JPH02153019A - Production of steel member - Google Patents

Production of steel member

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JPH02153019A
JPH02153019A JP30970588A JP30970588A JPH02153019A JP H02153019 A JPH02153019 A JP H02153019A JP 30970588 A JP30970588 A JP 30970588A JP 30970588 A JP30970588 A JP 30970588A JP H02153019 A JPH02153019 A JP H02153019A
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JP
Japan
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bainite
steel
martensite
temperature
hot forging
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JP30970588A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshihisa Miwa
能久 三輪
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Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

PURPOSE:To produce the steel member having a bainite structure and high strength and high toughness by subjecting a steel stock contg. at least C, Si, Mn, and Cr to hot forging and subjecting this steel stock to a specific cooling treatment from the austenitization temp. or above then to a tempering treatment. CONSTITUTION:The steel stock consisting of the steel products contg. at least the C, Si, Mn and Cr is subjected to hot forging. The above-mentioned steel stock is then continuously cooled at 0.4 to 10.0 deg.C/sec cooling rate from the austenitization temp. accompanied with the hot forging or above or from the temp. at which the steel stock is overheated again to the austenitization temp. or above after the hot forging. The steel stock is made into the substantially bainite or bainite + martensite structure in this way. The above-mentioned steel stock is thereafter subjected to the tempering treatment in the temp. range where the martensite softens to obtain the substantially bainite or bainite + sorbite structure. The steel member having the excellent strength and toughness is obtd. in this way.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は鋼部材の製造方法に関し、特にベイナイト又は
ベイナイト+ソルバイト組織を主体とする高強度・高靭
性の鋼部材を製造する方法に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for manufacturing steel members, and particularly relates to a method for manufacturing high strength and high toughness steel members mainly having a bainite or bainite + sorbite structure. be.

〔従来技術〕[Prior art]

従来、70〜100 kgf/mm”級(相当硬さHv
220〜320)の強張り強さの必要な鋼部材は、炭素
鋼又は合金鋼を焼入れ焼戻し処理(調質処理)すること
により製造されることが多かった。
Conventionally, 70 to 100 kgf/mm” class (equivalent hardness Hv
Steel members that require a tensile strength of 220 to 320) are often manufactured by subjecting carbon steel or alloy steel to quenching and tempering treatment (refining treatment).

これに対して、近年、熱処理コスト低減の観点から、熱
間鍛造後空冷するだけで調質鋼と伺等の強度が得られる
ように■(バナジウム)を添加した非調質鋼が多く用い
られるようになって来た。
On the other hand, in recent years, from the perspective of reducing heat treatment costs, non-tempered steel with the addition of vanadium has been increasingly used, so that it can achieve the same strength as tempered steel simply by air cooling after hot forging. It has come to be like this.

ところで、非調質鋼を熱間鍛造して空冷するのみでは結
晶粒度が粗くかつ実質的にパーライト組織またはフェラ
イト士パーライト組織であることがら調質鋼に比較して
靭性(衝撃強さ)が低いという問題があり、その用途が
限られている。
By the way, if non-heat-treated steel is simply hot-forged and air-cooled, the grain size will be coarse and it will essentially have a pearlite or ferritic pearlite structure, resulting in lower toughness (impact strength) than heat-treated steel. This problem limits its use.

一方、特公昭61−31184号公報には、非調質鋼の
組織を、調整冷却により窒化処理に適するフェライト士
パーライト組織にしてから窒化処理することによって、
疲労強度、耐摩性、耐ビッチング性及び耐スポーリング
性に優れた鋼部品を製造する技術が開示されている。
On the other hand, Japanese Patent Publication No. 61-31184 discloses that by changing the structure of non-tempered steel to a ferritic pearlite structure suitable for nitriding through controlled cooling,
A technique for manufacturing steel parts with excellent fatigue strength, wear resistance, bitching resistance, and spalling resistance is disclosed.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

通常の非調質鋼の靭性が低いのは、(1)その鋼組織が
パーライトまたはフェライト+パーライト組織であるこ
と、(2)鋼組織の結晶粒度が粗いこと、などが主なる
理由である。
The main reasons why ordinary non-tempered steel has low toughness are (1) that the steel structure is pearlite or ferrite + pearlite structure, (2) that the crystal grain size of the steel structure is coarse.

上記理由(1)の対策として、鋼組織をベイナイト又は
フェライト十ベイナイト組織にすることが有効であるこ
とは知られている。
As a countermeasure for the above reason (1), it is known that it is effective to change the steel structure to bainite or ferrite-decade bainite structure.

