JP6055400B2 - Steel material and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、熱間加工前や高周波を用いて加熱したときに、バーニングが発生しない鋼材、およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a steel material that does not generate burning when heated before hot working or using high frequency, and a method for manufacturing the same.
熱間鍛造や熱間圧延などの熱間加工前には、変形抵抗を小さくして熱間加工しやすくするために、鋼片を、例えば、1200℃以上の高温に加熱する。また、高周波を用いた加熱時には、鋼片の温度が、例えば、1200℃以上の高温になることがある。しかし、加熱温度が目標温度を超えて高温に過熱されると、バーニングが発生する。バーニングとは、JIS G0201(2000年)によると、結晶粒界の融合によって引き起こされる組織や性質の非可逆的な変化であり、後の熱処理や機械加工又は加工と熱処理の組合せの作業で、初めにもっていた諸性質を回復できない現象と定義されている。バーニングが発生すると、材質が脆くなる。 Prior to hot working such as hot forging or hot rolling, the steel slab is heated to a high temperature of, for example, 1200 ° C. or higher in order to reduce deformation resistance and facilitate hot working. Moreover, the temperature of a steel slab may become high temperature, for example, 1200 degreeC or more at the time of the heating using a high frequency. However, when the heating temperature exceeds the target temperature and is heated to a high temperature, burning occurs. According to JIS G0201 (2000), burning is an irreversible change in structure and properties caused by the fusion of crystal grain boundaries. In the subsequent heat treatment, machining, or a combination of processing and heat treatment, It is defined as a phenomenon in which the various properties that were possessed cannot be recovered. When burning occurs, the material becomes brittle.
バーニングの発生を防止する方法としては、粒界に発生する偏析を低減することや、固相線温度を高くすることが考えられる。粒界に偏析が発生すると、偏析した成分によって局所的に凝固温度が低下するため、加熱時にバーニングが発生しやすくなる。また、固相線温度が低くなると、凝固温度が低くなるため、加熱時に鋼材の一部が溶融し、結晶粒界の融合が発生してバーニングが発生する。しかし、バーニングの発生を防止するために、鋼材の成分組成を調整する技術は検討されていなかった。 As a method for preventing the occurrence of burning, it is conceivable to reduce the segregation generated at the grain boundaries or to increase the solidus temperature. When segregation occurs at the grain boundaries, the solidification temperature locally decreases due to the segregated components, and thus burning tends to occur during heating. Further, when the solidus temperature is lowered, the solidification temperature is lowered, so that a part of the steel material is melted at the time of heating, and crystal grain boundaries are fused to cause burning. However, in order to prevent the occurrence of burning, a technique for adjusting the component composition of steel has not been studied.
そこで、バーニングの発生を防止するために、実操業では、加熱温度を下げ、過熱しないことが一般的である。即ち、加熱温度が、鋼材の固相線温度(凝固温度)に近づくとバーニングが発生するため、安全を見越して、加熱温度が固相線温度−130℃を超えないように制御していた。ところが、加熱温度を下げると、変形抵抗が大きくなるため、熱間加工しにくくなる。 Therefore, in order to prevent the occurrence of burning, it is common in actual operations to lower the heating temperature and not overheat. That is, since burning occurs when the heating temperature approaches the solidus temperature (solidification temperature) of the steel material, the heating temperature is controlled so as not to exceed the solidus temperature of −130 ° C. for safety. However, when the heating temperature is lowered, the deformation resistance increases, so that hot working becomes difficult.
バーニングの発生を防止する技術ではないが、鋼材中に含まれるMnS系介在物に注目した技術が、特許文献1に開示されている。この特許文献1に開示されている鋼材は、切りくず処理性と工具寿命の両方を改善できる機械構造用の鋼材である。この鋼材は、加工方向に平行な断面に存在する等価直径が4μm以上であるMnS系介在物が下記の(i)式および(ii)式を満足するものである。下記(i)式におけるLおよびWは、それぞれ、対象となるMnS系介在物の長径および短径を表し、アスペクト比は平均値としてのアスペクト比である。また、下記(ii)式におけるn、n1およびn2は、それぞれ、下記のMnS系介在物の個数を表す。
アスペクト比(L/W)<3 ・・・・・(i)
(n1+n2)/n≦0.2 ・・・・・(ii)
n:MnS系介在物の面積1mm2当たりの個数
n1:MnS系介在物のうちで、Caを0.5質量%以上固溶しているものの面積1mm2当たりの個数
n2:MnS系介在物のうちで、異種介在物を含むものの面積1mm2当たりの個数
Although it is not the technique which prevents generation | occurrence | production of burning, the technique which paid its attention to the MnS type | system | group inclusion contained in steel materials is disclosed by patent document 1. FIG. The steel material disclosed in Patent Document 1 is a steel material for machine structure that can improve both chip disposal and tool life. In this steel material, MnS inclusions having an equivalent diameter of 4 μm or more existing in a cross section parallel to the processing direction satisfy the following expressions (i) and (ii). L and W in the following formula (i) represent the major axis and minor axis of the target MnS-based inclusion, respectively, and the aspect ratio is an aspect ratio as an average value. Further, n, n1, and n2 in the following formula (ii) each represent the number of the following MnS-based inclusions.
Aspect ratio (L / W) <3 (i)
(N1 + n2) /n≦0.2 (ii)
n: Number of MnS-based inclusions per 1 mm 2 area n1: Number of MnS-based inclusions in which Ca is solid-solved in an amount of 0.5 mass% or more n2 per area of 1 mm 2 n2: MnS-based inclusions Of these, the number per 1 mm 2 of area containing different kinds of inclusions
上記特許文献1では、鋼材中のMnS系介在物に着目しているが、バーニングの発生については着目されていない。 In Patent Document 1, attention is focused on MnS inclusions in the steel material, but attention is not paid to the occurrence of burning.
本発明の目的は、熱間加工前に加熱したり、高周波を用いて加熱したときに、バーニングを発生しない耐バーニング性に優れた鋼材、およびその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a steel material excellent in burning resistance that does not generate burning when heated before hot working or heated using a high frequency, and a method for producing the same.
上記課題を解決することのできた本発明に係る鋼材は、C:0.1〜0.8%(質量%の意味。以下同じ。)、Si:0.01〜2.0%、Mn:0.2〜2.0%、P:0.20%以下、S:0.015〜0.12%、Al:0.002〜0.1%を含有し、更に、Ca:0.0001〜0.01%、Mg:0.0001〜0.01%、Zr:0.01〜0.5%、Te:0.001〜0.05%、およびREM:0.001〜0.05%よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含み、前記Mnおよび前記Sは下記式(1)の関係を満足し、残部が鉄および不可避不純物からなるものである。下記式(1)において、[ ]は、各元素の含有量(質量%)を示す。
[Mn]/[S]≧13.0 ・・・(1)
そして、本発明の鋼材は、該鋼材に含まれる円相当径が4μm以下の硫化物系介在物の個数と、該鋼材に含まれる短径が2μm以上の硫化物系介在物の個数が、下記式(2)の関係を満足するところに要旨を有する。
[円相当径が4μm以下の硫化物系介在物の個数]/[短径が2μm以上の硫化物系介在物の個数]≦0.30 ・・・(2)
The steel materials according to the present invention that have been able to solve the above-mentioned problems are: C: 0.1 to 0.8% (meaning mass%; the same shall apply hereinafter), Si: 0.01 to 2.0%, Mn: 0 2 to 2.0%, P: 0.20% or less, S: 0.015 to 0.12%, Al: 0.002 to 0.1%, and Ca: 0.0001 to 0% 0.01%, Mg: 0.0001-0.01%, Zr: 0.01-0.5%, Te: 0.001-0.05%, and REM: 0.001-0.05% Including at least one selected from the group, the Mn and the S satisfy the relationship of the following formula (1), and the balance consists of iron and inevitable impurities. In the following formula (1), [] indicates the content (% by mass) of each element.
[Mn] / [S] ≧ 13.0 (1)
The steel material of the present invention has the following number of sulfide inclusions with an equivalent circle diameter of 4 μm or less contained in the steel material and the number of sulfide inclusions with a minor diameter of 2 μm or more contained in the steel material: The point is that the relationship of formula (2) is satisfied.
