JP5825199B2 - Method of manufacturing age-hardening steel and machine parts - Google Patents

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

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

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

例えば、特許文献1には時効硬化性に優れた機械構造用鋼とその鋼材を用いた機械構造用鍛造部材の製造方法が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses a machine structural steel excellent in age hardening and a method for manufacturing a machine structural forged member using the steel.

具体的には、質量%で、C:0.05〜0.25%、Si:0.10〜1.00%、Mn:0.30〜0.60%、Cu:1.00〜2.00%、Ni:0.50〜2.00%、Al:0.10〜0.70%、B:0.0010〜0.0030%、Ti:0.015〜0.050%を含有し、さらに、S:0.005〜0.080%、Pb:0.005〜0.300%、Bi:0.005〜0.200%、Te:0.003〜0.020%、Ca:0.0005〜0.0050%から選んだ1種または2種以上を含有し、残部実質的にFeからなる「時効硬化性に優れた機械構造用鋼」および、この鋼材を用いて熱間鍛造により部材に成形後、全体あるいは局部的に冷間加工を施し、さらに、450℃以上550℃以下の温度で30〜120分間保持する時効処理を行うことを特徴とする「耐塑性変形性に優れた機械構造用鍛造部材の製造方法」が開示されている。   Specifically, in terms of mass%, C: 0.05 to 0.25%, Si: 0.10 to 1.00%, Mn: 0.30 to 0.60%, Cu: 1.00 to 2. 00%, Ni: 0.50 to 2.00%, Al: 0.10 to 0.70%, B: 0.0010 to 0.0030%, Ti: 0.015 to 0.050%, Further, S: 0.005 to 0.080%, Pb: 0.005 to 0.300%, Bi: 0.005 to 0.200%, Te: 0.003 to 0.020%, Ca: 0.00. "Mechanical structural steel excellent in age hardening" containing one or two or more selected from 0005 to 0.0050% and the balance being substantially Fe, and a member by hot forging using this steel And then cold working locally or locally, and at a temperature of 450 ° C. or higher and 550 ° C. or lower, 30 to 120 ° C. And performing aging treatment of holding between "manufacturing method of the plastic deformation resistance excellent mechanical structural forged member" it is disclosed.

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

すなわち、質量%で、C:0.11〜0.60%、Si:0.03〜3.0%、Mn:0.01〜2.5%、Mo:0.3〜4.0%、V:0.05〜0.5%およびCr:0.1〜3.0%を含有し、必要に応じて、Al:0.001〜0.3%、N:0.005〜0.025%、Nb:0.5%以下、Ti:0.5%以下、Zr:0.5%以下、Cu:1.0%以下、Ni:1.0%以下、S:0.01〜0.20%、Ca:0.003〜0.010%、Pb:0.3%以下およびBi:0.3%以下のうちの1種以上を含み、残部がFeと不可避的不純物から成り、各成分間では、
4C+Mn+0.7Cr+0.6Mo−0.2V≧2.5、
C≧Mo/16+V/5.7、
V+0.15Mo≧0.4
を満たす関係が成立しており、圧延、鍛造、または溶体化処理後に、温度800℃から300℃の間は0.05〜10℃/秒の平均冷却速度で冷却され、時効処理前においては、ベイナイト組織の面積率が50%以上で、かつ硬さは40HRC以下であり、時効処理によって、硬さが時効処理前の硬さよりも7HRC以上高くなることを特徴とする「時効硬化鋼」が開示されている。
That is, in mass%, C: 0.11 to 0.60%, Si: 0.03 to 3.0%, Mn: 0.01 to 2.5%, Mo: 0.3 to 4.0%, V: 0.05-0.5% and Cr: 0.1-3.0%, Al: 0.001-0.3%, N: 0.005-0.025 as necessary %, Nb: 0.5% or less, Ti: 0.5% or less, Zr: 0.5% or less, Cu: 1.0% or less, Ni: 1.0% or less, S: 0.01-0. 20%, Ca: 0.003 to 0.010%, Pb: 0.3% or less and Bi: 0.3% or less, and the balance is Fe and inevitable impurities. In between
4C + Mn + 0.7Cr + 0.6Mo−0.2V ≧ 2.5,
C ≧ Mo / 16 + V / 5.7,
V + 0.15Mo ≧ 0.4
Is satisfied, and after rolling, forging, or solution treatment, it is cooled at an average cooling rate of 0.05 to 10 ° C./sec between 800 ° C. and 300 ° C., and before aging treatment, An “age hardening steel” is disclosed, characterized in that the area ratio of the bainite structure is 50% or more and the hardness is 40 HRC or less, and the aging treatment makes the hardness 7 HRC or more higher than the hardness before the aging treatment. Has been.

特許文献3には次のベイナイト鋼が開示されている。   Patent Document 3 discloses the following bainite steel.

すなわち、質量%で、C:0.14〜0.35%、Si:0.05〜0.70%、Mn:1.10〜2.30%、S:0.003〜0.120%、Cu:0.01〜0.40%、Ni:0.01〜0.40%、Cr:0.01〜0.50%、Mo:0.01〜0.30%、および、V:0.05〜0.45%を含有し、必要に応じて、Ti:0.001〜0.100%、および、Ca:0.0003〜0.0100%から選択される1種以上を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、
13[C]+8[Si]+10[Mn]+3[Cu]+3[Ni]+22[Mo]+11[V]≦30、
5[C]+[Si]+2[Mn]+3[Cr]+2[Mo]+4[V]≦7.3、
2.4≦0.3[C]+1.1[Mn]+0.2[Cu]+0.2[Ni]+1.2[Cr]+1.1[Mo]+0.2[V]≦3.1、
2.5≦[C]+[Si]+4[Mo]+9[V]、
[C]≧[Mo]/16+[V]/3
を満たすことを特徴とする「ベイナイト鋼」が開示されている。
That is, in mass%, C: 0.14-0.35%, Si: 0.05-0.70%, Mn: 1.10-2.30%, S: 0.003-0.120%, Cu: 0.01 to 0.40%, Ni: 0.01 to 0.40%, Cr: 0.01 to 0.50%, Mo: 0.01 to 0.30%, and V: 0.0. Containing 0.5 to 0.45%, and optionally containing one or more selected from Ti: 0.001 to 0.100% and Ca: 0.0003 to 0.0100%, the balance Consists of Fe and inevitable impurities,
13 [C] +8 [Si] +10 [Mn] +3 [Cu] +3 [Ni] +22 [Mo] +11 [V] ≦ 30,
5 [C] + [Si] +2 [Mn] +3 [Cr] +2 [Mo] +4 [V] ≦ 7.3,
2.4 ≦ 0.3 [C] +1.1 [Mn] +0.2 [Cu] +0.2 [Ni] +1.2 [Cr] +1.1 [Mo] +0.2 [V] ≦ 3.1 ,
2.5 ≦ [C] + [Si] +4 [Mo] +9 [V],
[C] ≧ [Mo] / 16 + [V] / 3
“Bainitic steel” characterized by satisfying the above requirements is disclosed.

特開2001−107176号公報JP 2001-107176 A 特開2006−37177号公報JP 2006-37177 A 特開2011−236452号公報JP 2011-236451 A

特許文献1で開示された機械構造用鋼は、時効処理前の被削性は良好であるが、具体的な例として開示されている実施例1〜8では、時効後の硬さが325HV未満である。また、高い疲労強度を得るとともに、耐塑性変形性向上から高い0.2%耐力を得るためには、時効処理の前に冷間加工を施さなければならない。   The machine structural steel disclosed in Patent Document 1 has good machinability before aging treatment, but in Examples 1 to 8 disclosed as specific examples, the hardness after aging is less than 325 HV. It is. In addition, in order to obtain high fatigue strength and high 0.2% proof stress from improved plastic deformation resistance, cold working must be performed before aging treatment.

特許文献2で開示された鋼は、0.3〜4.0質量%という多量のMoを含有することが必須の要件となっている。しかし、Moは高価な元素である。したがって、Moの含有量をできるだけ少なくして素材コストを下げたいという産業界の要望に応えることができる技術ではない。   It is an essential requirement for the steel disclosed in Patent Document 2 to contain a large amount of Mo of 0.3 to 4.0% by mass. However, Mo is an expensive element. Therefore, it is not a technology that can meet the demand of the industry to reduce the material cost by reducing the Mo content as much as possible.

特許文献3で開示された鋼は、合金元素の含有量を、特定のパラメータ式を満たすように調整することで、時効処理前(熱間鍛造後)の硬さが300HV以下となっている。しかし、特許文献4に係るベイナイト鋼の具体的な例として開示されている実施例1〜21の鋼の多くは、具体的には、21鋼種のうちの15鋼種は、硬さが290HV以上であり、辛うじて切削加工を行えるものの、量産品の硬さとしては十分に低いとはいえない。また、時効処理前(熱間鍛造後)の硬さが290HVを下回るものについては、時効処理後の硬さが325HV未満であり、高い疲労強度が必要な部品にとっては十分に高い硬さが得られているとはいえない。   The steel disclosed in Patent Document 3 has a hardness before the aging treatment (after hot forging) of 300 HV or less by adjusting the content of the alloy element so as to satisfy a specific parameter formula. However, many of the steels of Examples 1 to 21 disclosed as specific examples of bainite steel according to Patent Document 4 are specifically 15 steel types out of 21 steel types having a hardness of 290 HV or more. Yes, it can barely be cut, but it cannot be said that the hardness of mass-produced products is sufficiently low. Also, for those whose hardness before aging treatment (after hot forging) is less than 290 HV, the hardness after aging treatment is less than 325 HV, and a sufficiently high hardness is obtained for parts that require high fatigue strength. It cannot be said that it is done.

そこで、本発明の目的は、下記の<1>および<2>を満たす時効硬化性鋼を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an age hardenable steel that satisfies the following <1> and <2>.

<1>熱間鍛造後に切削加工を施して所定の形状に加工するに際しては、たとえ熱間鍛造後の冷却速度に差が生じた場合であっても、切削加工前硬さである熱間鍛造後の硬さが十分に低く、被削性に優れること。   <1> When forging into a predetermined shape by performing cutting after hot forging, even if there is a difference in the cooling rate after hot forging, hot forging that is the hardness before cutting The hardness afterwards is sufficiently low and excellent in machinability.

<2>Moの含有量が少なくても、切削加工の後に施される時効処理によって硬化し、機械部品に所望の疲労強度を具備させることができること。   <2> Even if there is little content of Mo, it can be hardened | cured by the aging treatment given after cutting, and a machine part can be made to have desired fatigue strength.

具体的には、本発明の目的は、Moを含有する場合であってもその量は、0.30質量%未満であり、熱間鍛造後に、油冷等の急冷を行わずとも、例えば、大気中での放冷または風冷など0.4〜2℃/秒の平均冷却速度で冷却した状態での硬さ(つまり、時効処理前の硬さ)が290HV以下であり、時効処理後の硬さが325HV以上、かつ後述する疲労強度が390MPa以上となる時効硬化性鋼を提供することである。   Specifically, even if the object of the present invention contains Mo, the amount thereof is less than 0.30% by mass, and without hot quenching such as oil cooling after hot forging, for example, Hardness in a state cooled at an average cooling rate of 0.4 to 2 ° C./second such as air cooling or air cooling (that is, hardness before aging treatment) is 290 HV or less, and after aging treatment It is to provide an age-hardenable steel having a hardness of 325 HV or higher and a fatigue strength described later of 390 MPa or higher.

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

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

(a)時効処理中に析出物を生成させるための元素は、時効処理温度での化合物(2次相)の生成能が強いことに加えて、熱間鍛造中にはマトリックスに固溶した状態で存在するものでなければならない。したがって、析出開始温度があまり高い元素は不適当であり、Vを用いるのがよい。   (A) The element for generating a precipitate during the aging treatment has a strong ability to form a compound (secondary phase) at the aging treatment temperature, and is in a state of being dissolved in a matrix during hot forging. Must exist in Therefore, an element having a very high precipitation start temperature is inappropriate, and V should be used.

(b)Vの場合、高温からの放冷時の炭化物の析出ピークが750〜700℃程度であって、例えば、Nb、Tiなど他の炭化物形成元素と比べて低い。しかも、例えば、0.3質量%のVと0.1質量%のCを含む鋼においては、Vは一旦マトリックス中に固溶すると850℃付近までは析出しないため、熱間鍛造中の析出を抑制することが比較的容易である。   (B) In the case of V, the precipitation peak of carbide during cooling from a high temperature is about 750 to 700 ° C., which is lower than other carbide forming elements such as Nb and Ti, for example. Moreover, for example, in a steel containing 0.3% by mass of V and 0.1% by mass of C, V does not precipitate until around 850 ° C. once dissolved in the matrix. It is relatively easy to suppress.

