JP4699342B2 - High strength non-tempered steel for cold forging with excellent fatigue limit ratio - Google Patents
High strength non-tempered steel for cold forging with excellent fatigue limit ratio Download PDFInfo
- Publication number
- JP4699342B2 JP4699342B2 JP2006311407A JP2006311407A JP4699342B2 JP 4699342 B2 JP4699342 B2 JP 4699342B2 JP 2006311407 A JP2006311407 A JP 2006311407A JP 2006311407 A JP2006311407 A JP 2006311407A JP 4699342 B2 JP4699342 B2 JP 4699342B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- less
- precipitates
- steel
- cold forging
- precipitate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Description
本発明は、自動車などの輸送機器、建設機械、その他の産業機械などの素材として使用される高強度冷間鍛造用非調質鋼に関し、特に、冷間鍛造後に熱処理を行なわなくても(非調質)、高い疲労限度比と高強度を有する冷間鍛造用非調質鋼に関するものである。本発明の高強度冷間鍛造用非調質鋼は、特に、歯車、シャフト類、軸付き歯車などの素材として好適に用いられる。 The present invention relates to a high-strength non-heat treated steel for cold forging used as a material for transportation equipment such as automobiles, construction machinery, and other industrial machines, and in particular, even if heat treatment is not performed after cold forging (non- Tempering), and relates to non-tempered steel for cold forging having a high fatigue limit ratio and high strength. The non-tempered steel for high-strength cold forging of the present invention is particularly suitably used as a material for gears, shafts, gears with shafts, and the like.
自動車、建設機械、その他の各種産業機械に用いられる機械部品であって、特に高強度が要求される機械部品は、通常、熱間圧延後、冷間で鍛造・成形を行なった後に、焼入れ−焼戻しなどの熱処理(いわゆる調質処理)を施して必要な機械特性を付与して製造される。しかしながら、低コスト化や製造効率などの観点から、冷間鍛造まま(非調質)でも冷間鍛造性を損なうことなしに、機械的特性、特に、疲労限度比と強度に優れた高強度冷間鍛造用非調質鋼(熱間圧延材)の提供が切望されている。 Machine parts used in automobiles, construction machinery, and other various industrial machines that require particularly high strength are usually quenched after hot rolling and cold forging / forming. It is manufactured by applying heat treatment such as tempering (so-called tempering treatment) to give necessary mechanical properties. However, from the viewpoints of cost reduction and production efficiency, high strength cooling with excellent mechanical properties, particularly fatigue limit ratio and strength, is maintained without compromising cold forgeability even in cold forging (non-tempering). There is an urgent need to provide non-tempered steel for hot forging (hot rolled material).
例えば、特許文献1には、フェライト分率とフェライト部の硬さを制御することによって疲労特性や冷間鍛造性を高める技術が開示されている。ここでは、Ti、Nb、Vなどの析出強化元素を添加して疲労特性や強度の向上を図っているが、更なる改善が切望されている。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷間鍛造まま(非調質)でも、冷間鍛造性を低下させることなしに、疲労限度比に優れた高強度冷間鍛造用非調質鋼を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to provide a high-strength cold steel excellent in fatigue limit ratio without reducing the cold forgeability even in cold forging (non-tempering). It is to provide non-tempered steel for forging.
