JP5811282B2 - Round steel for cold forging - Google Patents

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Description

本発明は、丸鋼材に関し、さらに詳しくは、冷間鍛造用丸鋼材に関する。   The present invention relates to a round steel material, and more particularly to a round steel material for cold forging.

構造用鋼鋼材は、自動車用部品、産業機械用部品及び建設機械用部品などの機械構造用部品の素材となる。構造用鋼鋼材には、機械構造用炭素鋼鋼材及び機械構造用合金鋼鋼材が用いられる。   Structural steel is used as a material for machine structural parts such as automobile parts, industrial machine parts, and construction machine parts. Carbon steel for machine structure and alloy steel for machine structure are used for the structural steel.

これらの鋼材から部品を製造するために、従来は主として、熱間鍛造工程及び切削工程が実施されてきた。しかしながら、近年、生産性の向上を目的に、これらの工程に代えて、冷間鍛造工程による部品の製造が検討されている。   In order to manufacture parts from these steel materials, conventionally, a hot forging process and a cutting process have been mainly performed. However, in recent years, for the purpose of improving productivity, production of parts by a cold forging process is being considered instead of these processes.

しかし、冷間鍛造の加工度は一般に大きい。したがって、冷間鍛造時の鋼材の割れの発生を抑止すること、換言すれば、鋼材の冷間鍛造性を高めることが課題である。   However, the degree of cold forging is generally large. Therefore, it is a problem to suppress the occurrence of cracks in the steel during cold forging, in other words, to improve the cold forgeability of the steel.

機械構造用炭素鋼鋼材及び機械構造用合金鋼鋼材を冷間鍛造する場合、通常、熱間圧延された鋼材に対して軟化焼鈍(以下、球状化焼鈍という。)を施して炭化物の球状化率を高める。これにより、鋼材の硬さが下がり、高い冷間鍛造性が得られる。しかしながら、球状化焼鈍を実施された鋼材であっても冷間鍛造時に割れが発生する場合がある。   In the case of cold forging carbon steel for machine structure and alloy steel for machine structure, the spheroidization rate of carbide is usually obtained by subjecting hot-rolled steel to soft annealing (hereinafter referred to as spheroidizing annealing). To increase. Thereby, the hardness of steel materials falls and high cold forgeability is obtained. However, even steel materials that have been subjected to spheroidizing annealing may crack during cold forging.

球状化焼鈍後の冷間鍛造性を高めた冷間鍛造用鋼材が特開2001-240940号公報(特許文献1)、特開2001−11575号公報(特許文献2)及び特開2011−214130号公報(特許文献3)に提案されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-240940 (Patent Document 1), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-11575 (Patent Document 2) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-214130 are steel materials for cold forging having improved cold forgeability after spheroidizing annealing. This is proposed in a gazette (Patent Document 3).

特許文献1に開示された冷間鍛造用棒線材の化学組成は、質量%で、C:0.1〜0.6%、Si:0.01〜0.5%、Mn:0.2〜1.7%、S:0.01〜0.15%、Al:0.015〜0.05%、N:0.003〜0.025%を含有し、必要に応じて、Ni:3.5%以下、Cr:2%以下、Mo:1%以下、Nb:0.005〜0.1%、V:0.03〜0.3%、Te:0.02%以下、Ca:0.02%以下、Zr:0.01%以下、Mg:0.035%以下、Y:0.1%以下および希土類元素:0.15%以下のうちの1種以上を含み、P:0.035%以下、O:0.003%以下に制限し、残部Fe及び不可避不純物からなる。上記棒線材において、表面から棒線材半径×0.15の深さまでの領域のフェライトの組織面積率は10%以下で、残部が実質的にマルテンサイト、ベイナイト、パーライトのうちの1種又は2種以上からなる。さらに、深さが棒線材半径×0.5から中心までの領域の平均硬さが表層(表面から棒線材半径×0.15の深さまでの領域)の平均硬さに比べて20HV以上軟らかい。   The chemical composition of the bar wire for cold forging disclosed in Patent Document 1 is mass%, C: 0.1 to 0.6%, Si: 0.01 to 0.5%, Mn: 0.2 to 1.7%, S: 0.01 to 0.15%, Al: 0.015 to 0.05%, N: 0.003 to 0.025%, if necessary, Ni: 3. 5% or less, Cr: 2% or less, Mo: 1% or less, Nb: 0.005 to 0.1%, V: 0.03 to 0.3%, Te: 0.02% or less, Ca: 0.0. 02% or less, Zr: 0.01% or less, Mg: 0.035% or less, Y: 0.1% or less, and rare earth elements: 0.15% or less, including P: 0.035 %, O: limited to 0.003% or less, and consists of the balance Fe and inevitable impurities. In the above bar wire, the area ratio of ferrite in the region from the surface to the depth of the bar wire radius × 0.15 is 10% or less, and the balance is substantially one or two of martensite, bainite and pearlite. It consists of the above. Further, the average hardness in the region where the depth is from the rod wire radius x 0.5 to the center is softer than 20 HV compared to the average hardness of the surface layer (region from the surface to the depth of the rod wire radius x 0.15).

特許文献2に開示された機械構造用棒鋼及び鋼線の化学組成は、質量%で、C:0.1〜0.5%、Si:0.01〜0.15%、Mn:0.2〜1.7%、Al:0.0005〜0.05%、Ti:0.005〜0.07%、B:0.0003〜0.007%、N:0.002〜0.02%を含有し、必要に応じて、0.003〜0.15%のS、及び/又は、0.8%以下でかつMnとの合計量が0.3〜1.3%であるCrを含み、P:0.02%以下、O:0.003%以下であり、残部がFe及び不可避不純物からなる。上記棒鋼及び鋼線のミクロ組織はフェライトと球状炭化物とからなり、フェライトの結晶粒度が8番以上であって、単位面積1mm当たりの球状炭化物の個数がC量に応じて1.5×10個×C%以下である。The chemical composition of the steel bar and the steel wire for machine structure disclosed in Patent Document 2 is mass%, C: 0.1 to 0.5%, Si: 0.01 to 0.15%, Mn: 0.2 -1.7%, Al: 0.0005-0.05%, Ti: 0.005-0.07%, B: 0.0003-0.007%, N: 0.002-0.02% Containing, if necessary, 0.003 to 0.15% S, and / or Cr that is 0.8% or less and the total amount with Mn is 0.3 to 1.3%, P: 0.02% or less, O: 0.003% or less, and the balance consists of Fe and inevitable impurities. The microstructure of the steel bar and steel wire is composed of ferrite and spherical carbide, the ferrite grain size is 8 or more, and the number of spherical carbide per 1 mm 2 of unit area is 1.5 × 10 5 depending on the amount of C. 6 pieces × C% or less.

特許文献3に開示された高周波焼入れ用圧延鋼材の化学組成は、質量%で、C:0.38〜0.55%、Si:1.0%以下、Mn:0.20〜2.0%、P:0.020%以下、S:0.10%以下、Cr:0.10〜2.0%、Al:0.10%以下およびN:0.004〜0.03%を含有し、必要に応じて、Cu:1.0%以下、Ni:3.0%以下、Mo:0.50%以下、Ti:0.10%以下、Nb:0.10%以下及びV:0.30%以下のうちの1種以上を含み、残部はFeおよび不純物からなり、fn1=C+(1/10)Si+(1/5)Mn+(5/22)Cr+1.65V−(5/7)S(ただし、式中のC、Si、Mn、Cr、V、Sは、それぞれの元素の質量%での含有量を表す。)の値が1.20以下である。上記圧延鋼材のミクロ組織はフェライト、ラメラパーライトおよび球状セメンタイトからなり、フェライトの平均結晶粒径が10μm以下、ラメラパーライトのうちのラメラ間隔が200nm以下のラメラパーライトのミクロ組織に占める面積割合が20〜50%であり、球状セメンタイトの個数が4×10個/mm以上である。The chemical composition of the induction-quenched rolled steel disclosed in Patent Document 3 is mass%, C: 0.38 to 0.55%, Si: 1.0% or less, Mn: 0.20 to 2.0%. P: 0.020% or less, S: 0.10% or less, Cr: 0.10 to 2.0%, Al: 0.10% or less and N: 0.004 to 0.03%, As needed, Cu: 1.0% or less, Ni: 3.0% or less, Mo: 0.50% or less, Ti: 0.10% or less, Nb: 0.10% or less, and V: 0.30 % Or less, and the balance consists of Fe and impurities, fn1 = C + (1/10) Si + (1/5) Mn + (5/22) Cr + 1.65V− (5/7) S ( However, C, Si, Mn, Cr, V, and S in the formula represent the content in mass% of each element.) The value of 1.20 or less . The microstructure of the rolled steel material is composed of ferrite, lamellar pearlite and spherical cementite, and the average crystal grain size of ferrite is 10 μm or less, and the area ratio of the lamellar pearlite in the lamella pearlite having a lamellar spacing of 200 nm or less is 20 to 20%. 50%, and the number of spherical cementite is 4 × 10 5 pieces / mm 2 or more.

特開2001−240940号公報JP 2001-240940 A 特開2001−11575号公報JP 2001-11575 A 特開2011−214130号公報JP 2011-214130 A

特許文献1では、球状化焼鈍後の延性を高めるために、熱間圧延後の鋼材の表層を、焼戻しマルテンサイトを主体とした組織又はベイナイトを主体とした組織等の均一微細な組織にする。より具体的には、Ms点を大きく下回る温度域まで急冷を施して鋼材の表層領域を焼戻しマルテンサイトを主体とした組織とするか、あるいは、冷却及び復熱を複数回繰り返して、表層領域をベイナイトを主体とする組織とする。この場合、鋼材には変態による体積変化が生じるため、厳しい寸法精度や真直性が要求される場合、球状化焼鈍前に引抜加工を行なわなければならない場合がある。   In patent document 1, in order to improve the ductility after spheroidizing annealing, the surface layer of the steel material after hot rolling is made into a uniform fine structure such as a structure mainly composed of tempered martensite or a structure mainly composed of bainite. More specifically, the steel layer is rapidly cooled to a temperature range greatly below the Ms point so that the steel surface layer region has a structure mainly composed of tempered martensite, or cooling and recuperation are repeated a plurality of times to form the surface layer region. The organization is mainly bainite. In this case, since volume change due to transformation occurs in the steel material, when severe dimensional accuracy and straightness are required, drawing may be necessary before spheroidizing annealing.

特許文献2では、Ar3点〜Ar3点+150℃の表面温度の鋼材を圧延する。特許文献2では、Ar3点未満の表面温度の鋼材を圧延した場合、いわゆる二相域での圧延を実施した場合、微細なフェライト及びパーライトが得られず、好ましくないと記載されている。しかしながら、Ar3点〜Ar3点+150℃の温度域で圧延を実施した場合、微細なフェライトが得られない場合があり、鋼中のパーライトの割合が大きくなる場合もある。そのため、球状化焼鈍後の鋼材の冷間鍛造性が低い場合がある。In Patent Document 2, a steel material having a surface temperature of A r3 point to A r3 point + 150 ° C. is rolled. In Patent Document 2, it is described that when a steel material having a surface temperature of less than Ar3 is rolled, when rolling in a so-called two-phase region is performed, fine ferrite and pearlite cannot be obtained, which is not preferable. However, when rolling is performed in the temperature range of A r3 point to A r3 point + 150 ° C., fine ferrite may not be obtained, and the percentage of pearlite in the steel may increase. Therefore, the cold forgeability of the steel material after spheroidizing annealing may be low.

特許文献3に開示された圧延鋼材は、高周波焼入れを行った後、曲げ強度及び衝撃特性が要求されるラックバー等の部品の素材として用いるのに好適である。しかし、この圧延鋼材は、ラメラパーライトのうち、ラメラ間隔が200nm以下のラメラパーライトのミクロ組織全体に占める割合が20〜50%と大きい。そのため、この圧延鋼材を球状化焼鈍しても必ずしも十分に軟化せず、冷間鍛造用鋼材に要求される優れた冷間鍛造性が得られないこともある。   The rolled steel material disclosed in Patent Document 3 is suitable for use as a material for parts such as rack bars that require bending strength and impact properties after induction hardening. However, in this rolled steel material, the ratio of the lamellar pearlite to the entire microstructure of the lamellar pearlite having a lamellar interval of 200 nm or less is as large as 20 to 50%. For this reason, even if the rolled steel material is annealed into a spheroidizing shape, the rolled steel material is not necessarily sufficiently softened, and the excellent cold forgeability required for the steel material for cold forging may not be obtained.