ベイナイト組織とする為には、オーステナイト化温度(
約730°C)以上の温度から恒温冷却(オーステンパ
ー処理)すればよいが、その処理時間と処理コストの面
で実用性に欠ける。
In order to form a bainite structure, the austenitization temperature (
It is possible to perform constant temperature cooling (austempering treatment) from a temperature of about 730° C. or higher, but this is impractical in terms of processing time and processing cost.

そこで、連続冷却によってベイナイト組織とする為、焼
入れ性向上元素であるM7やC1の添加量も増加して焼
入れ性を高めることも検討されている。しかし、このよ
うにすると、冷却速度の設定が難しく、安定的にベイナ
イト組織とすることが非常に難しぐなる。即ち、冷却速
度が過小のときにはパーライト組織となり、また冷却速
度が過大のときにはマルテンサイト組織となってしまう
Therefore, in order to form a bainitic structure through continuous cooling, it is also being considered to increase the amount of M7 and C1, which are elements that improve hardenability, to improve hardenability. However, in this case, it is difficult to set the cooling rate, and it is very difficult to stably form a bainite structure. That is, when the cooling rate is too low, a pearlite structure is formed, and when the cooling rate is too high, a martensitic structure is formed.

上記理由(2)の対策として、鋼素材を熱間鍛造後焼準
して結晶粒度をNO,6以上に細かくすることも有効で
ある。しかし、結晶粒度を細かくすると、鋼の焼入れ性
が低下し、通常の鋼組織では安定的にベイナイト又はフ
ェライト十ベイナイト組織とすることが困難になる。
As a countermeasure for the above reason (2), it is also effective to normalize the steel material after hot forging to make the grain size finer than NO.6. However, when the grain size is made finer, the hardenability of the steel decreases, and it becomes difficult to stably form a bainite or ferrite-decade bainite structure in a normal steel structure.

そこで、本発明者は先の出願において、夫々適量のMn
%cr、及び■を含み適量のMoを添加した鋼材料から
なる鋼索材を、熱間鍛造後、オーステナイト化温度以上
の所定範囲の温度(850〜950℃)から所定の冷却
速度(0,4〜4.0°C/5ec)で調整冷却するこ
とにより、実質的にベイナイト又はフェライト十ベイナ
イト組織の鋼部材を製造する方法を提案した。
Therefore, in the previous application, the present inventors proposed that an appropriate amount of Mn be used in each case.
After hot forging, a steel cable material made of a steel material containing %Cr and We proposed a method for producing a steel member having a substantially bainite or ferritic-decainite structure by controlled cooling at ~4.0°C/5ec).

しかし、この鋼部材の製造方法では、高価なMoを添加
するので鋼材料の材料コストが高価になり、また多くの
場合ベイナイト単相ではなくフェライト+ベイナイトの
複相となり易いため強度が若干低くなること、調整冷却
の速度範囲が狭いので種々のサイズの鋼部材を実際に製
造するときに冷却速度のコントロールが難しいことなど
の問題がある。
However, in this manufacturing method of steel members, expensive Mo is added, which increases the material cost of the steel material, and in many cases, it tends to become a multiple phase of ferrite + bainite instead of a single bainite phase, resulting in a slightly lower strength. In addition, since the adjustable cooling rate range is narrow, there are problems such as difficulty in controlling the cooling rate when actually manufacturing steel members of various sizes.

本発明の目的は、連続冷却によって鋼組織を実質的にベ
イナイト又はベイナイト士マルテンサイト組織とし、更
に焼戻し処理によって鋼組織を実質的にベイナイト又は
ベイナイト+ソルバイト組熾とする技術を確立して強度
・靭性に優れる鋼部材の製造方法を提供することである
An object of the present invention is to establish a technology that substantially changes the steel structure to bainite or bainitic martensitic structure by continuous cooling, and further changes the steel structure to substantially bainite or bainite + sorbite structure by tempering, thereby improving strength and strength. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a steel member having excellent toughness.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明に係る鋼部材の製造方法は、少なくともC,Sl
 、Mfi及びC1を含んだ鋼材料からなる鋼索材を熱
間鍛造し、次に上記鋼素材を、熱間鍛造に伴なうオース
テナイト化温度以上の温度から、または熱間鍛造後オー
ステナイト化温度以上に再過熱した温度から、0.4〜
10.0’C/ secの冷却速度で連続冷却して実質
的にベイナイトまたはベイナイト士マルテンサイト組織
とし、次に上記鋼素材をマルテンサイトが軟化する温度
範囲で焼戻し処理して実質的にベイナイトまたはベイナ
イト+ソルバイト組織にするものである。
The method for manufacturing a steel member according to the present invention includes at least C, Sl.
, Mfi, and C1, and then the steel material is heated to a temperature higher than the austenitizing temperature associated with hot forging, or at a temperature higher than the austenitizing temperature after hot forging. From the temperature reheated to 0.4~
The steel material is continuously cooled at a cooling rate of 10.0'C/sec to form a substantially bainite or bainitic martensitic structure, and then the steel material is tempered in a temperature range where martensite softens to substantially form bainite or martensite. This is to create a bainite + sorbite structure.

