JP6844943B2 - Non-microalloyed steel for induction hardening - Google Patents

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Description

本発明は、非調質鋼に関し、さらに詳しくは、高周波焼入れ用非調質鋼に関する。 The present invention relates to non-microalloyed steel, and more particularly to non-microalloyed steel for induction hardening.

自動車、建設車両のクランクシャフト等に利用される機械構造用部品には、例えば、疲労強度、耐摩耗性等の向上のために表面硬化処理が施される場合がある。 Mechanical structural parts used for crankshafts and the like of automobiles and construction vehicles may be subjected to surface hardening treatment in order to improve fatigue strength, wear resistance and the like.

種々の表面硬化処理のうち、高周波焼入れは、必要な部位のみ硬化させる事ができる。さらに、高周波焼入れは高温で加熱後に冷却するため、軟窒化処理等の他の表面硬化処理と比較して、深い硬化層深さ及び高い疲労強度を得ることができる。そのため、機械構造用部品には、高周波焼入れが施される場合が多い。例えば、機械構造用部品の1種であるクランクシャフトの疲労強度を向上させるために、図1に示すフィレットのR部1を高周波焼入れする技術が実用化されている。 Of the various surface hardening treatments, induction hardening can cure only the required parts. Further, since induction hardening cools after heating at a high temperature, a deeper cured layer depth and higher fatigue strength can be obtained as compared with other surface hardening treatments such as soft nitriding treatment. Therefore, induction hardening is often applied to mechanical structural parts. For example, in order to improve the fatigue strength of a crankshaft, which is one of the mechanical structural parts, a technique of induction hardening of the R portion 1 of the fillet shown in FIG. 1 has been put into practical use.

近年、産業界から、機械構造用部品のさらなる高強度化、特に、疲労強度の向上が求められている。高周波焼入れを利用して硬化層深さを大きくするためには、高周波電力の出力や加熱時間を増加して加熱温度を高めればよい。しかしながら、高温で高周波焼入れ処理を実施する場合、機械構造用部品のエッジ部(たとえば、図1のクランクシャフトの場合は符号2で示される部分)で、加熱温度が過剰に高くなりやすい。加熱温度が過剰に高くなって機械構造用部品の鋼材の融点を超えれば、鋼材の表層又は内部の一部が溶融して割れが発生する。以下、このような割れを「溶融割れ」という。溶融割れは高周波焼入れにおいて発生する特有の現象である。溶融割れが生じた鋼材は実用に適さないため、高周波焼入れ用鋼において、溶融割れの抑制が求められる。 In recent years, there has been a demand from the industrial world for further increasing the strength of mechanical structural parts, particularly improving fatigue strength. In order to increase the depth of the cured layer by using induction hardening, the heating temperature may be increased by increasing the output of induction power and the heating time. However, when induction hardening is performed at a high temperature, the heating temperature tends to be excessively high at the edge portion of the mechanical structural component (for example, the portion indicated by reference numeral 2 in the case of the crankshaft of FIG. 1). If the heating temperature becomes excessively high and exceeds the melting point of the steel material of the mechanical structural parts, the surface layer or a part of the inside of the steel material melts and cracks occur. Hereinafter, such cracks are referred to as "melt cracks". Melt cracking is a peculiar phenomenon that occurs in induction hardening. Since steel materials with melt cracks are not suitable for practical use, it is required to suppress melt cracks in induction hardening steel.

機械構造用部品に用いられる高周波焼入れ用鋼ではさらに、上述の疲労強度とともに、優れた被削性も求められる。そのため、被削性を高めるために、高周波焼入れ用鋼にはSが含有される。しかしながら、S含有量が高くなれば、上述の溶融割れが生じやすくなる。したがって、高周波焼入れ用鋼では、高い疲労強度及び被削性を有しつつ、溶融割れの発生も抑制されることが求められる。 Induction hardening steel used for machine structural parts is further required to have excellent machinability as well as the above-mentioned fatigue strength. Therefore, S is contained in the induction hardening steel in order to improve the machinability. However, the higher the S content, the more likely the above-mentioned melt cracking will occur. Therefore, induction hardening steel is required to have high fatigue strength and machinability, and to suppress the occurrence of melt cracks.

高周波焼入れ用鋼に関する技術の一例は、特開平5−33101号公報(特許文献1)、特開2004−27259号公報(特許文献2)及び特開2011−26641号公報(特許文献3)に開示されている。 Examples of techniques related to induction hardening steel are disclosed in JP-A-5-33101 (Patent Document 1), JP-A-2004-27259 (Patent Document 2), and JP-A-2011-26641 (Patent Document 3). Has been done.

特許文献1に開示された高周波焼入れクランクシャフト用非調質鋼は、質量基準で、C:0.40〜0.52%、Si:0.10〜0.40%、Mn:1.00〜1.50%、S:0.010〜0.070%、Cr:0.40〜0.70%、Pb:0.02〜0.35%、Ca:0.0005〜0.0100%、O:0.0040%以下、Al:0.025%以下、N:0.005〜0.015%を含有し、残部は実質的にFeからなる。 The non-microalloyed steel for high frequency hardened crank shaft disclosed in Patent Document 1 has C: 0.40 to 0.52%, Si: 0.10 to 0.40%, Mn: 1.00 to 1.00 on a mass basis. 1.50%, S: 0.010 to 0.070%, Cr: 0.40 to 0.70%, Pb: 0.02 to 0.35%, Ca: 0.0005 to 0.0100%, O : 0.0040% or less, Al: 0.025% or less, N: 0.005 to 0.015%, and the balance is substantially composed of Fe.

特許文献2に開示された機械構造用快削鋼は、質量%で、C:0.35〜0.65%、Si:0.03〜1.0%、Mn:0.30〜2.50%、S:0.015〜0.35%、Al:0.060%以下、Ca:0.0005〜0.01%を含有し、さらにNi:0.1〜3.5%、Cr:0.1〜2.0%、Mo:0.05〜1.00%から選択した元素を1種または2種以上を含有し、残部Feおよび不可避不純物からなり、かつ、鋼中の硫化物の大きさが長径30μm以下であり、素材を切削後あるいは鍛造後、部品の一部を高周波焼入れして使用する。 The free-cutting steel for machine structure disclosed in Patent Document 2 is C: 0.35 to 0.65%, Si: 0.03 to 1.0%, Mn: 0.30 to 2.50 in mass%. %, S: 0.015 to 0.35%, Al: 0.060% or less, Ca: 0.0005 to 0.01%, and Ni: 0.1 to 3.5%, Cr: 0. .1 to 2.0%, Mo: Contains one or more elements selected from 0.05 to 1.00%, consisting of the balance Fe and unavoidable impurities, and the size of the sulfide in the steel. The major axis is 30 μm or less, and after cutting or forging the material, a part of the part is induction hardened before use.

特許文献3に開示された高周波焼入れ用非調質鋼は、質量%で、C:0.35〜0.45%、Si:0.30%を超えて0.70%以下、Mn:1.00〜1.50%、P:0.030%以下、S:0.035%以下、Cr:0.10〜0.30%、Al:0.005〜0.050%、V:0.100〜0.200%およびN:0.0040〜0.0200%を含有するとともに、下記の式(1)で表されるfn1が50以下、かつ下記の式(2)で表されるfn2が0.80〜1.00の範囲であり、残部はFeおよび不純物からなる。
fn1=80C2+55C+13Si+4.8Mn+30P+30S+1.5Cr
(1)
fn2=C+(Si/10)+(Mn/5)−(5S/7)+(5Cr/22)+1.65V (2)
The non-tamed steel for high frequency quenching disclosed in Patent Document 3 has a mass% of C: 0.35 to 0.45%, Si: more than 0.30% and 0.70% or less, Mn: 1. 00 to 1.50%, P: 0.030% or less, S: 0.035% or less, Cr: 0.10 to 0.30%, Al: 0.005 to 0.050%, V: 0.100 It contains ~ 0.200% and N: 0.0040 to 0.0200%, fn1 represented by the following formula (1) is 50 or less, and fn2 represented by the following formula (2) is 0. It ranges from .80 to 1.00 and the balance consists of Fe and impurities.
fn1 = 80C 2 + 55C + 13Si + 4.8Mn + 30P + 30S + 1.5Cr
(1)
fn2 = C + (Si / 10) + (Mn / 5)-(5S / 7) + (5Cr / 22) + 1.65V (2)

特開平5−33101号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-33101 特開2004−27259号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-27259 特開2011−26641号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-26641

特許文献1の非調質鋼は、焼入れ及び焼戻し処理が不要であり、寸法差に基づく冷却速度の違いによって硬さの差が大きくならず、さらに、加工性に優れる、と記載されている。しかしながら、特許文献1では、高周波焼入れ時に生じ得る溶融割れの抑制については検討されていない。 It is described that the non-tempered steel of Patent Document 1 does not require quenching and tempering treatment, the difference in hardness does not increase due to the difference in cooling rate based on the dimensional difference, and the workability is excellent. However, Patent Document 1 does not study the suppression of melt cracking that may occur during induction hardening.