(c)MoはVと同様に、炭化物の析出温度が比較的低く、時効硬化に活用しやすい元素である。しかし、Moを主体とする析出物により鋼を硬化させるためには、例えば、0.30質量%を超えるような多量のMoを含有させる必要がある。ただし、Vを0.20質量%以上含有した鋼にMoを複合的に含有させれば、0.30質量%未満のMo含有量であっても、Moが時効硬化能の向上に寄与するようになる。   (C) Like V, Mo is an element that has a relatively low carbide precipitation temperature and is easy to use for age hardening. However, in order to harden steel with precipitates mainly composed of Mo, it is necessary to contain a large amount of Mo exceeding 0.30% by mass, for example. However, if Mo is compounded and contained in steel containing 0.20% by mass or more of V, Mo contributes to improvement of age-hardening ability even if the Mo content is less than 0.30% by mass. become.

(d)時効処理前の段階で固溶Vを確保するために必要な事項の一つは、熱間鍛造時の固溶Nを減らすことである。熱間鍛造時に固溶Nが多く存在すると、鍛造中および鍛造後の冷却中に当該固溶NはVと結びついてVNとして析出してしまう。Nは鋼中に不可避的に混入する元素であって、VNが析出を開始する温度はVCよりも高い。例えば、0.2質量%のVと0.015質量%のNを含有する鋼におけるVNの析出開始温度は、公知のVNの溶解度積を用いて計算すると、1150〜1100℃程度である。この温度は一般的な熱間鍛造温度に相当する。したがって、熱間鍛造時の固溶Nを減らすために、Tiを含有させる必要がある。   (D) One of the matters necessary for securing the solid solution V at the stage before the aging treatment is to reduce the solid solution N at the time of hot forging. When a large amount of solute N is present during hot forging, the solute N is combined with V and precipitated as VN during forging and cooling after forging. N is an element inevitably mixed in the steel, and the temperature at which VN starts to precipitate is higher than VC. For example, the precipitation start temperature of VN in steel containing 0.2% by mass of V and 0.015% by mass of N is about 1150 to 1100 ° C. when calculated using a known solubility product of VN. This temperature corresponds to a general hot forging temperature. Therefore, in order to reduce the solute N at the time of hot forging, it is necessary to contain Ti.

(e)時効処理前の段階で固溶Vを確保するために必要な事項のもう一つは、熱間鍛造後の組織の主相(つまり、面積率が70%以上の相)をベイナイトにすることである。上記の面積率とは、後述の方法により、鋼材の断面の二次元写真から同定した相が鋼の組織中で占める割合を意味する。   (E) Another matter necessary for securing the solid solution V in the stage before the aging treatment is to use the main phase of the structure after hot forging (that is, a phase having an area ratio of 70% or more) as bainite. It is to be. The area ratio means the ratio of the phase identified from the two-dimensional photograph of the cross section of the steel material in the steel structure by the method described later.

(f)VCは、オーステナイトがフェライトへ変態する際に相界面で析出しやすい。したがって、熱間鍛造後の冷却中に初析フェライトが多量に生成した場合には、VCが相界面で析出し、固溶Vの量が減少するので、後に行う時効処理中に析出して鋼を所望の硬さである325HV以上に硬化するのに必要な量の固溶Vが確保できなくなる。   (F) VC tends to precipitate at the phase interface when austenite is transformed into ferrite. Therefore, when a large amount of proeutectoid ferrite is generated during cooling after hot forging, VC precipitates at the phase interface and the amount of solute V decreases, so that it precipitates during the aging treatment to be performed later. Thus, it becomes impossible to secure the amount of the solid solution V necessary for curing to a desired hardness of 325 HV or higher.

そこで次に、本発明者らは、0.20質量%以上のVを含む鋼について、鋼の化学組成を種々に変化させて、熱間鍛造後の冷却速度に差が生じた場合でも、組織のベイナイトの面積率が安定して高くなるための条件を調査した。さらに、それらの鋼に時効処理を施した際の時効硬化能を調査した。その結果、下記(g)〜(i)の知見を得た。   Then, next, the present inventors changed the chemical composition of the steel variously with respect to the steel containing 0.20% by mass or more of V, and even when a difference occurs in the cooling rate after hot forging, the structure The conditions for stably increasing the area ratio of bainite were investigated. Furthermore, the age hardening ability when aging treatment was given to those steels was investigated. As a result, the following findings (g) to (i) were obtained.

(g)熱間鍛造後、0.4〜2℃/秒の平均冷却速度で冷却した状態の組織は、C、Mn、Cr、MoおよびBの含有量と密接な相関を有する。すなわち、上記元素の含有量が、後述する焼入れ性の指標を示す(1)式または(1')式で表される値が特定の範囲であれば、固溶Vの確保に有害な初析フェライトの多量の析出が抑制されるとともに、被削性に悪影響を及ぼすマルテンサイトの多量の析出をも抑制できる。このため、容易に、ベイナイトを主相とする組織、特に、面積率で70%以上がベイナイトである組織になり、熱間鍛造後の平均冷却速度が0.4〜2℃/秒の範囲であれば、その範囲内で冷却速度が変化したとしても、硬さは安定して低くなる。   (G) After hot forging, the structure cooled at an average cooling rate of 0.4 to 2 ° C./second has a close correlation with the contents of C, Mn, Cr, Mo and B. In other words, if the content of the above element is within a specific range of the value expressed by the formula (1) or (1 ′), which indicates a hardenability index described later, pre-deposition that is harmful to securing the solid solution V A large amount of ferrite precipitation can be suppressed, and a large amount of martensite precipitation adversely affecting the machinability can also be suppressed. For this reason, it easily becomes a structure having bainite as the main phase, particularly a structure in which 70% or more of the area ratio is bainite, and the average cooling rate after hot forging is in the range of 0.4 to 2 ° C./second. If there is, even if the cooling rate changes within the range, the hardness is stably reduced.

(h)C、Mn、Cr、MoおよびBの含有量が上記(g)で述べた(1)式または(1')式が特定の範囲を満たすだけでは、固溶強化などの作用によって、時効処理前の硬さが高くなるので被削性が低下することがある。   (H) If the contents of C, Mn, Cr, Mo and B satisfy the specific range of the expression (1) or (1 ′) described in the above (g), Since the hardness before the aging treatment is increased, the machinability may be lowered.

(i)一方、C、Si、Mn、Cr、VおよびMoの含有量が、後述する時効処理前の硬さの指標を示す(2)式または(2')式で表される値が特定の範囲であれば、上記時効処理前の硬さを低く保つことができるので、良好な被削性が得られる。   (I) On the other hand, the content of C, Si, Mn, Cr, V and Mo indicates the hardness index before aging treatment, which will be described later, and the value represented by the formula (2) or (2 ′) is specified. Since the hardness before the aging treatment can be kept low, good machinability can be obtained.

そこでさらに、本発明者らは、0.20質量%以上のVを含み、C、Si、Mn、Cr、Mo、VおよびBの含有量が上記の(g)および(i)で述べた条件をともに満たす鋼を熱間鍛造し、種々の冷却速度で冷却した後に時効処理を施し、時効処理後の硬さが325HV以上となる条件を調査した。その結果、下記の(j)〜(l)の知見を得た。   Therefore, the present inventors further include the condition that the content of C, Si, Mn, Cr, Mo, V and B is 0.20% by mass or more and the contents of (g) and (i) described above. The steel satisfying the above conditions was hot forged, cooled at various cooling rates, and then subjected to an aging treatment, and the conditions under which the hardness after the aging treatment was 325 HV or higher were investigated. As a result, the following findings (j) to (l) were obtained.

(j)時効処理後の硬さは、「(イ)時効処理前の硬さ」に、「(ロ)時効処理中の析出強化代」を足し合わせ、さらに「(ハ)時効処理中のマトリックスの焼きなまし代」を差し引いたものである。   (J) Hardness after aging treatment is obtained by adding “(b) Hardness before aging treatment” to “(b) Precipitation strengthening during aging treatment” and “(c) Matrix during aging treatment”. This is the value obtained by subtracting “No annealing fee”.

(k)上記(g)で述べた焼入れ性の指標となる(1)式または(1')式で表される値を特定の範囲とし、(i)で述べた時効処理前の硬さの指標となる(2)式または(2')式で表される値を特定の範囲とすることで、(ハ)の時効処理中のマトリックスの焼きなまし代が大きくならないように抑制しつつ、(イ)の時効処理前の硬さを大きくすることが可能となるが、それだけでは、時効処理後の硬さを325HV以上とすることはできない。   (K) The value represented by the expression (1) or (1 ′), which is an index of the hardenability described in (g) above, is in a specific range, and the hardness before aging treatment described in (i) By setting the value represented by the expression (2) or (2 ') as a specific range within a specific range, while suppressing that the annealing cost of the matrix during the aging treatment of (c) does not increase, ) Can be increased before the aging treatment, but by itself, the hardness after the aging treatment cannot be increased to 325 HV or more.

(l)時効処理後の硬さを325HV以上とするために必要なもう一つの条件は、(ロ)の時効処理中の析出強化代を大きくすることである。このためには、V、Ti、Nb、Moの含有量が後述する時効硬化能の指標を示す(3)式または(3')式で表される条件を満足する必要がある。   (L) Another condition necessary for setting the hardness after the aging treatment to 325 HV or higher is to increase the precipitation strengthening allowance during the aging treatment of (b). For this purpose, the content of V, Ti, Nb, and Mo needs to satisfy the conditions represented by the formula (3) or (3 ′) indicating the age-hardening ability index described later.

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

(1)質量%で、C:0.05〜0.25%、Si:0.05〜0.50%、Mn:1.2〜2.5%、P:0.05%以下、S:0.10%以下、Cr:0.20〜1.5%、Al:0.06%以下、Ti:0.005〜0.20%、V:0.20〜0.60%およびN:0.015%以下を含有し、残部はFeおよび不純物からなり、さらに、下記の、(1)式で表わされるF1が0.83〜1.10、(2)式で表わされるF2が0.72〜0.90、かつ(3)式で表わされるF3が0.33以上である化学組成を有することを特徴とする、時効硬化性鋼。
F1=C+0.3Mn+0.25Cr・・・・・(1)
F2=C+0.1Si+0.2Mn+0.2Cr+0.35V・・・・・(2)
F3=V+Tieff・・・・・(3)
上記の(1)〜(3)式中の元素記号は、その元素の質量%での含有量を意味する。
(3)式中のTieffは、{Ti−(48/14)N}または0のうちの大きい方の値を指す。ただし、上記のTiおよびNは、その元素の質量%での含有量を意味する。
(1) By mass%, C: 0.05 to 0.25%, Si: 0.05 to 0.50%, Mn: 1.2 to 2.5%, P: 0.05% or less, S: 0.10% or less, Cr: 0.20 to 1.5%, Al: 0.06% or less, Ti: 0.005 to 0.20%, V: 0.20 to 0.60%, and N: 0 .15% or less, and the balance is Fe and impurities, F1 represented by the following formula (1) is 0.83 to 1.10, and F2 represented by the formula (2) is 0.72 An age-hardenable steel having a chemical composition of ˜0.90 and F3 represented by the formula (3) of 0.33 or more.
F1 = C + 0.3Mn + 0.25Cr (1)
F2 = C + 0.1Si + 0.2Mn + 0.2Cr + 0.35V (2)
F3 = V + Tieff (3)
The element symbols in the above formulas (1) to (3) mean the content in mass% of the element.
Tieff in the equation (3) indicates {Ti- (48/14) N} or the larger value of 0. However, said Ti and N mean content in the mass% of the element.