〔作用〕[Effect]

本発明に係る鋼部材の製造方法においては、少な(とも
C,st 、M、及びC,を含んだ鋼材料からなる鋼索
材を用いる。Cは基地硬さを確保し、且つオーステナイ
ト化温度以上の温度から冷却してベイナイト又はベイナ
イト士マルテンサイト組織を析出する為に必要であり、
焼戻し処理を可能とする為にも必要である。S、はCと
共に基地硬さを確保する為に必要である。
In the method for manufacturing a steel member according to the present invention, a steel cable material made of a steel material containing small amounts of C, st, M, and C is used. It is necessary to precipitate a bainite or bainitic martensitic structure by cooling from a temperature of
It is also necessary to enable tempering treatment. S and C are necessary to ensure base hardness.

Ml及びCrは焼入れ性向上元素であり、マルテンサイ
ト変態とベイナイト変態を促進する為に必要である。
Ml and Cr are elements that improve hardenability and are necessary to promote martensitic transformation and bainite transformation.

尚、上記以外に、V、M、 、S及びP、を含んだ鋼材
料であることが望ましいが、■はその炭窒化物の析出に
より基地硬さを向上させ、Moはオーステナイトからベ
イナイトへの変態を促進させ、S及びP、は加工性の面
で難点のあるベイナイト組織の被削性を向上させる。
In addition, in addition to the above, it is desirable to use a steel material containing V, M, , S, and P. (2) improves the base hardness by precipitation of carbonitrides, and Mo improves the hardness of the matrix by precipitation of carbonitride. By promoting transformation, S and P improve the machinability of bainite structure, which is difficult in terms of machinability.

上記鋼材料からなる鋼索材を熱間鍛造し、熱間鍛造に伴
なうオーステナイト化温度以上の温度から、または熱間
鍛造後オーステナイト化温度に再加熱した温度から、0
.4〜10.0°C/secの冷却速度で連続冷却して
実質的にベイナイトまたはベイナイト+マルテンサイト
組織とする。
A steel cable material made of the above-mentioned steel material is hot-forged, and from a temperature higher than the austenitizing temperature associated with hot forging, or from a temperature reheated to the austenitizing temperature after hot forging, 0
.. Continuous cooling is performed at a cooling rate of 4 to 10.0°C/sec to substantially form a bainite or bainite+martensite structure.

上記オーステナイト化温度以上の温度としては、焼入れ
性に関与する合金元素(M、、、CrM。
The temperature above the austenitizing temperature includes alloying elements (M,..., CrM) that are involved in hardenability.

)が十分固溶する温度に設定するが、本発明でねらいと
する強度と硬さを得るような鋼組成の場合850〜95
0°Cが適当である。
) is set at a temperature at which sufficient solid solution is achieved, but in the case of a steel composition that achieves the strength and hardness targeted by the present invention, the temperature is set at a temperature of 850 to 95.
0°C is appropriate.

冷却速度について、ベイナイトまたはベイナイト+マル
テンサイト組織を得る為には0.4〜10.0”C/ 
secの冷却速度が必要である。0.4″C/sec未
満の場合にはかなりの部分に亙ってパーライトが析出す
る。一方、10.0’C/ secより速くなるとマル
テンサイトの析出が多くなる。特に、ベイナイト士マル
テンサイト複相であってもマルテンサイト相が面積率5
0%より多くなると、焼戻しに多大の熱エネルギを要す
るので好ましくなく、面積率50%以上のベイナイト相
を析出させる為には10.0°C/sec以下の冷却速
度が必要である。
Regarding the cooling rate, in order to obtain a bainite or bainite + martensitic structure, the cooling rate is 0.4 to 10.0"C/
A cooling rate of sec is required. If it is less than 0.4'C/sec, pearlite will precipitate over a considerable part. On the other hand, if it is faster than 10.0'C/sec, martensite will be precipitated in large quantities.In particular, bainitic martensite Even if it is a multi-phase, the martensite phase has an area ratio of 5
If it exceeds 0%, it is not preferable because a large amount of thermal energy is required for tempering, and in order to precipitate a bainite phase with an area ratio of 50% or more, a cooling rate of 10.0° C./sec or less is required.

次に、上記ベイナイトまたはベイナイト+マルテンサイ
ト組織の鋼索材をマルテンサイトが軟化する温度範囲で
焼戻し処理して実質的にベイナイトまたはベイナイト+
ソルバイト組織にする。
Next, the steel cable having the bainite or bainite + martensitic structure is tempered at a temperature range in which martensite softens to substantially form bainite or bainite + martensite.
Make it a sorbite organization.

