KR20150110804A - Age-hardening steel - Google Patents

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히토시 마츠모토
다츠야 하세가와
유타카 네이시
다이조 마키노
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신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
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Abstract

C:0.05~0.20%, Si:0.01~0.50%, Mn:1.5~2.5%, S:0.005~0.08%, Cr:0.03~0.50%, Al:0.005~0.05%, V:0.25~0.50%, Mo:0~1.0%, Cu:0~0.3%, Ni:0~0.3%, Ca:0~0.005% 및 Bi:0~0.4%와, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 불순물 중의 P≤0.03%, Ti<0.005% 및 N<0.0080%이며,〔C+0.3Mn+0.25Cr+0.6Mo≥0.68〕,〔C+0.1Si+0.2Mn+0.15Cr+0.35V+0.2Mo≤0.85〕및〔-4.5C+Mn+Cr-3.5V-0.8Mo≥0.00〕인 화학 조성을 가지는 시효 경화성 강은, 시효 처리 전의 경도가 290HV 이하이고, 시효 처리에 의한 경화량이 25HV 이상 또한 피로 강도가 350MPa 이상이며, 노치 깊이 2mm 및 노치 바닥 반경 1mm의 U 노치 부착된 표준 시험편을 이용하여 실시한 샤르피 충격 시험으로 평가한 시효 처리 후의 20℃에서의 흡수 에너지가 16J 이상이 되기 때문에, 기계 부품의 소재로서 매우 적절하다.The steel sheet according to any one of the above items (1) to (3), wherein the steel sheet contains 0.05 to 0.20% of C, 0.01 to 0.50% of Si, 1.5 to 2.5% of Si, 0.005 to 0.08% of S, 0.03 to 0.50% of Cr, 0.005 to 0.05% of Al, 0.25 to 0.50% : 0 to 1.0% of Cu, 0 to 0.3% of Cu, 0 to 0.3% of Ni, 0 to 0.005% of Ca and 0 to 0.4% of Bi and the balance of Fe and impurities, , Ti <0.005% and N <0.0080%, [C + 0.3Mn + 0.25Cr + 0.6Mo 0.68], [C + 0.1Si + 0.2Mn + 0.15Cr + 0.35V + 0.2Mo & ≥0.00] has a hardness of not more than 290 HV before aging, a hardening amount of not less than 25 HV by aging, a fatigue strength of not less than 350 MPa, a notched depth of 2 mm and a notched bottom radius of 1 mm The absorbed energy at 20 ° C after aging evaluated by the Charpy impact test carried out using a standard test piece is 16 J or more, which is very suitable as a material for mechanical parts.

Description

시효 경화성 강{AGE-HARDENING STEEL}Aging Hardening Steel {AGE-HARDENING STEEL}

본 발명은, 시효 경화성 강에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은, 열간 단조와 절삭 가공에 의해 소정의 형상으로 가공된 후, 시효 경화 처리(이하, 간단히 「시효 처리」라고 한다)가 실시되고, 상기 시효 처리에 의해 원하는 강도와 인성을 확보하는 일이 행해지는 자동차, 산업 기계, 건설 기계 등의 기계 부품을 제조하기 위한 소재로서 매우 적절하게 이용할 수 있는 강에 관한 것이다.The present invention relates to an age hardening steel. More specifically, the present invention relates to a method for producing a steel sheet, which is formed into a predetermined shape by hot forging and cutting and then subjected to aging hardening treatment (hereinafter simply referred to as "aging treatment"), The present invention relates to a steel which can be suitably used as a material for manufacturing mechanical parts such as automobiles, industrial machines, construction machines,

엔진의 고출력화, 연비 향상을 목표로 한 경량화 등의 관점으로부터, 자동차, 산업 기계, 건설 기계 등의 기계 부품에는, 높은 피로 강도가 요구되고 있다. 강에 높은 피로 강도를 구비시키는 것만이라면, 합금 원소 및/또는 열처리를 이용하여 강의 경도를 올림으로써, 용이하게 달성할 수 있다. 그러나, 일반적으로, 상기의 기계 부품은, 열간 단조에 의해 성형되고, 그 후, 절삭 가공에 의해 소정의 제품 형상으로 마무리된다. 이로 인해, 상기 기계 부품의 소재가 되는 강은 높은 피로 강도와 더불어 충분한 피삭성을 동시에 구비하지 않으면 안 된다. 일반적으로는, 피로 강도는 소재의 경도가 높은 것일수록 뛰어나다. 한편, 피삭성 중, 절삭 저항과 공구 수명은, 소재의 경도가 높은 것일수록 뒤떨어지는 경향이 있다.Mechanical parts such as automobiles, industrial machines, and construction machines are required to have high fatigue strength from the viewpoints of high output of the engine and weight reduction aimed at improving fuel efficiency. If the steel is provided with a high fatigue strength, it can be easily achieved by raising the hardness of the steel using alloying elements and / or heat treatment. However, in general, the above-mentioned mechanical parts are formed by hot forging, and then finished to a predetermined product shape by cutting. As a result, the steel to be the material of the mechanical parts must have high machining strength and high machinability at the same time. Generally, the higher the hardness of the material, the more excellent the fatigue strength. On the other hand, during machining, the cutting resistance and the tool life tend to fall off as the hardness of the work is higher.

그래서, 피로 강도와 피삭성을 양립시키기 위해, 양호한 피삭성이 요구되는 성형 단계에서는 경도를 낮게 억제할 수 있으며, 한편, 그 후에 시효 처리를 실시하여 강도가 요구되는 최종의 제품 단계에서는 경도를 높일 수 있는, 여러 가지의 기술이 개시되어 있다.Thus, in order to achieve both fatigue strength and machinability, the hardness can be suppressed to a low level in a molding step requiring good machinability, and on the other hand, an aging treatment is then carried out to increase the hardness in the final product stage, A variety of techniques are disclosed.

예를 들어, 특허 문헌 1에는 다음의 시효 경화 강이 개시되어 있다.For example, Patent Document 1 discloses the following age hardened steel.

즉, 질량%로, C:0.11~0.60%, Si:0.03~3.0%, Mn:0.01~2.5%, Mo:0.3~4.0%, V:0.05~0.5% 및 Cr:0.1~3.0%를 함유하고, 필요에 따라, Al:0.001~0.3%, N:0.005~0.025%, Nb:0.5% 이하, Ti:0.5% 이하, Zr:0.5% 이하, Cu:1.0% 이하, Ni:1.0% 이하, S:0.01~0.20%, Ca:0.003~0.010%, Pb:0.3% 이하 및 Bi:0.3% 이하 중 1종 이상을 포함하며, 잔부가 Fe와 불가피적 불순물로 이루어지고, 각 성분 사이에서는,Namely, it is preferable to contain 0.11 to 0.60% of C, 0.03 to 3.0% of Si, 0.01 to 2.5% of Mn, 0.3 to 4.0% of Mo, 0.05 to 0.5% of V and 0.1 to 3.0% of Cr in terms of mass% , Ni: 0.005 to 0.025%, Nb: 0.5% or less, Ti: 0.5% or less, Zr: 0.5% or less, Cu: 1.0% : 0.01 to 0.20%, Ca: 0.003 to 0.010%, Pb: 0.3% or less and Bi: 0.3% or less, the balance being Fe and inevitable impurities,

4C+Mn+0.7Cr+0.6Mo-0.2V≥2.5,4C + Mn + 0.7Cr + 0.6Mo-0.2V? 2.5,

C≥Mo/16+V/5.7,C? Mo / 16 + V / 5.7,

V+0.15Mo≥0.4V + 0.15Mo? 0.4

를 만족하는 관계가 성립되어 있으며, 압연, 단조, 또는 용체화 처리 후에, 온도 800℃부터 300℃의 사이는 0.05~10℃/초의 평균 냉각 속도로 냉각되고, 시효 처리 전에 있어서는, 베이나이트 조직의 면적률이 50% 이상이고, 또한 경도는 40HRC 이하이며, 시효 처리에 의해, 경도가 시효 처리 전의 경도보다 7HRC 이상 높아지는 것을 특징으로 하는 「시효 경화 강」이 개시되어 있다.After the rolling, forging, or solution treatment, the temperature between 800 ° C and 300 ° C is cooled at an average cooling rate of 0.05 to 10 ° C / second, and before the aging treatment, the bainite structure An area ratio of not less than 50%, and a hardness of not more than 40 HRC, and the hardness is higher than the hardness before aging by 7HRC or more by the aging treatment.

특허 문헌 2에는 다음의 베이나이트 강이 개시되어 있다.Patent Document 2 discloses the following bainite steel.

즉, 질량%로, C:0.14~0.35%, Si:0.05~0.70%, Mn:1.10~2.30%, S:0.003~0.120%, Cu:0.01~0.40%, Ni:0.01~0.40%, Cr:0.01~0.50%, Mo:0.01~0.30%, 및, V:0.05~0.45%를 함유하고, 필요에 따라, Ti:0.001~0.100%, 및, Ca:0.0003~0.0100%로부터 선택되는 1종 이상을 함유하며, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,In other words, in terms of mass%, it is preferable that C: 0.14 to 0.35%, Si: 0.05 to 0.70%, Mn: 1.10 to 2.30%, S: 0.003 to 0.120%, Cu: 0.01 to 0.40% At least one selected from the group consisting of Ti: 0.001 to 0.100% and Ca: 0.0003 to 0.0100%, wherein the steel sheet contains 0.01 to 0.50%, Mo: 0.01 to 0.30% and V: 0.05 to 0.45% , The balance being Fe and inevitable impurities,

13[C]+8[Si]+10[Mn]+3[Cu]+3[Ni]+22[Mo]+11[V]≤30,13 [C] +8 [Si] +10 [Mn] +3 [Cu] +3 [Ni] +22 [Mo] +11 [V]

5[C]+[Si]+2[Mn]+3[Cr]+2[Mo]+4[V]≤7.3,5 [C] + [Si] +2 [Mn] +3 [Cr] +2 [Mo] +4 [V]

2.4≤0.3[C]+1.1[Mn]+0.2[Cu]+0.2[Ni]+1.2[Cr]+1.1[Mo]+0.2[V]≤3.1,Cr] +1.1 [Mo] +0.2 [V] &lt; / = 3.1,

2.5≤[C]+[Si]+4[Mo]+9[V],2.5? [C] + [Si] +4 [Mo] + 9 [V]

[C]≥[Mo]/16+[V]/3[C] ≥ [Mo] / 16 + [V] / 3

을 만족하는 것을 특징으로 하는 「베이나이트 강」이 개시되어 있다.Quot; bainite steel &quot; is satisfied.

또, 특허 문헌 3 및 특허 문헌 4에는, 소정의 화학 조성 또는 조직을 가지는 시효 경화성 강이 개시되어 있고, 특허 문헌 5 및 특허 문헌 6에는, 기계 구조용 강 부품을 얻는 방법으로서, 강재를 열간 단조 후 소정의 속도로 냉각하고, 그 후 소정의 온도 범위에서 시효 처리를 실시하는 방법이 개시되어 있다.Patent Documents 3 and 4 disclose age hardenable steels having a predetermined chemical composition or structure. Patent Literatures 5 and 6 disclose a method for obtaining a steel component for mechanical structure, wherein a steel material is subjected to hot forging And then aging treatment is performed at a predetermined temperature within a predetermined temperature range.

일본국 특허 공개 2006-37177호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-37177 일본국 특허 공개 2011-236452호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-236452 국제 공개 제2010/090238호International Publication No. 2010/090238 국제 공개 제2011/145612호International Publication No. 2011/145612 국제 공개 제2012/161321호International Publication No. 2012/161321 국제 공개 제2012/161323호International Publication No. 2012/161323

그런데, 시효 처리에 의해 강 중에 미세한 이차상을 석출시킴으로써 높은 강도를 얻으려고 하면, 강의 인성은 열화한다.However, if an attempt is made to obtain a high strength by depositing a fine secondary phase in the steel by aging treatment, the toughness of the steel deteriorates.

인성이 열화한 강은 절결 감수성이 높아진다. 절결 감수성이 높아지면, 강의 피로 강도는 미세한 표면 상처의 영향을 받기 쉬워진다.The steel with deteriorated toughness increases the susceptibility to picking. When the susceptibility to cutting is increased, the fatigue strength of the steel is more likely to be affected by fine surface scratches.