本発明の目的は、球状化焼鈍後の冷間鍛造性に優れた冷間鍛造用丸鋼材を提供することである。   An object of the present invention is to provide a round steel material for cold forging excellent in cold forgeability after spheroidizing annealing.

本実施形態による冷間鍛造用丸鋼材は、質量%で、C:0.15〜0.60%、Si:0.01〜0.5%、Mn:0.1〜2.0%、P:0.035%以下、S:0.050%以下、Al:0.050%以下、Cr:0.02〜0.5%、N:0.003〜0.030%、Cu:0〜0.5%、Ni:0〜0.3%、Mo:0〜0.3%、V:0〜0.3%、B:0〜0.0035%、Nb:0〜0.050%、及び、Ti:0〜0.2%を含有し、残部はFeおよび不純物からなる化学組成を有する。上記冷間鍛造用丸鋼材のミクロ組織はフェライト、パーライト及び球状セメンタイトからなり、フェライトの平均結晶粒径が8μm以下であり、ラメラ間隔が200nm以下のパーライトがミクロ組織内に占める面積割合が20%未満である。さらに、冷間鍛造用丸鋼材のうち表面から半径×0.15深さまでの領域のミクロ組織において、フェライトの平均結晶粒径が4μm以下であり、ラメラ間隔が200nm以下のパーライトが上記領域のミクロ組織に占める面積割合が10%未満であり、球状セメンタイトの個数が1.0×105個/mm2以上であり、冷間鍛造用丸鋼材を735℃で10時間保持した後10℃/hの冷却速度で常温まで冷却した場合の限界圧縮率が50%を超えるThe round steel material for cold forging according to the present embodiment is mass%, C: 0.15 to 0.60%, Si: 0.01 to 0.5%, Mn: 0.1 to 2.0%, P : 0.035% or less, S: 0.050% or less, Al: 0.050% or less, Cr: 0.02-0.5%, N: 0.003-0.030%, Cu: 0-0 0.5%, Ni: 0 to 0.3%, Mo: 0 to 0.3%, V: 0 to 0.3%, B: 0 to 0.0035%, Nb: 0 to 0.050%, and , Ti: 0 to 0.2%, with the balance having a chemical composition consisting of Fe and impurities. The microstructure of the round steel for cold forging is composed of ferrite, pearlite and spherical cementite, the average crystal grain size of ferrite is 8 μm or less, and the area ratio of pearlite having a lamellar spacing of 200 nm or less in the microstructure is 20%. Is less than. Further, in the microstructure in the region from the surface to the radius x 0.15 depth of the round steel material for cold forging, the pearlite having an average crystal grain size of ferrite of 4 μm or less and a lamellar spacing of 200 nm or less is a micro-structure of the above region. area percentage of the tissue is less than 10%, and the number of the spherical cementite 1.0 × 10 5 cells / mm 2 or more der Ri, 10 ° C. after maintaining 10 hours round steel for cold forging at 735 ° C. / The critical compression ratio exceeds 50% when cooled to room temperature at a cooling rate of h.

本実施形態による冷間鍛造用丸鋼材は、球状化焼鈍後の冷間鍛造性に優れる。   The round steel for cold forging according to this embodiment is excellent in cold forgeability after spheroidizing annealing.

図1は、パーライトコロニーの模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a pearlite colony. 図2Aは、実施例の冷間鍛造性試験で用いた試験片の平面図である。FIG. 2A is a plan view of a test piece used in the cold forgeability test of the example. 図2Bは、図2Aに示す試験片の正面図である。FIG. 2B is a front view of the test piece shown in FIG. 2A.

以下、本実施形態の冷間鍛造用丸鋼材について詳しく説明する。以下の説明における各元素の含有量の「%」表示は「質量%」を意味する。   Hereinafter, the cold forging round steel material of this embodiment is demonstrated in detail. In the following description, “%” notation of the content of each element means “mass%”.

本発明者らは、上記課題を解決するために種々の検討を実施した。その結果、本発明者らは、次の(A)〜(C)の事項を見いだした。   The present inventors have conducted various studies to solve the above problems. As a result, the present inventors found the following items (A) to (C).

(A)球状化焼鈍後の鋼材の球状化率を高めることにより、冷間鍛造性が高まる。球状化焼鈍前の組織がフェライト、パーライト及び球状セメンタイトの混合組織であり、ミクロ組織中のフェライトの平均結晶粒径が10μm以下であれば、球状化焼鈍時における鋼中のCの拡散距離が短くなる。そのため、球状化焼鈍時において、パーライト中のセメンタイトが球状化しやすくなり、球状化率(鋼中のセメンタイト個数に対する球状セメンタイトの個数の割合)が高まる。   (A) Cold forgeability is enhanced by increasing the spheroidization rate of the steel material after spheroidizing annealing. If the microstructure before spheroidizing annealing is a mixed structure of ferrite, pearlite and spherical cementite and the average crystal grain size of ferrite in the microstructure is 10 μm or less, the diffusion distance of C in steel during spheroidizing annealing is short. Become. Therefore, during spheroidizing annealing, cementite in pearlite is easily spheroidized, and the spheroidization ratio (ratio of the number of spherical cementite to the number of cementite in steel) is increased.

(B)上記ミクロ組織において、ラメラ間隔が200nm以下のパーライト(以下、微細パーライトという。)の割合が大きければ、球状化焼鈍後の軟化が不十分となる場合がある。微細パーライトのミクロ組織に占める面積割合が20%未満であれば、球状化焼鈍後の鋼材が十分に軟化し、鋼材の冷間鍛造性が高まる。   (B) In the above microstructure, if the ratio of pearlite having a lamellar spacing of 200 nm or less (hereinafter referred to as fine pearlite) is large, softening after spheroidizing annealing may be insufficient. When the area ratio of the fine pearlite in the microstructure is less than 20%, the steel material after spheroidizing annealing is sufficiently softened, and the cold forgeability of the steel material is enhanced.

(C)冷間鍛造時の割れは鋼材の表層から発生する。丸鋼材の場合、少なくとも表面から半径×0.15深さまでの領域(以下、表層領域という)の球状化率が高まれば、表層に冷間鍛造割れが発生しにくい。表層領域のミクロ組織において、フェライトの平均結晶粒径が5μm以下であり、微細パーライトの表層領域のミクロ組織に占める面積割合が10%未満であり、球状セメンタイトの個数が1.0×10個/mm以上であれば、表層領域の球状化率が高まり、冷間鍛造性がさらに高まる。(C) Cracks during cold forging occur from the surface layer of the steel material. In the case of a round steel material, if the spheroidization ratio in at least a region from the surface to a radius x 0.15 depth (hereinafter referred to as a surface layer region) increases, cold forging cracks are unlikely to occur in the surface layer. In the microstructure of the surface layer region, the average crystal grain size of ferrite is 5 μm or less, the area ratio of the surface layer region of fine pearlite in the microstructure is less than 10%, and the number of spherical cementite is 1.0 × 10 5 If it is / mm 2 or more, the spheroidization rate of the surface layer region increases, and the cold forgeability further increases.

上記(A)〜(C)の知見に基づいて完成された本実施形態の冷間鍛造用丸鋼材は、質量%で、C:0.15〜0.60%、Si:0.01〜0.5%、Mn:0.1〜2.0%、P:0.035%以下、S:0.050%以下、Al:0.050%以下、Cr:0.02〜0.5%、N:0.003〜0.030%、Cu:0〜0.5%、Ni:0〜0.3%、Mo:0〜0.3%、V:0〜0.3%、B:0〜0.0035%、Nb:0〜0.050%、及び、Ti:0〜0.2%を含有し、残部はFeおよび不純物からなる化学組成を有する。上記冷間鍛造用丸鋼材のミクロ組織はフェライト、パーライト及び球状セメンタイトからなり、フェライトの平均結晶粒径が8μm以下であり、ラメラ間隔が200nm以下のパーライトがミクロ組織内に占める面積割合が20%未満である。さらに、上記冷間鍛造用丸鋼材のうち、表面から半径×0.15深さまでの領域のミクロ組織において、フェライトの平均結晶粒径が4μm以下であり、ラメラ間隔が200nm以下のパーライトが上記領域のミクロ組織に占める面積割合が10%未満であり、球状セメンタイトの個数が1.0×105個/mm2以上であり、冷間鍛造用丸鋼材を735℃で10時間保持した後10℃/hの冷却速度で常温まで冷却した場合の限界圧縮率が50%を超える
The round steel material for cold forging of this embodiment completed based on the knowledge of said (A)-(C) is the mass%, C: 0.15-0.60%, Si: 0.01-0 0.5%, Mn: 0.1-2.0%, P: 0.035% or less, S: 0.050% or less, Al: 0.050% or less, Cr: 0.02-0.5%, N: 0.003 to 0.030%, Cu: 0 to 0.5%, Ni: 0 to 0.3%, Mo: 0 to 0.3%, V: 0 to 0.3%, B: 0 -0.0035%, Nb: 0-0.050%, and Ti: 0-0.2% are contained, and the remainder has a chemical composition which consists of Fe and an impurity. The microstructure of the round steel for cold forging is composed of ferrite, pearlite and spherical cementite, the average crystal grain size of ferrite is 8 μm or less, and the area ratio of pearlite having a lamellar spacing of 200 nm or less in the microstructure is 20%. Is less than. Furthermore, in the round steel material for cold forging, in the microstructure in the region from the surface to the radius × 0.15 depth, the pearlite having an average crystal grain size of ferrite of 4 μm or less and a lamellar spacing of 200 nm or less is in the region. area percentage of the microstructure is less than 10%, and the number of the spherical cementite 1.0 × 10 5 cells / mm 2 or more der is, after holding for 10 hours the round steel for cold forging at 735 ° C. 10 The critical compression ratio exceeds 50% when cooled to room temperature at a cooling rate of ° C / h.

上記冷間鍛造用丸鋼材は、Cu:0.05〜0.5%、Ni:0.05〜0.3%、Mo:0.05〜0.3%、V:0.05〜0.3%、及びB:0.0005〜0.0035%からなる群から選択される1種又は2種以上を含有してもよい。   The above-mentioned round steel material for cold forging is Cu: 0.05-0.5%, Ni: 0.05-0.3%, Mo: 0.05-0.3%, V: 0.05-0. You may contain 1 type (s) or 2 or more types selected from the group which consists of 3% and B: 0.0005-0.0035%.

上記冷間鍛造用丸鋼材は、Nb:0.005〜0.050%、及び、Ti:0.005〜0.2%からなる群から選択される1種又は2種を含有してもよい。   The round steel for cold forging may contain one or two selected from the group consisting of Nb: 0.005 to 0.050% and Ti: 0.005 to 0.2%. .

以下、本実施形態による冷間鍛造用丸鋼材を詳述する。   Hereinafter, the round steel material for cold forging by this embodiment is explained in full detail.

[化学組成]
本実施形態による冷間鍛造用丸鋼材の化学組成は、以下の元素を含有する。
[Chemical composition]
The chemical composition of the round steel material for cold forging according to the present embodiment contains the following elements.

C:0.15〜0.60%
炭素(C)は、鋼材の強度を高める。C含有量が低すぎれば、その効果は得られない。一方、C含有量が高すぎれば、ミクロ組織に占める微細パーライトの面積割合が高くなり、球状化焼鈍後の冷間鍛造性が低下する。したがって、C含有量は0.15〜0.60%である。Cの含有量の好ましい下限は0.20%であり、さらに好ましくは0.30%であり、さらに好ましくは0.35%である。C含有量の好ましい上限は0.58%であり、さらに好ましくは0.55%であり、さらに好ましくは0.53%である。
C: 0.15-0.60%
Carbon (C) increases the strength of the steel material. If the C content is too low, the effect cannot be obtained. On the other hand, if the C content is too high, the area ratio of fine pearlite in the microstructure increases, and the cold forgeability after spheroidizing annealing decreases. Therefore, the C content is 0.15 to 0.60%. The minimum with preferable content of C is 0.20%, More preferably, it is 0.30%, More preferably, it is 0.35%. The upper limit with preferable C content is 0.58%, More preferably, it is 0.55%, More preferably, it is 0.53%.