上記課題を解決することのできた本発明に係る疲労限度比に優れた高強度冷間鍛造用非調質鋼は、(1)鋼中成分は、C:0.10〜0.50%(質量%の意味、以下同じ。)、Si:0.05〜2%、Mn:0.3〜3%、Al:0.005〜0.1%、P:0.05%以下(0%を含まない)、S:0.5%以下(0%を含まない)、O:0.003%以下(0%を含まない)、N:0.02%以下(0%を含まない)を含有し、更に、Nb,Ti,Vのうち、少なくともNb及び/又はTiを含み、Vを含んでいても良く、Nbを含む場合は、Nb:0.2%以下(0%を含まない)であり、Tiを含む場合は、Ti:0.20%以下(0%を含まない)、N:0.010%未満(0%を含まない)、およびTi/N≧3.4をすべて満足し、Vを含む場合は、V:0.6%以下(0%を含まない)であり、残部:Feおよび不可避不純物を満足し、且つ、(2)フェライト中に、Nb及び/又はTi含有析出物(Vを更に含んでいてもよい)を含有し、且つ、下式(1)で表されるMP値がMP≧0.05を満たす粒径15nm以下の前記析出物を、下記手順に従って測定したとき、前記析出物を50個/μm2以上含有するところに要旨を有している。
MP=[{[Nb]/93}+{[Ti]/48}]/[{[V]/51}+{[Nb]/93}+{[Ti]/48}]・・・(1)
式中、[ ]は、前記析出物中に含まれる元素の含有量(質量%)を意味する。
(ア)10%アセチルアセトン、80%メタノール、および10%塩化テトラメチルアンモニウムを含有する電解液を用い、TEM観察用の抽出レプリカを作製する。
(イ)次に、抽出レプリカ法で処理した試料を、倍率10万倍でTEM観察し、任意に、粒径が15nm以下の析出物20個を測定した後、当該析出物中に含まれるTi、Nb、VをEDX分析する。
(ウ)次いで、前述した式(1)に基づき、各析出物のMP値を算出する。これにより、TEM観察(10万倍)によって同定された上記析出物(合計20個)中、MP≧0.05を満足する析出物の個数が得られるので、全析出物中、MP≧0.05を満足する析出物の比率を算出しておく(この比率を「X」とする)。
(エ)次に、任意の領域について、TEMにて倍率15万倍で20視野分の写真(20視野の合計面積0.75μm 2 )を撮影し、粒径15nm以下の析出物の個数を算出する。このようにして得られた析出物の個数(20視野分の合計個数)を、1μm 2 当たりの個数に換算する(この個数を「Y」とする)。
(オ)最後に、このようにして得られたY(粒径15nm以下の析出物の個数/μm 2 )に、前述したX(全析出物中、MP≧0.05を満足する析出物の比率)を乗じることによって、MP≧0.05を満足する超微細析出物の個数を得る。
The high-strength non-refined steel for cold forging with excellent fatigue limit ratio according to the present invention that has solved the above problems is as follows: (1) The component in the steel is C: 0.10 to 0.50% (mass) %: Same as below), Si: 0.05-2%, Mn: 0.3-3%, Al: 0.005-0.1%, P: 0.05% or less (including 0%) No), S: 0.5% or less (not including 0%), O: 0.003% or less (not including 0%), N: 0.02% or less (not including 0%) Furthermore, among Nb, Ti, and V, at least Nb and / or Ti may be included, and V may be included. When Nb is included, Nb is 0.2% or less (not including 0%). When Ti is contained, Ti: 0.20% or less (excluding 0%), N: less than 0.010% (excluding 0%), and Ti / N ≧ 3.4 In addition, when V is included, V: 0.6% or less (excluding 0%), the balance: satisfying Fe and inevitable impurities, and (2) Nb and / or Ti contained in ferrite precipitates containing (may further comprise V), and, the precipitate particle size of less than 15nm the MP value of the following formula (1) satisfies the MP ≧ 0.05, according to the following procedure When measured, it has a gist in that it contains 50 precipitates / μm 2 or more.
MP = [{[Nb] / 93} + {[Ti] / 48}] / [{[V] / 51} + {[Nb] / 93} + {[Ti] / 48}] (1 )
In the formula, [] means the content (% by mass) of the element contained in the precipitate.
(A) An extraction replica for TEM observation is prepared using an electrolytic solution containing 10% acetylacetone, 80% methanol, and 10% tetramethylammonium chloride.
(A) Next, the sample treated by the extraction replica method is observed with a TEM at a magnification of 100,000 times, and optionally 20 precipitates having a particle size of 15 nm or less are measured, and then Ti contained in the precipitates is measured. , Nb and V are analyzed by EDX.
(C) Next, based on the above-described formula (1), the MP value of each precipitate is calculated. As a result, the number of precipitates satisfying MP ≧ 0.05 in the above-mentioned precipitates (total of 20) identified by TEM observation (100,000 times) can be obtained, so that MP ≧ 0. The ratio of precipitates satisfying 05 is calculated (this ratio is “X”).
(D) Next, for a given area, take a picture of 20 fields of view at a magnification of 150,000 with a TEM (total area of 0.75 μm 2 of 20 fields of view ) and calculate the number of precipitates with a particle size of 15 nm or less. To do. The number of precipitates thus obtained (total number for 20 fields of view) is converted to the number per 1 μm 2 (this number is referred to as “Y”).
(E) Finally, Y (the number of precipitates having a particle size of 15 nm or less / μm 2 ) thus obtained is added to the above-described X (all precipitates satisfying MP ≧ 0.05). By multiplying the ratio, the number of ultrafine precipitates satisfying MP ≧ 0.05 is obtained.