또, 인성이 낮은 강은 일단 피로 균열이 발생하면, 균열의 진전이 빨라지고, 또한 파괴도 대규모인 것이 된다.Further, in the case of a steel having a low toughness, once a fatigue crack is generated, the crack progresses faster and the fracture becomes large.

또한, 열간 단조로 발생한 변형을 냉간으로 교정하려고 한 경우, 강의 인성이 너무 낮아지면, 냉간으로도 교정이 어려워지는 경우도 있다.Further, in the case of attempting to cold-deform a deformation caused by hot forging, if the toughness of the steel becomes too low, it may become difficult to calibrate even by cold.

특허 문헌 1에 개시된 강은, 시효 처리 전의 경도가 40HRC까지 허용되어 있어, 경도가 매우 높기 때문에, 피삭성의 확보가 어렵고, 구체적으로는 절삭 저항이 높으며, 공구 수명이 짧아지기 때문에, 절삭 비용이 커져 버린다. 구체적인 예로서 개시되어 있는 강에는, 시효 처리 전의 경도가 40HRC를 밑도는 것도 포함되어 있으나, 그것들은 1.4% 이상의 Mo를 함유하고 있는데다가, 인성이 전혀 고려되어 있지 않다.The steel disclosed in Patent Document 1 has a hardness of up to 40 HRC before the aging treatment and is very high in hardness, so it is difficult to secure the machinability, specifically, the cutting resistance is high and the tool life is short, Throw away. The steel disclosed as a specific example includes those having a hardness of not more than 40 HRC before aging, but they contain Mo of at least 1.4%, and toughness is not considered at all.

특허 문헌 2에 개시된 강은, 합금 원소의 함유량을, 특정의 파라미터식을 만족하도록 조정함으로써, Mo의 함유량을 비교적 줄이면서, 시효 처리 전(열간 단조 후)의 경도가 300HV 이하이고, 시효 처리 후의 경도가 300HV 이상으로 되어 있다. 그런데, 시효 처리 후의 인성을 높이는 방법이 충분히 알려져 있지 않다.The steel disclosed in Patent Document 2 has a hardness of 300 HV or less before the aging treatment (after hot forging) while relatively decreasing the content of Mo by adjusting the content of the alloy element so as to satisfy the specific parameter formula, And the hardness is 300 HV or more. However, a method of increasing the toughness after the aging treatment is not sufficiently known.

그래서, 본 발명의 목적은, 하기의 <1>~<3>을 만족하는 시효 경화성 강을 제공하는 것에 있다.Therefore, an object of the present invention is to provide a time-hardening steel satisfying <1> to <3> below.

<1> 절삭 저항 및 공구 수명과 관계되는 열간 단조 후의 경도가 충분히 낮은 것. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 열간 단조 후의 경도를, 「시효 처리 전의 경도」라고 한다.<1> Hardness sufficiently low after hot forging in relation to cutting resistance and tool life. In the following description, the hardness after hot forging is referred to as &quot; hardness before aging treatment &quot;.

<2> 시효 처리에 의해 경화하고, 기계 부품에 원하는 피로 강도를 구비시킬 수 있는 것.<2> Cured by aging treatment and capable of providing desired mechanical fatigue strength to machine parts.

<3> 시효 처리 후의 인성이 높은 것.<3> High toughness after aging treatment.

구체적으로는, 본 발명의 목적은, 시효 처리 전의 경도가 290HV 이하이며, 시효 처리에 의해 경도가 HV로 25 이상 경화하고, 또한 후술하는 피로 강도가 350MPa 이상이며, 더욱이 JIS Z 2242에 기재된, 노치 깊이 2mm 및 노치 바닥 반경 1mm의 U 노치 부착된 표준 시험편을 이용하여 실시한 샤르피 충격 시험으로 평가한 시효 처리 후의 20℃에서의 흡수 에너지가 16J 이상이 되는 시효 경화성 강을, 강 중의 Mo함유량이 1.0질량% 이하의 화학 조성으로 제공하는 것이다.Specifically, the object of the present invention is to provide a method of manufacturing a steel sheet having a hardness of 290 HV or less before aging, a hardness of 25 or more at HV by aging treatment, a fatigue strength of 350 MPa or more to be described later, An aged hardening steel having an absorbed energy of 16 J or more at 20 캜 after aging evaluated by a Charpy impact test using a standard test piece with a U notch with a depth of 2 mm and a notched bottom radius of 1 mm was used to measure the Mo content in the steel to 1.0 mass % Or less.

본 발명자들은, 상기의 과제를 해결하기 위해, 우선, 화학 조성을 여러 가지로 조정한 강을 이용하여, 조사를 실시했다. 그 결과, 하기 (a)~(c)의 지견을 얻었다.In order to solve the above problems, the present inventors conducted the investigation using a steel whose chemical composition was variously adjusted. As a result, the following findings (a) to (c) were obtained.

(a) V는, 고온으로부터의 방랭시의 탄화물의 석출 피크가 750~700℃ 정도이다. 예를 들어, 0.3질량%의 V와 0.1질량%의 C를 포함하는 강에 있어서는, V는 일단 매트릭스 중에 고용하면 850℃ 부근까지는 석출되지 않기 때문에, 열간 단조 중의 석출을 억제하는 것이 비교적 용이하다.(a) V has a precipitation peak of the carbide at a temperature of 750 to 700 占 폚 at the time of cooling from a high temperature. For example, in a steel containing 0.3% by mass of V and 0.1% by mass of C, it is relatively easy to suppress precipitation in hot forging, since V is not precipitated until around 850 ° C once it is solved in the matrix.

(b) V의 탄화물은, 오스테나이트가 페라이트로 변태할 때에 상 계면에서 석출되기 쉽다. 따라서, 열간 단조 후의 냉각 중에 초석 페라이트가 다량으로 생성된 경우에는, V의 탄화물이 상 계면에서 석출되어, 고용 V의 양이 감소하므로, 시효 처리 중에 석출되고 경화하는데 필요한 양의 고용 V를 확보할 수 없게 된다.(b) The carbide of (V) tends to precipitate at the phase interface when the austenite is transformed into ferrite. Therefore, when a large amount of pro-eutectoid ferrite is produced during cooling after hot forging, the carbide of V precipitates at the phase interface and the amount of solid solution V decreases, so that the amount of solid solution V necessary for curing Can not.

(c) 따라서, 시효 처리 전의 단계에서 고용 V를 확보하기 위해서는, 열간 단조 후의 조직에 있어서, 주상을 베이나이트로 하는 것이 필요하다.(c) Therefore, in order to secure the solid solution V at the stage before the aging treatment, it is necessary to convert the bainite to the columnar phase in the structure after hot forging.

그래서 다음에, 본 발명자들은, 0.25질량% 이상의 V를 포함하는 강에 대해, 강의 화학 조성을 여러 가지로 변화시키고, 조직의 베이나이트의 면적률이 안정적으로 높아지기 위한 조건을 조사했다. 또한, 그들 강에 시효 처리를 실시했을 때의 시효 경화 능력을 조사했다. 그 결과, 하기 (d)~(f)의 지견을 얻었다.Therefore, the inventors of the present invention investigated conditions for stably increasing the area ratio of the bainite of the structure by varying the chemical composition of the steel to a steel containing 0.25 mass% or more of V. In addition, the aging hardening ability when the steel was aged was examined. As a result, the following findings (d) to (f) were obtained.

(d) 열간 단조 후의 조직은, C, Mn, Cr 및 Mo의 함유량과 밀접한 상관을 가진다. 즉, 상기 원소의 함유량이, 후술하는 담금질성의 지표를 나타내는 (1)식으로 표시되는 값이 특정 범위가 되도록 제어되고 있으면, 고용 V의 확보에 유해한 초석 페라이트의 다량의 석출이 억제된다. 이로 인해, 용이하게, 베이나이트를 주상으로 하는 조직, 즉, 면적률로 70% 이상이 베이나이트인 조직이 되어, 충분한 양의 고용 V를 확보할 수 있다.(d) The structure after hot forging has a close correlation with the contents of C, Mn, Cr and Mo. That is, if the content of the element is controlled so that the value represented by the expression (1) representing the hardenability index described later becomes a specific range, a large amount of pro-eutectoid ferrite which is detrimental to securing the solid solution V is suppressed. As a result, a structure having bainite as a main phase, that is, a bainite structure having an area ratio of 70% or more can be easily obtained, and a sufficient amount of solid solution V can be secured.

(e) C, Mn, Cr 및 Mo의 함유량이, 상기 (d)에서 서술한 (1)식이 특정 범위가 된다고 하는 조건을 만족하는 것 만으로는, 고용 강화 등의 작용에 의해, 시효 처리 전의 경도가 높아지므로 절삭시의 절삭 저항이 상승하고, 공구 수명이 저하하는 경우가 있다.(e) When the content of C, Mn, Cr and Mo satisfies the condition that the expression (1) described in (d) is in the specific range, the hardness before the aging treatment So that the cutting resistance at the time of cutting increases and the tool life is sometimes lowered.

(f) 한편, C, Si, Mn, Cr, V 및 Mo의 함유량이, 후술하는 (2)식으로 표시되는 값이 특정 범위가 되도록 제어되고 있으면, 상기 시효 처리 전의 경도를 낮게 유지할 수 있다.(f) On the other hand, if the content of C, Si, Mn, Cr, V and Mo is controlled such that the value represented by the formula (2) described below becomes a specific range, the hardness before the aging treatment can be kept low.

그래서 또한, 본 발명자들은, 0.25질량% 이상의 V를 포함하고, C, Si, Mn, Cr, Mo 및 V의 함유량이 상기의 (d) 및 (f)에서 서술한 조건을 함께 만족하는 강을 열간 단조한 후에 시효 처리를 실시하며, 노치 깊이 2mm 및 노치 바닥 반경 1mm의 U 노치 부착된 표준 시험편을 이용하여 실시한 샤르피 충격 시험으로 평가한 시효 처리 후의 20℃에서의 흡수 에너지가 16J 이상이 되는 조건을 조사했다. 그 결과, 하기의 (g)~(i)의 지견을 얻었다.Therefore, the present inventors have also found that when a steel containing 0.25 mass% or more of V and containing C, Si, Mn, Cr, Mo and V satisfies the conditions described in (d) and (f) After the forging, the aging treatment was carried out. Under the condition that the absorbed energy at 20 ° C after aging evaluated by the Charpy impact test using the standard notched U-notched test piece having a notch depth of 2 mm and a notched bottom radius of 1 mm was not less than 16 J I investigated. As a result, the following findings (g) to (i) were obtained.

(g) 시효 처리 후의 인성을 열화시키는 원소는 C, V, Mo 및 Ti이다. 이 중, Ti는, N 및/또는 C와 결합함으로써, TiN 및/또는 TiC를 형성한다. TiN 및/또는 TiC가 석출되면, 피로 강도는 높아지는 경우도 있는데, 인성을 큰 폭으로 저하시킨다. Ti의 인성을 열화시키는 작용의 힘은, 같은 석출 강화 원소인 V 및 Mo와 비교하면, 매우 크다. 그로 인해, Ti는 극력 제한해야만 한다. C는, 강 중에서 시멘타이트를 형성시켜, 벽개 파괴의 기점이 될 수 있다. C량에 대해 과잉인 양의 V나 Mo를 함유한 강을 시효 처리한 경우여도, 일부의 시멘타이트는 잔존한다. V와 Mo도, 시효 처리에 의해 매트릭스의 동일한 결정면에 탄화물을 석출함으로써, 벽개 파괴의 진전을 조장하여 인성을 열화시킨다. 따라서, 인성을 높이기 위해서는, C, V 및 Mo의 함유량을 줄일 필요가 있다.(g) Elements which degrade toughness after aging are C, V, Mo and Ti. Among them, Ti forms TiN and / or TiC by bonding with N and / or C. When TiN and / or TiC are precipitated, the fatigue strength may be increased, and the toughness is greatly reduced. The action force for deteriorating the toughness of Ti is very large as compared with V and Mo which are the same precipitation strengthening elements. As a result, Ti has to be extremely limited. C forms a cementite in the steel, which can be a starting point of cleavage failure. Even when a steel containing an excessive amount of V or Mo is excessively treated with respect to the amount of C, some of the cementites remain. V and Mo also precipitate carbide on the same crystal face of the matrix by the aging treatment, thereby promoting the progress of cleavage fracture and deteriorating toughness. Therefore, in order to increase the toughness, it is necessary to reduce the contents of C, V and Mo.

