JP6632281B2 - Case hardening steel for cold forging with excellent resistance to grain coarsening - Google Patents

Case hardening steel for cold forging with excellent resistance to grain coarsening Download PDF

Info

Publication number
JP6632281B2
JP6632281B2 JP2015180463A JP2015180463A JP6632281B2 JP 6632281 B2 JP6632281 B2 JP 6632281B2 JP 2015180463 A JP2015180463 A JP 2015180463A JP 2015180463 A JP2015180463 A JP 2015180463A JP 6632281 B2 JP6632281 B2 JP 6632281B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pearlite
steel
ferrite
cold
grain coarsening
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015180463A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017057429A (en
Inventor
藤松 威史
威史 藤松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Special Steel Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Special Steel Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Special Steel Co Ltd filed Critical Sanyo Special Steel Co Ltd
Priority to JP2015180463A priority Critical patent/JP6632281B2/en
Publication of JP2017057429A publication Critical patent/JP2017057429A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6632281B2 publication Critical patent/JP6632281B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Description

本願の発明は、冷間鍛造後に必要に応じて切削加工を施した後、浸炭焼入・焼戻し処理して使用される浸炭部品、例えば、自動車、建設機械、工作機械などのギアやCVJやシャフトなどの素材として好適である肌焼鋼に関する。   The invention of the present application is to provide a carburized part used after carburizing and tempering after cold forging, if necessary, for example, gears, CVJs and shafts of automobiles, construction machines, machine tools and the like. The present invention relates to case hardening steel which is suitable as such a material.

近年、熱間鍛造から冷間鍛造への変更や、冷間鍛造部品に焼ならし等を施さずに浸炭するプロセス(冷間鍛造−浸炭プロセスと呼称される。)の実現が強く要望されている。このプロセスには、製品歩留の向上、ニヤネットシェイプ化による切削工数の削減、熱間鍛造廃止による鍛造加熱の省略化、さらに冷間鍛造後の熱処理簡略化といった利点があり、実現のメリットは非常に大きい。一方、冷間鍛造は加工に際して熱間鍛造に比べて整形荷重が大幅に増大するという弱点もあり、いかに鍛造素材を柔らかくするかが課題の一つである。   In recent years, there has been a strong demand for changing from hot forging to cold forging and realizing a process of carburizing a cold forged part without performing normalizing or the like (called a cold forging-carburizing process). I have. This process has the advantages of improving product yield, reducing cutting man-hours by using near net shape, eliminating forging heating by eliminating hot forging, and simplifying heat treatment after cold forging. Very large. On the other hand, cold forging has the disadvantage of significantly increasing the shaping load compared to hot forging during processing, and one of the issues is how to make the forging material soft.

実用上、冷間鍛造−浸炭プロセスに対しては、肌焼鋼が利用されることとなり、その最適な軟化処理としては、通常は球状化焼なましが選択される。しかし、球状化焼なまし状態の鋼を冷間鍛造後に、焼ならしや焼なましを施さずに、そのまま浸炭すると、結晶粒粗大化が起こりやすいことがもう一つの課題である。   In practice, case hardening steel will be used for the cold forging-carburizing process, and spheroidizing annealing is usually selected as the optimum softening treatment. However, another problem is that if the steel in a spheroidized and annealed state is cold forged and then carburized as it is without performing normalization or annealing, crystal grain coarsening is likely to occur.

そこで、TiやNbのように結晶粒界の移動を抑制する微細析出物を形成する元素が積極利用されている。また、Ti、Nbを必須の添加とせず、冷間鍛造のための鋼素材として比較的軟質なフェライト−パーライト組織を利用するものが提案されている。例えば、質量%で、0.015〜0.10%のNbを必須の添加とし、Moを0.01%以下に制限し、Nを0.0080質量%未満を含有し、フェライトおよびパーライトの分率が80%以上の組織を有し、Nb析出物の大きさや個数を制限した冷間鍛造性および結晶粒粗大化抑制能に優れた肌焼鋼が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。しかしながら、ここで提案されたTiあるいはNbの添加は製造コストアップを招くため、これらの元素を添加しない方法の提案が望まれている。   Therefore, elements such as Ti and Nb that form fine precipitates that suppress the movement of crystal grain boundaries are actively used. In addition, there has been proposed a steel material for cold forging that does not include Ti and Nb as essential components and uses a relatively soft ferrite-pearlite structure. For example, 0.015 to 0.10% by mass of Nb is an essential addition, Mo is limited to 0.01% or less, N is less than 0.0080% by mass, and the content of ferrite and pearlite is reduced. A case hardening steel having a structure with a ratio of 80% or more and having excellent cold forgeability and crystal grain coarsening suppressing ability in which the size and number of Nb precipitates are limited has been proposed (for example, see Patent Document 1). .). However, the addition of Ti or Nb proposed here causes an increase in manufacturing cost, and therefore, a proposal for a method in which these elements are not added is desired.

また、熱間加工後のAlNの析出量を0.005%以下に制限し、かつベイナイトの組織分率を30%以下に制限し、熱間圧延方向に平行な断面の組織のフェライトバンドの評点が1〜3であることを特徴とする粗大粒防止特性に優れた肌焼鋼が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。なお、このフェライトバンドとは、フェライトの縞状組織のことである。フェライトバンドの評点が4以上のように、フェライトバンドが顕著であると、パーライト組織が連続的につながるために、浸炭加熱時にフェライト−パーライト組織からオーステナイト組織に逆変態した際に、混粒を生じ、粗大発生の原因となるためとされる。しかしながら、この発明では、鋼の評価において、冷間据込における加工率を50%としているため、70%以上の加工率の冷間鍛造が現実的に行われている昨今において十分な性能のものではなくなっている。   In addition, the amount of AlN precipitated after hot working is limited to 0.005% or less, the structure fraction of bainite is limited to 30% or less, and the score of the ferrite band having a structure parallel to the hot rolling direction is evaluated. Is 1 to 3, and a case hardening steel excellent in coarse grain prevention properties has been proposed (for example, see Patent Document 2). The ferrite band refers to a ferrite striped structure. If the ferrite band is remarkable, as in the case of a ferrite band rating of 4 or more, the pearlite structure is continuously connected. , Which may cause coarsening. However, in the present invention, in the evaluation of steel, since the working ratio in the cold upsetting is set to 50%, in recent years, cold forging with a working ratio of 70% or more is actually performed, and the performance is sufficient. Is gone.

また、パーライトクラスターの面積率が2.0%以下であり、かつ最大のパーライトクラスターの平均径Dと、パーライト粒の平均径dの比(D/d)が5.5以下であることを特徴とする、浸炭処理時の結晶粒粗大化防止特性に優れた肌焼鋼が提案されている(特許文献3)。なお、ここでいうパーライトクラスターとは、圧延方向への連続性のない集合組織であり、2本のパーライトバンドにまたがって形成されることが多いパーライトのことを指している。ここでの面積率とは、円相当径(同一の面積の円に換算したときの直径)が50μm以上となるパーライトクラスターの面積率である。また、パーライト粒の平均径dとは、パーライトバンド中に存在するパーライト粒の直径を、切断法によって求めた値の平均値を指している。そして、浸炭前組織において粗大なパーライトクラスターの発生を抑制すれば、浸炭処理時における異常粒の発生をなくし、結晶粒粗大化防止が実現できるとされる。しかしながら、この発明においても、冷間加工の加工率を60%で評価しているため、上記と同様に昨今の冷間鍛造用の鋼として十分なものとは言えなくなっている。   Further, the area ratio of the pearlite cluster is 2.0% or less, and the ratio (D / d) of the average diameter D of the largest pearlite cluster to the average diameter d of the pearlite grains is 5.5 or less. A case hardening steel having an excellent property of preventing crystal grain coarsening during carburizing has been proposed (Patent Document 3). The pearlite cluster referred to here is a texture having no continuity in the rolling direction, and refers to pearlite which is often formed over two pearlite bands. Here, the area ratio is an area ratio of a pearlite cluster having an equivalent circle diameter (diameter when converted into a circle having the same area) of 50 μm or more. The average diameter d of the pearlite particles indicates the average value of the diameters of the pearlite particles present in the pearlite band obtained by a cutting method. Then, if the generation of coarse pearlite clusters in the structure before carburizing is suppressed, the occurrence of abnormal grains during carburizing treatment is eliminated, and the prevention of coarsening of crystal grains can be realized. However, also in the present invention, since the working ratio of cold working is evaluated at 60%, it cannot be said that it is sufficient as the steel for recent cold forging similarly to the above.

