JP5706766B2 - Induction hardening steel excellent in machinability and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、切削加工後、高周波焼入れによって鋼部品を製造するための鋼に関し、特に被削性に優れた高周波焼入れ用鋼、およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to steel for producing steel parts by induction hardening after cutting, and more particularly to induction hardening steel excellent in machinability and a method for producing the same.

自動車や各種機械類に用いられる鋼部品(具体的には、自動車用変速機や作動装置をはじめとする各種歯車伝達装置に利用される歯車、シャフト、プーリーや等速ジョイント等、更にはクランクシャフト、コンロッド等の機械構造部品)は、通常、熱間加工(例えば、熱間圧延や熱間鍛造など)した鋼に、切削加工を施して最終形状(部品形状)に仕上げて製造される。切削加工後の鋼部品は、硬度(例えば、ビッカース硬度)が高く、また回転曲げ疲労強度などの疲労特性に優れていることが求められるが(以下、硬度と疲労特性を合わせて「強度」ということがある)、鋼部品の強度を高めるために、切削加工前の鋼の強度を高めると切削加工が困難となる。一方、切削加工に要するコストは、部品制作費全体中に占める割合が高いことから、切削加工前の鋼は被削性が良いことが要求される。そこで、切削加工前の鋼は、その硬さを低くして被削性を改善し、切削加工後に、焼入れ焼戻し(調質)や浸炭焼入れ等の熱処理を行うことによって鋼部品の強度を高めることが行われている。   Steel parts used in automobiles and various machinery (specifically, gears, shafts, pulleys, constant velocity joints, etc. used in various gear transmissions including automobile transmissions and actuators, and crankshafts) In general, a mechanical structural component such as a connecting rod is manufactured by subjecting hot-worked steel (for example, hot rolling or hot forging) to a final shape (part shape) by cutting. Steel parts after cutting are required to have high hardness (for example, Vickers hardness) and excellent fatigue properties such as rotational bending fatigue strength (hereinafter referred to as “strength” by combining hardness and fatigue properties). However, in order to increase the strength of the steel part, if the strength of the steel before cutting is increased, cutting becomes difficult. On the other hand, since the cost required for cutting is high in the total part production cost, the steel before cutting is required to have good machinability. Therefore, the steel before cutting improves the machinability by reducing its hardness, and increases the strength of steel parts by performing heat treatment such as quenching and tempering (tempering) and carburizing and quenching after cutting. Has been done.

ここで切削加工について詳しく説明すると、上記機械構造部品のうち特に歯車を製造するときの切削加工においては、ホブによる歯切りを行うのが一般的であり、この場合の切削加工は断続切削と呼ばれている。ホブ加工に用いられる工具としては、高速度工具鋼にAlTiNなどのコーティングを施したもの(以下、「ハイス工具」と略称することがある)が現在の主流である。ハイス工具を用いたホブ加工(断続切削)による歯切りは、低速(具体的には、切削速度150m/分程度以下)、低温(具体的には、200〜600℃程度)であるが、断続切削のため工具が空気と触れ易く、酸化摩耗し易くなる。そのためホブ加工等の断続切削に供される鋼は、特に工具寿命を伸ばすことが求められている。   Here, the cutting process will be described in detail. In the cutting process for manufacturing gears among the above-mentioned mechanical structural parts, it is common to perform gear cutting with a hob. In this case, the cutting process is called intermittent cutting. It is. As a tool used for hobbing, a high-speed tool steel coated with AlTiN or the like (hereinafter, sometimes abbreviated as “high-speed tool”) is currently mainstream. Gear cutting by hobbing (intermittent cutting) using a high-speed tool is low speed (specifically, cutting speed of about 150 m / min or less) and low temperature (specifically, about 200 to 600 ° C.), but intermittent. Because of cutting, the tool is easy to come into contact with air and is subject to oxidative wear. For this reason, steel used for intermittent cutting such as hobbing is particularly required to extend the tool life.

本出願人は、断続切削における被削性(特に、工具寿命)を向上させた機械構造用鋼を特許文献1、2に提案している。これらのうち特許文献1では、酸化物系介在物の各成分を適切に調整して介在物全体を低融点で変形し易くすることによってハイス工具での連続切削における被削性を改善している。一方、特許文献2では、Feより酸化傾向の大きい元素を機械構造用鋼に添加して固溶させることによって、断続切削における機械構造用鋼の急速な酸化を防止して、工具の酸化摩耗を抑制し、鋼の被削性を改善している。しかし上記特許文献1、2では、上述したように、鋼部品の強度を高めるために、切削加工後に焼入れ焼戻し(調質)や浸炭焼入れ等の熱処理を行う必要がある。   The present applicant has proposed steels for machine structural use with improved machinability (particularly, tool life) in intermittent cutting in Patent Documents 1 and 2. Among these, in patent document 1, the machinability in the continuous cutting with a high-speed tool is improved by adjusting each component of oxide inclusions appropriately to facilitate deformation of the entire inclusion with a low melting point. . On the other hand, in Patent Document 2, by adding an element that has a greater tendency to oxidize than Fe to solid solution, the mechanical structure steel is prevented from being rapidly oxidized during intermittent cutting, and oxidative wear of the tool is prevented. Suppresses and improves the machinability of steel. However, in Patent Documents 1 and 2, as described above, in order to increase the strength of the steel part, it is necessary to perform heat treatment such as quenching and tempering (tempering) or carburizing and quenching after cutting.

ところで、近年では、地球環境への負荷を低減すると共に、作業環境を改善するために、焼入れ焼戻し(調質)や浸炭焼入れ等の熱処理に代えて高周波焼入れ処理が行われている。高周波焼入れ処理は、鋼の表層付近のみを急速加熱・冷却する方法であり、短時間で鋼部品の表層部の硬度や疲労特性を高めることができる。一方で、浸炭処理と同程度の表面および内部の硬度を確保するためには、マルテンサイト変態によって強度が十分向上するように鋼中のC含有量を高める必要がある。また、鋼部品の内部硬度は高周波焼入れ処理の前後で変化しないため、切削加工前の鋼の硬度を予め高めておく必要があった。   By the way, in recent years, in order to reduce the burden on the global environment and improve the working environment, induction hardening is performed instead of heat treatment such as quenching and tempering (tempering) and carburizing and quenching. Induction hardening is a method in which only the vicinity of the steel surface layer is rapidly heated and cooled, and the hardness and fatigue characteristics of the surface layer portion of the steel part can be increased in a short time. On the other hand, in order to ensure the same surface and internal hardness as the carburizing treatment, it is necessary to increase the C content in the steel so that the strength is sufficiently improved by martensitic transformation. Further, since the internal hardness of the steel part does not change before and after the induction hardening treatment, it is necessary to increase the hardness of the steel before cutting.

疲労特性を確保しつつ、被削性を向上させた高周波焼入れ用鋼として、例えば特許文献3が知られている。この特許文献3には、鋼の化学組成と組織を最適化することで被削性を向上させると共に、フェライト組織がパーライト組織の周りを数珠状に取り囲んだ組織とすることで疲労強度を確保する技術が開示されている。   For example, Patent Document 3 is known as a steel for induction hardening with improved machinability while ensuring fatigue characteristics. In Patent Document 3, machinability is improved by optimizing the chemical composition and structure of steel, and the fatigue strength is secured by making the ferrite structure beaded around the pearlite structure. Technology is disclosed.

しかし上記特許文献3では低温変態相(ベイナイト、マルテンサイト)の生成によって被削性が十分に改善されていない。また鋼の内部がフェライト−パーライト組織であるため内部硬さが不十分となり、鋼部品としての要求特性に十分対応しきれていない。   However, in the said patent document 3, machinability is not fully improved by the production | generation of a low temperature transformation phase (bainite, martensite). Moreover, since the inside of steel has a ferrite-pearlite structure, the internal hardness is insufficient, and the required characteristics as steel parts are not fully met.

ところで、実際の加工においては、例えば軸付き歯車のように、軸部分の加工には連続切削が行われ、歯車部分の加工には断続切削が行われることから、断続切削と連続切削のいずれの被削性にも優れた特性が要求される。しかしながら、断続切削に比べて連続切削では高温(800℃以上)となることから、従来の断続切削性の向上を図る鋼材では、高温となる連続切削においては、総じて工具刃先の高温化に伴う損傷度合いが高くなるなど、被削性が悪化するという問題があった。   By the way, in actual machining, for example, like a gear with a shaft, machining of the shaft portion is performed by continuous cutting, and machining of the gear portion is performed by intermittent cutting. It is required to have excellent machinability. However, since continuous cutting results in a high temperature (800 ° C or higher) compared to interrupted cutting, conventional steel materials for improving intermittent cutting performance generally suffer from damage due to high tool cutting edges in continuous cutting at high temperatures. There was a problem that machinability deteriorated, for example, the degree increased.

しかも連続切削の場合、切削加工した鋼材の切り屑が繋がって発生しやすくなるが、切り屑が繋がって伸びると、この切り屑が機械に絡みつくなどして機械が損傷するだけでなく、作業者がけがを負うなどの危険があった。そのためチップブレーカーなどによって切り屑を分断しなければならず、安全性も問題となっていた。   Moreover, in the case of continuous cutting, the steel chips that have been machined are more likely to be connected and generated, but when the chips are connected and stretched, not only the chips get entangled with the machine but also the machine is damaged, There was a risk of injury. For this reason, chips must be separated by a chip breaker or the like, and safety is also a problem.

特開2009−30160号公報JP 2009-30160 A 特開2009−287111号公報JP 2009-287111 A 特開2006−28598号公報JP 2006-28598 A

本発明はこのような事情に着目してなされたものであって、その目的は、切削加工時の被削性(断続切削性と連続切削性)と、連続切削加工によって発生する切り屑の分断性とに優れた特性を有すると共に、部品形状に切削加工し、高周波焼入れ後の鋼部品に要求される高い硬度(表層部と内部のビッカース硬度)や高い疲労特性(回転曲げ疲労特性)を確保できる高周波焼入れ用鋼、およびその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made paying attention to such a situation, and the purpose thereof is machinability during cutting (intermittent cutting and continuous machinability) and fragmentation of chips generated by continuous cutting. In addition to its excellent properties, it has been cut into a part shape to ensure high hardness (surface layer and internal Vickers hardness) and high fatigue characteristics (rotating bending fatigue characteristics) required for steel parts after induction hardening. An object of the present invention is to provide a steel for induction hardening and a method for producing the same.