(h) 또, 인성을 높이기 위해서는, 베이나이트 조직을 미세화시킬 필요가 있다. 베이나이트 조직을 미세화하기 위해서는, 오스테나이트로부터의 베이나이트의 변태 온도를 낮추면 된다. 베이나이트의 변태 온도를 낮추기 위해서는, 베이나이트 변태 개시 온도를 저하시키는 Mn 및 Cr의 함유량을 많게 하면 된다.(h) In order to increase the toughness, it is necessary to make the bainite structure finer. In order to make the bainite structure finer, the transformation temperature of bainite from the austenite may be lowered. In order to lower the transformation temperature of bainite, the content of Mn and Cr, which lower the bainite transformation start temperature, may be increased.

(i) 이상의 것으로부터, 높은 강도를 가지는 시효 경화성 강에 충분한 인성을 부여하기 위해서는, C, Mn, Cr, V 및 Mo의 함유량에 대해, 후술하는 시효 처리 후의 인성의 지표를 나타내는 (3)식으로 표시되는 값이 특정의 값 이상이 되도록 제어할 필요가 있고, 또한, 강 중에 인성에 유해한 개재물 및 석출물이 포함되지 않도록, Ti의 함유량을 특정의 값 이하로 할 필요가 있다.(i) From the above, in order to impart sufficient toughness to the age hardening steel having high strength, the content of C, Mn, Cr, V, Is controlled to be not less than a specific value and the content of Ti is required to be not more than a specific value so that inclusions and precipitates harmful to toughness are not included in the steel.

본 발명은, 상기의 지견을 바탕으로 하여 이루어진 것으로, 그 요지는, 하기에 개시하는 시효 경화성 강에 있다.The present invention has been made on the basis of the above knowledge, and the gist of the present invention resides in the age hardening steel described below.

(1) 질량%로, C:0.05~0.20%, Si:0.01~0.50%, Mn:1.5~2.5%, S:0.005~0.08%, Cr:0.03~0.50%, Al:0.005~0.05%, V:0.25~0.50%, Mo:0~1.0%, Cu:0~0.3%, Ni:0~0.3%, Ca:0~0.005% 및 Bi:0~0.4%와,(1) A ferritic stainless steel comprising, by mass%, C: 0.05 to 0.20%, Si: 0.01 to 0.50%, Mn: 1.5 to 2.5%, S: 0.005 to 0.08%, Cr: 0.03 to 0.50% , 0 to 0.3% of Ni, 0 to 0.3% of Ca, 0 to 0.005% of Ca, 0 to 0.4% of Bi, 0.2 to 0.50% of Mo, 0 to 1.0%

잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고,The balance being Fe and impurities,

불순물 중의 P, Ti 및 N이, P:0.03% 이하, Ti:0.005% 미만 및 N:0.0080% 미만이며,P, Ti and N in the impurities are not more than 0.03% of P, less than 0.005% of Ti and less than 0.0080% of N,

또한, 하기의, (1)식으로 표시되는 F1이 0.68 이상, (2)식으로 표시되는 F2가 0.85 이하, 또한 (3)식으로 표시되는 F3이 0.00 이상인 화학 조성을 가지는, 시효 경화성 강.The age hardening steel having a chemical composition represented by the following formula (1): 0.68 or more, F2 represented by the formula (2): 0.85 or less, and F3 represented by the formula (3): 0.00 or more.

F1=C+0.3Mn+0.25Cr+0.6Mo …(1)F1 = C + 0.3Mn + 0.25Cr + 0.6Mo ... (One)

F2=C+0.1Si+0.2Mn+0.15Cr+0.35V+0.2Mo …(2)F2 = C + 0.1Si + 0.2Mn + 0.15Cr + 0.35V + 0.2Mo ... (2)

F3=-4.5C+Mn+Cr-3.5V-0.8Mo…(3)F3 = -4.5C + Mn + Cr-3.5V-0.8Mo ... (3)

상기의 (1)~(3)식 중의 원소 기호는, 그 원소의 질량%로의 함유량을 의미한다.The symbol of the element in the above formulas (1) to (3) means the content by mass% of the element.

(2) 화학 조성이, 질량%로, 하기의 <1>~<3>에 나타내는 원소로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 상기 (1)에 기재된 시효 경화성 강.(2) The age-hardening steel according to (1) above, wherein the chemical composition comprises, by mass%, at least one element selected from the following elements <1> to <3>.

<1> Mo:0.05~1.0%&Lt; 1 > Mo: 0.05 to 1.0%

<2> Cu:0.1~0.3% 및 Ni:0.1~0.3%, 및&Lt; 2 > Cu: 0.1 to 0.3% and Ni: 0.1 to 0.3%, and

<3> Ca:0.0005~0.005% 및 Bi:0.03~0.4%&Lt; 3 > Ca: 0.0005 to 0.005% and Bi: 0.03 to 0.4%

(3) 주상이 베이나이트이며, 상기 베이나이트의 평균 블록 사이즈가 15~60㎛인, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 시효 경화성 강.(3) The age-hardening steel according to (1) or (2) above, wherein the main phase is bainite and the average block size of the bainite is 15 to 60 탆.

(4) 경도가 290HV 이하인, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 시효 경화성 강.(4) The age-hardening steel according to any one of (1) to (3), wherein the hardness is 290 HV or less.

본 발명의 시효 경화성 강은, 시효 처리 전의 경도가 290HV 이하가 된다. 게다가, 본 발명의 시효 경화성 강을 이용하면, 절삭 가공 후에 실시되는 시효 처리에 의해 경도가 HV로 25 이상 경화함과 더불어, 350MPa 이상의 피로 강도와, 노치 깊이 2mm 및 노치 바닥 반경 1mm의 U 노치 부착된 표준 시험편을 이용하여 실시한 샤르피 충격 시험으로 평가한 시효 처리 후의 20℃에서의 흡수 에너지가 16J 이상이라고 하는 뛰어난 인성을 확보할 수 있다. 이로 인해, 본 발명의 시효 경화성 강은, 자동차, 산업 기계, 건설 기계 등의 기계 부품의 소재로서 매우 적절하게 이용할 수 있다.The age hardening steel of the present invention has a hardness before aging of 290 HV or less. Furthermore, when the age hardening steel of the present invention is used, hardness of not less than 25 at HV is hardened by aging treatment after cutting, fatigue strength of not less than 350 MPa, notch depth of 2 mm and notch bottom radius of 1 mm Excellent absorption of energy at 20 deg. C after aging evaluated by Charpy impact test using standard test specimens of not less than 16 J can be ensured. As a result, the age hardening steel of the present invention can be suitably used as a material for mechanical parts such as automobiles, industrial machines, and construction machines.

도 1은 실시예에서 이용한 한축의 인장 압축형의 피로 시험편의 형상을 도시하는 도이다. 도면 중의 수치는 치수(단위:mm)를 나타낸다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a view showing a shape of a tensile compression type fatigue test piece of one axis used in the embodiment. Fig. The numerical values in the figure indicate dimensions (unit: mm).

이하, 본 발명의 각 요건에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 각 원소의 함유량의 「%」는 「질량%」를 의미한다.Hereinafter, each of the requirements of the present invention will be described in detail. In addition, "%" of the content of each element means "% by mass".

C:0.05~0.20%C: 0.05 to 0.20%

C는, 본 발명에 있어서 중요한 원소이다. C는, V와 결합하여 탄화물을 형성하고, 강을 강화한다. 그러나, C의 함유량이 0.05% 미만에서는, V의 탄화물이 석출되기 어려워지기 때문에, 원하는 강화 효과가 얻어지지 않는다. 한편, C의 함유량이 너무 많아지면, V나 Mo와 결합하지 않는 C가 Fe와 탄화물(시멘타이트)을 형성하는 양이 증가하기 때문에, 인성을 열화시켜 버린다. 따라서, C의 함유량을 0.05~0.20%로 했다. C의 함유량은, 0.08% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.10% 이상으로 하는 것이 한층 바람직하다. 또, C의 함유량은 0.18% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.16% 이하로 하는 것이 한층 바람직하다.C is an important element in the present invention. C combines with V to form carbides and strengthen the steel. However, when the content of C is less than 0.05%, the carbide of V is hardly precipitated, so that a desired strengthening effect can not be obtained. On the other hand, if the content of C is too large, C, which is not bonded to V or Mo, increases the amount of Fe and carbide (cementite) to be formed, thereby deteriorating toughness. Therefore, the content of C was set to 0.05 to 0.20%. The content of C is preferably 0.08% or more, more preferably 0.10% or more. The content of C is preferably 0.18% or less, more preferably 0.16% or less.

Si:0.01~0.50%Si: 0.01 to 0.50%

Si는, 제강시의 탈산 원소로서 유용함과 동시에, 매트릭스에 고용하여 강의 강도를 향상시키는 작용을 가진다. 이러한 효과를 충분히 얻기 위해서는, Si는 0.01% 이상의 함유량으로 할 필요가 있다. 그러나, Si의 함유량이 과잉이 되면, 강의 열간 가공성을 저하시키고, 또 시효 처리 전의 경도가 높아진다. 따라서, Si의 함유량을 0.01~0.50%로 했다. Si의 함유량은, 0.06% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또, Si의 함유량은, 0.45% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.35%를 밑도는 것이 한층 바람직하다.Si is useful as a deoxidizing element at the time of steelmaking, and has an effect of improving the strength of steel by being incorporated into the matrix. In order to sufficiently obtain such an effect, the Si content needs to be 0.01% or more. However, if the Si content is excessive, the hot workability of the steel is lowered, and the hardness before the aging treatment is increased. Therefore, the content of Si is set to 0.01 to 0.50%. The content of Si is preferably 0.06% or more. The content of Si is preferably 0.45% or less, more preferably 0.35% or less.

Mn:1.5~2.5%Mn: 1.5 to 2.5%

Mn은, 담금질성을 향상시키고, 조직의 주상을 베이나이트로 하는 효과를 가진다. 또한, 베이나이트 변태 온도를 저하시킴으로써, 베이나이트 조직을 미세화시켜 매트릭스의 인성을 높이는 효과도 가진다. 또, Mn은, 강 중에서 MnS를 형성하고 절삭시의 부스러기 처리성을 향상시키는 작용을 가진다. 이러한 효과를 충분히 얻기 위해서는, Mn은 적어도 1.5%의 함유량으로 할 필요가 있다. 그러나, Mn은 강의 응고시에 편석하기 쉬운 원소이기 때문에, 함유량이 너무 많아지면, 열간 단조 후의 부품 내의 경도의 편차가 커지는 것을 피할 수 없다. 따라서, Mn의 함유량을 1.5~2.5%로 했다. Mn의 함유량은, 1.6% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 1.7% 이상으로 하는 것이 한층 바람직하다. 또, Mn의 함유량은, 2.3% 이하로 하는 것이 바람직하고, 2.1% 이하로 하는 것이 한층 바람직하다.Mn has an effect of improving hardenability and making bainite the main phase of the structure. Further, by lowering the bainite transformation temperature, it also has an effect of increasing the toughness of the matrix by making the bainite structure finer. Further, Mn has the function of forming MnS in the steel and improving the debris processability at the time of cutting. In order to sufficiently obtain such an effect, the content of Mn should be at least 1.5%. However, since Mn is an element that is liable to segregate at the time of solidification of steel, if the content is too large, it is inevitable that the variation in hardness in parts after hot forging becomes large. Therefore, the content of Mn was set to 1.5 to 2.5%. The content of Mn is preferably 1.6% or more, and more preferably 1.7% or more. The content of Mn is preferably 2.3% or less, more preferably 2.1% or less.