特開2012−237052号公報JP 2012-237052 A 特開平11−106866号公報JP-A-11-106866 特開2015−127434号公報JP-A-2005-127434

発明者は、TiやNbを添加しない鋼をベースに鋭意研究を行い、冷間鍛造−浸炭プロセスに対する冷間鍛造用の前組織としては、フェライト−パーライトを活用しつつ、冷間加工性と結晶粒度特性を高度にバランスするための技術を模索した。その結果、冷間加工性の観点では、パーライト組織中のラメラー間隔が広い(すなわち硬さが柔らかい)粗なパーライトが望ましいものの、一方で結晶粒度特性の観点では、緻密なパーライト(すなわち硬さは硬い)が適しているという背反事象が潜んでいることを探り出した。   The inventor has conducted intensive research on steels to which Ti and Nb are not added. As a pre-structure for cold forging in the cold forging-carburizing process, cold workability and crystallinity are utilized while utilizing ferrite-pearlite. The technology for highly balancing the particle size characteristics was sought. As a result, from the viewpoint of cold workability, coarse pearlite having a large lamellar interval in the pearlite structure (that is, soft in hardness) is desirable, but from the viewpoint of crystal grain size characteristics, dense pearlite (that is, hardness Stiffness) was found to be a contradictory event.

そこで、本願の発明が解決しようとする課題は、フェライト−パーライト組織を主体としつつ、パーライト組織中のラメラー間隔を適正な範囲に制御することで、浸炭時の耐結晶粒粗大化特性に優れかつ冷間加工の容易な機械構造用鋼の肌焼鋼、特に電子顕微鏡レベルのパーライト組織制御により、効果的に冷間鍛造−浸炭プロセスにおける結晶粒粗大化が抑制可能な、浸炭時の結晶粒の粗大化防止特性に優れた機械構造用鋼の肌焼鋼を提供することである。   Therefore, the problem to be solved by the invention of the present application is to control the lamellar interval in the pearlite structure to an appropriate range while maintaining the ferrite-pearlite structure as a main component, and to provide excellent resistance to crystal grain coarsening during carburization and The case hardening of machine structural steel that is easy to cold work, especially the pearlite structure control at the electron microscope level, can effectively suppress the grain coarsening in the cold forging and carburizing process. An object of the present invention is to provide a case hardening steel having excellent coarsening prevention properties.

これに対して、上記の背景技術で挙げた、TiやNbのように結晶粒界の移動を抑制する微細析出物を形成する元素を積極的に利用する発明や、Ti、Nbを必須の添加としないで冷間鍛造のための鋼素材として比較的軟質なフェライト−パーライト組織を利用する発明の事例では、いずれも光学顕微鏡レベルにおけるフェライト―パーライト組織制御に留まっており、結晶粒粗大化特性は不十分なものに留まる。   On the other hand, the invention which positively utilizes the element which forms the fine precipitate which suppresses the movement of the grain boundary, such as Ti or Nb, which is mentioned in the above background art, or the essential addition of Ti and Nb In the case of the invention using a relatively soft ferrite-pearlite structure as a steel material for cold forging without using the ferrite-pearlite structure control at the optical microscope level, the crystal grain coarsening characteristics are all limited. Stay inadequate.

上記の課題を解決するための本願の発明の手段における、第1の手段では、質量%で、C:0.14〜0.25%、Si:0.05〜0.50%、Mn:0.10〜1.00%、P:≦0.025%、S:≦0.040%、Cr:0.70〜2.30%、Mo:0.10〜0.25%、Cu:≦0.30%、Al:0.015〜0.040%、O:≦0.0020%、N:0.0120〜0.0190%を含有し、残部Feおよび不可避不純物からなる鋼であり、この鋼は、さらにフェライト−パーライト組織の面積率が90%以上で、パーライト組織中のラメラー間隔は平均で0.20μm以上で、最大でも0.35μm以下であり、さらに冷間加工率70%における結晶粒粗大化温度が930℃以上である浸炭時の耐結晶粒粗大化特性に優れかつ冷間加工の容易な機械構造用鋼の肌焼鋼である。   In the first means of the present invention for solving the above-mentioned problems, in the first means, C: 0.14 to 0.25%, Si: 0.05 to 0.50%, Mn: 0 by mass%. 0.10 to 1.00%, P: ≤ 0.025%, S: ≤ 0.040%, Cr: 0.70 to 2.30%, Mo: 0.10 to 0.25%, Cu: ≤ 0 .30%, Al: 0.015 to 0.040%, O: ≤0.0020%, N: 0.0120 to 0.0190%, and the balance is Fe and inevitable impurities. Further, the area ratio of the ferrite-pearlite structure is 90% or more, the lamella spacing in the pearlite structure is 0.20 μm or more on average, and 0.35 μm or less at the maximum, and the crystal grains at a cold working rate of 70% are further reduced. Excellent resistance to grain coarsening during carburization with a coarsening temperature of 930 ° C or higher It is a case hardening steel for machine structural steel that is easy to cold work.

第2の手段では、質量%で、C:0.14〜0.25%、Si:0.05〜0.50%、Mn:0.10〜1.00%、P:≦0.025%、S:≦0.040%、Cr:0.70〜2.30%、Mo:0.10〜0.25%、Cu:≦0.30%、Al:0.015〜0.040%、O:≦0.0020%、N:0.0120〜0.0190%を含有し、さらにNi:0.50〜2.00%を含有し、残部Feおよび不可避不純物からな鋼であり、この鋼は、さらにフェライト−パーライト組織の面積率が90%以上で、パーライト組織中のラメラー間隔は平均で0.20μm以上で、最大でも0.35μm以下であり、さらに冷間加工率70%における結晶粒粗大化温度が930℃以上である浸炭時の耐結晶粒粗大化特性に優れかつ冷間加工の容易な機械構造用鋼の肌焼鋼である。   In the second means, C: 0.14 to 0.25%, Si: 0.05 to 0.50%, Mn: 0.10 to 1.00%, P: ≤ 0.025% by mass% , S: ≦ 0.040%, Cr: 0.70 to 2.30%, Mo: 0.10 to 0.25%, Cu: ≦ 0.30%, Al: 0.015 to 0.040%, O: ≦ 0.0020%, N: 0.0120 to 0.0190%, further contains Ni: 0.50 to 2.00%, the balance being Fe and unavoidable impurities. Further, the area ratio of the ferrite-pearlite structure is 90% or more, the lamella spacing in the pearlite structure is 0.20 μm or more on average, and 0.35 μm or less at the maximum, and the crystal grains at a cold working rate of 70% are further reduced. It has excellent resistance to grain coarsening during carburization with a coarsening temperature of 930 ° C or higher, It is a case hardened steel for machine structural use that is easy to work with.

