JP6642236B2 - Cold forging steel - Google Patents

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本発明は、冷間鍛造用鋼に関する。   The present invention relates to a steel for cold forging.

自動車や産業機械などに用いられる歯車、プーリー、シャフトなどの鋼製部品は、熱間鍛造または冷間鍛造により粗成形される場合が多い。冷間鍛造は、熱間鍛造と比べて寸法精度が高いので、鍛造後の切削加工量を低減できる。このため、近年、冷間鍛造で粗成形される鋼製部品が多くなってきている。   Steel parts such as gears, pulleys, and shafts used in automobiles and industrial machines are often roughly formed by hot forging or cold forging. Since cold forging has higher dimensional accuracy than hot forging, the amount of cutting after forging can be reduced. For this reason, in recent years, the number of steel parts roughly formed by cold forging has increased.

冷間鍛造によって鋼材を粗成形する場合、鍛造での変形抵抗を下げるとともに変形能を向上させるために、冷間鍛造前の鋼材に球状化焼鈍を施すことが多い。さらに、冷間鍛造後の鋼材には、切削加工を施し、浸炭焼入れあるいは浸炭窒化焼入れなどの表面硬化処理を行う場合が多い。   When a steel material is roughly formed by cold forging, a steel material before cold forging is often subjected to spheroidizing annealing in order to reduce deformation resistance in forging and improve deformability. Further, the steel material after cold forging is often subjected to a cutting process and a surface hardening treatment such as carburizing quenching or carbonitriding quenching.

しかし、表面硬化処理時に鋼材に含まれるオーステナイト粒が粗大化すると、表面硬化処理後に得られる鋼製部品の疲労強度が不足したり、表面硬化処理に伴う変形が大きくなったりする問題が生じやすい。このため、表面硬化処理時におけるオーステナイト粒の粗大化を安定して抑止できる鋼材が求められている。   However, when the austenite grains contained in the steel material are coarsened during the surface hardening treatment, problems such as insufficient fatigue strength of the steel part obtained after the surface hardening treatment and large deformation due to the surface hardening treatment are likely to occur. For this reason, there is a demand for a steel material capable of stably suppressing the austenite grain coarsening during the surface hardening treatment.

また、鋼材に球状化焼鈍を施して球状化焼鈍組織にすると、冷間鍛造後の切削加工時における被削性が低下するという問題がある。この問題に対し、鋼に硫黄(S)を含有することで、被削性が向上することが知られている。Sは、鋼中のマンガン(Mn)と結合して、MnSを主体とするMn硫化物系介在物を形成し、被削性を向上させる。   Further, when spheroidizing annealing is performed on a steel material to form a spheroidizing annealed structure, there is a problem that machinability during cutting after cold forging is reduced. To solve this problem, it is known that machinability is improved by including sulfur (S) in steel. S combines with manganese (Mn) in steel to form a Mn sulfide-based inclusion mainly composed of MnS, and improves machinability.

しかしながら、被削性を高めるために、鋼材中のS含有量を高くすると、粗大な硫化物が多量に生成し、冷間鍛造性が低下する。このため、従来の冷間鍛造用鋼では、S含有量を低減することにより、冷間鍛造性の低下を抑制していた。その結果、従来の冷間鍛造用鋼は被削性が低かった。よって、冷間鍛造性を損ねることなく、S含有量を増加させて被削性を向上させた冷間鍛造用鋼材が要望されている。   However, when the S content in the steel material is increased in order to enhance the machinability, a large amount of coarse sulfide is generated, and the cold forgeability is reduced. For this reason, in the conventional steels for cold forging, a reduction in the S content has suppressed a decrease in cold forgeability. As a result, the conventional cold forging steel had low machinability. Therefore, there is a demand for a steel material for cold forging in which the S content is increased and the machinability is improved without impairing the cold forgeability.

従来、球状化焼鈍後に冷間鍛造により部品形状に成形される鋼材として、例えば、特許文献1〜特許文献3に記載のものがある。
特許文献1には、0.2〜0.6%のCを含み、初析フェライト分率が5〜30面積%であり、残部がベイナイトを主体する組織からなり、かつ、前記ベイナイト中におけるセメンタイトのラス間隔の平均値が0.3μm以上である球状化後の冷間鍛造性に優れた鋼線材・棒鋼が開示されている。
Conventionally, as a steel material formed into a component shape by cold forging after spheroidizing annealing, for example, those described in Patent Documents 1 to 3 are known.
Patent Document 1 discloses that the content of C is 0.2 to 0.6%, the fraction of proeutectoid ferrite is 5 to 30% by area, the remainder is composed of a structure mainly composed of bainite, and the cementite in the bainite is described. A steel wire and a steel bar having excellent cold forgeability after spheroidization having an average value of the lath interval of 0.3 μm or more is disclosed.

特許文献2には、フェライト、ベイナイトおよびパーライトを含む混合組織を有し、ベイナイトの面積分率が30%以上であり、球状化後の冷間鍛造性に優れた肌焼用鋼線材・棒鋼が開示されている。   Patent Literature 2 discloses a case-hardening steel wire / bar having a mixed structure containing ferrite, bainite, and pearlite, having an area fraction of bainite of 30% or more, and having excellent cold forgeability after spheroidization. It has been disclosed.

特許文献3には、棒鋼または線材の表面から半径の1/5までの領域および中心部から半径の1/5までの領域において、AlNおよびAlN−Nb(CN)として析出しているAl量が0.010%以下、Nb(CN)およびAlN−Nb(CN)として析出しているNb量が0.020%以下であり、かつ、直径100nm以上の、AlN、Nb(CN)およびAlN−Nb(CN)の合計の個数密度が50個/100μm以下であり、フェライト・ベイナイト組織の面積率が80%以上、ベイナイトの面積率が30〜70%およびフェライト平均粒径が15〜40μmの金属組織を有する熱間圧延棒鋼または線材が開示されている。 Patent Literature 3 discloses that the amount of Al precipitated as AlN and AlN-Nb (CN) in a region up to 半径 of the radius from the surface of the steel bar or the wire and in a region up to 1 / of the radius from the center portion. 0.010% or less, AlN, Nb (CN) and AlN-Nb in which the amount of Nb precipitated as Nb (CN) and AlN-Nb (CN) is 0.020% or less and the diameter is 100 nm or more. A metal having a total number density of (CN) of 50/100 μm 2 or less, an area ratio of a ferrite bainite structure of 80% or more, an area ratio of bainite of 30 to 70%, and an average ferrite grain size of 15 to 40 μm. A hot rolled steel bar or wire having a structure is disclosed.

特許第3737323号公報Japanese Patent No. 3737323 特許第4411096号公報Japanese Patent No. 4411096 特許第5397247号公報Japanese Patent No. 5397247

しかしながら、特許文献1に記載の鋼線材・棒鋼は、組織の初析フェライト分率が5〜30面積%と低いため、冷間鍛造での変形抵抗の低減が不十分である。また、特許文献1に記載の技術では、冷間鍛造後の表面硬化処理時におけるオーステナイト粒の粗大化に対する対策は講じられていない。
また、特許文献2に記載の技術も、冷間鍛造後の表面硬化処理時におけるオーステナイト粒の粗大化について考慮されていない。
さらに、特許文献1〜特許文献3に開示された技術は、いずれも冷間鍛造後の被削性向上について何ら考慮されておらず、冷間鍛造後の切削性は不明確である。
However, the steel wire rods and bars described in Patent Literature 1 have a structure in which the fraction of proeutectoid ferrite is as low as 5 to 30% by area, so that the reduction of deformation resistance in cold forging is insufficient. Further, in the technique described in Patent Document 1, no measure is taken against coarsening of austenite grains during surface hardening treatment after cold forging.
Also, the technology described in Patent Document 2 does not consider the coarsening of austenite grains during surface hardening treatment after cold forging.
Furthermore, none of the techniques disclosed in Patent Documents 1 to 3 considers improvement in machinability after cold forging, and the machinability after cold forging is unclear.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、冷間鍛造性および冷間鍛造後の被削性に優れ、冷間鍛造後の表面硬化処理時におけるオーステナイト粒の粗大化を防止できる冷間鍛造用鋼を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and has excellent cold forgeability and machinability after cold forging, and prevents coarsening of austenite grains during surface hardening treatment after cold forging. It is an object to provide a steel for cold forging that can be performed.

[1] 質量%で、
C:0.10〜0.30%、
Si:0.01〜1.00%、
Mn:0.40〜1.80%、
S:0.005〜0.030%、
Cr:0.01〜1.60%未満、
Al:0.010〜0.045%、
N:0.010〜0.03%、
Bi:0.0001〜0.0050%、
Nb:0.02〜0.08%
を含有し、
P:0.05%以下、
O:0.0025%以下
に制限し、残部がFeおよび不純物からなり、
下記式(1)を満たす化学組成を有する棒鋼または線材であり、フェライトとパーライトとからなるミクロ組織を有し、
表面から半径の1/5までの領域および中心部から半径の1/5までの領域において、AlNおよびAlN−Nb(CN)として析出しているAl量が0.010%以下、Nb(CN)およびAlN−Nb(CN)として析出しているNb量が0.020%以下であり、かつ、直径100nm以上の、AlN、Nb(CN)およびAlN−Nb(CN)の合計の個数密度が50個/100μm以下であり、
圧延方向と平行な断面において、円相当径が2μm未満の硫化物の個数密度が300個/mm以上であることを特徴とする冷間鍛造用鋼。
[1] In mass%,
C: 0.10 to 0.30%,
Si: 0.01 to 1.00%,
Mn: 0.40 to 1.80%,
S: 0.005 to 0.030%,
Cr: 0.01 to less than 1.60%,
Al: 0.010-0.045%,
N: 0.010-0.03%,
Bi: 0.0001 to 0.0050%,
Nb: 0.02 to 0.08%
Containing
P: 0.05% or less,
O: limited to 0.0025% or less, the balance being Fe and impurities,
A steel bar or wire rod having a chemical composition satisfying the following formula (1), having a microstructure composed of ferrite and pearlite,
The amount of Al precipitated as AlN and AlN-Nb (CN) is 0.010% or less in a region from the surface to 1 / of the radius and in a region from the center to 1 / of the radius, and Nb (CN) And the total number density of AlN, Nb (CN) and AlN-Nb (CN) having an amount of Nb precipitated as AlN-Nb (CN) of not more than 0.020% and a diameter of not less than 100 nm is 50. Pieces / 100 μm 2 or less,
A steel for cold forging, characterized in that, in a cross section parallel to the rolling direction, the number density of sulfides having an equivalent circle diameter of less than 2 μm is 300 / mm 2 or more.

0.8≦(Nb/93+Al/27)/(N/14)≦1.8 (1)
(式(1)中のNb、Al、Nは、質量%での各元素の含有量とする。)
0.8 ≦ (Nb / 93 + Al / 27) / (N / 14) ≦ 1.8 (1)
(Nb, Al, and N in the formula (1) are the contents of each element in mass%.)

[2] Feの一部に代えて、質量%で、
Mo:1.5%以下、
Ni:1.0%以下、
Cu:0.4%以下、
V:0.35%以下、
B:0.020%以下、
Mg:0.0035%以下
からなる群から選択される1種または2種以上を含有する、[1]に記載の冷間鍛造用鋼。
[2] Instead of part of Fe, in mass%,
Mo: 1.5% or less,
Ni: 1.0% or less,
Cu: 0.4% or less,
V: 0.35% or less,
B: 0.020% or less,
Mg: The steel for cold forging according to [1], containing one or more kinds selected from the group consisting of 0.0035% or less.

本発明の冷間鍛造用鋼は、冷間鍛造性および冷間鍛造後の被削性に優れ、冷間鍛造後の表面硬化処理時におけるオーステナイト粒の粗大化を防止できる。よって、本発明の冷間鍛造用鋼は、冷間鍛造により粗成形される歯車、プーリー、シャフトなどの鋼製部品の素材として好適に用いることができる。   The steel for cold forging of the present invention is excellent in cold forgeability and machinability after cold forging, and can prevent coarsening of austenite grains during surface hardening treatment after cold forging. Therefore, the steel for cold forging of the present invention can be suitably used as a material for steel parts such as gears, pulleys, and shafts that are roughly formed by cold forging.

本発明者らは、上記課題を解決するために、冷間鍛造用鋼に関する研究および検討を行った。その結果、以下に示す(a)〜(f)の知見を得た。
(a)微量のBiを含む所定の化学組成を有する冷間鍛造用鋼(棒鋼または線材)とすることで、冷間鍛造後の表面硬化処理中におけるピン止め粒子(AlNなど)の固溶・粗大化が抑制され、粗大なオーステナイト粒の発生を抑制できることを明らかにした。
The present inventors have conducted research and studies on steels for cold forging in order to solve the above problems. As a result, the following findings (a) to (f) were obtained.
(A) By using cold forging steel (bar or wire) having a predetermined chemical composition containing a trace amount of Bi, solid solution of pinned particles (such as AlN) during surface hardening treatment after cold forging. It was clarified that the coarsening was suppressed and the generation of coarse austenite grains could be suppressed.