上記課題を解決し得た本発明とは、C:0.40〜0.65%(質量%の意味、化学成分について以下同じ)、Si:0.010〜0.50%、Mn:1.0〜2.0%、P:0.03%以下(0%を含まない)、S:0.002〜0.10%、Cr:0.010〜0.3%、Al:0.06〜0.50%、B:0.0050〜0.010%、N:0.010〜0.030%、を含有し、残部は鉄、及び不可避的不純物からなると共に、窒化物を0.010%以上有し、且つ、鋼の金属組織が、パーライト、およびベイナイトを有し、更にフェライトを有していてもよく、全組織に対するパーライト、及びベイナイトの合計面積率は95面積%以上であって、且つ全組織に対するフェライト、及びベイナイトの各面積率は、フェライトは1面積%以下(0面積%を含む)、ベイナイトは20〜50面積%であることに要旨を有する高周波焼入れ用鋼である。   The present invention that has solved the above problems is: C: 0.40 to 0.65% (meaning of mass%, the same applies to chemical components), Si: 0.010 to 0.50%, Mn: 1.0. 0 to 2.0%, P: 0.03% or less (excluding 0%), S: 0.002 to 0.10%, Cr: 0.010 to 0.3%, Al: 0.06 to 0.50%, B: 0.0050 to 0.010%, N: 0.010 to 0.030%, the balance is made of iron and unavoidable impurities, and 0.010% of nitride The steel has a pearlite and bainite, and may further have ferrite, and the total area ratio of pearlite and bainite to the entire structure is 95% by area or more, In addition, each area ratio of ferrite and bainite with respect to the entire structure is one side of ferrite. % Or less (including 0 area%), bainite is a steel induction hardening with the spirit to be 20 to 50 area%.

本発明では更に他の元素として、Mo:1.0%以下(0%を含まない)を含有するものであることも好ましく、また更に他の元素として、Ti:0.2%以下(0%を含まない)、Nb:0.2%以下(0%を含まない)、及びV:0.2%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される少なくとも一種の元素を含有するものであることも好ましい実施態様である。   In the present invention, it is also preferable that Mo: 1.0% or less (not including 0%) is contained as another element. Further, as another element, Ti: 0.2% or less (0% Nb: not more than 0.2% (not including 0%), and V: not less than 0.2% (not including 0%), containing at least one element selected from the group consisting of It is also a preferred embodiment.

更に他の元素として、Cu:3%以下(0%を含まない)、および/またはNi:3%以下(0%を含まない)を含有するものであることも好ましく、また更に他の元素として、Ca:0.005%以下(0%を含まない)、Mg:0.005%以下(0%を含まない)、Li:0.001%以下(0%を含まない)、およびREM:0.0010%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される少なくとも一種を含有するものも好ましい実施態様の一つである。   Furthermore, it is preferable that other elements include Cu: 3% or less (not including 0%) and / or Ni: 3% or less (not including 0%). , Ca: 0.005% or less (not including 0%), Mg: 0.005% or less (not including 0%), Li: 0.001% or less (not including 0%), and REM: 0 One preferred embodiment is one containing at least one selected from the group consisting of .0010% or less (excluding 0%).

また上記課題を解決し得た本発明に係る高周波焼入れ用鋼の製造方法は、上記成分組成を満足する鋼を、850〜1250℃の温度域で熱間加工した後、前記温度域から700℃までの温度域を0.05〜0.5℃/sの平均冷却速度で冷却した後、700〜500℃までの温度域を1.0〜5.0℃/sの平均冷却速度で冷却することに要旨を有するものである。   Moreover, the manufacturing method of the induction hardening steel which concerns on this invention which could solve the said subject, after hot-working the steel which satisfies the said component composition in the temperature range of 850-1250 degreeC, it is 700 degreeC from the said temperature range. Is cooled at an average cooling rate of 0.05 to 0.5 ° C./s, and then is cooled at an average cooling rate of 1.0 to 5.0 ° C./s. In particular, it has a gist.

本発明によれば、鋼の成分組成や窒化物量を規定すると共に、鋼の金属組織の割合を適切に制御することによって、切削加工時の被削性に優れ、しかも鋼部品の強度(鋼部品の表層、及び内部の硬度と疲労特性を含む)にも優れた高周波焼入れ用鋼を提供できる。本発明の高周波焼入れ用鋼は、切削加工したときの被削性、特に、断続切削や連続切削したときの工具寿命が良好であり、しかも連続切削加工時に発生する切り屑の分断性にも優れている。更に切削加工後、高周波焼入れして形成された鋼部品は、硬度や疲労特性も確保できている。   According to the present invention, by defining the composition of steel and the amount of nitride, and by appropriately controlling the ratio of the metal structure of the steel, the machinability at the time of cutting is excellent and the strength of the steel part (steel part) In addition, the steel for induction hardening excellent in the surface layer and the internal hardness and fatigue characteristics can be provided. The steel for induction hardening of the present invention has good machinability when it is cut, in particular, good tool life when it is cut intermittently or continuously, and also excellent in the ability to cut chips generated during continuous cutting. ing. Furthermore, steel parts formed by induction hardening after cutting can ensure hardness and fatigue characteristics.

図1(a)は表1の鋼種1Aの金属組織写真であり、図1(b)は表1の鋼種1G−17の金属組織写真である。1A is a metal structure photograph of steel type 1A in Table 1, and FIG. 1B is a metal structure photograph of steel type 1G-17 in Table 1.

本発明者らは、断続切削と連続切削の被削性と連続切削時の切り屑分断性が良好で、しかも切削加工後に高周波焼入れすることによって鋼部品として要求されるビッカース硬度と疲労特性を確保できる高周波焼入れ用鋼を提供するために検討を重ねてきた。その結果、鋼の成分組成を適切に調整(特にNと、Al、Bの複合添加、及び、MnとBの添加量増加)したうえで、鋼の金属組織を適切に制御(全金属組織に占めるパーライト、及びベイナイトの面積率、更にフェライトを含むときはフェライトの面積率を適切に制御)し、更に鋼材中の窒化物を特定の範囲に制御することによって、これらの特性を全て兼ね備えた高周波焼入れ用鋼を提供できることを見出し、本発明を完成した。   The inventors have good machinability for interrupted cutting and continuous cutting, and good chip breaking during continuous cutting, and ensure Vickers hardness and fatigue characteristics required for steel parts by induction hardening after cutting. Studies have been made to provide a steel for induction hardening. As a result, the steel composition is appropriately adjusted (especially the combined addition of N, Al, and B, and the addition amount of Mn and B is increased), and the metal structure of the steel is appropriately controlled (to the total metal structure). The area ratio of pearlite and bainite occupying, and when ferrite is included, the area ratio of ferrite is appropriately controlled), and the nitride in the steel is controlled to a specific range, so that all these characteristics are combined. The present inventors have found that a steel for hardening can be provided and completed the present invention.

以下、本発明に至った経緯について順次説明した後、本発明の高周波焼入れ用鋼について説明する。   Hereinafter, the process of reaching the present invention will be described in order, and then the steel for induction hardening according to the present invention will be described.

鋼部品の強度を確保するために高周波焼入れ処理をした場合、鋼の表面付近の硬度は向上するものの、内部硬度は高周波焼入れの前後で変化しないことから、浸炭処理した場合と同等の表面硬度と内部硬度を得るためには、鋼の内部硬度を向上させることが必要である。鋼の金属組織については、ベイナイトが鋼の高強度化に有効であることが一般に知られている。そこで鋼の金属組織のベイナイト比率を高めれば、内部硬度と疲労特性の向上は可能である。ところが、ベイナイトは硬質相であるため、高強度化に寄与する一方で被削性を低下させるため、要求される金属組織としても連続切削性と断続切削性は改善されない。   When induction hardening is performed to ensure the strength of steel parts, the hardness near the surface of the steel is improved, but the internal hardness does not change before and after induction hardening. In order to obtain the internal hardness, it is necessary to improve the internal hardness of the steel. As for the metal structure of steel, it is generally known that bainite is effective in increasing the strength of steel. Therefore, if the bainite ratio of the steel metal structure is increased, the internal hardness and fatigue characteristics can be improved. However, since bainite is a hard phase, it contributes to high strength while reducing machinability. Therefore, even if the required metal structure is used, continuous machinability and intermittent machinability are not improved.

まず、本発明者らは連続切削性と断続切削性について検討した。軸物等に行われる連続切削時には、切削工具は常に鋼材(被削物)と高温、高圧下で接触状態にあるため、工具刃先が欠損し易いことは一般に知られている。この点についてより詳細に検討したところ、連続切削性が劣化するのは鋼材の切削前の初期硬度だけでなく、切削による加工硬化に起因することがわかった。そこで鋼材が切削によって生じる加工硬化を抑制できれば、鋼材の硬度を低下させることなく被削性を向上できるとの考えに基づき検討を重ねた。その結果、鋼材の加工硬化が顕著になるのは、鋼材の軟質相への歪みの局在化に起因することがわかった。即ち、硬質相(ベイナイト、マルテンサイト、パーライト、残留オーステナイトなど)と、軟質相(フェライト)が混在している場合、軟質相に変形が集中しやすく、その部分が著しく加工硬化することによって鋼材が硬くなりやすい。そのため、軟質相であるフェライトの生成を抑制することで加工硬化を抑制できるものと考えた。   First, the present inventors examined continuous machinability and intermittent machinability. At the time of continuous cutting performed on a shaft or the like, it is generally known that the cutting edge is easily damaged because the cutting tool is always in contact with a steel material (workpiece) at high temperature and high pressure. When this point was examined in more detail, it was found that the continuous machinability deteriorates not only due to the initial hardness of the steel before cutting but also due to work hardening by cutting. Therefore, studies were repeated based on the idea that if the work hardening caused by cutting of the steel material can be suppressed, the machinability can be improved without reducing the hardness of the steel material. As a result, it was found that the work hardening of the steel material becomes remarkable due to the localization of the strain to the soft phase of the steel material. That is, when a hard phase (bainite, martensite, pearlite, retained austenite, etc.) and a soft phase (ferrite) are mixed, deformation tends to concentrate on the soft phase, and the steel material is formed by the work hardening of that part. It tends to be hard. For this reason, it was considered that work hardening can be suppressed by suppressing the formation of ferrite, which is a soft phase.