Si:0.01〜0.5%
シリコン(Si)は、溶製時の鋼を脱酸する。Si含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Siはフェライトを固溶強化する。そのため、Si含有量が高すぎれば、球状化焼鈍後の鋼材の硬さが高くなりすぎ、冷間鍛造性が低下する。したがって、Si含有量は0.01〜0.5%である。Si含有量の好ましい下限は0.05%であり、さらに好ましくは0.08%であり、さらに好ましくは0.10%である。Si含有量の好ましい上限は0.45%であり、さらに好ましくは0.40%である。
Si: 0.01 to 0.5%
Silicon (Si) deoxidizes the steel during melting. If the Si content is too low, this effect cannot be obtained. On the other hand, Si solidifies and strengthens ferrite. Therefore, if Si content is too high, the hardness of the steel material after spheroidizing annealing will become high too much, and cold forgeability will fall. Therefore, the Si content is 0.01 to 0.5%. The minimum with preferable Si content is 0.05%, More preferably, it is 0.08%, More preferably, it is 0.10%. The upper limit with preferable Si content is 0.45%, More preferably, it is 0.40%.

Mn:0.1〜2.0%
マンガン(Mn)は、冷間鍛造用丸鋼材から製造される最終製品(機械構造用部品)の強度を高める。Mn含有量が低すぎれば、最終製品の強度が不足する。一方、Mn含有量が高すぎれば、球状化焼鈍後の鋼材の硬さが十分に低くならない。したがって、Mn含有量は0.1〜2.0%である。Mn含有量の好ましい下限は0.2%であり、さらに好ましくは0.3%である。Mn含有量の好ましい上限は1.8%であり、さらに好ましくは1.6%であり、さらに好ましくは1.4%である。
Mn: 0.1 to 2.0%
Manganese (Mn) increases the strength of the final product (machine structural component) manufactured from the cold forged round steel material. If the Mn content is too low, the strength of the final product will be insufficient. On the other hand, if the Mn content is too high, the hardness of the steel material after spheroidizing annealing will not be sufficiently low. Therefore, the Mn content is 0.1 to 2.0%. The minimum with preferable Mn content is 0.2%, More preferably, it is 0.3%. The upper limit with preferable Mn content is 1.8%, More preferably, it is 1.6%, More preferably, it is 1.4%.

P:0.035%以下
燐(P)は不純物である。Pは鋼中で偏析しやすく、局所的な延性低下の原因となる。したがって、P含有量は低い方が好ましい。P含有量は0.035%以下である。好ましいP含有量は0.030%以下であり、さらに好ましくは0.025%以下である。
P: 0.035% or less Phosphorus (P) is an impurity. P tends to segregate in steel and causes local ductility reduction. Therefore, a lower P content is preferable. The P content is 0.035% or less. P content is preferably 0.030% or less, more preferably 0.025% or less.

S:0.050%以下
硫黄(S)は、鋼中に不可避的に含有される。Sは含有されると被削性を高める効果がある。しかしながら、S含有量が高すぎれば、鋼中に粗大な硫化物が生成する。粗大な硫化物は冷間鍛造時の割れ発生の原因となる。したがって、Sの含有量は0.050%以下である。好ましいSの含有量は0.045%以下である。被削性を高める場合、好ましいS含有量は0.015%以上である。
S: 0.050% or less Sulfur (S) is inevitably contained in steel. When S is contained, there is an effect of improving machinability. However, if the S content is too high, coarse sulfides are produced in the steel. Coarse sulfides cause cracks during cold forging. Therefore, the S content is 0.050% or less. The preferable S content is 0.045% or less. When improving machinability, the preferable S content is 0.015% or more.

Al:0.050%以下
アルミニウム(Al)は、鋼中に不可避的に含有される。Alは鋼を脱酸する。しかしながら、Al含有量が高すぎれば、鋼中に粗大な介在物が生成し、冷間鍛造時の割れが発生しやすくなる。したがって、Al含有量は0.050%以下である。好ましいAlの含有量は0.045%以下である。脱酸効果を高める場合、好ましいAl含有量は0.015%以上である。本明細書において、Al含有量は酸可溶Al(sol.Al)の含有量を意味する。
Al: 0.050% or less Aluminum (Al) is inevitably contained in steel. Al deoxidizes steel. However, if the Al content is too high, coarse inclusions are generated in the steel, and cracks during cold forging are likely to occur. Therefore, the Al content is 0.050% or less. The preferable Al content is 0.045% or less. When enhancing the deoxidation effect, the preferable Al content is 0.015% or more. In this specification, Al content means content of acid-soluble Al (sol.Al).

Cr:0.02〜0.5%
クロム(Cr)は、球状セメンタイトを安定化させる。Cr含有量が低すぎれば、その効果が得られない。一方、Cr含有量が高すぎれば、球状化焼鈍後の鋼材の硬さが十分に低くならない。したがって、Cr含有量は0.02〜0.5%である。Cr含有量の好ましい下限は0.03%であり、さらに好ましくは0.05%であり、さらに好ましくは0.07%である。Cr含有量の好ましい上限は0.45%であり、さらに好ましくは0.40%であり、さらに好ましくは0.35%である。
Cr: 0.02-0.5%
Chromium (Cr) stabilizes spherical cementite. If the Cr content is too low, the effect cannot be obtained. On the other hand, if the Cr content is too high, the hardness of the steel material after spheroidizing annealing will not be sufficiently low. Therefore, the Cr content is 0.02 to 0.5%. The minimum with preferable Cr content is 0.03%, More preferably, it is 0.05%, More preferably, it is 0.07%. The upper limit with preferable Cr content is 0.45%, More preferably, it is 0.40%, More preferably, it is 0.35%.

N:0.003〜0.030%
窒素(N)は、窒化物を生成して結晶粒を微細化する。N含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、N含有量が高すぎれば、上記効果は飽和し、さらに製造コストも高くなる。したがって、N含有量は0.003〜0.030%である。N含有量の好ましい下限は0.004%であり、さらに好ましくは0.005%である。N含有量の好ましい上限は0.022%であり、さらに好ましくは0.020%であり、さらに好ましくは0.018%である。
N: 0.003-0.030%
Nitrogen (N) produces nitrides and refines the crystal grains. If the N content is too low, this effect cannot be obtained. On the other hand, if the N content is too high, the above effect is saturated and the manufacturing cost is also increased. Therefore, the N content is 0.003 to 0.030%. The minimum with preferable N content is 0.004%, More preferably, it is 0.005%. The upper limit with preferable N content is 0.022%, More preferably, it is 0.020%, More preferably, it is 0.018%.

本実施形態の冷間鍛造用丸鋼材が後述するBを含有する場合、BがNと結合すれば、Bは鋼材の焼入れ性を高める効果を発揮できない。この場合、多量のTiを含有する必要がある。したがって、Bを含有する場合、N含有量は低い方が好ましい。この場合のN含有量の好ましい上限は0.010%であり、さらに好ましくは0.008%である。   When the round steel material for cold forging of this embodiment contains B mentioned later, if B couple | bonds with N, B cannot exhibit the effect which improves the hardenability of steel materials. In this case, it is necessary to contain a large amount of Ti. Therefore, when it contains B, the one where N content is low is preferable. The upper limit with preferable N content in this case is 0.010%, More preferably, it is 0.008%.

本実施形態の冷間鍛造用丸鋼材の化学組成の残部はFe及び不純物からなる。本明細書において、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意味する。   The balance of the chemical composition of the round steel for cold forging of this embodiment is composed of Fe and impurities. In this specification, an impurity means the thing mixed from the ore as a raw material, a scrap, or a manufacturing environment, etc. when manufacturing steel materials industrially.

本実施形態の冷間鍛造用丸鋼材はさらに、Feの一部に代えて、Cu、Ni、Mo、V及びBからなる群から選択された1種又は2種以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも、冷間鍛造用丸鋼材から製造される機械構造用部品の強度を高める。   The round steel for cold forging of this embodiment may further contain one or more selected from the group consisting of Cu, Ni, Mo, V, and B instead of a part of Fe. All of these elements increase the strength of machine structural parts manufactured from cold forged round steel.

Cu:0〜0.5%
銅(Cu)は任意元素であり、含有されなくてもよい。Cuは固溶強化により機械構造用部品の強度を高める。しかしながら、Cu含有量が高すぎれば、熱間加工性が低下する。したがって、Cu含有量は0〜0.5%である。上記効果をより有効に得るためのCu含有量の好ましい下限は0.05%であり、さらに好ましくは0.10%である。Cu含有量の好ましい上限は0.4%であり、さらに好ましくは0.3%である。
Cu: 0 to 0.5%
Copper (Cu) is an optional element and may not be contained. Cu increases the strength of machine structural parts by solid solution strengthening. However, if the Cu content is too high, the hot workability decreases. Therefore, the Cu content is 0 to 0.5%. The minimum with preferable Cu content for acquiring the said effect more effectively is 0.05%, More preferably, it is 0.10%. The upper limit with preferable Cu content is 0.4%, More preferably, it is 0.3%.

Ni:0〜0.3%
ニッケル(Ni)は任意元素であり、含有されなくてもよい。Niは固溶強化により機械構造用部品の強度を高める。しかしながら、Ni含有量が高すぎれば、経済性が損なわれる。したがって、Ni含有量は0〜0.3%である。上記効果をより有効に得るためのNi含有量の好ましい下限は、0.05%であり、さらに好ましくは0.10%である。Ni含有量の好ましい上限は0.25%であり、さらに好ましくは0.2%である。
Ni: 0 to 0.3%
Nickel (Ni) is an optional element and may not be contained. Ni increases the strength of machine structural parts by solid solution strengthening. However, if the Ni content is too high, the economy is impaired. Therefore, the Ni content is 0 to 0.3%. The minimum with preferable Ni content for acquiring the said effect more effectively is 0.05%, More preferably, it is 0.10%. The upper limit with preferable Ni content is 0.25%, More preferably, it is 0.2%.

Mo:0〜0.3%
モリブデン(Mo)は任意元素であり、含有されなくてもよい。Moは固溶強化により機械構造用部品の強度を高める。しかしながら、Mo含有量が高すぎれば、その効果が飽和し、経済性が損なわれる。したがって、Mo含有量は0〜0.3%である。上記効果をより有効に得るためのMo含有量の好ましい下限は、0.05%であり、さらに好ましくは0.1%である。Mo含有量の好ましい上限は0.25%であり、さらに好ましくは0.20%である。
Mo: 0 to 0.3%
Molybdenum (Mo) is an optional element and may not be contained. Mo increases the strength of machine structural parts by solid solution strengthening. However, if the Mo content is too high, the effect is saturated and the economy is impaired. Therefore, the Mo content is 0 to 0.3%. The minimum with preferable Mo content for acquiring the said effect more effectively is 0.05%, More preferably, it is 0.1%. The upper limit with preferable Mo content is 0.25%, More preferably, it is 0.20%.

V:0〜0.3%
バナジウム(V)は任意元素であり、含有されなくてもよい。Vは析出強化により機械構造用部品の強度を高める。しかしながら、V含有量が高すぎれば、鋼材の硬さが高くなりすぎて冷間鍛造性が低下する。したがって、V含有量は0〜0.3%である。上記効果をより有効に得るためのV含有量の好ましい下限は、0.05%であり、さらに好ましくは0.1%である。V含有量の好ましい上限は0.25%であり、さらに好ましくは0.20%である。
V: 0 to 0.3%
Vanadium (V) is an optional element and may not be contained. V increases the strength of mechanical structural parts by precipitation strengthening. However, if the V content is too high, the hardness of the steel material becomes too high and the cold forgeability decreases. Therefore, the V content is 0 to 0.3%. The minimum with preferable V content for acquiring the said effect more effectively is 0.05%, More preferably, it is 0.1%. The upper limit with preferable V content is 0.25%, More preferably, it is 0.20%.

B:0〜0.0035%
ボロン(B)は任意元素であり、含有されなくてもよい。Bは鋼材の焼入れ性を高め、鋼材から製造される最終製品(機械構造用部品)の強度を高める。しかしながら、B含有量が高すぎれば、その効果は飽和し、さらに製造コストも高くなる。したがって、B含有量は0〜0.0035%である。上記効果をより高めるためのB含有量の好ましい下限は0.0005%であり、さらに好ましくは0.0010%である。B含有量の好ましい上限は0.0030%である。
B: 0 to 0.0035%
Boron (B) is an optional element and may not be contained. B increases the hardenability of the steel material and increases the strength of the final product (machine structural component) manufactured from the steel material. However, if the B content is too high, the effect is saturated and the production cost is increased. Therefore, the B content is 0 to 0.0035%. The minimum with preferable B content for improving the said effect is 0.0005%, More preferably, it is 0.0010%. The upper limit with preferable B content is 0.0030%.