[Number of sulfide inclusions with equivalent circle diameter of 4 μm or less] / [Number of sulfide inclusions with minor axis of 2 μm or more] ≦ 0.30 (2)
本発明の鋼材は、更に他の元素として、
(a)Cu:1%以下、Ni:2%以下、Cr:2%以下、Mo:2%以下、およびB:0.01%以下よりなる群から選ばれる少なくとも1種、
(b)V:0.5%以下、Ti:0.5%以下、Nb:0.5%以下、およびW:2%以下よりなる群から選ばれる少なくとも1種、
(c)Pb:0.3%以下、Bi:0.3%以下、Sn:0.02%以下、およびSb:0.02%以下よりなる群から選ばれる少なくとも1種、
を含有してもよく、また、
(d)Nは、0.02%以下の範囲で含有してもよい。
The steel material of the present invention is still another element,
(A) at least one selected from the group consisting of Cu: 1% or less, Ni: 2% or less, Cr: 2% or less, Mo: 2% or less, and B: 0.01% or less,
(B) at least one selected from the group consisting of V: 0.5% or less, Ti: 0.5% or less, Nb: 0.5% or less, and W: 2% or less,
(C) at least one selected from the group consisting of Pb: 0.3% or less, Bi: 0.3% or less, Sn: 0.02% or less, and Sb: 0.02% or less,
May also be included, and
(D) N may be contained in a range of 0.02% or less.
本発明の鋼材は、上記成分組成を満足する溶鋼を鋳造して鋼材を製造するにあたり、鋳造開始から凝固完了までの鋳片中央部の平均冷却速度を7℃/分以下とすることにより製造できる。 The steel material of the present invention can be produced by setting the average cooling rate at the center part of the slab from the start of casting to the completion of solidification to 7 ° C./min or less when casting molten steel satisfying the above component composition to produce a steel material. .
本発明によれば、鋼材の成分組成を適切に調整すると共に、円相当径が4μm以下の微細な硫化物系介在物の生成を抑制するため、熱間加工前や高周波を用いて加熱しても、バーニングを発生しない耐バーニング性に優れた鋼材、およびその製造方法を提供できる。 According to the present invention, in order to appropriately adjust the component composition of the steel material and suppress the formation of fine sulfide inclusions having an equivalent circle diameter of 4 μm or less, heating is performed before hot working or using high frequency. However, it is possible to provide a steel material excellent in burning resistance that does not generate burning, and a method for producing the same.
本発明者は、熱間加工前や高周波を用いて加熱したときに、バーニングが発生することを防止するために、鋭意検討を重ねてきた。その結果、硫化物系介在物(例えば、MnS)がバーニングの発生に影響を及ぼすと考えられることが明らかになった。具体的には、硫化物系介在物のなかでも、円相当径が4μm以下の微細な硫化物系介在物が、加熱時に分解し、生成したSは、Feと結合して硫化物系介在物よりも融点が低いFeSを形成すること、形成したFeSは加熱時に部分溶融し、バーニングが発生する原因になると考えられるという知見が得られた。 The present inventor has intensively studied in order to prevent burning from occurring before hot working or when heated using high frequency. As a result, it became clear that sulfide inclusions (for example, MnS) are thought to affect the occurrence of burning. Specifically, among sulfide inclusions, fine sulfide inclusions having an equivalent circle diameter of 4 μm or less are decomposed during heating, and the generated S is combined with Fe to form sulfide sulfide inclusions. It was found that the formation of FeS having a lower melting point than that, and the formed FeS partially melts during heating, which is considered to cause burning.
そこで、本発明では、鋼材の成分組成のうち、特に、Mn量とS量が下記式(1)の関係を満足するように調整したうえで、下記式(2)を満足するように鋼材に含まれる円相当径が4μm以下の微細な硫化物系介在物の生成を抑制すればよいこと、また、硫化物系介在物中の硫黄(S)を安定化させて加熱時に分解しないようにするには、Ca、Mg、Zr、Te、およびREMよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含有すればよいこと、を見出し、本発明を完成した。
[Mn]/[S]≧13.0 ・・・(1)
[円相当径が4μm以下の硫化物系介在物の個数]/[短径が2μm以上の硫化物系介在物の個数]≦0.30 ・・・(2)
Therefore, in the present invention, among the component compositions of the steel material, in particular, the steel material is adjusted so as to satisfy the following formula (2) after adjusting the Mn amount and the S amount so as to satisfy the relationship of the following formula (1). It is only necessary to suppress the formation of fine sulfide inclusions having an equivalent circle diameter of 4 μm or less, and the sulfur (S) in the sulfide inclusions is stabilized so as not to decompose during heating. Has found that it is sufficient to contain at least one selected from the group consisting of Ca, Mg, Zr, Te, and REM, thereby completing the present invention.
[Mn] / [S] ≧ 13.0 (1)
[Number of sulfide inclusions with equivalent circle diameter of 4 μm or less] / [Number of sulfide inclusions with minor axis of 2 μm or more] ≦ 0.30 (2)
以下、本発明について詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[硫化物系介在物]
本発明の鋼材は、Mnを0.2〜2.0%、およびSを0.015〜0.12%の範囲で含有する。
[Sulfide inclusions]
The steel material of the present invention contains Mn in a range of 0.2 to 2.0% and S in a range of 0.015 to 0.12%.
Mnは、Sと結合してMnSなどの硫化物系介在物を形成し、FeSの生成を抑制して加熱時におけるバーニングの発生を抑制する元素である。Mnが0.2%未満ではその効果が不充分である。従って、本発明では、Mn量は0.2%以上とする。Mn量は、0.5%以上が好ましく、より好ましくは0.7%以上である。しかし、Mn量が過剰になり、2.0%を超えると、円相当径が4μmを超える粗大な硫化物系介在物の他、円相当径が4μm以下の微細な硫化物系介在物が多く生成するため、加熱時にバーニングが発生する。従って、本発明では、Mn量は2.0%以下とする。Mn量は、1.8%以下が好ましく、より好ましくは1.6%以下である。 Mn is an element that combines with S to form sulfide inclusions such as MnS, suppresses the formation of FeS, and suppresses the occurrence of burning during heating. If Mn is less than 0.2%, the effect is insufficient. Therefore, in the present invention, the amount of Mn is 0.2% or more. The amount of Mn is preferably 0.5% or more, more preferably 0.7% or more. However, when the amount of Mn becomes excessive and exceeds 2.0%, there are many fine sulfide inclusions having an equivalent circle diameter of 4 μm or less in addition to coarse sulfide inclusions having an equivalent circle diameter exceeding 4 μm. Therefore, burning occurs during heating. Therefore, in the present invention, the amount of Mn is set to 2.0% or less. The amount of Mn is preferably 1.8% or less, more preferably 1.6% or less.
Sは、鋼材中に不可避的に含まれる元素であるが、MnSなどの硫化物系介在物を形成すると、被削性の向上に有効に作用する元素である。S量が0.015%未満ではこうした効果は不充分である。従って、本発明では、S量は0.015%以上とする。S量は、0.017%以上が好ましく、より好ましくは0.019%以上である。しかし、過剰に含有すると、円相当径が4μm以下の微細な硫化物系介在物(例えば、MnSなど)が生成しやすくなり、バーニングの発生原因となるFeSを形成する。従って、本発明では、S量は0.12%以下とする。S量は、0.115%以下が好ましく、より好ましくは0.110%以下である。 S is an element inevitably contained in the steel material, but is an element that effectively acts on improvement of machinability when sulfide inclusions such as MnS are formed. If the amount of S is less than 0.015%, such an effect is insufficient. Therefore, in the present invention, the S content is 0.015% or more. The amount of S is preferably 0.017% or more, more preferably 0.019% or more. However, if it is excessively contained, fine sulfide inclusions (for example, MnS etc.) having an equivalent circle diameter of 4 μm or less are likely to be generated, and FeS that causes burning is formed. Therefore, in the present invention, the S amount is 0.12% or less. The amount of S is preferably 0.115% or less, more preferably 0.110% or less.
本発明の鋼材は、MnとSを上記の範囲で含有したうえで、Mn量およびS量が上記式(1)の関係を満足する必要がある。 The steel material of the present invention must contain Mn and S in the above range, and the amount of Mn and the amount of S must satisfy the relationship of the above formula (1).