もっとも、硬質相とされる金属組織のうちでも、マルテンサイトと残留オーステナイトの比率が高くなると硬度が高くなりすぎて、工具刃先が損傷し易くなるため、ベイナイトとパーライトの混合組織を主体とし、マルテンサイトと残留オーステナイトを抑制することとした。   However, even in the metal structure of the hard phase, if the ratio of martensite to retained austenite is increased, the hardness becomes too high and the tool edge is liable to be damaged. Therefore, the mixed structure of bainite and pearlite is mainly used. Decided to suppress sites and retained austenite.

更にフェライトの比率を減少させると被削性が低下することから、被削性を向上させる技術について検討した結果、フェライト比率を抑制しても、鋼中の窒化物量を増大させることで部品硬さを低下させることなく、被削性を向上できること、そして鋼中の窒化物を増大させると、連続切削した際の切り屑の分断性が良好となり、切り屑が適度に分断されることを見出した。   Further, if the ferrite ratio is decreased, the machinability will decrease. As a result of studying techniques for improving the machinability, the hardness of the parts can be increased by increasing the amount of nitride in the steel even if the ferrite ratio is suppressed. It was found that machinability can be improved without lowering the steel, and that when the nitride in the steel is increased, the cutting performance of the chips when continuous cutting is improved and the chips are appropriately cut. .

一方、歯車の歯切り加工のように断続切削を行う場合、切削工具は切削と空転を繰り返すが、空転時に高温の工具刃先が大気中の酸素によって酸化されるため、酸化摩耗によって被削性が悪化することがわかった。そこで、工具刃先の酸化を抑制する手段について検討したところ、工具刃先の酸化摩耗を抑制するためには、鋼材中にAlを固溶状態で存在させて鋼材の急速な酸化を防止することで工具刃先の酸化を抑制できるとの知見を得た。   On the other hand, when performing intermittent cutting like gear gear cutting, the cutting tool repeats cutting and idling, but the hot tool tip is oxidized by oxygen in the atmosphere during idling, so the machinability is reduced by oxidative wear. It turns out that it gets worse. Therefore, when the means for suppressing the oxidation of the tool edge was studied, in order to suppress the oxidation wear of the tool edge, the tool was obtained by preventing the rapid oxidation of the steel material by making Al exist in the solid state in the steel material. The knowledge that the oxidation of the blade edge can be suppressed was obtained.

しかも上記のように鋼中の窒化物量を増大させておくと、断続切削においても良好な被削性を発揮できることがわかった。   Moreover, it has been found that if the amount of nitride in the steel is increased as described above, good machinability can be exhibited even in intermittent cutting.

このように強度を確保しつつ被削性を改善できるメカニズムについては以下に限定されるものではないが、次のように考えられる。即ち、強度と被削性を改善するためには金属組織のパーライト、及びベイナイトの面積率(フェライトを含むときはフェライトの面積率)を制御することが有効であるが、フェライト面積率を低減すると被削性が低下してしまう。そこで鋼中の窒化物量を増大させることによって鋼材を脆化させ、切削による鋼材の破断、分離性を高めることができ、被削性が良好となるものと考えられる。しかもこのように鋼材を脆化させることによって、靭性が低下するため切削後の切り屑が分断されやすくなるものと考えられる。   The mechanism that can improve the machinability while ensuring the strength is not limited to the following, but is considered as follows. That is, in order to improve strength and machinability, it is effective to control the area ratio of pearlite and bainite in the metal structure (the area ratio of ferrite when ferrite is included). Machinability is reduced. Therefore, it is considered that by increasing the amount of nitride in the steel, the steel material is embrittled, and the fracture and separability of the steel material by cutting can be improved, so that the machinability is improved. Moreover, it is considered that by making the steel material brittle in this way, the toughness is lowered, so that the chips after cutting are easily divided.

そして本発明者らはフェライト面積率を低減して加工硬化を抑制するには、BとMnの添加量を増加させることが有効であること、また被削性と切り屑分断性に有効な窒化物量を増大させるには、NとAl、Bの添加量を増大させること、またフェライトの生成を抑えつつ、窒化物を生成するには製造条件を制御することが有効であることを見出した。   In order to suppress the work hardening by reducing the ferrite area ratio, the present inventors are effective in increasing the amount of addition of B and Mn, and nitriding which is effective in machinability and chip breaking properties. In order to increase the amount of material, it has been found that it is effective to increase the amount of addition of N, Al, and B, and to control the production conditions to generate nitride while suppressing the formation of ferrite.

本発明は以上の知見に基づきなされたものであってパーライト、およびベイナイトの面積率(フェライトを含むときはフェライトの面積率)を適切に制御する点、窒化物を積極的に導入する点、鋼の化学成分として特定量のAl、Mn、B、Nの添加を必須とする点に特徴を有している。以下、本発明について具体的に説明する。   The present invention has been made on the basis of the above-mentioned knowledge, the point of appropriately controlling the area ratio of pearlite and bainite (the area ratio of ferrite when ferrite is included), the point of positively introducing nitride, steel It is characterized in that the addition of specific amounts of Al, Mn, B, and N as essential chemical components is essential. Hereinafter, the present invention will be specifically described.

まず、鋼の金属組織について説明する。   First, the metal structure of steel will be described.

金属組織:パーライト、およびベイナイトを有すること
上記したようにベイナイトとパーライトは鋼の内部の高硬度化、及び疲労特性向上に寄与する金属組織である。したがって鋼の金属組織を実質的にパーライト、及びベイナイトの混合組織とすることによって、強度を向上させることができる。もっとも上記したように単にパーライトやベイナイトを含む金属組織とするだけでは所望の強度と被削性のバランスが得られないことから、以下で詳述する様に、各組織の面積率、並びに窒化物の導入、及び成分組成等も満足する必要がある。
Metal structure: having pearlite and bainite As described above, bainite and pearlite are metal structures that contribute to increasing the hardness of steel and improving fatigue properties. Therefore, the strength can be improved by making the steel metal structure substantially a mixed structure of pearlite and bainite. However, as described above, the balance between desired strength and machinability cannot be obtained simply by using a metal structure containing pearlite or bainite. It is necessary to satisfy the introduction of the component and the component composition.

パーライト、及びベイナイトの合計面積率:全組織に対して95面積%以上
上記したように本発明の鋼の内部強度は、パーライトとベイナイトの混合組織とすることによって発現するものである。このような効果を得るためには、全組織に対するパーライト、及びベイナイトの合計面積率は95面積%以上、好ましくは97面積%以上、より好ましくは99面積%以上である。なお、パーライト、及びベイナイト以外の金属組織には、例えば製造上不可避的に生成し得るフェライト、マルテンサイトや残留オーステナイトなどが含まれるが、これら組織の面積率が高くなると加工硬化によって被削性が劣化することがあるため、全く含まれていなくてもよい。したがって全組織に対するパーライト、及びベイナイトの合計面積率は更に好ましくは100面積%である。
Total area ratio of pearlite and bainite: 95 area% or more with respect to the entire structure As described above, the internal strength of the steel of the present invention is manifested by a mixed structure of pearlite and bainite. In order to obtain such an effect, the total area ratio of pearlite and bainite with respect to the entire structure is 95 area% or more, preferably 97 area% or more, more preferably 99 area% or more. The metal structure other than pearlite and bainite includes, for example, ferrite, martensite, and retained austenite that are inevitably produced in production. However, when the area ratio of these structures is increased, the machinability is increased by work hardening. Since it may deteriorate, it may not be included at all. Therefore, the total area ratio of pearlite and bainite relative to the entire structure is more preferably 100 area%.

ベイナイトの面積率:全組織に対して20〜50面積%
ベイナイトは、パーライトよりも硬質相であるため、高周波焼入れ処理後の部品強度、及び疲労特性の向上に寄与する組織である。このような作用を得るためには、全組織に対するベイナイトの面積率は20面積%以上、好ましくは22.5面積%以上、より好ましくは25面積%以上である。一方、全組織に占めるベイナイトの面積率が高くなりすぎると、部品強度は向上するものの、被削性が低下する。したがってベイナイトの面積率の上限は全組織に対して50面積%以下、好ましくは45面積%以下、より好ましくは40面積%以下である。
Area ratio of bainite: 20 to 50 area% with respect to the entire structure
Since bainite is a harder phase than pearlite, it is a structure that contributes to improving the strength of parts after induction hardening and fatigue characteristics. In order to obtain such an effect, the area ratio of bainite with respect to the entire structure is 20 area% or more, preferably 22.5 area% or more, more preferably 25 area% or more. On the other hand, when the area ratio of bainite occupying the whole structure becomes too high, although the component strength is improved, the machinability is lowered. Therefore, the upper limit of the area ratio of bainite is 50 area% or less, preferably 45 area% or less, more preferably 40 area% or less with respect to the entire structure.

フェライトの面積率(フェライトを含む場合のみ):全組織に対して1面積%以下(0面積%を含む)
フェライトは、パーライトやベイナイトと比較して軟質相であるため、切削加工時に変形応力が加わると硬質相の緩衝材として作用して鋼材の加工硬化を助長させる。そのため、加工硬化を抑制する観点からはフェライトはできるだけ少ない方が望ましく、1面積%以下とする。なお、残部組織は主にパーライトであるが、不可避的に生成することがあるマルテンサイトや残留オーステナイトなどを含むことがある。
Ferrite area ratio (only when ferrite is included): 1 area% or less (including 0 area%) with respect to the entire structure
Since ferrite is a soft phase compared to pearlite or bainite, when deformation stress is applied during cutting, it acts as a buffer material for the hard phase and promotes work hardening of the steel material. For this reason, from the viewpoint of suppressing work hardening, it is desirable that the amount of ferrite is as small as possible. The remaining structure is mainly pearlite, but may contain martensite, retained austenite, and the like that may be inevitably generated.

被削性と強度に優れた特性を有する本発明の鋼は、上記鋼の金属組織を満足するだけでなく、鋼の成分組成、及び鋼材中の窒化物量も満足することが必要である。   The steel of the present invention having properties excellent in machinability and strength needs to satisfy not only the metal structure of the steel but also the composition of the steel and the amount of nitride in the steel.