上述のとおり、本実施形態の冷間鍛造用丸鋼材にはCu、Ni、Mo、V及びBからなる群から選択された1種又は2種以上が含有されてもよい。これらの元素の含有量の合計は、1.40%以下であることが好ましく、さらに好ましくは、0.80%以下である。   As above-mentioned, the 1 type, or 2 or more types selected from the group which consists of Cu, Ni, Mo, V, and B may be contained in the round steel material for cold forging of this embodiment. The total content of these elements is preferably 1.40% or less, and more preferably 0.80% or less.

本実施形態の冷間鍛造用丸鋼材はさらに、Feの一部に代えて、Nb及びTiからなる群から選択された1種又は2種を含有してもよい。これらの元素はいずれも、炭窒化物を形成して結晶粒を微細化する。   The round steel for cold forging of the present embodiment may further contain one or two selected from the group consisting of Nb and Ti instead of a part of Fe. All of these elements form carbonitrides to refine crystal grains.

Nb:0〜0.050%
ニオブ(Nb)は任意元素であり、含有されなくてもよい。Nbは、炭窒化物を形成し、結晶粒を微細化する。結晶粒の微細化により、鋼材の冷間鍛造性が高まる。しかしながら、Nb含有量が高すぎれば、炭窒化物が粗大となる。粗大な炭窒化物は、冷間鍛造時に割れの起点となる。したがって、Nb含有量は0〜0.050である。上記効果をより高めるためのNb含有量の好ましい下限は0.005%であり、さらに好ましくは0.010%である。Nb含有量の好ましい上限は0.035%であり、さらに好ましくは0.030%である。
Nb: 0 to 0.050%
Niobium (Nb) is an optional element and may not be contained. Nb forms carbonitride and refines crystal grains. Due to the refinement of crystal grains, the cold forgeability of steel is increased. However, if the Nb content is too high, the carbonitride becomes coarse. Coarse carbonitride becomes a starting point of cracking during cold forging. Therefore, the Nb content is 0 to 0.050. The minimum with preferable Nb content for improving the said effect more is 0.005%, More preferably, it is 0.010%. The upper limit with preferable Nb content is 0.035%, More preferably, it is 0.030%.

Ti:0〜0.2%
チタン(Ti)は任意元素であり、含有されなくてもよい。Tiは、炭窒化物を形成して結晶粒を微細化する。本実施形態の冷間鍛造用丸鋼材がBを含有する場合、TiはNと結合して窒化物を形成し、BがNと結合するのを抑制する。そのため、Bは鋼に固溶して上述のとおり鋼材の焼入れ性を高めることができる。しかしながらTi含有量が高すぎれば、炭窒化物が粗大化し、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ti含有量は0〜0.2%である。上記効果をより高めるためのTi含有量の好ましい下限は0.005%であり、さらに好ましくは0.010%である。Ti含有量の好ましい上限は0.18%であり、さらに好ましくは0.15%である。
Ti: 0 to 0.2%
Titanium (Ti) is an optional element and may not be contained. Ti forms carbonitrides and refines crystal grains. When the round steel material for cold forging of this embodiment contains B, Ti couple | bonds with N, forms a nitride, and suppresses that B couple | bonds with N. Therefore, B can be dissolved in steel to enhance the hardenability of the steel as described above. However, if the Ti content is too high, the carbonitrides become coarse and the toughness of the steel material decreases. Therefore, the Ti content is 0 to 0.2%. The minimum with preferable Ti content for improving the said effect more is 0.005%, More preferably, it is 0.010%. The upper limit with preferable Ti content is 0.18%, More preferably, it is 0.15%.

上述のとおり、Tiは、BがNと結合するのを抑制する。そのため、Bが含有される場合、好ましくはTiも含有される。   As described above, Ti suppresses the bonding of B with N. Therefore, when B is contained, Ti is preferably also contained.

[ミクロ組織]
上述の化学組成を有する本実施形態の冷間鍛造用丸鋼材のミクロ組織は、フェライト、パーライト及び球状セメンタイトからなる。このミクロ組織において、フェライトの平均結晶粒径は10μm以下であり、パーライトのうちラメラ間隔が200nm以下のパーライト(微細パーライト)がミクロ組織に占める面積割合は20%未満である。
[Microstructure]
The microstructure of the round steel material for cold forging of the present embodiment having the above-described chemical composition is composed of ferrite, pearlite, and spherical cementite. In this microstructure, the average crystal grain size of ferrite is 10 μm or less, and the area ratio of pearlite (fine pearlite) having a lamellar spacing of 200 nm or less in the pearlite is less than 20%.

さらに、上記丸鋼材のうち表面から半径×0.15深さまでの領域(表層領域)でのミクロ組織において、フェライトの平均結晶粒径は5μm以下であり、微細パーライトが表層領域のミクロ組織に占める面積割合は10%未満である。さらに、表層領域のミクロ組織での球状セメンタイトの個数は1.0×10個/mm以上である。Furthermore, in the microstructure in the region (surface region) from the surface to the radius x 0.15 depth in the round steel material, the average crystal grain size of ferrite is 5 μm or less, and fine pearlite occupies the microstructure in the surface region. The area ratio is less than 10%. Furthermore, the number of spherical cementite in the microstructure of the surface layer region is 1.0 × 10 5 pieces / mm 2 or more.

本実施形態の冷間鍛造用丸鋼材は、上記ミクロ組織を有する。そのため、球状化焼鈍後に実施される冷間鍛造において、鋼材の表層における割れの発生が抑制され、冷間鍛造性が高まる。以下、(1)鋼材全体におけるミクロ組織、及び、(2)鋼材の表層領域におけるミクロ組織、についてそれぞれ詳述する。   The round steel for cold forging of this embodiment has the above microstructure. Therefore, in the cold forging performed after spheroidizing annealing, generation | occurrence | production of the crack in the surface layer of steel materials is suppressed, and cold forgeability improves. Hereinafter, (1) the microstructure in the entire steel material and (2) the microstructure in the surface layer region of the steel material will be described in detail.

[鋼材全体におけるミクロ組織について]
上述のとおり、鋼材のミクロ組織は、フェライト、パーライト及び球状セメンタイト(Spheroidal cementites)からなる混合組織である。そのため、ミクロ組織の硬さは、マルテンサイトやベイナイトと比較して低い。
[Microstructure of the entire steel material]
As described above, the microstructure of the steel material is a mixed structure made of ferrite, pearlite, and spherical cementites. Therefore, the hardness of the microstructure is low compared to martensite and bainite.

[鋼材全体のミクロ組織におけるフェライト平均結晶粒径]
上記のような混合組織であっても、フェライトの平均結晶粒径が10μmを超えれば、球状化焼鈍時におけるCの拡散距離が長くなる。この場合、球状化焼鈍時にパーライト中のセメンタイトが球状化しにくくなる。
[Average ferrite grain size in the microstructure of the entire steel]
Even in the mixed structure as described above, if the average crystal grain size of ferrite exceeds 10 μm, the diffusion distance of C during spheroidizing annealing becomes long. In this case, the cementite in the pearlite is difficult to spheroidize during spheroidizing annealing.

本実施形態では、上記ミクロ組織におけるフェライトの平均結晶粒径が10μm以下である。そのため、Cの拡散距離が短く、球状化焼鈍時にセメンタイトが球状化しやすい。   In the present embodiment, the average crystal grain size of ferrite in the microstructure is 10 μm or less. Therefore, the diffusion distance of C is short, and cementite tends to be spheroidized during spheroidizing annealing.

[微細パーライトのミクロ組織に占める面積割合]
上述の混合組織であって、フェライト粒が微細であっても、パーライトのうちラメラ間隔が200nm以下のパーライト(微細パーライト)のミクロ組織に占める面積割合が多い場合、球状化焼鈍を実施しても鋼材が軟化しにくい。本実施形態では、微細パーライトのミクロ組織に占める面積割合が20%未満である。そのため、球状化焼鈍後の鋼材の冷間鍛造性が高まる。
[Area ratio in the microstructure of fine pearlite]
Even if it is the above-mentioned mixed structure and the ferrite grains are fine, if the area ratio of the pearlite in the pearlite (fine pearlite) with a lamellar spacing of 200 nm or less is large, the spheroidizing annealing may be performed. Steel is difficult to soften. In the present embodiment, the area ratio of the fine pearlite in the microstructure is less than 20%. Therefore, the cold forgeability of the steel material after spheroidizing annealing is enhanced.

ラメラ間隔は、次の方法により求められる。パーライトのうち、ラメラ方位(セメンタイトの延在方向)が同じ領域をパーライトコロニーと定義する。図1にパーライトコロニーの一例を示す。パーライトコロニー1は、複数のセメンタイト2と複数のフェライト3を含む。セメンタイト2とフェライト3とはラメラ状(層状)に交互に配列される。パーライトコロニー内では、複数のセメンタイト2は実質的に平行に配列される。   The lamella interval is obtained by the following method. Of pearlite, a region having the same lamella orientation (direction of cementite extension) is defined as a pearlite colony. FIG. 1 shows an example of a pearlite colony. The pearlite colony 1 includes a plurality of cementites 2 and a plurality of ferrites 3. The cementite 2 and the ferrite 3 are alternately arranged in a lamellar shape (layer shape). Within the pearlite colony, the plurality of cementites 2 are arranged substantially in parallel.

パーライトコロニーにおいて、任意の3箇所で、ラメラ間隔を求める。たとえば、図1を参照して、測定箇所P1において、セメンタイト2の延材方向と垂直な方向に線分L1を引く。このとき線分L1の両端点PL1,PL1を、測定箇所P1において、パーライトコロニー1の境界10に最も近い一対のセメンタイト2の各々の幅中央にそれぞれ配置する。線分L1の長さと、線分L1と交差するセメンタイトの数Nとを求めて、測定箇所P1でのラメラ間隔(nm)を次の式で求める。
測定箇所P1でのラメラ間隔=L1/(N−1)
In the pearlite colony, the lamella spacing is determined at any three locations. For example, referring to FIG. 1, line segment L <b> 1 is drawn in a direction perpendicular to the extending direction of cementite 2 at measurement point P <b> 1. At this time, both end points P L1 and P L1 of the line segment L1 are arranged at the center of the width of each of the pair of cementite 2 closest to the boundary 10 of the pearlite colony 1 at the measurement location P1. The length of the line segment L1 and the number N of cementite crossing the line segment L1 are obtained, and the lamella interval (nm) at the measurement point P1 is obtained by the following equation.
Lamella interval at measurement point P1 = L1 / (N-1)

要するに、ラメラ間隔とは、隣り合うセメンタイトの間の距離を意味する。測定箇所P1では、線分L1と交差するセメンタイトの数Nは「4」である。   In short, lamella spacing means the distance between adjacent cementites. At the measurement location P1, the number N of cementite that intersects the line segment L1 is “4”.

同様に、測定箇所P2において、線分L2を引く。このとき、線分L2の両端点は、測定箇所P2において、パーライトコロニー1の境界10に最も近い一対のセメンタイト2の各々の幅中央にそれぞれ配置される。このときのセメンタイト数Nは「5」である。上記式に基づいて、測定箇所P2でのラメラ間隔を求める。同様に、測定箇所P3のラメラ間隔も求める。   Similarly, a line segment L2 is drawn at the measurement point P2. At this time, both end points of the line segment L2 are respectively arranged at the center of the width of each of the pair of cementite 2 closest to the boundary 10 of the pearlite colony 1 at the measurement location P2. The cementite number N at this time is “5”. Based on the above formula, the lamella interval at the measurement point P2 is obtained. Similarly, the lamella interval of the measurement location P3 is also obtained.

測定箇所P1〜P3で求めたラメラ間隔の平均を、パーライトコロニー1の「ラメラ間隔」(nm)と定義する。そして、ラメラ間隔が200μm未満のパーライトコロニーを、「微細パーライト」と定義する。   The average of the lamella intervals determined at the measurement points P1 to P3 is defined as the “lamellar interval” (nm) of the pearlite colony 1. A pearlite colony having a lamella spacing of less than 200 μm is defined as “fine pearlite”.