好ましい実施形態において、上記の高強度冷間鍛造用非調質鋼は、更に、Mo:1%以下、及び/又はB:0.015%以下を含有する。 In a preferred embodiment, the high-strength cold forged non-heat-treated steel further contains Mo: 1% or less and / or B: 0.015% or less.
好ましい実施形態において、上記の高強度冷間鍛造用非調質鋼は、更に、Ni:2%以下、Cu:2%以下、およびCr:3%以下よりなる群から選択される少なくとも一種を含有する。 In a preferred embodiment, the non-tempered steel for high-strength cold forging further contains at least one selected from the group consisting of Ni: 2% or less, Cu: 2% or less, and Cr: 3% or less. To do.
好ましい実施形態において、上記の高強度冷間鍛造用非調質鋼は、更に、Ca:0.005%以下、Mg:0.005%以下、およびREM:0.02%以下よりなる群から選択される少なくとも一種を含有する。 In a preferred embodiment, the high-strength cold forged non-heat treated steel is further selected from the group consisting of Ca: 0.005% or less, Mg: 0.005% or less, and REM: 0.02% or less. Containing at least one of the above.
好ましい実施形態において、上記の高強度冷間鍛造用非調質鋼は、更に、Zr:0.1%以下、Ta:0.1%以下、およびHf:0.1%以下よりなる群から選択される少なくとも一種を含有する。 In a preferred embodiment, the high-strength cold forged non-heat-treated steel is further selected from the group consisting of Zr: 0.1% or less, Ta: 0.1% or less, and Hf: 0.1% or less. Containing at least one of the above.
本発明によれば、冷間鍛造まま(非調質)でも冷間鍛造性を低下させることなしに、強度および疲労限度比の両方に優れた冷間鍛造非調質鋼を提供することができた。 According to the present invention, cold forged non-heat treated steel excellent in both strength and fatigue limit ratio can be provided without reducing cold forgeability even in cold forging (non-heat treated). It was.
本発明者は、Ti、Nb、Vなどの析出強化元素添加による疲労強度改善技術において、非調質でも冷間鍛造性を損なうことなしに、且つ、引張強度を必要以上に高くすることなしに疲労限度比を一層高めることを目的として鋭意検討してきた。その結果、(a)フェライト中に、ナノレベル(具体的には、粒径15nm以下)のNb及び/又はTi含有析出物を多数含有するものや、更にVを含む前記Nb及び/又はTi含有析出物では当該析出物中にNb及び/又はTiを一定量以上含有する(具体的には、後記するMP≧0.05)ものは、所望の特性が達成されること、(b)このような非調質鋼を得るためには、特に、冷間鍛造前の、分塊圧延工程および熱間圧延工程の加熱条件を高温で長時間加熱保持する(特に、いずれの工程でも加熱時間を1時間以上とする)ことが極めて重要であり、且つ、熱間圧延後の冷却条件(平均冷却速度)を適切に制御することが必要であることを見出し、本発明を完成した。 The present inventor, in the fatigue strength improvement technology by adding precipitation strengthening elements such as Ti, Nb, V, etc., without impairing the cold forgeability even without non-tempering, and without increasing the tensile strength more than necessary. We have intensively studied for the purpose of further increasing the fatigue limit ratio. As a result, (a) in the ferrite, (specifically, particle size 15nm or less) nano-level and those containing a large number of Nb and / or Ti-containing precipitates, the Nb and / or Ti-containing further including V A precipitate containing a certain amount or more of Nb and / or Ti (specifically, MP ≧ 0.05 described later) achieves desired characteristics, and (b) In order to obtain such a non-tempered steel, in particular, the heating conditions of the block rolling process and the hot rolling process before cold forging are heated and maintained at a high temperature for a long time (particularly, the heating time is 1 in any process). It has been found that it is extremely important to set the time or longer) and that it is necessary to appropriately control the cooling conditions (average cooling rate) after hot rolling, and the present invention has been completed.