C:0.40〜0.65%
Cは、強度を確保するために必要な元素であり、0.40%以上含有させることによって、部品として必要な強度(高周波焼入れ後の鋼表面と内部の硬度、及び疲労特性)を確保できる。Cは、好ましくは0.43%以上、より好ましくは0.45%以上である。しかしC量が過剰になると、鋼が硬くなり過ぎて被削性や靱性が劣化する。従ってC量は0.65%以下とする。C量は、好ましくは0.62%以下であり、より好ましくは0.60%以下である。
C: 0.40 to 0.65%
C is an element necessary for ensuring the strength, and by containing 0.40% or more, it is possible to ensure the strength required for the components (the steel surface and internal hardness after induction hardening, and fatigue characteristics). C is preferably 0.43% or more, more preferably 0.45% or more. However, if the amount of C is excessive, the steel becomes too hard and the machinability and toughness deteriorate. Therefore, the C content is 0.65% or less. The amount of C is preferably 0.62% or less, and more preferably 0.60% or less.

Si:0.010〜0.50%
Siは、脱酸元素として作用し、鋼の内部品質を向上させるのに必要な元素である。Siが少なすぎると、脱酸が不十分となり、溶製時にガス欠陥が発生しやすくなる。したがってSiは、0.010%以上、好ましくは0.03%以上、より好ましくは0.05%以上とする。しかしSi量が過剰になると、鋼が硬くなり過ぎて被削性が劣化する。したがってSiは、0.50%以下、好ましくは0.45%以下、より好ましくは0.40%以下とする。
Si: 0.010 to 0.50%
Si acts as a deoxidizing element and is an element necessary for improving the internal quality of steel. When there is too little Si, deoxidation will become inadequate and it will become easy to generate | occur | produce a gas defect at the time of melting. Therefore, Si is made 0.010% or more, preferably 0.03% or more, more preferably 0.05% or more. However, when the amount of Si becomes excessive, the steel becomes too hard and the machinability deteriorates. Therefore, Si is 0.50% or less, preferably 0.45% or less, more preferably 0.40% or less.

Mn:1.0〜2.0%
Mnは、焼入れ性を向上させて鋼の強度を向上させるのに必要な元素である。またMnはA温度を低下させるため、フェライトの生成抑制に有効な元素である。このような効果を得るためにはMnは1.0%以上、好ましくは1.2%以上、より好ましくは1.4%以上とする。しかしMnが過剰になると、焼入れ性が向上し過ぎて過剰にベイナイトが生成したり、マルテンサイトが生成し易くなり、被削性が低下する。従ってMnは、2.0%以下、好ましくは1.8%以下、より好ましくは1.6%以下とする。
Mn: 1.0-2.0%
Mn is an element necessary for improving the hardenability and improving the strength of the steel. The Mn is to reduce the A 3 temperature, which is an element effective for suppressing the formation of ferrite. In order to obtain such an effect, Mn is 1.0% or more, preferably 1.2% or more, more preferably 1.4% or more. However, when Mn is excessive, the hardenability is excessively improved and bainite is excessively generated or martensite is easily generated, and the machinability is lowered. Therefore, Mn is 2.0% or less, preferably 1.8% or less, more preferably 1.6% or less.

P:0.03%以下(0%を含まない)
Pは、鋼に不可避的に含まれる不純物元素であり、P量が過剰になると加工時に割れが発生するのを助長するので、できるだけ低減する必要がある。従ってPは、0.03%以下、好ましくは0.02%以下、より好ましくは0.015%以下とする。なお、P量を0%とすることは工業的に困難である。
P: 0.03% or less (excluding 0%)
P is an impurity element that is inevitably contained in steel, and if the amount of P is excessive, it promotes the occurrence of cracks during processing, so it needs to be reduced as much as possible. Therefore, P is 0.03% or less, preferably 0.02% or less, more preferably 0.015% or less. In addition, it is industrially difficult to make P amount 0%.

S:0.002〜0.10%
Sは、鋼に不可避的に含まれる不純物であるが、鋼中のMnと結合してMnS介在物を形成し、鋼の被削性を向上させるのに有効に作用する元素であり、0.002%以上、好ましくは0.005%以上、より好ましくは0.008%以上とする。しかしS量が過剰になると、MnS系介在物量が増大し、この介在物が加工時(例えば、熱間圧延や熱間鍛造など)に加工方向に伸展するため、加工方向に直角な方向の靱性(横目靱性)が劣化する原因となる。従ってS量は0.10%以下、好ましくは0.08%以下、より好ましくは0.05%以下とする。
S: 0.002-0.10%
S is an impurity inevitably contained in the steel, but is an element that effectively acts to improve the machinability of the steel by combining with Mn in the steel to form MnS inclusions. 002% or more, preferably 0.005% or more, more preferably 0.008% or more. However, if the amount of S becomes excessive, the amount of MnS inclusions increases, and the inclusions extend in the processing direction during processing (for example, hot rolling or hot forging), so the toughness in the direction perpendicular to the processing direction. (Train toughness) will be deteriorated. Therefore, the S content is 0.10% or less, preferably 0.08% or less, more preferably 0.05% or less.

Cr:0.010〜0.3%
Crは、鋼の焼入れ性を高め、強度を向上させるために有効に作用する元素である。また、Alとの複合添加によって、鋼の被削性(特に、断続切削性)を高めるのにも有効に作用する元素である。こうした効果を発揮させるには、Crは0.010%以上、好ましくは0.03%以上、より好ましくは0.05%以上である。しかし、Cr量が過剰になると、粗大な炭化物が生成するか、或いは過冷組織が過剰に生成して被削性を却って劣化させるので、Cr量は0.3%以下、好ましくは0.27%以下、より好ましくは0.25%以下である。
Cr: 0.010 to 0.3%
Cr is an element that effectively acts to enhance the hardenability of the steel and improve the strength. Moreover, it is an element which acts effectively also for improving the machinability (especially intermittent machinability) of steel by combined addition with Al. In order to exhibit such an effect, Cr is 0.010% or more, preferably 0.03% or more, more preferably 0.05% or more. However, if the amount of Cr is excessive, coarse carbides are generated, or an excessively cooled structure is excessively generated to deteriorate the machinability. Therefore, the amount of Cr is 0.3% or less, preferably 0.27. % Or less, more preferably 0.25% or less.

Al:0.06〜0.50%
Alは、鋼中に固溶状態で存在させることによって断続切削したときの被削性を向上させる(工具表面の酸化摩耗を抑制する)ために必要な元素である。また、AlはNと結合してAlNを析出し、加工時に結晶粒が異常成長して強度が低下するのを防止する元素である。また、Alは、脱酸剤としても作用する。こうした効果を発揮させるためには、Alは、0.06%以上、好ましくは0.08%以上、より好ましくは0.10%以上とする。しかしAlが過剰になると、AlNが多量に析出して加工性を低下させる。従ってAlは0.50%以下、好ましくは0.4%以下、より好ましくは0.3%以下とする。
Al: 0.06-0.50%
Al is an element necessary for improving the machinability when intermittent cutting is performed by suppressing the wear on the tool surface by being present in a solid solution state in steel. Further, Al is an element that binds to N and precipitates AlN to prevent the crystal grains from growing abnormally during processing and lowering the strength. Al also acts as a deoxidizer. In order to exert such an effect, Al is made 0.06% or more, preferably 0.08% or more, more preferably 0.10% or more. However, when Al is excessive, a large amount of AlN precipitates and the workability is lowered. Therefore, Al is 0.50% or less, preferably 0.4% or less, more preferably 0.3% or less.

B:0.0050〜0.010%
Bは、フェライトの生成を抑制する効果を有する重要な元素である。こうした効果を発揮させるには、Bは、0.0050%以上、好ましくは0.0055%以上、より好ましくは0.0060%以上とする。しかしBが過剰になると、鋼が硬くなり過ぎて被削性が却って劣化する。従ってBは0.010%以下、好ましくは0.0095%以下、より好ましくは0.0090%以下とする。
B: 0.0050 to 0.010%
B is an important element having an effect of suppressing the formation of ferrite. In order to exert such an effect, B is 0.0050% or more, preferably 0.0055% or more, more preferably 0.0060% or more. However, if B is excessive, the steel becomes too hard and the machinability deteriorates. Therefore, B is 0.010% or less, preferably 0.0095% or less, more preferably 0.0090% or less.

N:0.010〜0.030%
Nは、AlNを析出して加工時に結晶粒が異常成長して強度が低下するのを防止する他、BNを析出して被削性を向上させるのに寄与する元素である。また後記する窒化物生成に必須の元素である。こうした効果を発揮させるには、Nは0.010%以上、好ましくは0.012%以上、より好ましくは0.014%以上とする。しかしNが過剰になると、固溶N量が増加して動的ひずみ時効が生じ、鋼材の加工硬化が進行して被削性が劣化する。従ってNは、0.030%以下、好ましくは0.028%以下、より好ましくは0.026%以下とする。
N: 0.010 to 0.030%
N is an element that precipitates AlN and prevents crystal grains from growing abnormally during processing to lower the strength, and contributes to improving the machinability by depositing BN. Further, it is an essential element for nitride formation described later. In order to exert such an effect, N is 0.010% or more, preferably 0.012% or more, more preferably 0.014% or more. However, when N is excessive, the amount of dissolved N increases and dynamic strain aging occurs, and the work hardening of the steel material progresses to deteriorate the machinability. Therefore, N is 0.030% or less, preferably 0.028% or less, more preferably 0.026% or less.

本発明に係る高強度鋼の成分組成は上記の通りであり、残部は、鉄および不可避的不純物である。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微量元素(例えば、As、Sb、Snなど)の混入が許容される。   The component composition of the high-strength steel according to the present invention is as described above, and the balance is iron and inevitable impurities. As the inevitable impurities, mixing of trace elements (for example, As, Sb, Sn, etc.) brought in depending on the situation of raw materials, materials, manufacturing equipment, etc. is allowed.

また、本発明の効果を損なわない範囲で、更に他の元素として、Mo、Ti、Nb、V、Cu、Ni、Ca、Mg、Li、REMなどを積極的に含有させてもよい。   In addition, Mo, Ti, Nb, V, Cu, Ni, Ca, Mg, Li, REM, and the like may be actively included as other elements within a range not impairing the effects of the present invention.