[表層領域でのミクロ組織について]
冷間鍛造時の割れは鋼材の表層から発生する。本実施形態では、球状化焼鈍後の表層領域での球状化率をさらに高めるために、表層領域のミクロ組織におけるフェライトの平均結晶粒径、微細パーライトの面積割合、球状セメンタイト個数を次のとおり規定する。
[Microstructure in surface area]
Cracks during cold forging occur from the surface layer of the steel material. In the present embodiment, in order to further increase the spheroidization rate in the surface layer region after spheroidizing annealing, the average crystal grain size of ferrite, the area ratio of fine pearlite, and the number of spherical cementite in the microstructure of the surface layer region are defined as follows: To do.

[表層領域のミクロ組織でのフェライトの平均結晶粒径]
表層領域のミクロ組織でのフェライトの平均結晶粒径が5μmを超えると、表層領域での冷間鍛造性が低下し、冷間鍛造時に割れが発生する場合がある。したがって、表層領域のミクロ組織でのフェライトの平均結晶粒径は5μm以下である。
[Average grain size of ferrite in the microstructure of surface layer]
If the average crystal grain size of ferrite in the microstructure of the surface layer region exceeds 5 μm, the cold forgeability in the surface layer region is lowered, and cracks may occur during cold forging. Therefore, the average crystal grain size of ferrite in the microstructure of the surface layer region is 5 μm or less.

[微細パーライトの表層領域でのミクロ組織に占める面積割合]
微細パーライトの表層領域でのミクロ組織に占める面積割合が10%以上の場合、表層領域での冷間鍛造性が低下し、冷間鍛造割れが発生する場合がある。したがって、微細パーライトの表層領域でのミクロ組織に占める面積割合は10%未満である。
[Area ratio in the microstructure in the surface area of fine pearlite]
If the area ratio of the fine pearlite in the surface layer region to the microstructure is 10% or more, the cold forgeability in the surface layer region is lowered, and cold forging cracks may occur. Therefore, the area ratio which occupies for the microstructure in the surface layer area | region of fine pearlite is less than 10%.

[表層領域のミクロ組織での球状セメンタイト個数]
表層領域のミクロ組織での球状セメンタイトの個数は1.0×10個/mm以上である。この場合、球状化焼鈍時に、表層領域内の球状セメンタイトが核となり、球状セメンタイトが生成及び成長しやすい。そのため、球状化焼鈍後の表層領域の球状化率がさらに高くなる。
[Number of spherical cementite in the microstructure of surface layer]
The number of spherical cementite in the microstructure of the surface region is 1.0 × 10 5 pieces / mm 2 or more. In this case, during spheroidizing annealing, spherical cementite in the surface layer region becomes a nucleus, and spherical cementite is likely to be generated and grow. Therefore, the spheroidization rate of the surface layer region after spheroidizing annealing is further increased.

ミクロ組織の相の識別、フェライトの平均結晶粒径、微細パーライトの面積割合、及び、球状セメンタイトの個数は次の方法で求められる。   The identification of the phase of the microstructure, the average crystal grain size of ferrite, the area ratio of fine pearlite, and the number of spherical cementite are obtained by the following methods.

[ミクロ組織の相の識別について]
丸鋼材の横断面(丸鋼材の軸方向に垂直な断面)を鏡面研磨して観察面とする。鏡面研磨された観察面を3%硝酸アルコール(ナイタル液)で腐食してミクロ組織を現出させる。現出したミクロ組織を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察する。
[Identification of phase of microstructure]
The cross section of the round steel material (cross section perpendicular to the axial direction of the round steel material) is mirror-polished to obtain an observation surface. The mirror-polished observation surface is corroded with 3% nitric alcohol (nitral liquid) to reveal a microstructure. The revealed microstructure is observed with a scanning electron microscope (SEM).

丸鋼材の観察面の半径をRと定義する。観察面のうち、表面から中心に向かって半径R×0.067深さの位置(以下、位置Q1という)と、表面から半径R×0.15深さの位置(以下、位置Q2という)、表面から半径R×0.25深さの位置(位置Q3という)と、表面から半径R×0.5の位置(位置Q4という)と、中心(位置Q5という)とを特定する。特定された各位置Q1〜Q5で3視野ずつ、計15視野でミクロ組織を観察し、相を識別する。各視野の面積は25μm×20μmとする。各視野の撮影画像を生成し、撮影画像に基づいて相を識別する。   The radius of the observation surface of the round steel material is defined as R. Among the observation surfaces, a position having a radius R × 0.067 depth from the surface toward the center (hereinafter referred to as position Q1), a position having a radius R × 0.15 depth from the surface (hereinafter referred to as position Q2), A position having a radius R × 0.25 depth from the surface (referred to as position Q3), a position having a radius R × 0.5 from the surface (referred to as position Q4), and a center (referred to as position Q5) are specified. Microstructures are observed in a total of 15 visual fields, 3 at each specified position Q1 to Q5, and phases are identified. The area of each visual field is 25 μm × 20 μm. A captured image of each field of view is generated, and a phase is identified based on the captured image.

球状セメンタイトについては、上記丸鋼材の観察面を鏡面研磨する。研磨後、観察面をピクリン酸アルコール(ピクラル液)で腐食する。5000倍のSEMを用いて、上記の相の識別と同様に、15視野についてミクロ組織の撮影画像を生成する。各視野の撮影画像を用いて、画像処理により、各視野内の各セメンタイトの長径Lと短径Wとを測定する。観察された複数のセメンタイトのうち、L/Wが2.0以下のセメンタイトを、球状セメンタイトと定義する。   About spherical cementite, the observation surface of the said round steel material is mirror-polished. After polishing, the observation surface is corroded with picric alcohol (picral liquid). Using the SEM of 5,000 times, a microscopic photographed image is generated for 15 fields of view in the same manner as the above-described phase identification. The major axis L and the minor axis W of each cementite in each visual field are measured by image processing using the captured image of each visual field. Among the plurality of observed cementites, cementite having an L / W of 2.0 or less is defined as spherical cementite.

[フェライトの平均結晶粒径]
上記丸鋼材の観察面を鏡面研磨する。研磨後、観察面を3%硝酸アルコール(ナイタル液)で腐食してミクロ組織を現出させる。5000倍のSEMを用いて、上記の相の識別と同様に、15視野についてミクロ組織の撮影画像を生成する。撮影画像を用いて画像処理を行い、上記15視野でのフェライトの平均結晶粒径をJIS G0551(2005)付属書2に記載のフェライト結晶粒の切断法による評価方法に基づいて求める。求めた各視野の平均結晶粒径の平均を、ミクロ組織全体におけるフェライトの平均結晶粒径(μm)と定義する。
[Average crystal grain size of ferrite]
The observation surface of the round steel material is mirror-polished. After polishing, the observation surface is corroded with 3% nitric acid alcohol (nitral liquid) to reveal a microstructure. Using the SEM of 5,000 times, a microscopic photographed image is generated for 15 fields of view in the same manner as the above-described phase identification. Image processing is performed using the photographed image, and the average crystal grain size of the ferrite in the 15 fields of view is determined based on the evaluation method based on the cutting method of ferrite crystal grains described in Appendix 2 of JIS G0551 (2005). The average of the obtained average crystal grain diameter of each visual field is defined as the average crystal grain diameter (μm) of ferrite in the entire microstructure.

さらに、位置Q1及び位置Q2での計6視野でのフェライトの結晶粒径の平均を求め、表層領域におけるフェライトの平均結晶粒径(μm)と定義する。   Furthermore, the average of the crystal grain diameter of ferrite in a total of six fields of view at the positions Q1 and Q2 is obtained and defined as the average crystal grain diameter (μm) of ferrite in the surface layer region.

[微細パーライトの面積割合]
微細パーライトの面積割合は次の方法で測定する。上記15視野(25μm×20μm)の各々で、パーライトコロニーを特定(区分)する。パーライトコロニーの特定はたとえば、画像処理により実施する。各パーライトコロニーにおいて、上述の方法でラメラ間隔(nm)を求める。そして、ラメラ間隔が200nm以下のパーライトコロニーを「微細パーライト」と特定する。特定された微細パーライトの面積Af(μm)を求め、式(1)に基づいて各視野での微細パーライト面積率を求める。
微細パーライト面積率(%)=Af/視野面積×100 (1)
ここで、視野面積は25×20=500(μm)である。面積Afはたとえば、図1中のパーライトコロニー1の境界10とその内部をマーキングすることにより、周知の画像処理を用いて求めることができる。
[Area ratio of fine pearlite]
The area ratio of fine pearlite is measured by the following method. A pearlite colony is identified (sectioned) in each of the 15 fields of view (25 μm × 20 μm). For example, the pearlite colony is identified by image processing. In each perlite colony, the lamella spacing (nm) is determined by the method described above. And the pearlite colony whose lamella interval is 200 nm or less is specified as "fine pearlite". The area Af (μm 2 ) of the specified fine pearlite is obtained, and the fine pearlite area ratio in each field of view is obtained based on the formula (1).
Fine pearlite area ratio (%) = Af / field of view × 100 (1)
Here, the visual field area is 25 × 20 = 500 (μm 2 ). For example, the area Af can be obtained by using well-known image processing by marking the boundary 10 and the inside of the pearlite colony 1 in FIG.

式(1)に基づいて求めた各視野の微細パーライト面積率の平均を、微細パーライトのミクロ組織に占める面積割合(%)と定義する。   The average of the fine pearlite area ratio of each visual field obtained based on the formula (1) is defined as the area ratio (%) of the fine pearlite in the microstructure.

さらに、式(1)に基づいて求めた位置Q1及びQ2での微細パーライト面積率(合計6視野)の平均を、微細パーライトの表層領域でのミクロ組織に占める面積割合(%)と定義する。   Further, the average of the fine pearlite area ratios (total 6 fields of view) at the positions Q1 and Q2 obtained based on the formula (1) is defined as the area ratio (%) in the microstructure in the surface layer region of the fine pearlite.

[球状セメンタイト個数]
位置Q1及びQ2(合計6視野)での球状セメンタイト(L/Wが2.0以下のセメンタイト)の個数をカウントする。6視野での球状セメンタイトの総個数に基づいて、面積1mmあたりの球状セメンタイトの個数(個/mm)を算出する。得られた個数を表層領域でのミクロ組織における球状セメンタイト個数(個/mm)と定義する。
[Number of spherical cementite]
The number of spherical cementite (L / W is 2.0 or less cementite) at positions Q1 and Q2 (total 6 fields of view) is counted. Based on the total number of spherical cementites in 6 fields of view, the number of spherical cementites per 1 mm 2 area (pieces / mm 2 ) is calculated. The number obtained is defined as the number of spherical cementites (pieces / mm 2 ) in the microstructure in the surface layer region.

本実施形態の丸鋼材全体のミクロ組織におけるフェライトの好ましい平均結晶粒径は8μm以下である。表層領域のミクロ組織におけるフェライトの好ましい平均結晶粒径は4μm以下である。丸鋼材全体及び表層領域のミクロ組織でのフェライトの平均結晶粒径は、いずれも小さいほど好ましい。しかしながら、サブミクロンオーダーの結晶粒を形成するには特殊な加工条件又は設備が必要であり、工業的に実現は困難である。したがって、丸鋼材全体のミクロ組織でのフェライトの平均結晶粒径、及び、表層領域のミクロ組織でのフェライトの平均結晶粒径において、工業上実現しうる下限は1μmである。   A preferable average crystal grain size of ferrite in the entire microstructure of the round steel material of the present embodiment is 8 μm or less. A preferable average crystal grain size of ferrite in the microstructure of the surface layer region is 4 μm or less. The average grain size of ferrite in the entire round steel material and the microstructure of the surface layer region is preferably as small as possible. However, special processing conditions or equipment are required to form submicron-order crystal grains, and it is difficult to realize industrially. Therefore, in the average crystal grain size of ferrite in the microstructure of the whole round steel material and the average crystal grain size of ferrite in the microstructure of the surface layer region, the lower limit that can be industrially realized is 1 μm.