[Mn]/[S]の値が13.0を下回ると、鋼材中のMn量に比べてS量が過剰になり、SがMnによって固定されず、融点の低いFeSが多く生成する。その結果、加熱時に部分溶融が生じ、バーニングが発生する。従って、本発明では、[Mn]/[S]は13.0以上とする。[Mn]/[S]は、13.5以上とすることが好ましく、より好ましくは14.0以上である。[Mn]/[S]の値の上限は特に限定されず、後述するように、鋼材に含まれ得るMn量の上限は2.0%で、S量の下限は0.015%であるから、[Mn]/[S]の上限は、133.3である。[Mn]/[S]は、好ましくは100以下であり、より好ましくは80以下、更に好ましくは50以下である。 When the value of [Mn] / [S] is less than 13.0, the amount of S becomes excessive compared to the amount of Mn in the steel material, S is not fixed by Mn, and a large amount of FeS having a low melting point is generated. As a result, partial melting occurs during heating, and burning occurs. Therefore, in the present invention, [Mn] / [S] is set to 13.0 or more. [Mn] / [S] is preferably 13.5 or more, more preferably 14.0 or more. The upper limit of the value of [Mn] / [S] is not particularly limited, and as will be described later, the upper limit of the amount of Mn that can be contained in the steel material is 2.0%, and the lower limit of the amount of S is 0.015%. , [Mn] / [S] is 133.3. [Mn] / [S] is preferably 100 or less, more preferably 80 or less, and still more preferably 50 or less.
本発明の鋼材は、鋼材に含まれる円相当径が4μm以下の硫化物系介在物の個数と、該鋼材に含まれる短径が2μm以上の硫化物系介在物の個数が、上記式(2)の関係を満足することも重要である。なお、以下では、上記式(2)の左辺の値を硫化物系介在物比ということがある。 In the steel material of the present invention, the number of sulfide inclusions having an equivalent circle diameter of 4 μm or less contained in the steel material and the number of sulfide inclusions having a minor diameter of 2 μm or more contained in the steel material are expressed by the above formula (2 It is also important to satisfy the relationship. Hereinafter, the value on the left side of the above formula (2) may be referred to as a sulfide inclusion ratio.
円相当径が4μm以下の微細な硫化物系介在物が過剰に生成すると、加熱時に分解し、SはFeと結合して、MnSよりも融点が低いFeSを生成する。低融点のFeSが過剰に生成すると、部分溶融を起こし、バーニングが発生する。従って、本発明では、上記硫化物系介在物比は、0.30以下とする。上記硫化物系介在物比は、好ましくは0.20以下であり、より好ましくは0.15以下である。上記硫化物系介在物比の下限は特に限定されないが、例えば、0.01以上であればよく、より好ましくは0.02以上である。 If fine sulfide inclusions having an equivalent circle diameter of 4 μm or less are excessively generated, they are decomposed during heating, and S combines with Fe to generate FeS having a melting point lower than that of MnS. If FeS having a low melting point is excessively produced, partial melting occurs and burning occurs. Therefore, in the present invention, the sulfide inclusion ratio is set to 0.30 or less. The sulfide inclusion ratio is preferably 0.20 or less, more preferably 0.15 or less. Although the minimum of the said sulfide type inclusion ratio is not specifically limited, For example, what is necessary is just 0.01 or more, More preferably, it is 0.02 or more.
上記硫化物系介在物とは、介在物の成分組成を分析したときに、鉄(Fe)を除いた合金元素の合計量を100質量%としたときに、Sを25質量%以上含有する介在物を意味する。上記鋼材に含まれる円相当径が4μm以下の硫化物系介在物の個数と、該鋼材に含まれる短径が2μm以上の硫化物系介在物の個数の測定方法については、実施例の項で説明する。 The sulfide inclusion is an inclusion containing 25% by mass or more of S when the total amount of alloy elements excluding iron (Fe) is 100% by mass when the component composition of the inclusion is analyzed. Means a thing. For the method of measuring the number of sulfide inclusions having an equivalent circle diameter of 4 μm or less contained in the steel material and the number of sulfide inclusions having a minor diameter of 2 μm or more contained in the steel material, refer to the section of Examples. explain.
次に、本発明の鋼材に含まれるMnおよびS以外の成分について説明する。 Next, components other than Mn and S contained in the steel material of the present invention will be described.
[C:0.1〜0.8%]
Cは、鋼材の強度(最終製品の強度)を確保するために必要な元素であり、0.1%未満では鋼材の強度が低過ぎて機械構造用に用いることができない。従って本発明では、C量は0.1%以上とする。C量は、0.12%以上が好ましく、より好ましくは0.15%以上である。しかし、Cを過剰に含有すると強度が高くなり過ぎて、加工性が低下する。従って本発明では、C量は0.8%以下とする。C量は、0.75%以下が好ましく、より好ましくは0.70%以下である。
[C: 0.1 to 0.8%]
C is an element necessary for ensuring the strength of the steel material (strength of the final product). If it is less than 0.1%, the strength of the steel material is too low to be used for machine structures. Therefore, in the present invention, the C amount is 0.1% or more. The C content is preferably 0.12% or more, more preferably 0.15% or more. However, when C is contained excessively, the strength becomes too high and the workability is lowered. Therefore, in the present invention, the C content is 0.8% or less. The C content is preferably 0.75% or less, more preferably 0.70% or less.
[Si:0.01〜2.0%]
Siは、固溶体硬化によって最終製品の強度を増加させるために必要な元素であり、本発明では、0.01%以上とする。Si量は、0.05%以上が好ましく、より好ましくは0.10%以上である。しかし、Si量が過剰になり、2.0%を超えると、Si含有酸化物が過剰に生成すると共に、固相線温度が低くなるため、加熱時にバーニングが発生しやすくなる。従って、本発明では、Si量は2.0%以下とする。Si量は、1.5%以下が好ましく、より好ましくは1.3%以下である。
[Si: 0.01 to 2.0%]
Si is an element necessary for increasing the strength of the final product by solid solution hardening. In the present invention, Si is 0.01% or more. The amount of Si is preferably 0.05% or more, and more preferably 0.10% or more. However, when the amount of Si becomes excessive and exceeds 2.0%, an Si-containing oxide is excessively generated and the solidus temperature is lowered, so that burning tends to occur during heating. Therefore, in the present invention, the Si amount is set to 2.0% or less. The amount of Si is preferably 1.5% or less, more preferably 1.3% or less.
[P:0.20%以下(0%を含まない)]
Pは、鋼材中に不可避的に含まれる元素であるが、被削性を改善するのに寄与する。しかし、Pを0.20%を超えて過剰に含有すると、粒界に偏析して固相線温度を低下し、加熱時にバーニングが発生しやすくなる。従って、本発明では、P量は、0.20%以下とする。P量は、0.15%以下が好ましく、より好ましくは0.12%以下である。
[P: 0.20% or less (excluding 0%)]
P is an element inevitably contained in the steel material, and contributes to improving machinability. However, if P is contained excessively exceeding 0.20%, it segregates at the grain boundary to lower the solidus temperature, and burning tends to occur during heating. Therefore, in the present invention, the P amount is 0.20% or less. The amount of P is preferably 0.15% or less, more preferably 0.12% or less.
[Al:0.002〜0.1%]
Alは、脱酸元素として作用する元素であり、Al量が0.002%を下回ると、低融点の酸化物が生成し、加熱時に部分溶融が促進され、バーニングが発生する。従って、本発明では、Al量は0.002%以上とする。Al量は、0.003%以上が好ましい。しかし、過剰に含有すると、Al2O3が多く生成し、加工性が劣化する。従って、本発明では、Al量は0.1%以下とする。Al量は、0.075%以下が好ましく、より好ましくは0.060%以下である。
[Al: 0.002 to 0.1%]
Al is an element that acts as a deoxidizing element. When the amount of Al is less than 0.002%, an oxide having a low melting point is generated, partial melting is promoted during heating, and burning occurs. Therefore, in the present invention, the Al content is 0.002% or more. The amount of Al is preferably 0.003% or more. However, if excessively contained, Al 2 O 3 is often generated, the workability is deteriorated. Therefore, in the present invention, the Al content is 0.1% or less. The amount of Al is preferably 0.075% or less, and more preferably 0.060% or less.
