuは、少量であれば固溶強化によって、多量であれば時効処理時の析出強化によって、それぞれ疲労強度を向上させる作用を有する。このため、必要に応じてCuを含有させてもよい。しかしながら、Cuの含有量が0.6%を超えると、熱間加工性が低下する。したがって、含有させる場合のCuの量を0.6%以下とした。含有させる場合のCuの量は、0.5%以下とすることが好ましい。
Cu: 0.6% or less Cu has a function of improving fatigue strength by solid solution strengthening if the amount is small, and precipitation strengthening at the time of aging treatment if the amount is large. For this reason, you may contain Cu as needed. However, when the Cu content exceeds 0.6%, the hot workability decreases. Therefore, the amount of Cu in the case of inclusion is set to 0.6% or less. When Cu is contained, the amount of Cu is preferably 0.5% or less.

一方、前記したCuの疲労強度を高める効果を確実に得るためには、含有させる場合のCuの量は、0.1%以上とすることが望ましい。   On the other hand, in order to reliably obtain the effect of increasing the fatigue strength of Cu described above, the amount of Cu in the case of inclusion is preferably 0.1% or more.

Ni:0.6%以下
Niは、疲労強度を向上させる作用を有する。さらに、Niは、Cuによる熱間加工性の低下を抑制する作用も有する。このため、必要に応じてNiを含有させてもよい。しかしながら、Niの含有量が0.6%を超えると、コストが嵩むことに加えて上記の効果も飽和する。したがって、含有させる場合のNiの量を0.6%以下とした。含有させる場合のNiの量は、0.5%以下とすることが好ましい。
Ni: 0.6% or less Ni has an effect of improving fatigue strength. Furthermore, Ni also has the effect | action which suppresses the fall of the hot workability by Cu. For this reason, you may contain Ni as needed. However, if the Ni content exceeds 0.6%, the above effect is saturated in addition to the increase in cost. Therefore, the amount of Ni in the case of inclusion is set to 0.6% or less. When Ni is contained, the amount of Ni is preferably 0.5% or less.

一方、前記したNiの効果を確実に得るためには、含有させる場合のNiの量は、0.1%以上とすることが望ましい。   On the other hand, in order to surely obtain the effect of Ni described above, the amount of Ni in the case of inclusion is preferably 0.1% or more.

上記のCuおよびNiは、そのうちのいずれか1種のみ、または、2種の複合で含有させることができる。含有させる場合の上記元素の合計含有量は、CuとNiがそれぞれ0.6%の場合であってもよいが、1.1%以下とすることが好ましい。 Said Cu and Ni can be contained only in any 1 type or 2 types of composites. The total content of the above elements when contained may be 0.6% for Cu and Ni, but is preferably 1.1% or less.

〈3〉Ca:0.005%以下およびBi:0.4%以下
CaおよびBiは、いずれも、被削性を高める作用を有する。このため、より良好な被削性を得たい場合には、これらの元素を以下に述べる範囲で含有させてもよい。
<3> Ca: 0.005% or less and Bi: 0.4% or less Both Ca and Bi have an effect of improving machinability. For this reason, when it is desired to obtain better machinability, these elements may be contained within the range described below.

Ca:0.005%以下
Caは、被削性を向上させる作用を有する。このため、必要に応じてCaを含有させてもよい。しかしながら、Caの含有量が0.005%を超えると、熱間加工性の低下をきたす。したがって、含有させる場合のCaの量を0.005%以下とした。含有させる場合のCaの量は、0.0035%以下とすることが好ましい。
Ca: 0.005% or less Ca has an effect of improving machinability. For this reason, you may contain Ca as needed. However, when the Ca content exceeds 0.005%, the hot workability is deteriorated. Therefore, the Ca content in the case of inclusion is set to 0.005% or less. When Ca is contained, the amount of Ca is preferably 0.0035% or less.

一方、前記したCaの被削性向上効果を確実に得るためには、含有させる場合のCaの量は、0.0005%以上とすることが望ましい。   On the other hand, in order to surely obtain the above-described effect of improving the machinability of Ca, the Ca content when contained is preferably 0.0005% or more.

Bi:0.4%以下
Biは、被削性を向上させる作用を有する。このため、必要に応じてBiを含有させてもよい。しかしながら、Biの含有量が0.4%を超えると、熱間加工性の低下をきたす。したがって、含有させる場合のBiの量を0.4%以下とした。含有させる場合のBiの量は、0.3%以下とすることが好ましい。
Bi: 0.4% or less Bi has an effect of improving machinability. For this reason, you may contain Bi as needed. However, when the Bi content exceeds 0.4%, hot workability is deteriorated. Therefore, the amount of Bi when contained is set to 0.4% or less. When Bi is contained, the amount of Bi is preferably 0.3% or less.

一方、前記したBiの被削性向上効果を確実に得るためには、含有させる場合のBiの量は、0.03%以上とすることが望ましい。   On the other hand, in order to surely obtain the above-described effect of improving the machinability of Bi, the amount of Bi when contained is preferably 0.03% or more.