(b)切削は、切りくずを分離する破壊現象である。切削を促進させるには、マトリックスを脆化させることが一つのポイントである。鋼材中に硫化物を微細分散させることにより、破壊を容易にすると、切りくず処理性(被削性)が向上する。しかし、鋼材中に粗大な硫化物が少数分散していると、切りくず分離の起点となる硫化物の間隔が長くなる。その結果、切りくずが長くなりやすくなる。 (B) Cutting is a breaking phenomenon that separates chips. To promote cutting, one of the points is to make the matrix brittle. When the sulfide is finely dispersed in the steel material to facilitate the destruction, the chip controllability (machinability) is improved. However, if a small number of coarse sulfides are dispersed in the steel material, the distance between the sulfides that is a starting point of chip separation becomes long. As a result, the chips tend to be longer.

なお、本実施形態における「硫化物」とは、以下に示すMn硫化物系介在物の総称を意味する。
すなわち、MnSを主体に含み、Fe、Ca、Ti、Zr、Mg、REM等の硫化物がMnSと固溶または結合して共存している介在物、MnTeのようにS以外の元素がMnと化合物を形成してMnSと固溶・結合して共存している介在物、酸化物を核として析出した上記介在物が含まれるものであり、化学式では(Mn、X)(S、Y)(ここで、X:Mn以外の硫化物形成元素、Y:S以外でMnと結合する元素)として表記できるMn硫化物系介在物の総称である。なお、介在物が硫化物であることは、走査電子顕微鏡に付属するエネルギー分散型X線解析によって確認できる。
The “sulfide” in the present embodiment means a general term for the following Mn sulfide-based inclusions.
That is, inclusions mainly containing MnS, sulfides such as Fe, Ca, Ti, Zr, Mg, and REM are dissolved or combined with MnS and coexist, and elements other than S such as MnTe are combined with Mn. Includes inclusions that form a compound and coexist with MnS by solid solution / bonding, and the above-mentioned inclusions precipitated with oxides as nuclei, and are represented by (Mn, X) (S, Y) ( Here, X is a general term for Mn sulfide-based inclusions that can be expressed as sulfide-forming elements other than Mn and Y: elements other than S that bind to Mn. In addition, it can be confirmed that the inclusion is a sulfide by an energy dispersive X-ray analysis attached to a scanning electron microscope.

(c)本発明者らは、硫化物の円相当径と切りくず処理性との関係について種々実験を行った。その結果、平均円相当径が2μm未満の硫化物の個数密度が300個/mm以上であると、切りくず処理性が向上するという知見を得た。 (C) The present inventors conducted various experiments on the relationship between the equivalent circle diameter of sulfide and chip controllability. As a result, it has been found that when the number density of sulfides having an average equivalent circle diameter of less than 2 μm is 300 / mm 2 or more, the chip controllability is improved.

(d)鋼材中の硫化物は、凝固前(溶鋼中)または凝固時に晶出することが多い。したがって、鋼材中の硫化物の大きさは、凝固時の冷却速度に大きく影響を受ける。また、連続鋳造鋳片の凝固組織は、通常はデンドライト形態(デンドライト)を呈している。デンドライトは、凝固過程における溶質元素の拡散に起因して形成される。溶質元素は、デンドライトの樹間部において濃化する。具体的には、デンドライトの樹間部でMnが濃化し、Mn硫化物が晶出する。 (D) Sulfides in steel materials often crystallize before solidification (in molten steel) or during solidification. Therefore, the size of the sulfide in the steel material is greatly affected by the cooling rate during solidification. The solidified structure of the continuous cast slab usually has a dendrite form (dendrites). Dendrites are formed due to the diffusion of solute elements during the solidification process. The solute elements are concentrated in the dendritic tree. Specifically, Mn is concentrated in the dendritic tree portion, and Mn sulfide is crystallized.

(e)鋼材中に硫化物を微細に分散させるには、デンドライトの樹間の間隔を短くする必要がある。デンドライトの1次アーム間隔は、下記(A)式で表すことができる。
λ∝(D×σ×ΔT)0.25 …(A)
(A)式において、λはデンドライトの1次アーム間隔(μm)、Dは拡散係数(m/s)、σは固液界面エネルギー(J/m)、ΔTは凝固温度範囲(℃)である。
(E) In order to finely disperse the sulfide in the steel material, it is necessary to shorten the interval between dendrite trees. The primary arm interval of the dendrite can be expressed by the following equation (A).
λ∝ (D × σ × ΔT) 0.25 (A)
In the formula (A), λ is the primary arm interval of the dendrite (μm), D is the diffusion coefficient (m 2 / s), σ is the solid-liquid interface energy (J / m 2 ), and ΔT is the solidification temperature range (° C.). It is.

(A)式から、デンドライトの1次アーム間隔λは、固液界面エネルギーσに依存しており、σが低減すればλも減少することがわかる。1次アーム間隔λを減少できれば、デンドライトの樹間部に晶出するMn硫化物のサイズを低減できる。本発明者らは、鋼にBiを微量添加することにより、1次アーム間隔λを減少でき、硫化物のサイズを微細化できることを見出した。   From equation (A), it can be seen that the primary arm interval λ of the dendrite depends on the solid-liquid interface energy σ, and λ decreases as σ decreases. If the primary arm spacing λ can be reduced, the size of Mn sulfide crystallized in the dendrite tree can be reduced. The present inventors have found that by adding a small amount of Bi to steel, the primary arm interval λ can be reduced and the size of sulfide can be reduced.

(f)さらに、本発明者らは、冷間鍛造用鋼(棒鋼または線材)の断面全域において、冷間鍛造後の表面硬化処理時におけるオーステナイト粒の粗大化を抑制するには、表面から半径の1/5までの領域および中心部から半径の1/5までの領域において、AlNおよびAlN−Nb(CN)として析出しているAl量を0.010%以下とし、Nb(CN)およびAlN−Nb(CN)として析出しているNb量を0.020%以下とする必要がある。さらに、表面から半径の1/5までの領域および中心部から半径の1/5までの領域において、直径100nm以上の、AlN、Nb(CN)およびAlN−Nb(CN)の合計の個数密度が50個/100μm以下とする必要があるという知見を得た。
本発明は、上記(a)〜(f)の知見に基づいて完成されたものである。
(F) Further, in order to suppress the coarsening of austenite grains at the time of surface hardening treatment after cold forging, the present inventors have found that the entire area of the cross section of the steel for cold forging (bar steel or wire rod) must have a radius from the surface. In the region up to 1/5 of the area and in the region up to 1/5 of the radius from the center, the amount of Al precipitated as AlN and AlN-Nb (CN) is set to 0.010% or less, and Nb (CN) and AlN The amount of Nb precipitated as -Nb (CN) needs to be 0.020% or less. Further, in the region from the surface to 1/5 of the radius and the region from the center to 1/5 of the radius, the total number density of AlN, Nb (CN) and AlN-Nb (CN) having a diameter of 100 nm or more is It has been found that it is necessary to reduce the number to 50/100 μm 2 or less.
The present invention has been completed based on the above findings (a) to (f).

以下、本発明の冷間鍛造用鋼について詳細に説明する。
歯車などの鋼製部品の素材として用いる冷間鍛造用鋼は、例えば、連続鋳造した鋳片に熱間圧延や熱間鍛造といった熱間加工を行うことにより製造される。得られた冷間鍛造用鋼は、冷間鍛造した後、例えば、所定の部品形状に切削し、更に浸炭焼き入れ等の表面硬化処理を実施することにより部品となる。
Hereinafter, the steel for cold forging of the present invention will be described in detail.
BACKGROUND ART Cold forging steel used as a material for steel parts such as gears is manufactured by, for example, performing hot working such as hot rolling or hot forging on a continuously cast slab. The obtained cold forging steel is cold forged, then cut into a predetermined component shape, and then subjected to a surface hardening treatment such as carburizing and quenching to become a component.

冷間鍛造用鋼中の硫化物は、冷間鍛造性を低下させるが、切削性の向上には極めて有効である。すなわち、被削材である冷間鍛造用鋼中の硫化物は、切削工具の摩耗による工具変化を抑制し、工具寿命を延ばす効果を発現する。したがって、切削性を高めるには、鋼中に硫化物を生じさせることが望ましい。   Sulfides in the steel for cold forging lower the cold forgeability, but are extremely effective for improving the machinability. That is, the sulfide in the steel for cold forging, which is a work material, suppresses a tool change due to wear of the cutting tool and has an effect of extending the tool life. Therefore, in order to enhance the machinability, it is desirable to generate sulfide in the steel.

一方、冷間鍛造用鋼を製造する過程で熱間圧延や熱間鍛造といった熱間加工を施すと、粗大な硫化物が延伸して被削性が低下することが多い。硫化物の粗大化を抑制するためには、溶鋼中の固液界面エネルギーを低減して、鋳造後の鋳片のデンドライトを微細化することが望ましい。デンドライトは、硫化物の粒径に大きく影響する。デンドライトが微細になるほど、硫化物の粒径が小さくなる。   On the other hand, when hot working such as hot rolling or hot forging is performed in the process of manufacturing the steel for cold forging, coarse sulfides are stretched and machinability often decreases. In order to suppress the coarsening of the sulfide, it is desirable to reduce the solid-liquid interfacial energy in the molten steel and make the dendrite of the cast slab finer. Dendrite greatly affects the sulfide particle size. The finer the dendrite, the smaller the sulfide particle size.

冷間鍛造用鋼中に硫化物を安定的にかつ効果的に微細分散させるには、微量のBiを含む化学組成とすることにより、溶鋼中の固液界面エネルギーを低減させることが好ましい。固液界面エネルギーを低減させると、鋳片のデンドライトが微細となり、そこから晶出する硫化物が微細化される。   In order to stably and effectively finely disperse the sulfide in the steel for cold forging, it is preferable to reduce the solid-liquid interface energy in the molten steel by using a chemical composition containing a trace amount of Bi. When the solid-liquid interfacial energy is reduced, the dendrite of the slab becomes fine, and the sulfide crystallized from it becomes fine.

次に、本実施形態の冷間鍛造用鋼の化学組成について説明する。なお、各元素の含有量の「%」は「質量%」を意味する。
本実施形態の冷間鍛造用鋼は、C:0.10〜0.30%、Si:0.01〜1.00%、Mn:0.40〜1.80%、S:0.005〜0.030%、Cr:0.01〜1.60%未満、Al:0.010〜0.045%、N:0.010〜0.03%、Bi:0.0001〜0.0050%、Nb:0.02〜0.08%を含有し、P:0.05%以下、O:0.0025%以下に制限し、残部がFeおよび不純物からなり、下記式(1)を満たす化学組成を有する。
Next, the chemical composition of the steel for cold forging of the present embodiment will be described. In addition, “%” of the content of each element means “% by mass”.
The steel for cold forging of this embodiment is as follows: C: 0.10 to 0.30%, Si: 0.01 to 1.00%, Mn: 0.40 to 1.80%, S: 0.005 to 0.030%, Cr: 0.01 to less than 1.60%, Al: 0.010 to 0.045%, N: 0.010 to 0.03%, Bi: 0.0001 to 0.0050%, Nb: 0.02 to 0.08%, P: 0.05% or less, O: 0.0025% or less, the balance being Fe and impurities, chemical composition satisfying the following formula (1) Having.

0.8≦(Nb/93+Al/27)/(N/14)≦1.8 (1)
(式(1)中のNb、Al、Nは、質量%での各元素の含有量とする。)
0.8 ≦ (Nb / 93 + Al / 27) / (N / 14) ≦ 1.8 (1)
(Nb, Al, and N in the formula (1) are the contents of each element in mass%.)

(C:0.10〜0.30%)
炭素(C)は、鋼の引張強度および疲労強度を高める。一方、C含有量が多すぎると、鋼の冷間鍛造性が低下し、被削性が低下する。したがって、C含有量は0.10〜0.30%である。好ましいC含有量は0.14〜0.28%であり、さらに好ましくは、0.15〜0.25%である。
(C: 0.10 to 0.30%)
Carbon (C) increases the tensile strength and fatigue strength of steel. On the other hand, if the C content is too large, the cold forgeability of the steel decreases, and the machinability decreases. Therefore, the C content is 0.10 to 0.30%. The preferred C content is 0.14 to 0.28%, more preferably 0.15 to 0.25%.

(Si:0.01〜1.00%)
シリコン(Si)は、鋼中のフェライトに固溶して、鋼の引張強度を高める。一方、Si含有量が多すぎると、鋼の冷間鍛造性が低下する。したがって、Si含有量は、0.01〜1.00%である。好ましいSi含有量は0.15〜0.70%であり、さらに好ましくは0.20〜0.35%である。
(Si: 0.01-1.00%)
Silicon (Si) forms a solid solution in ferrite in steel and increases the tensile strength of steel. On the other hand, if the Si content is too large, the cold forgeability of the steel decreases. Therefore, the Si content is 0.01 to 1.00%. The preferred Si content is 0.15 to 0.70%, more preferably 0.20 to 0.35%.