TiやNbのような炭窒化物を形成して結晶粒度特性を大きく改善する元素の添加は、冷間鍛造−浸炭プロセスに対して高い結晶粒粗大化抑制能力を発揮する。しかし、これらの元素の添加は製造上のコストアップは避けられなかった。一方、これらの元素を含有しない鋼においては、冷間鍛造後に焼ならしや焼なましを施さなければ、それに続く浸炭での結晶粒粗大化を抑制することは困難であった。また、近年、冷間鍛造前組織として球状化焼なまし組織ではなく、フェライト−パーライト組織を利用して冷間鍛造−浸炭プロセスに適合させる発明がみられるが、冷間加工率が70%を超えるような過酷な加工が行われる昨今においては、結晶粒粗大化抑制能力は十分では無かった。このような状況の下で、本願の発明は、冷間鍛造と浸炭を組み合わせたプロセスに対して、TiやNbを添加しない鋼を用いるものであって、さらに冷間鍛造前の組織をフェライト−パーライト組織主体に調整するだけではなく、そのフェライト−パーライト組織中のパーライトのラメラー間隔を適正な範囲内に規制することによって、過酷な冷間鍛造後に、焼ならしや焼なましを施すことなく浸炭するプロセスにおいて、結晶粒粗大化が抑制できるという従来にない優れた効果を奏するものである。   The addition of an element such as Ti or Nb that forms a carbonitride to greatly improve the grain size characteristics exerts a high ability to suppress grain coarsening in the cold forging-carburizing process. However, the addition of these elements inevitably increased the production cost. On the other hand, in steels that do not contain these elements, it is difficult to suppress grain coarsening in subsequent carburization unless normalizing or annealing is performed after cold forging. In recent years, there has been an invention in which a ferrite-pearlite structure is used as a pre-cold forging structure instead of a spheroidized annealed structure to be adapted to a cold forging-carburizing process. In recent years when such severe processing is performed, the ability to suppress crystal grain coarsening has not been sufficient. Under such circumstances, the invention of the present application uses steel to which Ti or Nb is not added in a process in which cold forging and carburization are combined, and furthermore, the structure before cold forging is made of ferrite. In addition to adjusting mainly to the pearlite structure, by regulating the lamella spacing of the pearlite in the ferrite-pearlite structure to an appropriate range, after severe cold forging, without normalizing or annealing. In the carburizing process, an unprecedented excellent effect that coarsening of crystal grains can be suppressed is achieved.

発明を実施するための形態に先立って、先ず、本願発明の手段における鋼の化学成分を限定した理由を以下に説明する。なお、化学成分における%は質量%である。   Prior to the embodiments for carrying out the invention, first, the reasons for limiting the chemical composition of steel in the means of the present invention will be described below. In addition,% in a chemical component is a mass%.

C:0.14〜0.25%、望ましくは0.15〜0.23%
Cは、機械構造用部品として鋼材の浸炭処理後の芯部強度を確保するために必要な元素である。その目的のためにはCは0.14%以上が必要である。一方、Cが多すぎると鋼の冷間加工性を損ない、また、鋼を冷間鍛造後に浸炭温度まで昇温する過程でフェライト再結晶粒を微細化する作用を通じて、浸炭時の結晶粒粗大化を促進するため、Cは0.25%以下とする。そこで、Cは0.14〜0.25%とし、望ましくはCは0.15〜0.23%とする。
C: 0.14 to 0.25%, desirably 0.15 to 0.23%
C is an element necessary for securing the core strength of the steel material after carburizing as a component for machine structure. For that purpose, C needs to be 0.14% or more. On the other hand, if the C content is too large, the cold workability of the steel is impaired, and the crystal grains are coarsened during carburization through the action of refining the ferrite recrystallized grains during the process of cold forging the steel to the carburizing temperature. C is set to 0.25% or less in order to promote Therefore, C is set to 0.14 to 0.25%, and desirably, C is set to 0.15 to 0.23%.

Si:0.05〜0.50%、望ましくはSi:0.05〜0.30%
Siは、鋼の精錬における脱酸に必要な元素であり、その目的のため、Siが0.05%以上必要である。一方、Siはフェライトを強化する効果があるため、過剰な添加により、冷間加工性が損なわれるので、Siは0.50%を上限とする。そこで、Siは0.05〜0.50%、望ましくはSiは0.05〜0.30%とする。
Si: 0.05 to 0.50%, desirably Si: 0.05 to 0.30%
Si is an element necessary for deoxidation in steel refining, and for that purpose, 0.05% or more of Si is required. On the other hand, since Si has an effect of strengthening ferrite, an excessive addition impairs the cold workability, so the upper limit of Si is 0.50%. Therefore, Si is set to 0.05 to 0.50%, and desirably, Si is set to 0.05 to 0.30%.

Mn:0.10〜1.00%、望ましくはMn:0.25〜0.90%
Mnは、焼入性を確保するために必要な元素である。しかし、Mnが0.10%未満では焼入性への効果は十分に得られず、Mnが1.00%を超えると冷間加工性を低下させる。そこで、Mn0.10〜1.00%、望ましくはMnは0.25〜0.90%とする。
Mn: 0.10-1.00%, desirably Mn: 0.25-0.90%
Mn is an element necessary for ensuring hardenability. However, if Mn is less than 0.10%, the effect on hardenability is not sufficiently obtained, and if Mn exceeds 1.00%, cold workability is reduced. Therefore, Mn is 0.10 to 1.00%, preferably Mn is 0.25 to 0.90%.

P:≦0.025%
Pはスクラップから含まれる不可避な元素であるが、フェライトを強化して冷間加工性を低下させるので、Pは0.025%以下に規制する必要がある。そこで、Pは0.025%以下とする。
P: ≦ 0.025%
Although P is an unavoidable element contained in scrap, it is necessary to regulate P to 0.025% or less because it strengthens ferrite and lowers cold workability. Therefore, P is set to 0.025% or less.

S:≦0.040%
Sは、Mnと結合して被削性を向上させる非金属介在物であるMnSを形成する。しかし、MnSは冷間加工時の割れ発生を助長するため、Sは0.040%以下の添加とする必要がある。そこで、Sは0.040%以下とする。
S: ≦ 0.040%
S combines with Mn to form MnS, which is a nonmetallic inclusion that improves machinability. However, since MnS promotes cracking during cold working, it is necessary to add S to 0.040% or less. Therefore, S is set to 0.040% or less.

Cr:0.70〜2.30%、望ましくはCr:1.00〜2.00%、さらに望ましくはCr:1.20〜1.80%
Crは、パーライトのラメラー間隔に影響を及ぼし、結晶粒度特性改善のために不可欠となる適度に緻密なパーライトを形成するために重要な元素である。この効果を得るためには、Crは0.70%以上が必要である。一方、Crは過剰に添加すると冷間加工性を損ない、また、浸炭性を阻害するので、Crは2.30%以下とする。そこで、Crは0.70〜2.30%、望ましくはCrは1.00〜2.00%、さらに望ましくはCrは1.20〜1.80%とする。
Cr: 0.70 to 2.30%, preferably Cr: 1.00 to 2.00%, more preferably Cr: 1.20 to 1.80%
Cr is an element that affects the lamella spacing of pearlite and is important for forming moderately dense pearlite which is indispensable for improving crystal grain size characteristics. To obtain this effect, Cr needs to be 0.70% or more. On the other hand, if Cr is added excessively, the cold workability is impaired and the carburizing property is impaired. Therefore, the content of Cr is set to 2.30% or less. Therefore, Cr is 0.70 to 2.30%, preferably Cr is 1.00 to 2.00%, and more preferably Cr is 1.20 to 1.80%.