上記のCaおよびBiは、そのうちのいずれか1種のみ、または、2種の複合で含有させることができる。含有させる場合のこれらの元素の合計含有量は、Caが0.005%でBiが0.4%の場合の0.405%であってもよいが、0.3%以下とすることが好ましい。   Said Ca and Bi can be contained only in any 1 type or 2 types of composites. When included, the total content of these elements may be 0.405% when Ca is 0.005% and Bi is 0.4%, but is preferably 0.3% or less. .

〔C+0.3Mn+0.25Cr+0.6Mo〕または〔C+0.3Mn+0.25Cr+0.6Mo+Beff〕:0.65以上
本発明の時効硬化性鋼は、前記BからBiまでの任意元素を含まない場合には、下記の(1)式を、前記BからBiまでの任意元素を1種以上含む場合には、下記の(1')式を、それぞれ、満たす必要がある。
C+0.3Mn+0.25Cr+0.6Mo≧0.65・・・・・(1)、
C+0.3Mn+0.25Cr+0.6Mo+Beff≧0.65・・・・・(1')。
[C + 0.3Mn + 0.25Cr + 0.6Mo] or [C + 0.3Mn + 0.25Cr + 0.6Mo + Beff]: 0.65 or more When the age-hardening steel of the present invention does not contain any element from B to Bi, the following When the formula (1) includes one or more optional elements from B to Bi, the following formula (1 ′) must be satisfied.
C + 0.3Mn + 0.25Cr + 0.6Mo ≧ 0.65 (1),
C + 0.3Mn + 0.25Cr + 0.6Mo + Beff ≧ 0.65 (1 ′).

これは、上記の条件を満たせば、熱間鍛造後に前記したような比較的遅い冷却速度で冷却した状態であっても、容易に面積率で60%以上がベイナイトである組織になるからである。   This is because, if the above conditions are satisfied, even in a state of cooling at a relatively slow cooling rate as described above after hot forging, it becomes a structure in which 60% or more of the area ratio is bainite easily. .

既に述べたとおり、上記の(1)式および(1')式中の元素記号は、その元素の含有量(質量%)を意味する。   As already described, the element symbols in the above formulas (1) and (1 ′) mean the content (% by mass) of the element.

(1')式中のBeffは、Bの含有量が0.0005%未満の場合、「Beff=0」で、一方、Bの含有量が0.0005〜0.005%の場合、「Beff=0.05」である。   Beff in the formula (1 ′) is “Beff = 0” when the B content is less than 0.0005%, while “Beff” when the B content is 0.0005 to 0.005%. = 0.05 ".

(1)式の左辺の値は、0.68以上であることが好ましく、0.70以上であることが一層好ましい。一方、(1)式の左辺の値は、1.00以下であることが好ましい。   The value on the left side of the formula (1) is preferably 0.68 or more, and more preferably 0.70 or more. On the other hand, the value on the left side of the equation (1) is preferably 1.00 or less.

同様に(1')式の左辺の値は、0.68以上であることが好ましく、0.70以上であることが一層好ましい。一方、(1')式の左辺の値は、1.00以下であることが好ましい。   Similarly, the value on the left side of the expression (1 ′) is preferably 0.68 or more, and more preferably 0.70 or more. On the other hand, the value on the left side of the expression (1 ′) is preferably 1.00 or less.

〔C+0.1Si+0.2Mn+0.2Cr+0.35V+0.2Mo〕:0.82以下
本発明の時効硬化性鋼は、下記の(2)式を満たす必要がある。
C+0.1Si+0.2Mn+0.2Cr+0.35V+0.2Mo≦0.82・・・・・(2)。
[C + 0.1Si + 0.2Mn + 0.2Cr + 0.35V + 0.2Mo]: 0.82 or less The age-hardenable steel of the present invention needs to satisfy the following formula (2).
C + 0.1Si + 0.2Mn + 0.2Cr + 0.35V + 0.2Mo ≦ 0.82 (2).

本発明の時効硬化性鋼が、上記の(1)式または(1')式を満たすだけでは、時効処理前の硬さが高い。このため、良好な被削性が確保できない。しかしながら、本発明の時効硬化性鋼が、上記の(1)式または(1')式に加えて、さらに(2)式を満たせば、組織の主相がベイナイトであるにも拘わらず、時効処理前の硬さはHVで315以下の比較的低い値になって、良好な被削性が得られ、このために、容易に所定の形状に切削加工することができる。   The age-hardening steel of the present invention has high hardness before aging treatment only by satisfying the above formula (1) or (1 ′). For this reason, good machinability cannot be ensured. However, if the age-hardenable steel of the present invention satisfies the formula (2) in addition to the formula (1) or (1 ′), the aging is performed even though the main phase of the structure is bainite. The hardness before processing becomes a relatively low value of 315 or less in HV, and good machinability is obtained. For this reason, it can be easily cut into a predetermined shape.

既に述べたとおり、上記の(2)式中の元素記号は、その元素の含有量(質量%)を意味する。   As already stated, the element symbol in the above formula (2) means the content (% by mass) of the element.