(Mn:0.40〜1.80%)
マンガン(Mn)は、鋼に固溶して鋼の引張強度及び疲労強度を高め、鋼の焼入れ性を高める。Mnはさらに、鋼中の硫黄(S)と結合してMnSを形成し、鋼の被削性を高める。一方、Mn含有量が高すぎると、粗大なMnSが生成し、疲労強度が低下する。したがって、Mn含有量は、0.40〜1.80%である。好ましいMn含有量は0.60〜1.30%であり、さらに好ましくは0.70〜1.20%である。
(Mn: 0.40 to 1.80%)
Manganese (Mn) forms a solid solution in steel to increase the tensile strength and fatigue strength of the steel, and to enhance the hardenability of the steel. Mn further combines with sulfur (S) in the steel to form MnS and enhances the machinability of the steel. On the other hand, if the Mn content is too high, coarse MnS is generated, and the fatigue strength decreases. Therefore, the Mn content is 0.40 to 1.80%. The preferred Mn content is 0.60 to 1.30%, more preferably 0.70 to 1.20%.

(S:0.005〜0.030%)
硫黄(S)は、鋼中のMnと結合してMn硫化物を形成し、鋼の被削性を高める。一方、Sを過剰に含有すると、鋼の疲労強度が低下する。したがって、S含有量は、0.005〜0.030%である。好ましいS含有量は0.008〜0.018%であり、さらに好ましくは0.010〜0.016%である。
(S: 0.005 to 0.030%)
Sulfur (S) combines with Mn in steel to form Mn sulfide and enhances machinability of the steel. On the other hand, if S is excessively contained, the fatigue strength of steel decreases. Therefore, the S content is 0.005 to 0.030%. The preferred S content is 0.008 to 0.018%, more preferably 0.010 to 0.016%.

(Cr:0.01〜1.60%未満)
クロム(Cr)は、鋼の焼入れ性及び引張強度を高める。本実施形態の冷間鍛造用鋼を用いて鋼製部品を製造する場合、部品形状とされた冷間鍛造用鋼に、浸炭処理や高周波焼入れなどの表面硬化処理を行う場合がある。Crは、鋼の焼入れ性を高め、浸炭処理や高周波焼入れ後の鋼の表面硬度を高める。一方、Cr含有量が多すぎると、鋼の冷間鍛造性や疲労強度が低下する。したがって、Cr含有量は、0.01〜1.60%未満である。鋼の焼入れ性及び引張強度を高める場合、好ましいCr含有量は、0.03%〜1.50%であり、さらに好ましくは、0.10%〜1.20%である。
(Cr: 0.01 to less than 1.60%)
Chromium (Cr) enhances the hardenability and tensile strength of steel. When a steel part is manufactured using the steel for cold forging of the present embodiment, a surface hardening treatment such as carburizing or induction hardening may be performed on the steel for cold forging having a part shape. Cr enhances the hardenability of the steel and increases the surface hardness of the steel after carburizing or induction hardening. On the other hand, when the Cr content is too large, the cold forgeability and the fatigue strength of the steel decrease. Therefore, the Cr content is less than 0.01 to less than 1.60%. When increasing the hardenability and tensile strength of steel, the preferred Cr content is 0.03% to 1.50%, and more preferably 0.10% to 1.20%.

(Al:0.010〜0.045%)
アルミニウム(Al)は、脱酸作用を有する。また、Alは、Nと結合してAlNを形成しやすく、浸炭加熱時のオーステナイト粒粗大化防止に有効な元素である。しかし、Alの含有量が0.010%未満では、冷間鍛造後の表面硬化処理時におけるオーステナイト粒の粗大化防止効果、および冷間鍛造での変形抵抗低減効果が十分に得られない。一方、Al含有量が0.045%を超えると、AlNが粗大となり、結晶粒の粗大化抑制に寄与しなくなる。したがって、Al含有量を0.010%〜0.045%とした。Al含有量の好ましい下限は0.020%であり、好ましい上限は0.035%である。
(Al: 0.010-0.045%)
Aluminum (Al) has a deoxidizing effect. Al is easily combined with N to form AlN, and is an element effective in preventing austenite grain coarsening during carburizing heating. However, if the Al content is less than 0.010%, the effect of preventing austenite grains from coarsening during the surface hardening treatment after cold forging and the effect of reducing the deformation resistance in cold forging cannot be sufficiently obtained. On the other hand, when the Al content exceeds 0.045%, AlN becomes coarse, and does not contribute to suppression of coarsening of crystal grains. Therefore, the Al content is set to 0.010% to 0.045%. A preferred lower limit of the Al content is 0.020%, and a preferred upper limit is 0.035%.

(N:0.010〜0.03%)
窒素(N)は、AlN、Nb(CN)の析出による冷間鍛造後の表面硬化処理時における結晶粒の微細化、及び結晶粒の粗大化抑制を目的として添加する。N含有量が0.010%未満では、Nによる上記効果が十分に得られない。一方、N含有量が0.030%を超えると、Nを含有することによる上記効果が飽和する。また、過剰なNの添加は、鋼を脆化させ、鋳造、圧延時における割れ、キズの原因となる。以上の理由から、N含有量を0.010%〜0.03%の範囲内にする必要がある。N含有量の好適範囲は0.013〜0.02% である。
(N: 0.010-0.03%)
Nitrogen (N) is added for the purpose of refining the crystal grains during the surface hardening treatment after cold forging by precipitation of AlN and Nb (CN) and suppressing the coarsening of the crystal grains. If the N content is less than 0.010%, the above-described effects due to N cannot be sufficiently obtained. On the other hand, when the N content exceeds 0.030%, the above-described effect due to the N content is saturated. Further, excessive addition of N makes the steel brittle and causes cracks and scratches during casting and rolling. For the above reasons, the N content needs to be in the range of 0.010% to 0.03%. A preferable range of the N content is 0.013 to 0.02%.

(Bi:0.0001〜0.0050%)
ビスマス(Bi)は、本発明において重要な元素である。微量のBiを含有することによって、鋼の凝固組織が微細化され、硫化物が微細分散される。硫化物の微細化効果を得るには、Bi含有量を0.0001%以上とする必要がある。しかし、Bi含有量が0.0050%を超えると、デンドライトの微細化効果が飽和する。また、Bi含有量が0.0050%を超えると、熱間圧延時に表面割れが生じる。このことから、Bi含有量を0.0001〜0.0050%とする。被削性をさらに向上させるには、Bi含有量を0.0010%以上とすることが好ましい。また、Bi含有量は0.0048%以下であってもよい。
(Bi: 0.0001-0.0050%)
Bismuth (Bi) is an important element in the present invention. By containing a small amount of Bi, the solidification structure of steel is refined, and sulfides are finely dispersed. In order to obtain the effect of reducing sulfide, the Bi content needs to be 0.0001% or more. However, if the Bi content exceeds 0.0050%, the effect of dendrite refining is saturated. If the Bi content exceeds 0.0050%, surface cracks occur during hot rolling. For this reason, the Bi content is set to 0.0001 to 0.0050%. In order to further improve the machinability, the Bi content is preferably set to 0.0010% or more. Further, the Bi content may be 0.0048% or less.

(Nb:0.02〜0.08%)
ニオブ(Nb)は、Cおよび/またはNと結合してNbC、NbN、Nb(CN)を形成し、冷間鍛造後の表面硬化処理時におけるオーステナイト粒の粗大化防止効果を有する元素である。しかしながら、Nb含有量が0.02%未満では、前記の効果が十分に得られない。一方、Nb含有量が0.08%を超えると、上記のオーステナイト粒の粗大化防止効果がむしろ低下する。したがって、Nb含有量を0.02〜0.08%とした。なお、Nb含有量は0.03〜0.05%であることが好ましい。
(Nb: 0.02-0.08%)
Niobium (Nb) is an element that combines with C and / or N to form NbC, NbN, and Nb (CN), and has an effect of preventing austenite grains from coarsening during surface hardening treatment after cold forging. However, if the Nb content is less than 0.02%, the above effects cannot be sufficiently obtained. On the other hand, if the Nb content exceeds 0.08%, the effect of preventing the austenite grains from coarsening is rather reduced. Therefore, the Nb content is set to 0.02 to 0.08%. Note that the Nb content is preferably 0.03 to 0.05%.

(P:0.05%以下)
燐(P)は不純物である。Pは鋼の冷間鍛造性および熱間加工性を低下する。したがって、P含有量は少ない方が好ましい。P含有量は0.05%以下である。好ましいP含有量は0.035%以下であり、さらに好ましくは、0.020%以下である。
(P: 0.05% or less)
Phosphorus (P) is an impurity. P reduces the cold forgeability and hot workability of steel. Therefore, it is preferable that the P content is small. The P content is 0.05% or less. The preferred P content is 0.035% or less, more preferably 0.020% or less.

(O:0.0025%以下)
酸素(O)は、Alと結合して硬質な酸化物系介在物を形成する。酸化物系介在物が鋼中に多量に存在すると、AlNやNb(CN)の析出サイトとなり、熱間圧延時に粗大なAlNおよび/またはNb(CN)が析出する。その結果、冷間鍛造後の表面硬化処理時における結晶粒の粗大化を抑制できなくなる。したがって、O含有量は、できるだけ低減することが望ましい。以上の理由から、O含有量を0.0025%以下に制限する必要がある。O含有量の好適範囲は0.0020%以下である。
(O: 0.0025% or less)
Oxygen (O) combines with Al to form hard oxide-based inclusions. If oxide-based inclusions are present in a large amount in steel, they become precipitation sites for AlN and Nb (CN), and coarse AlN and / or Nb (CN) precipitate during hot rolling. As a result, it becomes impossible to suppress the coarsening of crystal grains during the surface hardening treatment after cold forging. Therefore, it is desirable to reduce the O content as much as possible. For the above reasons, it is necessary to limit the O content to 0.0025% or less. The preferable range of the O content is 0.0020% or less.

本実施形態における冷間鍛造用鋼の化学組成の残部は、Feおよび不純物からなる。本実施形態における不純物は、鉄鋼材料を工業的に製造する際に、鋼の原料として利用される鉱石、スクラップ、あるいは製造過程の環境等から混入する元素をいう。   The balance of the chemical composition of the steel for cold forging in the present embodiment consists of Fe and impurities. The impurities in the present embodiment are elements that are mixed in from the ore, scrap, the environment in the manufacturing process, or the like used as a raw material of steel when a steel material is manufactured industrially.

[式(1)について]
冷間鍛造用鋼中のAlN、Nb(CN)およびAlN−Nb(CN)の合計の個数密度(分散状態)には、鋼の化学組成が影響する。N含有量に対するAlおよび/またはNbの含有量が高すぎると、粗大なAlN、Nb(CN)およびAlN−Nb(CN)が析出し、結晶粒の粗大化抑制特性が低下する。鋼中のN含有量に対するAl含有量およびNb含有量を適切な範囲に設定することで、AlN、Nb(CN)およびAlN−Nb(CN)の粗大化を抑制できる。
[About Equation (1)]
The chemical composition of the steel affects the total number density (dispersion state) of AlN, Nb (CN) and AlN-Nb (CN) in the steel for cold forging. If the content of Al and / or Nb with respect to the N content is too high, coarse AlN, Nb (CN) and AlN-Nb (CN) are precipitated, and the coarsening suppression characteristics of crystal grains are deteriorated. By setting the Al content and the Nb content relative to the N content in the steel in appropriate ranges, coarsening of AlN, Nb (CN) and AlN-Nb (CN) can be suppressed.

本実施形態の冷間鍛造用鋼は、下記式(1)を満たす化学組成を有するため、冷間鍛造後の表面硬化処理時におけるオーステナイト粒の粗大化が抑制される。
0.8≦(Nb/93+Al/27)/(N/14)≦1.8 (1)
(式(1)中のNb、Al、Nは、質量%での各元素の含有量とする。対応する元素が不純物レベルの場合、式(1)の対応する元素記号には「0」が代入される。)
Since the steel for cold forging of the present embodiment has a chemical composition satisfying the following formula (1), coarsening of austenite grains during surface hardening treatment after cold forging is suppressed.
0.8 ≦ (Nb / 93 + Al / 27) / (N / 14) ≦ 1.8 (1)
(Nb, Al, and N in the formula (1) are the contents of each element in mass%. When the corresponding element is at the impurity level, “0” is assigned to the corresponding element symbol in the formula (1). Is assigned.)