以下、本発明に到達した経緯を説明する。以下では、説明の便宜上、粒径15nm以下のNb及び/又はTi含有析出物を「ナノサイズの超微細析出物」、あるいは単に「超微細析出物」と呼ぶ場合がある。上記のNb及び/又はTi含有析出物は、Vを更に含有しても良いし、含有しなくてもよい。両者を区別するため、Vを含有する上記析出物を特に「V含有超微細析出物」などと呼び、Vを含有しない上記析出物を特に「V非含有超微細析出物」などと呼ぶ場合がある。 Hereinafter, the background to the present invention will be described. In the following, for convenience of explanation, there are cases less of Nb and / or Ti-containing precipitates particle size 15nm referred to as "ultra-fine precipitates of nano-sized", or simply "ultra-fine precipitates". Said Nb and / or Ti containing deposit may contain V further, and does not need to contain it. In order to distinguish the two, the precipitate containing V is particularly referred to as “V-containing ultrafine precipitate” or the like, and the precipitate not containing V is particularly referred to as “V-free ultrafine precipitate” or the like. is there.
一般に、析出強化は、加熱時に固溶したVなどの析出強化元素が、冷間鍛造後の冷却時のフェライト変態時に、フェライト中に微細に多数析出することによって得られる。析出強化に寄与する析出物は、主に、NaCl型の結晶構造を有するMX型化合物(M=Metallic elements、X=carbonまたはnitrogen)であり、例えば、鋼中にTi,Nb、Vの析出強化元素を含む場合は、(Ti、Nb、V)(C、N)析出物が生成し、鋼中にTi,Nbの析出強化元素を含む場合は、(Ti、Nb)(C、N)析出物が生成する。ところが、析出強化元素を一定量以上添加すると上記作用は飽和してしまい、更なる特性改善(特に高強度化)を図ることは困難であった。 In general, precipitation strengthening is obtained by precipitation of a large number of precipitation strengthening elements such as V, which are solid-dissolved during heating, in the ferrite during the ferrite transformation during cooling after cold forging. Precipitates that contribute to precipitation strengthening are mainly MX type compounds (M = Metal elements, X = carbon or nitrogen) having a NaCl-type crystal structure. For example, precipitation strengthening of Ti, Nb, and V in steel When elements are included, (Ti, Nb, V) (C, N) precipitates are formed. When Ti and Nb precipitation strengthening elements are included in the steel, (Ti, Nb) (C, N) precipitates are generated. Things are generated. However, when the precipitation strengthening element is added in a certain amount or more, the above action is saturated, and it is difficult to further improve the characteristics (particularly increase the strength).
そこで、本発明者は、析出強化作用が飽和する原因を追究した。その結果、析出強化作用を一層高めるために析出強化元素の添加量を多くしても、冷間鍛造後の冷却時に、フェライト中ではなくオーステナイト中でMX型析出物が析出してしまうために所望の特性が得られないこと、また、フェライト中で析出した場合でも析出後の粒成長が著しく速くなるため、MX型析出物が粗大に成長してしまい、析出強化作用が低減し、強度の上昇が図れないことを突き止めた。上記知見に基づき、本発明者は更に検討を重ねた。その結果、オーステナイト域での析出を抑制してフェライト中で上記析出物を微細に多数析出させるためには、鍛造前の分塊圧延および熱間圧延の加熱条件、更には熱間圧延後の冷却条件を適切に制御することが有効であり、特に、上記の加熱条件を従来よりも高温で且つ長時間保持する必要があることを見出した。そして、このようにして得られた析出物を詳細に観察すると、(a)従来よりも一層微細なナノサイズの超微細析出物が多数析出していること、(b)特に、Vを含有する超微細析出物では、当該V含有超微細析出物中にNb及び/又はTiが一定量以上含まれていることが判明した。すなわち、これらの超微細析出物が、強度と疲労限度比の向上に大きく寄与していると考えられる。V含有超微細析出物において、上記(b)のように制御されていることによって特性が向上する理由は、詳細には不明であるが、V超微細析出物中に所定量のNb及び/又はTiが存在すると、(i)Nb及び/又はTiは、Vに比べて拡散速度が遅いために粒成長が抑制され、所望とするナノサイズの超微細析出物を多数確保でき、高強度化を達成できると共に、(ii)フェライトとの整合性が悪くなり、疲労限度比の改善も達成できるためと推察される。 Therefore, the present inventors have investigated the cause of saturation of the precipitation strengthening action. As a result, even if the amount of precipitation strengthening element added is increased in order to further enhance the precipitation strengthening action, MX type precipitates precipitate in austenite rather than ferrite during cooling after cold forging. In addition, even when precipitated in ferrite, the grain growth after precipitation is remarkably fast, so MX type precipitates grow coarsely, reducing the precipitation strengthening action and increasing the strength. I was unable to plan. Based on the above findings, the present inventors have further studied. As a result, in order to suppress precipitation in the austenite region and precipitate a large number of the above precipitates in the ferrite, heating conditions for split rolling and hot rolling before forging, as well as cooling after hot rolling. It has been found that it is effective to appropriately control the conditions, and in particular, it is necessary to maintain the above heating conditions at a higher temperature and for a longer time than before. When the precipitates thus obtained are observed in detail, (a) a number of nano-sized ultrafine precipitates that are finer than before are precipitated, and (b) in particular, V is contained. In the ultrafine precipitate, it was found that a certain amount or more of Nb and / or Ti was contained in the V-containing ultrafine precipitate. That is, it is considered that these ultrafine precipitates greatly contribute to the improvement of strength and fatigue limit ratio. In the V-containing ultrafine precipitate, the reason why the characteristics are improved by being controlled as in the above (b) is unknown in detail, but a predetermined amount of Nb and / or in the V ultrafine precipitate is not known. When Ti is present, (i) Nb and / or Ti has a slower diffusion rate than V, and therefore grain growth is suppressed, and a large number of desired nano-sized ultrafine precipitates can be secured, resulting in higher strength. This is presumably because (ii) the compatibility with ferrite deteriorates and the fatigue limit ratio can be improved.