(2)式の左辺の値は、0.80以下であれば一層好ましい。一方、(2)式の左辺の値は、0.50以上であることが好ましい。 The value on the left side of equation (2) is 0 . 80 or less is more preferable. On the other hand, the value on the left side of the equation (2) is preferably 0.50 or more.

〔V+0.8Tieff+0.35Mo〕:0.35超
本発明の時効硬化性鋼は、前記BからBiまでの任意元素を含まない場合にも、前記BからBiまでの任意元素を1種以上含む場合に、下記の(3)を満たす必要がある。
V+0.8Tieff+0.35Mo>0.35・・・(3)
[V + 0.8Tieff + 0.35Mo]: 0.35 age hardenable steel super present invention, even if they do not contain any element to Bi from the B, include any element to Bi 1 or more from the previous SL B case also, it is necessary to meet the following equation (3).
V + 0.8Tieff + 0.35Mo> 0.35 ··· (3).

(3)式中のTieffは、窒化物および硫化物を形成した残りのTi含有量、すなわち炭化物を形成するのに作用するTi含有量(質量%)を意味し、{Ti−(48/14)N−(48/32)S}または0のうちの大きい方の値を指す。 Tieff in the formula (3) means the remaining Ti content that forms nitrides and sulfides, that is, the Ti content (% by mass) that acts to form carbides, and {Ti− (48/14 ) N- (48/32) S} or 0, whichever is larger.

本発明の時効硬化性鋼が、上記の(1)式または(1')式に加えて、さらに(2)式を満たすだけでは、時効処理後の疲労強度が不十分である場合がある。すなわち、時効処理後の機械部品に510MPa以上という高い疲労強度を具備させることができない場合がある。   In addition to the above formula (1) or (1 ′), the age-hardening steel of the present invention may satisfy the formula (2) and the fatigue strength after aging treatment may be insufficient. That is, in some cases, a machine part after aging treatment cannot be provided with a high fatigue strength of 510 MPa or more.

しかしながら、本発明の時効硬化性鋼が、上記の(1)〜(3)式を満たせば、または、上記の(1')式、(2)式および(3)式を満たせば、時効処理前の硬さはHVで315以下であるにも関わらず、時効処理後に安定して510MPa以上という高い疲労強度が得られ、このために、大きな負荷のかかる部品に適用することができる。 However, if the age-hardenable steel of the present invention satisfies the above formulas (1) to (3), or if the above formulas (1 ′), (2), and (3) are satisfied, an aging treatment is performed. Although the previous hardness is 315 or less in HV, a high fatigue strength of 510 MPa or more is stably obtained after the aging treatment, and therefore, it can be applied to a part with a large load.

既に述べたとおり、上記の(3)式中の元素記号は、その元素の含有量(質量%)を意味する。 As already described , the element symbol in the above formula (3) means the content (% by mass) of the element.

(3)式の左辺の値は、0.37以上であることが好ましく、0.39以上であることが一層好ましい。一方、(3)式の左辺の値は、2.00以下であることが好ましい。   The value on the left side of the formula (3) is preferably 0.37 or more, and more preferably 0.39 or more. On the other hand, the value on the left side of equation (3) is preferably 2.00 or less.

本発明の時効硬化性鋼の製造方法は特に限定するものではない。しかしながら、VCを最大限に利用するためには時効処理前においては、多量の初析フェライトの生成は好ましくない。さらに、被削性の観点から、多量のマルテンサイトの生成も好ましくない。したがって、本発明の時効硬化性鋼は、例えば、上述した化学組成を有する鋼を1000℃以上の温度で加熱して、例えば、30〜1000分保持し、仕上げ温度が900℃以上である熱間鍛造を施し、その後5℃/秒未満の平均冷却速度で少なくとも500℃まで冷却して製造することが好ましい。   The method for producing the age-hardening steel of the present invention is not particularly limited. However, in order to make maximum use of VC, a large amount of pro-eutectoid ferrite is not preferred before aging treatment. Furthermore, the production of a large amount of martensite is not preferable from the viewpoint of machinability. Therefore, the age-hardening steel of the present invention is, for example, a steel having the above-described chemical composition heated at a temperature of 1000 ° C. or higher, and held for 30 to 1000 minutes, for example, with a finishing temperature of 900 ° C. or higher. It is preferable to manufacture by forging and then cooling to at least 500 ° C. at an average cooling rate of less than 5 ° C./second.

なお、上記の「鋼を1000℃以上の温度で加熱して30〜1000分保持する」温度も、加熱炉の炉内温度の平均値を意味する。   In addition, the above-mentioned temperature of “heating the steel at a temperature of 1000 ° C. or higher and holding it for 30 to 1000 minutes” also means an average value of the furnace temperature of the heating furnace.

上述した化学組成を有する鋼を上記のようにして製造すれば、初析フェライトおよびマルテンサイトの多量の生成を安定かつ確実に防止することが可能で、容易にベイナイトを主相とする組織、特に、面積率で60%以上がベイナイトである組織になる。   If the steel having the above-described chemical composition is produced as described above, it is possible to stably and surely prevent the generation of a large amount of pro-eutectoid ferrite and martensite, and a structure having bainite as a main phase, in particular, , 60% or more of the area ratio becomes a bainite structure.