式(1)は、結晶粒粗大化抑制特性の指標である。式(1)における(Nb/93+Al/27)/(N/14)が低すぎると、結晶粒の粗大化を抑制する析出物の個数が少なくなり、結晶粒粗大化抑制特性に劣る。一方、(Nb/93+Al/27)/(N/14)が大きく、N含有量に対するAl含有量および/またはNb含有量が高すぎる場合、粗大化なAlN、Nb(CN)およびAlN−Nb(CN)が析出し、結晶粒粗大化抑制特性に劣る。   Equation (1) is an index of the crystal grain coarsening suppression characteristics. If (Nb / 93 + Al / 27) / (N / 14) in the formula (1) is too low, the number of precipitates that suppress the coarsening of the crystal grains decreases, and the crystal grain coarsening suppressing properties are inferior. On the other hand, when (Nb / 93 + Al / 27) / (N / 14) is large and the Al content and / or Nb content with respect to the N content is too high, coarse AlN, Nb (CN) and AlN-Nb ( CN) precipitates, and the crystal grain coarsening suppressing properties are poor.

本実施形態の冷間鍛造用鋼は、Mo、Ni、Cu、V、B及びMgからなる群から選択された1種以上を含有してもよい。Mo、Ni、Cu、V、B及びMgはいずれも、鋼の疲労強度を高める。   The steel for cold forging of the present embodiment may contain at least one selected from the group consisting of Mo, Ni, Cu, V, B, and Mg. Mo, Ni, Cu, V, B and Mg all increase the fatigue strength of steel.

(Mo:1.5%以下)
モリブデン(Mo)は、鋼の焼入れ性を高め、鋼の疲労強度を高める。また、Moは、浸炭処理において、不完全焼入れ層の生成を抑制する。Moを少しでも含有すれば、上記効果が得られる。一方、Mo含有量が多すぎると、鋼の被削性が低下する。さらに、鋼の製造コストも高くなる。したがって、Mo含有量は、1.5%以下である。Mo含有量が0.02%以上であれば、上記効果が顕著に得られる。好ましいMo含有量は0.05〜0.50%であり、さらに好ましくは、0.10〜0.30%である。
(Mo: 1.5% or less)
Molybdenum (Mo) enhances the hardenability of the steel and increases the fatigue strength of the steel. Mo suppresses formation of an incompletely quenched layer in the carburizing treatment. The above effect can be obtained if Mo is contained even a little. On the other hand, if the Mo content is too large, the machinability of the steel decreases. In addition, the cost of producing the steel also increases. Therefore, the Mo content is 1.5% or less. When the Mo content is 0.02% or more, the above-described effects are remarkably obtained. The preferred Mo content is 0.05 to 0.50%, more preferably 0.10 to 0.30%.

(Ni:1.0%以下)
ニッケル(Ni)は、焼入れ性を高め、疲労強度を高めるために有効な元素であるので、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ni含有量が1.0%を超えると、焼入れ性の向上による疲労強度向上効果が飽和するだけでなく、変形抵抗が高くなり冷間鍛造性の低下が顕著となる。そのため、Ni含有量を1.0%以下とした。Ni含有量は0.8%以下であることが好ましい。さらに、Niの焼入れ性向上による疲労強度を高める効果を安定して得るためには、Ni含有量は0.1%以上であることが好ましい。
(Ni: 1.0% or less)
Nickel (Ni) is an element effective for enhancing hardenability and increasing fatigue strength, and may be contained as necessary. However, if the Ni content exceeds 1.0%, not only the effect of improving the fatigue strength due to the improvement of the hardenability is saturated, but also the deformation resistance is increased and the cold forgeability is significantly reduced. Therefore, the Ni content is set to 1.0% or less. The Ni content is preferably 0.8% or less. Further, in order to stably obtain the effect of increasing the fatigue strength by improving the hardenability of Ni, the Ni content is preferably 0.1% or more.

(Cu:0.4%以下)
銅(Cu)は、鋼の焼入性を高める元素である。Cuを含有することによる焼入れ性向上効果を安定して得るためには、Cu含有量は0.10%以上であることが好ましい。しかし、多量にCuを添加すると、鋼材の表面性状の劣化および合金コストの増加を招く。このため、Cu含有量の上限を0.4%以下とした。
(Cu: 0.4% or less)
Copper (Cu) is an element that enhances the hardenability of steel. In order to stably obtain the effect of improving hardenability by containing Cu, the Cu content is preferably 0.10% or more. However, the addition of a large amount of Cu causes deterioration of the surface properties of the steel material and an increase in alloy cost. For this reason, the upper limit of the Cu content is set to 0.4% or less.

(V:0.35%以下)
バナジウム(V)は、鋼中で炭化物を形成し、鋼の疲労強度を高める。バナジウム炭化物は、フェライト中に析出して鋼の芯部(表層以外の部分)の強度を高める。Vを少しでも含有すれば、上記効果が得られる。一方、V含有量が多すぎると、鋼の冷間鍛造性および疲労強度が低下する。したがって、V含有量は0.35%以下とする。V含有量が0.03%以上であると、Vを含有することによる上記効果が顕著に得られる。好ましいV含有量は0.04〜0.20%であり、さらに好ましくは、0.05〜0.10%である。
(V: 0.35% or less)
Vanadium (V) forms carbides in the steel and increases the fatigue strength of the steel. Vanadium carbide precipitates in ferrite and increases the strength of the steel core (parts other than the surface layer). The above effect can be obtained if V is contained even a little. On the other hand, if the V content is too large, the cold forgeability and the fatigue strength of the steel decrease. Therefore, the V content is set to 0.35% or less. When the V content is 0.03% or more, the above effect due to the inclusion of V is remarkably obtained. The preferred V content is 0.04 to 0.20%, and more preferably 0.05 to 0.10%.

(B:0.020%以下)
ボロン(B)は、鋼の焼入れ性を高め、鋼の疲労強度を高める。Bが少しでも含有されれば、上記効果が得られる。B含有量が0.020%を超えると、上記効果は飽和する。したがって、B含有量は0.020%以下である。B含有量が0.0005%以上であれば、上記効果が顕著に得られる。好ましいB含有量は、0.001〜0.012%であり、さらに好ましくは、0.002〜0.010%である。
(B: 0.020% or less)
Boron (B) enhances the hardenability of steel and increases the fatigue strength of steel. The above effect can be obtained if B is contained even a little. When the B content exceeds 0.020%, the above effect is saturated. Therefore, the B content is 0.020% or less. When the B content is 0.0005% or more, the above-described effects are remarkably obtained. The preferred B content is 0.001 to 0.012%, and more preferably 0.002 to 0.010%.

(Mg:0.0035%以下)
マグネシウム(Mg)は、Alと同様に、鋼を脱酸し、鋼中の酸化物を微細化する。鋼中の酸化物が微細化されると、粗大酸化物を破壊起点とする破壊の確率が低下し、鋼の疲労強度が高まる。Mgを少しでも含有すれば、上記効果が得られる。一方、Mg含有量が多すぎると、上記効果は飽和し、かつ、鋼の被削性が低下する。したがって、Mg含有量は0.0035%以下である。Mg含有量が0.0001%以上であれば、上記効果が顕著に得られる。好ましいMg含有量は0.0003〜0.0030%であり、さらに好ましくは、0.0005〜0.0025%である。
(Mg: 0.0035% or less)
Like Al, magnesium (Mg) deoxidizes steel and refines oxides in steel. When the oxides in the steel are refined, the probability of fracture starting from the coarse oxides is reduced, and the fatigue strength of the steel is increased. The above effect can be obtained if Mg is contained even a little. On the other hand, if the Mg content is too large, the above effect is saturated, and the machinability of the steel decreases. Therefore, the Mg content is 0.0035% or less. When the Mg content is 0.0001% or more, the above-mentioned effects are remarkably obtained. The preferred Mg content is 0.0003 to 0.0030%, and more preferably 0.0005 to 0.0025%.

[硫化物]
硫化物は、切削性の向上に有用であるため、その個数密度を確保する必要がある。鋼中のS含有量を増加させると、被削性が向上するが、粗大な硫化物が増加する。熱間圧延等によって延伸した粗大な硫化物は、冷間鍛造性を損なう。このため、鋼中の硫化物のサイズおよび形状を制御する必要がある。さらに、被削時の切りくず処理性を向上させるには、鋼中に硫化物を微細に分散させることが必要である。
本実施形態の冷間鍛造用鋼は、冷間鍛造用鋼の圧延方向と平行な断面において、円相当径が2μm未満の硫化物の個数密度が300個/mm以上である。このため、優れた冷間鍛造性および切りくず処理性(被削性)が得られる。
[Sulfide]
Since sulfides are useful for improving machinability, it is necessary to ensure their number density. Increasing the S content in the steel improves machinability, but increases coarse sulfides. Coarse sulfide drawn by hot rolling or the like impairs cold forgeability. For this reason, it is necessary to control the size and shape of the sulfide in the steel. Further, in order to improve the chip controllability at the time of machining, it is necessary to disperse sulfide finely in steel.
In the steel for cold forging according to the present embodiment, the number density of sulfides having an equivalent circle diameter of less than 2 μm is 300 / mm 2 or more in a cross section parallel to the rolling direction of the steel for cold forging. Therefore, excellent cold forgeability and chip controllability (machinability) can be obtained.

[AlN、Nb(CN)およびAlN−Nb(CN)]
本実施形態の冷間鍛造用鋼では、表面から半径の1/5までの領域(以下、「表面領域」という場合がある。)および中心部から半径の1/5までの領域(以下、「中心領域」という場合がある。)において、AlNおよびAlN−Nb(CN)として析出しているAl量が0.010%以下、Nb(CN)およびAlN−Nb(CN)として析出しているNb量が0.020%以下である。
本実施形態において「AlN−Nb(CN)」とは、AlNとNb(CN)との複合析出物を指す。
[AlN, Nb (CN) and AlN-Nb (CN)]
In the steel for cold forging according to the present embodiment, a region extending from the surface to 1 / of the radius (hereinafter, may be referred to as “surface region”) and a region extending from the center to 1 / of the radius (hereinafter, referred to as “surface region”). In some cases, the amount of Al precipitated as AlN and AlN—Nb (CN) is 0.010% or less, and Nb precipitated as Nb (CN) and AlN—Nb (CN). The amount is not more than 0.020%.
In the present embodiment, “AlN—Nb (CN)” refers to a composite precipitate of AlN and Nb (CN).

また、本実施形態の冷間鍛造用鋼では、表面領域および中心領域において、直径100nm以上の、AlN、Nb(CN)およびAlN−Nb(CN)の合計の個数密度が50個/100μm以下である。
本実施形態において、AlN、Nb(CN)およびAlN−Nb(CN)の「直径」とは、一般的な方法で抽出レプリカ試料を作製し、透過型電子顕微鏡を用いて観察した場合の、AlN、Nb(CN)およびAlN−Nb(CN)それぞれの、長径と短径の算術平均を指す。
Further, in the steel for cold forging of the present embodiment, the total number density of AlN, Nb (CN) and AlN-Nb (CN) having a diameter of 100 nm or more in the surface region and the central region is 50/100 μm 2 or less. It is.
In the present embodiment, the “diameter” of AlN, Nb (CN) and AlN—Nb (CN) refers to AlN when an extracted replica sample is prepared by a general method and observed using a transmission electron microscope. , Nb (CN) and AlN-Nb (CN) mean the arithmetic mean of the major axis and minor axis, respectively.

鋳片、および鋳片を熱間加工して製造した鋼片は、断面積が大きい。このため、鋳片および鋼片を加熱すると、中心部と表層部とが同じ温度になるまでに長時間を要する。そのため、鋳片および鋼片を熱処理した場合、一般的に、所定の温度で保持される時間が、表層部と比較して中心部が短くなる。   The slab and the slab produced by hot working the slab have a large cross-sectional area. For this reason, when a slab and a steel slab are heated, it takes a long time until the central part and the surface part reach the same temperature. Therefore, when the slab and the steel slab are heat-treated, the time for which the slab and the slab are kept at a predetermined temperature is generally shorter at the central portion than at the surface portion.

よって、鋳片を熱間加工して鋼片とし、さらに鋼片を熱間圧延して製造された冷間鍛造用鋼(棒鋼または線材)では、表層部と中心部とにおけるAlN、Nb(CN)およびAlN−Nb(CN)の析出量、ならびにAlN、Nb(CN)およびAlN−Nb(CN)の分散状態が異なる。したがって、冷間鍛造用鋼の中心部と表層部とでは、冷間鍛造後の表面硬化処理時におけるオーステナイト粒の粗大化にも差異が生じる。   Therefore, in a steel for cold forging (a bar or a wire) manufactured by hot working a cast slab to form a slab and then hot rolling the slab, the AlN, Nb (CN) ) And AlN-Nb (CN), and the dispersed state of AlN, Nb (CN) and AlN-Nb (CN). Therefore, the central part and the surface part of the steel for cold forging also have a difference in the austenite grain coarsening during the surface hardening treatment after the cold forging.