本明細書において、「冷間鍛造用非調質鋼」とは、熱間圧延後冷間鍛造が施される前の非調質の熱間圧延材であって、さらに冷間鍛造後の調質処理が不要なものを意味する。 In this specification, “non-tempered steel for cold forging” is a non-tempered hot-rolled material before cold forging after hot rolling, and further after the cold forging. This means that no quality treatment is required.
本明細書において、「高強度」とは、冷間加工(具体的には伸線加工)後の引張強度が約1000MPa以上1300MPa未満のものを意味する。なお、冷間加工には、上記の伸線加工のほか、引き抜き加工、冷間圧延加工、前方押し出し加工、据え込み加工などが含まれる。 In the present specification, “high strength” means that the tensile strength after cold working (specifically, wire drawing) is about 1000 MPa or more and less than 1300 MPa. The cold working includes drawing, cold rolling, forward extrusion, upsetting and the like in addition to the wire drawing described above.
また、本明細書において、「疲労限度比が高い」とは、冷間加工後、疲労強度/引張強度の比で表される疲労限度比が、おおむね、0.30以上(好ましくは、0.33以上)のものを意味する。 Further, in this specification, “the fatigue limit ratio is high” means that the fatigue limit ratio represented by the ratio of fatigue strength / tensile strength after cold working is generally 0.30 or more (preferably 0.00. 33 or more).
以下、本発明の冷間鍛造非調質鋼について詳しく説明する。 Hereinafter, the cold forged non-heat treated steel of the present invention will be described in detail.
はじめに、本発明を最も特徴付けるナノサイズの超微細析出物について説明する。 First, the nano-sized ultrafine precipitate that most characterizes the present invention will be described.
本発明の非調質鋼は、フェライト中に、Nb及びTiの少なくとも一種を含有する析出物を含んでいる。上記の析出物は、Vを更に含んでいてもよい。Vは選択成分である。前述したように、Nb,Ti,Vは、いずれも、析出強化元素として有用であり、フェライト中にMX型化合物として存在することによって所望の特性が確保される。 The non-tempered steel of the present invention contains a precipitate containing at least one of Nb and Ti in ferrite. The above precipitate may further contain V. V is a selected component. As described above, Nb, Ti, and V are all useful as precipitation strengthening elements, and desired characteristics are ensured by existing as an MX type compound in ferrite.
以下、V含有超微細析出物、V非含有超微細析出物について、それぞれ、説明する。 Hereinafter, the V-containing ultrafine precipitate and the V-free ultrafine precipitate will be described, respectively.