上記鋼素材において、ベイナイト相が軟化せず、マルテ
ンサイト相のみが軟化する温度範囲は150〜600°
Cであり、150 ’C未満ではマルテンサイトがソル
バイトにならず、600°Cより高温ではベイナイトが
軟化して焼戻しベイナイトとなり硬さが低下してしまう
In the above steel material, the temperature range in which the bainite phase does not soften and only the martensitic phase softens is 150 to 600°
At temperatures lower than 150'C, martensite does not become sorbite, and at temperatures higher than 600°C, bainite softens and becomes tempered bainite, resulting in a decrease in hardness.

上記の製造方法によって得られる鋼部材の組織は、ベイ
ナイトまたはベイナイト+ソルバイト組織であり、強度
と硬さと靭性に優れる。
The structure of the steel member obtained by the above manufacturing method is a bainite or bainite+sorbite structure, and has excellent strength, hardness, and toughness.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明に係る鋼部材の製造方法によれば、上記〔作用〕
の項で説明したように、オーステナイト化温度以上の温
度からの調整冷却によってベイナイトまたはベイナイト
+マルテンサイト組織とずルノで、Moの添加が必須不
可欠でなくなるため鋼素材の材料コストが高価にならな
いこと、また調整冷却の速度範囲が0.4〜10.0″
C/secと広いので種々のサイズ・形状の鋼部材を製
造するときの冷却速度のコントロールが容易となりそれ
だけ製造コストを低減し得ること、ベイナイト+マルテ
ンサイトの複相となる場合でもマルテンサイトの面積率
が比較的少ないので焼戻し処理するときの熱エネルギが
比較的少なくて済むため焼戻し処理コストを低減できる
こと、などの効果が得られる。
According to the method for manufacturing a steel member according to the present invention, the above [effect]
As explained in the above section, by adjusting cooling from a temperature above the austenitizing temperature, the addition of Mo is no longer essential to create a bainite or bainite + martensite structure, so the material cost of the steel material does not increase. , and the adjustable cooling speed range is 0.4~10.0''
C/sec, it is easy to control the cooling rate when manufacturing steel members of various sizes and shapes, which can reduce manufacturing costs accordingly, and even in the case of a dual phase of bainite + martensite, the area of martensite is small. Since the ratio is relatively small, the thermal energy required for tempering is relatively small, so the cost of tempering can be reduced, and other effects can be obtained.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明す
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

本実施例は、少なくともCとSt とM、、とC,。In this embodiment, at least C, St, M, , and C,.

とを含む鋼材料からなる鋼素材を用いて、熱間鍛造後又
は熱間鍛造後の再過熱後、連続冷却によって実質的にベ
イナイト又はベイナイ上+マルテンサイト組織を形成し
、次にその鋼索材を焼戻し処理して実質的にベイナイト
またはベイナイト+ソルバイト組織とし、強度と硬さと
靭性に優れる鋼部材を製造する方法に関するものである
After hot forging or reheating after hot forging, a bainite or on-bainiite + martensitic structure is formed by continuous cooling, and then the steel cable material is The present invention relates to a method for manufacturing a steel member having excellent strength, hardness, and toughness by tempering the steel to substantially form a bainite or bainite + sorbite structure.

先ず、第1図に基いてこの綱部材の製造方法について説
明する。
First, a method for manufacturing this rope member will be explained based on FIG.

使用する鋼材料の組成は次のような合金元素を添加した
ものが望ましい。但し、重量%にて示す。
The composition of the steel material used is preferably one containing the following alloying elements. However, it is shown in weight%.

C: 0.15〜0.40%、 Sz : 0.50%
以下、Mo :0.50%以下、 M、  : 0.5
0〜1.50%、C,: 0.10〜1.30%、 V
 : 0.20%以下、N : 0.02%以下、 A
j2:0.10%以下、上記以外に必要に応じてS :
 0.20%以下、Pb:0.35%以下。
C: 0.15-0.40%, Sz: 0.50%
Below, Mo: 0.50% or less, M: 0.5
0-1.50%, C: 0.10-1.30%, V
: 0.20% or less, N: 0.02% or less, A
j2: 0.10% or less, S in addition to the above as necessary:
0.20% or less, Pb: 0.35% or less.

C: 0.15〜0.40% Cは基地硬さの基本となる元素であり、ベイナイト又は
ベイナイト+ソルバイト(焼戻しマルテンサイト)組織
で硬さHv22o〜320を得る為には少なくとも0.
15%以上必要であるが、0゜40%より多くなると靭
性及び加工性が低下するので好ましくない。
C: 0.15 to 0.40% C is an element that is the basis of matrix hardness, and in order to obtain a hardness of Hv22o to 320 in a bainite or bainite + sorbite (tempered martensite) structure, it must be at least 0.15% to 0.40%.
15% or more is required, but if it exceeds 0.40%, toughness and workability will deteriorate, which is not preferable.