Mo:0.10〜0.25%
Moは、焼入性および靱性を向上させる元素であるのみならず、ソリュートドラッグ効果(すなわち、界面偏析による溶質引き摺り作用)により、冷間加工した鋼を浸炭する場合において、結晶粒粗大化を効果的に抑制する重要元素である。この効果の発現理由は次のように説明されると推測している。フェライト−パーライト組織を主体とする鋼を冷間鍛造すると、フェライト部には多量の転位が導入される。このとき、加工率で70%もの過酷な冷間加工を行った際には、転位同志はお互いに絡み合い、微細な転位セル構造を形成する。この微細な転位セル構造が導入された鋼に対し、浸炭のために昇温を行うと、その昇温過程において今度は転位セル構造の大きさに影響を受けながらフェライトの再結晶が起こる。このとき、再結晶粒は、昇温の過程で徐々に成長したり、あるいは後述するパーライト中の炭化物の存在によって成長が抑制されたりするが、いずれにしても加工前のフェライト粒径に比べて微細になる。ところで、Moは低温では鋼中で拡散しにくいため、転位セル構造の発達や再結晶の成長段階に対し、影響を及ぼしにくい。しかし、再結晶過程がある程度進行したオーステナイト化温度付近まで達すると、再結晶フェライト粒界付近にMoが偏析しやすくなる。その後、オーステナイト化を経由して浸炭温度に保持する過程において、結晶粒はよりエネルギー的に安定な状態を取ろうとして粒成長しようとするが、粒界の移動に対して界面付近に偏析したMoが抵抗になる、いわゆるソリュートドラッグ効果によって粒成長が抑制される。後述するようなパーライト組織中のラメラー間隔が広い場合とは異なり、Moは再結晶フェライト粒の微細化に対して強く影響を及ぼさないためにオーステナイト化後の結晶粒径を過度には微細化させず、よって浸炭温度域における粒成長を効果的に抑制する効果を持つと考えられる。この効果のためにMoは少なくとも0.10%以上の添加が必須である。しかし、Moは0.25%を超えて含有すると、ベイナイトの生成が促進されることにより冷間加工性を低下させるため、Moは0.25%以下とする。そこで、Moは0.10〜0.25%とする。
Mo: 0.10 to 0.25%
Mo is not only an element that improves hardenability and toughness, but also has an effect of coarsening crystal grains when carburizing cold-worked steel by a solute drag effect (ie, solute drag action due to interface segregation). It is an important element that suppresses odors. It is presumed that the reason for this effect is explained as follows. When a steel mainly composed of a ferrite-pearlite structure is cold forged, a large amount of dislocations are introduced into a ferrite portion. At this time, when a severe cold working of a working rate of 70% is performed, the dislocations are entangled with each other to form a fine dislocation cell structure. When the temperature of the steel in which the fine dislocation cell structure is introduced is increased for carburization, ferrite recrystallization occurs during the heating process while being affected by the size of the dislocation cell structure. At this time, the recrystallized grains gradually grow in the process of raising the temperature, or the growth is suppressed by the presence of carbides in pearlite, which will be described later, but in any case, compared to the ferrite grain size before processing. Become fine. By the way, since Mo is hardly diffused in steel at low temperature, it does not easily affect the development of the dislocation cell structure and the growth stage of recrystallization. However, when the temperature reaches around the austenitizing temperature at which the recrystallization process has progressed to some extent, Mo tends to segregate near the recrystallized ferrite grain boundaries. Then, in the process of maintaining the carburizing temperature via austenitization, the crystal grains try to grow in an attempt to take a more energy stable state, but Mo segregated near the interface due to the movement of the grain boundaries. The grain growth is suppressed by the so-called solution drag effect, which causes resistance. Unlike the case where the lamellar interval in the pearlite structure is wide as described later, Mo does not strongly affect the refining of the recrystallized ferrite grains, so that the crystal grain size after austenitization is excessively reduced. Therefore, it is considered that the alloy has an effect of effectively suppressing grain growth in the carburizing temperature range. For this effect, Mo must be added at least 0.10% or more. However, when Mo is contained in excess of 0.25%, the formation of bainite is promoted to lower the cold workability, so that Mo is set to 0.25% or less. Therefore, Mo is set to 0.10 to 0.25%.

Cu:≦0.30%
Cuは、スクラップから含有される不可避な元素であるが、時効性を有し、強度を上昇させる。しかし、Cuは0.30%を超えると熱間加工性を低下する。そこで、Cuは0.30%以下とする。
Cu: ≦ 0.30%
Cu is an unavoidable element contained in scrap, but has aging properties and increases strength. However, when Cu exceeds 0.30%, the hot workability deteriorates. Therefore, Cu is set to 0.30% or less.

Al:0.015〜0.040%、望ましくはAl:0.0025〜0.040%
Alは、鋼の精錬における脱酸材として使用される元素であり、また、後述のようにNと結合してAlNとして微細に析出し、結晶粒粗大化抑制効果に重要な役割を果たす。この効果を得るため、Alは0.015%以上を添加する。一方、Alは0.040%を超えると、粗大なAlNが増加することと相反して微細なAlNが減少することにより結晶粒粗大化抑制効果を低下させるため、上限を0.040%とする。そこで、Alは0.015〜0.040%とし、望ましくはAlは0.0025〜0.040%とする。
Al: 0.015 to 0.040%, desirably Al: 0.0025 to 0.040%
Al is an element used as a deoxidizer in steel refining, and as described below, combines with N to precipitate finely as AlN, and plays an important role in suppressing the crystal grain coarsening. To obtain this effect, Al is added in an amount of 0.015% or more. On the other hand, if Al exceeds 0.040%, the effect of suppressing coarsening of crystal grains is reduced by decreasing fine AlN contrary to increasing coarse AlN, so the upper limit is made 0.040%. . Therefore, Al is set to 0.015 to 0.040%, and preferably Al is set to 0.0025 to 0.040%.

O:≦0.0020%
Oは、不可避的に含有される元素である。しかし、Oが0.0020%を超えて含有されると酸化物の増加による加工性や疲労強度の低下を招く。そこで、Oは0.0020%以下とする。
O: ≦ 0.0020%
O is an element inevitably contained. However, if O is contained in excess of 0.0020%, workability and fatigue strength are reduced due to an increase in oxides. Therefore, O is set to 0.0020% or less.

N:0.0120〜0.0190%、望ましくはN:0.0120〜0.0170%
Nは、鋼中でAlNとして微細析出し、結晶粒粗大化防止効果を発揮する。しかし、Nが0.0120%未満ではその効果は小さく、Nが0.0190%を超えると粗大なAlNが増加することと相反して微細なAlNが減少することにより結晶粒粗大化抑制効果を損なう。そこで、Nは0.0120〜0.0190%、望ましくはNは0.0120〜0.0170%とする。
N: 0.0120 to 0.0190%, desirably N: 0.0120 to 0.0170%
N is finely precipitated as AlN in steel and exhibits an effect of preventing crystal grain coarsening. However, when the N content is less than 0.0120%, the effect is small, and when the N content exceeds 0.0190%, the fine AlN decreases in contrast to the increase in the coarse AlN, whereby the effect of suppressing the grain coarsening is reduced. Spoil. Therefore, N is 0.0120 to 0.0190%, and desirably, N is 0.0120 to 0.0170%.