特許文献2では、高周波焼入れ時に生じる焼割れが低減すると記載されている。しかしながら、特許文献1の場合と同様に溶融割れの抑制については検討されていない。 Patent Document 2 describes that quench cracking that occurs during induction hardening is reduced. However, as in the case of Patent Document 1, suppression of melt cracking has not been studied.

特許文献3では、溶融割れの低減について考慮されている。しかしながら、Sが含有される鋼材、特にSが0.035%を超えて含有される鋼材に対して、1350℃を超える高温の加熱温度で高周波焼入れする場合の溶融割れについては検討されていない。 Patent Document 3 considers reduction of melt cracking. However, melt cracking in the case of induction hardening of a steel material containing S, particularly a steel material containing S of more than 0.035% at a high heating temperature of more than 1350 ° C., has not been studied.

本発明の目的は、高周波焼入れを実施しても溶融割れの発生を抑制でき、熱間鍛造後においても高い疲労強度が得られ、かつ、優れた被削性を有する高周波焼入れ用非調質鋼を提供することである。 An object of the present invention is to suppress the occurrence of melt cracking even if induction hardening is performed, obtain high fatigue strength even after hot forging, and have excellent machinability. Is to provide.

本発明による高周波焼入れ用非調質鋼は、質量%で、C:0.35〜0.44%、Si:0.30%超〜0.70%、Mn:1.00〜1.50%、P:0.030%以下、S:0.010〜0.095%、Cr:0.10〜0.30%、Al:0〜0.040%、V:0.100〜0.200%、N:0.0040〜0.0200%、Ca:0.0005%〜0.0100%、O:0.0024%以下、Ti:0〜0.020%、Nb:0〜0.020%、Pb:0〜0.30%、Cu:0〜0.20%、Ni:0〜0.20%、Mo:0〜0.20%を含有し、式(1)で定義されるfn1が50.0以下であり、式(2)で定義されるfn2が0.80〜1.00であり、式(3)で定義されるfn3が0.013〜0.124であり、残部はFe及び不純物からなる。
fn1=80C2+55C+13Si+4.8Mn+30P+30S+1.5Cr (1)
fn2=C+(Si/10)+(Mn/5)−(5S/7)+(5Cr/22)+1.65V (2)
fn3=Al+10.8Ca (3)
ここで、式(1)〜式(3)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
The non-microalloyed steel for high frequency quenching according to the present invention has C: 0.35 to 0.44%, Si: more than 0.30% to 0.70%, Mn: 1.00 to 1.50% in mass%. , P: 0.030% or less, S: 0.010 to 0.095%, Cr: 0.10 to 0.30%, Al: 0 to 0.040%, V: 0.1000 to 0.200% , N: 0.0040 to 0.0200%, Ca: 0.0005% to 0.0100%, O: 0.0024% or less, Ti: 0 to 0.020%, Nb: 0 to 0.020%, It contains Pb: 0 to 0.30%, Cu: 0 to 0.20%, Ni: 0 to 0.20%, Mo: 0 to 0.20%, and fn1 defined by the formula (1) is 50. It is 0.0 or less, fn2 defined by the formula (2) is 0.80 to 1.00, fn3 defined by the formula (3) is 0.013 to 0.124, and the balance is Fe and Consists of impurities.
fn1 = 80C 2 + 55C + 13Si + 4.8Mn + 30P + 30S + 1.5Cr (1)
fn2 = C + (Si / 10) + (Mn / 5)-(5S / 7) + (5Cr / 22) + 1.65V (2)
fn3 = Al + 10.8Ca (3)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formulas (1) to (3).

本発明の高周波焼入れ用非調質鋼では、高周波焼入れによる溶融割れの発生が抑制される。さらに、熱間鍛造後において、十分な疲労強度及び被削性が得られる。 In the non-treated steel for induction hardening of the present invention, the occurrence of melt cracking due to induction hardening is suppressed. Further, after hot forging, sufficient fatigue strength and machinability can be obtained.

図1は、機械構造用部品であるクランクシャフトの一部を示す正面図である。FIG. 1 is a front view showing a part of a crankshaft which is a mechanical structural part. 図2は、実施例において、比較例である高周波焼入れ用非調質鋼の試験片を、25℃/秒の昇温速度で1380℃まで加熱し、30秒間保持した後、Heガスにて急冷した場合のミクロ組織写真画像である。FIG. 2 shows, in an example, a test piece of non-microalloyed steel for induction hardening, which is a comparative example, was heated to 1380 ° C. at a heating rate of 25 ° C./sec, held for 30 seconds, and then rapidly cooled with He gas. It is a microstructure photographic image when it is done. 図3は、実施例において、本発明例である高周波焼入れ用非調質鋼の試験片を、25℃/秒の昇温速度で1380℃まで加熱し、30秒間保持した後、Heガスにて急冷した場合のミクロ組織写真画像である。In FIG. 3, in an example, a test piece of induction-hardened steel according to an example of the present invention is heated to 1380 ° C. at a heating rate of 25 ° C./sec, held for 30 seconds, and then with He gas. It is a microstructure photographic image when quenching.

本発明者らは、高周波焼入れを施された機械構造用部品において溶融割れが発生した部位を詳細に調査した。その結果、溶融割れが発生した部位には脱炭が生じていなかった。一方、脱炭している部位は溶融していた。 The present inventors have investigated in detail the sites where melt cracking has occurred in induction-hardened mechanical structural parts. As a result, decarburization did not occur at the site where the melt cracking occurred. On the other hand, the decarburized part was melted.

以上の結果から、本発明者らは、高周波焼入れした場合の溶融割れにはC含有量が影響を及ぼし、C含有量を低下すれば、溶融割れが抑制されると考えた。そこで、本発明者らはさらに、種々の元素含有量が溶融割れの発生に及ぼす影響と、機械的性質、特に、疲労強度に及ぼす影響について詳細な検討を実施した。その結果、次の知見を得た。 From the above results, the present inventors considered that the C content affects the melt cracking in the case of induction hardening, and that if the C content is lowered, the melt cracking is suppressed. Therefore, the present inventors further conducted a detailed study on the effects of various elemental contents on the occurrence of melt cracks and the effects on mechanical properties, particularly fatigue strength. As a result, the following findings were obtained.

C、Si、Mn、P、S及びCrの含有量を低減すれば、高周波焼入れの加熱時に生じる溶融割れを抑制できる。しかしながら、C、Si、Mn、P、S及びCrの含有量が低下すれば、溶融割れの発生を抑制できても、焼入れ性及び鋼材の内部硬さが低下してしまう。焼入れ性及び内部硬さが低下すれば、高い疲労強度が得られない。したがって、溶融割れを抑制しつつ、かつ、高い疲労強度も確保するためには、C、Si、Mn、P、S及びCrの含有量を適正に制御する必要がある。 If the contents of C, Si, Mn, P, S and Cr are reduced, melt cracking that occurs during induction hardening can be suppressed. However, if the contents of C, Si, Mn, P, S and Cr are lowered, the hardenability and the internal hardness of the steel material are lowered even if the occurrence of melt cracking can be suppressed. If hardenability and internal hardness are reduced, high fatigue strength cannot be obtained. Therefore, in order to suppress melt cracking and secure high fatigue strength, it is necessary to appropriately control the contents of C, Si, Mn, P, S and Cr.