(B)本発明に係る機械部品の製造方法:
本発明に係る機械部品は、Vの析出強化の効果を十分に得るために、所定の手法によって熱間鍛造とその後の冷却を行い、さらに、切削加工を施した後、時効処理を施す。以下、このことについて説明する。
(B) Manufacturing method of machine parts according to the present invention:
In order to sufficiently obtain the effect of precipitation strengthening of V, the mechanical component according to the present invention is subjected to hot forging and subsequent cooling by a predetermined method, and further subjected to aging treatment after cutting. This will be described below.

熱間鍛造に供する材料(熱間鍛造用素材)としては、インゴットを分塊圧延したビレット、連続鋳造材を分塊圧延したビレット、あるいはこれらのビレットを熱間圧延または熱間鍛造した棒鋼など、どのようなものでよい。しかしながら、熱間鍛造用素材の化学組成は前記(A)項で述べたものでなければならない。   As materials used for hot forging (hot forging materials), billets obtained by ingot rolling ingots, billets obtained by rolling ingots from continuous casting materials, or steel bars obtained by hot rolling or hot forging these billets, What is good. However, the chemical composition of the material for hot forging must be as described in the above section (A).

(B−1)熱間鍛造とその後の冷却
熱間鍛造用素材の加熱温度は1000℃以上とする必要がある。これは、加熱温度が1000℃を下回ると、未固溶のVCが固溶しないからである。加熱温度が過度に高くなるとエネルギーコストが大きくなることに加えて、スケールロスも多くなる。このため、加熱温度は1300℃以下が望ましい。
(B-1) Hot forging and subsequent cooling The heating temperature of the raw material for hot forging needs to be 1000 degreeC or more. This is because when the heating temperature is below 1000 ° C., undissolved VC does not dissolve. When the heating temperature is excessively high, the energy cost is increased and the scale loss is increased. For this reason, the heating temperature is desirably 1300 ° C. or lower.

なお、熱間鍛造用素材のサイズ(質量)によって異なるものの、上記の加熱温度での保持時間は、例えば、30〜1000分とすることが好ましい。   In addition, although it changes with the size (mass) of the raw material for hot forging, it is preferable that the holding time at said heating temperature shall be 30-1000 minutes, for example.

上記の温度域に加熱した後、熱間鍛造を行う。熱間鍛造後に冷却したままの状態から切削加工して所定の形状に加工するためには、特に、熱間鍛造の仕上げ温度を900℃以上としなければならない。熱間鍛造の仕上げ温度が900℃未満の場合には、低い温度で再結晶が起こることになるため、生成したオーステナイト粒は小さくなって焼入れ性が確保できず、ベイナイトを主相とする組織が得られない。したがって、熱間鍛造の仕上げ温度は900℃以上とする。熱間鍛造の仕上げ温度は950℃以上とすることが好ましい。一方、熱間鍛造の仕上げ温度は、1250℃以下とすることが好ましい。   After heating to the above temperature range, hot forging is performed. In order to cut into a predetermined shape by cutting from a state of being cooled after hot forging, in particular, the finishing temperature of hot forging must be 900 ° C. or higher. When the finishing temperature of hot forging is less than 900 ° C., recrystallization will occur at a low temperature. Therefore, the generated austenite grains become small and hardenability cannot be ensured, and the structure having bainite as the main phase is present. I can't get it. Accordingly, the finishing temperature for hot forging is set to 900 ° C. or higher. The finishing temperature for hot forging is preferably 950 ° C. or higher. On the other hand, the finishing temperature of hot forging is preferably 1250 ° C. or lower.

熱間鍛造後に冷却したままの状態から切削加工して所定の形状に加工するためには、上記の仕上げ温度で熱間鍛造を終了した後、5℃/秒未満の平均冷却速度で少なくとも500℃まで冷却しなければならない。熱間鍛造終了後500℃までの平均冷却速度が5℃/秒以上になると、マルテンサイトが多量に生成して被削性が低下してしまう。そのため、熱間鍛造終了後500℃までの平均冷却速度は5℃/秒未満でなければならない。熱間鍛造終了後500℃までの平均冷却速度は4℃/秒未満であることが好ましく、3℃/秒未満であることが一層好ましい。上記の平均冷却速度は小さすぎると組織がベイナイト化しないうえに生産性の低下をきたす場合がある。したがって、上記の平均冷却速度は0.2℃/秒以上であることが望ましく、0.4℃/秒以上であることが一層望ましい。   In order to cut into a predetermined shape after being cooled after hot forging, at least 500 ° C. with an average cooling rate of less than 5 ° C./second after finishing hot forging at the above finishing temperature. Must be cooled to When the average cooling rate up to 500 ° C. after the completion of hot forging is 5 ° C./second or more, a large amount of martensite is generated and machinability is lowered. Therefore, the average cooling rate up to 500 ° C. after completion of hot forging must be less than 5 ° C./second. The average cooling rate up to 500 ° C. after completion of hot forging is preferably less than 4 ° C./second, and more preferably less than 3 ° C./second. If the above average cooling rate is too small, the structure may not be bainite and the productivity may be lowered. Therefore, the average cooling rate is preferably 0.2 ° C./second or more, and more preferably 0.4 ° C./second or more.