丸鋼材全体のミクロ組織における微細パーライトがミクロ組織に占める好ましい面積割合は、15%未満である。表層領域のミクロ組織における微細パーライトが表層領域のミクロ組織に占める好ましい面積割合は、8%以下である。冷間鍛造性向上のためには、これらの面積割合はいずれも少ないほど好ましく、0%であってもよい。   A preferable area ratio of fine pearlite in the microstructure of the entire round steel material is less than 15%. A preferable area ratio of fine pearlite in the microstructure of the surface layer region to the microstructure of the surface layer region is 8% or less. In order to improve cold forgeability, these area ratios are preferably as small as possible, and may be 0%.

表層領域のミクロ組織における球状セメンタイトの好ましい個数は、2.0×10個/mm以上である。上記球状セメンタイトの個数は多いほど好ましい。しかしながら、実質的には1.0×10個/mm2が上限である。A preferable number of spherical cementite in the microstructure of the surface layer region is 2.0 × 10 5 pieces / mm 2 or more. The larger the number of spherical cementite, the better. However, the upper limit is substantially 1.0 × 10 7 pieces / mm 2 .

ミクロ組織が混合組織(フェライト、パーライト及び球状セメンタイト)である丸鋼材において、表層領域のミクロ組織での球状セメンタイトの個数が上記の規定を満たしていれば、球状化焼鈍後に優れた冷間鍛造性が得られる。このため、表層領域以外の部分のミクロ組織における球状セメンタイトの個数は特に規定しなくてよい。   In a round steel material with a microstructure of ferrite (pearlite, pearlite and spherical cementite), excellent cold forgeability after spheroidizing annealing if the number of spherical cementites in the microstructure of the surface layer satisfies the above-mentioned rules Is obtained. For this reason, the number of spherical cementite in the microstructure of the portion other than the surface layer region need not be specified.

[製造方法]
本実施形態の冷間鍛造用丸鋼材の製造方法の一例を説明する。
[Production method]
An example of the manufacturing method of the cold forging round steel material of this embodiment is demonstrated.

上述の化学組成を有する素材(例えばビレット)を加熱炉で加熱する。加熱された素材を加熱炉から抽出し、連続圧延機を用いて熱間圧延して冷間鍛造用丸鋼材を製造する。連続圧延機は、配列された複数の圧延機(スタンド)を備える。冷間鍛造用丸鋼材は、全連続式圧延方法に基づいて製造される。全連続式圧延方法とは、加熱炉から抽出された素材が、連続圧延機の最終スタンドを出て冷間鍛造用丸鋼材となるまでの間、途中で停止することなく連続的に圧延される方法を意味する。以下、全連続式圧延方法での製造条件について説明する。   A material (for example, billet) having the above chemical composition is heated in a heating furnace. The heated raw material is extracted from the heating furnace, and hot rolled using a continuous rolling mill to produce a cold rolled forging steel. The continuous rolling mill includes a plurality of arranged rolling mills (stands). The cold forging round steel material is manufactured based on the all-continuous rolling method. The all-continuous rolling method means that the material extracted from the heating furnace is continuously rolled without stopping halfway until it leaves the final stand of the continuous rolling mill and becomes a round steel material for cold forging. Means the method. Hereinafter, manufacturing conditions in the all continuous rolling method will be described.

[素材の加熱温度]
素材を加熱して、熱間圧延前の素材の加熱温度(つまり、素材の表面温度)を810℃以下にする。この場合、二相域での圧延が実施される。二相域での圧延を実施することにより、圧延後の丸鋼材中のフェライト粒を微細にすることができる。一方、加熱温度が低すぎれば、連続圧延機の負荷が過大になる。したがって、熱間圧延前の好ましい素材の加熱温度の下限は670℃である。
[Material heating temperature]
The material is heated so that the heating temperature of the material before hot rolling (that is, the surface temperature of the material) is 810 ° C. or lower. In this case, rolling in a two-phase region is performed. By carrying out rolling in the two-phase region, the ferrite grains in the round steel material after rolling can be made fine. On the other hand, if the heating temperature is too low, the load on the continuous rolling mill becomes excessive. Therefore, the minimum of the heating temperature of the preferable raw material before hot rolling is 670 degreeC.

[全連続式圧延方法での総減面率]
全連続式圧延方法での総減面率を30%よりも高くする。総減面率(%)は式(2)で定義される。
総減面率=(素材の横断面積−丸鋼材の横断面積)/素材の横断面積×100 (2)
[Total area reduction in all continuous rolling method]
The total area reduction in the all-continuous rolling method is made higher than 30%. The total area reduction rate (%) is defined by equation (2).
Total area reduction ratio = (cross-sectional area of material-cross-sectional area of round steel) / cross-sectional area of material x 100 (2)

ここで、素材の横断面積(mm)は、素材の中心軸に垂直な断面の面積を意味する。丸鋼材の横断面積(mm)は、全連続式圧延方法で製造された丸鋼材の中心軸に垂直な断面の面積を意味する。Here, the cross-sectional area (mm 2 ) of the material means the area of a cross section perpendicular to the central axis of the material. The cross-sectional area (mm 2 ) of the round steel material means an area of a cross section perpendicular to the central axis of the round steel material manufactured by the all continuous rolling method.

総減面率を30%よりも高くすることにより、加工中のオーステナイトからのフェライトの加工誘起析出を促進する。さらに、加工中のフェライトに加工歪みが導入され、動的再結晶によりフェライトが微細化する。さらに、加工歪みを多数導入することにより、後述の冷却時にフェライトが微細化する。   By making the total area reduction rate higher than 30%, the processing-induced precipitation of ferrite from austenite during processing is promoted. Furthermore, processing strain is introduced into the ferrite being processed, and the ferrite is refined by dynamic recrystallization. Furthermore, by introducing a large number of processing strains, the ferrite becomes finer during cooling described later.

[最終圧延機の出側での丸鋼材の表面温度]
二相域での圧延を終了した直後の丸鋼材の温度、つまり、最終の圧延機出側での丸鋼材の表面温度をAc点以上とする。この場合、加工された組織を一旦逆変態させる。熱間圧延時において、加工発熱により素材の表面温度は上昇する。熱間圧延中の冷却条件を調整することにより、最終圧延機出側の丸鋼材の表面温度をAc3点以上にする。この場合、丸鋼材の組織はいったんオーステナイト単相になる。動的再結晶により微細化したフェライトは、逆変態により微細なオーステナイトになる。
[Surface temperature of round steel on the exit side of the final rolling mill]
The temperature of the round steel material immediately after rolling in the two-phase region, that is, the surface temperature of the round steel material on the final rolling mill exit side is set to Ac 3 points or more. In this case, the processed structure is once reverse transformed. During hot rolling, the surface temperature of the material rises due to processing heat generation. By adjusting the cooling conditions during hot rolling, the surface temperature of the round steel material on the outlet side of the final rolling mill is set to Ac3 point or higher. In this case, the structure of the round steel material once becomes an austenite single phase. Ferrite refined by dynamic recrystallization becomes fine austenite by reverse transformation.

[圧延直後の冷却条件]
圧延が終了した後5秒以内にAr点以下で600℃を下回らない温度に丸鋼材を冷却する。5秒以内に丸鋼材の表面温度をAr3点以下にするため、丸鋼材の組織は再び変態して、微細なフェライトが生成される。さらに、冷却停止温度をAr3点以下600℃以上とすることにより、ベイナイトやマルテンサイトといった硬質の組織が生成されるのを抑制でき、かつ、微細パーライトの生成も抑制される。
[Cooling conditions immediately after rolling]
Within 5 seconds after rolling is completed, the round steel material is cooled to a temperature not exceeding 600 ° C. at 3 points or less of Ar. Within 5 seconds the surface temperature of the round steel to below A r3 point, tissue round steel is transformed again, fine ferrite is generated. Furthermore, by setting the cooling stop temperature to an Ar3 point or lower and 600 ° C or higher, it is possible to suppress the formation of a hard structure such as bainite and martensite, and to suppress the generation of fine pearlite.

本実施形態では例えば、最終圧延機の出側に配置された水冷装置により、5秒以内に丸鋼材の表面温度をAr3点〜600℃にする。圧延が終了した後5秒以上経過すると、逆変態で生成したオーステナイトは粗大化する。オーステナイトが粗大化すると、その後丸鋼材の表面温度をAr3点以下にしても、微細なフェライトは得られない。5秒以内であれば、冷却時間は特に限定されない。たとえば、3秒で丸鋼材の表面温度をAr3点〜600℃としてもよい。丸鋼材の表面温度がAr3点〜600℃とした後、水冷装置による冷却を停止する。In the present embodiment, for example, the surface temperature of the round steel material is set to Ar 3 to 600 ° C. within 5 seconds by a water cooling device disposed on the exit side of the final rolling mill. When 5 seconds or more have elapsed after the completion of rolling, austenite produced by reverse transformation becomes coarse. When austenite becomes coarse, fine ferrite cannot be obtained even if the surface temperature of the round steel material is made Ar3 or lower after that. The cooling time is not particularly limited as long as it is within 5 seconds. For example, the surface temperature of the round steel may be A r3 point to 600 ° C. for 3 seconds. After the surface temperature of the round steel material is set to Ar 3 to 600 ° C., cooling by the water cooling device is stopped.

上述のとおり、全連続式圧延方法での圧延を終了した後5秒以内に鋼材の表面温度をAr点以下で、600℃を下回らない温度に冷却した後、水冷装置による水冷を停止する。丸鋼材をさらに室温まで冷却する際には、マルテンサイト、ベイナイトが生成する様な大きな冷却速度でない方法、例えば放冷等を実施すればよい。As described above, the surface temperature of the steel material is cooled to a temperature not exceeding Ar 3 point and not lower than 600 ° C. within 5 seconds after the end of rolling by the all-continuous rolling method, and then water cooling by the water cooling device is stopped. When the round steel material is further cooled to room temperature, a method that does not have such a high cooling rate that martensite and bainite are generated, for example, cooling may be performed.

以上の製造工程により、上述のミクロ組織を有する冷間鍛造用丸鋼材が製造される。製造された冷間鍛造用丸鋼材は、球状化焼鈍された後、冷間鍛造されて最終製品(構造用機械部品等)になる。本実施形態の冷間鍛造用丸鋼材は、上述の化学組成及びミクロ組織を備えるため、球状化焼鈍後の冷間鍛造性に優れる。   By the above manufacturing process, the round steel material for cold forging having the above-mentioned microstructure is manufactured. The manufactured round steel for cold forging is subjected to spheroidizing annealing and then cold forged into a final product (structural machine part or the like). Since the round steel material for cold forging of this embodiment is provided with the above-mentioned chemical composition and microstructure, it is excellent in cold forgeability after spheroidizing annealing.

表1に示す化学組成を有する鋼A〜Hからなる角ビレット(横断面が140mm×140mmで長さが10m)を準備した。   Square billets (cross section: 140 mm × 140 mm and length: 10 m) made of steels A to H having the chemical composition shown in Table 1 were prepared.

Figure 0005811282
Figure 0005811282

表1を参照して、鋼A〜E、G及びHの化学組成は本実施形態の冷間鍛造用丸鋼材の化学組成の範囲内であった。一方、鋼Fの化学組成のうち、C含有量は本実施形態で規定するC含有量の範囲から外れていた。表1には各鋼のAr点とAc点を併記した。Referring to Table 1, the chemical compositions of steels A to E, G, and H were within the range of the chemical composition of the cold forging round steel material of the present embodiment. On the other hand, in the chemical composition of the steel F, the C content deviated from the range of the C content defined in the present embodiment. Table 1 shows the Ar 3 point and Ac 3 point of each steel.

表2に示す製造条件で角ビレットを加熱し、全連続式圧延方法によって熱間圧延を行い、直径30mmの冷間鍛造用丸鋼材を製造した。   Square billets were heated under the production conditions shown in Table 2, and hot rolling was performed by an all-continuous rolling method to produce a cold forged round steel material having a diameter of 30 mm.