S:0.005~0.08%S: 0.005 to 0.08%

S는, 강 중에서 Mn과 결합하여 MnS를 형성하고, 절삭시의 부스러기 처리성을 향상시키므로, 0.005% 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, S의 함유량이 많아지면, 조대한 MnS가 증가하여 인성과 피로 강도를 열화시킨다. 따라서, S의 함유량을 0.005~0.08%로 했다. S의 함유량은, 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또, S의 함유량은, 0.05% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.03% 이하로 하는 것이 한층 바람직하다.S is required to be contained in an amount of 0.005% or more, because it combines with Mn in the steel to form MnS and improves the disposal property at the time of cutting. However, when the content of S is increased, coarse MnS is increased to deteriorate toughness and fatigue strength. Therefore, the content of S was set to 0.005 to 0.08%. The content of S is preferably 0.01% or more. The content of S is preferably 0.05% or less, more preferably 0.03% or less.

Cr:0.03~0.50%Cr: 0.03-0.50%

Cr은, Mn과 마찬가지로 담금질성을 높이고, 조직의 주상을 베이나이트로 하는 효과를 가진다. 또한, 베이나이트 변태 온도를 저하시킴으로써, 베이나이트 조직을 미세화시켜 매트릭스의 인성을 높이는 효과도 가진다. 그러나, Cr의 함유량이 0.50%를 초과하면, 담금질성이 커지고, 부품의 크기나 부위에 따라서는 시효 처리 전의 경도가 290HV를 초과하는 경우가 있다. 따라서, Cr의 함유량을 0.03~0.50%로 했다. Cr의 함유량은, 0.05% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.15% 이상으로 하는 것이 한층 바람직하다.Cr, like Mn, has the effect of increasing the hardenability and bainite the main phase of the structure. Further, by lowering the bainite transformation temperature, it also has an effect of increasing the toughness of the matrix by making the bainite structure finer. However, if the content of Cr exceeds 0.50%, the hardenability becomes large, and the hardness before the aging treatment may exceed 290 HV depending on the size and part of the component. Therefore, the content of Cr was set to 0.03 to 0.50%. The Cr content is preferably 0.05% or more, more preferably 0.15% or more.

Al:0.005~0.05%Al: 0.005 to 0.05%

Al은 탈산 작용을 가지는 원소이며, 이 효과를 얻기 위해 0.005% 이상의 함유량으로 할 필요가 있다. 그러나, Al을 과잉으로 함유하면, 조대한 산화물이 생성되게 되고, 인성이 저하한다. 따라서, Al의 함유량을 0.005~0.05%로 했다. Al의 함유량은, 0.04% 이하로 하는 것이 바람직하다.Al is an element having a deoxidizing action, and it is necessary to set the Al content to 0.005% or more in order to obtain this effect. However, when Al is contained excessively, a coarse oxide is produced, and toughness is lowered. Therefore, the content of Al is set to 0.005 to 0.05%. The content of Al is preferably 0.04% or less.

V:0.25~0.50%V: 0.25 to 0.50%

V는, 본 발명의 강에 있어서의 가장 중요한 원소이다. V는, 시효 처리시에 C와 결합하여 미세한 탄화물을 형성함으로써, 피로 강도를 높이는 작용이 있다. 또, 강 중에 Mo를 함유한 경우, V에는, 시효 처리에 의해, Mo와 복합하여 석출하고, 시효 경화 능력을 한층 높이는 효과도 있다. 이러한 효과를 충분히 얻기 위해서는, V는 0.25% 이상의 함유량으로 할 필요가 있다. 그러나, V의 함유량이 과잉이 되면, 열간 단조시의 가열에 있어서도 미고용의 탄질화물이 남기 쉬워져 인성의 저하를 초래한다. 게다가, V의 함유량이 과잉이 되면, 시효 처리 전의 경도가 높아져 버리는 경우가 있다. 따라서, V의 함유량을 0.25~0.50%로 했다. V의 함유량은, 0.45%를 밑도는 것이 바람직하고, 0.40% 이하로 하는 것이 한층 바람직하다. 또, V의 함유량은, 0.27% 이상으로 하는 것이 바람직하다.V is the most important element in the steel of the present invention. V has an effect of increasing the fatigue strength by forming fine carbides in combination with C at aging treatment. Further, when Mo is contained in the steel, V is precipitated in combination with Mo by aging treatment, and the effect of increasing the age hardening ability is further enhanced. In order to obtain such an effect sufficiently, the content of V must be 0.25% or more. However, if the content of V is excessively high, the non-solidified carbonitride tends to remain in the heating at the time of hot forging, and toughness is lowered. In addition, if the content of V is excessive, the hardness before the aging treatment may increase. Therefore, the content of V was set to 0.25 to 0.50%. The content of V is preferably 0.45% or less, more preferably 0.40% or less. The content of V is preferably 0.27% or more.

Mo:0~1.0%Mo: 0 to 1.0%

Mo는 V와 마찬가지로, 탄화물의 석출 온도가 비교적 낮아, 시효 경화에 활용하기 쉬운 원소이다. Mo는, 담금질성을 높이고, 열간 단조 후의 조직의 주상을 베이나이트로 함과 더불어, 그 면적률을 크게 하는 작용을 가진다. Mo는, V와 복합적으로 탄화물을 형성하고, 시효 경화 능력을 크게 하는 작용도 가진다. 이로 인해, 필요에 따라 Mo를 함유시켜도 된다. 그러나, Mo는 매우 고가의 원소이기 때문에, 함유량이 많아지면 강의 제조 비용이 증대하고, 또한 인성도 저하한다. 따라서, Mo를 함유시키는 경우에는, 그 양을 1.0% 이하로 했다. Mo의 함유량은, 0.50% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.40% 이하로 하는 것이 한층 바람직하며, 0.30%를 밑도는 것이 보다 한층 바람직하다.Like Mo, Mo has a relatively low carbide precipitation temperature and is an element that is easy to use for aging hardening. Mo has an effect of enhancing hardenability, making bainite the main phase of the structure after hot forging, and increasing the area ratio thereof. Mo has a function of forming a carbide complex with V and increasing the age hardening ability. For this reason, Mo may be added as needed. However, since Mo is a very expensive element, the production cost of steel is increased and the toughness is lowered as the content is increased. Therefore, when Mo is contained, the amount is made 1.0% or less. The content of Mo is preferably 0.50% or less, more preferably 0.40% or less, still more preferably 0.30% or less.

한편, 상기의 Mo의 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, 그 함유량을 0.05% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.10% 이상으로 하는 것이 한층 바람직하다.On the other hand, in order to stably obtain the above effect of Mo, the content thereof is preferably 0.05% or more, more preferably 0.10% or more.

Cu 및 Ni는, 모두, 피로 강도를 높이는 작용을 가진다. 이로 인해, 보다 큰 피로 강도를 얻고 싶은 경우에는, 이들 원소를 이하에 서술하는 범위로 함유시켜도 된다.Both Cu and Ni have an action of increasing the fatigue strength. For this reason, when it is desired to obtain a larger fatigue strength, these elements may be contained in the range described below.

Cu:0~0.3%Cu: 0 to 0.3%

Cu는, 피로 강도를 향상시키는 작용을 가진다. 이로 인해, 필요에 따라 Cu를 함유시켜도 된다. 그러나, Cu의 함유량이 많아지면, 열간 가공성이 저하한다. 따라서, Cu를 함유시키는 경우에는, 그 양을 0.3% 이하로 했다. Cu의 함유량은, 0.25% 이하로 하는 것이 바람직하다.Cu has an effect of improving the fatigue strength. For this reason, Cu may be contained as needed. However, if the content of Cu increases, the hot workability decreases. Therefore, when Cu is contained, the content thereof is set to 0.3% or less. The content of Cu is preferably 0.25% or less.

한편, 상기의 Cu의 피로 강도를 높이는 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, 그 함유량을 0.1% 이상으로 하는 것이 바람직하다.On the other hand, in order to stably obtain the above effect of increasing the fatigue strength of Cu, the content thereof is preferably 0.1% or more.

Ni:0~0.3%Ni: 0 to 0.3%

Ni는, 피로 강도를 향상시키는 작용을 가진다. 또한, Ni는, Cu에 의한 열간 가공성의 저하를 억제하는 작용도 가진다. 이로 인해, 필요에 따라 Ni를 함유시켜도 된다. 그러나, Ni의 함유량이 많아지면, 비용이 커지는 것에 더해 상기의 효과도 포화한다. 따라서, Ni를 함유시키는 경우에는, 그 양을 0.3% 이하로 했다. Ni의 함유량은, 0.25% 이하로 하는 것이 바람직하다.Ni has an action of improving the fatigue strength. Ni also has an effect of suppressing the deterioration of hot workability caused by Cu. For this reason, Ni may be added as needed. However, if the content of Ni is increased, the above effect is saturated in addition to the cost. Therefore, when Ni is contained, the amount thereof is set to 0.3% or less. The content of Ni is preferably 0.25% or less.

한편, 상기의 Ni의 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, 그 함유량을 0.1% 이상으로 하는 것이 바람직하다.On the other hand, in order to stably obtain the above effect of Ni, its content is preferably 0.1% or more.

상기의 Cu 및 Ni는, 그 중의 어느 1종만, 또는, 2종의 복합으로 함유시킬 수 있다. 함유시키는 경우의 상기 원소의 합계 함유량은, Cu 및 Ni의 함유량이 각각의 상한값인 경우의 0.6%여도 된다.The above-mentioned Cu and Ni may be contained in any one of them or in a combination of two kinds. , The total content of the above elements may be 0.6% in the case where the contents of Cu and Ni are respectively the upper limit values.

Ca 및 Bi는, 모두, 절삭시의 공구 수명을 장수명화하는 작용을 가진다. 이로 인해, 공구 수명을 한층 길게 하고 싶은 경우에는, 이들 원소를 이하에 서술하는 범위로 함유시켜도 된다.Both Ca and Bi have an effect of lengthening the tool life at the time of cutting. Therefore, when it is desired to further extend the tool life, these elements may be contained in the range described below.

Ca:0~0.005%Ca: 0 to 0.005%

Ca는, 공구 수명을 장수명화하는 작용을 가진다. 이로 인해, 필요에 따라 Ca를 함유시켜도 된다. 그러나, Ca의 함유량이 많아지면, 조대한 산화물을 형성하고, 인성을 열화시킨다. 따라서, Ca를 함유시키는 경우에는, 그 양을 0.005% 이하로 했다. Ca의 함유량은, 0.0035% 이하로 하는 것이 바람직하다.Ca has the function of longevity of tool life. For this reason, Ca may be added as needed. However, when the Ca content is increased, a coarse oxide is formed and the toughness is deteriorated. Therefore, when Ca is contained, the content thereof is 0.005% or less. The content of Ca is preferably 0.0035% or less.

한편, 상기의 Ca의 공구 수명을 장수명화하는 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, Ca의 함유량을 0.0005% 이상으로 하는 것이 바람직하다.On the other hand, in order to stably obtain the above-mentioned effect of lengthening the tool life of Ca, the content of Ca is preferably 0.0005% or more.

Bi:0~0.4%Bi: 0 to 0.4%

Bi는, 절삭 저항을 저하시켜 공구 수명을 장수명화시키는 작용을 가진다. 이로 인해, 필요에 따라 Bi를 함유시켜도 된다. 그러나, Bi의 함유량이 많아지면, 열간 가공성의 저하를 초래한다. 따라서, Bi를 함유시키는 경우에는, 그 양을 0.4% 이하로 했다. Bi의 함유량은, 0.3% 이하로 하는 것이 바람직하다.Bi has an effect of reducing the cutting resistance and prolonging tool life. Therefore, Bi may be added as needed. However, if the Bi content is increased, the hot workability is lowered. Therefore, when Bi is contained, the amount thereof is set to 0.4% or less. The content of Bi is preferably 0.3% or less.

한편, 상기의 Bi의 공구 수명을 장수명화하는 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, Bi의 함유량을 0.03% 이상으로 하는 것이 바람직하다.On the other hand, in order to stably obtain the effect of lengthening the tool life of Bi, the content of Bi is preferably 0.03% or more.