熱間鍛造終了後500℃までの平均冷却速度を5℃/秒未満とするための具体的な方法としては、例えば、大気中での放冷、ファンによる風冷などがある。   Specific methods for setting the average cooling rate up to 500 ° C. to less than 5 ° C./second after the completion of hot forging include, for example, cooling in the air and cooling with a fan.

500℃未満の温度域での冷却速度は、本発明の作用効果に影響するものではない。したがって、熱間鍛造終了後500℃までの平均冷却速度が5℃/秒未満であれば、500℃から室温までの冷却速度は、特に制御する必要はない。   The cooling rate in the temperature range below 500 ° C. does not affect the function and effect of the present invention. Therefore, if the average cooling rate up to 500 ° C. after completion of hot forging is less than 5 ° C./second, the cooling rate from 500 ° C. to room temperature does not need to be particularly controlled.

前記(A)項で述べた化学組成を有する鋼の場合、前述した条件で熱間鍛造およびその後の冷却を行うことで、ベイナイトを主相とする組織になり、しかも、硬さは容易にHVで315以下になる。   In the case of the steel having the chemical composition described in the above section (A), by performing hot forging under the above-described conditions and subsequent cooling, a structure having bainite as a main phase is obtained, and the hardness is easily increased to HV. 315 or less.

(B−2)切削加工
前記(B−1)項で述べた条件で、熱間鍛造とその後の冷却を施された鋼は、次に切削加工を施されて所定の機械部品形状に加工される。
(B-2) Cutting The steel subjected to hot forging and subsequent cooling under the conditions described in the above section (B-1) is then subjected to cutting to be processed into a predetermined machine part shape. The

(A)項で述べた化学組成を有する鋼の場合、(B−1)項で述べた条件で、熱間鍛造およびその後の冷却を行うことで、硬さがHVで315以下になるので、容易に所定の機械部品形状に切削加工することができる。この切削加工の条件は特に限定されるものではなく、所定形状の機械部品に加工できるものでありさえすればよい。   In the case of steel having the chemical composition described in the section (A), the hardness becomes 315 or less in HV by performing hot forging and subsequent cooling under the conditions described in the section (B-1). It can be easily cut into a predetermined machine part shape. The conditions for this cutting process are not particularly limited, as long as they can be machined into machine parts having a predetermined shape.

(B−3)時効処理
時効処理は、560〜700℃の温度で行わなければならない。時効処理温度が700℃を超えると、組織自体が焼戻されて軟化してしまう。一方、時効処理温度が560℃を下回ると、Vの拡散が遅くなるために時効処理に要する時間が長くなって、生産性の低下および熱処理コストの増大をきたす。
(B-3) Aging treatment The aging treatment must be performed at a temperature of 560 to 700 ° C. When the aging treatment temperature exceeds 700 ° C., the structure itself is tempered and softened. On the other hand, when the aging treatment temperature is lower than 560 ° C., the diffusion of V is slowed, so that the time required for the aging treatment becomes long, resulting in a decrease in productivity and an increase in heat treatment cost.

なお、機械部品のサイズ(質量)によって異なるものの、上記の時効処理の保持時間は、例えば、30〜1000分とすることが好ましい。   In addition, although it changes with the size (mass) of machine parts, it is preferable that the retention time of said aging treatment shall be 30-1000 minutes, for example.

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

表1に示す化学組成の鋼A〜G、I〜K、およびM〜Sを、50kg真空溶解炉によって溶製した。 Steels A to G, I to K, and M to S having chemical compositions shown in Table 1 were melted in a 50 kg vacuum melting furnace.

表1における鋼A〜G、I〜K、およびM〜Pは、化学組成が本発明で規定する範囲内にある鋼である。一方、鋼Q〜Sは、化学組成が本発明で規定する条件から外れた鋼である。 Steels A to G, I to K, and MP in Table 1 are steels whose chemical compositions are within the range defined in the present invention. On the other hand, steels Q to S are steels whose chemical compositions deviate from the conditions defined in the present invention.

なお、表1には、BからBiまでの任意元素を含まない場合の(1)式の左辺の値と、BからBiまでの任意元素を1種以上含む場合の(1')式の左辺の値を「F1の値」として示した。   Table 1 shows the value on the left side of equation (1) when no arbitrary element from B to Bi is included, and the left side of equation (1 ') when one or more optional elements from B to Bi are included. The value of is indicated as “value of F1”.

同様に、表1には、(2)式の左辺の値を「F2の値」として示した。   Similarly, in Table 1, the value on the left side of equation (2) is shown as “value of F2.”

さらに、表1には、(3)式の左辺の値を「F3の値」として示した。 Further, in Table 1, the value on the left side of the expression (3) is shown as “value of F3”.