(V含有超微細析出物)
まず、V含有超微細析出物について説明する。V含有超微細析出物は、(Ti、Nb、V)(C、N)析出物として表わすことができ、具体的には、例えば、Nb炭化物、Nb窒化物、Nb炭窒化物、Ti炭化物、Ti窒化物、Ti炭窒化物、Nb−Ti複合炭化物、Nb−Ti複合窒化物、Nb−Ti複合炭窒化物、Nb−V炭化物、Nb−V窒化物、Nb−V炭窒化物、Ti−V炭化物、Ti−V窒化物、Ti−V炭窒化物、Nb−Ti−V複合炭化物、Nb−Ti−V複合窒化物、Nb−Ti−V複合炭窒化物が挙げられる。これらのうち少なくとも一種を含んでいるものはすべて、本明細書における「V含有超微細析出物」に包含される。また、本発明における析出物の存在形態は、特に限定されず、例えば、上記のNb炭化物などが単独で存在しても良いし、あるいは、上記のNb炭化物に他の析出物(例えば、Al窒化物など)が結合した状態で存在しても良い。また、CrやMoを更に含有する場合は、CrやMoを含む炭化物や炭窒化物などとして存在してもよい。
(V-containing ultrafine precipitate)
First, the V-containing ultrafine precipitate will be described. V-containing ultrafine precipitates can be represented as (Ti, Nb, V) (C, N) precipitates, specifically, for example, Nb carbide, Nb nitride, Nb carbonitride, Ti carbide, Ti nitride, Ti carbonitride, Nb-Ti composite carbide, Nb-Ti composite nitride, Nb-Ti composite carbonitride, Nb-V carbide, Nb-V nitride, Nb-V carbonitride, Ti- Examples thereof include V carbide, Ti-V nitride, Ti-V carbonitride, Nb-Ti-V composite carbide, Nb-Ti-V composite nitride, and Nb-Ti-V composite carbonitride. All of these containing at least one kind are included in the “V-containing ultrafine precipitate” in the present specification. In addition, the presence form of the precipitate in the present invention is not particularly limited. For example, the Nb carbide may be present alone, or other precipitate (for example, Al nitride) may be present in the Nb carbide. Or the like) may be present in a combined state. Moreover, when it further contains Cr or Mo, it may exist as a carbide or carbonitride containing Cr or Mo.
V含有超微細析出物の場合、フェライト中に、下式(1)で表されるMPの値がMP≧0.05を満たす粒径15nm以下の上記超微細析出物を50個/μm2以上含んでいる。後に詳述する測定方法により、フェライト中に存在するMP≧0.05で且つ粒径≦15nmの超微細析出物の個数を測定したとき、これらの要件をすべて満足する超微細析出物の個数が50個/μm2以上であれば、高強度だけでなく、高い疲労限度比も得られることが判明した(後記する実施例を参照)。本発明によれば、上記のようにナノサイズの超微細析出物を多数析出させることによって強度の向上を図ることができ、且つ、上記のようにMP値を制御することによって疲労限度比も一層高められるようになる。高強度化に加え、高い疲労限度比も確保するためには、ナノサイズの超微細析出物を多数析出させるだけでは不充分であり、MP値が上記範囲を満足することが必要であって、MP値が上記範囲を満足しないナノサイズの超微細析出物を多数析出させたときは、高強度化を確保できても高い疲労限度比は得られないことを実験によって確認している。
MP=[{[Nb]/93}+{[Ti]/48}]/[{[V]/51}+{[Nb]/93}+{[Ti]/48}] ・・・ (1)
式中、[ ]は、前記析出物中に含まれる元素の含有量(質量%)を意味する。
For V-containing ultra-fine precipitates, in the ferrite, the following equation (1) above the value of MP represented the following particle size 15nm satisfying MP ≧ 0.05 ultrafine precipitates 50 / [mu] m 2 or more Contains. By a measuring method described later in detail, when measuring the number of ultra-fine precipitates and grain size ≦ 15 nm in MP ≧ 0.05 present in the ferrite, the number of ultra-fine precipitates that satisfies all of these requirements It was found that not only high strength but also a high fatigue limit ratio can be obtained when the number is 50 / μm 2 or more (see Examples described later). According to the present invention, the strength can be improved by depositing a large number of nano-sized ultrafine precipitates as described above, and the fatigue limit ratio can be further increased by controlling the MP value as described above. Can be enhanced. In addition to increasing the strength, in order to ensure a high fatigue limit ratio, it is not sufficient to precipitate a large number of nano-sized ultrafine precipitates, and the MP value needs to satisfy the above range, Experiments have confirmed that when a large number of nano-sized ultrafine precipitates whose MP values do not satisfy the above range are precipitated, a high fatigue limit ratio cannot be obtained even if high strength can be ensured.
MP = [{[Nb] / 93} + {[Ti] / 48}] / [{[V] / 51} + {[Nb] / 93} + {[Ti] / 48}] (1 )
In the formula, [] means the content (% by mass) of the element contained in the precipitate.