상기의 Ca 및 Bi는, 그 중의 어느 1종만, 또는, 2종의 복합으로 함유시킬 수 있다. 함유시키는 경우의 이들 원소의 합계 함유량은, Ca 및 Bi의 함유량이 각각의 상한값인 경우의 0.405%여도 상관없으나, 0.3% 이하로 하는 것이 바람직하다.The Ca and Bi may be contained in any one of them or in a combination of two kinds. , The content of these elements may be 0.405% in the case where the contents of Ca and Bi are each the upper limit value, but it is preferable that the total content is 0.3% or less.

본 발명의 시효 경화성 강은, 상기 서술한 원소와, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 불순물 중의 P, Ti 및 N이, P:0.03% 이하, Ti:0.005% 미만 및 N:0.0080% 미만이며, 또한, 상기의, (1)식으로 표시되는 F1이 0.68 이상, (2)식으로 표시되는 F2가 0.85 이하, 또한 (3)식으로 표시되는 F3이 0.00 이상인 화학 조성을 가지는 강이다.The age hardening steel of the present invention is characterized in that P, Ti and N in the impurity are composed of 0.03% or less of P, less than 0.005% of Ti and less than 0.0080% of N, Further, the above-mentioned F1 is a steel having a chemical composition of F1 of 0.68 or more, F2 of the formula (2) of 0.85 or less, and F3 of the formula (3) of 0.00 or more.

또한, 불순물이란, 철강 재료를 공업적으로 제조할 때에, 원료로서의 광석, 스크랩 또는 제조 환경 등으로부터 혼입하는 것을 가리킨다.The impurities are those which are incorporated from an ore, a scrap or a manufacturing environment as a raw material when industrially producing a steel material.

P:0.03% 이하P: not more than 0.03%

P는, 불순물로서 함유되고, 본 발명에 있어서 바람직하지 않은 원소이다. 즉, P는, 입계에 편석함으로써 인성을 저하시킨다. 따라서, P의 함유량을 0.03% 이하로 했다. P의 함유량은, 0.025% 이하로 하는 것이 바람직하다.P is an element which is contained as an impurity and which is undesirable in the present invention. In other words, P segregates at the grain boundaries to deteriorate toughness. Therefore, the content of P was 0.03% or less. The content of P is preferably 0.025% or less.

Ti:0.005% 미만Ti: less than 0.005%

Ti는, 불순물로서 함유되고, 본 발명에 있어서 특히 바람직하지 않은 원소이다. 즉, Ti는, N 및/또는 C와 결합함으로써, TiN 및/또는 TiC를 형성하여 인성의 저하를 초래하고, 특히 그 함유량이 0.005% 이상이 되면, 크게 인성을 열화시킨다. 따라서, Ti의 함유량을 0.005% 미만으로 했다. 양호한 인성을 확보하기 위해서는, Ti의 함유량은, 0.0035% 이하로 하는 것이 바람직하다.Ti is contained as an impurity and is a particularly undesirable element in the present invention. In other words, Ti bonds with N and / or C to form TiN and / or TiC, resulting in deterioration of toughness. Particularly, when the content is 0.005% or more, the toughness deteriorates. Therefore, the content of Ti is made less than 0.005%. In order to ensure good toughness, the content of Ti is preferably 0.0035% or less.

N:0.0080% 미만N: less than 0.0080%

N은, 불순물로서 함유되고, 본 발명에 있어서는, V를 질화물로서 고정해 버리는 바람직하지 않은 원소이다. 즉, 질화물로서 석출된 V는 시효 경화에 기여하지 않게 되기 때문에, 질화물의 석출을 억제하기 위해, N의 함유량은 낮게 해야만 한다. 그러기 위해서는, N의 함유량은 0.0080% 미만으로 할 필요가 있다. N의 함유량은, 0.0070% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.0060% 미만으로 하는 것이 한층 바람직하다.N is contained as an impurity, and in the present invention, it is an undesirable element which fixes V as a nitride. In other words, V precipitated as nitride does not contribute to the age hardening, so that the content of N should be decreased in order to suppress the precipitation of nitride. For this purpose, the content of N should be less than 0.0080%. The content of N is preferably 0.0070% or less, more preferably 0.0060% or less.

F1:0.68 이상F1: More than 0.68

본 발명의 시효 경화성 강은,The age hardening steel of the present invention,

F1=C+0.3Mn+0.25Cr+0.6Mo…(1)F1 = C + 0.3Mn + 0.25Cr + 0.6Mo ... (One)

로 표시되는 F1이, 0.68 이상이어야만 한다.F1 must be 0.68 or more.

이미 서술했던 대로, 상기의 (1)식 중의 원소 기호는, 그 원소의 질량%로의 함유량을 의미한다.As already described, the symbol of the element in the above formula (1) means the content by mass% of the element.

F1은, 담금질성에 대한 지표이다. 강에 포함되는 각 합금 원소의 양이 상기 서술한 범위 내이면, F1이 상기의 조건을 만족하면, 열간 단조 후의 조직이 베이나이트를 주상으로 하는 것이 된다.F1 is an index of hardenability. When the amount of each alloy element contained in the steel is within the above-mentioned range, if F1 satisfies the above-mentioned condition, the structure after hot forging becomes bainite as the main phase.

F1이 0.68 미만인 경우, 열간 단조 후의 조직에 초석 페라이트가 혼입하여, V의 탄화물이 상 계면에서 석출되기 때문에, 시효 처리 전의 경도가 상승하거나, 시효 경화 능력이 작아진다.When F1 is less than 0.68, pro-eutectoid ferrite enters the structure after hot forging and carbide of V precipitates at the upper interface, so that the hardness before the aging treatment increases and the age hardening ability decreases.

F1은, 0.70 이상인 것이 바람직하고, 0.72 이상인 것이 한층 바람직하다. 또, F1은, 1.0 이하인 것이 바람직하고, 0.98 이하인 것이 한층 바람직하다.F1 is preferably 0.70 or more, more preferably 0.72 or more. Further, F1 is preferably 1.0 or less, more preferably 0.98 or less.

F2:0.85 이하F2: Not more than 0.85

본 발명의 시효 경화성 강은,The age hardening steel of the present invention,

F2=C+0.1Si+0.2Mn+0.15Cr+0.35V+0.2Mo…(2)F2 = C + 0.1Si + 0.2Mn + 0.15Cr + 0.35V + 0.2Mo ... (2)

로 표시되는 F2가, 0.85 이하이어야만 한다.Should be 0.85 or less.

이미 서술했던 대로, 상기의 (2)식 중의 원소 기호는, 그 원소의 질량%로의 함유량을 의미한다.As already described, the symbol of the element in the above formula (2) means the content by mass% of the element.

F2는, 시효 처리 전의 경도를 나타내는 지표이다. 본 발명의 시효 경화성 강이, 상기의 F1의 조건을 만족하는 것 만으로는, 시효 처리 전의 경도가 너무 높아져, 절삭 가공시의 절삭 저항이 커지고, 공구 수명도 단수명화하는 경우가 있다.F2 is an index showing the hardness before the aging treatment. If the age-hardening steel of the present invention satisfies the above-mentioned condition of F1, the hardness before the aging treatment becomes too high, the cutting resistance at the time of cutting becomes large, and the tool life becomes short.

즉, F2가 0.85를 초과하면 시효 처리 전의 경도가 너무 높아진다. 시효 처리 전의 경도를 290HV 이하로 하기 위해서는, 상기한 각 합금 원소의 함유량을 규정한 범위 내로 하고, 또한, F1의 조건을 만족한 후에, F2의 조건을 만족할 필요가 있다.That is, when F2 exceeds 0.85, the hardness before the aging treatment becomes too high. In order to keep the hardness before the aging treatment to 290 HV or less, it is necessary to satisfy the condition of F2 after setting the content of each alloy element within the specified range and satisfying the condition of F1.

F2는, 0.82 이하인 것이 바람직하고, 0.80 이하인 것이 한층 바람직하다. 또, F2는, 0.55 이상인 것이 바람직하고, 0.60 이상이면 한층 바람직하다.F2 is preferably 0.82 or less, more preferably 0.80 or less. F2 is preferably 0.55 or more, more preferably 0.60 or more.

F3:0.00 이상F3: 0.00 or more

본 발명의 시효 경화성 강은,The age hardening steel of the present invention,

F3=-4.5C+Mn+Cr-3.5V-0.8Mo…(3)F3 = -4.5C + Mn + Cr-3.5V-0.8Mo ... (3)

로 표시되는 F3이, 0.00 이상이어야만 한다.Should be 0.00 or more.

이미 서술했던 대로, 상기의 (3)식 중의 원소 기호는, 그 원소의 질량%로의 함유량을 의미한다.As already described, the symbol of the element in the above formula (3) means the content by mass% of the element.

F3은, 시효 처리 후의 인성을 나타내는 지표이다. 즉, F1 및 F2의 조건을 만족하는 것 만으로는, 시효 처리 후의 인성이 저하하여 목표로 하는 인성을 확보할 수 없는 경우가 있다.F3 is an index showing the toughness after the aging treatment. That is, only when the conditions of F1 and F2 are satisfied, the toughness after the aging treatment is lowered, and the target toughness can not be secured in some cases.

즉, F3이 0.00 미만인 경우, 시효 처리 후의 인성이 저하한다. 목표로 하는 인성을 확보하기 위해서는, 상기한 각 합금 원소의 함유량을 규정한 범위 내로 하고, 또한, F1의 조건, 및, F2의 조건을 만족한 후에, F3의 조건을 만족할 필요가 있다.That is, when F3 is less than 0.00, the toughness after the aging treatment decreases. In order to secure the aimed toughness, it is necessary to satisfy the condition of F3 after the content of each of the above-described alloying elements is within a specified range and the condition of F1 and the condition of F2 are satisfied.

F3은, 0.01 이상인 것이 바람직하다.F3 is preferably 0.01 or more.

또한, F1이 0.68 이상, 또한 F2가 0.85 이하이면, F3의 상한에 대해 특히 한정을 설치할 필요는 없다.Further, if F1 is 0.68 or more and F2 is 0.85 or less, there is no need to particularly limit the upper limit of F3.

본 발명의 시효 경화성 강은, 베이나이트의 평균 블록 사이즈가 15~60㎛인 것이 바람직하다. 본 발명에서 베이나이트의 「블록」이란, EBSD(Electron BackScatter Diffraction)법에 의해, 조직의 방위 해석을 실시한 경우에, 방위차가 15°이상의 경계로 둘러싸인 영역을 말한다. 베이나이트의 평균 블록 사이즈가 클수록, 시효 전의 경도가 낮기 때문에, 양호한 피삭성이 얻어진다. 한편, 평균 블록 사이즈가 너무 크면, 인성이 낮아진다. 평균 블록 사이즈는, 20㎛ 이상이 보다 바람직하다. 또, 평균 블록 사이즈는, 45㎛ 이하가 보다 바람직하고, 30㎛ 이하가 보다 한층 바람직하다.The age hardening steel of the present invention preferably has an average block size of bainite of 15 to 60 mu m. In the present invention, the &quot; block &quot; of bainite refers to a region surrounded by a boundary having an azimuth difference of 15 degrees or more when the azimuthal analysis of the structure is performed by the EBSD (Electron Back Scatter Diffraction) method. The larger the average block size of bainite is, the lower the hardness before aging, and therefore the better machinability can be obtained. On the other hand, if the average block size is too large, the toughness is lowered. The average block size is more preferably 20 m or more. The average block size is more preferably 45 μm or less, and further preferably 30 μm or less.

본 발명의 시효 경화성 강의 제조 방법은 특별히 한정하는 것이 아니며, 일반적인 방법으로 용제하여 화학 조성을 조정하면 된다.The method for producing the age hardening steel of the present invention is not particularly limited, and may be adjusted by a solvent and chemical composition by a general method.

이하에, 상기와 같이 하여 제조한 본 발명의 시효 경화성 강을 소재로 하여, 자동차, 산업 기계, 건설 기계 등의 기계 부품을 제조하는 방법의 일례를 개시한다.Hereinafter, an example of a method for manufacturing mechanical parts such as automobiles, industrial machines, and construction machines using the age-hardening steel of the present invention produced as described above as a material is described.

우선, 화학 조성을 상기 서술한 범위로 조정한 강으로부터, 열간 단조에 제공하는 재료(이하, 「열간 단조용 소재」라고 한다)를 제작한다.First, a material to be provided for hot forging (hereinafter referred to as &quot; hot forging material &quot;) is prepared from a steel whose chemical composition is adjusted to the above-described range.