Ni:0.50〜2.00%
第2の手段におけるNiは、焼入性および靱性を向上させる元素である。その目的のためには0.50%以上の添加が必要である。しかし、Niが2.00%を超えて含有すると切削性を低下させ、かつ、コストアップとなる。そこで、Niは0.50〜2.00%とする。
Ni: 0.50 to 2.00%
Ni in the second means is an element for improving hardenability and toughness. For that purpose, an addition of 0.50% or more is necessary. However, if the Ni content exceeds 2.00%, the machinability decreases and the cost increases. Therefore, Ni is set to 0.50 to 2.00%.

フェライト−パーライト組織の面積率:90%以上
本発明では、冷間鍛造性を確保する観点から、フェライト−パーライト組織の面積率を90%以上とする。本発明はMoを必須添加としているため、ベイナイトが生成する場合があるが、ベイナイトは結晶粒度特性を低下させないものの、硬さを上昇させるため冷間鍛造性を損なう。そこで、フェライト−パーライト面積率は90%以上とする。
Area ratio of ferrite-pearlite structure: 90% or more In the present invention, from the viewpoint of ensuring cold forgeability, the area ratio of ferrite-pearlite structure is set to 90% or more. In the present invention, since Mo is an essential addition, bainite may be formed. However, bainite does not lower the crystal grain size characteristics, but increases the hardness and impairs cold forgeability. Therefore, the area ratio of ferrite to pearlite is set to 90% or more.

パーライト組織中のラメラー間隔:平均0.20μm以上でかつ最大0.35μm以下
本発明では、冷間鍛造性と結晶粒度特性を両立する観点から、パーライト組織中のラメラー間隔を平均0.20μm以上で、かつ最大0.35μm以下に規制する。パーライト組織中のラメラー間隔の平均を0.20μm以上に規制する理由は、パーライト組織の硬さが軟質化して冷間鍛造性が向上するためである。また、パーライト組織中の最大ラメラー間隔を0.35μm以下とするのは、このようなパーライト組織は当然ながら冷間鍛造性向上に寄与するものの、その一方で、結晶粒粗大化を促進するためである。
Lamella spacing in pearlite structure: 0.20 μm or more on average and 0.35 μm or less in maximum In the present invention, the lamellar spacing in pearlite structure is 0.20 μm or more on average from the viewpoint of achieving both cold forgeability and crystal grain size characteristics. And at most 0.35 μm. The reason for controlling the average of the lamellar intervals in the pearlite structure to 0.20 μm or more is that the hardness of the pearlite structure is softened and the cold forgeability is improved. The reason why the maximum lamellar interval in the pearlite structure is 0.35 μm or less is that such a pearlite structure naturally contributes to the improvement of cold forgeability, but on the other hand, promotes the coarsening of crystal grains. is there.

パーライト組織のラメラー間隔が結晶粒粗大化に関与するメカニズムについて、発明者は以下のように推測している。フェライト−パーライト組織を有する鋼を冷間鍛造してから、浸炭のために昇温する過程において、前述の通り、先ず、フェライトの再結晶が起こる。この際、パーライトもその構成要素としてフェライト組織を含むため再結晶しようとする。しかし、もう一方のパーライトの構成要素である炭化物が、冷間鍛造による加工を受けた状態から昇温されることによって球状化していく反応が同時進行する。この同時進行的に形成された球状炭化物によって、再結晶粒界がピン止めされて微細なままに留まる。このような再結晶過程を反映して、それに続くオーステナイト化時の結晶粒が微細に形成され、そのような微細なオーステナイト粒では結晶粒成長に対する駆動力が高いために、浸炭温度での保持中に結晶粒粗大化が起こるというプロセスを辿る。しかしながら、冷間鍛造前にフェライト−パーライト組織の状態にあっても、パーライト組織中のラメラー間隔が最大0.35μm以下に規制されている場合、上記記載と同様過程で球状化した炭化物は比較的微細な状態で留まり、結果的に、昇温過程で徐々に溶解して再結晶フェライト粒の成長を促す。このために、それに続くオーステナイト化過程では、オーステナイト粒が比較的大きく形成され、結晶粒成長の駆動力は低くなる。そこで、このことにより、浸炭温度での保持中の結晶粒粗大化が起きにくくなるというものである。   The inventors speculate as follows about the mechanism in which the lamella spacing of the pearlite structure contributes to the coarsening of crystal grains. In the process of cold forging a steel having a ferrite-pearlite structure and then raising the temperature for carburization, first, as described above, ferrite recrystallization occurs. At this time, pearlite also attempts to recrystallize because it contains a ferrite structure as a constituent element. However, the reaction of the carbide, which is a component of the other pearlite, being spheroidized by raising the temperature from the state of being processed by cold forging, proceeds simultaneously. The simultaneously formed spherical carbides pin the recrystallized grain boundaries and remain fine. Reflecting such a recrystallization process, crystal grains at the time of subsequent austenitization are formed finely, and such fine austenite grains have a high driving force for crystal grain growth. The process of crystal grain coarsening occurs. However, even in the state of ferrite-pearlite structure before cold forging, if the lamella spacing in the pearlite structure is restricted to a maximum of 0.35 μm or less, carbides spheroidized in the same process as described above are relatively hard to form. It stays in a fine state and, as a result, gradually dissolves in the process of raising the temperature to promote the growth of recrystallized ferrite grains. For this reason, in the subsequent austenitizing process, austenite grains are formed relatively large, and the driving force for crystal grain growth decreases. Therefore, this makes it difficult for the crystal grains to be coarsened during the holding at the carburizing temperature.

次いで、発明を実施するための形態について記載する。表を参照して説明する。先ず、表1に示す本発明の実施例のNo.1〜13と比較例のNo.14〜29の化学成分を含有するそれぞれの鋼を、100kg真空誘導溶解炉(VIM)で溶製し、インゴットに鋳造した。なお、表1において、比較例のNo.15〜22の網かけで示す元素の添加量は本願の発明の請求範囲を外れるものである。これらの実施例および比較例の鋼材において、結晶粒界のピン止めに有効なAlNをいったん固溶させるために、1250℃に2時間保持した後、直径34mmに鍛伸し、空冷した。なお、このような加熱は通常の鋼の製造方法においては、連続鋳造したブルームあるいは鋳込み法による鋼塊をいったん中間製品形状にする際の加熱工程により代えることが可能である。   Next, embodiments for carrying out the invention will be described. This will be described with reference to a table. First, No. 1 of the embodiment of the present invention shown in Table 1. Nos. 1 to 13 and Nos. Of Comparative Examples. Each steel containing 14 to 29 chemical components was melted in a 100 kg vacuum induction melting furnace (VIM) and cast into ingots. In Table 1, in Comparative Example No. The addition amounts of the elements indicated by hatching of 15 to 22 are outside the scope of the invention of the present application. In the steel materials of these examples and comparative examples, in order to temporarily dissolve AlN effective for pinning the crystal grain boundaries, the steel material was held at 1250 ° C. for 2 hours, then forged to a diameter of 34 mm, and air-cooled. In addition, such heating can be replaced by a heating step in which a continuously cast bloom or a steel ingot by casting is once formed into an intermediate product in a usual steel manufacturing method.