(2)質量%で、C:0.05〜0.22%、Si:0.05〜0.50%、Mn:1.2〜2.5%、P:0.05%以下、S:0.10%以下、Cr:0.20〜1.5%、Al:0.06%以下、Ti:0.005〜0.20%、V:0.20〜0.60%およびN:0.015%以下を含有するとともに、下記の〈1〉から〈4〉までのいずれかに属する1種以上の元素を含有し、残部はFeおよび不純物からなり、さらに、下記の、(1')式で表わされるF1’が0.83〜1.10、(2')式で表わされるF2’が0.72〜0.90、かつ(3')式で表わされるF3’が0.33以上である化学組成を有することを特徴とする、時効硬化性鋼。
〈1〉Mo:0.30%未満
〈2〉B:0.005%以下
〈3〉Cu:0.6%以下、Ni:0.6%以下およびNb:0.1%以下ならびに
〈4〉Ca:0.005%以下およびBi:0.4%以下
F1’=C+0.3Mn+0.25Cr+0.6Mo+Beff・・・・・(1')
F2’=C+0.1Si+0.2Mn+0.2Cr+0.35V+0.2Mo・・・・・(2')
F3’=V+Tieff+0.35Mo+0.5Nb・・・・・(3')
上記の(1')〜(3')式中の元素記号は、その元素の質量%での含有量を意味する。
(1')式中のBeffは次の値を指す。
Bの含有量が0.0005%未満の場合:Beff=0、
Bの含有量が0.0005〜0.005%の場合:Beff=0.05。
(3')式中のTieffは、{Ti−(48/14)N}または0のうちの大きい方の値を指す。ただし、上記のTiおよびNは、その元素の質量%での含有量を意味する。
(2) By mass%, C: 0.05 to 0.22 %, Si: 0.05 to 0.50%, Mn: 1.2 to 2.5%, P: 0.05% or less, S: 0.10% or less, Cr: 0.20 to 1.5%, Al: 0.06% or less, Ti: 0.005 to 0.20%, V: 0.20 to 0.60%, and N: 0 0.15% or less and at least one element belonging to any one of <1> to <4> below, the balance being Fe and impurities, and the following (1 ′) F1 ′ represented by the formula is 0.83 to 1.10, F2 ′ represented by the formula (2 ′) is 0.72 to 0.90, and F3 ′ represented by the formula (3 ′) is 0.33 or more. Age-hardenable steel, characterized by having a chemical composition of
<1> Mo: Less than 0.30% <2> B: 0.005% or less <3> Cu: 0.6% or less, Ni: 0.6% or less and Nb: 0.1% or less and <4> Ca: 0.005% or less and Bi: 0.4% or less F1 ′ = C + 0.3Mn + 0.25Cr + 0.6Mo + Beff (1 ′)
F2 ′ = C + 0.1Si + 0.2Mn + 0.2Cr + 0.35V + 0.2Mo (2 ′)
F3 ′ = V + Tieff + 0.35Mo + 0.5Nb (3 ′)
The element symbols in the above formulas (1 ′) to (3 ′) mean the content in mass% of the element.
Beff in the equation (1 ′) indicates the following value.
When the content of B is less than 0.0005%: Beff = 0,
When the content of B is 0.0005 to 0.005%: Beff = 0.05.
Tieff in the expression (3 ′) indicates a larger value of {Ti− (48/14) N} or 0. However, said Ti and N mean content in the mass% of the element.

(3)機械部品の製造方法であって、上記(1)または(2)に記載の時効硬化性鋼を、1000℃以上、または該鋼におけるTieffが{Ti−(48/14)N}の場合には1000℃もしくは下記の(4)式で求められるT℃のうちのいずれか高い方の温度以上で加熱し、仕上げ温度が900℃以上である熱間鍛造を施し、その後0.4〜2℃/秒の平均冷却速度で少なくとも500℃まで冷却し、さらに、切削加工を施した後に560〜700℃の温度で時効処理を施すことを特徴とする、機械部品の製造方法。
T=[−10475/{log(Tieff×C)−5.33}]−273・・・・・(4)
上記の(4)式中のCは質量%でのCの含有量を意味する。
(3) A method for manufacturing a machine component, wherein the age-hardenable steel according to (1) or (2) is 1000 ° C. or higher, or the Tieff in the steel is {Ti- (48/14) N}. In this case, heat is applied at a temperature not lower than 1000 ° C. or T ° C. determined by the following formula (4), which is higher, and a hot forging with a finishing temperature of 900 ° C. or higher is applied. A method for producing a machine part, comprising cooling to at least 500 ° C. at an average cooling rate of 2 ° C./second, and further performing aging treatment at a temperature of 560 to 700 ° C. after cutting.
T = [− 10475 / {log (Tieff × C) −5.33}] − 273 (4)
C in said (4) Formula means content of C in the mass%.

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

熱間鍛造の「仕上げ温度」は、熱間鍛造で所定の形状に成形した際の被処理材の表面の温度を指す。同様に、熱間鍛造後に0.4〜2℃/秒の平均冷却速度で冷却する温度も被処理材の表面の温度を指す。   The “finishing temperature” of hot forging refers to the temperature of the surface of the material to be processed when it is formed into a predetermined shape by hot forging. Similarly, the temperature at which cooling is performed at an average cooling rate of 0.4 to 2 ° C./second after hot forging also refers to the temperature of the surface of the workpiece.

熱間鍛造後の500℃までの「平均冷却速度」は、上記熱間鍛造の仕上げ温度と500℃との温度差を、熱間鍛造後500℃まで冷却するのに要した時間で除したものを指す。   “Average cooling rate” up to 500 ° C. after hot forging is obtained by dividing the temperature difference between the hot forging finishing temperature and 500 ° C. by the time required for cooling to 500 ° C. after hot forging. Point to.

本発明の時効硬化性鋼は、自動車、産業機械、建設機械などの機械部品の素材として使用することができる。また、本発明の鋼を使用して本発明の方法によって機械部品を製造すれば、熱間鍛造と切削加工を施して所定の形状に加工するに際しては、切削加工前硬さである熱間鍛造後の硬さが低く被削性に優れ、しかも、切削加工の後に施される時効処理によって325HV以上に硬化し、390MPa以上という所望の疲労強度を有する機械部品が得られる。   The age-hardening steel of the present invention can be used as a material for machine parts such as automobiles, industrial machines, and construction machines. In addition, when a machine part is manufactured by the method of the present invention using the steel of the present invention, hot forging that is the hardness before cutting is performed when hot forging and cutting are performed to obtain a predetermined shape. A machine part having a desired fatigue strength of 390 MPa or more is obtained by being hardened to 325 HV or more by aging treatment performed after cutting and having low hardness afterwards and excellent in machinability.

実施例で用いた一軸の引張圧縮型の疲労試験片の形状を示す図である。図中の数値は寸法(単位:mm)を示す。It is a figure which shows the shape of the uniaxial tension compression type fatigue test piece used in the Example. The numerical value in a figure shows a dimension (unit: mm).

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

(A)化学組成:
C:0.05〜0.25%
Cは、Vと結合して炭化物を形成し、鋼を強化する。しかしながら、Cの含有量が0.05%未満では、VCの析出駆動力が小さくなってVCが析出し難くなるため、所望の強化効果が得られない。一方、Cの含有量が0.25%を超えると、Vと結合しないCがFeと炭化物を形成し、時効処理前の組織を強化してしまう。また、オーステナイトからベイナイトへの変態の途中にオーステナイト中に濃化するC濃度も高くなり、変態後の組織に部分的にマルテンサイトが混入するようにもなる。このように、CがFeと炭化物を形成したり、部分的にマルテンサイトが混入するようになると、被削性が低下する。したがって、Cの含有量を0.05〜0.25%とした。Cの含有量は0.07%以上とすることが好ましい。一方、Cの含有量は0.22%以下とすることが好ましく、0.20%未満とすることが一層好ましい。
(A) Chemical composition:
C: 0.05-0.25%
C combines with V to form carbides and strengthens the steel. However, if the C content is less than 0.05%, the VC deposition driving force becomes small and VC becomes difficult to precipitate, so the desired strengthening effect cannot be obtained. On the other hand, when the content of C exceeds 0.25%, C that does not bond with V forms a carbide with Fe and strengthens the structure before aging treatment. Further, the C concentration concentrated in the austenite during the transformation from austenite to bainite also increases, and martensite is partially mixed into the structure after transformation. As described above, when C forms a carbide with Fe or martensite is partially mixed, the machinability deteriorates. Therefore, the content of C is set to 0.05 to 0.25%. The C content is preferably 0.07% or more. On the other hand, the C content is preferably 0.22% or less, and more preferably less than 0.20%.

Si:0.05〜0.50%
Siは、製鋼時の脱酸元素として有用であると同時に、マトリックスに固溶して鋼の強度を向上させる作用を有する。これらの効果を十分に得るためには、Siは0.05%以上の含有量とする必要がある。しかしながら、Siの含有量が過剰になると、鋼の熱間加工性および被削性の低下を招き、特に、その含有量が0.50%を超えると、鋼の熱間加工性および被削性の低下が著しくなる。さらに、Siは初析フェライトの生成を促進するため、安定的にベイナイトを得るためには、過剰に含有することは好ましくない。したがって、Siの含有量を0.05〜0.50%とした。Siの含有量は0.08%以上とすることが好ましい。一方、Siの含有量は0.35%以下とすることが好ましく、0.30%未満とすることが一層好ましい。
Si: 0.05 to 0.50%
Si is useful as a deoxidizing element at the time of steel making, and at the same time, has an action of improving the strength of the steel by dissolving in a matrix. In order to sufficiently obtain these effects, Si needs to be contained in an amount of 0.05% or more. However, when the Si content is excessive, the hot workability and machinability of the steel are deteriorated. In particular, when the content exceeds 0.50%, the hot workability and machinability of the steel are caused. The reduction of the becomes remarkable. Further, since Si promotes the formation of proeutectoid ferrite, it is not preferable to contain it excessively in order to stably obtain bainite. Therefore, the Si content is set to 0.05 to 0.50%. The Si content is preferably 0.08% or more. On the other hand, the Si content is preferably 0.35% or less, and more preferably less than 0.30%.

Mn:1.2〜2.5%
Mnは、焼入れ性を向上させ、組織の主相をベイナイトにする効果を持つ。熱間鍛造後の冷却速度によらず、硬さを一定範囲内とするためには、冷却速度が遅くなった場合でも初析フェライトの生成量をできるだけ少なくする必要があり、そのためには十分な量のMnを含有させなければならない。また、Mnは、鋼中でMnSを形成して被削性を向上させる作用を有する。これらの効果を十分に得るためには、Mnは少なくとも1.2%の含有量とする必要がある。しかしながら、Mnの含有量が2.5%を超えると、焼入れ性が過剰になって、マルテンサイトが生成するようになる。さらに、Mnは鋼の凝固時に偏析しやすい元素であるため、含有量が多くなって、特に2.5%を超えると、熱間鍛造後の部品内の硬さのバラツキが大きくなることを避けられない。したがって、Mnの含有量を1.2〜2.5%とした。Mnの含有量は1.3%以上とすることが好ましく、1.5%以上とすることが一層好ましい。一方、Mnの含有量は2.3%以下とすることが好ましい。
Mn: 1.2 to 2.5%
Mn has the effect of improving hardenability and making the main phase of the structure bainite. Regardless of the cooling rate after hot forging, in order to keep the hardness within a certain range, it is necessary to reduce the amount of pro-eutectoid ferrite as much as possible even when the cooling rate is slow. An amount of Mn must be included. Moreover, Mn has the effect | action which forms MnS in steel and improves machinability. In order to obtain these effects sufficiently, the Mn content needs to be at least 1.2%. However, if the Mn content exceeds 2.5%, the hardenability becomes excessive and martensite is generated. Furthermore, since Mn is an element that easily segregates during solidification of steel, its content increases, especially when it exceeds 2.5%, avoids an increase in hardness variation in parts after hot forging. I can't. Therefore, the Mn content is set to 1.2 to 2.5%. The Mn content is preferably 1.3% or more, and more preferably 1.5% or more. On the other hand, the Mn content is preferably 2.3% or less.

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

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

Cr:0.20〜1.5%
Crは、焼入れ性を高め、組織の主相をベイナイトにする効果を持つ。熱間鍛造される部品の形状や大きさによらず、硬さを一定範囲内とするためには、冷却速度が遅くなった場合でも初析フェライトの生成量をできるだけ少なくする必要があり、そのためには十分な量のCrを含有させなければならない。なお、焼入れ性を高める効果を持つこと自体は、CrとMnとでほぼ同じであるが、Mnのみを含有させて焼入れ性を高めた場合は、Mnの偏析のために、部品の部位ごとの硬さのバラツキが大きくなる可能性がある。そのため、焼入れ性を担う元素としては上述した量のMnに加えて、0.20%以上のCrも含有させる必要がある。しかしながら、Crの含有量が1.5%を超えると、焼入れ性が過剰になって、マルテンサイトの生成を招き、被削性が劣化する。したがって、Crの含有量を0.20〜1.5%とした。Crの含有量は0.25%以上とすることが好ましく、0.30%以上とすることが一層好ましい。Crの含有量は1.3%以下とすることが好ましく、1.0%未満とすることが一層好ましい。
Cr: 0.20 to 1.5%
Cr has the effect of increasing hardenability and making the main phase of the structure bainite. Regardless of the shape and size of hot-forged parts, in order to keep the hardness within a certain range, it is necessary to reduce the amount of pro-eutectoid ferrite as much as possible even when the cooling rate is slow. Must contain a sufficient amount of Cr. In addition, having the effect of improving hardenability itself is substantially the same between Cr and Mn. However, when only Mn is included and the hardenability is increased, the segregation of Mn causes each part part. Hardness variation may increase. Therefore, it is necessary to contain 0.20% or more of Cr in addition to the above-mentioned amount of Mn as an element responsible for hardenability. However, if the Cr content exceeds 1.5%, the hardenability becomes excessive, resulting in the formation of martensite and the machinability deteriorates. Therefore, the content of Cr is set to 0.20 to 1.5%. The Cr content is preferably 0.25% or more, and more preferably 0.30% or more. The Cr content is preferably 1.3% or less, and more preferably less than 1.0%.