本発明者らはさらに、MnS等の介在物の形態が溶融割れに及ぼす影響を調査した結果、次の知見を得た。 The present inventors further investigated the effect of the morphology of inclusions such as MnS on melt cracking, and as a result, obtained the following findings.

MnSのアスペクト比(最大長さ/最大幅)が大きい場合、つまり、MnSの幅が狭く、尖端部がある場合、高周波焼入れ時において、MnSの尖端部に局所的な異常加熱が発生する。この場合、溶融割れが起こりやすくなる。MnSのアスペクト比を小さくして尖端部の生成を抑制すれば、局所的な異常加熱の発生を抑制できる。そのため、溶融割れの発生を抑制できる。 When the aspect ratio (maximum length / maximum width) of MnS is large, that is, when the width of MnS is narrow and there is a tip portion, local abnormal heating occurs at the tip portion of MnS during induction hardening. In this case, melt cracking is likely to occur. If the aspect ratio of MnS is reduced to suppress the formation of the tip portion, the occurrence of local abnormal heating can be suppressed. Therefore, the occurrence of melt cracking can be suppressed.

MnSのアスペクト比を小さくするには、鋼にCaを含有させることが有効である。しかしながら、Caは低融点のAl系複合酸化物を生成し得る。Al系複合酸化物は、熱間圧延、熱間鍛造等により延伸されやすい。Al系複合酸化物が延伸されてアスペクト比が大きくなれば、MnSと同様に、局所的な異常加熱が発生して溶融割れが発生しやすくなる。Al系複合酸化物を形成する元素であるCaとAlとの合計含有量を適正に制御すれば、Al系複合酸化物の生成を抑制でき、溶融割れの発生を抑制できる。 In order to reduce the aspect ratio of MnS, it is effective to include Ca in the steel. However, Ca can produce an Al-based composite oxide having a low melting point. The Al-based composite oxide is easily stretched by hot rolling, hot forging, or the like. If the Al-based composite oxide is stretched to increase the aspect ratio, local abnormal heating is likely to occur and melt cracking is likely to occur, as in MnS. If the total content of Ca and Al, which are elements forming the Al-based composite oxide, is appropriately controlled, the formation of the Al-based composite oxide can be suppressed and the occurrence of melt cracking can be suppressed.

以上の知見に基づいて完成した本実施形態による高周波焼入れ用非調質鋼は、質量%で、C:0.35〜0.44%、Si:0.30%超〜0.70%、Mn:1.00〜1.50%、P:0.030%以下、S:0.010〜0.095%、Cr:0.10〜0.30%、Al:0〜0.040%、V:0.100〜0.200%、N:0.0040〜0.0200%、Ca:0.0005%〜0.0100%、O:0.0024%以下、Ti:0〜0.020%、Nb:0〜0.020%、Pb:0〜0.30%、Cu:0〜0.20%、Ni:0〜0.20%、Mo:0〜0.20%を含有し、式(1)で定義されるfn1が50.0以下であり、式(2)で定義されるfn2が0.80〜1.00であり、式(3)で定義されるfn3が0.013〜0.124であり、残部はFe及び不純物からなる。
fn1=80C2+55C+13Si+4.8Mn+30P+30S+1.5Cr (1)
fn2=C+(Si/10)+(Mn/5)−(5S/7)+(5Cr/22)+1.65V (2)
fn3=Al+10.8Ca (3)
ここで、式(1)〜式(3)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
The non-healed steel for high frequency quenching according to the present embodiment completed based on the above findings has a mass% of C: 0.35 to 0.44%, Si: more than 0.30% to 0.70%, and Mn. : 1.00 to 1.50%, P: 0.030% or less, S: 0.010 to 0.095%, Cr: 0.10 to 0.30%, Al: 0 to 0.040%, V : 0.100 to 0.200%, N: 0.0040 to 0.0200%, Ca: 0.0005% to 0.0100%, O: 0.0024% or less, Ti: 0 to 0.020%, Nb: 0 to 0.020%, Pb: 0 to 0.30%, Cu: 0 to 0.20%, Ni: 0 to 0.20%, Mo: 0 to 0.20%, and the formula ( The fn1 defined by the formula (1) is 50.0 or less, the fn2 defined by the formula (2) is 0.80 to 1.00, and the fn3 defined by the formula (3) is 0.013 to 0. It is .124, and the balance consists of Fe and impurities.
fn1 = 80C 2 + 55C + 13Si + 4.8Mn + 30P + 30S + 1.5Cr (1)
fn2 = C + (Si / 10) + (Mn / 5)-(5S / 7) + (5Cr / 22) + 1.65V (2)
fn3 = Al + 10.8Ca (3)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formulas (1) to (3).

本実施形態の高周波焼入れ用非調質鋼では、高周波焼入れの加熱時に溶融割れが発生するのを抑制することができる。この場合、製品歩留りが向上する。本実施形態の高周波焼入れ用非調質鋼はさらに、クランクシャフト等の機械構造用部品に製造される工程における熱間鍛造後においても、高い疲労強度及び被削性が得られる。 In the non-tempered steel for induction hardening of the present embodiment, it is possible to suppress the occurrence of melt cracking during heating of induction hardening. In this case, the product yield is improved. The induction-hardened non-microalloyed steel of the present embodiment can further obtain high fatigue strength and machinability even after hot forging in a process of manufacturing mechanical structural parts such as a crankshaft.

上記高周波焼入れ用非調質鋼は、Ti:0.005〜0.020%、及び、Nb:0.005〜0.020%からなる群から選択される1種以上を含有してもよい。 The induction-hardened steel may contain one or more selected from the group consisting of Ti: 0.005 to 0.020% and Nb: 0.005 to 0.020%.

上記高周波焼入れ用非調質鋼はさらに、Pb:0.10〜0.30%を含有してもよい。 The non-induction steel for induction hardening may further contain Pb: 0.10 to 0.30%.

上記高周波焼入れ用非調質鋼はさらに、Cu:0.05〜0.20%、Ni:0.05〜0.20%、及び、Mo:0.05〜0.20%からなる群から選択される1種又は2種以上を含有してもよい。 The non-microalloyed steel for induction hardening is further selected from the group consisting of Cu: 0.05 to 0.20%, Ni: 0.05 to 0.20%, and Mo: 0.05 to 0.20%. It may contain one kind or two or more kinds.

以下、本実施形態の高周波焼入れ用非調質鋼について詳述する。元素に関する「%」は、特に断りがない限り、質量%を意味する。 Hereinafter, the non-treated steel for induction hardening of the present embodiment will be described in detail. Unless otherwise specified, "%" for an element means mass%.

[化学組成]
本実施形態の高周波焼入れ用非調質鋼の化学組成は、次の元素を含有する。
[Chemical composition]
The chemical composition of the non-hardened steel for induction hardening of the present embodiment contains the following elements.

C:0.35〜0.44%
炭素(C)は、高周波焼入れされた部分の硬さ、及び、鋼の内部硬さを高める。C含有量が0.35%未満であれば、この効果が得られない。一方、C含有量が0.44%を超えれば、高周波焼入れの加熱時に溶融割れが発生する。したがって、C含有量は0.35〜0.44%である。C含有量の好ましい下限は0.37%である。C含有量の好ましい上限は0.42%である。
C: 0.35-0.44%
Carbon (C) increases the hardness of the induction hardened portion and the internal hardness of the steel. If the C content is less than 0.35%, this effect cannot be obtained. On the other hand, if the C content exceeds 0.44%, melt cracking occurs during induction hardening. Therefore, the C content is 0.35 to 0.44%. The preferable lower limit of the C content is 0.37%. The preferable upper limit of the C content is 0.42%.