Mo:1.0%以下(0%を含まない)
Moは、鋼の焼入れ性を高め、焼入れされていない組織が生成するのを抑制するのに作用する元素である。こうした作用は、その含有量が増加するにつれて増大するが、好ましくは0.04%以上、より好ましくは0.06%以上、更に好ましくは0.08%以上である。しかしMoを過剰に含有すると、過冷組織が過剰に生成して被削性が低下するため、1.0%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.8%以下であり、更に好ましくは0.5%以下である。
Mo: 1.0% or less (excluding 0%)
Mo is an element that acts to increase the hardenability of steel and suppress the formation of a structure that has not been quenched. Such an action increases as the content thereof increases, but is preferably 0.04% or more, more preferably 0.06% or more, and further preferably 0.08% or more. However, when Mo is excessively contained, an excessively cooled structure is excessively generated and machinability is lowered. Therefore, the content is preferably set to 1.0% or less. More preferably, it is 0.8% or less, More preferably, it is 0.5% or less.

Ti:0.2%以下(0%を含まない)、Nb:0.2%以下(0%を含まない)、及びV:0.2%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される少なくとも一種の元素
Ti、Nb、Vは、熱間加工時に結晶粒が異常成長するのを防止し、鋼の靭性や疲労特性が低下するのを防止する作用を有する元素である。また連続切削時の切り屑分断性にも有効に作用する元素である。こうした作用は、少なくとも任意の1種以上を含有することによって発揮され、その含有量が増加するにつれて増大するが、Ti、Nb、Vは夫々好ましくは0.005%以上、より好ましくは0.010%以上含有することが望ましい。しかし、これらの元素を過剰に含有すると、硬質の炭化物が多量に生成して鋼の被削性が低下するので、Ti、Nb、Vは夫々、0.2%以下、好ましくは0.15%以下、より好ましくは0.10%以下である。なお、Ti、Nb、およびVは、単独で含有させてもよいし、任意に選ばれる2種以上を含有させてもよい。
Selected from the group consisting of 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 of the elements Ti, Nb, and V is an element that has the effect of preventing abnormal growth of crystal grains during hot working and preventing deterioration of the toughness and fatigue characteristics of steel. In addition, it is an element that effectively acts on the chip breaking property during continuous cutting. Such an effect is exhibited by containing at least any one or more kinds, and increases as the content increases. Ti, Nb, and V are each preferably 0.005% or more, more preferably 0.010. % Or more is desirable. However, if these elements are contained excessively, a large amount of hard carbides are formed and the machinability of the steel is lowered. Therefore, Ti, Nb, and V are each 0.2% or less, preferably 0.15%. Below, more preferably 0.10% or less. In addition, Ti, Nb, and V may be contained independently and may contain 2 or more types chosen arbitrarily.

Cu:3%以下(0%を含まない)、および/またはNi:3%以下(0%を含まない)
Cu、およびNiは、焼入れ性を向上させて強度を高めるのに有効に作用する元素である。こうした作用は、これらの元素の含有量が増加するにつれて増大するが、有効に発揮させるには、Cu、Niは夫々好ましくは0.05%以上、より好ましくは0.10%以上である。しかし過剰に含有させると過冷組織が過剰に生成し、延性や靭性が低下するので、Cu、Niは夫々3%以下とすることが好ましい。より好ましくは2%以下、更に好ましくは1%以下である。なお、Cu、およびNiは、夫々、単独で含有させてもよいし、両方を含有させてもよく、また両方を含有させる場合の含有量は夫々上記範囲で任意の含有量でよい。
Cu: 3% or less (not including 0%) and / or Ni: 3% or less (not including 0%)
Cu and Ni are elements that effectively act to improve the hardenability and increase the strength. Such an action increases as the content of these elements increases, but in order to effectively exhibit them, Cu and Ni are each preferably 0.05% or more, more preferably 0.10% or more. However, if excessively contained, an excessively cooled structure is excessively generated, and ductility and toughness are lowered. Therefore, Cu and Ni are each preferably made 3% or less. More preferably, it is 2% or less, and further preferably 1% or less. In addition, Cu and Ni may each be contained independently, and both may be contained, and when both are contained, the content may be any content within the above range.

Ca:0.005%以下(0%を含まない)、Mg:0.005%以下(0%を含まない)、Li:0.001%以下(0%を含まない)、およびREM:0.0010%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される少なくとも一種の元素
Ca、Mg、Li、及びREMは、MnS等の硫化化合物系介在物を球状化させ、被削性を向上させるのに有効な元素である。こうした作用はその含有量が増加するにつれて増大するが、有効に発揮させるためには、CaとMgは夫々好ましくは0.0005%以上、より好ましくは0.0010%以上、LiとREMは夫々好ましくは0.0001%以上、より好ましくは0.0002%以上である。しかし過剰に含有させてもその効果は飽和し、含有量に見合う効果が期待できないので、CaとMgは夫々好ましくは0.005%以下、より好ましくは0.0040%以下、更に好ましくは0.0030%以下、LiとREMは夫々好ましくは0.001%以下(REMは0.0010%以下)、より好ましくは0.0008%以下、更に好ましくは0.0005%以下である。なお、Ca、Mg、Li、およびREMは、単独で含有させてもよいし、任意に選ばれる2種以上を含有させてもよい。REMとは、ランタノイド元素(LaからLuまでの15元素)およびSc(スカンジウム)とY(イットリウム)を含む意味であり、これらの中から任意に選ばれる1種または2種以上を含有してもよい。
Ca: 0.005% or less (not including 0%), Mg: 0.005% or less (not including 0%), Li: 0.001% or less (not including 0%), and REM: 0.00. At least one element selected from the group consisting of 0010% or less (excluding 0%) Ca, Mg, Li, and REM spheroidize sulfide compound inclusions such as MnS and improve machinability It is an effective element. These effects increase as the content thereof increases, but in order to exert them effectively, Ca and Mg are each preferably 0.0005% or more, more preferably 0.0010% or more, and Li and REM are each preferably. Is 0.0001% or more, more preferably 0.0002% or more. However, even if contained excessively, the effect is saturated and an effect commensurate with the content cannot be expected, so Ca and Mg are each preferably 0.005% or less, more preferably 0.0040% or less, and still more preferably 0.00. 0030% or less, Li and REM are each preferably 0.001% or less (REM is 0.0010% or less), more preferably 0.0008% or less, and further preferably 0.0005% or less. In addition, Ca, Mg, Li, and REM may be contained independently and may contain 2 or more types chosen arbitrarily. REM means a lanthanoid element (15 elements from La to Lu) and Sc (scandium) and Y (yttrium), and may contain one or more selected from these. Good.

窒化物:0.010%以上
上記成分組成に加えて、本発明の鋼は窒化物を0.010%以上含有するものである。窒化物含有量が増えると、切削した鋼が工具刃先で加工硬化する前に分断されるため、切削エネルギーを小さくできる。また窒化物は鋼を脆化するためフェライト面積率が低くても被削性が向上する。
Nitride: 0.010% or more In addition to the above component composition, the steel of the present invention contains 0.010% or more of nitride. When the nitride content increases, the cut steel can be cut before the work is hardened by the tool edge, so that the cutting energy can be reduced. Further, since nitrides embrittle steel, machinability is improved even if the ferrite area ratio is low.

本発明における窒化物は鋼材に含まれる元素との窒化物であればよく、例えばAlN、BN、TiN、NbNなどが挙げられるが、これら窒化物と炭素との複合窒化物(炭窒化物)も含まれる。なお、窒化物の具体的な構成元素はこれらに限定されない。   The nitride in the present invention may be a nitride with an element contained in the steel material, and examples thereof include AlN, BN, TiN, NbN, etc., and these nitrides and carbon composite nitrides (carbonitrides) are also included. included. The specific constituent elements of the nitride are not limited to these.

窒化物によって切り屑分離性が向上する。このような効果を発揮させるためには、窒化物は0.010%以上、好ましくは0.011%以上、更に好ましくは0.012%以上である。窒化物量が多くなれば被削性も一層高くなるため、上限は特に設けないが、窒化物は好ましくは0.030%以下、より好ましくは0.025%以下、更に好ましくは0.020%以下とすることが望ましい。   Chip separation is improved by the nitride. In order to exert such an effect, the nitride is 0.010% or more, preferably 0.011% or more, more preferably 0.012% or more. Since the machinability becomes higher as the amount of nitride increases, there is no particular upper limit, but nitride is preferably 0.030% or less, more preferably 0.025% or less, and still more preferably 0.020% or less. Is desirable.

こうした本発明の鋼は、上記成分組成を満足する鋼を、850〜1250℃の温度域で熱間加工した後、前記温度域から700℃までの温度域を0.05〜0.5℃/sの平均冷却速度で冷却した後、700〜500℃までの温度域を1.0〜5.0℃/sの平均冷却速度で冷却することによって製造できる。   Such a steel of the present invention is obtained by hot working a steel satisfying the above component composition in a temperature range of 850 to 1250 ° C., and then changing the temperature range from the temperature range to 700 ° C. to 0.05 to 0.5 ° C. / After cooling at an average cooling rate of s, it can be produced by cooling a temperature range from 700 to 500 ° C. at an average cooling rate of 1.0 to 5.0 ° C./s.

上記金属組織、及び窒化物を満足する鋼とするには、熱間加工及びその後の冷却速度等の製造条件を適切に制御することが望ましい。   In order to obtain a steel that satisfies the above metal structure and nitride, it is desirable to appropriately control manufacturing conditions such as hot working and subsequent cooling rate.

すなわち、熱間加工温度を850〜1250℃の範囲とすることで低い変形抵抗下で鋼を加工できる。850℃未満の場合、鋼の変形抵抗が十分に低下していないため所望の加工が困難となる。好ましくは875℃以上、より好ましくは900℃以上である。変形抵抗の低減による加工性向上の観点からは加熱温度の上限は特に限定されないが、温度が高くなりすぎると、鋼端部にだれが生じて鋼の取扱い性が悪くなったり、変形抵抗が低くなりすぎて過剰な加工が施されることがあるため、上限は1250℃以下、好ましくは1225℃以下、より好ましくは1200℃以下とする。なお、熱間加工とは加熱を伴う加工処理であり、熱間圧延や熱間鍛造などの塑性加工が例示される。   That is, steel can be processed under low deformation resistance by setting the hot working temperature in the range of 850 to 1250 ° C. When the temperature is less than 850 ° C., the deformation resistance of the steel is not sufficiently lowered, so that desired processing becomes difficult. Preferably it is 875 degreeC or more, More preferably, it is 900 degreeC or more. From the viewpoint of improving workability by reducing deformation resistance, the upper limit of the heating temperature is not particularly limited. However, if the temperature is too high, dripping occurs at the end of the steel, resulting in poor handleability of the steel or low deformation resistance. The upper limit is set to 1250 ° C. or lower, preferably 1225 ° C. or lower, more preferably 1200 ° C. or lower because excessive processing may occur. In addition, hot processing is processing with heating, and plastic processing, such as hot rolling and hot forging, is exemplified.