상기의 열간 단조용 소재로서는, 잉곳을 분괴 압연한 빌릿, 연속 주조재를 분괴 압연한 빌릿, 혹은 이들 빌릿을 열간 압연 또는 열간 단조한 봉강 등, 어떤 것이어도 상관없다.The hot forging material may be a billet obtained by crushing and rolling an ingot, a billet obtained by crushing and rolling a continuous casting material, or a bar steel obtained by hot rolling or hot forging the billet.

이어서, 상기의 열간 단조용 소재를 열간 단조하고, 또한 절삭 가공하여 소정의 부품 형상으로 마무리한다.Then, the hot forging material is subjected to hot forging and further cutting to finish a predetermined part shape.

또한, 상기의 열간 단조는, 예를 들어, 열간 단조용 소재를 1100~1350℃로 0.1~300분 가열한 후, 마무리 단조 후의 표면 온도가 900℃ 이상이 되도록 하여 단조를 행하고, 그 후, 800~400℃의 온도 영역의 평균 냉각 속도를 10~90℃/분 (0.2~1.5℃/초)로 하여 실온까지 냉각한다. 이와 같이 하여 냉각한 후, 또한 절삭 가공하여, 소정의 부품 형상으로 마무리한다.The hot forging may be performed by, for example, heating the hot forging material at 1100 to 1350 캜 for 0.1 to 300 minutes, forging the surface material after the finish forging to 900 캜 or higher, And the average cooling rate in a temperature range of 400 ° C to 10 ° C / min (0.2 to 1.5 ° C / sec) is cooled to room temperature. After cooling in this way, further cutting is carried out to finish with a predetermined part shape.

800~400℃의 온도 영역의 평균 냉각 속도는, 빠를수록 베이나이트의 평균 블록 사이즈가 작아진다. 이 평균 냉각 속도의 하한은 20℃/분이 바람직하고, 상한은 80℃/분이 바람직하다.The average cooling rate in the temperature range of 800 to 400 ° C becomes smaller as the average block size of the bainite increases. The lower limit of the average cooling rate is preferably 20 占 폚 / min, and the upper limit is preferably 80 占 폚 / min.

마지막으로, 시효 처리를 실시하여, 원하는 특성을 구비하는 자동차, 산업 기계, 건설 기계 등의 기계 부품을 얻는다.Finally, aging treatment is performed to obtain mechanical parts such as automobiles, industrial machines, and construction machines having desired characteristics.

또한, 상기의 시효 처리는, 예를 들어, 540~700℃의 온도역, 바람직하게는 560~680℃의 온도역에서 행한다. 이 시효 처리의 유지 시간은, 예를 들어, 30~1000분으로 하는 등, 기계 부품의 사이즈(질량)에 의해 적당히 조정한다.The aging treatment is carried out at a temperature of, for example, 540 to 700 ° C, preferably 560 to 680 ° C. The holding time of the aging treatment is appropriately adjusted by the size (mass) of the mechanical parts, for example, 30 to 1000 minutes.

이하, 실시예에 의해 본 발명을 더 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

실시예 1Example 1

표 1 및 표 2에 기재하는 화학 조성의 강 A~AG를 50kg 진공 용해로에 의해 용제했다.Strengths A to AG of the chemical compositions shown in Tables 1 and 2 were dissolved in a 50 kg vacuum melting furnace.

표 1 및 표 2에 있어서의 강 A~W는, 화학 조성이 본 발명에서 규정하는 범위 내에 있는 강이다. 한편, 표 2에 있어서의 강 X~AG는, 화학 조성이 본 발명에서 규정하는 조건으로부터 벗어난 강이다.The steels A to W in Tables 1 and 2 are steels whose chemical composition is within the range specified in the present invention. On the other hand, the steels X to AG in Table 2 are steels whose chemical composition deviates from the conditions specified in the present invention.

또한, Ti의 란에 있어서의 「<0.001」은, 불순물로서의 Ti의 함유량이 0.001%를 밑도는 것인 것을 나타낸다.&Quot; &lt; 0.001 &quot; in the column of Ti indicates that the content of Ti as an impurity is less than 0.001%.

[표 1][Table 1]

Figure pct00001
Figure pct00001

[표 2][Table 2]

Figure pct00002
Figure pct00002

각 강의 잉곳은, 1250℃로 가열한 후, 직경 60mm의 봉강에 열간 단조했다. 열간 단조한 각 봉강은, 일단 대기 중에서 방랭하여 실온까지 냉각했다. 그 후, 또한, 1250℃로 30분 가열하고, 부품 형상으로의 단조를 상정하며, 마무리시의 단조재의 표면 온도를 950~1100℃로 하여, 직경 35mm의 봉강에 열간 단조했다. 열간 단조 후는, 모두 대기 중에서 방랭하여 실온까지 냉각했다. 대기 중에서 방랭했을 때의 냉각 속도는, 상기의 조건으로 열간 단조한 봉강의 R/2 부근(「R」은 봉강의 반경을 나타낸다)에 열전대를 넣어, 재차 열간 단조의 마무리 온도 부근의 온도까지 승온시키고 나서, 대기 중에서 방랭하여 측정했다. 이와 같이 하여 측정한 단조 후의 800~400℃의 온도 영역의 평균 냉각 속도는 약 40℃/분(0.7℃/초)였다.The ingots of each steel were heated to 1250 ° C and hot-forged into bars having a diameter of 60 mm. Each hot-forged steel bar was once cooled in the air and cooled to room temperature. Thereafter, it was further heated at 1250 占 폚 for 30 minutes to assume forging in a component shape, and the surface temperature of the forging material at the time of finishing was 950 to 1100 占 폚 and hot forging was performed in a bar having a diameter of 35 mm. After hot forging, all were cooled in air and cooled to room temperature. The cooling rate at the time of cooling in air was measured by putting a thermocouple in the vicinity of R / 2 ("R" represents the radius of the bar) of the bar steel hot forged under the above conditions and raising the temperature to a temperature near the finish temperature of hot forging , And then measured by air cooling in air. The average cooling rate in the temperature range of 800 to 400 占 폚 after forging measured in this manner was about 40 占 폚 / min (0.7 占 폚 / sec).

각 시험 번호에 대해, 열간 단조로 상기의 직경 35mm로 마무리한 후에 실온까지 냉각한 봉강 중 일부는, 시효 처리를 실시하지 않은 상태(즉, 냉각인 상태)로, 봉강의 양단부를 100mm씩 잘라 떨어뜨린 후, 남은 중앙부로부터 시험편을 잘라내어, 시효 처리 전의 경도와 조직의 베이나이트의 면적률의 조사를 행했다.For each test number, a part of the bar steel which had been finished with the above-mentioned diameter of 35 mm by hot forging and then cooled to room temperature was cut by 100 mm at both ends of the bar steel without aging treatment (that is, in the cooling state) The test pieces were cut out from the remaining central portion to examine the hardness before the aging treatment and the area ratio of bainite in the structure.

한편, 각 시험 번호에 대해, 열간 단조한 봉강의 나머지는, 610~630℃로 60~180분 유지하는 시효 처리를 실시하며, 봉강의 양단부를 100mm씩 잘라 떨어뜨린 후, 남은 중앙부로부터 시험편을 잘라내어, 시효 처리 후의 경도의 조사를 행했다. 또, 각 시험 번호에 대해, 봉강으로부터 시험편을 잘라내어, 시효 처리 후의 샤르피 충격 시험에 있어서의 흡수 에너지와 피로 강도의 조사를 행했다.On the other hand, for each test number, the remainder of the hot-forged steel bar is subjected to an aging treatment in which the temperature is maintained at 610 to 630 DEG C for 60 to 180 minutes, and the both ends of the bar are cut off by 100 mm, , And the hardness after the aging treatment was examined. For each test number, the test piece was cut out from the bar, and the absorption energy and the fatigue strength in the Charpy impact test after the aging treatment were examined.

경도 측정은, 다음과 같이 하여 실시했다. 우선, 봉강을 횡단하고, 절단면이 피검면이 되도록 수지 매설하며 경면 연마하여 시험편을 준비했다. 이어서, JIS Z 2244(2009)에 있어서의 「비커스 경도 시험-시험 방법」에 준거하여, 피검면의 R/2부(「R」은 반경을 나타낸다) 부근 10점에 대해, 시험력을 9.8N으로 하여 경도 측정을 실시했다. 상기 10점의 값을 산술 평균하여 비커스 경도로 했다. 시효 처리 전의 경도는 290HV 이하인 경우에, 충분히 낮다고 판단되며, 이것을 목표로 했다. 또, 시효 처리 후의 경도와 시효 처리 전의 HV에서의 경도의 차(이하, 「△HV」라고 한다)가 25 이상이 된 경우에, 경화량이 충분히 높다고 판단되며, 이것을 목표로 했다.Hardness was measured in the following manner. First, the test piece was prepared by inserting resin so as to cross the bar steel and making the cut surface to be the inspection surface, and mirror polished. Subsequently, according to "Vickers hardness test-test method" in JIS Z 2244 (2009), ten points near the R / 2 part ("R" indicates radius) of the surface to be inspected were tested at a test force of 9.8 N And the hardness was measured. The values of the ten points were arithmetically averaged to determine Vickers hardness. When the hardness before the aging treatment was 290 HV or less, it was judged that the hardness was sufficiently low and aimed at this. Further, when the difference between the hardness after the aging treatment and the hardness at HV before the aging treatment (hereinafter referred to as &quot;? HV &quot;) was 25 or more, it was judged that the curing amount was sufficiently high.

조직의 베이나이트의 면적률의 측정은, 다음과 같이 하여 실시했다. 경도 측정에 이용한 수지 매설하고 경면 연마한 시험편을, 나이탈로 에칭했다. 에칭 후의 시험편에 대해, 광학 현미경을 이용하여, 배율 200배로 조직을 촬영했다. 촬영한 사진으로부터 화상 해석에 의해, 베이나이트의 면적률을 측정했다. 베이나이트의 면적률이 70% 이상인 경우에, 조직이 충분히 베이나이트화했다고 판단되며, 이것을 목표로 했다.The area ratio of the bainite of the tissue was measured in the following manner. The test piece, which was embedded in the resin used for the hardness measurement and mirror-polished, was etched away. For the test piece after etching, the structure was photographed at a magnification of 200 times using an optical microscope. The area ratio of the bainite was measured by image analysis from the photographed photograph. In the case where the area ratio of bainite is 70% or more, it is judged that the structure is sufficiently bainitized.

인성은, 노치 깊이 2mm 및 노치 바닥 반경 1mm의 U 노치 부착된 표준 시험편을 이용하여 실시한 샤르피 충격 시험으로 평가한 시효 처리 후의 20℃에서의 흡수 에너지가 16J 이상인 경우에, 충분히 높다고 판단되며, 이것을 목표로 했다.The toughness is judged to be sufficiently high when the absorbed energy at 20 DEG C after aging evaluated by the Charpy impact test using a standard test piece with U notched with a notch depth of 2 mm and a notched bottom radius of 1 mm is 16 J or more, .

피로 강도는, 한축의 인장 압축형의 피로 시험편을 채취하여 조사했다. 즉, 도 1에 도시하는 평행부의 직경과 길이가 각각, 3.4mm와 12.7mm의 형상의 평활 피로 시험편을, 봉강의 R/2부로부터 단조 방향에 평행(봉강의 길이 방향)하게 채취하여, 실온, 대기 중, 응력비 0.05, 시험 속도 10Hz의 조건으로 피로 시험을 행했다. 상기의 조건 하에서, 응력 부가 반복수 107회에 있어서 파단하지 않는 최대의 응력을 피로 강도로 했다. 피로 강도가 350MPa 이상인 경우에, 피로 강도가 충분히 높다고 판단되며, 이것을 목표로 했다.Fatigue strength was measured by taking a tensile compression type fatigue test piece of one axis. Namely, a flat fatigue test piece having a diameter of 3.4 mm and a length of 12.7 mm in the parallel portion shown in Fig. 1 was taken parallel to the forging direction from the R / 2 portion of the bar (in the longitudinal direction of the bar) , In the atmosphere, at a stress ratio of 0.05, and at a test speed of 10 Hz. Under the above conditions, the maximum stress that the stress portion did not break in the number of repetitions of 10 7 times was regarded as the fatigue strength. When the fatigue strength is 350 MPa or more, it is judged that the fatigue strength is sufficiently high.