Figure 0005664371
Figure 0005664371

各鋼のインゴットは、1250℃で加熱した後、直径45mmの棒鋼に熱間鍛造した。熱間鍛造した直径45mmの棒鋼は、一旦大気中で放冷して室温まで冷却した。その後、さらに、1250℃に加熱し、部品形状への鍛造を想定し、仕上げ温度を950℃として、直径30mm、長さ1000mmの複数本の棒鋼に熱間鍛造した。仕上げ温度の測温は、棒鋼表面のスケールのない箇所に対して放射温度計を用いて行った。なお、熱間鍛造後は、いずれも大気中で放冷して室温まで冷却した。   Each steel ingot was heated at 1250 ° C. and hot forged into a steel bar having a diameter of 45 mm. The hot forged steel bar having a diameter of 45 mm was once cooled in the atmosphere and cooled to room temperature. Thereafter, the steel was further heated to 1250 ° C., and forging into a part shape was assumed. The finishing temperature was set to 950 ° C., and hot forging into a plurality of steel bars having a diameter of 30 mm and a length of 1000 mm. The temperature of the finishing temperature was measured using a radiation thermometer on a portion of the steel bar surface where there was no scale. In addition, after hot forging, all were left to cool in the air and cooled to room temperature.

上記の熱間鍛造後の大気中での放冷時の冷却速度の測定は、棒鋼表面のスケールのない箇所に対して放射温度計を用いて行った。鍛造後の500℃までの平均冷却速度は0.8℃/秒であった。   The measurement of the cooling rate at the time of cooling in the air after the above hot forging was performed using a radiation thermometer on a portion of the steel bar surface where there was no scale. The average cooling rate to 500 ° C. after forging was 0.8 ° C./second.

各試験番号について、室温まで冷却した直径30mmの棒鋼のうちの一部は、時効処理を施さない状態(すなわち、冷却ままの状態)で、棒鋼の両端部を100mmずつ切り落とした後、残る中央部から試験片を切り出し、時効処理前の硬さおよび組織の調査を行った。   For each test number, a portion of the 30 mm diameter steel bar cooled to room temperature is not subjected to aging treatment (that is, in a cooled state), and after cutting off both ends of the steel bar by 100 mm, the remaining central part Specimens were cut out and examined for hardness and structure before aging treatment.

一方、各試験番号について、室温まで冷却した直径30mmの棒鋼の残りは、600〜630℃で1〜3時間保持する時効処理を施し、棒鋼の両端部を100mmずつ切り落とした後、残る中央部から試験片を切り出し、時効処理後の硬さおよび疲労強度の調査を行った。   On the other hand, for each test number, the remainder of the steel bar with a diameter of 30 mm cooled to room temperature was subjected to an aging treatment that was held at 600 to 630 ° C. for 1 to 3 hours, and both ends of the steel bar were cut off by 100 mm from the remaining central part. A test piece was cut out and examined for hardness and fatigue strength after aging treatment.

硬さ測定は、次のようにして実施した。   Hardness measurement was performed as follows.

まず、直径30mmの棒鋼を横断し、切断面が被検面となるように樹脂埋めして鏡面研磨して試験片を準備した。次いで、JIS Z 2244(2009)における「ビッカース硬さ試験−試験方法」に準拠して、被検面のR/2部(「R」は半径を表す。)付近10点について、試験力を9.8Nとして硬さ測定を実施した。上記10点の値を算術平均してHVでの硬さとした。   First, a steel bar having a diameter of 30 mm was crossed, the resin was embedded so that the cut surface became the test surface, and mirror-polished to prepare a test piece. Next, in accordance with “Vickers hardness test—test method” in JIS Z 2244 (2009), the test force is set to 9 for 10 points near the R / 2 part (“R” represents a radius) of the test surface. The hardness was measured as 8N. The above 10 points were arithmetically averaged to determine the hardness at HV.

時効処理前の組織調査は、次のようにして実施した。   The organization survey before aging treatment was conducted as follows.

すなわち、まず、上記の硬さ測定に用いた試験片を再度鏡面研磨してナイタールで腐食した試験片を準備した。   That is, first, the test piece used for the hardness measurement was mirror-polished again to prepare a test piece corroded with nital.

次いで、光学顕微鏡を用いて、R/2部付近を、倍率200倍で、視野の大きさを220μm×180μmとしてランダムに各3視野の写真を撮影し、組織における相を同定した。また、上記の各視野について画像解析を行って、ベイナイトの面積率を求めた。   Next, using an optical microscope, photographs of three fields of view were randomly taken in the vicinity of R / 2 at a magnification of 200 times and the size of the field of view of 220 μm × 180 μm to identify phases in the tissue. Moreover, the image analysis was performed about said each visual field, and the area ratio of bainite was calculated | required.

疲労強度は、平滑小野式回転曲げ疲労試験片を採取して調査した。   The fatigue strength was investigated by collecting a smooth Ono type rotating bending fatigue test piece.

すなわち、図1に示す形状の平滑小野式回転曲げ疲労試験片(平行部の長さ20mm)を、棒鋼の中心から鍛造方向に平行に採取し、室温、大気中、回転数3400rpmの条件で小野式回転曲げ疲労試験を行った。   That is, a smooth Ono-type rotating bending fatigue test piece (parallel portion length 20 mm) having the shape shown in FIG. 1 was taken in parallel to the forging direction from the center of the steel bar, and was subjected to Ono under conditions of room temperature, air, and rotation speed of 3400 rpm. Type rotary bending fatigue test was conducted.