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

Ti:0.005〜0.20%
Tiは、TiNとしてNを固定することによって、熱間鍛造中および鍛造後の冷却中におけるVNの析出を抑制する。VNとして析出したVは時効硬化に寄与しなくなるため、VNの析出を抑制することは、時効硬化能の増大に寄与する。この効果を十分に得るためには、Tiは0.005%以上の含有量とする必要がある。また、固溶状態のTiは、時効処理によりVと複合的に析出するので、硬さを上昇させる効果がある。なお、後述する量のNを固定するために使われる以上のTiを含有させることによって、上記の効果を安定して得ることができる。しかし、Tiの含有量が0.20%よりも多くなると、鍛造時の加熱中においても粗大なTiCが析出し、靱性を低下させてしまう。したがって、Tiの含有量を0.005〜0.20%とした。Tiの含有量は0.15%以下とすることが好ましい。一方、Tiの含有量は0.010%以上とすることが好ましく、0.020%以上とすることが一層好ましい。
Ti: 0.005 to 0.20%
Ti suppresses precipitation of VN during hot forging and during cooling after forging by fixing N as TiN. Since V precipitated as VN does not contribute to age hardening, suppressing the precipitation of VN contributes to an increase in age hardening ability. In order to sufficiently obtain this effect, Ti needs to have a content of 0.005% or more. Moreover, since Ti in a solid solution state is combined with V by aging treatment, it has an effect of increasing hardness. In addition, said effect can be stably acquired by containing more Ti used for fixing the quantity of N mentioned later. However, if the Ti content is more than 0.20%, coarse TiC precipitates even during heating during forging, thereby reducing toughness. Therefore, the content of Ti is set to 0.005 to 0.20%. The Ti content is preferably 0.15% or less. On the other hand, the Ti content is preferably 0.010% or more, and more preferably 0.020% or more.

V:0.20〜0.60%
Vは、本発明の鋼における最も重要な元素である。Vは、時効処理の際にCと結合して微細なVCを形成することで、強度を高める作用がある。また、Vには、時効処理によって、Mo、NbおよびTiと複合して析出し、時効硬化能を一層高める効果もある。これらの効果を十分に得るためには、Vは0.20%以上の含有量とする必要がある。しかしながら、Vの含有量が過剰になると、熱間鍛造時の加熱においても未固溶の炭窒化物が残りやすくなって靱性の低下を招き、特に、その含有量が0.60%を超えると、靱性の低下が著しくなる。しかも、Vの含有量が0.60%を超えると、被削性も著しく低下する。したがって、Vの含有量を0.20〜0.60%とした。被削性を重視する場合のVの含有量は、0.55%以下とすることが好ましく、0.50%以下とすることが一層好ましい。一方、強度を重視する場合のVの含有量は、0.22%以上とすることが好ましく、0.25%以上とすることが一層好ましい。
V: 0.20-0.60%
V is the most important element in the steel of the present invention. V has the effect of increasing strength by being combined with C to form fine VC during aging treatment. V also has the effect of further aging hardening ability by being combined with Mo, Nb and Ti by aging treatment. In order to sufficiently obtain these effects, V needs to be 0.20% or more. However, when the content of V is excessive, undissolved carbonitride tends to remain even during heating during hot forging, leading to a decrease in toughness. In particular, when the content exceeds 0.60%. , The toughness is significantly reduced. Moreover, if the V content exceeds 0.60%, the machinability is also significantly reduced. Therefore, the content of V is set to 0.20 to 0.60%. When importance is attached to machinability, the V content is preferably 0.55% or less, and more preferably 0.50% or less. On the other hand, the V content when strength is important is preferably 0.22% or more, and more preferably 0.25% or more.

N:0.015%以下
Nは、本発明鋼においてはVをVNとして固定してしまうため、好ましくない元素である。すなわち、VNとして析出したVは時効硬化に寄与しなくなるため、VNの析出を抑制するために、Nの含有量は低くしなければならない。その含有量が多くなりすぎると、Nを固定するためにTiの含有量を増やす必要があるが、それに伴って生成されるTiNは粗大になって靱性を低下させる。したがって、上限を設け、Nの含有量を0.015%以下とした。Nの含有量は0.012%以下とすることが好ましく、0.010%未満とすることが一層好ましい。
N: 0.015% or less N is an undesirable element because V is fixed as VN in the steel of the present invention. That is, V precipitated as VN does not contribute to age hardening, so the content of N must be lowered in order to suppress the precipitation of VN. When the content is excessively large, it is necessary to increase the content of Ti in order to fix N. However, TiN produced in association with it becomes coarse and lowers toughness. Therefore, an upper limit is set and the N content is set to 0.015% or less. The N content is preferably 0.012% or less, and more preferably less than 0.010%.

本発明の時効硬化性鋼の一つは、上述のCからNまでの元素を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、さらに、前記の、(1)式で表わされるF1が0.83〜1.10、(2)式で表わされるF2が0.72〜0.90、かつ(3)式で表わされるF3が0.33以上である化学組成を有する鋼である。   One of the age-hardening steels of the present invention contains the elements from C to N described above, the balance is Fe and impurities, and F1 represented by the above formula (1) is 0.83 to 0.83. 1.10, a steel having a chemical composition in which F2 represented by formula (2) is 0.72 to 0.90 and F3 represented by formula (3) is 0.33 or more.

なお、不純物とは、鉄鋼材料を工業的に製造する際に原料の鉱石、スクラップ、耐火物などから、あるいは製造環境から混入するものを指す。   In addition, an impurity refers to what mixes from raw materials ore, scrap, refractory, etc. or from a manufacturing environment when manufacturing steel materials industrially.

F1〜F3については、F1’〜F3’とともに後述する。   F1 to F3 will be described later together with F1 ′ to F3 ′.

本発明の時効硬化性鋼の他の一つは、上述のCからNまでの元素を含有するとともに、前記の〈1〉から〈4〉までのいずれかに属する1種以上の元素を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、さらに、前記の、(1')式で表わされるF1’が0.83〜1.10、(2')式で表わされるF2’が0.72〜0.90、かつ(3')式で表わされるF3’が0.33以上である化学組成を有する鋼である。   Another one of the age-hardening steels of the present invention contains the above-described elements C to N and one or more elements belonging to any one of the above <1> to <4>. The balance consists of Fe and impurities, and F1 ′ represented by the formula (1 ′) is 0.83 to 1.10, and F2 ′ represented by the formula (2 ′) is 0.72 to 0. 90 and steel having a chemical composition in which F3 ′ represented by the formula (3 ′) is 0.33 or more.

以下、〈1〉〜〈4〉のそれぞれに属する任意元素の作用効果と、含有量の限定理由について説明する。   Hereinafter, the effect of the arbitrary element belonging to each of <1> to <4> and the reason for limiting the content will be described.

〈1〉Mo:0.30%未満
Moは、焼入れ性を高め、熱間鍛造後の組織の主相をベイナイトとするとともに、その面積率を大きくする作用を有する。Moは、0.20%以上のVを含有する鋼において、Vと複合的に炭化物を形成して、時効硬化能を大きくする作用も有する。このため、必要に応じてMoを含有させてもよい。しかしながら、Moは非常に高価な元素であるため、含有量が多くなると鋼の製造コストが増大してしまう。したがって、含有させる場合のMoの量を0.30%未満とした。含有させる場合のMoの量は0.25%以下とすることが好ましい。
<1> Mo: Less than 0.30% Mo has an effect of increasing hardenability, increasing the area ratio of bainite as the main phase of the structure after hot forging. Mo has a function of increasing age-hardening ability by forming carbide in a composite with V in steel containing 0.20% or more of V. For this reason, you may contain Mo as needed. However, since Mo is a very expensive element, if the content increases, the manufacturing cost of steel increases. Therefore, the amount of Mo in the case of inclusion is set to less than 0.30%. When Mo is contained, the amount of Mo is preferably 0.25% or less.

一方、前記したMoの効果を安定して得るためには、含有させる場合のMoの量は、0.05%以上とすることが望ましく、0.10%以上とすることが一層望ましい。   On the other hand, in order to stably obtain the effect of Mo described above, the amount of Mo in the case of inclusion is preferably 0.05% or more, and more preferably 0.10% or more.

〈2〉B:0.005%以下
Bは、本発明鋼の焼入れ性を高め、熱間鍛造後の組織の主相となるベイナイトの面積率を大きくする作用を有する。このため、必要に応じてBを含有させてもよい。しかしながら、Bの含有量が0.005%を超えると上記の効果は飽和する。したがって、含有させる場合のBの量を0.005%以下とした。含有させる場合のBの量は0.003%以下とすることが好ましい。
<2> B: 0.005% or less B has an effect of increasing the hardenability of the steel of the present invention and increasing the area ratio of bainite which is the main phase of the structure after hot forging. For this reason, you may contain B as needed. However, when the B content exceeds 0.005%, the above effect is saturated. Therefore, the amount of B when contained is set to 0.005% or less. When B is contained, the amount of B is preferably 0.003% or less.

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

〈3〉Cu:0.6%以下、Ni:0.6%以下およびNb:0.1%以下
Cu、NiおよびNbは、いずれも、疲労強度を高める作用を有する。このため、より大きな疲労強度を得たい場合には、これらの元素を以下に述べる範囲で含有させてもよい。
<3> Cu: 0.6% or less, Ni: 0.6% or less, and Nb: 0.1% or less Cu, Ni, and Nb all have an effect of increasing fatigue strength. For this reason, when it is desired to obtain a greater fatigue strength, these elements may be contained within the range described below.

Cu:0.6%以下
Cuは、疲労強度を向上させる作用を有する。このため、必要に応じてCuを含有させてもよい。しかしながら、Cuの含有量が0.6%を超えると、熱間加工性が低下する。したがって、含有させる場合のCuの量を0.6%以下とした。含有させる場合のCuの量は0.5%以下とすることが好ましい。
Cu: 0.6% or less Cu has an effect of improving fatigue strength. For this reason, you may contain Cu as needed. However, when the Cu content exceeds 0.6%, the hot workability decreases. Therefore, the amount of Cu in the case of inclusion is set to 0.6% or less. When Cu is contained, the amount of Cu is preferably 0.5% or less.

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

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

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

Nb:0.1%以下
Nbは、Vと複合的に炭化物を形成することで、鋼の時効硬化能を向上させて疲労強度を向上させる作用を有する。このため、必要に応じてNbを含有させてもよい。しかしながら、Nbの含有量が0.1%を超えると、鍛造時の加熱中に粗大なNb炭窒化物が生成し、靱性を劣化させる。したがって、含有させる場合のNbの量を0.1%以下とした。含有させる場合のNbの量は0.05%以下とすることが好ましく、0.03%以下とすることが一層好ましい。
Nb: 0.1% or less Nb has the effect of improving the age-hardening ability of steel and improving the fatigue strength by forming carbides in combination with V. For this reason, you may contain Nb as needed. However, if the Nb content exceeds 0.1%, coarse Nb carbonitrides are generated during heating during forging, and the toughness is deteriorated. Therefore, the amount of Nb in the case of inclusion is set to 0.1% or less. When Nb is contained, the amount is preferably 0.05% or less, and more preferably 0.03% or less.

一方、前記したNbの効果を安定して得るためには、含有させる場合のNbの量は、0.005%以上とすることが望ましい。   On the other hand, in order to stably obtain the above-described effect of Nb, the amount of Nb when contained is preferably 0.005% or more.

上記のCu、NiおよびNbは、そのうちのいずれか1種のみ、または、2種以上の複合で含有させることができる。含有させる場合の上記元素の合計含有量は、Cu、NiおよびNbの含有量がそれぞれの上限値である場合の1.3%であってもよいが、1.0%以下とすることが好ましく、0.6%とすることが一層好ましい。   Said Cu, Ni, and Nb can be contained only in one of them, or 2 or more types of composites. The total content of the above elements in the case of inclusion may be 1.3% in the case where the contents of Cu, Ni and Nb are the respective upper limit values, but is preferably 1.0% or less. More preferably, the content is 0.6%.

〈4〉Ca:0.005%以下およびBi:0.4%以下
CaおよびBiは、いずれも、被削性を高める作用を有する。このため、より良好な被削性を得たい場合には、これらの元素を以下に述べる範囲で含有させてもよい。
<4> Ca: 0.005% or less and Bi: 0.4% or less Both Ca and Bi have an effect of improving machinability. For this reason, when it is desired to obtain better machinability, these elements may be contained within the range described below.

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

一方、前記したCaの被削性向上効果を安定して得るためには、含有させる場合のCaの量は、0.0005%以上とすることが望ましい。   On the other hand, in order to stably obtain the above-described effect of improving the machinability of Ca, the amount of Ca in the case of inclusion is preferably 0.0005% or more.