上記熱間加工後、該熱間加工温度から700℃までの範囲を0.05〜0.5℃/s以下の平均冷却速度で冷却することによって、フェライトの生成量を抑制しながら窒化物を生成できる。冷却速度が速くなりすぎると、窒化物の生成量が低減するため、平均冷却速度は0.5℃/s以下、好ましくは0.45℃/s以下、より好ましくは0.40℃/s以下である。一方、冷却速度が遅くなりすぎると、フェライトの生成量が増大し、加工硬化が生じ易くなるため、平均冷却速度は0.05℃/s以上、好ましくは0.1℃/s以上、より好ましくは0.15℃/s以上である。   After the hot working, by cooling the range from the hot working temperature to 700 ° C. at an average cooling rate of 0.05 to 0.5 ° C./s or less, the nitride is suppressed while suppressing the generation amount of ferrite. Can be generated. If the cooling rate becomes too fast, the amount of nitride produced decreases, so the average cooling rate is 0.5 ° C./s or less, preferably 0.45 ° C./s or less, more preferably 0.40 ° C./s or less. It is. On the other hand, if the cooling rate is too slow, the amount of ferrite produced increases and work hardening tends to occur, so the average cooling rate is 0.05 ° C./s or higher, preferably 0.1 ° C./s or higher, more preferably. Is 0.15 ° C./s or more.

更に、700〜500℃までの温度域を1.0〜5.0℃/sの平均冷却速度で冷却することによって鋼の金属組織に対するパーライト及びベイナイトの合計面積率を95面積%以上であって、且つ全組織に対するベイナイトの面積率を20〜50面積%とすることができると共に、全組織に対するフェライトの面積率を1面積%以下とすることができる(なお、残部組織は主にパーライトであるが、不可避的に生成することがあるマルテンサイトや残留オーステナイトなどを含むことがある)。平均冷却速度が1.0℃/s未満の場合、ベイナイトが20面積%未満となってしまい、強度が不足する。一方、平均冷却速度が5.0℃/sを超えるとマルテンサイトが生成しやすくなって被削性が低下する。好ましい平均冷却速度は1.5℃/s以上、より好ましくは2.0℃/s以上であり、好ましくは4.5℃/s以下、更に好ましくは4.0℃/s以下である。なお、500℃から室温までは空冷、風冷など、製造設備や製造条件などに応じて適宜選択すればよく、特に限定されない。   Furthermore, by cooling the temperature range from 700 to 500 ° C. at an average cooling rate of 1.0 to 5.0 ° C./s, the total area ratio of pearlite and bainite relative to the metal structure of the steel is 95 area% or more. In addition, the area ratio of bainite relative to the entire structure can be set to 20 to 50 area%, and the area ratio of ferrite to the entire structure can be set to 1 area% or less (note that the remaining structure is mainly pearlite. May contain martensite, retained austenite, etc. that may inevitably be generated). When the average cooling rate is less than 1.0 ° C./s, the bainite is less than 20 area% and the strength is insufficient. On the other hand, when the average cooling rate exceeds 5.0 ° C./s, martensite is easily generated and machinability is lowered. A preferable average cooling rate is 1.5 ° C./s or more, more preferably 2.0 ° C./s or more, preferably 4.5 ° C./s or less, more preferably 4.0 ° C./s or less. Note that the temperature from 500 ° C. to room temperature may be appropriately selected according to the production equipment, production conditions, such as air cooling and air cooling, and is not particularly limited.

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

下記表1〜3に示す化学成分組成の鋼(残部は鉄および不可避的不純物)150kgを真空誘導炉で溶解し、インゴット(上面:φ245mm×下面:φ210mm×長さ:480mm)に鋳造した。続いて上記インゴットを1200℃に加熱した後、熱間鍛造してビレット(155mm角)にしてから冷却した。その後、以下のいずれかの条件([熱間圧延A]、[熱間鍛造B])で熱間圧延又は鍛造した。   150 kg of steel having the chemical composition shown in Tables 1 to 3 below (the balance being iron and inevitable impurities) was melted in a vacuum induction furnace and cast into an ingot (upper surface: φ245 mm × lower surface: φ210 mm × length: 480 mm). Subsequently, the ingot was heated to 1200 ° C., then hot forged into billets (155 mm square) and then cooled. Thereafter, hot rolling or forging was performed under any of the following conditions ([hot rolling A], [hot forging B]).

[熱間圧延A](表1〜3:1A〜2Z)
ビレットの端部を切断し、ダミービレット(155mm角×長さ:9〜10m)を溶接した(2本作成した(A−1、A−2))。
[Hot Rolling A] (Tables 1-3: 1A-2Z)
The end of the billet was cut and a dummy billet (155 mm square × length: 9 to 10 m) was welded (two created (A-1, A-2)).

A−1(1本目):溶接後、該ビレットを1200℃に加熱した後、熱間圧延してφ45mmの丸棒とした後、室温まで空冷した。得られたA−1鋼は熱間鍛造に供した。   A-1 (first): After welding, the billet was heated to 1200 ° C., then hot-rolled into a φ45 mm round bar, and then air-cooled to room temperature. The obtained A-1 steel was subjected to hot forging.

A−2(2本目):溶接後、該ビレットを800℃〜1300℃に30分加熱した後、熱間鍛造してφ80mmの丸棒とした。その後、700℃までを平均冷却速度(「700℃までの冷却速度(℃/sec)」)0.005〜5℃/sで冷却した後、700℃から500℃までは平均冷却速度(「700℃以下の冷却速度(℃/s)」)0.1〜10℃/sで冷却し、その後、室温まで空冷した。続いて長さ350mm毎に切断して試験片を作製し、連続切削を行った。   A-2 (second): After welding, the billet was heated to 800 ° C. to 1300 ° C. for 30 minutes, and then hot forged into a round bar of φ80 mm. Then, after cooling to 700 ° C. at an average cooling rate (“cooling rate to 700 ° C. (° C./sec)”) of 0.005 to 5 ° C./s, an average cooling rate from 700 ° C. to 500 ° C. (“700 The cooling rate (° C./s) ”was 0.1 to 10 ° C./s, and then air-cooled to room temperature. Then, it cut | disconnected every 350 mm in length, produced the test piece, and performed continuous cutting.

[熱間鍛造B](表3:3A〜3Z)
B−1(1本目):上記ビレット(155mm角)を1200℃に加熱した後、熱間鍛造してφ45mmの丸棒とした後、室温まで空冷した。得られたB−1鋼は熱間鍛造に供した。
[Hot forging B] (Table 3: 3A to 3Z)
B-1 (1st): The billet (155 mm square) was heated to 1200 ° C., then hot forged into a φ45 mm round bar, and then air-cooled to room temperature. The obtained B-1 steel was subjected to hot forging.

B−2(2本目):上記ビレット(155mm角)を1100℃に30分加熱した後、熱間鍛造してφ80mmの丸棒とした。その後、700℃までを平均冷却速度(「700℃までの冷却速度(℃/s)」)0.3℃/sで冷却した後、700℃から500℃までは平均冷却速度(「700℃以下の冷却速度(℃/s)」)1℃/sで冷却し、その後、室温まで空冷した。続いて長さ350mm毎に切断して試験片を作製し、連続切削を行った。   B-2 (second): The billet (155 mm square) was heated to 1100 ° C. for 30 minutes, and then hot forged into a round bar of φ80 mm. Then, after cooling to 700 ° C. at an average cooling rate (“cooling rate to 700 ° C. (° C./s)”) 0.3 ° C./s, an average cooling rate from 700 ° C. to 500 ° C. (“700 ° C. or less” Cooling rate (° C./s) ”) was cooled at 1 ° C./s, and then air-cooled to room temperature. Then, it cut | disconnected every 350 mm in length, produced the test piece, and performed continuous cutting.

上記のようにして作製したA−1、B−1は、長さ150mm毎に切断して試料とした。各試料は表1〜3に記載の温度(「加熱温度(℃)」)に加熱して30分間保持した後、丸棒を熱間鍛造(試料の厚みが12mmになるまで)して板状に成形した。その後、該熱間鍛造温度から700℃までを表1〜3に記載の平均冷却速度(「700℃までの冷却速度(℃/s)」)で冷却した後、700℃から500℃までは表1〜3に記載の平均冷却速度(「700℃以下の冷却速度(℃/s)」)で冷却し、その後、室温まで冷却(放冷)した(700℃までの冷却速度とは異なる平均冷却速度を採用した)。得られた試験片で、断続切削を行った。   Samples A-1 and B-1 prepared as described above were cut every 150 mm in length. Each sample was heated to the temperature shown in Tables 1 to 3 (“heating temperature (° C.)” and held for 30 minutes, and then the round bar was hot forged (until the thickness of the sample reached 12 mm) to form a plate. Molded into. Then, after cooling from the hot forging temperature to 700 ° C. at the average cooling rate shown in Tables 1 to 3 (“cooling rate to 700 ° C. (° C./s)”), from 700 ° C. to 500 ° C. 1 to 3 (“cooling rate of 700 ° C. or lower (° C./s)”) and then cooled to room temperature (cooled) (average cooling different from cooling rate to 700 ° C.) Adopted speed). Intermittent cutting was performed with the obtained test piece.