[Ca:0.0001〜0.01%、Mg:0.0001〜0.01%、Zr:0.01〜0.5%、Te:0.001〜0.05%、およびREM(希土類元素):0.001〜0.05%よりなる群から選ばれる少なくとも1種]
Ca、Mg、Zr、Te、およびREMは、いずれも硫化物系介在物(例えば、MnSなど)中のSを安定化し、硫化物系介在物を粗大化することにより、加熱時にバーニングが発生するのを抑制する元素である。こうした作用を発揮させるには、Caは、0.0001%以上とし、好ましくは0.0003%以上、より好ましくは0.0004%以上とする。Mgは、0.0001%以上とし、好ましくは0.0003%以上、より好ましくは0.0004%以上とする。Zrは、0.01%以上とし、好ましくは0.03%以上、より好ましくは0.04%以上とする。Teは、0.001%以上とし、好ましくは0.002%以上とする。REMは、0.001%以上とし、好ましくは0.002%以上、より好ましくは0.003%以上とする。しかし、過剰に含有しても添加効果は飽和し、コスト高となる。従って、本発明では、Caは、0.01%以下とし、好ましくは0.0095%以下、より好ましくは0.0090%以下とする。Mgは、0.01%以下とし、好ましくは0.0095%以下、より好ましくは0.0090%以下とする。Zrは、0.5%以下とし、好ましくは0.45%以下、より好ましくは0.40%以下とする。Teは、0.05%以下とし、好ましくは0.045%以下とする。REMは、0.05%以下とし、好ましくは0.04%以下とする。上記元素は、単独で、或いは任意に選ばれる2種以上を含有してもよい。
[Ca: 0.0001 to 0.01%, Mg: 0.0001 to 0.01%, Zr: 0.01 to 0.5%, Te: 0.001 to 0.05%, and REM (rare earth element ): At least one selected from the group consisting of 0.001 to 0.05%]
Ca, Mg, Zr, Te, and REM all stabilize S in sulfide inclusions (for example, MnS, etc.) and coarsen sulfide inclusions to cause burning during heating. It is an element that suppresses this. In order to exert such an effect, Ca is 0.0001% or more, preferably 0.0003% or more, more preferably 0.0004% or more. Mg is made 0.0001% or more, preferably 0.0003% or more, more preferably 0.0004% or more. Zr is 0.01% or more, preferably 0.03% or more, more preferably 0.04% or more. Te is set to 0.001% or more, preferably 0.002% or more. The REM is set to 0.001% or more, preferably 0.002% or more, more preferably 0.003% or more. However, even if contained excessively, the effect of addition is saturated and the cost is increased. Therefore, in the present invention, Ca is 0.01% or less, preferably 0.0095% or less, more preferably 0.0090% or less. Mg is set to 0.01% or less, preferably 0.0095% or less, more preferably 0.0090% or less. Zr is 0.5% or less, preferably 0.45% or less, more preferably 0.40% or less. Te is 0.05% or less, preferably 0.045% or less. REM is made 0.05% or less, preferably 0.04% or less. The above elements may contain two or more selected alone or arbitrarily.
上記REMとは、ランタノイド元素(LaからLuまでの15元素)およびSc(スカンジウム)とY(イットリウム)を含む意味であり、これらの元素のなかでも、La、CeおよびYよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含有することが好ましく、より好ましくはLaおよびCeよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含有するのがよい。 The REM means a lanthanoid element (15 elements from La to Lu), Sc (scandium) and Y (yttrium), and among these elements, it is selected from the group consisting of La, Ce and Y. It is preferable to contain at least one element, more preferably at least one element selected from the group consisting of La and Ce.
本発明の鋼材は、上記元素を含有するものであり、残部は、鉄および不可避不純物である。 The steel material of the present invention contains the above elements, and the balance is iron and inevitable impurities.
本発明の鋼材は、更に、他の元素として、
(a)Cu、Ni、Cr、Mo、およびBよりなる群から選ばれる少なくとも1種、
(b)V、Ti、Nb、およびWよりなる群から選ばれる少なくとも1種、
(c)Pb、Bi、Sn、およびSbよりなる群から選ばれる少なくとも1種、
を含有してもよく、
(d)Nは0.02%以下の範囲で含有してもよい。
The steel material of the present invention further includes other elements,
(A) at least one selected from the group consisting of Cu, Ni, Cr, Mo, and B;
(B) at least one selected from the group consisting of V, Ti, Nb, and W;
(C) at least one selected from the group consisting of Pb, Bi, Sn, and Sb,
May contain
(D) N may be contained in a range of 0.02% or less.
各元素の好適な範囲は、次の通りである。 The preferable range of each element is as follows.
[(a)Cu:1%以下(0%を含まない)、Ni:2%以下(0%を含まない)、Cr:2%以下(0%を含まない)、Mo:2%以下(0%を含まない)、およびB:0.01%以下(0%を含まない)よりなる群から選ばれる少なくとも1種]
Cu、Ni、Cr、Mo、およびBは、いずれも鋼材の焼入れ性を向上させて最終製品の強度を高めるのに作用する元素であり、単独で、或いは任意に選ばれる2種以上を含有してもよい。こうした作用を有効に発揮させるには、Cuは、0.1%以上が好ましく、より好ましくは0.2%以上である。Niは、0.2%以上が好ましく、より好ましくは0.5%以上、更に好ましくは1.0%以上である。Crは、0.05%以上が好ましく、より好ましくは0.10%以上、更に好ましくは0.5%以上である。Moは、0.2%以上が好ましく、より好ましくは0.3%以上である。Bは、0.0005%以上が好ましく、より好ましくは0.0010%以上である。しかし、これらの元素の含有量が過剰になると、鋼材の強度が高くなり過ぎて、加工性を劣化させることがある。従って、本発明では、Cuは、1%以下が好ましく、より好ましくは0.8%以下、更に好ましくは0.5%以下である。Niは、2%以下が好ましく、より好ましくは1.8%以下、更に好ましくは1.7%以下である。Crは、2%以下が好ましく、より好ましくは1.9%以下、更に好ましくは1.8%以下である。Moは、2%以下が好ましく、より好ましくは1.5%以下、更に好ましくは1.0%以下である。Bは、0.01%以下が好ましく、より好ましくは0.008%以下、更に好ましくは0.005%以下である。
[(A) Cu: 1% or less (not including 0%), Ni: 2% or less (not including 0%), Cr: 2% or less (not including 0%), Mo: 2% or less (0 %), And B: at least one selected from the group consisting of 0.01% or less (not including 0%)]
Cu, Ni, Cr, Mo, and B are all elements that act to improve the hardenability of the steel material and increase the strength of the final product, and contain two or more selected alone or arbitrarily. May be. In order to exhibit such an action effectively, Cu is preferably 0.1% or more, more preferably 0.2% or more. Ni is preferably 0.2% or more, more preferably 0.5% or more, and further preferably 1.0% or more. Cr is preferably 0.05% or more, more preferably 0.10% or more, and still more preferably 0.5% or more. Mo is preferably 0.2% or more, and more preferably 0.3% or more. B is preferably 0.0005% or more, more preferably 0.0010% or more. However, when the content of these elements is excessive, the strength of the steel material becomes too high, and the workability may be deteriorated. Therefore, in the present invention, Cu is preferably 1% or less, more preferably 0.8% or less, and still more preferably 0.5% or less. Ni is preferably 2% or less, more preferably 1.8% or less, and still more preferably 1.7% or less. Cr is preferably 2% or less, more preferably 1.9% or less, and still more preferably 1.8% or less. Mo is preferably 2% or less, more preferably 1.5% or less, and still more preferably 1.0% or less. B is preferably 0.01% or less, more preferably 0.008% or less, and still more preferably 0.005% or less.