Si:0.30超〜0.70%
シリコン(Si)は、フェライトを強化して鋼の内部硬さを高める。Si含有量が0.30%以下であれば、この効果が得られない。一方、Si含有量が0.70%を超えれば、溶融割れが発生しやすくなる。さらに、内部硬さが高くなりすぎて鋼の被削性が低下する。したがって、Si含有量は0.30超〜0.70%である。Si含有量の好ましい下限は0.50%である。Si含有量の好ましい上限は0.68%である。
Si: Over 0.30 to 0.70%
Silicon (Si) reinforces ferrite to increase the internal hardness of steel. If the Si content is 0.30% or less, this effect cannot be obtained. On the other hand, if the Si content exceeds 0.70%, melt cracking is likely to occur. Further, the internal hardness becomes too high and the machinability of the steel is lowered. Therefore, the Si content is more than 0.30 to 0.70%. The preferable lower limit of the Si content is 0.50%. The preferred upper limit of the Si content is 0.68%.

Mn:1.00〜1.50%
マンガン(Mn)は、製鋼時の溶鋼を脱酸する。Mnさらに、鋼の焼入れを高め、内部硬さを高める。Mn含有量が1.00%未満であれば、これらの効果が得られない。一方、Mn含有量が1.50%を超えれば、溶融割れが発生しやすくなる。さらに、内部硬さが高くなりすぎて被削性が低下する。したがって、Mn含有量は1.00〜1.50%である。Mn含有量の好ましい下限は1.05%である。Mn含有量の好ましい上限は1.48%である。
Mn: 1.00 to 1.50%
Manganese (Mn) deoxidizes molten steel during steelmaking. Mn Further, the quenching of steel is enhanced and the internal hardness is enhanced. If the Mn content is less than 1.00%, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the Mn content exceeds 1.50%, melt cracking is likely to occur. Further, the internal hardness becomes too high and the machinability decreases. Therefore, the Mn content is 1.00 to 1.50%. The preferable lower limit of the Mn content is 1.05%. The preferred upper limit of the Mn content is 1.48%.

P:0.030%以下
燐(P)は不純物である。P含有量が0.030%を超えれば、熱間鍛造性が低下する。さらに、高周波焼入れの加熱時に溶融割れが発生しやすくなる。したがって、P含有量は0.030%以下である。P含有量の好ましい上限は0.025%である。
P: 0.030% or less Phosphorus (P) is an impurity. If the P content exceeds 0.030%, the hot forging property is lowered. Further, melt cracking is likely to occur during induction hardening heating. Therefore, the P content is 0.030% or less. The preferred upper limit of the P content is 0.025%.

S:0.010〜0.095%
硫黄(S)は硫化物系介在物を生成し、鋼の被削性を高める。S含有量が0.010%未満であれば、この効果が得られない。一方、S含有量が0.095%を超えれば、溶融割れが発生しやすくなる。したがって、S含有量は0.010〜0.095%である。なお、Caが含有されない場合、S含有量が0.035%を超えれば、溶融割れが発生しやすくなる。しかしながら、本実施形態では、後述のとおりCaを含有するため、S含有量が0.095%以下であれば、溶融割れの発生を抑制でき、熱間鍛造性の低下も抑制できる。S含有量の好ましい下限は0.015%である。S含有量の好ましい上限は0.070%である。
S: 0.010 to 0.095%
Sulfur (S) produces sulfide-based inclusions and enhances the machinability of steel. If the S content is less than 0.010%, this effect cannot be obtained. On the other hand, if the S content exceeds 0.095%, melt cracking is likely to occur. Therefore, the S content is 0.010 to 0.095%. If Ca is not contained and the S content exceeds 0.035%, melt cracking is likely to occur. However, in the present embodiment, since Ca is contained as described later, if the S content is 0.095% or less, the occurrence of melt cracking can be suppressed and the decrease in hot forging property can also be suppressed. The preferable lower limit of the S content is 0.015%. The preferred upper limit of the S content is 0.070%.

Cr:0.10〜0.30%
クロム(Cr)は、鋼の焼入れ性及び内部硬さを高める。Cr含有量が0.10%未満であれば、これらの効果が得られない。一方、Cr含有量が0.30%を超えれば、溶融割れが発生しやすくなる。さらに、内部硬さが高くなりすぎて被削性が低下する。したがって、Cr含有量は0.10〜0.30%である。Cr含有量の好ましい下限は0.12%である。Cr含有量の好ましい上限は0.25%である。
Cr: 0.10 to 0.30%
Chromium (Cr) enhances hardenability and internal hardness of steel. If the Cr content is less than 0.10%, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the Cr content exceeds 0.30%, melt cracking is likely to occur. Further, the internal hardness becomes too high and the machinability decreases. Therefore, the Cr content is 0.10 to 0.30%. The preferable lower limit of the Cr content is 0.12%. The preferable upper limit of the Cr content is 0.25%.

Al:0〜0.040%
アルミニウム(Al)は任意元素である。Alは脱酸元素として利用可能である。しかしながら、Al含有量が0.040%を超えれば、CaとAl系複合酸化物を形成し、溶融割れを引き起こす。したがって、Al含有量は0〜0.040%である。Al含有量の好ましい上限は0.030%である。本明細書において、Al含有量は全Alの含有量を意味する。
Al: 0 to 0.040%
Aluminum (Al) is an optional element. Al can be used as a deoxidizing element. However, if the Al content exceeds 0.040%, Ca and an Al-based composite oxide are formed, causing melt cracking. Therefore, the Al content is 0 to 0.040%. The preferable upper limit of the Al content is 0.030%. In the present specification, the Al content means the total Al content.

V:0.100〜0.200%
バナジウム(V)は、鋼を熱間鍛造した後の冷却過程でV炭窒化物としてフェライト中に析出する。V炭窒化物をフェライトの硬さを高め、その結果、内部硬さが高まる。V含有量が0.100%未満であれば、この効果が得られない。一方、V含有量が0.200%を超えれば、上記効果が飽和して、製造コストが嵩む。したがって、V含有量は0.100〜0.200%である。V含有量の好ましい下限は0.103%である。V含有量の好ましい上限は0.195%である。
V: 0.1000 to 0.200%
Vanadium (V) is deposited in ferrite as V carbonitride in the cooling process after hot forging of steel. The V-carbonitride increases the hardness of the ferrite, and as a result, the internal hardness increases. If the V content is less than 0.100%, this effect cannot be obtained. On the other hand, if the V content exceeds 0.200%, the above effect is saturated and the production cost increases. Therefore, the V content is 0.1000 to 0.200%. The preferable lower limit of the V content is 0.103%. The preferred upper limit of the V content is 0.195%.

N:0.0040〜0.0200%
窒素(N)は、窒化物や炭窒化物を形成して組織を微細化したり、鋼を析出強化する。N含有量が0.0040%未満であれば、これらの効果が得られない。一方、N含有量が0.0200%を超えれば、熱間鍛造性が低下するので、したがって、N含有量は0.0040〜0.0200%である。N含有量の好ましい下限は0.0060%である。N含有量の好ましい上限は0.0150%である。
N: 0.0040 to 0.0200%
Nitrogen (N) forms nitrides and carbonitrides to make the structure finer and to precipitate and strengthen steel. If the N content is less than 0.0040%, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the N content exceeds 0.0200%, the hot forging property is lowered, and therefore, the N content is 0.0040 to 0.0200%. The preferable lower limit of the N content is 0.0060%. The preferred upper limit of the N content is 0.0150%.

O:0.0024%以下
酸素(O)は不可避に含有される。Oは低融点のAl系複合酸化物を形成する。O含有量が0.0024%を超えれば、Al系複合酸化物により溶融割れが発生しやすくなる。したがって、O含有量は0.0024%以下である。O含有量の好ましい上限は0.0020%であり、さらに好ましくは0.0017%である。
O: 0.0024% or less Oxygen (O) is inevitably contained. O forms an Al-based composite oxide having a low melting point. If the O content exceeds 0.0024%, melt cracking is likely to occur due to the Al-based composite oxide. Therefore, the O content is 0.0024% or less. The preferred upper limit of the O content is 0.0020%, more preferably 0.0017%.