Figure 0005811282
Figure 0005811282

表2中の「加熱温度」欄には、加熱炉から抽出された(連続圧延前)の角ビレット(素材)の表面温度(℃)が記載されている。「圧延後温度」欄には、連続圧延機のうち最終の圧延機(スタンド)の出側での丸鋼材の表面温度(℃)が記載されている。「圧延後温度」は、最終の圧延機の出側に配置された放射温度計によって測定して得られた。「冷却後温度」欄には、最終圧延機を出てから5秒後の丸鋼材の表面温度(℃)が記載されている。「冷却後温度」は、5秒経過した時点で丸鋼材の表面温度を放射温度計により測定して得られた。   In the “heating temperature” column of Table 2, the surface temperature (° C.) of the square billet (raw material) extracted from the heating furnace (before continuous rolling) is described. In the “post-rolling temperature” column, the surface temperature (° C.) of the round steel material on the outlet side of the final rolling mill (stand) among the continuous rolling mills is described. The “post-rolling temperature” was obtained by measuring with a radiation thermometer arranged on the exit side of the final rolling mill. In the “temperature after cooling” column, the surface temperature (° C.) of the round steel material 5 seconds after leaving the final rolling mill is described. The “temperature after cooling” was obtained by measuring the surface temperature of the round steel material with a radiation thermometer when 5 seconds passed.

いずれの試験番号においても、式(2)により算出された角ビレット(素材)からの「総減面率」は96%であった。   In any test number, the “total area reduction ratio” from the square billet (material) calculated by the equation (2) was 96%.

試験番号1〜8については、連続圧延機内の各圧延機(スタンド)間での水冷条件を調整して、最終の圧延機の出側での丸鋼材の表面温度がAc3点以上となるように調整した。さらに、最終の圧延機による圧延を終了した後、水冷装置を用いて水量によって冷却速度を制御し、5秒以内に鋼材の表面温度がAr点以下で、かつ600℃を下回らないように冷却し、その後、水冷装置による冷却を停止した。水冷装置による冷却を停止した後、丸鋼材を大気中で放冷した。For test numbers 1 to 8, the water cooling conditions between the rolling mills (stands) in the continuous rolling mill are adjusted so that the surface temperature of the round steel material on the exit side of the final rolling mill is at least Ac 3 points. Adjusted. Furthermore, after the rolling by the final rolling mill is completed, the cooling rate is controlled by the amount of water using a water cooling device, and cooling is performed so that the surface temperature of the steel material is 3 points or less of Ar and less than 600 ° C. within 5 seconds. Then, cooling by the water cooling device was stopped. After the cooling by the water cooling device was stopped, the round steel material was allowed to cool in the atmosphere.

試験番号9及び試験番号10については、連続圧延終了後の丸鋼材を水冷装置により水冷せずに、そのまま大気中で放冷した。   For Test No. 9 and Test No. 10, the round steel material after completion of continuous rolling was left to cool in the air as it was without being cooled by a water cooling device.

試験番号11及び12については、スタンド間での水冷条件を調整し、圧延後も水冷を実施した。しかしながら、試験番号10の圧延後温度はAc3点未満であった。試験番号11の水冷後温度は600℃未満であった。For test numbers 11 and 12, water cooling conditions between the stands were adjusted, and water cooling was performed after rolling. However, the post-rolling temperature of test number 10 was less than Ac3 point. Test No. 11 had a temperature after water cooling of less than 600 ° C.

製造された各試験番号の丸鋼材(棒鋼)に対して、以下の試験を実施した。   The following tests were carried out on the manufactured round steel materials (steel bars) of each test number.

[ミクロ組織観察試験]
直径30mmの各丸鋼材から長さが20mmの試験片を切り出した。これらの試験片の横断面(丸鋼材の中心軸に垂直な断面)が観察面になるように樹脂に埋め込み、鏡面研磨した。研磨後、3%硝酸アルコール(ナイタル液)で腐食してミクロ組織を現出させ、SEMを用いて観察を行った。具体的には、表面から1mm深さ(半径×0.067深さ)の位置Q1、表面から2.25mm深さ(半径×0.15深さ)の位置Q2、表面から3.75mm深さ(半径×0.25深さ)の位置Q3、表面から7.5mm深さ(半径×0.5深さ)の位置Q4、中央部(中心付近)の位置Q5の計5箇所の組織を、1箇所あたり3視野ずつ、合計15視野観察し、上述した方法でミクロ組織を構成している相の識別を行った。各視野の面積は上述のとおり、25μm×20μmであった。
[Microstructure observation test]
A test piece having a length of 20 mm was cut out from each round steel material having a diameter of 30 mm. These test pieces were embedded in a resin and mirror-polished so that the cross section (cross section perpendicular to the central axis of the round steel material) was an observation surface. After polishing, it was corroded with 3% nitric acid alcohol (nitral liquid) to reveal a microstructure, and was observed using SEM. Specifically, position Q1 at a depth of 1 mm (radius × 0.067 depth) from the surface, position Q2 at a depth of 2.25 mm (radius × 0.15 depth) from the surface, and depth of 3.75 mm from the surface. A total of five tissues, a position Q3 of (radius × 0.25 depth), a position Q4 of 7.5 mm depth (radius × 0.5 depth) from the surface, and a position Q5 of the central portion (near the center), A total of 15 visual fields were observed, 3 visual fields per place, and the phases constituting the microstructure were identified by the method described above. As described above, the area of each visual field was 25 μm × 20 μm.

[フェライトの平均結晶粒径の測定]
上述した方法により、各試験番号の丸鋼材全体のミクロ組織でのフェライトの平均結晶粒径と、表層領域のミクロ組織でのフェライトの平均結晶粒径とを測定した。
[Measurement of average crystal grain size of ferrite]
By the method described above, the average crystal grain size of ferrite in the microstructure of the entire round steel material of each test number and the average crystal grain size of ferrite in the microstructure of the surface layer region were measured.

[微細パーライト面積率及び球状セメンタイト個数の測定]
上述した方法により、各試験番号において、丸鋼材全体のミクロ組織及び表層領域のミクロ組織に占める微細パーライトの面積割合を求めた。さらに、上述した方法により、表層領域のミクロ組織での球状セメンタイトの個数(個/mm)を求めた。
[Measurement of fine pearlite area ratio and number of spherical cementite]
By the method described above, in each test number, the area ratio of fine pearlite in the microstructure of the whole round steel material and the microstructure of the surface layer region was obtained. Furthermore, the number of spherical cementites (pieces / mm 2 ) in the microstructure of the surface layer region was determined by the method described above.

[球状化焼鈍後の球状化率の測定]
各試験番号の丸鋼材に対して球状化焼鈍を実施した。具体的には、各丸鋼材を735℃で10時間保持した。その後、10℃/hの冷却速度で常温まで冷却した。
[Measurement of spheroidizing rate after spheroidizing annealing]
Spheroidizing annealing was performed on the round steel material of each test number. Specifically, each round steel material was held at 735 ° C. for 10 hours. Then, it cooled to normal temperature with the cooling rate of 10 degrees C / h.

球状化焼鈍後の各丸鋼材から長さが20mmの試験片を切出した。試験片の表面のうち、丸鋼材の縦断面に相当する表面が観察面になるように樹脂に埋め込み、鏡面研磨した。   A test piece having a length of 20 mm was cut out from each round steel material after spheroidizing annealing. Of the surface of the test piece, the surface corresponding to the longitudinal section of the round steel material was embedded in a resin so as to be an observation surface, and mirror-polished.

研磨後、ピクリン酸アルコール(ピクラル液)で腐食して、5000倍のSEMを用いて、上記の相の識別と同様に、15視野についてミクロ組織の撮影画像を生成した。上記のミクロ組織観察試験の場合と同様に、この撮影画像を用いて、各セメンタイトの長径Lと短径Wとを個々に測定した。そして、撮影画像(後述の各視野)中のセメンタイトの個数に対する、L/Wが2.0以下であるセメンタイト(つまり、球状セメンタイト)の個数の割合を求め、球状化率(%)とした。
具体的には、観察した位置は、表面から1mm深さ(半径×0.067深さ)の位置Q1、表面から2.25mm深さ(半径×0.15深さ)の位置Q2、表面から3.75mm深さ(半径×0.25深さ)の位置Q3、表面から7.5mm深さ(半径×0.5深さ)の位置Q4、中央部(中心付近)の位置Q5の計5箇所とし、1箇所あたり3視野ずつ、合計15視野観察した。各視野の面積は25μm×20μmであった。
After polishing, the sample was corroded with picric alcohol (picral solution), and a microscopic photographed image was generated for 15 fields of view using the SEM of 5000 times, similar to the above phase identification. As in the case of the microstructure observation test described above, the major axis L and the minor axis W of each cementite were individually measured using the captured images. Then, the ratio of the number of cementite (ie, spherical cementite) having L / W of 2.0 or less to the number of cementite in the photographed image (each field of view described later) was determined and used as the spheroidization rate (%).
Specifically, the observed position is a position Q1 having a depth of 1 mm (radius × 0.067 depth) from the surface, a position Q2 having a depth of 2.25 mm (radius × 0.15 depth) from the surface, and from the surface. A total of 5 positions: Q3 at a depth of 3.75 mm (radius × 0.25 depth), a position Q4 at a depth of 7.5 mm (radius × 0.5 depth) from the surface, and a position Q5 at the center (near the center). A total of 15 visual fields were observed with 3 visual fields per site. The area of each visual field was 25 μm × 20 μm.

各視野で求めた球状化率のうち、位置Q1及びQ2の6視野での球状化率の平均値を、球状化焼鈍後の表層球状化率(%)と定義した。位置Q3〜Q5の9視野での球状化率の平均値を、球状化焼鈍後の内部球状化率(%)と定義した。   Of the spheroidization rates determined in each field of view, the average value of the spheroidization rates in the six fields of view at positions Q1 and Q2 was defined as the surface layer spheroidization rate (%) after spheroidizing annealing. The average value of the spheroidizing ratio in nine visual fields at positions Q3 to Q5 was defined as the internal spheroidizing ratio (%) after spheroidizing annealing.

[冷間鍛造性試験]
球状化焼鈍処理後の各丸鋼材から、図2A及び図2Bに示す試験片を作製した。図2Aは試験片の平面図であり、図2Bは試験片の正面図である。図2A及び図2Bを参照して、試験片の直径D1は29mmであり、長さL4が44mmであった。試験片の外周面には、軸方向に延びる切り欠き部が形成された。切り欠き部の切り欠き角度A1は30°であり、切り欠き部の溝底部分のコーナ半径R1は0.15mmであった。切り欠き部の深さD2は0.8mmであった。
[Cold forgeability test]
A test piece shown in FIGS. 2A and 2B was produced from each round steel material after the spheroidizing annealing treatment. FIG. 2A is a plan view of the test piece, and FIG. 2B is a front view of the test piece. 2A and 2B, the diameter D1 of the test piece was 29 mm, and the length L4 was 44 mm. A cutout portion extending in the axial direction was formed on the outer peripheral surface of the test piece. The notch angle A1 of the notch was 30 °, and the corner radius R1 of the groove bottom portion of the notch was 0.15 mm. The depth D2 of the notch was 0.8 mm.

試験片及びプレスを用いて、冷間(常温)にて圧縮試験を実施した。圧縮試験では、初めに、試験片を軸方向に15%まで圧縮した。その後、1.5〜2.5%の軸方向への圧縮を試験片に与えるごとに除荷し、試験片の割れを観察した。割れが発生するまで、圧縮、除荷及び観察を繰り返した。微細な割れ(長さ0.5〜1.0mm)が肉眼、または簡単な拡大鏡を用いて初めて観察されたとき、割れが発生したと認定した。各試験番号について5本の試験片を作製し、5本の試験片に対して上記の圧縮試験を実施した。割れが発生したときの5本の試験片の圧縮率の平均値を「限界圧縮率」とした。限界圧縮率が50%を超えたとき、冷間鍛造性に優れると評価した。   A compression test was performed in the cold (room temperature) using the test piece and the press. In the compression test, the specimen was first compressed to 15% in the axial direction. Thereafter, the test piece was unloaded each time 1.5 to 2.5% axial compression was applied to the test piece, and the test piece was observed for cracking. The compression, unloading and observation were repeated until cracking occurred. When a fine crack (length 0.5-1.0 mm) was first observed using the naked eye or a simple magnifier, it was determined that a crack had occurred. Five test pieces were prepared for each test number, and the above compression test was performed on the five test pieces. The average value of the compression ratios of the five test pieces when cracking occurred was defined as “limit compression ratio”. When the critical compression ratio exceeded 50%, it was evaluated that the cold forgeability was excellent.