[(b)V:0.5%以下(0%を含まない)、Ti:0.5%以下(0%を含まない)、Nb:0.5%以下(0%を含まない)、およびW:2%以下(0%を含まない)よりなる群から選ばれる少なくとも1種]
V、Ti、Nb、およびWは、Cと結合して炭化物を形成したり、Nと結合して窒化物を形成し、鋼材の強度向上に寄与する元素であり、単独で、或いは任意に選ばれる2種以上を含有してもよい。こうした作用を有効に発揮させるには、Vは、0.05%以上が好ましく、より好ましくは0.10%以上である。Tiは、0.005%以上が好ましく、より好ましくは0.010%、更に好ましくは0.015%以上である。Nbは、0.05%以上が好ましく、より好ましくは0.08%以上、更に好ましくは0.10%以上である。Wは、0.2%以上が好ましく、より好ましくは0.5%以上、更に好ましくは0.7%以上である。しかし、これらの元素を過剰に含有すると、形成される炭化物や窒化物が、鋼材の変形抵抗を上昇させ、加工性を低下することがある。従って、本発明では、Vは、0.5%以下が好ましく、より好ましくは0.4%以下、更に好ましくは0.30%以下である。Tiは、0.5%以下が好ましく、より好ましくは0.3%以下、更に好ましくは0.1%以下である。Nbは、0.5%以下が好ましく、より好ましくは0.4%以下、更に好ましくは0.3%以下である。Wは、2%以下が好ましく、より好ましくは1.5%以下、更に好ましくは1.0%以下である。
[(B) V: 0.5% or less (not including 0%), Ti: 0.5% or less (not including 0%), Nb: 0.5% or less (not including 0%), and W: at least one selected from the group consisting of 2% or less (excluding 0%)]
V, Ti, Nb, and W are elements that combine with C to form carbides or combine with N to form nitrides and contribute to improving the strength of the steel, and can be selected alone or arbitrarily. Two or more types may be contained. In order to exhibit such an action effectively, V is preferably 0.05% or more, more preferably 0.10% or more. Ti is preferably 0.005% or more, more preferably 0.010%, and still more preferably 0.015% or more. Nb is preferably 0.05% or more, more preferably 0.08% or more, and still more preferably 0.10% or more. W is preferably 0.2% or more, more preferably 0.5% or more, and still more preferably 0.7% or more. However, when these elements are contained excessively, the formed carbides and nitrides may increase the deformation resistance of the steel material and may deteriorate the workability. Therefore, in the present invention, V is preferably 0.5% or less, more preferably 0.4% or less, and still more preferably 0.30% or less. Ti is preferably 0.5% or less, more preferably 0.3% or less, and still more preferably 0.1% or less. Nb is preferably 0.5% or less, more preferably 0.4% or less, and still more preferably 0.3% or less. W is preferably 2% or less, more preferably 1.5% or less, and still more preferably 1.0% or less.
[(c)Pb:0.3%以下(0%を含まない)、Bi:0.3%以下(0%を含まない)、Sn:0.02%以下(0%を含まない)、およびSb:0.02%以下(0%を含まない)よりなる群から選ばれる少なくとも1種]
Pb、Bi、Sn、およびSbは、いずれも被削性の改善に寄与する元素であり、単独で、或いは任意に選ばれる2種以上を含有してもよい。こうした作用を有効に発揮させるには、Pbは、0.03%以上が好ましく、より好ましくは0.1%以上、更に好ましくは0.15%以上である。Biは、0.03%以上が好ましく、より好ましくは0.08%以上、更に好ましくは0.10%以上である。Snは、0.002%以上が好ましく、より好ましくは0.005%以上、更に好ましくは0.010%以上である。Sbは、0.002%以上が好ましく、より好ましくは0.004%以上、更に好ましくは0.006%以上である。しかし、これらの元素を過剰に含有すると、強度や加工性が低下することがある。従って、本発明では、Pbは、0.3%以下が好ましく、より好ましくは0.28%以下、更に好ましくは0.25%以下である。Biは、0.3%以下が好ましく、より好ましくは0.25%以下、更に好ましくは0.20%以下である。Snは、0.02%以下が好ましく、より好ましくは0.018%以下、更に好ましくは0.015%以下である。Sbは、0.02%以下が好ましく、より好ましくは0.015%以下、更に好ましくは0.010%以下である。
[(C) Pb: 0.3% or less (not including 0%), Bi: 0.3% or less (not including 0%), Sn: 0.02% or less (not including 0%), and Sb: at least one selected from the group consisting of 0.02% or less (excluding 0%)]
Pb, Bi, Sn, and Sb are all elements that contribute to the improvement of machinability, and may contain two or more selected alone or arbitrarily. In order to effectively exhibit such an action, Pb is preferably 0.03% or more, more preferably 0.1% or more, and further preferably 0.15% or more. Bi is preferably 0.03% or more, more preferably 0.08% or more, and still more preferably 0.10% or more. Sn is preferably 0.002% or more, more preferably 0.005% or more, and still more preferably 0.010% or more. Sb is preferably 0.002% or more, more preferably 0.004% or more, and still more preferably 0.006% or more. However, when these elements are contained excessively, strength and workability may be lowered. Therefore, in the present invention, Pb is preferably 0.3% or less, more preferably 0.28% or less, and still more preferably 0.25% or less. Bi is preferably 0.3% or less, more preferably 0.25% or less, and still more preferably 0.20% or less. Sn is preferably 0.02% or less, more preferably 0.018% or less, and still more preferably 0.015% or less. Sb is preferably 0.02% or less, more preferably 0.015% or less, and still more preferably 0.010% or less.
[(d)N:0.02%以下(0%を含まない)]
Nは、鋼材中に不可避的に含まれる元素であり、鋼材中の固溶N量が多くなり過ぎると、歪み時効による硬度上昇や、延性の低下を招き、加工性が劣化することがある。従って、本発明では、N量は、0.02%以下であることが好ましい。N量は、より好ましくは0.018%以下であり、更に好ましくは0.015%以下、最も好ましくは0.010%以下である。
[(D) N: 0.02% or less (excluding 0%)]
N is an element inevitably contained in the steel material. If the amount of solute N in the steel material is excessively increased, the hardness may be increased by strain aging or the ductility may be decreased, and the workability may be deteriorated. Therefore, in the present invention, the N content is preferably 0.02% or less. The N amount is more preferably 0.018% or less, still more preferably 0.015% or less, and most preferably 0.010% or less.
[製造条件]
次に、本発明に係る鋼材の製造方法について説明する。
[Production conditions]
Next, the manufacturing method of the steel material which concerns on this invention is demonstrated.
本発明の鋼材は、上記成分組成を満足する溶鋼を鋳造して鋼材を製造するにあたり、鋳造開始から凝固完了までの鋳片中央部の平均冷却速度を7℃/分以下とすることが重要である。平均冷却速度を7℃/分以下に抑えることにより、硫化物系介在物を成長させることができ、上記硫化物系介在物比を0.30以下にできる。その結果、加熱時にバーニングが発生することを防止できる。上記平均冷却速度は、6℃/分以下であることが好ましい。 In producing the steel material by casting the molten steel satisfying the above component composition, it is important for the steel material of the present invention that the average cooling rate at the center of the slab from the start of casting to the completion of solidification is 7 ° C./min or less. is there. By suppressing the average cooling rate to 7 ° C./min or less, sulfide inclusions can be grown, and the sulfide inclusion ratio can be reduced to 0.30 or less. As a result, burning can be prevented from occurring during heating. The average cooling rate is preferably 6 ° C./min or less.
上記平均冷却速度は、例えば、鋳造時に用いる鋳型の大きさを調整することによって制御できる。即ち、鋳型の内径を大きくするほど、鋳片中央部の平均冷却速度は小さくなり、硫化物系介在物は粗大化する。一方、鋳型の内径を小さくするほど、鋳片中央部の平均鋳造速度は大きくなり、硫化物系介在物は微細化する。鋳型の内径は、例えば、350〜1100mmであることが好ましく、より好ましくは450〜1000mmである。 The average cooling rate can be controlled, for example, by adjusting the size of the mold used during casting. That is, the larger the inner diameter of the mold, the lower the average cooling rate at the center of the slab and the larger the sulfide inclusions. On the other hand, the smaller the inner diameter of the mold, the higher the average casting speed at the center of the slab, and the finer the sulfide inclusions. For example, the inner diameter of the mold is preferably 350 to 1100 mm, and more preferably 450 to 1000 mm.