Figure 0006632281
Figure 0006632281

上記の直径34mmに鍛伸した実施例および比較例の鋼については、100mmの長さに切断した。続いて、実施例の鋼について、徐冷法または等温焼なましによる熱処理を加えた。これらの熱処理は適正なフェライト−パーライト面積分率、およびパーライト組織中のラメラー間隔を得るために行った。徐冷法はオーステナイト化温度での保持後、連続冷却する方法により行い、この場合、860〜1000℃、望ましくは870℃〜960℃のオーステナイト化温度を選択した。また、オーステナイト化温度範囲での保持後からパーライト変態が完了する温度までの冷却速度は50〜450℃/hを選択した。保持時間については、炉に装入した鋼材においてオーステナイト化が完了する時間を考慮し、ここでは1.5時間の保持とした。実用上も、この保持時間は鋼材の炉装入量や寸法を考慮して決めるのが良い。なお、オーステナイト化温度まで昇温するのは、実用上、圧延棒鋼のミクロ組織や、冷間鍛造に先立っていったん粗成形のための熱間鍛造等を行った場合等のミクロ組織を、再度オーステナイト化温度に加熱することで均質化することを目的としたものである。ここでは、発明例のNo.1〜4およびNo.11が徐冷法による熱処理を加えたものである。   The steels of the examples and comparative examples forged to a diameter of 34 mm were cut to a length of 100 mm. Subsequently, the steel of the example was subjected to a heat treatment by a slow cooling method or an isothermal annealing. These heat treatments were performed to obtain an appropriate ferrite-pearlite area fraction and a lamellar interval in the pearlite structure. The slow cooling method is performed by a method of continuous cooling after holding at an austenitizing temperature. In this case, an austenitizing temperature of 860 to 1000 ° C, preferably 870 to 960 ° C was selected. Further, the cooling rate from the holding in the austenitizing temperature range to the temperature at which the pearlite transformation was completed was selected from 50 to 450 ° C / h. The holding time was set at 1.5 hours in consideration of the time required for completing the austenitization of the steel material charged into the furnace. In practical use, the holding time is preferably determined in consideration of the furnace charging amount and dimensions of the steel material. In addition, in order to raise the temperature to the austenitizing temperature, in practice, the microstructure of a rolled steel bar or the microstructure obtained when hot forging for rough forming is performed prior to cold forging, etc. It is intended to homogenize by heating to the homogenization temperature. Here, No. 1 of the invention example. Nos. 1 to 4 and Nos. Numeral 11 indicates a heat treatment by a slow cooling method.

等温焼なましについては、上記と同様に直径34mmで長さ100mmの鋼材について、徐冷法と同様のオーステナイト化温度範囲に昇温して1.5時間保持した後、より低温に保持した別の炉に素早く移し替えを行い、炉内温度が設定温度に到達してから空冷する方法により行った。オーステナイト化温度に加熱する目的は前述と同様の理由による。オーステナイト化温度での保持時間の選定についても徐冷法の場合と同様に炉に装入する鋼材の量や寸法を考慮するものとする。それに続く低温側での保持温度としては750℃〜550℃から選択した。なお、保持温度が660℃を超えるもの、ならびに610℃を下回るものは、本願発明の範囲の対象外である。また、保持時間については、オーステナイトからフェライト−パーライトを主体とする組織に変態を完了するまでの時間を考慮して調整するものとした。ここでは、発明例のNo.5〜10、No.12、No.13に等温焼なましによる熱処理を加えた。なお、実際の製造工程への等温焼なましの適用にあたっては、例えば高温側の一次側加熱と低温保持側の二次側加熱が仕切られた炉を用いると良く、一次側炉と二次側炉との間の温度域を比較的速やかに冷却するための冷却室を設けても良い。一次側炉と二次側炉の間の温度域を冷却するための手段としては、例えば冷却ファンあるいは温風を当てるための装置を導入しても良い。また、比較例として、上記の直径34mmに鍛伸し、長さ100mmに切断した、本発明範囲の成分を満たす鋼No.14について900℃で1.5時間加熱した後、空冷する焼ならしを施した。この空冷時の冷却速度は、前述の徐冷法を行う際の冷却速度上限の目安となる450℃/hよりもかなり速い。また、直径34mmに鍛伸し、長さ100mmに切断した、成分のいずれかが本願発明の請求の範囲を外れる比較例の鋼No.15〜22に対しては、前述の徐冷法もしくは等温焼なましの条件に準じて熱処理を施した。また、化学成分が本願発明の請求の範囲を満たすNo.23〜29の鋼については、前述の徐冷法もしくは等温焼なましの条件範囲を外れる条件で熱処理を行った。   As for the isothermal annealing, a steel material having a diameter of 34 mm and a length of 100 mm was heated to the same austenitizing temperature range as in the slow cooling method and held for 1.5 hours, followed by another furnace held at a lower temperature. And the air was cooled after the furnace temperature reached the set temperature. The purpose of heating to the austenitizing temperature is for the same reason as described above. As for the selection of the holding time at the austenitizing temperature, the amount and size of the steel material to be charged into the furnace are taken into consideration in the same manner as in the case of the slow cooling method. The subsequent holding temperature on the low temperature side was selected from 750 ° C to 550 ° C. Those having a holding temperature exceeding 660 ° C. and below 610 ° C. are out of the scope of the present invention. The holding time was adjusted in consideration of the time required to complete the transformation from austenite to a structure mainly composed of ferrite-pearlite. Here, No. 1 of the invention example. No. 5 to 10, no. 12, No. 13 was subjected to a heat treatment by isothermal annealing. In applying the isothermal annealing to the actual manufacturing process, for example, it is preferable to use a furnace in which the primary side heating on the high-temperature side and the secondary side heating on the low-temperature holding side are separated, and the primary-side furnace and the secondary-side furnace are used. A cooling chamber for cooling the temperature range between the furnace and the furnace relatively quickly may be provided. As means for cooling the temperature range between the primary furnace and the secondary furnace, for example, a cooling fan or a device for applying hot air may be introduced. As a comparative example, the steel No. satisfying the components of the present invention, which was forged to a diameter of 34 mm and cut to a length of 100 mm. 14 was heated at 900 ° C. for 1.5 hours and then air-cooled for normalization. The cooling rate at the time of the air cooling is considerably higher than 450 ° C./h which is a standard of the cooling rate at the time of performing the above-mentioned slow cooling method. Further, the steel No. of the comparative example, which was forged to a diameter of 34 mm and cut to a length of 100 mm, wherein any of the components was outside the scope of the claims of the present invention. 15 to 22 were subjected to a heat treatment in accordance with the above-described slow cooling method or isothermal annealing conditions. Further, the chemical composition satisfying the claims of the present invention has the following chemical composition. For the steels of Nos. 23 to 29, the heat treatment was performed under conditions outside the above-described range of the slow cooling method or the isothermal annealing.

以上の通りの熱処理を施した鋼材について、フェライト−パーライトの面積率、およびパーライト組織中のラメラー間隔を測定した。先ず、鋼材鍛伸方向から10mm角程度の断面を切り出し、鏡面研磨した後、5%ナイタールで腐食を行った。フェライト−パーライト面積率は、光学顕微鏡によって800μm四方の組織写真を撮影し、画像解析により800μm四方の全面積からベイナイト部の面積を除外し、残りのフェライト−パーライト部の面積をもとに算出した。パーライト組織中のラメラー間隔の測定は次の要領で行った。まず、走査型電子顕微鏡を用いてパーライト組織中のラメラー間隔測定が容易な視野を3視野撮影した。続いて、それらの写真から線分法により9箇所における平均ラメラー間隔を測定し、それをさらに平均したものを本発明における平均ラメラー間隔とした。一方、同様に走査型電子顕微鏡にていくつかのパーライト粒を包含する任意の200μm四方の全パーライト組織を観察し、視野中でラメラー間隔が最大の値を最大ラメラー間隔とした。   For the steel material subjected to the heat treatment as described above, the area ratio of ferrite-pearlite and the lamella interval in the pearlite structure were measured. First, a cross section of about 10 mm square was cut out from the steel material forging direction, mirror-polished, and then corroded with 5% nital. The ferrite-pearlite area ratio was calculated based on the area of the remaining ferrite-pearlite portion by taking an 800 μm square structure photograph with an optical microscope, excluding the bainite area from the total area of 800 μm square by image analysis. . The measurement of the lamellar spacing in the pearlite structure was performed as follows. First, using a scanning electron microscope, three visual fields in which lamella spacing in the pearlite structure could be easily measured were photographed. Subsequently, the average lamella spacing at nine points was measured from the photographs by the line segment method, and the average was further defined as the average lamella spacing in the present invention. On the other hand, the entire pearlite structure of arbitrary 200 μm square including several pearlite grains was similarly observed with a scanning electron microscope, and the maximum lamella interval in the visual field was defined as the maximum lamella interval.