(金属組織の観察)
上記各試験片について、下記に示す手順で金属組織、及び金属組織の面積割合を測定した。
各試験片を、長手方向に対して垂直に切断し、D/4位置(Dは板厚)を3%ナイタール液で腐食し、光学顕微鏡(観察倍率400倍)で観察・画像(写真)撮影した。任意の10箇所で撮影した画像(全10枚)のうち、任意の100箇所について画像分析し、各箇所のフェライト、パーライト、ベイナイト、及びその他(マルテンサイトや残留オーステナイト等)の組織の面積率を測定し、その平均値を求めた。参考のため図1(a)(No.1A)、及び図1(b)(No.1G−17)を示す。図1(a)に示すように組織内が白く、濃淡のない領域はベイナイトであり、それ以外の濃淡のある部分が分散して混在している暗いコントラストの領域はパーライトである。また図1(b)に示すように暗いコントラストの領域のうち、白い部分が針状に混在している領域はベイナイトであり、黒い部分はパーライトであり、その他の白い部分の針状の領域がマルテンサイト等である。各組織の面積率を下記に示す。
(Observation of metal structure)
About each said test piece, the metal structure and the area ratio of the metal structure were measured in the procedure shown below.
Each test piece was cut perpendicular to the longitudinal direction, the D / 4 position (D is the plate thickness) was corroded with 3% nital solution, and observed and imaged (photographed) taken with an optical microscope (observation magnification 400 times). did. Of the images taken at 10 arbitrary locations (all 10 images), image analysis was performed on 100 arbitrary locations, and the area ratio of ferrite, pearlite, bainite, and other (martensite, retained austenite, etc.) at each location was determined. The average value was measured. For reference, FIG. 1A (No. 1A) and FIG. 1B (No. 1G-17) are shown. As shown in FIG. 1 (a), a white area in the structure and no shaded area is bainite, and a dark contrast area in which other shaded parts are dispersed and mixed is pearlite. Further, as shown in FIG. 1B, in the dark contrast region, the region where the white portion is mixed in a needle shape is bainite, the black portion is pearlite, and the other white portion is a needle-like region. For example, martensite. The area ratio of each tissue is shown below.

(窒化物量の測定)
試験片にX線を照射して窒化物の有無を確認した後、抽出残渣法で窒化物を分離抽出して、窒化物量を算出した。
(Measurement of nitride content)
After irradiating the test piece with X-rays to confirm the presence or absence of nitride, the nitride was separated and extracted by the extraction residue method, and the amount of nitride was calculated.

試験片から切り出したサンプルで、鋼中の全窒化合物量を算出する。鋼中の全窒化合物量は、アンモニア蒸留分離インドフェノール青吸光光度法を用いる。試験片からサンプルを切り出し、10%AA系電解液(鋼表面に不動態被膜を生成させない非水溶媒系の電解液であり、具体的には10%アセチルアセトン、10%塩化テトラメチルアンモニウム、残部:メタノール)中で、定電流電解を行なう。約0.5gサンプルを溶解させ、不溶解残渣(窒化合物)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。不溶解残渣を硫酸、硫酸カリウム及び純Cuチップ中で加熱して分解し、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。フェノール、次亜塩素酸ナトリウム及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、光度計を用いて、その吸光度を測定する。   The total amount of nitrogen compounds in the steel is calculated from the sample cut out from the test piece. For the total amount of nitrogen compounds in steel, ammonia distillation separation indophenol blue absorptiometry is used. A sample is cut out from the test piece, 10% AA electrolyte (nonaqueous solvent electrolyte that does not produce a passive film on the steel surface, specifically 10% acetylacetone, 10% tetramethylammonium chloride, the balance: Constant current electrolysis in methanol). About 0.5 g of the sample is dissolved, and the insoluble residue (nitrogen compound) is filtered through a polycarbonate filter having a hole size of 0.1 μm. The insoluble residue is decomposed by heating in sulfuric acid, potassium sulfate and pure Cu chips and combined with the filtrate. After making this solution alkaline with sodium hydroxide, steam distillation is performed, and the distilled ammonia is absorbed by dilute sulfuric acid. Phenol, sodium hypochlorite and sodium pentacyanonitrosyl iron (III) are added to form a blue complex, and its absorbance is measured using a photometer.

(被削性の評価)
(断続切削性)
上記試験片を切削加工して、長さ:150mm×幅:100mm×厚み:10mmの板材(試験片)に仕上げた。この板材の被削性を評価するために、ホブ切削試験を行い、板材を断続切削したときの工具摩耗量を測定した。切削工具としてTiAlNコーティングハイスホブ(すくい面コーティングなし)を用いて以下の切削条件で断続切削を行った。
切削条件
切り込み量:1.0mm
送り速度:42mm/s
切削速度:165m/min
切削雰囲気:乾式
切削長:150mm/カット
(Machinability evaluation)
(Intermittent cutting)
The test piece was cut into a plate material (test piece) of length: 150 mm × width: 100 mm × thickness: 10 mm. In order to evaluate the machinability of the plate material, a hob cutting test was performed to measure the amount of tool wear when the plate material was cut intermittently. Using a TiAlN coated high-speed hob (no rake face coating) as a cutting tool, intermittent cutting was performed under the following cutting conditions.
Cutting conditions Cutting depth: 1.0mm
Feeding speed: 42mm / s
Cutting speed: 165m / min
Cutting atmosphere: Dry Cutting length: 150mm / cut

断続切削を50カット(1カットの切削長さ:150mm)行った後、工具表面を光学顕微鏡(観察倍率100倍)で観察し、逃げ面摩耗量(工具摩耗量)を測定し、平均値を求めた。本発明では、断続切削後の逃げ面摩耗量が70μm以下のものを、合格(○)と評価した。   After 50 intermittent cuts (1 cut length: 150 mm), the tool surface was observed with an optical microscope (observation magnification 100 times), the flank wear amount (tool wear amount) was measured, and the average value was calculated. Asked. In the present invention, flank wear after interrupted cutting was evaluated as acceptable (◯) when the flank wear amount was 70 μm or less.

(連続切削性)
上記試験片を以下の切削条件で3000mm長手方向旋削(連続切削)した後、逃げ面摩耗量を測定した。
切削条件
切削工具:P10
切削速度:200m/min
切り込み量:1.5m
送り量:0.25mm
切削油:なし
(Continuous cutting ability)
The test piece was subjected to 3000 mm longitudinal turning (continuous cutting) under the following cutting conditions, and then the flank wear amount was measured.
Cutting conditions Cutting tool: P10
Cutting speed: 200 m / min
Cutting depth: 1.5m
Feed amount: 0.25mm
Cutting oil: None

連続切削を3000m行った後、工具表面を光学顕微鏡(観察倍率100倍)で観察し、逃げ面摩耗量(工具摩耗量)を測定し、平均値を求めた。本発明では、連続切削後の逃げ面摩耗量が70μm以下であって、切り屑分断性にも優れているものを、合格(○)と評価した。なお、切り屑分断性は、連続切削を行ったときの切り屑を評価し、チップブレーカーなどによって切り屑を分断しなくても、切り屑が十分に分断されている場合を切り屑分断性に優れていると評価した。   After continuous cutting for 3000 m, the tool surface was observed with an optical microscope (observation magnification of 100 times), and the flank wear amount (tool wear amount) was measured to obtain an average value. In the present invention, the flank wear after continuous cutting was 70 μm or less, and the chip was excellent in chip separation, and was evaluated as acceptable (◯). In addition, the chip division property evaluates the chip when performing continuous cutting, and even if the chip is not divided by a chip breaker etc. Evaluated as excellent.

(部品強度の評価)
上記試験片の中央位置付近からJIS Z2274に基づいて1号疲労試験片(標点間部の直径:φ6mm)を採取し、疲労試験片に高周波焼入れ処理(加熱温度:850℃、冷却条件:水冷)を施して強度試験片を得た。この強度試験片を用いて以下の条件でビッカース硬さ、及び疲労特性の評価を行った。
(Evaluation of component strength)
A No. 1 fatigue test piece (diameter between gauge points: φ6 mm) was collected from the vicinity of the center of the test piece based on JIS Z2274, and induction hardening (heating temperature: 850 ° C., cooling condition: water cooling) ) To obtain a strength test piece. Using this strength test piece, Vickers hardness and fatigue characteristics were evaluated under the following conditions.

(ビッカース硬さ)
上記強度試験片の標点間中央で垂直に切断し、横断面が測定面となるように冷間樹脂に埋め込んだ。硬度試験片の横断面を鏡面状態に研磨して仕上げた後、ビッカース硬さ試験機を用いて測定した。
(Vickers hardness)
The strength test piece was cut vertically at the center between the marks and embedded in cold resin so that the cross-section was the measurement surface. After polishing and finishing the cross section of the hardness test piece in a mirror state, it was measured using a Vickers hardness tester.

具体的には、鋼材全体の硬度を評価するため、上記鏡面仕上げした試験片の表層部(試験片最表面から0.05mm内側)とD/4部(Dは試験片厚み)の2箇所で測定を行った。測定に際しては測定荷重を300gとし、3回測定して平均値を求めた。本発明では、D/4部のビッカース硬さは、250Hv以上を合格(高強度)、250Hv未満を不合格(強度不足)と評価した。また表層部のビッカース硬さは、670Hv以上を合格(高強度)、670Hv未満を不合格(強度不足)と判定した。   Specifically, in order to evaluate the hardness of the entire steel material, the surface layer part (0.05 mm inner side from the outermost surface of the test piece) and D / 4 part (D is the thickness of the test piece) of the above-mentioned mirror-finished test piece are used. Measurements were made. In the measurement, the measurement load was set to 300 g, and the average value was obtained by measuring three times. In this invention, the Vickers hardness of D / 4 part evaluated 250Hv or more as a pass (high intensity | strength) and less than 250Hv as a disqualification (strength insufficient). Further, the surface layer portion Vickers hardness was determined to be 670 Hv or more as acceptable (high strength) and less than 670 Hv as unacceptable (insufficient strength).

(疲労特性)
上記強度試験片の疲労特性を回転曲げ試験機を用いて回転曲げ疲労特性の評価を行った。具体的には周波数20Hz、負荷応力を700MPa〜100MPaの間で変化させ、10回寿命に相当する応力(MPa)を求めて、この値を疲労特性の指標とした。本実施例では、疲労限応力が220MPa以上を合格(高強度)、220MPa未満を不合格(強度不足)と判定した。
(Fatigue properties)
The fatigue characteristics of the above-mentioned strength test pieces were evaluated using a rotary bending tester. Specifically, the frequency (20 Hz) and the load stress were changed between 700 MPa and 100 MPa, the stress (MPa) corresponding to 10 7 times life was obtained, and this value was used as an index of fatigue characteristics. In this example, a fatigue limit stress of 220 MPa or more was determined to be acceptable (high strength), and less than 220 MPa was determined to be unacceptable (insufficient strength).