上式(1)で表されるMPは、Metallic elements(注:MX型化合物のM) Precipitateの略である。上式に示すように、Ti、Nb、Vの各元素は、すべて、原子割合で表されており、式中、分母、すなわち、[{[V]/51}+{[Nb]/93}+{[Ti]/48}]は、フェライト中に存在する超微細析出物(MX型化合物)におけるM(ここでは、Ti,Nb,V)の原子割合の合計を意味し、分子、すなわち、[{[Nb]/93}+{[Ti]/48}]は、Ti、Nbの原子割合の合計を意味している。すなわち、MP値は、Vを必須成分として含有するV含有超微細析出物において、高強度および高い疲労限度比の実現に有効なTi、Nbが当該V含有超微細析出物中に含まれる原子比を規定したものであり、Ti、Nbによる上記作用を有効に発揮させるための要件として、MP≧0.05を規定した。これは、V含有超微細析出物において、全超微細析出物中のTi,Nbの原子比が5%以上(MP≧0.05)であれば、結晶粒の成長(拡散)が阻害され、所望とする特性を確保することができるという経験的知見に基づいている。 MP represented by the above formula (1) is an abbreviation for Metallic elements (Note: M of MX type compound) Precipitate. As shown in the above formula, all elements of Ti, Nb, and V are expressed in atomic ratios, and in the formula, the denominator, that is, [{[V] / 51} + {[Nb] / 93} + {[Ti] / 48}] means the sum of atomic ratios of M (here, Ti, Nb, V) in the ultrafine precipitate (MX type compound) present in the ferrite, and is a molecule, [{[Nb] / 93} + {[Ti] / 48}] means the total atomic ratio of Ti and Nb. That is, the MP value is an atomic ratio in which Ti and Nb effective for realizing high strength and a high fatigue limit ratio are contained in the V-containing ultrafine precipitate containing V as an essential component. As a requirement for effectively exhibiting the above-described effects of Ti and Nb, MP ≧ 0.05 was defined. This is because, in the V-containing ultrafine precipitate, if the atomic ratio of Ti and Nb in the total ultrafine precipitate is 5% or more (MP ≧ 0.05), the growth (diffusion) of crystal grains is inhibited, This is based on empirical knowledge that desired characteristics can be secured.
MP値が大きいほど、すなわち、上記のV含有超微細析出物中に占めるNb及び/又はTiの原子割合が大きいほど、上記作用は顕著に発揮されるようになる。好ましいMPの値は、鋼中に含まれる上記成分の量などによっても相違するが、おおむね、0.10以上であることが好ましく、0.15以上であることがより好ましい。 The larger the MP value, that is, the greater the atomic ratio of Nb and / or Ti in the V-containing ultrafine precipitate, the more the above-described effect is exhibited. Although the preferable value of MP varies depending on the amount of the above-mentioned components contained in the steel, it is generally preferably 0.10 or more, and more preferably 0.15 or more.
次に、MP≧0.05を満足する超微細析出物の個数の測定方法について説明する。本発明では、透過型電子顕微鏡(transmission electron microscope、TEM)観察によって析出物を同定し、エネルギー分散型X線分析装置(Energy Dispersive X-ray、EDX)によって析出物中の元素分析を行ない、MP値を測定している。以下に詳述するように、本発明では、TEM観察の倍率を変えて(はじめは10万倍→次は15万倍)析出物を観察・分析しているが、これは、EDX分析に多くの時間を要することを考慮し、測定効率を高める目的で便宜的に行なったものである。 Next, a method for measuring the number of ultrafine precipitates satisfying MP ≧ 0.05 will be described. In the present invention, a precipitate is identified by observation with a transmission electron microscope (TEM), and elemental analysis in the precipitate is performed by an energy dispersive X-ray analyzer (Energy Dispersive X-ray, EDX). The value is being measured. As will be described in detail below, in the present invention, precipitates are observed and analyzed by changing the magnification of TEM observation (initially 100,000 times → next 150,000 times). This is done for the purpose of improving the measurement efficiency in consideration of the time required for the measurement.