[試験結果]
表2に、試験結果を示す。表2中の「全体でのミクロ組織」欄の「相」欄中の「F」はフェライト、「LP」はラメラパーライト、「SC」は球状セメンタイトをそれぞれ示す。「結晶粒径」欄には、各試験番号での丸鋼材全体のミクロ組織におけるフェライト平均結晶粒径(μm)が記載されている。「微細LP率」欄には、微細パーライトのミクロ組織全体に占める面積割合(%)が記載されている。
[Test results]
Table 2 shows the test results. In Table 2, “F” in the “Phase” column of the “Total microstructure” column indicates ferrite, “LP” indicates lamellar pearlite, and “SC” indicates spherical cementite. In the “crystal grain size” column, the ferrite average crystal grain size (μm) in the microstructure of the entire round steel material in each test number is described. In the “fine LP ratio” column, the area ratio (%) of the fine pearlite in the entire microstructure is described.

表2中の「表層領域でのミクロ組織」欄の「結晶粒径」欄には、各試験番号での表層領域におけるフェライト平均結晶粒径(μm)が記載されている。「微細LP率」欄には、微細パーライトの表層領域のミクロ組織に占める面積割合(%)が記載されている。「SC個数」欄には、表層領域のミクロ組織における球状セメンタイトの個数(個/mm)が記載されている。In Table 2, the “crystal grain size” column in the “microstructure in the surface region” column lists the ferrite average crystal grain size (μm) in the surface layer region for each test number. In the “fine LP ratio” column, an area ratio (%) of the surface area of the fine pearlite in the microstructure is described. In the “SC number” column, the number of spherical cementite (pieces / mm 2 ) in the microstructure of the surface layer region is described.

表2中の「球状化焼鈍後」欄には、各試験番号の表層球状化率(%)、内部球状化率(%)及び限界圧縮率(%)が記載されている。   In the “after spheroidizing annealing” column in Table 2, the surface spheroidization rate (%), internal spheroidization rate (%), and critical compression rate (%) of each test number are described.

表2中の「評価」欄における「A」は、冷間鍛造性に優れると評価したことを意味し、「NA」は、冷間鍛造性が低いと評価したことを意味する。試験番号9および試験番号10の球状セメンタイトの個数欄の「−」は、相が「F+LP」で球状セメンタイトが存在していないことを示す。   “A” in the “Evaluation” column in Table 2 means that the cold forgeability is evaluated to be excellent, and “NA” means that the cold forgeability is evaluated to be low. “−” In the number column of spherical cementite of test number 9 and test number 10 indicates that the phase is “F + LP” and spherical cementite is not present.

表2を参照して、試験番号1〜7の鋼材の化学組成は適切であり、製造条件(総減面率、加熱温度、圧延後温度、冷却後温度)も適切であった。そのため、試験番号1〜7の丸鋼材のミクロ組織はフェライト、パーライト及び球状セメンタイトからなり、丸鋼材全体のミクロ組織でのフェライトの平均結晶粒径は10μm以下であり、微細LP率も20%未満であった。さらに、試験番号1〜7の表層領域のミクロ組織でのフェライトの平均結晶粒径は5μm以下であり、微細LP率は10%未満であり、球状セメンタイトの個数は1.0×10個/mm以上であった。そのため、球状化焼鈍後の表層球状化率は80%以上と高く、内部球状化率は70%以上と高かった。その結果、試験番号1〜7の丸鋼材の限界圧縮率は50%を超え、優れた冷間鍛造性を示した。With reference to Table 2, the chemical composition of the steel materials of the test numbers 1-7 was appropriate, and manufacturing conditions (total area reduction rate, heating temperature, temperature after rolling, temperature after cooling) were also appropriate. Therefore, the microstructure of the round steel materials of test numbers 1 to 7 is composed of ferrite, pearlite, and spherical cementite, the average crystal grain size of ferrite in the entire microstructure of the round steel material is 10 μm or less, and the fine LP rate is also less than 20%. Met. Furthermore, the average crystal grain size of ferrite in the microstructure of the surface region of test numbers 1 to 7 is 5 μm or less, the fine LP rate is less than 10%, and the number of spherical cementite is 1.0 × 10 5 / mm 2 or more. Therefore, the surface spheroidization rate after spheroidizing annealing was as high as 80% or more, and the internal spheroidization rate was as high as 70% or more. As a result, the limit compressibility of the round steel materials of test numbers 1 to 7 exceeded 50%, and excellent cold forgeability was exhibited.

一方、試験番号8では、鋼材のC含有量が高すぎた。そのため、表層領域のミクロ組織での微細LP率が10%以上であった。その結果、限界圧縮率が50%以下となった。   On the other hand, in test number 8, the C content of the steel material was too high. Therefore, the fine LP rate in the microstructure of the surface layer region was 10% or more. As a result, the critical compression ratio was 50% or less.

試験番号9では、鋼材の化学組成は適切であったものの、加熱温度が高すぎ、冷却後温度も高すぎた。そのため、丸鋼材のミクロ組織において球状セメンタイトが存在しなかった。さらに、丸鋼材全体及び表層領域のミクロ組織でのフェライトが細粒化せず、フェライトの平均結晶粒径が大きすぎた。そのため、球状化焼鈍後の表層球状化率及び内部球状化率は低く、限界圧縮率は50%以下であった。   In Test No. 9, although the chemical composition of the steel material was appropriate, the heating temperature was too high and the temperature after cooling was too high. Therefore, spherical cementite did not exist in the microstructure of the round steel material. Furthermore, the ferrite in the whole round steel material and the microstructure of the surface layer region was not refined, and the average crystal grain size of the ferrite was too large. Therefore, the surface spheroidization rate and the internal spheroidization rate after spheroidizing annealing were low, and the critical compression rate was 50% or less.

試験番号10では、鋼材の化学組成は適切であったものの、冷却後温度が高すぎた。そのため、丸鋼材のミクロ組織において球状セメンタイトが存在せず、フェライトも粗大であった。そのため、限界圧縮率が50%以下であった。   In test number 10, although the chemical composition of the steel material was appropriate, the temperature after cooling was too high. Therefore, spherical cementite did not exist in the microstructure of the round steel material, and the ferrite was also coarse. Therefore, the critical compression rate was 50% or less.

試験番号11では、鋼材の化学組成は適切であったものの、圧延後温度が低すぎた。そのため、丸鋼材全体及び表層領域のミクロ組織での微細LP率が高すぎた。そのため、球状化焼鈍後の表層球状化率及び内部球状化率は低く、限界圧縮率は50%以下であった。   In test number 11, although the chemical composition of the steel material was appropriate, the temperature after rolling was too low. Therefore, the fine LP rate in the whole round steel material and the microstructure of the surface layer region was too high. Therefore, the surface spheroidization rate and the internal spheroidization rate after spheroidizing annealing were low, and the critical compression rate was 50% or less.

試験番号12では、鋼材の化学組成は適切であったものの、冷却後温度が低すぎた。そのため、丸鋼材全体及び表層領域のミクロ組織での微細LP率が高すぎた。そのため、球状化焼鈍後の表層球状化率及び内部球状化率は低く、限界圧縮率は50%以下であった。   In test number 12, although the chemical composition of the steel material was appropriate, the temperature after cooling was too low. Therefore, the fine LP rate in the whole round steel material and the microstructure of the surface layer region was too high. Therefore, the surface spheroidization rate and the internal spheroidization rate after spheroidizing annealing were low, and the critical compression rate was 50% or less.

本実施形態の冷間鍛造用丸鋼材は、高い球状化率を有し、球状化焼鈍後の冷間鍛造性に優れる。そのため、優れた冷間鍛造性が求められる用途に幅広く適用可能である。本実施形態の冷間鍛造用丸鋼材は特に、これまで熱間鍛造工程及び切削工程で製造されていた自動車用部品、産業機械用部品、建設機械用部品などの機械構造用部品の素材として用いることができる。このような用途に用いた場合特に、本実施形態の冷間鍛造用丸鋼材は、部品のニアネットシェイプ化に貢献できる。   The round steel for cold forging of this embodiment has a high spheroidization rate and is excellent in cold forgeability after spheroidizing annealing. Therefore, it can be widely applied to applications requiring excellent cold forgeability. The round steel material for cold forging of the present embodiment is used as a material for machine structural parts such as automobile parts, industrial machine parts, construction machine parts, etc., which have been manufactured in the hot forging process and the cutting process so far. be able to. Particularly when used in such applications, the cold forged round steel material of the present embodiment can contribute to the near net shaping of parts.

Claims (3)

冷間鍛造用丸鋼材であって、
質量%で、
C:0.15〜0.60%、
Si:0.01〜0.5%、
Mn:0.1〜2.0%、
P:0.035%以下、
S:0.050%以下、
Al:0.050%以下、
Cr:0.02〜0.5%、
N:0.003〜0.030%、
Cu:0〜0.5%、
Ni:0〜0.3%、
Mo:0〜0.3%、
V:0〜0.3%、
B:0〜0.0035%、
Nb:0〜0.050%、及び、
Ti:0〜0.2%を含有し、
残部はFeおよび不純物からなる化学組成を有し、
前記冷間鍛造用丸鋼材のミクロ組織は、フェライト、パーライト及び球状セメンタイトからなり、前記フェライトの平均結晶粒径は8μm以下であり、前記パーライトのうちラメラ間隔が200nm以下の前記パーライトが前記ミクロ組織に占める面積割合は20%未満であり、
前記冷間鍛造用丸鋼材の表面から半径×0.15深さまでの領域におけるミクロ組織では、前記領域におけるフェライトの平均結晶粒径が4μm以下であり、前記領域におけるラメラ間隔が200nm以下のパーライトが前記領域のミクロ組織に占める面積割合が10%未満であり、前記領域における球状セメンタイトの個数が1.0×105個/mm2以上であり、前記冷間鍛造用丸鋼材を735℃で10時間保持した後10℃/hの冷却速度で常温まで冷却した場合の限界圧縮率が50%を超える、冷間鍛造用丸鋼材
A round steel material for cold forging,
% By mass
C: 0.15-0.60%,
Si: 0.01 to 0.5%,
Mn: 0.1 to 2.0%,
P: 0.035% or less,
S: 0.050% or less,
Al: 0.050% or less,
Cr: 0.02 to 0.5%,
N: 0.003-0.030%,
Cu: 0 to 0.5%,
Ni: 0 to 0.3%,
Mo: 0 to 0.3%,
V: 0 to 0.3%
B: 0 to 0.0035%,
Nb: 0 to 0.050% and
Ti: 0 to 0.2%,
The balance has a chemical composition consisting of Fe and impurities,
The microstructure of the cold forged round steel material is composed of ferrite, pearlite and spherical cementite, the ferrite has an average crystal grain size of 8 μm or less, and the pearlite having a lamellar spacing of 200 nm or less is the microstructure of the pearlite. The area ratio is less than 20%,
In the microstructure in the region from the surface of the round steel material for cold forging to the radius x 0.15 depth, the average grain size of ferrite in the region is 4 μm or less, and the pearlite having a lamellar spacing in the region of 200 nm or less area percentage of microstructure of the region is less than 10%, the number of spherical cementite 1.0 × 10 5 cells in the region / mm 2 or more der is, the cold forging round steel at 735 ° C. A round steel material for cold forging, which has a limit compression ratio exceeding 50% when held for 10 hours and then cooled to room temperature at a cooling rate of 10 ° C./h .
請求項1に記載の冷間鍛造用丸鋼材であって、
Cu:0.05〜0.5%、
Ni:0.05〜0.3%、
Mo:0.05〜0.3%、
V:0.05〜0.3%、及び、
B:0.0005〜0.0035%からなる群から選択される1種又は2種以上を含有する、冷間鍛造用丸鋼材。
A round steel material for cold forging according to claim 1,
Cu: 0.05 to 0.5%,
Ni: 0.05-0.3%
Mo: 0.05-0.3%
V: 0.05-0.3% and
B: A round steel material for cold forging containing one or more selected from the group consisting of 0.0005 to 0.0035%.
請求項1又は請求項2に記載の冷間鍛造用丸鋼材であって、
Nb:0.005〜0.050%、及び、
Ti:0.005〜0.2%からなる群から選択される1種又は2種を含有する、冷間鍛造用丸鋼材。
A cold forging round steel material according to claim 1 or claim 2,
Nb: 0.005 to 0.050% and
Ti: A round steel material for cold forging containing one or two selected from the group consisting of 0.005 to 0.2%.
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