本実施形態の冷間鍛造用鋼は、表面領域および中心領域において、AlNおよびAlN−Nb(CN)として析出しているAl量が0.010%以下、Nb(CN)およびAlN−Nb(CN)として析出しているNb量が0.020%以下であり、かつ、直径100nm以上の、AlN、Nb(CN)およびAlN−Nb(CN)の合計の個数密度が50個/100μm以下である。このため、本実施形態の冷間鍛造用鋼では、表層部から中心部までの全域において、冷間鍛造後の表面硬化処理時におけるオーステナイト粒の粗大化を抑制できる。 In the steel for cold forging of the present embodiment, the amount of Al precipitated as AlN and AlN—Nb (CN) in the surface region and the central region is 0.010% or less, and Nb (CN) and AlN—Nb (CN). ) Is 0.020% or less and the total number density of AlN, Nb (CN) and AlN-Nb (CN) having a diameter of 100 nm or more is 50 pieces / 100 μm 2 or less. is there. For this reason, in the steel for cold forging of this embodiment, coarsening of austenite grains at the time of surface hardening treatment after cold forging can be suppressed in the entire region from the surface layer to the center.

上記のオーステナイト粒の粗大化抑制効果を得るためには、表面領域および中心領域において、AlNおよびAlN−Nb(CN)として析出しているAl量は0.010%以下であり、0.008%以下であることが好ましい。上記Al量が0.002%未満であると、目標とするオーステナイト粒の粗大化抑制効果が得られ難くなる。このため、上記Al量は0.002%以上であることが好ましい。   In order to obtain the effect of suppressing the austenite grain coarsening, the amount of Al precipitated as AlN and AlN—Nb (CN) in the surface region and the central region is 0.010% or less, and 0.008% The following is preferred. If the Al content is less than 0.002%, it is difficult to obtain the target effect of suppressing austenite grain coarsening. Therefore, the Al content is preferably 0.002% or more.

上記のオーステナイト粒の粗大化抑制効果を得るためには、表面領域および中心領域において、Nb(CN)およびAlN−Nb(CN)として析出しているNb量は0.020%以下であり、0.015%以下であることが好ましい。上記Nb量が0.005%未満であると、目標とするオーステナイト粒の粗大化防止効果が得られ難くなる。このため、上記Nb量は0.005%以上であることが好ましい。   In order to obtain the above-described effect of suppressing austenite grain coarsening, the amount of Nb precipitated as Nb (CN) and AlN-Nb (CN) in the surface region and the central region is 0.020% or less, and 0% or less. It is preferably at most 0.015%. If the Nb content is less than 0.005%, it becomes difficult to obtain the target effect of preventing austenite grains from becoming coarse. Therefore, the Nb content is preferably 0.005% or more.

上記のオーステナイト粒の粗大化抑制効果を得るためには、表面領域および中心領域において、直径100nm以上の、AlN、Nb(CN)およびAlN−Nb(CN)の合計の個数密度は、50個/100μm以下であり、40個/100μm以下であることが好ましい。 In order to obtain the effect of suppressing the coarsening of austenite grains, the total number density of AlN, Nb (CN) and AlN-Nb (CN) having a diameter of 100 nm or more in the surface region and the central region is 50 / It is 100 μm 2 or less, and preferably 40/100 μm 2 or less.

冷間鍛造用鋼の表面領域および中心領域における、AlNおよびAlN−Nb(CN)として析出しているAl量、Nb(CN)およびAlN−Nb(CN)として析出しているNb量、AlN、Nb(CN)およびAlN−Nb(CN)の合計の個数密度(分散状態)は、鋼の化学組成、鋳片および鋼片の製造条件、鋳片および鋼片における成分元素の偏析、熱間加工条件および熱間加工の後の冷却速度などによって変化する。   The amount of Al precipitated as AlN and AlN-Nb (CN), the amount of Nb precipitated as Nb (CN) and AlN-Nb (CN), AlN, in the surface region and the central region of the steel for cold forging. The total number density (dispersion state) of Nb (CN) and AlN-Nb (CN) is determined by the chemical composition of steel, the production conditions of slabs and slabs, segregation of component elements in slabs and slabs, hot working It varies depending on conditions and the cooling rate after hot working.

「製造方法」
次に、本実施形態の冷間鍛造用鋼の製造方法を説明する。
[連続鋳造工程]
上記の化学組成を有する鋳片を連続鋳造法により製造する。鋳片は、造塊法によりインゴット(鋼塊)にしてもよい。鋳造条件としては、例えば、220×220mm角の鋳型を用いて、タンディッシュ内の溶鋼のスーパーヒートを10〜50℃とし、鋳込み速度を1.0〜1.5m/分とする条件を例示できる。
"Production method"
Next, a method of manufacturing the steel for cold forging of the present embodiment will be described.
[Continuous casting process]
A slab having the above chemical composition is manufactured by a continuous casting method. The slab may be made into an ingot (steel ingot) by an ingot making method. As the casting conditions, for example, using a 220 × 220 mm square mold, the superheat of the molten steel in the tundish is set to 10 to 50 ° C., and the casting speed is set to 1.0 to 1.5 m / min. .

本実施形態の冷間鍛造用鋼の製造方法では、所定の化学組成を有する鋳片を鋳造するため、硫化物の晶出核となるデンドライトが微細化されて、硫化物が鋼中に微細分散される。これにより、冷間鍛造後の被削性に優れた冷間鍛造用鋼が得られる。   In the method for producing a steel for cold forging according to the present embodiment, in order to cast a slab having a predetermined chemical composition, dendrites which are crystallization nuclei of sulfides are refined, and sulfides are finely dispersed in the steel. Is done. Thereby, a steel for cold forging having excellent machinability after cold forging can be obtained.

[デンドライト]
鋳片の凝固組織は、デンドライト形態(デンドライト)を呈している。冷間鍛造用鋼中の硫化物は、凝固前(溶鋼中)、または凝固時に晶出することが多く、鋳片のデンドライトの1次アーム間隔に大きく影響を受ける。すなわち、デンドライトの1次アーム間隔が小さければ、デンドライトの樹間部に晶出する硫化物が小さくなる。本実施形態の冷間鍛造用鋼は、鋳片の段階における鋳片表面から15mmの深さ位置におけるデンドライトの1次アーム間隔が600μm未満であることが望ましい。
[Dendrite]
The solidified structure of the slab has a dendrite form (dendrites). Sulfides in cold forging steel are often crystallized before solidification (in molten steel) or during solidification, and are greatly affected by the primary arm spacing of dendrite in slabs. That is, if the primary arm spacing of the dendrite is small, the sulfide crystallized in the dendrite tree becomes small. In the steel for cold forging of this embodiment, it is desirable that the primary arm interval of the dendrite at a depth of 15 mm from the surface of the slab at the stage of the slab is less than 600 µm.

本実施形態では、上述したデンドライトの1次アーム間隔を600μm未満にするために、上記化学組成を有する溶鋼を鋳造する際に、鋳片表面から15mmの深さにおける液相線温度から固相線温度までの温度域内の平均冷却速度を100℃/min以上500℃/min以下とすることが望ましい。平均冷却速度が100℃/min未満では、鋳片表面から15mmの深さ位置におけるデンドライトの1次アーム間隔を600μm未満とすることが困難となり、硫化物を微細分散できないおそれがある。一方、平均冷却速度が500℃/min超では、デンドライトの樹間から晶出する硫化物が微細になり過ぎ、切りくず処理性が低下してしまう恐れがある。   In this embodiment, in order to make the primary arm interval of the above-mentioned dendrite less than 600 μm, when casting molten steel having the above-mentioned chemical composition, the solidus temperature is determined from the liquidus temperature at a depth of 15 mm from the slab surface. It is desirable that the average cooling rate in the temperature range up to the temperature be 100 ° C./min or more and 500 ° C./min or less. When the average cooling rate is less than 100 ° C./min, it is difficult to make the primary arm interval of the dendrite at a depth of 15 mm from the slab surface less than 600 μm, and the sulfide may not be finely dispersed. On the other hand, if the average cooling rate exceeds 500 ° C./min, the sulfide crystallized from the dendrite tree becomes too fine, and there is a possibility that the chip disposability is reduced.

液相線温度から固相線温度までの温度域とは、凝固開始から凝固終了までの温度域のことである。したがって、この温度域での平均冷却温度とは、鋳片の平均凝固速度を意味する。上記の平均冷却速度は、例えば、鋳型断面の大きさ、鋳込み速度等を適正な値に制御すること、または鋳込み直後において、水冷に用いる冷却水量を増大させるなどの手段により達成できる。これは、連続鋳造法および造塊法共に適用可能である。   The temperature range from the liquidus temperature to the solidus temperature is the temperature range from the start of solidification to the end of solidification. Therefore, the average cooling temperature in this temperature range means the average solidification rate of the slab. The above average cooling rate can be achieved, for example, by controlling the size of the mold section, the casting speed, and the like to appropriate values, or by increasing the amount of cooling water used for water cooling immediately after casting. This is applicable to both the continuous casting method and the ingot making method.

鋳片表面から15mm深さにおける上記温度域内の平均冷却速度は、以下に示す方法により測定した数値である。
鋳造した鋳片の断面をピクリン酸にてエッチングし、鋳片表面から15mmの深さの位置について、鋳込み方向に5mmピッチでデンドライトの2次アーム間隔λ(μm)を100点測定する。そして、測定した2次アーム間隔λ(μm)の値から以下に示す式(2)を用いて、鋳片(スラブ)の液相線温度から固相線温度までの温度域内の冷却速度A(℃/秒)を算出し、算術平均により求めた平均値である。
λ=710×A−0.39 式(2)
The average cooling rate in the above temperature range at a depth of 15 mm from the slab surface is a numerical value measured by the following method.
The cross section of the cast slab is etched with picric acid, and 100 points of the secondary arm spacing λ 2 (μm) of the dendrite are measured at a depth of 15 mm from the slab surface at a pitch of 5 mm in the casting direction. Then, the cooling rate A in the temperature range from the liquidus temperature to the solidus temperature of the slab (slab) is calculated from the measured value of the secondary arm interval λ 2 (μm) using the following equation (2). (° C./sec) is the average value obtained by arithmetic averaging.
λ 2 = 710 × A− 0.39 Equation (2)

本実施形態における鋳造条件は、以下に示す方法により決定してもよい。例えば、鋳造条件の異なる複数の鋳片を製造し、各鋳片における鋳片表面から15mm深さの上記温度域内の平均冷却速度を、上記の方法により式(2)を用いて求める。その後、デンドライトの1次アーム間隔が600μm未満となる平均冷却速度100〜500℃/minであった鋳造条件を用いて、鋳造の最適条件を決定する。   The casting conditions in the present embodiment may be determined by the following method. For example, a plurality of slabs with different casting conditions are manufactured, and the average cooling rate in the above-mentioned temperature range at a depth of 15 mm from the slab surface in each slab is determined by the above-described method using Expression (2). Then, the optimal casting conditions are determined using the casting conditions in which the average cooling rate was 100 to 500 ° C./min at which the primary arm spacing of the dendrite was less than 600 μm.

[熱間圧延]
次に、得られた鋳片又はインゴットに分塊圧延等の熱間加工を施して、ビレット(鋼片)を製造する。更に、ビレットを熱間圧延して、棒鋼または線材とする。熱間加工は、熱間圧延を含んでいてもよい。熱間加工における圧下比に特に制限はない。
ビレットの熱間圧延は、例えば、ビレットを1270〜1300℃の加熱温度で1.5時間以上加熱した後、仕上げ温度を900〜1100℃、好ましくは950〜1050℃として熱間圧延する方法により行うことができる。
[Hot rolling]
Next, the obtained cast slab or ingot is subjected to hot working such as slab rolling to produce a billet (steel slab). Further, the billet is hot-rolled into a bar or a wire. Hot working may include hot rolling. The reduction ratio in hot working is not particularly limited.
The hot rolling of the billet is performed, for example, by heating the billet at a heating temperature of 1270 to 1300 ° C for 1.5 hours or more, and then performing a hot rolling at a finishing temperature of 900 to 1100 ° C, preferably 950 to 1050 ° C. be able to.

上記仕上げ温度で仕上げ圧延を行った後、大気中で、800〜500℃の温度範囲での冷却速度を0.1〜1.0℃/秒の範囲として冷却する。なお、上記冷却速度の好適範囲は0.7℃/秒以下である。仕上げ圧延を行った後は、上記の冷却速度で、室温に至るまで冷却しても構わない。生産性を高めるためには、仕上げ圧延後の温度が500℃に至った時点で、空冷、ミスト冷却及び水冷など、適宜の手段で冷却することが好ましい。   After the finish rolling at the above-mentioned finishing temperature, cooling is performed in the atmosphere at a cooling rate in a temperature range of 800 to 500 ° C. in a range of 0.1 to 1.0 ° C./sec. The preferred range of the cooling rate is 0.7 ° C./sec or less. After the finish rolling, cooling may be performed to the room temperature at the above cooling rate. In order to increase productivity, it is preferable to cool by appropriate means such as air cooling, mist cooling and water cooling when the temperature after finish rolling reaches 500 ° C.