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

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

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

F1またはF1’:0.83〜1.10
本発明の時効硬化性鋼は、前記MoからBiまでの任意元素を含まない場合には、
F1=C+0.3Mn+0.25Cr・・・・・(1)
で表されるF1が、前記MoからBiまでの任意元素を1種以上含む場合には、
F1’=C+0.3Mn+0.25Cr+0.6Mo+Beff・・・・・(1')
で表されるF1’が、それぞれ、0.83〜1.10でなければならない。
F1 or F1 ′: 0.83 to 1.10
When the age-hardenable steel of the present invention does not contain any element from Mo to Bi,
F1 = C + 0.3Mn + 0.25Cr (1)
When F1 represented by the formula contains one or more optional elements from Mo to Bi,
F1 ′ = C + 0.3Mn + 0.25Cr + 0.6Mo + Beff (1 ′)
F1 ′ represented by the following must be 0.83 to 1.10.

既に述べたとおり、上記の(1)式および(1')式中の元素記号は、その元素の質量%での含有量を意味する。(1')式中のBeffは、Bの含有量が0.0005%未満の場合、「Beff=0」で、一方、Bの含有量が0.0005〜0.005%の場合、「Beff=0.05」である。   As already stated, the element symbols in the above formulas (1) and (1 ′) mean the content of the element in mass%. Beff in the formula (1 ′) is “Beff = 0” when the B content is less than 0.0005%, while “Beff” when the B content is 0.0005 to 0.005%. = 0.05 ".

F1とF1’は、焼入れ性に対する指標であって、上記の条件を満たせば、熱間鍛造後の組織がベイナイト主体のものになり、かつ、熱間鍛造後の冷却速度が0.4〜2℃/秒の範囲で変化したとしても、硬さに及ぼす影響が小さくなる。   F1 and F1 ′ are indices for hardenability, and if the above conditions are satisfied, the structure after hot forging becomes bainite-based, and the cooling rate after hot forging is 0.4-2. Even if it changes in the range of ° C./second, the effect on the hardness is reduced.

F1またはF1’が0.83未満の場合、熱間鍛造後の冷却速度が比較的遅い場所では、組織にフェライトが混入し、時効処理前の硬さが上昇するとともに、時効硬化能が小さくなる。一方、F1またはF1’が1.10を超えると、熱間鍛造後の冷却速度が比較的速い場所では組織にマルテンサイトが混入するため、被削性が劣化する。   When F1 or F1 ′ is less than 0.83, in a place where the cooling rate after hot forging is relatively slow, ferrite is mixed in the structure, the hardness before aging treatment is increased, and the age hardening ability is reduced. . On the other hand, if F1 or F1 'exceeds 1.10, martensite is mixed in the structure at a place where the cooling rate after hot forging is relatively fast, so that machinability deteriorates.

F1とF1’は、0.84以上であることが好ましく、0.85以上であることが一層好ましい。一方、F1とF1’は、1.05以下であることが好ましく、1.00以下であることが一層好ましい。   F1 and F1 'are preferably 0.84 or more, and more preferably 0.85 or more. On the other hand, F1 and F1 'are preferably 1.05 or less, and more preferably 1.00 or less.

F2またはF2’:0.72〜0.90
本発明の時効硬化性鋼は、前記MoからBiまでの任意元素を含まない場合には、
F2=C+0.1Si+0.2Mn+0.2Cr+0.35V・・・・・(2)
で表されるF2が、前記MoからBiまでの任意元素を1種以上含む場合には、
F2’=C+0.1Si+0.2Mn+0.2Cr+0.35V+0.2Mo・・・・・(2')
で表されるF2’が、それぞれ、0.72〜0.90でなければならない。
F2 or F2 ′: 0.72 to 0.90
When the age-hardenable steel of the present invention does not contain any element from Mo to Bi,
F2 = C + 0.1Si + 0.2Mn + 0.2Cr + 0.35V (2)
In the case where F2 represented by the formula contains one or more optional elements from Mo to Bi,
F2 ′ = C + 0.1Si + 0.2Mn + 0.2Cr + 0.35V + 0.2Mo (2 ′)
F2 ′ represented by the formula (1) must be 0.72 to 0.90, respectively.

既に述べたとおり、上記の(2)式および(2')式中の元素記号は、その元素の質量%での含有量を意味する。   As already stated, the element symbols in the above formulas (2) and (2 ′) mean the content of the element in mass%.

F2とF2’は、時効処理前の硬さを示す指標である。本発明の時効硬化性鋼が、上記のF1またはF1’の条件を満たすだけでは、時効処理前の硬さが低すぎて、時効処理を施しても高強度化が困難になる場合、または時効処理前の硬さが高くなりすぎて、良好な被削性が確保できなくなる場合がある。   F2 and F2 'are indices indicating the hardness before aging treatment. If the age-hardenable steel of the present invention merely satisfies the above-mentioned conditions of F1 or F1 ′, the hardness before aging treatment is too low, and it is difficult to increase the strength even after aging treatment, or aging In some cases, the hardness before treatment becomes too high, and good machinability cannot be secured.

すなわち、本発明の時効硬化性鋼が、上記のF1またはF1’の条件を満たしても、F2またはF2’が0.72未満であれば、熱間鍛造後の硬さが低くなりすぎるため、組織をベイナイトとして、十分な時効硬化能を与えた場合においても、時効処理後の硬さを325HV以上にすることが困難となる。一方、F2またはF2’が0.90を超えると、たとえF1またはF1’が上記の条件を満たして、組織にマルテンサイトが混入するのが抑制されても、ベイナイト組織の硬さが高くなりすぎるため、被削性が劣化する。   That is, even if the age-hardenable steel of the present invention satisfies the above F1 or F1 ′ conditions, if F2 or F2 ′ is less than 0.72, the hardness after hot forging becomes too low, Even when the structure is bainite and sufficient age-hardening ability is imparted, it is difficult to increase the hardness after aging treatment to 325 HV or higher. On the other hand, if F2 or F2 ′ exceeds 0.90, the hardness of the bainite structure becomes too high even if F1 or F1 ′ satisfies the above-described conditions and martensite is suppressed from being mixed into the structure. Therefore, machinability deteriorates.

しかしながら、本発明の時効硬化性鋼が、F1が0.83〜1.10を満たした上で、F2が0.72〜0.90を満たせば、または、F1’が0.83〜1.10を満たした上で、F2’が0.72〜0.90を満たせば、時効処理前の硬さは冷却速度が0.4〜2℃/秒の範囲で差が生じても、260〜290HVの範囲になるため、被削性が劣化することがなく、時効処理後の高強度化が困難になることもない。   However, if the age-hardenable steel of the present invention satisfies F1 of 0.83 to 1.10 and F2 of 0.72 to 0.90, or F1 ′ of 0.83 to 1.10. If F2 ′ satisfies 0.72 to 0.90 after satisfying 10, the hardness before aging treatment is 260 to 260 ° C. even if a difference occurs in the cooling rate range of 0.4 to 2 ° C./second. Since it is in the range of 290 HV, machinability does not deteriorate, and it is not difficult to increase the strength after aging treatment.

F2とF2’は、0.73以上であることが好ましく、0.74以上であることが一層好ましい。一方、F2とF2’は、0.88以下であることが好ましく、0.86以下であることが一層好ましい。   F2 and F2 'are preferably 0.73 or more, and more preferably 0.74 or more. On the other hand, F2 and F2 'are preferably 0.88 or less, and more preferably 0.86 or less.

F3またはF3’:0.33以上
本発明の時効硬化性鋼は、前記MoからBiまでの任意元素を含まない場合には、
F3=V+Tieff・・・・・(3)
で表されるF3が、前記MoからBiまでの任意元素を1種以上含む場合には、
F3’=V+Tieff+0.35Mo+0.5Nb・・・・・(3')
で表されるF3’が、それぞれ、0.33以上でなければならない。
F3 or F3 ′: 0.33 or more The age-hardenable steel of the present invention does not contain any element from Mo to Bi.
F3 = V + Tieff (3)
When F3 represented by the formula contains one or more optional elements from Mo to Bi,
F3 ′ = V + Tieff + 0.35Mo + 0.5Nb (3 ′)
Each of F3 ′ expressed by the following must be 0.33 or more.

既に述べたとおり、上記の(3)式および(3')式中の元素記号は、その元素の質量%での含有量を意味する。また、Tieffは、{Ti−(48/14)N}または0のうちの大きい方の値を指す。ただし、上記のTiおよびNは、その元素の質量%での含有量を意味する。   As already described, the element symbols in the above formulas (3) and (3 ′) mean the content of the element in mass%. Further, Tieff indicates a larger value of {Ti− (48/14) N} or 0. However, said Ti and N mean content in the mass% of the element.

上記のTieffは、具体的には、時効処理直前での固溶Ti量、つまり、炭化物を時効析出するのに活用可能なTi量(以下、「有効Ti量」という。)を意味し、全Ti量からNによって固定されるTiの量を差し引いた値である。TiNは溶解度が非常に小さく、一度析出したTiNは、通常の溶体化処理温度では再固溶させることはできない。そのため、炭化物を時効析出するのに活用可能なTi量は、全Ti量から、TiNとして固定される量を引いた量となる。なお、TiCも溶解温度が高いため、Tieffが0よりも大きくなる場合、つまりTieffが{Ti−(48/14)N}の場合は、熱間鍛造時の加熱条件によっては、加熱中にTiCが析出してしまう場合がある。しかしながら、Tieffが0よりも大きくなる場合は、熱間鍛造時の加熱条件を、例えば、1000℃または後述の(4)式で求められるT℃のうちのいずれか高い方の温度以上を満足するように制御することによって、TiCの析出を抑制することができる。したがって、有効Ti量に及ぼすC含有量の影響は無視してもよい。   The above Tieff specifically means the amount of solid solution Ti immediately before the aging treatment, that is, the amount of Ti that can be utilized for aging precipitation of carbides (hereinafter referred to as “effective Ti amount”). This is a value obtained by subtracting the amount of Ti fixed by N from the amount of Ti. TiN has a very low solubility, and once precipitated TiN cannot be re-dissolved at a normal solution treatment temperature. Therefore, the amount of Ti that can be used to age precipitate carbide is an amount obtained by subtracting the amount fixed as TiN from the total amount of Ti. Note that since TiC also has a high melting temperature, if Tieff is greater than 0, that is, if Tieff is {Ti- (48/14) N}, depending on the heating conditions during hot forging, TiC may be heated during heating. May precipitate. However, when Tieff is greater than 0, the heating condition during hot forging satisfies, for example, 1000 ° C. or T ° C. determined by the formula (4) described later, whichever is higher. By controlling in this way, precipitation of TiC can be suppressed. Therefore, the influence of the C content on the effective Ti amount may be ignored.

F3とF3’は、時効硬化能、すなわち時効処理による硬さの増加代を示す指標である。   F3 and F3 'are indexes indicating age hardening ability, that is, an increase in hardness due to aging treatment.

F1とF2が上述した条件を満たした上でF3が、またはF1’とF2’が上述した条件を満たした上でF3’が、0.33以上であれば、時効処理による硬さの増加代が大きくなり、時効処理前の硬さが290HV以下であっても、時効処理後の硬さを325HV以上とすることができる。   If F3 and F2 satisfy the above-mentioned conditions and F3, or F1 ′ and F2 ′ satisfy the above-mentioned conditions and F3 ′ is 0.33 or more, the increase in hardness due to aging treatment Even if the hardness before aging treatment is 290 HV or less, the hardness after aging treatment can be 325 HV or more.

しかしながら、たとえ、上記のF1またはF1’の条件と、F2またはF2’の条件とを満たしても、F3またはF3’が0.33未満であれば、時効硬化能が小さくなる。このため、特に時効処理前の硬さが290HV以下である部品を時効処理した場合の時効処理後の硬さが、325HV以上になることはない。   However, even if the above F1 or F1 'condition and F2 or F2' condition are satisfied, the age-hardening ability becomes small if F3 or F3 'is less than 0.33. For this reason, especially the hardness after an aging treatment at the time of carrying out the aging treatment of the components whose hardness before an aging treatment is 290 HV or less does not become 325 HV or more.

F3とF3’は、0.34以上であることが好ましく、0.35以上であることが一層好ましい。   F3 and F3 'are preferably 0.34 or more, and more preferably 0.35 or more.

なお、F1が0.83〜1.10、かつF2が0.72〜0.90であれば、F3は、いくら大きくてもよく、Vの含有量が上限の0.60%、Tiの含有量の上限の0.20%で、Nの含有量が0%に近い場合の0.80に近い値でもよい。   If F1 is 0.83 to 1.10 and F2 is 0.72 to 0.90, F3 can be as large as possible, the V content is 0.60% of the upper limit, and Ti content It may be a value close to 0.80 when the N content is close to 0% at the upper limit of 0.20%.