Sl:0.50%以下 SiはCとともに基地硬さを確保する為に有効な元素で
あるが0.50%より多くなると加工性が低下するので
き好ましくない。
Sl: 0.50% or less Si, together with C, is an effective element for ensuring base hardness, but if it exceeds 0.50%, workability deteriorates, which is not preferable.

M、、:0.50〜1.50% M、は5!鋼時の脱酸の為に必要な元素であると同時に
、マルテンサイト変態及びベイナイト変態のときの焼入
れ性を向上させる元素であり、ベイナイトを析出させる
焼入れ性を得る為には0.50%以上必要であるが、1
.50%より多くなると焼入れ性が過大となってマルテ
ンサイトの析出が増加し、また加工性も低下する。
M,: 0.50-1.50% M is 5! It is an element necessary for deoxidizing steel, and at the same time it is an element that improves the hardenability during martensitic transformation and bainite transformation.In order to obtain the hardenability to precipitate bainite, it must be at least 0.50%. Although necessary, 1
.. If it exceeds 50%, the hardenability becomes excessive, precipitation of martensite increases, and workability also decreases.

C,:0.10〜1.30% C1はM、lと同様にマルテンサイト変態及びベイナイ
ト変態のときの焼入れ性を向上させる元素であり、窒化
処理したときにNと結合して表層部に窒化物を生成して
硬さを高める元素である。上記焼入れ性向上の効果を得
る為には0.10%以上必要であるが、1.30%より
多くなると焼入れ性が過大となってマルテンサイトを多
量に析出させるので好ましくない。
C: 0.10 to 1.30% C1 is an element that improves the hardenability during martensitic transformation and bainite transformation, similar to M and l, and when nitrided, it combines with N and forms an element in the surface layer. It is an element that increases hardness by forming nitrides. In order to obtain the effect of improving hardenability, the content is required to be 0.10% or more, but if it exceeds 1.30%, the hardenability becomes excessive and a large amount of martensite is precipitated, which is not preferable.

Mo:0.50%以下 MoはM7やCrと同様に焼入れ性を向上させる元素で
あるが、特にベイナイト変態のときの焼入れ性を高めベ
イナイト化を促進する重要な元素である。0.50%よ
り多くなるとベイナイト化を促進する効果が飽和するだ
けでなく加工性が低下するので好ましくない。
Mo: 0.50% or less Mo, like M7 and Cr, is an element that improves hardenability, and is an important element that particularly improves hardenability during bainite transformation and promotes bainite transformation. If it exceeds 0.50%, not only the effect of promoting bainite formation is saturated, but also workability deteriorates, which is not preferable.

V : 0.20%以下 ■は鋼材料中のC及びNと結合して炭窒化物を生成し、
基地硬さを向上させる効果があり、0.20%より多く
なると靭性と加工性の低下を招くので好ましくない。
V: 0.20% or less ■ combines with C and N in the steel material to generate carbonitrides,
It has the effect of improving base hardness, and if it exceeds 0.20%, it is not preferable because it causes a decrease in toughness and workability.

へg:o、io%以下 A2は鋼材料中のNと化合して硬いAffiNを生成し
、オーステナイト化温度以上に過熱するときに結晶粒度
粗大化を防止する作用があるが、0.10%より多くな
るとその効果が飽和すると共に加工性が低下するので好
ましくない。
Heg: o, io% or less A2 combines with N in the steel material to produce hard AffiN, and has the effect of preventing coarsening of grain size when heated above the austenitizing temperature, but 0.10% If the amount is too large, the effect will be saturated and the processability will deteriorate, which is not preferable.

N : 0.02%以下 Nは鋼材料中のAffiと化合して硬いAλNを生成し
、且つ■と化合して硬い化合物を析出して基地の硬さを
向上させるうえ、鋼の結晶の粗大化を防止するので靭性
向上に寄与する。但し、0.02%より多くなると上記
の諸効果が飽和するとともに加工性の低下を招くので好
ましくない。
N: 0.02% or less N combines with Affi in the steel material to produce hard AλN, and also combines with ■ to precipitate a hard compound, improving the hardness of the matrix, and also reducing the coarseness of the steel crystals. This contributes to improving toughness as it prevents corrosion. However, if it exceeds 0.02%, the above-mentioned effects become saturated and workability deteriorates, which is not preferable.