なお、本実施形態の熱間圧延における上記の加熱温度および加熱時間は、それぞれ、炉内の平均温度及び在炉時間を意味する。
また、熱間圧延の仕上げ温度は、複数のスタンドを備える圧延機の最終スタンド出口での棒鋼または棒線の表面温度を意味する。
また、仕上げ圧延を行った後の冷却速度は、棒鋼または棒線の表面での冷却速度を指す。
The above-mentioned heating temperature and heating time in the hot rolling of the present embodiment mean the average temperature in the furnace and the time in the furnace, respectively.
The finishing temperature of hot rolling means the surface temperature of a steel bar or a bar at the exit of the last stand of a rolling mill having a plurality of stands.
In addition, the cooling rate after performing the finish rolling refers to the cooling rate on the surface of the bar or the wire.

次に、製造された棒鋼、線材を焼鈍する。焼鈍は、球状化焼鈍であることが好ましい。球状化焼鈍を行うことにより、棒鋼、線材の冷間鍛造性を高めることができる。
以上の工程により、本実施形態の冷間鍛造用鋼が得られる。
Next, the manufactured steel bars and wires are annealed. The annealing is preferably spheroidizing annealing. By performing spheroidizing annealing, the cold forgeability of a steel bar or a wire can be enhanced.
Through the above steps, the steel for cold forging of the present embodiment is obtained.

本実施形態の冷間鍛造用鋼は、例えば、自動車、産業機械用の歯車、シャフト、プーリーなどの鋼製部品を製造するための浸炭、浸炭窒化または窒化前の素材として、好適に用いることができる。   The steel for cold forging of the present embodiment is, for example, preferably used as a material before carburizing, carbonitriding or nitriding for producing steel parts such as automobiles, gears for industrial machines, shafts, pulleys and the like. it can.

次に、本実施形態の冷間鍛造用鋼を用いて部品を製造する方法について説明する。
例えば、冷間鍛造用鋼(棒鋼、線材)を冷間鍛造し、粗形状の中間品を製造する。製造された中間品は、所定の形状とするために、必要に応じて機械加工により切削してもよい。
次いで、中間品に、周知の条件で表面硬化処理を実施する。表面硬化処理としては、例えば、浸炭処理、窒化処理、高周波焼入れが挙げられる。次いで、表面硬化処理後の中間品を所定の形状に研削または磨きを行う。このようにして、冷間鍛造用鋼を素材として用いた鋼製部品が得られる。
なお、上記の部品の製造方法では、中間品に表面硬化処理を施したが、表面硬化処理は実施しなくてもよい。
Next, a method of manufacturing a part using the steel for cold forging of the present embodiment will be described.
For example, cold forging steel (bar, wire) is cold forged to produce a crude intermediate product. The manufactured intermediate product may be cut by machining as necessary to obtain a predetermined shape.
Next, the intermediate product is subjected to a surface hardening treatment under known conditions. Examples of the surface hardening treatment include carburizing treatment, nitriding treatment, and induction hardening. Next, the intermediate product after the surface hardening treatment is ground or polished into a predetermined shape. In this way, a steel part using the steel for cold forging as a raw material is obtained.
In the above-described method for manufacturing a component, the intermediate product is subjected to the surface hardening process, but the surface hardening process may not be performed.

表1に示す化学組成を有する鋼A〜AAを270ton転炉で溶製し、連続鋳造機を用いて連続鋳造を実施して、220×220mm角の鋳片を製造した。なお、連続鋳造の凝固途中の段階で圧下を加えた。
また、各鋳片を鋳造する際における鋳型の冷却水量を変更することで、鋳片表面から15mmの深さにおける液相線温度から固相線温度までの温度域内の平均冷却速度を変化させた。
Steels A to AA having the chemical compositions shown in Table 1 were melted in a 270 ton converter, and were continuously cast using a continuous casting machine to produce slabs of 220 × 220 mm square. The reduction was applied during the solidification of the continuous casting.
The average cooling rate in the temperature range from the liquidus temperature to the solidus temperature at a depth of 15 mm from the slab surface was changed by changing the cooling water amount of the mold when casting each slab. .

表1に示す鋼A〜Oは、本発明で規定する化学組成を有する鋼である。鋼P〜AAは、化学組成が本発明で規定する条件から外れた比較例の鋼である。表1中の数値の下線は、本実施の形態による冷間鍛造用鋼材の範囲外であることを示す。   Steels A to O shown in Table 1 are steels having a chemical composition specified in the present invention. Steels P to AA are steels of comparative examples whose chemical compositions deviate from the conditions specified in the present invention. The underline of the numerical value in Table 1 indicates that it is outside the range of the steel material for cold forging according to the present embodiment.

Figure 0006642236
Figure 0006642236

連続鋳造により得られた各鋳片を、一旦室温まで冷却して試験片を採取し、以下に示す方法により、デンドライトを観察した。
[デンドライトの1次アーム間隔および2次アーム間隔の測定]
鋳片から採取した試験片の断面をピクリン酸にてエッチングした。そして、鋳片表面から15mmの深さに位置を、鋳込み方向に5mmピッチで、デンドライトの1次アーム間隔および2次アーム間隔をそれぞれ100点測定した。デンドライトの1次アーム間隔の平均値を表2に示す。
Each cast piece obtained by continuous casting was once cooled to room temperature, a test piece was collected, and dendrites were observed by the following method.
[Measurement of primary arm interval and secondary arm interval of dendrite]
The cross section of the test piece taken from the cast piece was etched with picric acid. Then, the primary arm interval and the secondary arm interval of the dendrite were measured at 100 points each at a position at a depth of 15 mm from the slab surface and at a pitch of 5 mm in the casting direction. Table 2 shows the average value of the primary arm interval of the dendrite.

[鋳片表面から15mmの深さにおける液相線温度から固相線温度までの温度域内の平均冷却速度]
上記の方法により測定した2次アーム間隔λ(μm)の値から以下に示す式(2)を用いて、液相線温度から固相線温度までの温度域内の冷却速度A(℃/秒)を算出し、算術平均により求めた。その結果、いずれの鋳片においても、上記の温度域内の平均冷却速度は、100℃/min以上500℃/min以下であった。
λ=710×A−0.39 式(2)
[Average cooling rate in the temperature range from the liquidus temperature to the solidus temperature at a depth of 15 mm from the slab surface]
From the value of the secondary arm interval λ 2 (μm) measured by the above method, the cooling rate A (° C./second) in the temperature range from the liquidus temperature to the solidus temperature using the following equation (2). ) Was calculated and calculated by arithmetic mean. As a result, the average cooling rate in the above temperature range was 100 ° C./min or more and 500 ° C./min or less in any of the cast pieces.
λ 2 = 710 × A− 0.39 Equation (2)

デンドライト観察用の試験片を採取した後、各鋳片を熱間圧延してビレット(鋼片)とした。その後、ビレットを1270〜1300℃で3時間加熱し、仕上げ温度を900〜1100℃として熱間圧延した。仕上げ圧延後、800〜500℃の温度範囲を0.7℃/秒以下の冷却速度で冷却し、500℃に達した段階で放冷し、直径36mmの丸棒(棒鋼)を製造した。
このようにして得られた各丸棒の表面を目視で観察し、表面割れの有無を判定した。その結果を表2に示す。
After collecting a test piece for dendrite observation, each cast piece was hot-rolled to form a billet (steel piece). Thereafter, the billet was heated at 1270-1300 ° C. for 3 hours, and hot-rolled at a finishing temperature of 900-1100 ° C. After the finish rolling, the sample was cooled in a temperature range of 800 to 500 ° C. at a cooling rate of 0.7 ° C./second or less, and was cooled when the temperature reached 500 ° C. to produce a round bar (steel bar) having a diameter of 36 mm.
The surface of each round bar thus obtained was visually observed to determine the presence or absence of surface cracks. Table 2 shows the results.

次に、熱間圧延後に得られた直径36mmの各丸棒に対して、球状化焼鈍処理を実施した。具体的には、上述の各丸棒を、加熱炉を用いて760℃で4時間均熱し、15℃/hの冷却速度で660℃まで冷却した後、放冷した。
以上の工程により、試験番号1〜27の冷間鍛造用鋼を製造した。
Next, spheroidizing annealing was performed on each round bar having a diameter of 36 mm obtained after hot rolling. Specifically, each of the above-mentioned round bars was soaked in a heating furnace at 760 ° C. for 4 hours, cooled to 660 ° C. at a cooling rate of 15 ° C./h, and then allowed to cool.
Through the above steps, steels for cold forging of test numbers 1 to 27 were manufactured.

[ミクロ組織観察]
以下に示す方法により、試験番号1〜27の冷間鍛造用鋼(丸棒)のミクロ組織を観察した。まず、丸棒を軸方向に対して平行に切断し、直径の1/4の位置(D/4位置)が観察面の中心であるミクロ組織観察用の試験片を採取した。試験片の切断面(観察面)を研磨し、ナイタル腐食液で腐食した。腐食後、切断面の中央部のミクロ組織を、光学顕微鏡を用いて400倍で観察した。
試験番号1〜27の冷間鍛造用鋼ミクロ組織はいずれも、フェライトとパーライトとからなる組織であった。
[Microstructure observation]
The microstructure of the steel (round bar) for cold forging of Test Nos. 1 to 27 was observed by the method described below. First, a round bar was cut in parallel to the axial direction, and a test piece for microstructure observation in which a position of 1/4 of the diameter (D / 4 position) was the center of the observation surface was collected. The cut surface (observation surface) of the test piece was polished and corroded with a nital etchant. After the corrosion, the microstructure at the center of the cut surface was observed at 400 times using an optical microscope.
Each of the microstructures of the steels for cold forging of Test Nos. 1 to 27 was a structure composed of ferrite and pearlite.

さらに、ミクロ組織観察用試験片を用いて、JIS Z2244に規定されたビッカース硬さ試験を実施した。各試験片について、それぞれ5箇所の硬さを測定した。
その結果、試験番号1〜27の冷間鍛造用鋼のビッカース硬さは、いずれもHv130〜200の範囲内であり、各冷間鍛造用鋼は、同程度の硬度を有した。
Further, a Vickers hardness test specified in JIS Z2244 was performed using the test piece for microstructure observation. The hardness of each test piece was measured at five points.
As a result, the Vickers hardnesses of the steels for cold forging of Test Nos. 1 to 27 were all within the range of Hv 130 to 200, and each steel for cold forging had the same hardness.

次に、以下に示す方法により、試験番号1〜27の冷間鍛造用鋼の硫化物密度を測定した。
[硫化物密度測定方法]
ミクロ組織観察と同様にして採取した試験片を樹脂埋めした後、被検面(切断面)を鏡面研磨した。被検面は、冷間鍛造用鋼の長手方向と平行である。被検面内の硫化物を走査電子顕微鏡とエネルギー分散型X線分光分析装置(EDS)により特定した。
Next, the sulfide density of the steels for cold forging of Test Nos. 1 to 27 was measured by the following method.
[Sulphide density measurement method]
After embedding the test piece in a resin in the same manner as the microstructure observation, the test surface (cut surface) was mirror-polished. The test surface is parallel to the longitudinal direction of the steel for cold forging. The sulfide in the test surface was identified by a scanning electron microscope and an energy dispersive X-ray spectrometer (EDS).

具体的には、縦10mm×横10mmの研磨後の試験片を10個作製し、これらの試験片の所定位置を走査電子顕微鏡にて100倍で写真撮影し、0.9mmの検査基準面積(領域)の画像を10視野分準備した。硫化物の観察視野は、9mmである。各観察領域において、走査電子顕微鏡で観察される反射電子像のコントラストに基づいて、硫化物を特定した。反射電子像では、観察領域をグレースケール画像で表示した。反射電子像内におけるマトリクス(母材)、硫化物、酸化物のコントラストはそれぞれ異なるものであった。 Specifically, a test piece of polished vertical 10mm × horizontal 10mm were prepared 10 pieces, and photographed at 100 times by a scanning electron microscope predetermined positions of these test pieces, test reference area of 0.9 mm 2 (Region) images were prepared for 10 fields of view. The observation field of the sulfide is 9 mm 2 . In each observation region, the sulfide was specified based on the contrast of the reflected electron image observed by the scanning electron microscope. In the backscattered electron image, the observation area was displayed as a grayscale image. The contrast of the matrix (base material), sulfide, and oxide in the backscattered electron image was different from each other.

各観察視野(画像)中の円相当径が1μm以上の硫化物の粒径を検出した。硫化物の粒径(直径)は、硫化物の面積と同一の面積を有する円の直径を示す円相当径に換算した。そして、各観察視野(画像)中の硫化物の個数を、画像解析によって求めた。その後、観察された1μm以上の硫化物のうち、円相当径が2μm未満の硫化物の個数を、円相当径が1μm以上の硫化物の個数で除し、円相当径が2μm未満の硫化物の個数密度とした。
なお、観察対象とした硫化物の円相当径を1μm以上としたのは、現実的に汎用の機器で、粒子のサイズと成分を統計的に扱うことが可能であり、かつ、これより小さな硫化物を制御しても冷間鍛造性および切りくず処理性に与える影響が少ないためである。
The particle diameter of the sulfide having an equivalent circle diameter of 1 μm or more in each observation visual field (image) was detected. The particle size (diameter) of the sulfide was converted to a circle equivalent diameter indicating the diameter of a circle having the same area as the area of the sulfide. Then, the number of sulfides in each observation visual field (image) was determined by image analysis. Then, among the observed sulfides of 1 μm or more, the number of sulfides with an equivalent circle diameter of less than 2 μm is divided by the number of sulfides with an equivalent circle diameter of 1 μm or more, and the sulfides with an equivalent circle diameter of less than 2 μm Of the number density.
The reason why the circle equivalent diameter of the sulfide to be observed was set to 1 μm or more is that it is practically possible to use a general-purpose device to statistically handle the particle size and components, and to use a smaller sulfide. This is because even if the material is controlled, the influence on the cold forgeability and the chip disposability is small.