上記結果より、本発明の要件を満足する例は強度及び被削性に優れていた。一方で本発明の要件を満足しない例では以下の様な不具合を有していた。   From the above results, examples satisfying the requirements of the present invention were excellent in strength and machinability. On the other hand, examples that do not satisfy the requirements of the present invention have the following problems.

本発明の製造条件(熱間加工温度、保持温度、冷却速度)を満足しない1G−1、1G−6、1G−7、1G−10〜1G−12、1G−16、1G−17では、本発明で規定する金属組織の要件(面積率)を満足せず、被削性および/または強度を満足しなかった。   In 1G-1, 1G-6, 1G-7, 1G-10 to 1G-12, 1G-16, and 1G-17 that do not satisfy the manufacturing conditions (hot working temperature, holding temperature, cooling rate) of the present invention, The requirements (area ratio) of the metal structure specified in the invention were not satisfied, and the machinability and / or strength were not satisfied.

詳細には熱間加工温度が低い1G−1では、フェライトやベイナイトの面積率が規定範囲を外れるため、断続切削性と連続切削性が悪く、熱処理後の鋼材の強度も劣化した。   Specifically, in 1G-1 where the hot working temperature is low, the area ratio of ferrite and bainite is out of the specified range, so that the intermittent cutting property and the continuous cutting property are poor, and the strength of the steel material after the heat treatment is also deteriorated.

700℃までの冷却速度が遅かった1G−6と1G−7では、フェライトの面積率が高くなっており、断続切削性と連続切削性のいずれも悪かった。   In 1G-6 and 1G-7 where the cooling rate to 700 ° C. was slow, the area ratio of ferrite was high, and both the interrupted cutting ability and the continuous cutting ability were poor.

700℃までの冷却速度が速かった1G−10では、鋼材中の窒化物量が少なく、連続切削性が悪かった。   In 1G-10 where the cooling rate to 700 ° C. was fast, the amount of nitride in the steel material was small and the continuous machinability was poor.

700℃以下の冷却速度が遅かった1G−11と1G−12では、フェライト面積率が高くなると共に、ベイナイト面積率も本発明の規定を外れ(1G−12)、断続切削性と連続切削性のいずれも悪いと共に、熱処理後の強度も不十分であった。   In 1G-11 and 1G-12, which had a slow cooling rate of 700 ° C. or lower, the ferrite area ratio increased, and the bainite area ratio also deviated from the provisions of the present invention (1G-12). Both were bad and the strength after heat treatment was insufficient.

700℃以下の冷却速度が速かった1G−16と1G−17では、パーライトとベイナイトの合計面積率が低く、断続切削性と連続切削性のいずれも悪いと共に、熱処理後の疲労限強度(1G−17)も悪かった。   In 1G-16 and 1G-17, which had a high cooling rate of 700 ° C. or less, the total area ratio of pearlite and bainite was low, both interrupted and continuous machinability were poor, and fatigue limit strength after heat treatment (1G− 17) was also bad.

また本発明の鋼の化学成分を満足しない2J〜2Zでも、被削性および/または硬度を満足しなかった。   Further, even 2J to 2Z, which does not satisfy the chemical composition of the steel of the present invention, did not satisfy the machinability and / or hardness.

詳細には、C含有量が少ない2Jでは、ベイナイト面積率が規定範囲を下回ると共に、フェライト面積率も規定の範囲を外れており、断続切削性が悪くなっていると共に、熱処理後の強度も悪かった。またC含有量が多い2Kでは、被削性が悪かった。   Specifically, in 2J with a low C content, the bainite area ratio is below the specified range, the ferrite area ratio is also outside the specified range, the intermittent machinability is deteriorated, and the strength after heat treatment is also poor. It was. Moreover, in 2K with much C content, machinability was bad.

Si含有量が少ない2Lでは、パーライトとベイナイトの合計面積率が規定を外れ、疲労特性が劣った。またSi含有量が多い2Mでは、被削性が悪かった。   In 2L with a small Si content, the total area ratio of pearlite and bainite deviated from the regulation, and the fatigue characteristics were inferior. Moreover, in 2M with much Si content, machinability was bad.

Mn含有量が少ない2Nでは、フェライト面積率が高く、被削性と熱処理後の疲労特性が劣った。またMn含有量が多い2Oでは、被削性が悪かった。   In 2N with a low Mn content, the ferrite area ratio was high, and the machinability and fatigue properties after heat treatment were inferior. Moreover, in 2O with much Mn content, machinability was bad.

P含有量が多い2Pでは、疲労特性が劣った。   With 2P having a large P content, the fatigue characteristics were inferior.

S含有量が少ない2Qでは、連続切削性と疲労限強度が悪かった。またS含有量が多い2Rでは、疲労特性が劣った。   In 2Q with a small S content, continuous machinability and fatigue limit strength were poor. Moreover, in 2R with a large S content, the fatigue characteristics were inferior.

Cr含有量が少ない2Sでは、連続切削性が悪く、疲労限強度も劣った。またCr含有量が多い2Tでは、被削性が悪かった。   In 2S with a small Cr content, the continuous machinability was poor and the fatigue limit strength was also inferior. Moreover, in 2T with much Cr content, machinability was bad.

Al含有量が少ない2Uでは、断続切削性が悪かった。またAl含有量が多い2Vでは、連続切削性が悪かった。   With 2U having a low Al content, the intermittent cutting performance was poor. Further, at 2V with a large Al content, the continuous machinability was poor.

B含有量が少ない2Wでは、断続切削性に劣った。B含有量が多い2Xでは、連続切削性が悪かった。   At 2 W with a low B content, the intermittent cutting performance was poor. In 2X with a large B content, the continuous machinability was poor.

N含有量が少ない2Yでは、鋼材中の窒化物含有量も少なく、連続切削性が悪かった。またN含有量が多い2Zでは、被削性を満足しなかった。   In 2Y with a small N content, the nitride content in the steel material was also small, and the continuous machinability was poor. Further, in 2Z having a large N content, the machinability was not satisfied.

Claims (6)

C:0.40〜0.65%(質量%の意味、化学成分について以下同じ)、
Si:0.010〜0.50%、
Mn:1.0〜2.0%、
P:0.03%以下(0%を含まない)、
S:0.002〜0.10%、
Cr:0.010〜0.3%、
Al:0.06〜0.50%、
B:0.0050〜0.010%、
N:0.010〜0.030%、
を含有し、残部は鉄、及び不可避的不純物からなると共に、窒化物を0.010%以上有し、且つ、
鋼の金属組織が、パーライト、およびベイナイトを有し、更にフェライトを有していてもよく、全組織に対するパーライト、及びベイナイトの合計面積率は95面積%以上であって、且つ全組織に対するフェライト、及びベイナイトの各面積率は、フェライトは1面積%以下(0面積%を含む)、ベイナイトは20〜50面積%であることを特徴とする被削性に優れた高周波焼入れ用鋼。
C: 0.40 to 0.65% (meaning mass%, the same applies to chemical components),
Si: 0.010 to 0.50%,
Mn: 1.0-2.0%,
P: 0.03% or less (excluding 0%),
S: 0.002 to 0.10%,
Cr: 0.010 to 0.3%
Al: 0.06-0.50%,
B: 0.0050 to 0.010%,
N: 0.010 to 0.030%,
And the balance is made of iron and inevitable impurities, and has a nitride of 0.010% or more, and
The steel metal structure has pearlite and bainite, and may further have ferrite, and the total area ratio of pearlite and bainite with respect to the entire structure is 95% by area or more, and ferrite with respect to the entire structure, And each area ratio of bainite is 1 area% or less (including 0 area%) for ferrite, and 20 to 50 area% for bainite. Steel for induction hardening with excellent machinability.
更に他の元素として、
Mo:1.0%以下(0%を含まない)を含有するものである請求項1に記載の高周波焼入れ用鋼。
As other elements,
The steel for induction hardening according to claim 1, containing Mo: 1.0% or less (not including 0%).
更に他の元素として、
Ti:0.2%以下(0%を含まない)、Nb:0.2%以下(0%を含まない)、及びV:0.2%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される少なくとも一種の元素を含有するものである請求項1または2に記載の高周波焼入れ用鋼。
As other elements,
Selected from the group consisting of 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 for induction hardening according to claim 1 or 2, which contains at least one kind of element.
更に他の元素として、
Cu:3%以下(0%を含まない)、および/またはNi:3%以下(0%を含まない)を含有するものである請求項1〜3のいずれかに記載の高周波焼入れ用鋼。
As other elements,
The steel for induction hardening according to any one of claims 1 to 3, wherein Cu: 3% or less (not including 0%) and / or Ni: 3% or less (not including 0%).
更に他の元素として、
Ca:0.005%以下(0%を含まない)、
Mg:0.005%以下(0%を含まない)、
Li:0.001%以下(0%を含まない)、および
REM:0.0010%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される少なくとも一種を含有するものである請求項1〜4のいずれかに記載の高周波焼入れ用鋼。
As other elements,
Ca: 0.005% or less (excluding 0%),
Mg: 0.005% or less (excluding 0%),
It contains at least one selected from the group consisting of Li: 0.001% or less (not including 0%) and REM: 0.0010% or less (not including 0%). The steel for induction hardening as described in any of the above.
請求項1〜5のいずれかに記載の成分組成を満足する鋼を、
850〜1250℃の温度域で熱間加工した後、前記温度域から700℃までの温度域を0.05〜0.5℃/sの平均冷却速度で冷却した後、700〜500℃までの温度域を1.0〜5.0℃/sの平均冷却速度で冷却することを特徴とする被削性に優れた高周波焼入れ用鋼の製造方法。
Steel satisfying the component composition according to any one of claims 1 to 5,
After hot working in the temperature range of 850 to 1250 ° C., the temperature range from the temperature range to 700 ° C. is cooled at an average cooling rate of 0.05 to 0.5 ° C./s, and then from 700 to 500 ° C. A method for producing a steel for induction hardening excellent in machinability, wherein the temperature range is cooled at an average cooling rate of 1.0 to 5.0 ° C./s.
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