표 3에, 상기의 각 조사 결과를 기재한다. 또한, 베이나이트의 면적률이 70% 이상에서 목표를 달성한 것 및 70% 미만에서 목표에 미달인 것을 각각, 「베이나이트화」란에 있어서 「○」 및 「×」로 기재했다. 또, 표 3에서는 「샤르피 충격 시험에 있어서의 흡수 에너지」를 「샤르피 흡수 에너지」라고 표기했다.Table 3 shows the results of the above investigation. In addition, when the area ratio of bainite is 70% or more, the target is achieved, and when the area ratio of bainite is less than 70%, the target is indicated as &quot;? &Quot; In Table 3, &quot; absorbed energy in Charpy impact test &quot; is expressed as &quot; Charpy absorbed energy &quot;.

[표 3][Table 3]

Figure pct00003
Figure pct00003

표 3으로부터 명백하듯이, 본 발명에서 규정하는 화학 조성을 가지는 시험 번호 A1~A23의 「본 발명예」의 경우, 시효 처리 전의 경도가 290HV 이하이고, 시효 처리에 의해 경도가 HV로 25 이상 경화하며, 또한 피로 강도가 350MPa 이상, 더욱이 샤르피 충격 시험에 있어서의 흡수 에너지도 16J 이상이 되어 목표를 달성하고 있으며, 시효 처리 후의 강도 및 인성이 양립되어 있다. 또한 시효 처리 전의 경도가 낮은 것으로부터, 절삭 저항의 저하 및 공구 수명의 장수명화를 기대할 수 있는 것을 안다.As is evident from Table 3, in the case of "Inventive Example" of Test Nos. A1 to A23 having the chemical composition specified in the present invention, the hardness before the aging treatment was 290 HV or less, the hardness was hardened to 25 or more in HV by the aging treatment , The fatigue strength is not less than 350 MPa, the absorption energy in the Charpy impact test is not less than 16 J, and the strength and toughness after aging are both achieved. Further, since the hardness before the aging treatment is low, it is expected that the cutting resistance can be reduced and the tool life can be lengthened.

이에 비해, 본 발명의 규정으로부터 벗어난 시험 번호 B1~B10의 「비교예」의 경우에는, 목표로 하는 성능이 얻어져 있지 않다.On the other hand, in the case of "Comparative Example" of Test Nos. B1 to B10 deviating from the specification of the present invention, the target performance is not obtained.

시험 번호 B1은, 이용한 강 X의 F1이 본 발명의 규정으로부터 벗어나 작기 때문에, 담금질성이 작고, 면적률로 30%를 초과하는 초석 페라이트가 생성되어 있으며, 베이나이트의 면적률은 70% 미만이었다. 그로 인해, 시효 경화하기 어렵고, 시효 처리 후의 피로 강도가 낮다.The test number B1 was such that the F1 of the steel X used was small and deviated from the provisions of the present invention, so that quenching hardness was small, pro-eutectoid ferrite exceeding 30% in area ratio was generated, and the area ratio of bainite was less than 70% . As a result, aging hardly occurs and the fatigue strength after the aging treatment is low.

시험 번호 B2는, 이용한 강 Y의 F2가 본 발명의 규정으로부터 벗어나 크기 때문에, 시효 처리 전의 경도가 311HV가 되어, 딱딱하다.Test No. B2 has a hardness of 311 HV before aging because F2 of the steel Y used is deviated from the specification of the present invention.

시험 번호 B3은, 이용한 강 Z의 F3이 본 발명의 규정으로부터 벗어나 작기 때문에, 시효 처리 후의 샤르피 충격 시험에 있어서의 흡수 에너지가 작고, 인성이 뒤떨어진다.Test No. B3 has a small absorbed energy in the Charpy impact test after the aging treatment and is poor in toughness because F3 of the steel Z used is smaller than the specification of the present invention.

시험 번호 B4는, 이용한 강 AA의 F3이 본 발명의 규정을 만족하고 있지만, C량이 본 발명의 규정으로부터 벗어나 너무 많기 때문에, 인성 열화가 현저하다. 그로 인해, 시효 처리 후의 샤르피 충격 시험에 있어서의 흡수 에너지가 작고, 인성이 뒤떨어진다.In Test No. B4, the F3 of the steel AA used satisfies the requirements of the present invention, but the amount of C deviates from the specification of the present invention so much that the toughness deterioration is remarkable. As a result, the absorption energy in the Charpy impact test after the aging treatment is small and the toughness is poor.

시험 번호 B5는, 이용한 강 AB의 Mn량이 본 발명의 규정으로부터 벗어나 너무 낮기 때문에, 초석 페라이트가 석출되어 있으며, 조직의 베이나이트부도 충분히 미세화되어 있지 않다. 그로 인해, 시효 경화하기 어렵고, 시효 처리 후의 피로 강도가 낮다. 또, 샤르피 충격 시험에 있어서의 흡수 에너지가 작고, 인성이 뒤떨어진다.In Test No. B5, pro-eutectoid ferrite was precipitated because the Mn content of the steel AB used was too low, deviating from the specification of the present invention, and the bainite portion of the structure was not sufficiently refined. As a result, aging hardly occurs and the fatigue strength after the aging treatment is low. Also, the absorption energy in the Charpy impact test is small and the toughness is poor.

시험 번호 B6은, 이용한 강 AC의 S량이 본 발명의 규정으로부터 벗어나 너무 많기 때문에, 조대한 MnS가 증가하며, 인성의 열화가 현저하다. 그로 인해, 시효 처리 후의, 샤르피 충격 시험에 있어서의 흡수 에너지가 작고, 인성이 뒤떨어진다. 또, 피로 강도도 낮다.In Test No. B6, the amount of S of the steel AC used is too much deviated from the specification of the present invention, so that coarse MnS is increased, and deterioration of toughness is remarkable. As a result, the absorption energy in the Charpy impact test after the aging treatment is small and the toughness is poor. Also, the fatigue strength is low.

시험 번호 B7은, 이용한 강 AD의 V량이 본 발명의 규정으로부터 벗어나 너무 낮기 때문에, 시효 처리에 의해 석출되는 V탄화물량이 적다. 그로 인해, 시효 경화하기 어렵고, 시효 처리 후의 피로 강도도 낮다.Test No. B7 has a small amount of V carbide precipitated by the aging treatment since the V content of the steel AD used is too low to deviate from the specification of the present invention. As a result, aging hardly occurs and the fatigue strength after the aging treatment is also low.

시험 번호 B8은, 이용한 강 AE의 Ti량이 본 발명의 규정으로부터 벗어나 너무 높기 때문에, 조대한 TiN이 증가하며, 인성 열화가 현저하다. 그로 인해, 시효 처리 후의, 샤르피 충격 시험에 있어서의 흡수 에너지가 작고, 인성이 뒤떨어진다.Test No. B8 shows that the amount of Ti in the steel AE used is too high, deviating from the specification of the present invention, so that the coarse TiN is increased and the toughness deterioration is remarkable. As a result, the absorption energy in the Charpy impact test after the aging treatment is small and the toughness is poor.

시험 번호 B9는, 이용한 강 AF의 N량이 본 발명의 규정으로부터 벗어나 너무 높기 때문에, 열간 단조 중에 V의 질화물이 석출되어 버린다. 그로 인해, 시효 경화하기 어렵고, 시효 처리 후의 피로 강도도 낮다.In Test No. B9, since the N amount of the strong AF used is too high deviating from the specification of the present invention, the nitride of V is precipitated during hot forging. As a result, aging hardly occurs and the fatigue strength after the aging treatment is also low.

시험 번호 B10은, 이용한 강 AG의 N량이 본 발명의 규정으로부터 벗어나 높기 때문에, 열간 단조 중에 V의 질화물이 석출되어 버린다. 그로 인해, 시효 처리 후의 피로 강도가 낮다. 단, 강 AF에 비해 N량이 적기 때문에, 열간 단조 중에 석출되는 V의 질화물이 적어, 강 AF보다 시효 경화는 진행되어 있다.In test No. B10, the nitride of V precipitates during the hot forging because the N content of the steel AG used is higher than the specification of the present invention. As a result, the fatigue strength after the aging treatment is low. However, since the amount of N is smaller than that of the strong AF, the number of nitrides of V precipitated during hot forging is small, and the age hardening progresses more than the strong AF.

실시예 2Example 2

실시예 1에서 열간 단조하고, 실온까지 냉각함으로써 제작한 강 P 및 강 Y의 직경 60mm의 봉강의 일부를 잘라냈다. 잘라낸 봉강은, 더욱이, 1250℃로 30분 가열하고, 부품 형상으로의 단조를 상정하며, 마무리시의 단조재의 표면 온도를 950~1100℃로 하여, 직경 35mm의 봉강에 열간 단조했다. 열간 단조 후는, 대기 중에서의 방랭에 의해, 또는 송풍기 및 미스트를 이용하여, 여러 가지의 냉각 속도로 400℃ 이하의 온도까지 냉각했다.A part of bars having a diameter of 60 mm of the steel P and steel Y produced by hot forging in Example 1 and cooling to room temperature was cut out. The cut bar steel was further heated at 1250 占 폚 for 30 minutes to assume forgings in the form of a component and the surface temperature of the forged member at the time of finishing was 950 to 1100 占 폚 and hot forging was performed in a bar having a diameter of 35 mm. After the hot forging, the steel sheet was cooled to a temperature of 400 DEG C or less at various cooling rates by air cooling in the air or by using a blower and a mist.

각 시험 번호에 대해, 열간 단조로 상기의 직경 35mm로 마무리한 후, 송풍기 및 미스트를 이용하여 400℃ 이하의 온도까지 냉각하고, 더욱이 실온까지 냉각한 봉강 중 일부를 이용하여, 시효 처리 전의 경도를 측정했다.Each test number was subjected to hot forging to have a diameter of 35 mm and then cooled to a temperature of 400 ° C. or less by using a blower and a mist and then the hardness before the aging treatment Respectively.

한편, 각 시험 번호에 대해, 열간 단조한 봉강의 나머지는, 630℃로 60분 유지하는 시효 처리를 실시했다. 시효 처리를 실시한 봉강으로부터 채취한 시험편을 이용하여, 시효 처리 후의 경도, 샤르피 충격 시험에 있어서의 흡수 에너지, 피로 강도, 및 베이나이트 조직의 블록 사이즈의 조사를 행했다.On the other hand, for each test number, the remainder of the hot-forged steel bar was aged at 630 캜 for 60 minutes. The hardness after the aging treatment, the absorption energy in the Charpy impact test, the fatigue strength, and the block size of the bainite structure were examined using the test pieces collected from the bars subjected to aging treatment.

시효 처리 전의 경도, 및 시효 처리 후의 경도, 샤르피 충격 시험에 있어서의 흡수 에너지, 및 피로 강도의 조사는, 실시예 1과 같은 조건으로 실시했다. 또, 이들의 목표 값은 실시예 1과 마찬가지로 했다.The hardness before the aging treatment, the hardness after the aging treatment, the absorption energy in the Charpy impact test, and the fatigue strength were examined under the same conditions as in Example 1. These target values were the same as those in the first embodiment.

베이나이트 조직의 블록 사이즈의 측정은, 다음과 같이 하여 실시했다. 경도 측정에 이용한 수지 매설한 시험편을, 콜로이달 실리카를 이용하여 재차 연마했다. 연마한 시험편에 대해, EBSD법에 의해, 조직의 방위 해석을 실시했다. 방위차가 15°이상의 경계로 둘러싸인 영역을 「블록」이라고 정의하고, 각 블록의 면적을 화상 해석에 의해 구했다.The block size of the bainite structure was measured in the following manner. The test piece embedded in the resin used for the hardness measurement was again polished using colloidal silica. For the polished test pieces, orientation analysis of the structure was carried out by the EBSD method. A region surrounded by a boundary having an azimuth difference of 15 degrees or more is defined as &quot; block &quot;, and the area of each block is obtained by image analysis.