S : 0.20%以下且つPb:0.35%以下Sと
Pbは何れも被剛性向上元素である。ベイナイト組織は
被削性に多少難点があるためこれらの添加は被削性向上
に有効である。S:0.20%以下、Pb:0.35%
以下であれば鋼の機械的性質を大きく損うことなく上記
の効果が得られる。
S: 0.20% or less and Pb: 0.35% or less Both S and Pb are elements to be improved in rigidity. Since the bainite structure has some difficulties in machinability, the addition of these materials is effective in improving machinability. S: 0.20% or less, Pb: 0.35%
If it is below, the above effects can be obtained without significantly impairing the mechanical properties of the steel.

次に、上記組成の鋼材料からなる鋼索材を鍛造する為の
所定の形状に切断し、その鋼素材を熱間鍛造する。この
熱間鍛造に引続いて調整冷却する場合には、この熱間鍛
造に伴なう850〜950°Cの温度から以下のように
調整冷却し、また熱間鍛造−後850°C未満の温度に
低下した場合には、熱間鍛造後焼準としての再過熱を施
して850〜950°Cの温度まで過熱し、その温度か
ら以下のように調整冷却する。
Next, a steel cable material made of a steel material having the above composition is cut into a predetermined shape for forging, and the steel material is hot forged. In the case of adjusting cooling following this hot forging, adjust cooling as follows from the temperature of 850 to 950°C associated with this hot forging, and If the temperature has dropped to 850 to 950° C., reheating is performed as normalization after hot forging, and cooling is performed from that temperature in the following manner.

このよう、に、850〜950 ’Cの範囲のオーステ
ナイト状態から調整冷却するのは次の理由による。
The reason why the controlled cooling is performed from the austenitic state in the range of 850 to 950'C is as follows.

850°C未満ではM、%、cr 、MOなどの合金元
素の固溶が不十分なため、十分な熱処理特性が得られな
い。また、950℃より高温では熱間鍛造後微細析出し
た■の炭窒化物の一部が再固溶するため十分な硬さが得
られない。また、結晶粒の粗大が生じ、靭性が低下する
If the temperature is less than 850°C, solid solution of alloying elements such as M, %, Cr, MO, etc. is insufficient, and sufficient heat treatment characteristics cannot be obtained. Further, at a temperature higher than 950° C., sufficient hardness cannot be obtained because part of the finely precipitated carbonitrides (①) after hot forging are dissolved again. In addition, coarse grains occur and toughness decreases.

次に、上記のように850〜950°Cの温度のオース
テナイトMi襟の鋼索材を0.4〜10.0°C/se
cの冷却速度で連続的に常温まで調整冷却し、鋼素材を
実質的にベイナイト又はベイナイト士マルテンサイトの
組織とする。上記ベイナイト士マルテンサイトの組織に
おいて、マルテンサイトの面積率が50%より大きいと
きには、後述の焼戻し処理に多大の熱エネルギを要する
ので、焼戻し処理コストが高価になる。従って、ベイナ
イト相の面積率が50%以上であることが望ましい。
Next, as mentioned above, the steel cable material of the austenitic Mi collar at a temperature of 850 to 950 °C is heated at 0.4 to 10.0 °C/se.
The steel material is continuously adjusted and cooled to room temperature at a cooling rate of c, so that the steel material has a substantially bainite or bainitic martensite structure. In the structure of the bainitic martensite, when the area ratio of martensite is greater than 50%, a large amount of thermal energy is required for the later-described tempering process, resulting in an increase in the cost of the tempering process. Therefore, it is desirable that the area ratio of the bainite phase is 50% or more.

この調整冷却の冷却速度が、0.4°C/sec未満で
は鋼索材のかなりの部分にパーライトの析出が生じ、ま
た10.0°C/secより速いときには鋼素材の大部
分にマルテンサイトの析出が生じるので好ましくない。
If the cooling rate of this controlled cooling is less than 0.4°C/sec, pearlite will precipitate in a considerable part of the steel cable, and if it is faster than 10.0°C/sec, martensite will be deposited in most of the steel material. This is not preferred because precipitation occurs.

次に、上記のように実質的にベイナイト又はベイナイト
士マルテンサイト組織の鋼索材を、マルテンサイトが軟
化する温度範囲(150〜600”C)で焼戻し処理し
て実質的にベイナイト又はベイナイト士ソルバイト組織
にする。150°C以下ではマルテンサイトがソルバイ
トに変らず、また600°Cより高温ではベイナイトも
軟化して焼戻しベイナイトになるので好ましくない。
Next, as described above, the steel cable having a substantially bainite or bainitic martensite structure is tempered at a temperature range in which martensite softens (150 to 600"C) to substantially have a bainite or bainitic sorbite structure. At temperatures below 150°C, martensite does not change to sorbite, and at temperatures above 600°C, bainite also softens and becomes tempered bainite, which is not preferable.