同様に、F1’が0.83〜1.10、かつF2’が0.72〜0.90であれば、F3’は、いくら大きくてもよく、Vの含有量が上限の0.60%、Tiの含有量が上限の0.20%、Nbの含有量が上限の0.10%、Nの含有量が0%に近く、Moの含有量が0.30%に近い場合の0.96に近い値でもよい。   Similarly, if F1 ′ is 0.83 to 1.10 and F2 ′ is 0.72 to 0.90, F3 ′ may be as large as possible, and the V content is 0.60% of the upper limit. , When the Ti content is 0.20% of the upper limit, the Nb content is 0.10% of the upper limit, the N content is close to 0%, and the Mo content is close to 0.30%. A value close to 96 may be used.

本発明の時効硬化性鋼の製造方法は特に限定するものではなく、一般的な方法で溶製して化学組成を調整すればよい。   The method for producing the age-hardening steel of the present invention is not particularly limited, and the chemical composition may be adjusted by melting by a general method.

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

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

(B−1)熱間鍛造とその後の冷却:
Tiの含有量を、TiNとして固定される以上に増やして時効処理時にVとの複合炭化物として析出させる場合には、熱間鍛造時の加熱段階で固溶状態のTiが存在している必要がある。したがって、TiNとして固定される以上の量のTiを含有する鋼の場合、すなわち、Tieffが{Ti−(48/14)N}の鋼の場合には、熱間鍛造時の加熱温度が、TiCの固溶温度を超える必要がある。具体的には、1000℃または公知のTiCの溶解度積を変形した下記の(4)式で求められるT℃のうちのいずれか高い方の温度以上で加熱する必要がある。
T=[−10475/{log(Tieff×C)−5.33}]−273・・・・・(4)。
(B-1) Hot forging and subsequent cooling:
When the Ti content is increased beyond that fixed as TiN and precipitated as a composite carbide with V at the time of aging treatment, Ti in a solid solution state must be present in the heating stage during hot forging. is there. Therefore, in the case of a steel containing Ti in an amount larger than that fixed as TiN, that is, in the case of a steel having Tieff of {Ti- (48/14) N}, the heating temperature during hot forging is TiC. It is necessary to exceed the solid solution temperature. Specifically, it is necessary to heat at a temperature equal to or higher than the higher one of 1000 ° C. or T ° C. obtained by the following formula (4) obtained by modifying the solubility product of TiC.
T = [-10475 / {log (Tieff * C) -5.33}]-273 ... (4).

熱間鍛造時の加熱温度がT℃を下回ると、未固溶のTiCが存在して十分な有効Ti量が確保できないので、時効によって析出するTi量も減少し、十分な時効硬化能が得られない。一方、熱間鍛造時の加熱温度が1000℃を下回ると、鍛造荷重が大きくなり金型への負担が大きくなる。このため、鋼のTieffが{Ti−(48/14)N}の場合には、1000℃または上記の(4)式で求められるT℃のうちのいずれか高い方の温度以上で加熱しなければならない。   If the heating temperature during hot forging falls below T ° C, undissolved TiC exists and a sufficient amount of effective Ti cannot be secured, so the amount of Ti deposited by aging also decreases, and sufficient age-hardening ability is obtained. I can't. On the other hand, if the heating temperature during hot forging is below 1000 ° C., the forging load increases and the burden on the mold increases. For this reason, when the Tieff of the steel is {Ti- (48/14) N}, it must be heated at a temperature equal to or higher than 1000 ° C or T ° C determined by the above equation (4). I must.

一方、TiがN固定のために消費されている鋼の場合、すなわち、Tieffが0の鋼の場合は、TiCを固溶させる必要がなく、金型への負担のみを考慮すればよい。このため、熱間鍛造時の加熱温度は1000℃以上の温度でありさえすればよい。   On the other hand, in the case of steel where Ti is consumed for N fixation, that is, in the case where Tieff is 0, it is not necessary to dissolve TiC, and only the burden on the mold needs to be considered. For this reason, the heating temperature at the time of hot forging should just be a temperature of 1000 degreeC or more.

加熱温度が過度に高くなるとエネルギーコストが大きくなることに加えて、スケールロスも多くなる。このため、Tieffが{Ti−(48/14)N}の鋼および0の鋼のいずれの場合も、熱間鍛造時の加熱温度は1300℃以下が望ましい。   When the heating temperature is excessively high, the energy cost is increased and the scale loss is increased. For this reason, the heating temperature at the time of hot forging is preferably 1300 ° C. or lower in both cases of steels having Tieff of {Ti- (48/14) N} and 0 steel.

上記の加熱温度での保持時間には特に制約がないが、例えば、30〜1000分とすることが好ましい。   Although there is no restriction | limiting in particular in the holding time in said heating temperature, For example, it is preferable to set it as 30 to 1000 minutes.

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

熱間鍛造後に冷却したままの状態から切削加工して所定の形状に加工するためには、上記の仕上げ温度で熱間鍛造を終了した後、0.4〜2℃/秒の平均冷却速度で少なくとも500℃まで冷却しなければならない。   In order to cut and process into a predetermined shape after being cooled after hot forging, after finishing hot forging at the above finishing temperature, an average cooling rate of 0.4 to 2 ° C./sec. It must be cooled to at least 500 ° C.

熱間鍛造終了後500℃までの平均冷却速度が小さすぎると組織がベイナイト化しないうえに生産性の低下をきたす場合がある。一方、上記の平均冷却速度が2℃/秒を超えると、鋼の化学組成が、上述の条件を満たしていても、マルテンサイトが多量に生成して被削性が低下してしまう。このため、熱間鍛造終了後500℃までの平均冷却速度は0.4〜2℃/秒でなければならない。熱間鍛造終了後500℃までの平均冷却速度は0.5℃/秒以上であることが望ましく、0.6℃/秒以上であることが一層望ましい。また、熱間鍛造終了後500℃までの平均冷却速度は1.8℃/秒未満であることが好ましく、1.6℃/秒未満であることが一層好ましい。   If the average cooling rate up to 500 ° C. is too small after hot forging is completed, the structure may not be bainite and productivity may be reduced. On the other hand, when the average cooling rate exceeds 2 ° C./second, even if the chemical composition of the steel satisfies the above-described conditions, a large amount of martensite is generated and machinability is lowered. For this reason, the average cooling rate to 500 ° C. after the end of hot forging must be 0.4 to 2 ° C./second. The average cooling rate up to 500 ° C. after completion of hot forging is desirably 0.5 ° C./second or more, and more desirably 0.6 ° C./second or more. Moreover, it is preferable that the average cooling rate to 500 degreeC after completion | finish of hot forging is less than 1.8 degreeC / second, and it is still more preferable that it is less than 1.6 degreeC / second.

熱間鍛造終了後500℃までの平均冷却速度を0.4〜2℃/秒とするための具体的な方法としては、例えば、直径20〜55mmの丸棒に相当する形状の部材であれば、大気中での放冷、ファンによる風冷などで冷却することで達成できる。   As a specific method for setting the average cooling rate up to 500 ° C. after hot forging to 0.4 to 2 ° C./second, for example, a member having a shape corresponding to a round bar having a diameter of 20 to 55 mm This can be achieved by cooling in the air or by cooling with a fan.

500℃未満の温度域での冷却速度は、本発明の作用効果に影響するものではない。したがって、熱間鍛造終了後500℃までの平均冷却速度が0.4〜2℃/秒であれば、500℃から室温までの冷却速度は、特に制御する必要はない。   The cooling rate in the temperature range below 500 ° C. does not affect the function and effect of the present invention. Therefore, if the average cooling rate up to 500 ° C. after the end of hot forging is 0.4 to 2 ° C./second, the cooling rate from 500 ° C. to room temperature does not need to be particularly controlled.

前記(A)項で述べた化学組成を有する鋼の場合、前述した条件で熱間鍛造およびその後の冷却を行うことで、ベイナイトを主相とする組織になり、しかも、硬さは部品の形状によらず、容易に290HV以下になる。   In the case of the steel having the chemical composition described in the section (A), by performing hot forging under the above-described conditions and subsequent cooling, a structure having bainite as the main phase is obtained, and the hardness is the shape of the part. Regardless, it easily becomes 290 HV or less.

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

(A)項で述べた化学組成を有する鋼の場合、(B−1)項で述べた条件で、熱間鍛造およびその後の冷却を行うことで、硬さが290HV以下になるので、容易に所定の機械部品形状に切削加工することができる。この切削加工の条件は特に限定されるものではなく、所定形状の機械部品に加工できるものでありさえすればよい。   In the case of the steel having the chemical composition described in the section (A), the hardness becomes 290 HV or less by performing hot forging and subsequent cooling under the conditions described in the section (B-1). It can be cut into a predetermined machine part shape. The conditions for this cutting process are not particularly limited, as long as they can be machined into machine parts having a predetermined shape.

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

時効処理温度は580℃以上とすることが好ましく、また、時効処理温度は680℃以下とすることが好ましい。   The aging treatment temperature is preferably 580 ° C. or more, and the aging treatment temperature is preferably 680 ° C. or less.

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

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

[実施例1]
表1および表2に示す化学組成の鋼Aおよび鋼C〜Yを50kg真空溶解炉によって溶製した。また、鋼Bを180kg真空溶解炉によって溶製した。
[Example 1]
Steel A and steels C to Y having chemical compositions shown in Tables 1 and 2 were melted in a 50 kg vacuum melting furnace. Steel B was melted by a 180 kg vacuum melting furnace.

表1および表2における鋼A〜Oは、化学組成が本発明で規定する範囲内にある鋼である。一方、鋼P〜Yは、化学組成が本発明で規定する条件から外れた鋼である。   Steels A to O in Tables 1 and 2 are steels whose chemical compositions are within the range defined by the present invention. On the other hand, the steels P to Y are steels whose chemical compositions deviate from the conditions defined in the present invention.

なお、表1および表2には、(3)式または(3')式中のTieff、つまり({Ti−(48/14)N}または0のうちの大きい方の値を併記した。   In Tables 1 and 2, Tieff in the expression (3) or (3 ′), that is, the larger value of ({Ti− (48/14) N} or 0) is also shown.

また、表1および表2には、Tieffが0でない鋼、つまり{Ti−(48/14)N}の鋼におけるTiCの溶解温度としての(4)式で求められるT℃の値も併記した。したがって、「TiCの溶解温度T」欄における「- -」は、Tieffが0でTiCを固溶させる必要のない鋼であることを示す。   Tables 1 and 2 also show the value of T ° C. determined by the equation (4) as the melting temperature of TiC in steels with non-zero Tieff, ie, steels of {Ti- (48/14) N}. . Accordingly, “-” in the “TiC melting temperature T” column indicates that the steel has a Tieff of 0 and does not require solid dissolution of TiC.

Figure 0005825199
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Figure 0005825199
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各鋼のインゴットは、1250℃で加熱した後、直径60mmおよび50mmの棒鋼に熱間鍛造した。熱間鍛造した各棒鋼は、一旦大気中で放冷して室温まで冷却した。その後、さらに、1250℃に加熱し、部品形状への鍛造を想定し、仕上げ温度を950℃として、直径60mmの棒鋼は直径50〜40mmの棒鋼に、また、直径50mmの棒鋼は直径35〜25mmの棒鋼に、それぞれ熱間鍛造した。仕上げ温度の測温は、棒鋼表面のスケールのない箇所に対して放射温度計を用いて行った。なお、熱間鍛造後は、いずれも大気中で放冷して室温まで冷却した。   Each steel ingot was heated at 1250 ° C. and then hot forged into a steel bar having a diameter of 60 mm and 50 mm. Each hot forged steel bar was once allowed to cool in the atmosphere and cooled to room temperature. Thereafter, further heating to 1250 ° C., assuming forging to a part shape, finishing temperature is 950 ° C., a steel bar with a diameter of 60 mm is a steel bar with a diameter of 50 to 40 mm, and a steel bar with a diameter of 50 mm is 35 to 25 mm in diameter. Each steel bar was hot forged. The temperature of the finishing temperature was measured using a radiation thermometer on a portion of the steel bar surface where there was no scale. In addition, after hot forging, all were left to cool in the air and cooled to room temperature.

上記の熱間鍛造後の大気中での放冷時の冷却速度の測定は、棒鋼表面のスケールのない箇所に対して放射温度計を用いて行った。鍛造後の500℃までの平均冷却速度は0.4〜1.8℃/秒であった。   The measurement of the cooling rate at the time of cooling in the air after the above hot forging was performed using a radiation thermometer on a portion of the steel bar surface where there was no scale. The average cooling rate to 500 ° C. after forging was 0.4 to 1.8 ° C./second.

なお、鋼Bの直径60mmの棒鋼の一部は、後述の実施例2の調査にも用いた。   A part of steel B having a diameter of 60 mm was also used for the investigation in Example 2 described later.