블록들의 계면은, 요철이 있는 복잡한 형상이다. 그로 인해, 블록의 요철 단부 부근을 잘라내도록 조직의 관찰면이 작성된 경우에는, 마치 하나의 블록에 내포된 다른 블록이 있는 것처럼 관찰되는 경우가 있다. 이 경우, 블록의 면적의 측정 정밀도가 저하한다. 이러한, 영향을 제거하기 위해, 단면상 상에 있어서, 어느 블록이 다른 블록에 완전하게 내포되어 있는 경우에는, 단일의 블록으로 간주하여, 내포되어 있는 작은 쪽의 블록은 무시하고, 큰 쪽의 블록만으로 면적을 구했다.The interface of the blocks is a complex shape with irregularities. Thereby, when the observation surface of the tissue is formed so as to cut off the vicinity of the concave-convex end portion of the block, there is a case where it is observed that there is another block nested in one block. In this case, the measurement accuracy of the area of the block is lowered. In order to eliminate such an influence, when a block is completely contained in another block on the sectional view, it is regarded as a single block, and the smaller contained block is ignored and only the larger block The area was determined.

이와 같이 하여 면적을 측정한 각 블록에 대해, 같은 면적을 가지는 원의 직경을 그 블록의 사이즈라고 정의했다. EBSD법에 의해 해석한 30000㎛2의 영역 중의 각 블록의 사이즈로부터, 평균 블록 사이즈를 산출했다.The diameter of a circle having the same area is defined as the size of the block for each block in which the area is measured in this way. The average block size was calculated from the size of each block in the area of 30000 탆 2 analyzed by the EBSD method.

평균 블록 사이즈를 산출할 때에는, 각 블록의 사이즈에 대해, 그 블록의 면적에 의한 가중치 평가를 행했다. 즉, 해석 영역 중의 n개의 블록 1~n에 대해, 각각의 사이즈를 D1, D2, …, Dn(㎛), 각각의 면적을 S1, S2, …, Sn(㎛2)으로 한 경우, 평균 블록 사이즈는 (D1×S1+D2×S2+…+Dn×Sn)/30000으로 했다. 평균 블록 사이즈는, 15~60㎛를 목표로 했다.When calculating the average block size, the weight of each block was evaluated by the area of the block. That is, for each of the n blocks 1 to n in the analysis area, the respective sizes are D1, D2, ... , Dn (占 퐉), the respective areas are S1, S2, ... , And Sn (mu m 2 ), the average block size was (D1 x S1 + D2 x S2 + ... + Dn x Sn) / 30000. The average block size was aimed at 15 to 60 탆.

표 4에, 상기의 각 조사 결과를 기재한다. 시험 번호 C1은, 표 3의 시험 번호 A16이다. 표 4에 기재하는 냉각 속도는, 직경 35mm의 봉강에 열간 단조한 후의 냉각시의 800~400℃의 온도 영역에 있어서의 평균 냉각 속도이다. 이 평균 냉각 속도의 측정 방법은, 실시예 1과 마찬가지로 했다.Table 4 shows the results of the above investigations. Test number C1 is the test number A16 of Table 3. The cooling rate shown in Table 4 is an average cooling rate in a temperature range of 800 to 400 占 폚 under cooling after hot forging a bar having a diameter of 35 mm. The average cooling rate was measured in the same manner as in Example 1.

[표 4][Table 4]

Figure pct00004
Figure pct00004

표 4로부터 명백하듯이, 본 발명에서 규정하는 화학 조성을 가지는 시험 번호 C1~C6의 「본 발명예」의 경우, 베이나이트의 평균 블록 사이즈가 15~60㎛의 목표 범위 내이며, 시효 처리 전의 경도가 290HV 이하였다. 그로 인해, 양호한 피삭성을 기대할 수 있다. 시효 처리에 의해 경도가 HV로 25 이상 경화하고, 또한 피로 강도가 350MPa 이상, 더욱이 샤르피 충격 시험에 있어서의 흡수 에너지도 16J 이상이 되어 목표를 달성하고 있으며, 시효 처리 후의 강도 및 인성이 양립되어 있다. 또한, 시험 번호 C1~C6에서는, 시효 처리 전에 있어서의 베이나이트의 면적률이 70% 이상이며, 목표를 달성하고 있었다.As is apparent from Table 4, in the case of the &quot; present invention &quot; of Test Nos. C1 to C6 having the chemical compositions defined in the present invention, the average block size of the bainite is within the target range of 15 to 60 mu m, Was 290 HV or less. As a result, a good machinability can be expected. The hardness is hardened to 25 or more by HV by the aging treatment, the fatigue strength is 350 MPa or more, and the absorption energy in the Charpy impact test is 16 J or more to attain the target, and the strength and toughness after the aging treatment are compatible . In Test Nos. C1 to C6, the area ratio of bainite before the aging treatment was 70% or more, and the target was achieved.

본 발명예 중, 시험 번호 C1~C4는, 평균 냉각 속도가 상기 서술한 본 발명의 시효 경화성 강의 제조 방법의 일례로서 개시한 평균 냉각 속도(10~90℃/분, 즉 0.2~1.5℃/초)를 만족하고 있었다. 시험 번호 C5 및 C6는, 이 평균 냉각 속도의 일례보다 평균 냉각 속도가 빨랐다. 시험 번호 C1~C6을 비교하면, 평균 냉각 속도가 느릴수록, 베이나이트의 평균 블록 사이즈가 큰 것을 안다. 또, 베이나이트의 평균 블록 사이즈가 클수록, 시효 처리 전의 경도가 낮아, 양호한 피삭성을 기대할 수 있는 것을 안다.In the present invention, Test Nos. C1 to C4 show the average cooling rate (10 to 90 占 폚 / min, that is, 0.2 to 1.5 占 폚 / sec ). Test numbers C5 and C6 showed an average cooling rate faster than an example of this average cooling rate. Comparing test numbers C1 to C6, the slower the average cooling rate, the greater the average block size of the bainite. Further, it is known that the larger the average block size of bainite is, the lower the hardness before the aging treatment, and the better the machinability can be expected.

이에 비해, 본 발명의 규정으로부터 벗어난 시험 번호 D1의 「비교예」의 경우에는, 목표로 하는 성능이 얻어져 있지 않다. 즉, 시험 번호 D1은, 이용한 강 Y의 F2가 본 발명의 규정으로부터 벗어나 컸다. 그로 인해, 베이나이트의 평균 블록 사이즈가 9.9㎛로 작고, 시효 처리 전의 경도가 320HV가 되어, 딱딱하다. 그로 인해, 피삭성이 뒤떨어진다고 생각된다. 또, 샤르피 충격 시험에 있어서의 흡수 에너지가 12J로 작고, 인성이 뒤떨어진다.On the other hand, in the case of the &quot; comparative example &quot; of the test number D1 deviating from the specification of the present invention, the target performance is not obtained. That is, in Test No. D1, F2 of the steel Y used was deviated from the specification of the present invention. As a result, the average block size of bainite is as small as 9.9 mu m and the hardness before aging becomes 320 HV, which is hard. Therefore, it is considered that the machinability is inferior. Also, the absorption energy in the Charpy impact test is as small as 12J, and the toughness is poor.

산업상의 이용 가능성Industrial availability

본 발명의 시효 경화성 강은, 시효 처리 전의 경도가 290HV 이하이며, 절삭 저항의 저하와 공구 수명의 장수명화를 기대할 수 있다. 게다가, 본 발명의 시효 경화성 강을 이용하면, 절삭 가공 후에 실시되는 시효 처리에 의해 경도가 HV로 25 이상 경화함과 더불어, 350MPa 이상의 피로 강도와, 노치 깊이 2mm 및 노치 바닥 반경 1mm의 U 노치 부착된 표준 시험편을 이용하여 실시한 샤르피 충격 시험으로 평가한 시효 처리 후의 20℃에서의 흡수 에너지가 16J 이상이라고 하는 뛰어난 인성을 확보할 수 있다. 이로 인해, 본 발명의 시효 경화성 강은, 자동차, 산업 기계, 건설 기계 등의 기계 부품의 소재로서 매우 적절하게 이용할 수 있다.The age hardening steel of the present invention has a hardness of 290 HV or lower before the aging treatment and can be expected to reduce the cutting resistance and increase the service life of the tool. Furthermore, when the age hardening steel of the present invention is used, hardness of not less than 25 at HV is hardened by aging treatment after cutting, fatigue strength of not less than 350 MPa, notch depth of 2 mm and notch bottom radius of 1 mm Excellent absorption of energy at 20 deg. C after aging evaluated by Charpy impact test using standard test specimens of not less than 16 J can be ensured. As a result, the age hardening steel of the present invention can be suitably used as a material for mechanical parts such as automobiles, industrial machines, and construction machines.

Claims (4)

질량%로, C:0.05~0.20%, Si:0.01% 이상 0.35% 미만, Mn:1.5~2.05%, S:0.005~0.08%, Cr:0.03~0.50%, Al:0.005~0.05%, V:0.25~0.50%, Mo:0~1.0%, Cu:0~0.3%, Ni:0~0.3%, Ca:0~0.005% 및 Bi:0~0.4%와,
잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고,
불순물 중의 P, Ti 및 N이, P:0.03% 이하, Ti:0.005% 미만 및 N:0.0080% 미만이며,
또한, 하기의, (1)식으로 표시되는 F1이 0.68 이상, (2)식으로 표시되는 F2가 0.85 이하, 또한 (3)식으로 표시되는 F3이 0.00 이상인 화학 조성을 가지는, 시효 경화성 강.
F1=C+0.3Mn+0.25Cr+0.6Mo …(1)
F2=C+0.1Si+0.2Mn+0.15Cr+0.35V+0.2Mo …(2)
F3=-4.5C+Mn+Cr-3.5V-0.8Mo …(3)
상기의 (1)~(3)식 중의 원소 기호는, 그 원소의 질량%로의 함유량을 의미한다.
Si: 0.01 to 0.35%, Mn: 1.5 to 2.05%, S: 0.005 to 0.08%, Cr: 0.03 to 0.50%, Al: 0.005 to 0.05%, V: 0 to 0.3% of Ni, 0 to 0.005% of Ca, 0 to 0.4% of Bi, 0.2 to 0.50% of Mo, 0 to 1.0% of Mo, 0 to 0.3%
The balance being Fe and impurities,
P, Ti and N in the impurities are not more than 0.03% of P, less than 0.005% of Ti and less than 0.0080% of N,
The age hardening steel having a chemical composition represented by the following formula (1): 0.68 or more, F2 represented by the formula (2): 0.85 or less, and F3 represented by the formula (3): 0.00 or more.
F1 = C + 0.3Mn + 0.25Cr + 0.6Mo ... (One)
F2 = C + 0.1Si + 0.2Mn + 0.15Cr + 0.35V + 0.2Mo ... (2)
F3 = -4.5C + Mn + Cr-3.5V-0.8Mo ... (3)
The symbol of the element in the above formulas (1) to (3) means the content by mass% of the element.
청구항 1에 있어서,
화학 조성이, 질량%로, 하기의 <1>~<3>에 나타내는 원소로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 시효 경화성 강.
<1> Mo:0.05~1.0%
<2> Cu:0.1~0.3% 및 Ni:0.1~0.3%, 및
<3> Ca:0.0005~0.005% 및 Bi:0.03~0.4%
The method according to claim 1,
The age hardening steel according to any one of <1> to <3>, wherein the chemical composition contains, as mass%, at least one element selected from the following elements <1> to <3>.
&Lt; 1 > Mo: 0.05 to 1.0%
&Lt; 2 &gt; Cu: 0.1 to 0.3% and Ni: 0.1 to 0.3%, and
&Lt; 3 &gt; Ca: 0.0005 to 0.005% and Bi: 0.03 to 0.4%
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
주상이 베이나이트이며, 상기 베이나이트의 평균 블록 사이즈가 15~60㎛인, 시효 경화성 강.
The method according to claim 1 or 2,
Wherein the main phase is bainite and the average block size of the bainite is 15 to 60 占 퐉.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
경도가 290HV 이하인, 시효 경화성 강.
The method according to any one of claims 1 to 3,
An age hardening steel having a hardness of 290 HV or less.
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