以上の熱処理を施した発明例および比較例の鋼は、引き続いて直径14mmで長さ21mmの寸法を有し、さらに加工時に上下端面を拘束するためのノッチを設けた冷間据込み用試験片に加工した。続いて、高さ比で70%の冷間据込みを施してから、疑似浸炭試験を実施した。この方法により、冷間鍛造後に焼ならしや焼なましなどを施さずにそのまま浸炭する冷間鍛造−浸炭プロセスを模した。このとき、70%冷間加工時の変形抵抗を指標化した値(基準はNo.10の鋼の70%冷間加工時の変形抵抗を1.00とした。)をもって冷間鍛造性の指標とした。   The steel of the invention example and the comparative example subjected to the heat treatment described above has a size of 14 mm in diameter and 21 mm in length, and further has a notch for restraining the upper and lower end surfaces during processing. Processed to. Subsequently, after performing cold upsetting at a height ratio of 70%, a pseudo carburizing test was performed. According to this method, a cold forging-carburizing process in which carburization is performed without performing normalizing or annealing after cold forging is imitated. At this time, a value obtained by indexing the deformation resistance at the time of 70% cold working (the standard is the deformation resistance at the time of 70% cold working of No. 10 steel was 1.00) is an index of the cold forgeability. And

なお、疑似浸炭とは、実際の浸炭は行わずに浸炭の熱履歴のみを与える方法であるが、通例、浸炭が直接的に結晶粒粗大化挙動に影響を及ぼすことは無いため、この方法にて結晶粒粗大化温度を適切に評価すること可能である。疑似浸炭においては、一般的な浸炭過程の昇温速度を想定した300℃/hで昇温して850℃〜970℃で5時間保持した後、水冷した。その後、据え込み試験片の断面を割出し、鏡面研磨後に50℃に保持した飽和ピクリン酸溶液中で結晶粒界を腐食してから、顕微鏡観察により結晶粒粗大化の有無を確認した。結晶粒粗大化の判定基準として、試験片断面において冷間据込みにより1.0を超えるせん断ひずみが導入された領域内を観察し、領域内に70μmを超える粒が観察された場合に、結晶粒粗大化が発生したと判断した。なお、冷間据込みによるせん断ひずみが1.0以下の領域においては、冷間加工が不十分なために、疑似浸炭昇温過程において再結晶フェライト粒が微細に形成されず、それに続いてより高温側で起こるオーステナイト化後の結晶粒が、その再結晶フェライト粒の大きさを反映して大きくなることにより、結晶粒粗大化ではないものの70μmを超える結晶粒が観察されることがあるため、そこで、上記領域に限定して結晶粒粗大化を判定した。以上の結果について表2にまとめる。   In addition, pseudo carburizing is a method of giving only the heat history of carburizing without actually carburizing, but since carburizing does not usually directly affect the grain coarsening behavior, Thus, it is possible to appropriately evaluate the crystal grain coarsening temperature. In the pseudo carburizing, the temperature was raised at 300 ° C./h assuming a heating rate in a general carburizing process, the temperature was maintained at 850 ° C. to 970 ° C. for 5 hours, and then water cooling was performed. Thereafter, the cross section of the upsetting test piece was indexed, and after the mirror polishing, the crystal grain boundaries were corroded in a saturated picric acid solution kept at 50 ° C., and then the presence or absence of crystal grain coarsening was confirmed by microscopic observation. As a criterion for crystal grain coarsening, a cross section of a test piece was observed in a region where a shear strain of more than 1.0 was introduced by cold upsetting, and when a particle exceeding 70 μm was observed in the region, the crystal was observed. It was determined that grain coarsening had occurred. In the region where the shear strain due to cold upsetting is 1.0 or less, recrystallization ferrite grains are not finely formed in the pseudo carburizing heating process due to insufficient cold working. Since the crystal grains after austenitization occurring on the high-temperature side become larger reflecting the size of the recrystallized ferrite grains, crystal grains larger than 70 μm may be observed although the crystal grains are not coarsened, Therefore, crystal grain coarsening was determined only in the above region. Table 2 summarizes the above results.

Figure 0006632281
Figure 0006632281

なお、表2において、フェライトパーライトの面積率(%)、平均パーライト間隔(μm)、最大パーライト間隔(μm)、結晶粒粗大化温度(℃)における比較例の欄の網かけ部は請求の範囲を外れるものを示す。さらに、70%加工時の変形抵抗における比較例の欄の網かけ部は発明例No.10の鋼を1.00の基準値とした時に、この基準値を超えるものを示している。   In Table 2, the shaded portion in the column of Comparative Example in the area ratio (%) of ferrite pearlite, average pearlite interval (μm), maximum pearlite interval (μm), and crystal grain coarsening temperature (° C.) Indicates that it deviates. Further, the shaded portion in the column of the comparative example in the deformation resistance at the time of 70% processing is the invention example No. When the steel No. 10 is set to the reference value of 1.00, the values exceeding the reference value are shown.

発明例のNo.1〜13の鋼は、成分範囲が本願の請求項の範囲を満たすものであり、なおかつフェライト−パーライト面積率、パーライト組織中の平均パーライト間隔、および最大パーライト間隔が規制の範囲を満足しており、発明例の鋼のNo.10を基準として指標化した70%冷間加工時の変形抵抗が1.00か、それを下回っており、かつ結晶粒粗大化温度が少なくとも実用浸炭温度の930℃以上であり、優れた冷間鍛造性と耐結晶粒粗大化特性を兼ね備えた鋼である。   No. of Invention Example The steels of Nos. 1 to 13 have a component range satisfying the claims of the present application, and the ferrite-pearlite area ratio, the average pearlite interval in the pearlite structure, and the maximum pearlite interval satisfy the regulation range. No. of the steel of the invention example. The deformation resistance at the time of 70% cold working indexed on the basis of 10 is 1.00 or less, and the crystal grain coarsening temperature is at least 930 ° C. or more of the practical carburizing temperature, This steel has both forgeability and resistance to coarsening of crystal grains.

比較例のNo.14〜29の鋼は、化学成分、フェライト−パーライト面積率、パーライト組織中の平均パーライト間隔および最大パーライト間隔のいずれかまたは複数の指標が、規制の範囲を外れるものである。比較例のNo.14、No.18、No.19、No.23、No.26〜29の鋼は、70%冷間加工時の変形抵抗が1.00を超えており、最低でも1.15以上であり、冷間鍛造性に劣っている。また、比較例のNo.15〜17、No.20〜22、No.24、No.25の鋼は、結晶粒粗大化温度が最高のものでも実用浸炭温度以下の890℃であり、耐結晶粒粗大化特性に劣っている。すなわち、比較例の鋼においては、冷間鍛造性と耐結晶粒粗大化特性を兼備した鋼は一つもないことが明らかである。   No. of the comparative example. In the steels Nos. 14 to 29, any one or more of the chemical composition, the ferrite-pearlite area ratio, the average pearlite interval and the maximum pearlite interval in the pearlite structure are out of the regulation range. No. of the comparative example. 14, No. 18, No. 19, no. 23, no. The steels of Nos. 26 to 29 have a deformation resistance at the time of 70% cold working exceeding 1.00, and at least 1.15 or more, and are inferior in cold forgeability. In addition, No. of the comparative example. 15-17, No. 20 to 22, No. 1; 24, no. Steel No. 25 has a maximum crystal grain coarsening temperature of 890 ° C., which is lower than the practical carburizing temperature, and is inferior in resistance to crystal grain coarsening. That is, it is clear that none of the steels of the comparative examples has both the cold forgeability and the crystal grain coarsening resistance.