上記平均冷却速度は、少なくとも鋳片の表面における平均冷却速度を7℃/分以下に制御すればよい。少なくとも鋳片の表面における平均冷却速度を7℃/分以下に制御すれば、鋳片中央部の平均冷却速度は7℃/分以下となる。鋳片の表面とは、例えば、鋳片の表面の中央部である。鋳片表面の中央部における平均冷却速度は、例えば、次の手順で測定すればよい。即ち、温度測定用の熱電対をアルミナ製の保護管に挿入したものを、押湯部の表面中央付近に設置し、鋳造開始時点から凝固完了時点までの温度と、冷却に要した時間に基づいて、平均冷却速度を求めることができる。また、上記平均冷却速度は、鋳片の中央部における平均冷却速度を計算により求め、この平均冷却速度を上記のように制御してもよい。 What is necessary is just to control the said average cooling rate to 7 degrees C / min or less at least in the average cooling rate in the surface of a slab. If the average cooling rate at least on the surface of the slab is controlled to 7 ° C./min or less, the average cooling rate at the center of the slab becomes 7 ° C./min or less. The surface of the slab is, for example, the central portion of the surface of the slab. What is necessary is just to measure the average cooling rate in the center part of slab surface in the following procedure, for example. That is, a thermocouple for temperature measurement inserted in a protective tube made of alumina is installed near the center of the surface of the feeder, based on the temperature from the start of casting to the completion of solidification and the time required for cooling. Thus, the average cooling rate can be obtained. The average cooling rate may be obtained by calculating the average cooling rate at the center of the slab, and the average cooling rate may be controlled as described above.
鋳造後は、常法に従って、熱間加工等を行えばよい。例えば、850〜1250℃程度に加熱した後、熱間加工により所望の線径とした後、放冷または空冷により冷却すればよい。この冷却時の平均冷却速度は、例えば、3℃/秒以下とすればよい。 After casting, hot working or the like may be performed according to a conventional method. For example, after heating to about 850-1250 degreeC, after making it into a desired wire diameter by hot processing, it may cool by standing_to_cool or air cooling. The average cooling rate at the time of cooling may be, for example, 3 ° C./second or less.
こうして得られた本発明の鋼材は、熱間鍛造や熱間加工前、または高周波を用いて高温に加熱しても、バーニングが発生しないものとなる。高温とは、例えば、固相線温度−150℃以上、固相線温度−100℃以下の範囲であり、特に、固相線温度−130℃以上、固相線温度−100℃以下の範囲である。 The steel material of the present invention thus obtained does not generate burning even when it is heated to high temperature using hot forging or hot working or using high frequency. The high temperature is, for example, a range of a solidus temperature of −150 ° C. or more and a solidus temperature of −100 ° C. or less, and particularly a range of a solidus temperature of −130 ° C. or more and a solidus temperature of −100 ° C. or less. is there.
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, but may be appropriately modified within a range that can meet the purpose described above and below. Of course, it is possible to implement them, and they are all included in the technical scope of the present invention.
溶鋼を鋳造し、下記表1、表2に示す成分組成(残部は、鉄および不可避不純物)の鋼材を製造した。下記表1、表2に示したMn量とS量に基づいて、Mn量とS量の比([Mn]/[S])を算出し、結果を下記表1、表2に示す。 Molten steel was cast to produce steel materials having the component compositions shown in Tables 1 and 2 below (the balance being iron and inevitable impurities). Based on the amount of Mn and the amount of S shown in Tables 1 and 2 below, the ratio of the amount of Mn to the amount of S ([Mn] / [S]) was calculated, and the results are shown in Tables 1 and 2 below.
鋳造時における鋳造開始から凝固完了までの鋳片表面の中央部における平均冷却速度を次の手順で測定した。即ち、温度測定用の熱電対をアルミナ製の保護管に挿入したものを、押湯部の表面中央付近に設置し、鋳造開始時から凝固完了時までの温度と、冷却に要した時間に基づいて、平均冷却速度を算出した。 The average cooling rate at the center of the slab surface from the start of casting to the completion of solidification during casting was measured by the following procedure. That is, a thermocouple for temperature measurement inserted in a protective tube made of alumina is installed near the center of the surface of the feeder part, based on the temperature from the start of casting to the completion of solidification and the time required for cooling The average cooling rate was calculated.
鋳造時に用いた鋳型の内径は、200mm、300mm、450mm、または1000mmである。内径が200mmの鋳型を用いたときの鋳片表面の中央部における平均冷却速度は30℃/分であった(下記表3のNo.39)。内径が300mmの鋳型を用いたときの鋳片表面の中央部における平均冷却速度は20℃/分であった(下記表3のNo.38)。内径が450mmの鋳型を用いたときの鋳片表面の中央部における平均冷却速度は5℃/分であった(下記表3のNo.1〜36)。内径が1000mmの鋳型を用いたときの鋳片表面の中央部における平均冷却速度は1℃/分であった(下記表3のNo.37)。 The inner diameter of the mold used at the time of casting is 200 mm, 300 mm, 450 mm, or 1000 mm. The average cooling rate at the center of the slab surface when using a mold having an inner diameter of 200 mm was 30 ° C./min (No. 39 in Table 3 below). The average cooling rate at the center of the slab surface when using a mold having an inner diameter of 300 mm was 20 ° C./min (No. 38 in Table 3 below). The average cooling rate at the center of the slab surface when using a mold having an inner diameter of 450 mm was 5 ° C./min (Nos. 1-36 in Table 3 below). The average cooling rate at the center of the slab surface when using a mold having an inner diameter of 1000 mm was 1 ° C./min (No. 37 in Table 3 below).
また、下記表1、表2に示した成分組成と、下記式(a)に基づいて、固相線温度を算出し、結果を下記表3に示す。下記式(a)において、[ ]は、各元素の含有量(質量%)を示す。
固相線温度(℃)=1536−(170×[C]+12.3×[Si]+6.8×[Mn]+124.5×[P]+183.9×[S]) ・・・(a)
Moreover, based on the component composition shown in the following Table 1 and Table 2, and the following formula (a), the solidus temperature was calculated, and the result is shown in Table 3 below. In the following formula (a), [] indicates the content (% by mass) of each element.
Solidus temperature (° C.) = 1536− (170 × [C] + 12.3 × [Si] + 6.8 × [Mn] + 124.5 × [P] + 183.9 × [S]) (a )
次に、鋳造して得られた鋳片を熱延加工して試験片を製造し、試験片に含まれる硫化物系介在物比を算出した。即ち、得られた鋳片を、900℃以上に加熱した後、鍛造比が約20となるように900〜1200℃で熱延加工し、放冷して試験片を作製した。なお、上記鍛造比とは、熱延加工前における試験片の断面を、熱延加工後における試験片の断面で除した値である。具体的には、内径が200mmの鋳型を用いて得られた鋳片は、φ45mmに熱延加工した。このときの軸方向の鍛造比は、20であった。内径が300mmの鋳型を用いて得られた鋳片は、φ70mmに熱延加工した。このときの軸方向の鍛造比は、18であった。内径が450mmの鋳型を用いて得られた鋳片は、φ95mmに熱延加工した。このときの軸方向の鍛造比は、22であった。内径が1000mmの鋳型を用いて得られた鋳片は、φ230mmに熱延加工した。このときの軸方向の鍛造比は、19であった。 Next, the slab obtained by casting was hot-rolled to produce a test piece, and the ratio of sulfide inclusions contained in the test piece was calculated. That is, the obtained slab was heated to 900 ° C. or higher, then hot-rolled at 900 to 1200 ° C. so that the forging ratio was about 20, and allowed to cool to prepare a test piece. The forging ratio is a value obtained by dividing the cross section of the test piece before hot rolling by the cross section of the test piece after hot rolling. Specifically, the slab obtained using a mold having an inner diameter of 200 mm was hot-rolled to φ45 mm. The forging ratio in the axial direction at this time was 20. The slab obtained using a mold having an inner diameter of 300 mm was hot-rolled to φ70 mm. The forging ratio in the axial direction at this time was 18. The slab obtained using a mold having an inner diameter of 450 mm was hot-rolled to φ95 mm. The forging ratio in the axial direction at this time was 22. The slab obtained using a mold having an inner diameter of 1000 mm was hot-rolled to φ230 mm. The forging ratio in the axial direction at this time was 19.