Ca:0.0005〜0.0100%
カルシウム(Ca)は、MnSの形態を制御して、S含有量が上述の範囲であっても、溶融割れの発生を抑制し、熱間鍛造性の低下を抑制する。Ca含有量が0.0005%未満であれば、これらの効果が得られない。一方、Ca含有量が0.0100%を超えれば、Alが実質的に含有されていなくても、耐火物由来の成分(例えばAl23)中のAlと結合して低融点のAl系複合酸化物を形成し、溶融割れを発生させ得る。したがって、Ca含有量は0.0005〜0.0100%である。Ca含有量の好ましい下限は0.0010%である。Ca含有量の好ましい上限は0.0080%である。
Ca: 0.0005-0.0100%
Calcium (Ca) controls the morphology of MnS, suppresses the occurrence of melt cracks even when the S content is in the above range, and suppresses the decrease in hot forging property. If the Ca content is less than 0.0005%, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the Ca content exceeds 0.0100%, even if Al is not substantially contained, it binds to Al in the refractory-derived component (for example, Al 2 O 3 ) and has a low melting point Al system. It can form a composite oxide and cause melt cracking. Therefore, the Ca content is 0.0005 to 0.0100%. The preferable lower limit of the Ca content is 0.0010%. The preferable upper limit of the Ca content is 0.0080%.

[fn1について]
上記化学組成ではさらに、式(1)で定義されたfn1が50.0以下である。
fn1=80C2+55C+13Si+4.8Mn+30P+30S+1.5Cr (1)
ここで、式(1)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
[About fn1]
Further, in the above chemical composition, fn1 defined by the formula (1) is 50.0 or less.
fn1 = 80C 2 + 55C + 13Si + 4.8Mn + 30P + 30S + 1.5Cr (1)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula (1).

fn1は、鋼の融点に起因する溶融割れの指標である。C、Si、Mn、P、S及びCrはいずれも、鋼の融点を低下する。鋼の融点が低下すれば、高周波焼入れの加熱時に溶融割れが発生しやすくなる。fn1が50.0以下であれば、鋼の融点の低下が抑制され、溶融割れの発生が抑制される。fn1の好ましい上限は49.4である。 fn1 is an index of melt cracking due to the melting point of steel. C, Si, Mn, P, S and Cr all lower the melting point of steel. If the melting point of steel is lowered, melt cracking is likely to occur during induction hardening heating. When fn1 is 50.0 or less, the decrease in the melting point of the steel is suppressed and the occurrence of melt cracks is suppressed. The preferred upper limit of fn1 is 49.4.

一方、fn1中のC、Si、Mn及びCrは、鋼の焼入れ性を高める。そのため、鋼の焼入れ性を高めるための好ましいfn1の下限は40.0である。 On the other hand, C, Si, Mn and Cr in fn1 enhance the hardenability of steel. Therefore, the preferable lower limit of fn1 for improving the hardenability of steel is 40.0.

[fn2について]
上記化学組成ではさらに、式(2)で定義されたfn2が0.80〜1.00である。
fn2=C+(Si/10)+(Mn/5)−(5S/7)+(5Cr/22)+1.65V (2)
ここで、式(2)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
[About fn2]
Further, in the above chemical composition, fn2 defined by the formula (2) is 0.80 to 1.00.
fn2 = C + (Si / 10) + (Mn / 5)-(5S / 7) + (5Cr / 22) + 1.65V (2)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula (2).

fn2は、鋼の内部硬さの指標である。C、Si、Mn、Cr及びVは、熱間鍛造後の鋼材の内部硬さを高める。一方、Sは、内部硬さを低下する。fn2が0.80未満であれば、鋼材の内部硬さが低いすぎ、疲労強度が低下する。一方、fn2が1.00を超えれば、内部硬さが高すぎ、被削性が低下する。したがって、fn2は0.80〜1.00である。fn2の好ましい下限は0.84である。fn2の好ましい上限は0.98である。 fn2 is an index of the internal hardness of steel. C, Si, Mn, Cr and V increase the internal hardness of the steel material after hot forging. On the other hand, S lowers the internal hardness. If fn2 is less than 0.80, the internal hardness of the steel material is too low and the fatigue strength is lowered. On the other hand, if fn2 exceeds 1.00, the internal hardness is too high and the machinability is lowered. Therefore, fn2 is 0.80 to 1.00. The preferable lower limit of fn2 is 0.84. The preferred upper limit of fn2 is 0.98.

[fn3について]
上記化学組成ではさらに、式(3)で定義されたfn3が0.013〜0.124である。
fn3=Al+10.8Ca (3)
ここで、式(3)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
[About fn3]
Further, in the above chemical composition, fn3 defined by the formula (3) is 0.013 to 0.124.
fn3 = Al + 10.8Ca (3)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula (3).

fn3は低融点のAl系複合酸化物に起因する溶融割れの指標である。上述のとおり、溶融割れの要因となる低融点のAl系複合酸化物の生成を抑制するために、Al含有量の上限を0.040%とし、Ca含有量の上限を0.0100%とする。しかしながら、Al系複合酸化物の生成には、Al含有量及びCa含有量が相互に影響する。具体的には、Al含有量が0.040%以下であり、Ca含有量が0.0100%以下であっても、fn3が0.124を超えれば、Al系複合酸化物が形成されて溶融割れが発生する。一方、fn3が0.013よりも低ければ、Ca及びAlの脱酸力が低下する。さらに、Al系複合介在物に代えて、Siの低融点酸化物が顕著に生成する。この場合、溶融割れが発生しやすくなる。したがって、fn3は0.013〜0.124である。fn3の好ましい下限は0.020である。fn3の好ましい上限は0.100である。 fn3 is an index of melt cracking caused by an Al-based composite oxide having a low melting point. As described above, in order to suppress the formation of a low melting point Al-based composite oxide that causes melt cracking, the upper limit of the Al content is set to 0.040% and the upper limit of the Ca content is set to 0.0100%. .. However, the Al content and the Ca content interact with each other in the formation of the Al-based composite oxide. Specifically, even if the Al content is 0.040% or less and the Ca content is 0.0100% or less, if fn3 exceeds 0.124, an Al-based composite oxide is formed and melted. Cracks occur. On the other hand, if fn3 is lower than 0.013, the deoxidizing power of Ca and Al decreases. Further, instead of the Al-based composite inclusions, a low melting point oxide of Si is remarkably produced. In this case, melt cracking is likely to occur. Therefore, fn3 is 0.013 to 0.124. The preferable lower limit of fn3 is 0.020. The preferred upper limit of fn3 is 0.100.

本実施の形態による高周波焼入れ用非調質鋼の化学組成の残部は、Fe及び不純物からなる。ここで、不純物とは、上記鋼を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または製造環境などから混入されるものを意味する。 The balance of the chemical composition of the induction-hardened non-tempered steel according to the present embodiment consists of Fe and impurities. Here, the impurity means an impurity mixed in from ore, scrap, or a manufacturing environment as a raw material when the steel is industrially manufactured.

[任意元素について]
本実施形態の高周波焼入れ用非調質鋼はさらに、Feの一部に代えて、Ti及びNbからなる群から選択される1種以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、炭窒化物を形成して鋼の靭性を高める。
[About arbitrary elements]
The non-hardened steel for induction hardening of the present embodiment may further contain one or more selected from the group consisting of Ti and Nb instead of a part of Fe. These elements are optional elements and all form carbonitrides to increase the toughness of the steel.

Ti:0〜0.020%
チタン(Ti)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Tiは炭窒化物を形成して熱間鍛造時におけるオーステナイト結晶粒の粗大化を抑制する。そのため、熱間鍛造後の鋼材のパーライト組織が微細になり、鋼材の靭性が高まる。しかしながら、Ti含有量が0.020%を超えれば、上記効果が飽和して製造コストが嵩む。したがって、Ti含有量は0〜0.020%である。靭性をより有効に高めるためのTi含有量の好ましい下限は0.005%であり、さらに好ましくは0.008%である。Ti含有量の好ましい上限は0.015%である。
Ti: 0-0.020%
Titanium (Ti) is an optional element and may not be contained. When contained, Ti forms carbonitrides and suppresses coarsening of austenite grains during hot forging. Therefore, the pearlite structure of the steel material after hot forging becomes finer, and the toughness of the steel material is increased. However, if the Ti content exceeds 0.020%, the above effects are saturated and the production cost increases. Therefore, the Ti content is 0 to 0.020%. The preferred lower limit of the Ti content for more effectively increasing toughness is 0.005%, more preferably 0.008%. The preferred upper limit of the Ti content is 0.015%.