[残差分析]
上記のようにして得た直径36mmの各丸棒(試験番号1〜27の冷間鍛造用鋼)について、表面から半径の1/5までの領域(以下、「表面領域」という場合がある。)および中心部から半径の1/5までの領域(以下、「中心領域」という場合がある。)において、AlNおよびAlN−Nb(CN)として析出しているAl量と、Nb(CN)およびAlN−Nb(CN)として析出しているNb量とを、以下に示す方法により求めた。
[Residual analysis]
With respect to each round bar having a diameter of 36 mm (steel for cold forging of test numbers 1 to 27) obtained as described above, the area from the surface to 1/5 of the radius (hereinafter, referred to as “surface area”) may be used. ) And in a region from the center to 1 / of the radius (hereinafter, sometimes referred to as “center region”), the amount of Al precipitated as AlN and AlN—Nb (CN), Nb (CN) and The amount of Nb precipitated as AlN-Nb (CN) was determined by the following method.

直径36mmの各丸棒の表面には、スケールが存在している。したがって、そのままでは十分な精度で抽出残渣分析を行うことはできない。このため、直径36mmの各丸棒を旋削加工してから、表面領域分析用の試験片(直径35mm、長さ10mm)と、中心領域分析用の試験片(直径7.2mm、長さ20mm)とを同心円位置から採取した。   A scale is present on the surface of each round bar having a diameter of 36 mm. Therefore, extraction residue analysis cannot be performed with sufficient accuracy as it is. Therefore, after turning each round bar having a diameter of 36 mm, a test piece for surface area analysis (35 mm in diameter and 10 mm in length) and a test piece for central area analysis (7.2 mm in diameter and 20 mm in length) And were collected from concentric positions.

次いで、各試験片の横断面を電解研磨されないように樹脂でマスキングした。その後、マスキングした試験片を、一般的な条件である10体積%アセチルアセトン−1質量%塩化テトラメチルアンモニウム−メタノール溶液(10%AA系電解液)を用いて、電流密度250〜350A/mで抽出(電気分解)した。そして、抽出した溶液をメッシュサイズ0.2μmのフィルタでろ過し、ろ過物(残渣)について一般的な化学分析を行った。その結果から、表面領域および中心領域における上記Al量と、上記Nb量とを算出した。その結果を表2に示す。 Next, the cross section of each test piece was masked with a resin so as not to be electropolished. Then, the masked test piece was subjected to a current density of 250 to 350 A / m 2 using a 10% by volume acetylacetone-1% by mass tetramethylammonium chloride-methanol solution (10% AA-based electrolyte) which is a general condition. Extracted (electrolyzed). Then, the extracted solution was filtered through a filter having a mesh size of 0.2 μm, and the filtrate (residue) was subjected to general chemical analysis. From the results, the Al amount and the Nb amount in the surface region and the central region were calculated. Table 2 shows the results.

[析出物個数密度]
表面領域および中心領域において、直径100nm以上の、AlN、Nb(CN)およびAlN−Nb(CN)の合計の個数密度を、以下に示す方法により求めた。
直径36mmの各丸棒(試験番号1〜27の冷間鍛造用鋼)の「表面領域」「中心領域」の各領域から、一般的な方法で抽出レプリカ試料を作製した。次に、各抽出レプリカ試料を、透過型電子顕微鏡を用いて、倍率20000倍、1視野あたりの面積10μmで、ランダムに10視野観察し、直径100nm以上の、AlN、Nb(CN)およびAlN−Nb(CN)の個数を求めた。その結果を用いて、各領域の面積100μm当たりのAlN、Nb(CN)およびAlN−Nb(CN)の個数密度を算出した。その結果を表2に示す。
[Precipitate number density]
In the surface region and the central region, the total number density of AlN, Nb (CN) and AlN-Nb (CN) having a diameter of 100 nm or more was determined by the following method.
Extracted replica samples were prepared by a general method from each of the “surface area” and “center area” of each round bar having a diameter of 36 mm (steel for cold forging of test numbers 1 to 27). Next, each extracted replica sample was observed randomly for 10 fields using a transmission electron microscope at a magnification of 20,000 times and an area per field of 10 μm 2 , and AlN, Nb (CN) and AlN having a diameter of 100 nm or more were observed. The number of -Nb (CN) was determined. Using the results, the number density of AlN, Nb (CN) and AlN-Nb (CN) per 100 μm 2 of the area of each region was calculated. Table 2 shows the results.

次に、以下に示す方法により、試験番号1〜27の冷間鍛造用鋼に対し、冷間鍛造性試験、被削性試験、粗大粒発生温度試験を行った。
[冷間鍛造性試験]
各冷間鍛造用鋼(直径36mmの丸棒)から、半径の1/2の位置(R/2位置)を中心とした切り欠き付きの直径10mm、長さ15mmの丸棒試験片を8個ずつ採取した。丸棒試験片の長手方向は、直径36mmの丸棒の鍛伸軸に平行とした。冷間圧縮試験には、500ton油圧プレスを使用した。
Next, a cold forgeability test, a machinability test, and a coarse grain generation temperature test were performed on the cold forging steels of test numbers 1 to 27 by the following methods.
[Cold forgeability test]
From each steel for cold forging (round bar with a diameter of 36 mm), eight round bar test pieces with a diameter of 10 mm and a length of 15 mm with a notch centered on a half radius (R / 2 position). Was collected at a time. The longitudinal direction of the round bar test piece was parallel to the forging axis of a round bar having a diameter of 36 mm. A 500 ton hydraulic press was used for the cold compression test.

冷間圧縮試験は、8個の丸棒試験片を使用して圧縮率を段階的に引き上げて冷間圧縮を実施した。具体的には、初期圧縮率で8個の丸棒試験片を冷間圧縮した。1回目の冷間圧縮後、各丸棒試験片に割れが発生したか否かを目視により確認した。そして、割れが確認された丸棒試験片を排除し、残った丸棒試験片(つまり、割れが観察されなかった丸棒試験片)に対して、圧縮率を引き上げて2回目の冷間圧縮を実施した。2回目の冷間圧縮後、各丸棒試験片の割れの有無を確認した。1回目の冷間圧縮後と同様に、割れが確認された丸棒試験片を排除し、残った丸棒試験片に対して、圧縮率を引き上げて3回目の冷間圧縮を実施した。8個の丸棒試験片のうち、割れが確認された丸棒試験片が4個になるまで、上述の工程を繰り返した。   In the cold compression test, cold compression was performed by gradually increasing the compression ratio using eight round bar test pieces. Specifically, eight round bar specimens were cold-compressed at an initial compression ratio. After the first cold compression, it was visually confirmed whether or not each round bar test piece had cracked. Then, the round bar test piece in which a crack was confirmed was removed, and the compression ratio was raised for the remaining round bar test piece (that is, the round bar test piece in which no crack was observed), and the second cold compression was performed. Was carried out. After the second cold compression, each round bar test piece was checked for cracks. In the same manner as after the first cold compression, the round bar test piece in which cracks were confirmed was removed, and the remaining round bar test piece was subjected to a third cold compression by increasing the compression ratio. The above-described process was repeated until four of the eight round bar specimens were found to have cracks.

8個の丸棒試験片のうち、4個の丸棒試験片に割れが確認されたときの圧縮率を「限界圧縮率」と定義した。なお、80%の圧縮率で冷間圧縮を実施した後、割れが確認された丸棒試験片が4個以下である場合、その鋼の限界圧縮率は「80%」とした。
限界圧縮率は、実用上問題ない75%以上を目標値とした。各冷間鍛造用鋼の限界圧縮率を表2に示す。
The compression ratio when cracks were confirmed in four round bar specimens among the eight round bar specimens was defined as “critical compression ratio”. In addition, after performing cold compression at a compression rate of 80%, when the number of round bar specimens in which cracks were confirmed was four or less, the critical compression rate of the steel was set to “80%”.
The target value of the critical compression ratio was 75% or more, which is practically no problem. Table 2 shows the critical compressibility of each steel for cold forging.

[被削性試験]
各冷間鍛造用鋼(直径36mmの丸棒)に、冷間での引抜きにより歪を与え、引抜き後の丸棒の被削性により、冷間鍛造後の被削性を評価した。
具体的には、各冷間鍛造用鋼(直径36mmの丸棒)を、減面率30.6%で冷間引抜きし、直径25mmの丸棒にした。冷間引抜きした丸棒を長さ500mmに切断し、旋削加工用の試験材とした。得られた直径25mm、長さ500mmの試験材の外周部を、数値制御(NC)旋盤を用いて、下記の条件で旋削加工し、被削性(切りくず処理性)を調査した。
[Machinability test]
Each steel for cold forging (a round bar having a diameter of 36 mm) was strained by cold drawing, and the machinability of the round bar after drawing was evaluated by the machinability of the round bar after drawing.
Specifically, each cold forging steel (round bar having a diameter of 36 mm) was cold-drawn at a reduction of area of 30.6% to form a round bar having a diameter of 25 mm. The cold-drawn round bar was cut into a length of 500 mm to obtain a test material for turning. The outer peripheral portion of the obtained test material having a diameter of 25 mm and a length of 500 mm was turned using a numerically controlled (NC) lathe under the following conditions, and the machinability (chip controllability) was investigated.

<使用チップ>
母材材質:超硬P20種グレード。
コーティング:なし。
<Used chip>
Base material: Carbide P20 grade.
Coating: None.

<旋削加工条件>
周速:150m/分。
送り:0.2mm/rev。
切り込み:0.4mm。
潤滑:水溶性切削油を使用。
<Turning conditions>
Circumferential speed: 150 m / min.
Feed: 0.2 mm / rev.
Cut: 0.4 mm.
Lubrication: Uses water-soluble cutting oil.

各試験材について、旋削加工中の10秒間で排出された切りくずを回収した。回収された切りくずの長さを調べ、長いものから順に10個の切りくずを選択した。そして、選択された10個の切りくずの総重量を「切りくず重量」と定義した。
なお、切りくずが長くつながった結果、切りくずの総数が10個未満である場合、回収された切りくずの総重量を測定し、10個の個数に換算した値を「切りくず重量」と定義した。例えば、切りくずの総数が7個であって、その総重量が12gである場合、切りくず重量は、12g×10個/7個、と計算した。
For each test material, chips discharged during 10 seconds during the turning were collected. The length of the collected chips was examined, and ten chips were selected in order from the longest one. Then, the total weight of the selected ten chips was defined as “chip weight”.
If the total number of chips is less than 10 as a result of long chips, the total weight of the collected chips is measured, and the value converted to the number of chips is defined as "chip weight". did. For example, when the total number of chips is 7 and the total weight is 12 g, the chip weight was calculated as 12 g × 10/7.

そして、各試験材の切りくず重量が15g以下であれば、切りくず処理性が高いと評価した。切りくず重量が15gを超える場合、切りくず処理性が低いと評価した。各冷間鍛造用鋼の切りくず処理性の評価結果を表2に示す。   When the chip weight of each test material was 15 g or less, it was evaluated that the chip disposability was high. When the chip weight exceeded 15 g, the chip disposition was evaluated as low. Table 2 shows the evaluation results of the chip disposability of each steel for cold forging.

[粗大粒発生温度試験]
各冷間鍛造用鋼(直径36mmの丸棒)に、冷間鍛造を模擬する高さ方向で60%の圧縮加工を行った後、浸炭を模擬する熱処理を行なった。浸炭を模擬する熱処理としては、950℃、970℃、990℃、1010℃、1030℃および1050℃の各温度で300分保持した後、水冷によって室温まで冷却する処理を行った。
[Coarse grain generation temperature test]
Each steel for cold forging (round bar with a diameter of 36 mm) was subjected to 60% compression in the height direction simulating cold forging, and then heat-treated to simulate carburization. As a heat treatment to simulate carburization, a treatment was performed in which each was held at 950 ° C., 970 ° C., 990 ° C., 1010 ° C., 1030 ° C. and 1050 ° C. for 300 minutes, and then cooled to room temperature by water cooling.