試験片の直径をD(mm)としたとき、得られた試験片のD/4位置における縦断面を、電子線マイクロアナライザ(Electron Probe Microanalyser;EPMA)で、倍率200倍で観察し、短径(幅)が2μm以上の全ての介在物の成分組成を分析した。成分組成を分析した介在物の個数が300個以上となるように、観察は複数の視野で行った。分析した介在物の成分組成について、鉄(Fe)を除いた合金元素の量を100質量%としたとき、S含有量が25質量%以上である介在物を、「短径が2μm以上の硫化物系介在物」とし、その個数を測定した。また、「短径が2μm以上の硫化物系介在物」のうち、円相当径が4μm以下の介在物を、「円相当径が4μm以下の硫化物系介在物」とし、その個数を測定した。 When the diameter of the specimen is D (mm), the longitudinal section at the D / 4 position of the obtained specimen is observed with an electron probe microanalyser (EPMA) at a magnification of 200 times. The component composition of all inclusions having a (width) of 2 μm or more was analyzed. Observation was performed in a plurality of fields of view so that the number of inclusions analyzed for the component composition was 300 or more. Regarding the component composition of the inclusions analyzed, when the amount of alloy elements excluding iron (Fe) is 100% by mass, inclusions having an S content of 25% by mass or more are indicated as “sulfurization having a minor axis of 2 μm or more. The number was measured as “material inclusions”. Further, among the “sulfide inclusions having a minor axis of 2 μm or more”, inclusions having an equivalent circle diameter of 4 μm or less were designated as “sulfide inclusions having an equivalent circle diameter of 4 μm or less”, and the number thereof was measured. .
上記円相当径が4μm以下の硫化物系介在物の個数と、短径が2μm以上の硫化物系介在物の個数との比(円相当径が4μm以下の硫化物系介在物の個数/短径が2μm以上の硫化物系介在物の個数;硫化物系介在物比)を算出し、結果を下記表3に示す。 Ratio of the number of sulfide inclusions having an equivalent circle diameter of 4 μm or less to the number of sulfide inclusions having a minor axis of 2 μm or more (number of sulfide inclusions having an equivalent circle diameter of 4 μm or less / short) The number of sulfide inclusions having a diameter of 2 μm or more; the ratio of sulfide inclusions) was calculated, and the results are shown in Table 3 below.
ここで、鋳造時における鋳片表面の中央部の平均冷却速度と、硫化物系介在物比との関係を図1に示す。なお、図1には、内径が450mmの鋳型を用い、鋳片の中心における平均冷却速度を5℃/分とした例の代表例としてNo.3の結果、平均冷却速度を1℃/分としたNo.37の結果、平均冷却速度を20℃/分としたNo.38の結果、および平均冷却速度を30℃/分としたNo.39の結果を示した。 Here, the relationship between the average cooling rate at the center of the slab surface during casting and the sulfide inclusion ratio is shown in FIG. In FIG. 1, as a representative example of an example in which a mold having an inner diameter of 450 mm is used and the average cooling rate at the center of the slab is 5 ° C./min. As a result of No. 3, the average cooling rate was 1 ° C./min. 37, the average cooling rate was 20 ° C./min. No. 38 and No. 38 with an average cooling rate of 30 ° C./min. 39 results were shown.
次に、鋳造して得られた鋳片を熱延加工して試験片を製造し、所定の温度に加熱して30秒保持した後、バーニング発生の有無を評価した。具体的な評価手順は、下記の通りである。 Next, a cast piece obtained by casting was hot-rolled to produce a test piece, heated to a predetermined temperature and held for 30 seconds, and then the presence or absence of burning was evaluated. The specific evaluation procedure is as follows.
鋳造して得られた鋳片を、900℃以上の加熱温度で加熱した後、鍛造比が約400〜600となるように900〜1200℃で熱延加工し、放冷して試験片を作製した。上記加熱温度は、バーニングの発生の有無を評価するために、成分組成に基づいて算出される固相線温度−100℃〜固相線温度−130℃を目安とした。具体的には、No.1〜26、31〜36は、C量が約0.4%近傍で類似するため、加熱温度は一律に1330℃とした。No.27、28は、C量が約0.15%近傍で類似するため、加熱温度は一律に1360℃とした。No.29、30は、C量が約0.7%近傍で類似するため、加熱温度は一律に1300℃とした。下記表3に加熱温度(℃)を示す。 The slab obtained by casting is heated at a heating temperature of 900 ° C. or higher, then hot-rolled at 900 to 1200 ° C. so that the forging ratio is about 400 to 600, and allowed to cool to produce a test piece. did. In order to evaluate the presence or absence of the occurrence of burning, the heating temperature was set to a solidus temperature of −100 ° C. to a solidus temperature of −130 ° C. calculated based on the component composition. Specifically, no. 1-26 and 31-36 are similar when the C content is about 0.4%, so the heating temperature was uniformly 1330 ° C. No. 27 and 28 are similar when the C content is about 0.15%, and the heating temperature was uniformly 1360 ° C. No. 29 and 30 are similar when the C content is about 0.7%, so the heating temperature was uniformly 1300 ° C. Table 3 below shows the heating temperature (° C.).
上記熱延加工は、具体的には、次の条件で行った。内径が200mmの鋳型を用いて得られた鋳片は、φ9mmに熱延加工した。このときの軸方向の鍛造比は494であった。内径が300mmの鋳型を用いて得られた鋳片は、φ15mmに熱延加工した。このときの軸方向の鍛造比は400であった。内径が450mmの鋳型を用いて得られた鋳片は、φ18mmに熱延加工した。このときの軸方向の鍛造比は625であった。内径が1000mmの鋳型を用いて得られた鋳片は、φ45mmに熱延加工した。このときの軸方向の鍛造比は494であった。 Specifically, the hot rolling was performed under the following conditions. A slab obtained using a mold having an inner diameter of 200 mm was hot-rolled to 9 mm. The forging ratio in the axial direction at this time was 494. The slab obtained using a mold having an inner diameter of 300 mm was hot-rolled to 15 mm. The forging ratio in the axial direction at this time was 400. The slab obtained using a mold having an inner diameter of 450 mm was hot-rolled to φ18 mm. The forging ratio in the axial direction at this time was 625. The slab obtained using a mold having an inner diameter of 1000 mm was hot-rolled to 45 mm. The forging ratio in the axial direction at this time was 494.
得られた試験片を下記表3に示す温度に加熱し、この加熱温度で30秒間保持した後冷却した。冷却後の試験片表面を、光学顕微鏡を用いて倍率400倍で観察し、結晶粒界における溶融跡の有無を調べた。溶融跡は、結晶粒界に、空孔または酸化物が存在するか否かで評価した。即ち、結晶粒界に、酸化物および孔が無い場合を、耐バーニング性に優れると評価し、下記表3に、合格と表記した。結晶粒界に、酸化物または孔のうち何れか一つが有る場合を、耐バーニング性に劣ると評価し、下記表3に、不合格と表記した。 The obtained test piece was heated to the temperature shown in Table 3 below, held at this heating temperature for 30 seconds, and then cooled. The surface of the test piece after cooling was observed using an optical microscope at a magnification of 400 times, and the presence or absence of melting marks at the grain boundaries was examined. The melting mark was evaluated based on whether or not vacancies or oxides existed at the crystal grain boundaries. That is, the case where there were no oxides and pores at the crystal grain boundaries was evaluated as being excellent in burning resistance, and is shown as acceptable in Table 3 below. A case where any one of an oxide and a hole was present at the crystal grain boundary was evaluated as being inferior in burning resistance, and is shown as “Fail” in Table 3 below.
また、下記表3に示したNo.1の試験片表面を、光学顕微鏡を用いて倍率400倍で撮影した図面代用写真を図2に示す。図2において、aは空孔、bは酸化物を示す。 In addition, No. shown in Table 3 below. FIG. 2 shows a photo, which substitutes for a drawing, of the surface of the test piece 1 taken at a magnification of 400 times using an optical microscope. In FIG. 2, a is a void | hole and b shows an oxide.
上記表1〜表3から次のように考察できる。No.3〜26、28、30、37は、いずれも本発明で規定する要件を満足する例であり、鋼材の成分組成、鋼材に含まれるMn量およびS量の関係、並びに硫化物系介在物比が適切に制御できるため、加熱時にバーニングが発生しない。 It can consider as follows from the said Table 1-3. No. 3 to 26, 28, 30, and 37 are examples that satisfy the requirements defined in the present invention, the composition of the steel material, the relationship between the amount of Mn and S contained in the steel material, and the sulfide inclusion ratio Can be controlled appropriately, so burning does not occur during heating.
これに対し、No.1、2、27、29、31〜36、38、39は、いずれも本発明で規定する要件を満足しない比較例である。以下、詳細に説明する。 In contrast, no. 1, 2, 27, 29, 31 to 36, 38, 39 are all comparative examples that do not satisfy the requirements defined in the present invention. Details will be described below.