Nb:0〜0.020%
ニオブ(Nb)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Nbは炭窒化物を形成して熱間鍛造時におけるオーステナイト結晶粒の粗大化を抑制する。そのため、熱間鍛造後の鋼材の靭性が高まる。しかしながら、Nb含有量が0.020%を超えれば、上記効果が飽和して製造コストが嵩む。したがって、Nb含有量は0〜0.020%である。靭性をより有効に高めるためのNb含有量の好ましい下限は0.005%であり、さらに好ましくは0.008%である。Nb含有量の好ましい上限は0.015%である。
Nb: 0 to 0.020%
Niobium (Nb) is an optional element and may not be contained. When contained, Nb forms a carbonitride and suppresses coarsening of austenite crystal grains during hot forging. Therefore, the toughness of the steel material after hot forging is increased. However, if the Nb content exceeds 0.020%, the above effects are saturated and the production cost increases. Therefore, the Nb content is 0 to 0.020%. The preferred lower limit of the Nb content for more effectively increasing toughness is 0.005%, more preferably 0.008%. The preferred upper limit of the Nb content is 0.015%.

本実施形態の高周波焼入れ用非調質鋼はさらに、Feの一部に代えて、Pbを含有してもよい。 The non-hardened steel for induction hardening of the present embodiment may further contain Pb instead of a part of Fe.

Pb:0〜0.30%
鉛(Pb)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Pbは被削性を高める。しかしながら、Pb含有量が0.30%を超えれば、熱間鍛造性が低下する。したがって、Pb含有量は0〜0.30%である。被削性をより有効に高めるためのPb含有量の好ましい下限は0.10%であり、さらに好ましくは0.15%である。Pb含有量の好ましい上限は0.27%である。
Pb: 0 to 0.30%
Lead (Pb) is an optional element and may not be contained. When contained, Pb enhances machinability. However, if the Pb content exceeds 0.30%, the hot forging property is lowered. Therefore, the Pb content is 0 to 0.30%. The preferable lower limit of the Pb content for more effectively enhancing the machinability is 0.10%, more preferably 0.15%. The preferred upper limit of the Pb content is 0.27%.

本実施形態の高周波焼入れ用非調質鋼はさらに、Feの一部に代えて、Cu、Ni及びMoからなる群から選択される1種又は2種以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、鋼の疲労強度を高める。 The non-induction steel for induction hardening of the present embodiment may further contain one or more selected from the group consisting of Cu, Ni and Mo instead of a part of Fe. These elements are arbitrary elements, and all of them increase the fatigue strength of steel.

Cu:0〜0.20%
銅(Cu)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Cuは鋼の疲労強度を高める。しかしながら、Cu含有量が0.20%を超えれば、鋼の熱間鍛造性が低下する。したがって、Cu含有量は0〜0.20%である。疲労強度をより有効に高めるためのCu含有量の好ましい下限は0.05%であり、Cu含有量の好ましい上限は0.17%である。
Cu: 0-0.20%
Copper (Cu) is an optional element and may not be contained. When contained, Cu increases the fatigue strength of steel. However, if the Cu content exceeds 0.20%, the hot forging property of the steel is lowered. Therefore, the Cu content is 0 to 0.20%. The preferable lower limit of the Cu content for more effectively increasing the fatigue strength is 0.05%, and the preferable upper limit of the Cu content is 0.17%.

Ni:0〜0.20%
ニッケル(Ni)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Niは鋼の疲労強度を高める。しかしながら、Ni含有量が0.20%を超えれば、熱間鍛造性が低下する。したがって、Ni含有量は0〜0.20%である。疲労強度をより有効に高めるためのNi含有量の好ましい下限は0.05%であり、Ni含有量の好ましい上限は0.17%である。
Ni: 0 to 0.20%
Nickel (Ni) is an optional element and may not be contained. When contained, Ni increases the fatigue strength of steel. However, if the Ni content exceeds 0.20%, the hot forging property is lowered. Therefore, the Ni content is 0 to 0.20%. The preferable lower limit of the Ni content for more effectively increasing the fatigue strength is 0.05%, and the preferable upper limit of the Ni content is 0.17%.

Mo:0〜0.20%
モリブデン(Mo)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Moは鋼の疲労強度を高める。しかしながら、Mo含有量が0.20%を超えれば、熱間鍛造性が低下する。したがって、Mo含有量は0〜0.20%である。疲労強度をより有効に高めるためのMo含有量の好ましい下限は0.05%であり、Mo含有量の好ましい上限は0.17%である。
Mo: 0-0.20%
Molybdenum (Mo) is an optional element and may not be contained. When contained, Mo increases the fatigue strength of steel. However, if the Mo content exceeds 0.20%, the hot forging property is lowered. Therefore, the Mo content is 0 to 0.20%. The preferable lower limit of the Mo content for more effectively increasing the fatigue strength is 0.05%, and the preferable upper limit of the Mo content is 0.17%.

[製造方法]
本実施形態の高周波焼入れ用非調質鋼の製造方法の一例は次のとおりである。
[Production method]
An example of the method for producing the induction-hardened non-tempered steel of the present embodiment is as follows.

上記化学組成の溶鋼を製造する。溶鋼を連続鋳造法により鋳片にする。溶鋼を造塊法によりインゴット(鋼塊)にしてもよい。鋳片又はインゴットを熱間加工して、鋼片又は棒鋼にしてもよい。以上の工程により、高周波焼入れ用非調質鋼が製造される。 A molten steel having the above chemical composition is produced. The molten steel is made into slabs by the continuous casting method. The molten steel may be made into an ingot (steel ingot) by the ingot method. The slab or ingot may be hot-worked into a piece of steel or steel bar. Through the above steps, non-tempered steel for induction hardening is produced.

高周波焼入れ用非調質鋼材(鋳片、インゴット、鋼片又は棒鋼)を熱間鍛造して機械構造用部品(例えばクランクシャフト)の粗形状の中間品を製造する。製造された中間品を大気中で放冷する。中間品を機械加工により所定の形状に切削する。切削後の中間品に対して、高周波焼入れを実施する。以上の工程により、機械構造用部品が製造される。 Non-healing steel materials for induction hardening (shards, ingots, steel pieces or steel bars) are hot forged to produce rough intermediates of machine structural parts (for example, crankshafts). Allow the manufactured intermediates to cool in the air. The intermediate product is machined into a predetermined shape. Induction hardening is performed on the intermediate product after cutting. Through the above steps, mechanical structural parts are manufactured.

高周波焼入れでは、求める硬化層深さに応じて加熱温度を調整する。硬化層深さを大きくする場合、加熱温度は高温になり、1350℃を超える場合もあり得る。本実施形態の高周波焼入れ用非調質鋼を用いてクランクシャフトに代表される機械構造用部品を製造する場合、仮に、1350℃を超えるような高温で高周波焼入れを実施しても、溶融割れの発生が抑制される。さらに、熱間鍛造後の機械構造用部品において、優れた疲労強度が得られ、被削性にも優れる。 In induction hardening, the heating temperature is adjusted according to the desired depth of the hardened layer. When the depth of the hardened layer is increased, the heating temperature becomes high and may exceed 1350 ° C. When manufacturing mechanical structural parts typified by a crankshaft using the non-microalloyed steel for induction hardening of the present embodiment, even if induction hardening is performed at a high temperature exceeding 1350 ° C., melt cracking will occur. Occurrence is suppressed. Further, in the mechanical structural parts after hot forging, excellent fatigue strength can be obtained and machinability is also excellent.

種々の化学組成を有する複数の高周波焼入れ非調質鋼を製造した。製造された鋼を用いて、高周波焼入れ後の溶融割れの有無、及び、熱間鍛造後の鋼の内部硬さを評価した。 A plurality of induction hardened non-treated steels having various chemical compositions were produced. Using the produced steel, the presence or absence of melt cracking after induction hardening and the internal hardness of the steel after hot forging were evaluated.