次に、上記のようにベイナイト又はベイナイト+ソルバ
イトの組織の鋼索材に機械加工を施して所定の形状の鋼
部材に形成する。
Next, as described above, the steel cable having the structure of bainite or bainite + sorbite is machined to form a steel member in a predetermined shape.

上記のようにして、恒温冷却ではなく連続的な調整冷却
によって、鋼部材の基地組織をベイナイト又はベイナイ
ト士マルテンサイト組織にしてから、焼戻し処理を施し
てベイナイト又はベイナイト+ソルバイト組熾とし、強
度と硬さと靭性に優れる鋼素材とすることが出来、通常
の非調質鋼に比べ靭性(衝撃強さ))を大幅に改善でき
る。
As described above, the base structure of the steel member is changed to bainite or bainitic martensitic structure by continuous controlled cooling rather than constant temperature cooling, and then tempered to form bainite or bainite + sorbite composite, which increases the strength. It can be made into a steel material with excellent hardness and toughness, and its toughness (impact strength) can be significantly improved compared to ordinary non-tempered steel.

この鋼部材の製造方法によって、例えばエンジンのコン
ロッド、クランクシャフト、各種機械の歯車類を製造す
ることが出来るが、歯車類などは必要に応じて窒化処理
や軟窒化処理を施すことが望ましい。
This method of manufacturing steel members can be used to manufacture, for example, connecting rods for engines, crankshafts, and gears for various machines, but it is desirable to subject gears to nitriding or nitrocarburizing as necessary.

上記の鋼部材の製造方法によれば、熱処理コストの高い
恒温冷却ではなく連続冷却よってベイナイト又はベイナ
イト士マルテンサイト組織とし、次に焼戻し処理を施す
ことによってベイナイト又はベイナイト十ソルバイト組
織の鋼部材であって従来の通常の非調質鋼に比べて靭性
が大幅に改善された鋼部材を製造するこ・とが出来る。
According to the above-mentioned manufacturing method of a steel member, a steel member having a bainite or bainite-de-sorbite structure is produced by continuous cooling instead of constant temperature cooling, which is expensive for heat treatment, to form a bainite or bainitic martensitic structure, and then by performing a tempering treatment. This makes it possible to produce steel members with significantly improved toughness compared to conventional non-tempered steel.

上記調整冷却によって、ベイナイト又はベイナイト士フ
ェライト組織ではなく、ベイナイト又はベイナイト士マ
ルテンサイト組織にすればよいので、その冷却速度範囲
が広いから種々のサイズ・形状の鋼部材を製造するとき
の冷却速度コントロールが容易で製造コストを低減でき
る。
Through the above-mentioned controlled cooling, it is possible to create a bainite or bainitic martensitic structure instead of a bainite or bainitic ferrite structure, so the cooling rate range is wide, making it possible to control the cooling rate when manufacturing steel parts of various sizes and shapes. is easy and can reduce manufacturing costs.

加えて、ベイナイ!・+マルテンサイト複相のマルテン
サイトの面積率が50%未満なので焼戻し処理の処理コ
ストが余り高価にならない。
In addition, Beinai! - Since the area ratio of martensite in the + martensite dual phase is less than 50%, the cost of tempering treatment is not very high.

しかも、その鋼部材にはNと強力に化合して硬い窒化物
を析出するCr、■及びAt も適量台まれているので
、その鋼部材に窒化処理や軟窒化処理を施す場合には、
鋼部材の表層部及び内部深くまで硬化層を形成して、疲
労強度を大幅に高めることが出来る。
Moreover, since the steel member contains appropriate amounts of Cr, ■, and At, which combine strongly with N to precipitate hard nitrides, when nitriding or nitrocarburizing the steel member,
By forming a hardened layer on the surface and deep inside the steel member, fatigue strength can be significantly increased.

しかも、基地組繊が強靭なベイナイト又はベイナイト+
ソルバイト’fA 精であるため、硬化層内の亀裂の伝
播が抑制される。加えて、■とMoが焼戻し軟化抵抗を
高める元素であるため、窒化処理時にも基地硬さが低下
しにくい。
Moreover, the base fibers are strong bainite or bainite +
Since it is sorbite 'fA', the propagation of cracks within the hardened layer is suppressed. In addition, since ■ and Mo are elements that increase resistance to temper softening, the base hardness is less likely to decrease during nitriding.

次に、焼戻し処理の温度と基地硬さの相関関係を得る為
に行なった実験例について説明する。
Next, an example of an experiment conducted to obtain a correlation between tempering temperature and base hardness will be described.