各試験番号について、熱間鍛造で上記の各サイズに仕上げた後に室温まで冷却した棒鋼のうちの一部は、時効処理を施さない状態(すなわち、冷却ままの状態)で、棒鋼の両端部を100mmずつ切り落とした後、残る中央部から試験片を切り出し、時効処理前の硬さと組織のベイナイトの面積率の調査を行った。   For each test number, some of the steel bars cooled to room temperature after finishing to the above-mentioned sizes by hot forging were not subjected to aging treatment (that is, in the cooled state), and both ends of the steel bars were After cutting off each 100 mm, a test piece was cut out from the remaining central portion, and the hardness before aging treatment and the area ratio of bainite in the structure were examined.

一方、各試験番号について、熱間鍛造で上記の各サイズに仕上げた後に室温まで冷却した棒鋼の残りは、610〜630℃で60〜180分保持する時効処理を施し、棒鋼の両端部を100mmずつ切り落とした後、残る中央部から試験片を切り出し、時効処理後の硬さの調査を行った。また、各試験番号について、冷却速度が遅く、より強度が低くなると予想される直径の大きな方の棒鋼から試験片を切り出し、時効処理後の疲労強度の調査を行った。   On the other hand, for each test number, the rest of the steel bar cooled to room temperature after finishing the above-mentioned sizes by hot forging was subjected to an aging treatment of 60 to 180 minutes at 610 to 630 ° C., and both ends of the steel bar were 100 mm. After cutting off each, a test piece was cut out from the remaining central portion, and the hardness after aging treatment was investigated. Further, for each test number, a test piece was cut out from a steel bar having a larger diameter, which is expected to have a lower cooling rate and lower strength, and the fatigue strength after aging treatment was investigated.

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

組織のベイナイトの面積率の測定は、次のようにして実施した。硬さ測定に用いた樹脂埋めして鏡面研磨した試験片を、ナイタルにてエッチングした。エッチング後の試験片に対して、光学顕微鏡を用いて、倍率200倍で組織を撮影した。撮影した写真から画像解析により、ベイナイトの面積率を測定した。   The measurement of the area ratio of the bainite in the structure was performed as follows. The test piece, which was embedded in the resin used for the hardness measurement and was mirror-polished, was etched by night. With respect to the test piece after etching, the structure | tissue was image | photographed by 200 time magnification using the optical microscope. The area ratio of bainite was measured by image analysis from the photographed photographs.

疲労強度は、一軸の引張圧縮型の疲労試験片を採取して調査した。すなわち、図1に示す平行部の直径と長さがそれぞれ、3.4mmと12.7mmの形状の平滑疲労試験片を、棒鋼のR/2部から鍛造方向に平行(棒鋼の長手方向)に採取し、室温、大気中、応力比0.05、試験速度10Hzの条件で疲労試験を行った。上記の条件下で、応力付加繰返し数107回において破断しない最大の応力を疲労強度とした。疲労強度が390MPa以上の場合に、疲労強度が十分に高いと評価し、これを目標とした。 The fatigue strength was investigated by collecting a uniaxial tension-compression type fatigue test piece. That is, the diameter and length of the parallel portion shown in FIG. 1 are 3.4 mm and 12.7 mm, respectively, and a smooth fatigue test piece is parallel to the forging direction from the R / 2 portion of the steel bar (longitudinal direction of the steel bar). The samples were collected and subjected to a fatigue test under the conditions of room temperature, air, stress ratio 0.05, test speed 10 Hz. Under the above conditions, the maximum stress that did not break at the stress addition repetition number of 10 7 times was defined as fatigue strength. When the fatigue strength was 390 MPa or more, it was evaluated that the fatigue strength was sufficiently high, and this was the target.

表3に、各試験番号について、熱間鍛造終了後500℃までの平均冷却速度および時効処理条件の詳細とともに、上記の各調査結果を示す。   Table 3 shows the results of the above investigations, along with the details of the average cooling rate up to 500 ° C. after the hot forging and the aging treatment conditions for each test number.

Figure 0005825199
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表3から明らかなように、本発明で規定する化学組成を有する試験番号A1〜A15の「本発明例」の場合、時効処理前の硬さが290HV以下で、時効処理後の硬さが325HV以上、かつ疲労強度が390MPa以上になって目標を達成しており、強度と時効処理前の被削性が両立できていることがわかる。   As apparent from Table 3, in the case of “Examples of the present invention” of test numbers A1 to A15 having the chemical composition defined in the present invention, the hardness before aging treatment is 290 HV or less, and the hardness after aging treatment is 325 HV. As described above, the fatigue strength is 390 MPa or more and the target is achieved, and it can be seen that both strength and machinability before aging treatment are compatible.

これに対して、本発明の規定から外れた試験番号A16〜A25の「比較例」の場合には、目標とする性能が得られていない。   On the other hand, in the case of “Comparative Examples” with test numbers A16 to A25 that are out of the definition of the present invention, the target performance is not obtained.

試験番号A16は、用いた鋼PのF3が0.30と小さいため、時効硬化能、すなわち時効処理による硬さの増加代が小さい。直径42mmの棒鋼および直径30mmの棒鋼の時効処理前の硬さはそれぞれ、本発明例の試験番号A2と同程度の279HVおよび284HVであるにもかかわらず、時効処理後の硬さは309HVと310HVで325HVに達しておらず、疲労強度も375MPaと低い。   In test number A16, since F3 of steel P used is as small as 0.30, age hardening ability, that is, an increase in hardness due to aging treatment is small. Although the hardness before the aging treatment of the steel bar with a diameter of 42 mm and the steel bar with a diameter of 30 mm is 279 HV and 284 HV, which are similar to the test number A2 of the example of the present invention, respectively, the hardness after the aging treatment is 309 HV and 310 HV. The fatigue strength is as low as 375 MPa.

試験番号A17は、用いた鋼QのF2’が0.93と大きいため、時効処理前の硬さが321HV(直径42mmの棒鋼)および339HV(直径30mmの棒鋼)と大きく、被削性が劣ることが予想される。   In test number A17, since the F2 ′ of the steel Q used is as large as 0.93, the hardness before aging treatment is as large as 321 HV (steel with a diameter of 42 mm) and 339 HV (bar with a diameter of 30 mm), and the machinability is inferior. It is expected that.

試験番号A18は、用いた鋼RのF2’が0.65と小さいため、時効処理前の硬さが251HV(直径42mmの棒鋼)および259HV(直径30mmの棒鋼)と非常に低い。なお、鋼RのF3’は0.33で本発明の規定を満たすので、時効硬化能は低くはないが、時効処理前の硬さが低すぎるために、時効処理後の硬さは、291HV(直径42mmの棒鋼)および299HV(直径30mmの棒鋼)で325HVに達しておらず、疲労強度も350MPaと低い。   In test number A18, since the F2 'of the steel R used was as small as 0.65, the hardness before aging treatment was very low, such as 251 HV (a steel bar having a diameter of 42 mm) and 259 HV (a steel bar having a diameter of 30 mm). In addition, since F3 'of steel R satisfies the provisions of the present invention at 0.33, the age-hardening ability is not low, but the hardness before aging treatment is too low, so the hardness after aging treatment is 291HV (Bar steel with a diameter of 42 mm) and 299 HV (bar steel with a diameter of 30 mm) did not reach 325 HV, and the fatigue strength was as low as 350 MPa.

試験番号A19は、用いた鋼SのF1’が1.21と大きいため、焼入れ性が大きくなりすぎ、組織にマルテンサイトが混在してしまっている。その結果、F2’が本発明の規定を満たすにもかかわらず、時効処理前の硬さが311HV(直径42mmの棒鋼)および352HV(直径30mmの棒鋼)と大きく、被削性が劣ることが予想される。   In test number A19, the F1 ′ of the steel S used is as large as 1.21, so that the hardenability is too high and martensite is mixed in the structure. As a result, it is expected that the hardness before aging treatment is as large as 311 HV (steel with a diameter of 42 mm) and 352 HV (bar with a diameter of 30 mm) and machinability is inferior even though F2 ′ satisfies the provisions of the present invention. Is done.

試験番号A20は、用いた鋼TのF1が0.75と小さいため、焼入れ性が小さすぎて、熱間鍛造後500℃までの平均冷却速度が0.7℃/秒と比較的遅い直径42mmの棒鋼の場合は、時効処理前の硬さが291HVと高い。これは、焼入れ性が小さくなったために、初析フェライトが生成した。初析フェライトの生成時に、初析フェライトとオーステナイトの相界面ではV炭化物が析出するため、硬さが増大する。また、既にV炭化物が析出している鋼を時効処理しても、その析出しているV炭化物の粗大化が生じる。このため、時効硬化しにくいので、直径42mmの棒鋼の場合、時効処理後の硬さは323HVで目標の325HVに達しておらず、疲労強度も375Paと低い。   In test number A20, the F1 of the steel T used was as small as 0.75, so that the hardenability was too small, and the average cooling rate up to 500 ° C after hot forging was 0.7 ° C / second and a relatively slow diameter of 42 mm. In the case of steel bars, the hardness before aging treatment is as high as 291HV. This was because the hardenability was reduced, and pro-eutectoid ferrite was generated. When the pro-eutectoid ferrite is formed, V carbide is precipitated at the phase interface between the pro-eutectoid ferrite and austenite, and thus the hardness increases. In addition, even when aging treatment is performed on steel on which V carbide has already been precipitated, coarsening of the precipitated V carbide occurs. For this reason, since age hardening is difficult, in the case of a steel bar having a diameter of 42 mm, the hardness after the aging treatment is 323 HV and does not reach the target 325 HV, and the fatigue strength is also low as 375 Pa.

試験番号A21は、用いた鋼UのC含有量が0.26%と高い。このため、冷却速度の遅い直径42mmの棒鋼においては、Vと結合しないCがFeと炭化物を形成し、時効処理前の組織を強化して、時効処理前の硬さが294HVと大きい。また、冷却速度の速い直径30mmの棒鋼においては、CがFe炭化物を形成するだけでなく、組織にマルテンサイトが混在しており、硬さが299HVと大きく、被削性が劣ることが予想される。   Test No. A21 has a high C content of 0.26% in the steel U used. For this reason, in a steel bar having a diameter of 42 mm, which has a slow cooling rate, C that does not bond with V forms Fe and carbide, strengthens the structure before aging treatment, and the hardness before aging treatment is as large as 294HV. In addition, in a steel bar having a diameter of 30 mm with a high cooling rate, not only C forms Fe carbide, but also martensite is mixed in the structure, the hardness is as large as 299 HV, and machinability is expected to be inferior. The

試験番号A22は、用いた鋼VがTiを含まないため、NをTiNとして固定できず、熱間鍛造中および鍛造後の冷却中にVNが析出することを避けられない。このため、時効硬化に寄与する固溶V量が低下して、時効処理後の硬さが319HV(直径42mmの棒鋼)および323HV(直径30mmの棒鋼)で325HVに達しておらず、疲労強度も385MPaと低い。   In Test No. A22, since the steel V used does not contain Ti, N cannot be fixed as TiN, and it is inevitable that VN precipitates during hot forging and during cooling after forging. For this reason, the amount of solute V that contributes to age hardening decreases, the hardness after aging treatment does not reach 325 HV at 319 HV (steel bar with a diameter of 42 mm) and 323 HV (steel bar with a diameter of 30 mm), and fatigue strength is also high As low as 385 MPa.

試験番号A23は、用いた鋼WのV含有量が0.15%と低い。このため、時効処理時に析出するVCの量が少なくなるとともに、時効処理によって、Mo、NbおよびTiと複合して析出し、時効硬化能を一層高めるVの効果が十分に発揮されず、直径42mmの棒鋼および直径30mmの棒鋼のいずれの場合も時効処理後の硬さが304HVで325HVに達しておらず、疲労強度も365MPaと低い。   In test number A23, the V content of the steel W used is as low as 0.15%. For this reason, the amount of VC deposited during the aging treatment is reduced, and the aging treatment is combined with Mo, Nb and Ti to precipitate, and the effect of V for further enhancing the age hardening ability is not sufficiently exerted, and the diameter is 42 mm. In both the steel bar and the steel bar with a diameter of 30 mm, the hardness after aging treatment is 304 HV and does not reach 325 HV, and the fatigue strength is as low as 365 MPa.

試験番号A24の場合は、用いた鋼XのS含有量が0.151%と高いので、疲労破壊に悪影響を及ぼすMnSの粗大化が生じる。このため、直径42mmの棒鋼は、時効後の硬さが325HVで目標を達成しているにもかかわらず、疲労強度が350MPaと低く目標に未達である。   In the case of test number A24, since the S content of the used steel X is as high as 0.151%, coarsening of MnS that adversely affects fatigue fracture occurs. For this reason, the steel bar with a diameter of 42 mm has a fatigue strength as low as 350 MPa, and has not reached the target, even though the hardness after aging is 325 HV and the target is achieved.