上記の条件下で、応力付加繰返し数107回において破断しない最大の応力を疲労強度とした。 Under the above conditions, the maximum stress that did not break at the stress addition repetition number of 10 7 times was defined as fatigue strength.

表2に、各試験番号について、時効処理前(つまり、冷却ままの状態)の組織、ならびに、時効処理前後の硬さおよび時効処理後の疲労強度を示した。   Table 2 shows, for each test number, the structure before the aging treatment (that is, as-cooled), the hardness before and after the aging treatment, and the fatigue strength after the aging treatment.

なお、表2においては、組織における「相」を、ベイナイトを「B」、初析フェライトを「F」、マルテンサイトを「M」と表記した。   In Table 2, “phase” in the structure is expressed as “B” for bainite, “F” for proeutectoid ferrite, and “M” for martensite.

Figure 0005664371
Figure 0005664371

表2から明らかなように、本発明で規定する化学組成を有する試験番号1〜7、9〜11および13〜16の「本発明例」の場合、熱間鍛造後の冷却過程において専用の均熱炉を用いなくても、冷却ままの状態である時効処理前の硬さはHVで315以下であり、また時効処理後の疲労強度は510MPa以上であって、時効処理前の被削性と時効処理後の疲労強度が両立できることがわかる。 As is clear from Table 2, in the case of “Examples of the present invention” of test numbers 1 to 7, 9 to 11 and 13 to 16 having the chemical composition defined in the present invention, a dedicated leveling is performed in the cooling process after hot forging. Even without using a heat furnace, the hardness before aging treatment in the state of cooling is 315 or less in HV, and the fatigue strength after aging treatment is 510 MPa or more, and the machinability before aging treatment is It can be seen that the fatigue strength after aging treatment is compatible.

これに対して、本発明の規定から外れた試験番号17〜19の「比較例」の場合には、時効処理前の硬さがHVで315を超えているか、あるいは時効処理後の疲労強度が510MPaに達しておらず、時効処理前の被削性と時効処理後の疲労強度が両立できていない。   On the other hand, in the case of “Comparative Examples” with test numbers 17 to 19 that deviate from the provisions of the present invention, the hardness before aging treatment exceeds 315 in HV, or the fatigue strength after aging treatment is It does not reach 510 MPa, and the machinability before aging treatment and the fatigue strength after aging treatment are not compatible.

試験番号17の場合は、鋼Qの「F1の値」が0.57と小さく(1)式を満たさない。このため、フェライトの生成量が多くなり、時効処理前にVが炭化物として析出したため、時効処理によって析出する炭化物の量が少なく、時効処理後の疲労強度が480MPaと低い。   In the case of the test number 17, the “F1 value” of the steel Q is as small as 0.57 and does not satisfy the formula (1). For this reason, the amount of ferrite produced increases, and V precipitates as carbide before the aging treatment. Therefore, the amount of carbide precipitated by the aging treatment is small, and the fatigue strength after the aging treatment is as low as 480 MPa.

試験番号18の場合は、鋼Rの「F2の値」が0.91と大きく(2)式を満たさない。このため、時効処理前の硬度がHVで341と高くなっており、被削性が劣ることが予想される。   In the case of the test number 18, the “value of F2” of the steel R is as large as 0.91 and does not satisfy the formula (2). For this reason, the hardness before aging treatment is as high as 341 in HV, and it is expected that the machinability is inferior.

試験番号19の場合は、鋼Sの「F3の値」が0.33と小さく(3)式を満たさない。このため、時効硬化能が小さく、時効処理後の疲労強度が490MPaと低い。   In the case of the test number 19, the “value of F3” of the steel S is as small as 0.33 and does not satisfy the expression (3). For this reason, age hardening ability is small and the fatigue strength after an aging treatment is as low as 490 MPa.

本発明の時効硬化性鋼は、自動車、産業機械、建設機械などの機械部品の素材としてきわめて有用なものである。また、本発明の製造方法によれば、鋼の硬さが低い状態で切削加工を行って部品形状を整え、その後に時効処理によって硬化させて所望の強度を有する機械部品を製造することができる。   The age-hardening steel of the present invention is extremely useful as a material for machine parts such as automobiles, industrial machines, and construction machines. In addition, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to manufacture a machine part having a desired strength by performing cutting in a state where the hardness of the steel is low, adjusting the shape of the part, and thereafter curing by aging treatment. .