く実験例〉・・・・・第2図参照 第1表に示す各種合金元素を添加した鋼材料からなる鋼
素材を用いて、熱間鍛造(1100〜1250゛C)に
より30mmφの丸棒を複数本製作し、ごれらをその熱
間鍛造に伴なう850〜950 ”Cの温度から5.0
″(: /secの冷却速度にて調整冷却して、ベイナ
イト又はベイナイト士マルテンサイト組織とした。この
鋼組職はベイナイト面積率80%、マルテンサイト面積
率20%であった。
Experimental Example: Refer to Figure 2 Using a steel material containing the various alloying elements shown in Table 1, a round bar of 30 mm diameter was produced by hot forging (1100 to 1250°C). 5.0 from the temperature of 850 to 950"C associated with hot forging.
The steel was cooled at a cooling rate of /sec to form a bainite or bainitic martensite structure. This steel structure had a bainite area ratio of 80% and a martensite area ratio of 20%.

次に、上記組織の丸棒について種々の温度で1.5時間
保持の焼戻し処理を施し、各丸棒の表面硬さを測定した
ところ第2図のような結果が得られた。
Next, the round bars with the above structure were subjected to tempering treatment for 1.5 hours at various temperatures, and the surface hardness of each round bar was measured, and the results shown in FIG. 2 were obtained.

第2図から判るように、150〜600°Cの温度の焼
戻し処理では硬さが緩やかに低下し、600℃より高温
の焼戻し処理では硬さが急激に低下している。即ち、1
50°C未満の焼戻し処理では殆んどマルテンサイトの
軟化が生じずマルテンサイトがソルバイトに変態せず、
また600°Cより高温の焼戻しし処理ではマルテンサ
イトの軟化及びベイナイトの軟化が生じ硬さが著しく低
下してしまう。
As can be seen from FIG. 2, the hardness decreases gradually in tempering at a temperature of 150 to 600°C, and sharply decreases in tempering at a temperature higher than 600°C. That is, 1
Tempering treatment at temperatures below 50°C causes almost no softening of martensite, and martensite does not transform into sorbite.
Furthermore, tempering at a temperature higher than 600°C causes softening of martensite and softening of bainite, resulting in a significant decrease in hardness.

つまり、150〜600°Cの温度範囲で焼戻し処理す
ると、ベイナイトが軟化せずに、マルテンサイトのみが
軟化してソルバイトになりベイナイト又はベイナイト+
ソルバイトの組織とすることが出来る。しかも、焼戻し
処理温度を150〜600°Cの範囲で適宜選定するこ
とにより所定範囲のうちの所望の硬さの鋼部材とするこ
とが出来る。
In other words, when tempering is performed in a temperature range of 150 to 600°C, bainite does not soften, and only martensite softens and becomes sorbite, which becomes bainite or bainite +
It can be made into a sorbite structure. Furthermore, by appropriately selecting the tempering treatment temperature within the range of 150 to 600°C, it is possible to obtain a steel member having a desired hardness within a predetermined range.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図面は本発明の実施例に係るもので、第1図は鋼部材の
製造工程説明図、第2図は実験により得られた焼戻し処
理温度と硬さの関係を示す線図である。
The drawings relate to embodiments of the present invention; FIG. 1 is an explanatory diagram of the manufacturing process of a steel member, and FIG. 2 is a diagram showing the relationship between tempering temperature and hardness obtained through experiments.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)少なくともC、Si、Mn、及びCrを含んだ鋼
材料からなる鋼素材を熱間鍛造し、 次に上記鋼素材を、熱間鍛造に伴なうオーステナイト化
温度以上の温度から、または熱間鍛造後オーステナイト
化温度以上の温度に再過熱した温度から、0.4〜10
.0℃/secの冷却速度で連続冷却して実質的にベイ
ナイトまたはベイナイト+マルテンサイト組織とし、 次に上記鋼素材をマルテンサイトが軟化する温度範囲で
焼戻し処理して実質的にベイナイトまたはベイナイト+
ソルバイト組織にすることを特徴とする鋼部材の製造方
法。
(1) Hot forging a steel material containing at least C, Si, Mn, and Cr; 0.4 to 10 from the temperature reheated to a temperature higher than the austenitizing temperature after hot forging
.. The steel material is continuously cooled at a cooling rate of 0°C/sec to form a substantially bainite or bainite + martensite structure, and then the steel material is tempered in a temperature range where martensite softens to form a substantially bainite or bainite + martensite structure.
A method for manufacturing a steel member, characterized by forming it into a sorbite structure.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150090378A1 (en) * 2011-07-06 2015-04-02 Katarina Eriksson Method of hot-shaping and hardening a sheet steel blank
EP2554686A4 (en) * 2010-03-30 2017-10-18 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Method for producing harmonic drive gear base material

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