試験番号A25は、用いた鋼YのN含有量が0.0181%と高い。このため、Tiの含有量が0.025%ではフリーNが存在して、熱間鍛造中および鍛造後の冷却中にVNが析出することを避けられない。このため、時効硬化に対して有効に働く固溶Vの量が少なくなり、時効処理後の硬さが299HV(直径42mmの棒鋼)および306HV(直径30mmの棒鋼)で325HVに達しておらず、疲労強度も350MPaと低い。   In test number A25, the N content of the steel Y used is as high as 0.0181%. For this reason, when the Ti content is 0.025%, free N exists, and it is inevitable that VN precipitates during hot forging and during cooling after forging. For this reason, the amount of solid solution V that effectively works for age hardening decreases, and the hardness after aging treatment does not reach 325 HV at 299 HV (steel bar with a diameter of 42 mm) and 306 HV (steel bar with a diameter of 30 mm), The fatigue strength is as low as 350 MPa.

[実施例2]
Tieffが{Ti−(48/14)N}である鋼として、前記表1に記載の鋼Bについて、実施例1で作製した直径60mmの棒鋼の一部を用いて、熱間鍛造条件が特性に及ぼす影響を調査した。なお、表1に示したように鋼BのTieffの具体的な値は0.084であり、また、
T=[−10475/{log(Tieff×C)−5.33}]−273・・・・・(4)
で求められるT(℃)は、1176℃である。
[Example 2]
As steel with Tieff of {Ti- (48/14) N}, hot forging conditions are characteristic for steel B shown in Table 1 above, using a part of the 60 mm diameter steel bar produced in Example 1. The effects on the environment were investigated. In addition, as shown in Table 1, the specific value of Tieff of steel B is 0.084,
T = [− 10475 / {log (Tieff × C) −5.33}] − 273 (4)
The T (° C.) calculated by 1 is 1176 ° C.

表4に示す条件で、直径60mmの棒鋼を直径45mmの棒鋼に熱間鍛造し、熱間鍛造後は、大気中で放冷して室温まで冷却した。熱間鍛造の仕上げ温度および熱間鍛造後の大気中での放冷時の冷却速度の測定は、実施例1と同様の方法で測温した。   Under the conditions shown in Table 4, a steel bar having a diameter of 60 mm was hot forged into a steel bar having a diameter of 45 mm. After hot forging, the steel bar was allowed to cool in the air and cooled to room temperature. The finishing temperature of hot forging and the cooling rate at the time of cooling in the air after hot forging were measured by the same method as in Example 1.

各試験番号について、熱間鍛造で直径45mmに仕上げた後に室温まで冷却した棒鋼のうちの一部は、時効処理を施さない状態(すなわち、冷却ままの状態)で、棒鋼の両端部を100mmずつ切り落とした後、残る中央部から試験片を切り出し、実施例1と同様の方法で、時効処理前の硬さの調査を行った。   For each test number, some of the steel bars cooled to room temperature after finishing to 45 mm in diameter by hot forging were not subjected to aging treatment (that is, in a cooled state), and both ends of the steel bars were 100 mm each. After cutting off, the test piece was cut out from the remaining central portion, and the hardness before the aging treatment was investigated by the same method as in Example 1.

一方、各試験番号について、熱間鍛造で上記の各サイズに仕上げた後に室温まで冷却した棒鋼の残りは、620〜630℃で60〜120分保持する時効処理を施し、棒鋼の両端部を100mmずつ切り落とした後、残る中央部から試験片を切り出し、実施例1と同様の方法で、時効処理後の硬さと疲労強度の調査を行った。   On the other hand, for each test number, the rest of the steel bar cooled to room temperature after finishing to the above sizes by hot forging was subjected to aging treatment for 60 to 120 minutes at 620 to 630 ° C., and both ends of the steel bar were 100 mm. After cutting off each, a test piece was cut out from the remaining central portion, and the hardness and fatigue strength after the aging treatment were investigated by the same method as in Example 1.

表4に、各試験番号について、熱間鍛造終了後500℃までの平均冷却速度および時効処理条件の詳細とともに、上記の各調査結果を示す。   Table 4 shows the results of the above investigations, along with details of the average cooling rate up to 500 ° C. and the aging treatment conditions after the completion of hot forging, for each test number.

Figure 0005825199
Figure 0005825199

表4から明らかなように、本発明で規定する化学組成を有する試験番号B1〜B5は全て、時効処理前の硬さが290HV以下で、時効処理後の硬さが325HV以上、かつ疲労強度が390MPa以上になって目標を達成しており、強度と時効処理前の被削性が両立できていることがわかる。   As apparent from Table 4, all of the test numbers B1 to B5 having the chemical composition defined in the present invention have a hardness before aging treatment of 290 HV or less, a hardness after aging treatment of 325 HV or more, and a fatigue strength. The target was achieved at 390 MPa or more, and it can be seen that both strength and machinability before aging treatment are compatible.

上記のうちでも、本発明で規定する製造条件を満たす試験番号B1およびB2は、時効処理前の段階で十分な量の固溶Vを確保することができるので、時効処理後の硬さは339HV以上であり、疲労強度も440MPaと高くなっている。   Among the above, test numbers B1 and B2 satisfying the production conditions defined in the present invention can secure a sufficient amount of solute V in the stage before the aging treatment, and therefore the hardness after the aging treatment is 339 HV. The fatigue strength is as high as 440 MPa.

本発明の時効硬化性鋼は、自動車、産業機械、建設機械などの機械部品の素材として使用することができる。また、本発明の鋼を使用して本発明の方法によって機械部品を製造すれば、熱間鍛造と切削加工を施して所定の形状に加工するに際しては、切削加工前硬さである熱間鍛造後の硬さが低く被削性に優れ、しかも、切削加工の後に施される時効処理によって325HV以上に硬化し、390MPa以上という所望の疲労強度を有する機械部品が得られる。   The age-hardening steel of the present invention can be used as a material for machine parts such as automobiles, industrial machines, and construction machines. In addition, when a machine part is manufactured by the method of the present invention using the steel of the present invention, hot forging that is the hardness before cutting is performed when hot forging and cutting are performed to obtain a predetermined shape. A machine part having a desired fatigue strength of 390 MPa or more is obtained by being hardened to 325 HV or more by aging treatment performed after cutting and having low hardness afterwards and excellent in machinability.

Claims (3)

質量%で、C:0.05〜0.25%、Si:0.05〜0.50%、Mn:1.2〜2.5%、P:0.05%以下、S:0.10%以下、Cr:0.20〜1.5%、Al:0.06%以下、Ti:0.005〜0.20%、V:0.20〜0.60%およびN:0.015%以下を含有し、残部はFeおよび不純物からなり、さらに、下記の、(1)式で表わされるF1が0.83〜1.10、(2)式で表わされるF2が0.72〜0.90、かつ(3)式で表わされるF3が0.33以上である化学組成を有することを特徴とする、時効硬化性鋼。
F1=C+0.3Mn+0.25Cr・・・・・(1)
F2=C+0.1Si+0.2Mn+0.2Cr+0.35V・・・・・(2)
F3=V+Tff・・・・・(3)
上記の(1)〜(3)式中の元素記号は、その元素の質量%での含有量を意味する。
(3)式中のTieffは、{Ti−(48/14)N}または0のうちの大きい方の値を指す。ただし、上記のTiおよびNは、その元素の質量%での含有量を意味する。
In mass%, C: 0.05 to 0.25%, Si: 0.05 to 0.50%, Mn: 1.2 to 2.5%, P: 0.05% or less, S: 0.10 %: Cr: 0.20 to 1.5%, Al: 0.06% or less, Ti: 0.005 to 0.20%, V: 0.20 to 0.60%, and N: 0.015% The remainder is composed of Fe and impurities, and F1 represented by the following formula (1) is 0.83 to 1.10, and F2 represented by the formula (2) is 0.72 to 0. An age-hardenable steel having a chemical composition of 90 and F3 represented by the formula (3) being 0.33 or more.
F1 = C + 0.3Mn + 0.25Cr (1)
F2 = C + 0.1Si + 0.2Mn + 0.2Cr + 0.35V (2)
F3 = V + Tff (3)
The element symbols in the above formulas (1) to (3) mean the content in mass% of the element.
Tieff in the equation (3) indicates {Ti- (48/14) N} or the larger value of 0. However, said Ti and N mean content in the mass% of the element.
質量%で、C:0.05〜0.22%、Si:0.05〜0.50%、Mn:1.2〜2.5%、P:0.05%以下、S:0.10%以下、Cr:0.20〜1.5%、Al:0.06%以下、Ti:0.005〜0.20%、V:0.20〜0.60%およびN:0.015%以下を含有するとともに、下記の〈1〉から〈4〉までのいずれかに属する1種以上の元素を含有し、残部はFeおよび不純物からなり、さらに、下記の、(1')式で表わされるF1’が0.83〜1.10、(2')式で表わされるF2’が0.72〜0.90、かつ(3')式で表わされるF3’が0.33以上である化学組成を有することを特徴とする、時効硬化性鋼。
〈1〉Mo:0.30%未満
〈2〉B:0.005%以下
〈3〉Cu:0.6%以下、Ni:0.6%以下およびNb:0.1%以下ならびに
〈4〉Ca:0.005%以下およびBi:0.4%以下
F1’=C+0.3Mn+0.25Cr+0.6Mo+Beff・・・・・(1')
F2’=C+0.1Si+0.2Mn+0.2Cr+0.35V+0.2Mo・・・・・(2')
F3’=V+Tieff+0.35Mo+0.5Nb・・・・・(3')
上記の(1')〜(3')式中の元素記号は、その元素の質量%での含有量を意味する。
(1')式中のBeffは次の値を指す。
Bの含有量が0.0005%未満の場合:Beff=0、
Bの含有量が0.0005〜0.005%の場合:Beff=0.05。
(3')式中のTieffは、{Ti−(48/14)N}または0のうちの大きい方の値を指す。ただし、上記のTiおよびNは、その元素の質量%での含有量を意味する。
In mass%, C: 0.05 to 0.22 %, Si: 0.05 to 0.50%, Mn: 1.2 to 2.5%, P: 0.05% or less, S: 0.10 %: Cr: 0.20 to 1.5%, Al: 0.06% or less, Ti: 0.005 to 0.20%, V: 0.20 to 0.60%, and N: 0.015% In addition to the following, it contains one or more elements belonging to any of the following <1> to <4>, the balance is composed of Fe and impurities, and is represented by the following formula (1 ′): F1 ′ is 0.83 to 1.10, F2 ′ represented by the formula (2 ′) is 0.72 to 0.90, and F3 ′ represented by the formula (3 ′) is 0.33 or more. An age-hardening steel, characterized by having a composition.
<1> Mo: Less than 0.30% <2> B: 0.005% or less <3> Cu: 0.6% or less, Ni: 0.6% or less and Nb: 0.1% or less and <4> Ca: 0.005% or less and Bi: 0.4% or less F1 ′ = C + 0.3Mn + 0.25Cr + 0.6Mo + Beff (1 ′)
F2 ′ = C + 0.1Si + 0.2Mn + 0.2Cr + 0.35V + 0.2Mo (2 ′)
F3 ′ = V + Tieff + 0.35Mo + 0.5Nb (3 ′)
The element symbols in the above formulas (1 ′) to (3 ′) mean the content in mass% of the element.
Beff in the equation (1 ′) indicates the following value.
When the content of B is less than 0.0005%: Beff = 0,
When the content of B is 0.0005 to 0.005%: Beff = 0.05.
Tieff in the expression (3 ′) indicates a larger value of {Ti− (48/14) N} or 0. However, said Ti and N mean content in the mass% of the element.
機械部品の製造方法であって、請求項1または2に記載の時効硬化性鋼を、1000℃以上、または該鋼におけるTieffが{Ti−(48/14)N}の場合には1000℃もしくは下記の(4)式で求められるT℃のうちのいずれか高い方の温度以上で加熱し、仕上げ温度が900℃以上である熱間鍛造を施し、その後0.4〜2℃/秒の平均冷却速度で少なくとも500℃まで冷却し、さらに、切削加工を施した後に560〜700℃の温度で時効処理を施すことを特徴とする、機械部品の製造方法。
T=[−10475/{log(Tieff×C)−5.33}]−273・・・・・(4)
上記の(4)式中のCは質量%でのCの含有量を意味する。
A method of manufacturing a machine component, wherein the age-hardenable steel according to claim 1 or 2 is 1000 ° C or higher, or when the Tieff in the steel is {Ti- (48/14) N}, 1000 ° C or Heat at a higher temperature of T ° C determined by the following formula (4), perform hot forging with a finishing temperature of 900 ° C or higher, and then average at 0.4 to 2 ° C / sec. A method for manufacturing a machine part, characterized by cooling to a temperature of at least 500 ° C at a cooling rate, and further performing an aging treatment at a temperature of 560 to 700 ° C after performing a cutting process.
T = [− 10475 / {log (Tieff × C) −5.33}] − 273 (4)
C in said (4) Formula means content of C in the mass%.
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