[実験方法]
[高周波焼入れ用非調質鋼の製造]
70トン転炉及び二次精錬を実施して、表1及び表2に示す化学組成の溶鋼を製造した。
[experimental method]
[Manufacturing of non-microalloyed steel for induction hardening]
A 70-ton converter and secondary refining were carried out to produce molten steel having the chemical compositions shown in Tables 1 and 2.

製造された溶鋼を用いて、連続鋳造法により300mm×400mmの横断面を有する鋳片(ブルーム)を製造した。鋳片を分塊圧延して、横断面が180mm×180mmのビレットを製造した。ビレットを1250℃に加熱して後、熱間圧延して、直径80mmの棒鋼(高周波焼入れ用非調質鋼)を製造した。 Using the produced molten steel, a slab (bloom) having a cross section of 300 mm × 400 mm was produced by a continuous casting method. The slab was block-rolled to produce a billet having a cross section of 180 mm × 180 mm. The billet was heated to 1250 ° C. and then hot-rolled to produce a steel bar having a diameter of 80 mm (non-tempered steel for induction hardening).

[溶融割れ評価試験]
製造された棒鋼のR/2部(Rは棒鋼の半径を意味する)から、直径8mm、長さ12mmの試験片を機械加工により作製した。
[Melting crack evaluation test]
From the R / 2 part of the manufactured steel bar (R means the radius of the steel bar), a test piece having a diameter of 8 mm and a length of 12 mm was produced by machining.

富士電波工機株式会社製の試験装置(商品名「Thermecmaster」)を用いて、上記試験片に対して、高周波焼入れの模擬試験を実施した。具体的には、試験片を25℃/秒の昇温速度で1380℃まで加熱し、1380℃で30秒間保持した。その後、Heガスを用いて試験片を急冷した。 A mock test of induction hardening was carried out on the above test piece using a test device (trade name "Thermector") manufactured by Fuji Radio Industrial Co., Ltd. Specifically, the test piece was heated to 1380 ° C. at a heating rate of 25 ° C./sec and held at 1380 ° C. for 30 seconds. Then, the test piece was rapidly cooled using He gas.

急冷後の試験片の横断面(観察面)を機械研磨した後、ピクラール試薬にて腐食した。腐食された観察面を400倍の光学顕微鏡で観察し、溶融割れの有無を確認した。 The cross section (observation surface) of the test piece after quenching was mechanically polished and then corroded with Piclar reagent. The corroded observation surface was observed with a 400x optical microscope to confirm the presence or absence of melt cracking.

図2は、溶融割れが発生したミクロ組織写真画像(試験番号4)であり、図3は溶融割れが発生しなかったミクロ組織写真画像(正常組織:試験番号28)である。 FIG. 2 is a microstructure photographic image (test number 4) in which melt cracking occurred, and FIG. 3 is a microstructure photographic image (normal structure: test number 28) in which melt cracking did not occur.

観察面の組織において、粒界において5μm以上の幅で明瞭に腐食されている領域が観察される場合(たとえば、図2中の符号10)、溶融割れが発生したと判断した(表1及び表2中の「溶融割れ」欄において、「X」で示す)。一方、図3のように、粒界に腐食領域が観察されない場合、溶融割れが発生しなかったと判断した(表1及び表2中の「溶融割れ」欄において、「A」で示す)。 In the structure of the observation surface, when a region clearly corroded at a width of 5 μm or more is observed at the grain boundary (for example, reference numeral 10 in FIG. 2), it is determined that melt cracking has occurred (Tables 1 and Table). In the "melt crack" column in 2, it is indicated by "X"). On the other hand, as shown in FIG. 3, when a corroded region was not observed at the grain boundary, it was determined that no melt cracking occurred (indicated by "A" in the "melt cracking" column in Tables 1 and 2).

[ロックウェル硬さ試験]
製造された棒鋼に対して、熱間鍛造後の冷却を模擬する熱処理を実施した。具体的には、棒鋼を1100℃に加熱して30分保持した。その後、棒鋼を大気中で放冷した。
[Rockwell hardness test]
The produced steel bars were heat-treated to simulate cooling after hot forging. Specifically, the steel bar was heated to 1100 ° C. and held for 30 minutes. After that, the steel bar was allowed to cool in the atmosphere.

熱処理後の棒鋼の横断面のR/2部において、JISZ2245(2011)に準拠して、4点のロックウェルC硬さを測定し、その平均値を求めた。以下、求めた平均値をHRC硬さと称する。 In the R / 2 part of the cross section of the steel bar after the heat treatment, the Rockwell C hardness at four points was measured according to JISZ2245 (2011), and the average value was obtained. Hereinafter, the obtained average value is referred to as HRC hardness.

内部硬さであるHRC硬さが20以上であれば、熱間鍛造後の機械構造用部品において、十分な疲労強度が得られることが判明している。一方、HRC硬さが28を超えれば、被削性が低下する。そこで、得られたHRC硬さに対して、表3のとおり評価した。 It has been found that when the HRC hardness, which is the internal hardness, is 20 or more, sufficient fatigue strength can be obtained in the mechanical structural parts after hot forging. On the other hand, if the HRC hardness exceeds 28, the machinability is lowered. Therefore, the obtained HRC hardness was evaluated as shown in Table 3.

[試験結果]
試験結果を表1及び表2に示す。試験番号1〜3、6〜8、11、12、15、17〜19、21,22、25、26、28、29、31〜34、36〜38、40〜43、47、48、50〜53、56,57、及び60〜65では、化学組成が適切であり、fn1〜fn3も適切であった。そのため、溶融割れは観察されなかった。さらに、HRC硬さが20〜28の範囲内であり、十分な疲労強度及び被削性が得られることが予想できた。
[Test results]
The test results are shown in Tables 1 and 2. Test numbers 1-3, 6-8, 11, 12, 15, 17-19, 21, 22, 25, 26, 28, 29, 31-34, 36-38, 40-43, 47, 48, 50- For 53, 56, 57, and 60-65, the chemical composition was appropriate, and fn1 to fn3 were also appropriate. Therefore, no melt cracking was observed. Further, the HRC hardness was in the range of 20 to 28, and it was expected that sufficient fatigue strength and machinability could be obtained.

一方、試験番号4のC含有量は高すぎた。そのため、溶融割れが観察された。試験番号5のC含有量は低すぎた。そのため、HRC硬さが20未満であり、十分な疲労強度が得られないことが予想できた。 On the other hand, the C content of Test No. 4 was too high. Therefore, melt cracking was observed. The C content of Test No. 5 was too low. Therefore, it was expected that the HRC hardness was less than 20, and sufficient fatigue strength could not be obtained.

試験番号9のSi含有量は高すぎた。そのため、溶融割れが発生した。さらに、HRC硬さが28を超え、十分な被削性が得られないことが予想できた。 The Si content of Test No. 9 was too high. Therefore, melt cracking occurred. Furthermore, it was expected that the HRC hardness would exceed 28 and sufficient machinability could not be obtained.

試験番号10のSi含有量は低すぎた。そのため、HRC硬さが20未満であり、十分な疲労強度が得られないと予想できた。 The Si content of test number 10 was too low. Therefore, it was expected that the HRC hardness was less than 20, and sufficient fatigue strength could not be obtained.

試験番号13のMn含有量は高すぎた。そのため、溶融割れが発生した。さらに、HRC硬さが28を超え、十分な被削性が得られないことが予想できた。 The Mn content of test number 13 was too high. Therefore, melt cracking occurred. Furthermore, it was expected that the HRC hardness would exceed 28 and sufficient machinability could not be obtained.

試験番号14のMn含有量は低すぎた。そのため、HRC硬さが20未満であり、十分な疲労強度が得られないと予想できた。 The Mn content of test number 14 was too low. Therefore, it was expected that the HRC hardness was less than 20, and sufficient fatigue strength could not be obtained.

試験番号16のP含有量、及び、試験番号20のS含有量は高すぎた。そのため、いずれの試験番号においても、溶融割れが発生した。 The P content of test number 16 and the S content of test number 20 were too high. Therefore, melt cracking occurred in all the test numbers.