Claims (3)

質量%で、C:0.05〜0.28%、Si:0.05〜0.50%、Mn:0.50〜2.5%、P:0.05%以下、S:0.10%以下、Cr:0.05〜2.5%、Al:0.06%以下、Ti:0.005〜0.20%、V:0.20〜0.75%、Mo:0.30〜0.70%およびN:0.020%以下を含有し、残部はFeおよび不純物からなり、かつ、下記の(1)〜(3)式を満足することを特徴とする時効硬化性鋼。
C+0.3Mn+0.25Cr+0.6Mo≧0.65・・・・・(1)
C+0.1Si+0.2Mn+0.2Cr+0.35V+0.2Mo≦0.82・・・・・(2)
V+0.8Tieff+0.35Mo>0.35・・・・・(3)
上記の(1)〜(3)式中の元素記号は、その元素の含有量(質量%)を意味する。
また、(3)式中のTieffは、{Ti−(48/14)N−(48/32)S}または0のうちの大きい方の値を指す。
In mass%, C: 0.05 to 0.28%, Si: 0.05 to 0.50%, Mn: 0.50 to 2.5%, P: 0.05% or less, S: 0.10 %: Cr: 0.05-2.5%, Al: 0.06% or less, Ti: 0.005-0.20%, V: 0.20-0.75%, Mo: 0.30 Age-hardenable steel containing 0.70 % and N: 0.020% or less, the balance being Fe and impurities, and satisfying the following formulas (1) to (3).
C + 0.3Mn + 0.25Cr + 0.6Mo ≧ 0.65 (1)
C + 0.1Si + 0.2Mn + 0.2Cr + 0.35V + 0.2Mo ≦ 0.82 (2)
V + 0.8Tieff + 0.35Mo> 0.35 (3)
The element symbols in the above formulas (1) to (3) mean the content (% by mass) of the element.
Further, Tieff in the expression (3) indicates {Ti- (48/14) N- (48/32) S} or 0, whichever is larger.
質量%で、C:0.05〜0.28%、Si:0.05〜0.50%、Mn:0.50〜2.5%、P:0.05%以下、S:0.10%以下、Cr:0.05〜2.5%、Al:0.06%以下、Ti:0.005〜0.20%、V:0.20〜0.75%、Mo:0.30〜0.70%およびN:0.020%以下を含有するとともに、下記の〈1〉から〈3〉までのいずれかに属する1種以上の元素を含有し、残部はFeおよび不純物からなり、かつ、下記の(1')式、(2)式および(3)式を満足することを特徴とする時効硬化性鋼。
〈1〉B:0.005%以下
〈2〉Cu:0.6%以下およびNi:0.6%以
〈3〉Ca:0.005%以下およびBi:0.4%以下
C+0.3Mn+0.25Cr+0.6Mo+Beff≧0.65・・・・・(1')
C+0.1Si+0.2Mn+0.2Cr+0.35V+0.2Mo≦0.82・・・・・(2)
V+0.8Tieff+0.35Mo>0.35・・・・・(3)
上記の(1')式、(2)式および(3)式中の元素記号は、その元素の含有量(質量%)を意味し、(1')式中のBeffは次の値を指す。
Bの含有量が0.0005%未満の場合:Beff=0、
Bの含有量が0.0005〜0.005%の場合:Beff=0.05。
また、(3)式中のTieffは、{Ti−(48/14)N−(48/32)S}または0のうちの大きい方の値を指す。
In mass%, C: 0.05 to 0.28%, Si: 0.05 to 0.50%, Mn: 0.50 to 2.5%, P: 0.05% or less, S: 0.10 %: Cr: 0.05-2.5%, Al: 0.06% or less, Ti: 0.005-0.20%, V: 0.20-0.75%, Mo: 0.30 0.70 % and N: not more than 0.020% and at least one element belonging to any of <1> to <3> below, the balance being Fe and impurities, and An age hardenable steel characterized by satisfying the following formulas (1 ′), (2) and (3):
<1> B: 0.005% or less <2> Cu: 0.6% or less and Ni: 0.6% or less under <br/><3> Ca: 0.005% or less and Bi: 0.4% C + 0.3Mn + 0.25Cr + 0.6Mo + Beff ≧ 0.65 (1 ′)
C + 0.1Si + 0.2Mn + 0.2Cr + 0.35V + 0.2Mo ≦ 0.82 (2)
V + 0.8Tieff + 0.35Mo> 0.35 (3)
The element symbols in the above formulas (1 ′), (2) and (3) mean the content (mass%) of the element, and Beff in the formula (1 ′) indicates the following value. .
When the content of B is less than 0.0005%: Beff = 0,
When the content of B is 0.0005 to 0.005%: Beff = 0.05.
Further, Tieff in the expression (3) indicates {Ti- (48/14) N- (48/32) S} or 0, whichever is larger.
機械部品の製造方法であって、請求項1または2に記載の鋼を1000℃以上の温度で加熱し、仕上げ温度が900℃以上である熱間鍛造を施し、その後5℃/秒未満の平均冷却速度で少なくとも500℃まで冷却し、さらに、切削加工を施した後に560〜700℃の温度で時効処理を施すことを特徴とする機械部品の製造方法。   It is a manufacturing method of machine parts, Comprising: The steel of Claim 1 or 2 is heated at the temperature of 1000 degreeC or more, the hot forging whose finishing temperature is 900 degreeC or more is given, and the average of less than 5 degree-C / sec after that is performed. A method for manufacturing a machine part, comprising cooling to a temperature of at least 500 ° C. at a cooling rate, and further performing an aging treatment at a temperature of 560 to 700 ° C. after cutting.
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