No.1と27は、Ca、Mg、Zr、Te、およびREMよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含有しない例であり、硫化物系介在物に含まれるSを安定化できない。その結果、硫化物系介在物比が本発明で規定する要件を外れ、バーニングが発生した。 No. 1 and 27 are examples in which at least one element selected from the group consisting of Ca, Mg, Zr, Te, and REM is not included, and S contained in the sulfide inclusion cannot be stabilized. As a result, the ratio of sulfide inclusions deviated from the requirement defined in the present invention, and burning occurred.
No.29は、上記No.1と同様、Ca、Mg、Zr、Te、およびREMよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含有しない例であり、硫化物系介在物に含まれるSを安定化できない。また、鋼材に含まれるMn量とS量の比も本発明で規定する範囲を外れる。その結果、硫化物系介在物比が本発明で規定する要件を外れ、バーニングが発生した。 No. 29 is the above-mentioned No. 29. 1 is an example not containing at least one element selected from the group consisting of Ca, Mg, Zr, Te, and REM, and S contained in sulfide inclusions cannot be stabilized. Further, the ratio of the amount of Mn and the amount of S contained in the steel material is also outside the range defined in the present invention. As a result, the ratio of sulfide inclusions deviated from the requirement defined in the present invention, and burning occurred.
No.2は、Sを過剰に含有し、鋼材に含まれるMn量とS量の比が本発明で規定する範囲を外れる例である。また、Ca、Mg、Zr、Te、およびREMよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含有しない例であり、硫化物系介在物に含まれるSを安定化できない。その結果、硫化物系介在物比が本発明で規定する要件を外れ、バーニングが発生した。 No. 2 is an example which contains S excessively and the ratio of the amount of Mn contained in steel materials and the amount of S deviates from the range specified in the present invention. Further, this is an example that does not contain at least one element selected from the group consisting of Ca, Mg, Zr, Te, and REM, and S contained in sulfide inclusions cannot be stabilized. As a result, the ratio of sulfide inclusions deviated from the requirement defined in the present invention, and burning occurred.
No.31は、Sを過剰に含有し、鋼材に含まれるMn量とS量の比が本発明で規定する範囲を外れる例である。その結果、硫化物系介在物比が本発明で規定する要件を外れ、バーニングが発生した。 No. 31 is an example which contains S excessively and the ratio of the amount of Mn contained in steel materials and the amount of S remove | deviates from the range prescribed | regulated by this invention. As a result, the ratio of sulfide inclusions deviated from the requirement defined in the present invention, and burning occurred.
No.33は、Mnを過剰に含有する例であり、硫化物系介在物比が本発明で規定する要件を外れ、バーニングが発生した。 No. No. 33 is an example containing excessive Mn, and the ratio of sulfide inclusions deviated from the requirement defined in the present invention, and burning occurred.
No.36は、鋼材に含まれるMn量とS量の比が本発明で規定する範囲を外れる例である。その結果、硫化物系介在物比が本発明で規定する要件を外れ、バーニングが発生した。 No. 36 is an example in which the ratio of the amount of Mn and the amount of S contained in the steel material is outside the range defined in the present invention. As a result, the ratio of sulfide inclusions deviated from the requirement defined in the present invention, and burning occurred.
No.32は、Siを過剰に含有する例であり、No.34は、Pを過剰する例であり、No.35は、Al量が少な過ぎる例であり、いずれもバーニングが発生した。 No. No. 32 is an example containing excessive Si. No. 34 is an example of excessive P. 35 is an example in which the amount of Al is too small, and in all cases, burning occurred.
No.38と39は、鋳造時における平均冷却速度が大き過ぎた例であり、硫化物系介在物が粗大化し、硫化物系介在物比が本発明で規定する要件を外れ、バーニングが発生した。 No. Nos. 38 and 39 are examples in which the average cooling rate during casting was too large. The sulfide inclusions became coarse, the ratio of sulfide inclusions deviated from the requirement defined in the present invention, and burning occurred.
a 空孔
b 酸化物
a hole b oxide
Claims (6)
Si:0.01〜2.0%、
Mn:0.2〜2.0%、
P :0.20%以下、
S :0.015〜0.12%、
Al:0.002〜0.1%を含有し、
更に、
Ca:0.0001〜0.01%、
Mg:0.0001〜0.01%、
Zr:0.01〜0.5%、
Te:0.001〜0.05%、および
REM:0.001〜0.05%よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含み、
前記Mnおよび前記Sは下記式(1)の関係を満足し、
残部が鉄および不可避不純物からなる鋼材であり、
該鋼材に含まれる短径が2μm以上の硫化物系介在物のうちの円相当径が4μm以下の硫化物系介在物の個数と、該鋼材に含まれる短径が2μm以上の硫化物系介在物の個数が、下記式(2)の関係を満足することを特徴とする鋼材。
[Mn]/[S]≧13.0 ・・・(1)
上記式(1)において、[ ]は、各元素の含有量(質量%)を示す。
[短径が2μm以上の硫化物系介在物のうちの円相当径が4μm以下の硫化物系介在物の個数]/[短径が2μm以上の硫化物系介在物の個数]≦0.30 ・・・(2) C: 0.38 to 0.8% (meaning mass%, the same shall apply hereinafter),
Si: 0.01 to 2.0%,
Mn: 0.2 to 2.0%,
P: 0.20% or less,
S: 0.015-0.12%,
Al: 0.002 to 0.1% is contained,
Furthermore,
Ca: 0.0001 to 0.01%,
Mg: 0.0001 to 0.01%
Zr: 0.01 to 0.5%,
Including at least one selected from the group consisting of Te: 0.001-0.05%, and REM: 0.001-0.05%,
The Mn and the S satisfy the relationship of the following formula (1),
The balance is steel consisting of iron and inevitable impurities,
Of the sulfide inclusions having a minor axis of 2 μm or more included in the steel material, the number of sulfide inclusions having an equivalent circle diameter of 4 μm or less and the sulfide inclusion having a minor axis of 2 μm or more included in the steel material A steel material characterized in that the number of objects satisfies the relationship of the following formula (2).
[Mn] / [S] ≧ 13.0 (1)
In the above formula (1), [] indicates the content (% by mass) of each element.
[Number of sulfide inclusions having an equivalent circle diameter of 4 μm or less among sulfide inclusions having a minor axis of 2 μm or more] / [Number of sulfide inclusions having a minor axis of 2 μm or more] ≦ 0.30 ... (2)
Cu:1%以下、
Ni:2%以下、
Cr:2%以下、および
Mo:2%以下よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含有する請求項1に記載の鋼材。 As other elements,
Cu: 1% or less,
Ni: 2% or less,
Cr: 2% or less, and Mo: steel according to claim 1 containing at least one selected from 2% hereinafter by Li Cheng group.
V :0.5%以下、
Ti:0.5%以下、
Nb:0.5%以下、および
W :2%以下よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含有する請求項1または2に記載の鋼材。 As other elements,
V: 0.5% or less,
Ti: 0.5% or less,
The steel material according to claim 1 or 2, containing at least one selected from the group consisting of Nb: 0.5% or less and W: 2% or less.
Pb:0.3%以下、
Bi:0.3%以下、
Sn:0.02%以下、および
Sb:0.02%以下よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含有する請求項1〜3のいずれかに記載の鋼材。 As other elements,
Pb: 0.3% or less,
Bi: 0.3% or less,
The steel material according to any one of claims 1 to 3, comprising at least one selected from the group consisting of Sn: 0.02% or less and Sb: 0.02% or less.
N:0.02%以下を含有する請求項1〜4のいずれかに記載の鋼材。 As other elements,
N: The steel material in any one of Claims 1-4 containing 0.02% or less.
請求項1〜5のいずれかに記載の成分組成を満足する溶鋼を鋳造して鋼材を製造するにあたり、鋳造開始から凝固完了までの鋳片中央部の平均冷却速度を7℃/分以下とすることを特徴とする鋼材の製造方法。 A method for producing the steel material according to any one of claims 1 to 5,
In casting a molten steel satisfying the component composition according to any one of claims 1 to 5 to produce a steel material, an average cooling rate of a slab central portion from the start of casting to the completion of solidification is set to 7 ° C / min or less. A method for producing a steel material.
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