試験番号23のCr含有量は高すぎた。そのため、溶融割れが発生した。さらに、HRC硬さが28を超え、十分な被削性が得られないことが予想できた。 The Cr content of test number 23 was too high. Therefore, melt cracking occurred. Furthermore, it was expected that the HRC hardness would exceed 28 and sufficient machinability could not be obtained.

試験番号24のCr含有量は低すぎた。そのため、HRC硬さが20未満であり、十分な疲労強度が得られないと予想できた。 The Cr content of test number 24 was too low. Therefore, it was expected that the HRC hardness was less than 20, and sufficient fatigue strength could not be obtained.

試験番号27のAl含有量、及び、試験番号39のO含有量は高すぎた。そのため、いずれの試験番号においても、溶融割れが発生した。 The Al content of Test No. 27 and the O content of Test No. 39 were too high. Therefore, melt cracking occurred in all the test numbers.

試験番号30のV含有量、及び、試験番号35のN含有量は低すぎた。そのため、いずれの試験番号においても、HRC硬さが20未満であり、十分な疲労強度が得られないと予想できた。 The V content of test number 30 and the N content of test number 35 were too low. Therefore, in any of the test numbers, the HRC hardness was less than 20, and it was expected that sufficient fatigue strength could not be obtained.

試験番号44ではCaが含有されておらず、試験番号46ではCa含有量が低すぎた。そのため、溶融割れが発生した。一方、試験番号45のCa含有量は高すぎた。そのため、溶融割れが発生した。 In test number 44, Ca was not contained, and in test number 46, the Ca content was too low. Therefore, melt cracking occurred. On the other hand, the Ca content of test number 45 was too high. Therefore, melt cracking occurred.

試験番号49では、fn1が高すぎた。そのため、溶融割れが発生した。さらに、HRC硬さが28を超え、十分な被削性が得られないことが予想できた。 In test number 49, fn1 was too high. Therefore, melt cracking occurred. Furthermore, it was expected that the HRC hardness would exceed 28 and sufficient machinability could not be obtained.

試験番号54では、fn2が高すぎた。そのため、HRC硬さが28を超え、十分な被削性が得られないと予想できた。一方、試験番号55では、fn2が低すぎた。そのため、HRC硬さが20未満であり、十分な疲労強度が得られないと予想できた。 In test number 54, fn2 was too high. Therefore, it was expected that the HRC hardness would exceed 28 and sufficient machinability could not be obtained. On the other hand, in test number 55, fn2 was too low. Therefore, it was expected that the HRC hardness was less than 20, and sufficient fatigue strength could not be obtained.

試験番号58では、fn3が高すぎた。そのため、溶融割れが発生した。一方、試験番号59では、fn3が低すぎた。そのため、溶融割れが発生した。 In test number 58, fn3 was too high. Therefore, melt cracking occurred. On the other hand, in test number 59, fn3 was too low. Therefore, melt cracking occurred.

試験番号66〜78では、Caを含有しなかった。そのため、これらの試験番号ではいずれも、溶融割れが発生した。 Test numbers 66-78 did not contain Ca. Therefore, melt cracking occurred in all of these test numbers.

以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の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の形態を適宜変更して実施することができる。 The embodiments of the present invention have been described above. However, the embodiments described above are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the above-described embodiment can be appropriately modified and implemented within a range that does not deviate from the gist thereof.

本発明の高周波焼入れ用非調質鋼では、熱間鍛造によりクランクシャフト等の機械構造用部品とされ、高周波焼入れを実施されても、溶融割れの発生が抑制される。本発明の高周波焼入れ用非調質鋼はさらに、上記機械構造用部品に製造されても高い疲労強度及び被削性が得られる内部硬さを有する。したがって、本発明の高周波焼入れ用非調質鋼は、上記効果が発揮される用途に広く適用可能であり、特に、高周波焼入れが実施される機械構造用部品用の鋼として好適である。 The non-microalloyed steel for induction hardening of the present invention is used as a mechanical structural part such as a crankshaft by hot forging, and even if induction hardening is performed, the occurrence of melt cracking is suppressed. The non-induction steel for induction hardening of the present invention further has an internal hardness that allows high fatigue strength and machinability to be obtained even when manufactured in the above-mentioned mechanical structural parts. Therefore, the non-microalloyed steel for induction hardening of the present invention can be widely applied to applications in which the above effects are exhibited, and is particularly suitable as a steel for mechanical structural parts where induction hardening is carried out.

1 フェレットR部
2 クランクシャフトのエッジ部
10 溶融割れ
1 Ferret R part 2 Crankshaft edge part 10 Melt crack

Claims (4)

質量%で、
C:0.35〜0.44%、
Si:0.30超〜0.70%、
Mn:1.00〜1.50%、
P:0.030%以下、
S:0.010〜0.095%、
Cr:0.10〜0.30%、
Al:0〜0.040%、
V:0.100〜0.200%、
N:0.0040〜0.0200%、
O:0.0024%以下、
Ca:0.0012〜0.0100%、
Ti:0〜0.020%、
Nb:0〜0.020%、
Pb:0〜0.30%、
Cu:0〜0.20%、
Ni:0〜0.20%、
Mo:0〜0.20%を含有し、
式(1)で定義されるfn1が50.0以下であり、
式(2)で定義されるfn2が0.80〜1.00であり、
式(3)で定義されるfn3が0.013〜0.124であり、
残部はFe及び不純物からなる、高周波焼入れ用非調質鋼。
fn1=80C2+55C+13Si+4.8Mn+30P+30S+1.5Cr (1)
fn2=C+(Si/10)+(Mn/5)−(5S/7)+(5Cr/22)+1.65V (2)
fn3=Al+10.8Ca (3)
ここで、式(1)〜式(3)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
By mass%
C: 0.35-0.44%,
Si: Over 0.30 to 0.70%,
Mn: 1.00 to 1.50%,
P: 0.030% or less,
S: 0.010 to 0.095%,
Cr: 0.10 to 0.30%,
Al: 0-0.040%,
V: 0.1000 to 0.200%,
N: 0.0040-0.0200%,
O: 0.0024% or less,
Ca: 0.0012 to 0.0100%,
Ti: 0-0.020%,
Nb: 0 to 0.020%,
Pb: 0 to 0.30%,
Cu: 0-0.20%,
Ni: 0-0.20%,
Mo: Contains 0 to 0.20%,
Fn1 defined by the equation (1) is 50.0 or less, and
Fn2 defined by the formula (2) is 0.80 to 1.00, and is
The fn3 defined by the formula (3) is 0.013 to 0.124, and is
The balance is non-tempered steel for induction hardening, which consists of Fe and impurities.
fn1 = 80C 2 + 55C + 13Si + 4.8Mn + 30P + 30S + 1.5Cr (1)
fn2 = C + (Si / 10) + (Mn / 5)-(5S / 7) + (5Cr / 22) + 1.65V (2)
fn3 = Al + 10.8Ca (3)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formulas (1) to (3).
請求項1に記載の高周波焼入れ用非調質鋼であって、
Ti:0.005〜0.020%、及び、
Nb:0.005〜0.020%からなる群から選択される1種以上を含有する、高周波焼入れ用非調質鋼。
The non-refined steel for induction hardening according to claim 1.
Ti: 0.005 to 0.020% and
Nb: Non-tempered steel for induction hardening containing at least one selected from the group consisting of 0.005 to 0.020%.
請求項1又は請求項2に記載の高周波焼入れ用非調質鋼であって、
Pb:0.10〜0.30%を含有する、高周波焼入れ用非調質鋼。
The non-microalloyed steel for induction hardening according to claim 1 or 2.
Non-tempered steel for induction hardening containing Pb: 0.10 to 0.30%.
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の高周波焼入れ用非調質鋼であって、
Cu:0.05〜0.20%、
Ni:0.05〜0.20%、及び、
Mo:0.05〜0.20%からなる群から選択される1種又は2種以上を含有する、高周波焼入れ用非調質鋼。
The non-refined steel for induction hardening according to any one of claims 1 to 3.
Cu: 0.05 to 0.20%,
Ni: 0.05 to 0.20% and
Mo: Non-tempered steel for induction hardening containing one or more selected from the group consisting of 0.05 to 0.20%.
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