上記の浸炭を模擬する熱処理を行った各冷間鍛造用鋼(直径36mmの丸棒)から中心部を含む縦断面(被検面)を切り出し、被検面を鏡面研磨した。次いで、被検面を、界面活性剤を添加したピクリン酸飽和水溶液で腐食し、光学顕微鏡を用いて倍率100倍でランダムに各10視野観察した。各視野の大きさは1.0mm×1.0mmとした。   A longitudinal section (test surface) including the central portion was cut out from each cold forging steel (round bar having a diameter of 36 mm) that had been subjected to the heat treatment simulating the carburization described above, and the test surface was mirror-polished. Next, the test surface was corroded with a saturated aqueous solution of picric acid to which a surfactant was added, and 10 visual fields were randomly observed at 100 times magnification using an optical microscope. The size of each visual field was 1.0 mm × 1.0 mm.

上記視野の光学顕微鏡観察において、粒度番号が5番以下のオーステナイト粒の結晶粒が合計2個以上あった場合、オーステナイト粒の粗大化が生じたと定義した。
そして、1050℃で300分保持する熱処理を行ってもオーステナイト粒が粗大化が生じない場合、オーステナイト粒粗大化防止効果が優れると評価した(表2に「>1050」と記す。)。一方、1030℃以下の温度で300分保持する熱処理を行うことによりオーステナイト粒が粗大化した場合、オーステナイト粒粗大化防止効果がないと評価した(表2に、粗大化が生じた熱処理の温度を記す。)。
In the optical microscope observation of the visual field, it was defined that when a total of two or more austenite grains having a grain size number of 5 or less were present, the austenite grains were coarsened.
When the austenite grains were not coarsened even after the heat treatment at 300 ° C. for 300 minutes, it was evaluated that the austenite grain coarsening prevention effect was excellent (described as “> 1050” in Table 2). On the other hand, when the austenite grains were coarsened by performing heat treatment at 300 ° C. or less for 300 minutes, it was evaluated that there was no effect of preventing austenite grains from being coarsened (Table 2 shows the heat treatment temperature at which the coarsening occurred. Write.).

Figure 0006642236
Figure 0006642236

表1および表2に示すように、試験番号1〜15の冷間鍛造用鋼は、化学組成(鋼A〜O)および硫化物個数密度、表面領域および中心領域におけるAl量とNb量の残差分析結果、析出物個数密度が本発明の範囲内である。試験番号1〜15の冷間鍛造用鋼は、冷間鍛造性および冷間鍛造後の被削性に優れ、冷間鍛造後の浸炭を模擬する熱処理時におけるオーステナイト粒の粗大化が抑制されたものであった。   As shown in Table 1 and Table 2, the steels for cold forging of Test Nos. 1 to 15 had the chemical composition (Steel A to O) and the sulfide number density, the residual amount of Al and Nb in the surface region and the central region. As a result of the difference analysis, the precipitate number density is within the range of the present invention. The steels for cold forging of test numbers 1 to 15 are excellent in cold forgeability and machinability after cold forging, and the coarsening of austenite grains during heat treatment simulating carburization after cold forging was suppressed. Was something.

試験番号16の冷間鍛造用鋼は、JIS SCr420に規定される鋼である。試験番号16の冷間鍛造用鋼は、BiおよびNbを含有していないため、表面領域および中心領域におけるNb量および式(1)を満たさず、硫化物個数密度も低い。そのため、試験番号16の冷間鍛造用鋼は、限界圧縮率が75%未満となり、冷間鍛造性が低かった。また、試験番号16の冷間鍛造用鋼は、切りくず重量が15gを超え、被削性が低かった。また、試験番号16の冷間鍛造用鋼は、オーステナイト粒粗大化防止効果が不十分であった。   The steel for cold forging of test number 16 is a steel specified in JIS SCr420. Since the steel for cold forging of Test No. 16 does not contain Bi and Nb, the amount of Nb in the surface region and the central region and Formula (1) are not satisfied, and the sulfide number density is low. Therefore, the steel for cold forging of Test No. 16 had a critical compressibility of less than 75% and low cold forgeability. Further, the steel for cold forging of Test No. 16 had a chip weight exceeding 15 g and low machinability. Moreover, the steel for cold forging of the test number 16 was insufficient in the effect of preventing austenite grain coarsening.

試験番号17の冷間鍛造用鋼は、Biを含有せず、硫化物個数密度が低い例である。試験番号17の冷間鍛造用鋼は、冷間鍛造性および被削性が低く、オーステナイト粒粗大化防止効果が不十分であった。
試験番号18の冷間鍛造用鋼は、Biの含有量が本発明規定の範囲を上回った例である。試験番号18の冷間鍛造用鋼は、熱間圧延時に表面割れが生じた。
Test No. 17 for cold forging is an example that does not contain Bi and has a low sulfide number density. The steel for cold forging of Test No. 17 had low cold forgeability and machinability, and the effect of preventing austenite grain coarsening was insufficient.
Test No. 18 for cold forging is an example in which the Bi content exceeds the range specified in the present invention. The steel for cold forging of Test No. 18 had surface cracks during hot rolling.

試験番号19の冷間鍛造用鋼は、Alの含有量が本発明規定の範囲を下回ったため、式(1)を満たさない例である。試験番号19の冷間鍛造用鋼は、オーステナイト粒粗大化防止効果が不十分であった。
試験番号20の冷間鍛造用鋼は、Alの含有量が本発明規定の範囲を上回ったため、表面領域および中心領域におけるAl量と析出物個数密度、式(1)を満たさない例である。試験番号20の冷間鍛造用鋼は、表面領域および中心領域に粗大な析出物が高密度で析出しているために冷間鍛造性が低かった。また、試験番号20の冷間鍛造用鋼は、オーステナイト粒粗大化防止効果が不十分であった。
The steel for cold forging of Test No. 19 is an example that does not satisfy Expression (1) because the content of Al is below the range specified in the present invention. The steel for cold forging of Test No. 19 had an insufficient effect of preventing austenite grain coarsening.
The steel for cold forging of Test No. 20 is an example that does not satisfy the Al content, the precipitate number density, and the formula (1) in the surface region and the central region because the Al content exceeds the range specified in the present invention. The steel for cold forging of Test No. 20 had low cold forgeability because coarse precipitates were deposited at high density in the surface region and the central region. Moreover, the steel for cold forging of the test number 20 was insufficient in the effect of preventing austenite grain coarsening.

試験番号21の冷間鍛造用鋼は、Nbの含有量が本発明規定の範囲を下回ったため、式(1)を満たさない例である。試験番号21の冷間鍛造用鋼は、オーステナイト粒粗大化防止効果が不十分であった。
試験番号22の冷間鍛造用鋼は、Nbの含有量が本発明規定の範囲を上回ったため、表面領域および中心領域におけるNb量と析出物個数密度、式(1)を満たさない例である。試験番号22の冷間鍛造用鋼は、表面領域および中心領域に粗大な析出物が高密度で析出しているために冷間鍛造性が低かった。また、試験番号22の冷間鍛造用鋼は、オーステナイト粒粗大化防止効果が不十分であった。
The steel for cold forging of Test No. 21 is an example that does not satisfy Expression (1) because the content of Nb is below the range specified in the present invention. The steel for cold forging of Test No. 21 had an insufficient effect of preventing austenite grain coarsening.
The steel for cold forging of Test No. 22 is an example that does not satisfy the Nb content, the precipitate number density, and the formula (1) in the surface region and the central region because the Nb content exceeds the range specified in the present invention. The cold forging steel of Test No. 22 had low cold forgeability because coarse precipitates were deposited at high density in the surface region and the central region. Moreover, the steel for cold forging of the test number 22 was insufficient in the effect of preventing austenite grain coarsening.

試験番号23の冷間鍛造用鋼は、S含有量が本発明規定の範囲を下回ったため、硫化物個数密度が低い例である。試験番号23の冷間鍛造用鋼は、切りくず重量が15gを超え、被削性が低かった。
試験番号24の冷間鍛造用鋼は、S含有量が本発明規定の範囲を上回ったため、冷間鍛造性が不十分であった。
The steel for cold forging of Test No. 23 is an example in which the sulfide number density is low because the S content is below the range specified in the present invention. The steel for cold forging of test number 23 had a chip weight exceeding 15 g and low machinability.
The steel for cold forging of Test No. 24 had insufficient cold forgeability because the S content exceeded the range specified in the present invention.

試験番号25の冷間鍛造用鋼は、化学組成が式(1)を満たさない例である。試験番号25の冷間鍛造用鋼は、表面領域および中心領域に粗大な析出物が高密度で析出しているために冷間鍛造性が低かった。また、試験番号25の冷間鍛造用鋼は、オーステナイト粒粗大化防止効果が不十分であった。
試験番号26の冷間鍛造用鋼は、化学組成が式(1)を満たさない例である。試験番号26の冷間鍛造用鋼は、オーステナイト粒粗大化防止効果が不十分であった。
試験番号27の冷間鍛造用鋼は、本発明に規定する化学成分を有し、硫化物の個数密度が低い例である。試験番号27の冷間鍛造用鋼は、切りくず重量が15gを超え、被削性が低かった。
The steel for cold forging of test number 25 is an example in which the chemical composition does not satisfy the formula (1). The cold forging steel of Test No. 25 had low cold forgeability because coarse precipitates were precipitated at high density in the surface region and the central region. Moreover, the steel for cold forging of the test number 25 was insufficient in the effect of preventing austenite grain coarsening.
The steel for cold forging of the test number 26 is an example whose chemical composition does not satisfy the formula (1). The steel for cold forging of Test No. 26 had an insufficient effect of preventing austenite grain coarsening.
The steel for cold forging of Test No. 27 is an example having a chemical composition defined in the present invention and a low sulfide number density. The steel for cold forging of Test No. 27 had a chip weight of more than 15 g and low machinability.

以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態は、本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施形態を適宜変形して実施することが可能である。   As described above, the embodiments of the present invention have been described, but the above-described embodiments are merely examples for implementing the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented by appropriately modifying the above-described embodiment without departing from the spirit thereof.

Claims (2)

質量%で、
C:0.10〜0.30%、
Si:0.01〜1.00%、
Mn:0.40〜1.80%、
S:0.005〜0.030%、
Cr:0.01〜1.60%未満、
Al:0.010〜0.045%、
N:0.010〜0.03%、
Bi:0.0001〜0.0050%、
Nb:0.02〜0.08%
を含有し、
P:0.05%以下、
O:0.0025%以下
に制限し、残部がFeおよび不純物からなり、
下記式(1)を満たす化学組成を有する棒鋼または線材であり、フェライトとパーライトとからなるミクロ組織を有し、
表面から半径の1/5までの領域および中心部から半径の1/5までの領域において、AlNおよびAlN−Nb(CN)として析出しているAl量が0.010%以下、Nb(CN)およびAlN−Nb(CN)として析出しているNb量が0.020%以下であり、かつ、直径100nm以上の、AlN、Nb(CN)およびAlN−Nb(CN)の合計の個数密度が50個/100μm以下であり、
圧延方向と平行な断面において、円相当径が2μm未満の硫化物の個数密度が300個/mm以上であることを特徴とする冷間鍛造用鋼。
0.8≦(Nb/93+Al/27)/(N/14)≦1.8 (1)
(式(1)中のNb、Al、Nは、質量%での各元素の含有量とする。)
In mass%,
C: 0.10 to 0.30%,
Si: 0.01 to 1.00%,
Mn: 0.40 to 1.80%,
S: 0.005 to 0.030%,
Cr: 0.01 to less than 1.60%,
Al: 0.010-0.045%,
N: 0.010-0.03%,
Bi: 0.0001 to 0.0050%,
Nb: 0.02 to 0.08%
Containing
P: 0.05% or less,
O: limited to 0.0025% or less, the balance being Fe and impurities,
A steel bar or wire rod having a chemical composition satisfying the following formula (1), having a microstructure composed of ferrite and pearlite,
The amount of Al precipitated as AlN and AlN-Nb (CN) is 0.010% or less in a region from the surface to 1 / of the radius and in a region from the center to 1 / of the radius, and Nb (CN) And the total number density of AlN, Nb (CN) and AlN-Nb (CN) having an amount of Nb precipitated as AlN-Nb (CN) of not more than 0.020% and a diameter of not less than 100 nm is 50. Pieces / 100 μm 2 or less,
A steel for cold forging, characterized in that, in a cross section parallel to the rolling direction, the number density of sulfides having an equivalent circle diameter of less than 2 μm is 300 / mm 2 or more.
0.8 ≦ (Nb / 93 + Al / 27) / (N / 14) ≦ 1.8 (1)
(Nb, Al, and N in the formula (1) are the contents of each element in mass%.)
Feの一部に代えて、質量%で、
Mo:1.5%以下、
Ni:1.0%以下、
Cu:0.4%以下、
V:0.35%以下、
B:0.020%以下、
Mg:0.0035%以下
からなる群から選択される1種または2種以上を含有する、請求項1に記載の冷間鍛造用鋼。
Instead of part of Fe, in mass%,
Mo: 1.5% or less,
Ni: 1.0% or less,
Cu: 0.4% or less,
V: 0.35% or less,
B: 0.020% or less,
The steel for cold forging according to claim 1, wherein the steel contains one or more kinds selected from the group consisting of Mg: 0.0035% or less.
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