Claims (2)

質量%で、C:0.14〜0.25%、Si:0.05〜0.50%、Mn:0.10〜1.00%、P:≦0.025%、S:≦0.040%、Cr:0.70〜2.30%、Mo:0.10〜0.25%、Cu:≦0.30%、Al:0.015〜0.040%、O:≦0.0020%、N:0.0120〜0.0190%を含有し、残部Feおよび不可避不純物からなり、フェライト−パーライト組織の面積率が90%以上で、パーライト組織中のラメラー間隔が平均で0.20μm以上かつ最大で0.35μm以下であり、さらに冷間加工率70%における結晶粒粗大化温度が930℃以上であることを特徴とする浸炭時の耐結晶粒粗大化特性に優れかつ冷間加工の容易な機械構造用鋼の肌焼鋼。   In mass%, C: 0.14 to 0.25%, Si: 0.05 to 0.50%, Mn: 0.10 to 1.00%, P: ≦ 0.025%, S: ≦ 0. 040%, Cr: 0.70 to 2.30%, Mo: 0.10 to 0.25%, Cu: ≤ 0.30%, Al: 0.015 to 0.040%, O: ≤ 0.0020 %, N: 0.0120 to 0.0190%, the balance being Fe and unavoidable impurities, the area ratio of the ferrite-pearlite structure is 90% or more, and the lamella interval in the pearlite structure is 0.20 μm or more on average. And a maximum of 0.35 μm or less, and a crystal grain coarsening temperature at a cold working rate of 70% of 930 ° C. or more, which is excellent in resistance to crystal grain coarsening during carburization and is excellent in cold working. Easy case hardening steel for machine structural steel. 質量%で、C:0.14〜0.25%、Si:0.05〜0.50%、Mn:0.10〜1.00%、P:≦0.025%、S:≦0.040%、Cr:0.70〜2.30%、Mo:0.10〜0.25%、Cu:≦0.30%、Al:0.015〜0.040%、O:≦0.0020%、N:0.0120〜0.0190%を含有し、さらにNi:0.50〜2.00%を含有し、残部Feおよび不可避不純物からなり、フェライト−パーライト組織の面積率が90%以上で、パーライト組織中のラメラー間隔が平均で0.20μm以上かつ最大で0.35μm以下であり、さらに冷間加工率70%における結晶粒粗大化温度が930℃以上であることを特徴とする浸炭時の耐結晶粒粗大化特性に優れかつ冷間加工の容易な機械構造用鋼の肌焼鋼。   In mass%, C: 0.14 to 0.25%, Si: 0.05 to 0.50%, Mn: 0.10 to 1.00%, P: ≦ 0.025%, S: ≦ 0. 040%, Cr: 0.70 to 2.30%, Mo: 0.10 to 0.25%, Cu: ≤ 0.30%, Al: 0.015 to 0.040%, O: ≤ 0.0020 %, N: 0.0120 to 0.0190%, Ni: 0.50 to 2.00%, and the balance is Fe and inevitable impurities, and the area ratio of the ferrite-pearlite structure is 90% or more. Wherein the lamellar spacing in the pearlite structure is 0.20 μm or more on average and 0.35 μm or less at maximum, and the crystal grain coarsening temperature at a cold working rate of 70% is 930 ° C. or more. Of steel for machine structural use that has excellent resistance to crystal grain coarsening during Case hardened steel.
JP2015180463A 2015-09-14 2015-09-14 Case hardening steel for cold forging with excellent resistance to grain coarsening Active JP6632281B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015180463A JP6632281B2 (en) 2015-09-14 2015-09-14 Case hardening steel for cold forging with excellent resistance to grain coarsening

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015180463A JP6632281B2 (en) 2015-09-14 2015-09-14 Case hardening steel for cold forging with excellent resistance to grain coarsening

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017057429A JP2017057429A (en) 2017-03-23
JP6632281B2 true JP6632281B2 (en) 2020-01-22

Family

ID=58389865

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015180463A Active JP6632281B2 (en) 2015-09-14 2015-09-14 Case hardening steel for cold forging with excellent resistance to grain coarsening

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6632281B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112522615A (en) * 2020-11-20 2021-03-19 中天钢铁集团有限公司 CrNiMo round steel for wind power gear and preparation method thereof

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1112684A (en) * 1997-06-19 1999-01-19 Kobe Steel Ltd Case hardening steel for cold forging
JP2002146438A (en) * 2000-11-13 2002-05-22 Sanyo Special Steel Co Ltd Method for producing case-hardening steel having excellent cold workability and grain size characteristic
JP5495648B2 (en) * 2009-03-17 2014-05-21 山陽特殊製鋼株式会社 Machine structural steel with excellent grain coarsening resistance and method for producing the same
JP2011225897A (en) * 2010-04-15 2011-11-10 Sumitomo Metal Ind Ltd Hot-rolled steel bar or wire rod for cold forging

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017057429A (en) 2017-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5667977B2 (en) High carbon hot rolled steel sheet and manufacturing method thereof
JP4650006B2 (en) High carbon hot-rolled steel sheet excellent in ductility and stretch flangeability and method for producing the same
CN108368575B (en) Rolling wire rod for cold forging tempered product
US10837080B2 (en) Rolled steel bar or rolled wire rod for cold-forged component
US20180259022A1 (en) Spring steel wire and spring
JP2007277696A (en) Dead soft high-carbon hot-rolled steel sheet and its manufacturing method
US10829842B2 (en) Rolled steel bar or rolled wire rod for cold-forged component
JP7247078B2 (en) Mechanical structural steel for cold working and its manufacturing method
CN108315637B (en) High carbon hot-rolled steel sheet and method for producing same
JP5618916B2 (en) Machine structural steel for cold working, method for producing the same, and machine structural parts
JP3738004B2 (en) Case-hardening steel with excellent cold workability and prevention of coarse grains during carburizing, and its manufacturing method
JP6838873B2 (en) Machine structural steel for cold working and its manufacturing method
JP6460883B2 (en) Manufacturing method of heat-treated steel wire with excellent workability
JP2015183265A (en) Method for producing steel material excellent in cold workability or machinability
JPH0713257B2 (en) Method for manufacturing soft wire without as-rolled surface abnormal phase
JP6632281B2 (en) Case hardening steel for cold forging with excellent resistance to grain coarsening
CN108699650B (en) Rolled wire
JP2018165408A (en) Production method of steel material excellent in cold workability or machinability
JP5679440B2 (en) Induction hardening steel with excellent cold forgeability and excellent torsional strength after induction hardening, and method for producing the same
JP3950682B2 (en) Manufacturing method of hot rolled wire rod for bearing
KR20190119085A (en) High strength cold rolled steel sheet and its manufacturing method
JP5972823B2 (en) Manufacturing method of steel for cold forging
JP4976985B2 (en) Manufacturing method of wire rod and steel bar with excellent low-temperature torsional characteristics
JP4976986B2 (en) Manufacturing method of steel wire with excellent low-temperature torsional characteristics
JP6610067B2 (en) Cold rolled steel sheet manufacturing method and cold rolled steel sheet

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180813

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190515

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190522

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191210

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191210

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6632281

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250