(TEM観察用抽出レプリカの作製)
まず、冷間鍛造後の試料を用い、D/4(Dは直径または厚み)位置から、TEM観察用の抽出レプリカを作製する。具体的には、試料が円柱状の場合、高さ方向の中央部のD/4位置(D:直径)から抽出レプリカを作製し、試料が角形状または板状の場合、長手方向および幅方向の中央部のD/4位置(D:厚み)から、抽出レプリカを作製する。抽出レプリカは、下記(a)〜(e)の手順に添って行った。
(a)10%アセチルアセトン、80%メタノール、および10%塩化テトラメチルアンモニウムを含有する電解液を用い、試料を電解腐食する。
(b)試料の表面にカーボンを蒸着させる。
(c)サンプル平面上に2〜3mm角の碁盤目状の切れ目を入れる。
(d)上記の電解液で電解腐食させ、カーボンを浮上させる。
(e)アルコール中に保存して観察に用いる。
(Preparation of extraction replica for TEM observation)
First, using a sample after cold forging, an extraction replica for TEM observation is prepared from a D / 4 (D is a diameter or thickness) position. Specifically, when the sample is cylindrical, an extraction replica is produced from the D / 4 position (D: diameter) at the center in the height direction. When the sample is square or plate-shaped, the longitudinal direction and the width direction From the D / 4 position (D: thickness) in the center of the sample, an extraction replica is produced. The extraction replica was performed according to the following procedures (a) to (e).
(A) Electrolytic corrosion of a sample is performed using an electrolytic solution containing 10% acetylacetone, 80% methanol, and 10% tetramethylammonium chloride.
(B) Deposit carbon on the surface of the sample.
(C) A grid-like cut of 2 to 3 mm square is made on the sample plane.
(D) Electrolytic corrosion is performed with the above electrolytic solution, and carbon is floated.
(E) Store in alcohol and use for observation.
(倍率10万倍でTEM観察およびEDX分析)
次に、抽出レプリカ法で処理した試料を、倍率10万倍でTEM観察し、任意に、粒径が15nm以下の析出物20個を測定した後、当該析出物中に含まれるTi、Nb、VをEDX分析する。後記する実施例では、TEMとして日立製作所製「H−800」の透過型電子顕微鏡を使用している。なお、粒径は、下式に基づき、円相当径に換算したものである。
Then, the treated sample in the extraction replica method, and TEM observation in magnification of 100,000, optionally, after the particle size was measured more than 20 precipitates 15 nm, Ti contained in the precipitate, Nb, EDX analysis of V. In the examples described later, a transmission electron microscope “H-800” manufactured by Hitachi, Ltd. is used as the TEM. The particle size is based on the following equation, it is obtained by converting the equivalent circle diameter.
次いで、前述した式(1)に基づき、各析出物のMP値を算出する。これにより、TEM観察(10万倍)によって同定された上記析出物(合計20個)中、MP≧0.05を満足する析出物の個数が得られるので、全析出物中、MP≧0.05を満足する析出物の比率を算出しておく(この比率を「X」とする)。 Next, the MP value of each precipitate is calculated based on the above-described formula (1). As a result, the number of precipitates satisfying MP ≧ 0.05 in the above-mentioned precipitates (total of 20) identified by TEM observation (100,000 times) can be obtained, so that MP ≧ 0. The ratio of precipitates satisfying 05 is calculated (this ratio is “X”).
(倍率15万倍でTEM観察および写真撮影)
次に、任意の領域について、TEMにて倍率15万倍で20視野分の写真(20視野の合計面積0.75μm2)を撮影し、粒径15nm以下の析出物の個数を算出する。このようにして得られた析出物の個数(20視野分の合計個数)を、1μm2当たりの個数に換算する(この個数を「Y」とする)。
(TEM observation and photography at a magnification of 150,000)
Then, for any area, taking the 20 fields of view at a magnification 150,000 × photograph (total area 0.75 .mu.m 2 20 fields of) at TEM, calculates the number of the following precipitate particle size 15 nm. The number of precipitates thus obtained (total number for 20 fields of view) is converted to the number per 1 μm 2 (this number is referred to as “Y”).
(MP≧0.05を満足する超微細析出物の個数の算出)
最後に、このようにして得られたY(粒径15nm以下の析出物の個数/μm2)に、前述したX(全析出物中、MP≧0.05を満足する析出物の比率)を乗じることによって、MP≧0.05を満足する超微細析出物の個数を得た。
(Calculation of the number of ultrafine precipitates satisfying MP ≧ 0.05)
Finally, the thus obtained Y (number / [mu] m 2 of particle size 15nm following deposit), (the total deposit, the ratio of the precipitates which satisfies the MP ≧ 0.05) X as described above the By multiplying, the number of ultrafine precipitates satisfying MP ≧ 0.05 was obtained.
本発明では、更に、フェライト中に、MP値≧0.05を満足するV含有超微細析出物であって、粒径15nm以下の上記超微細析出物が50個/μm2以上存在することが必要である。このように、ナノサイズの超微細析出物がフェライト中に多数存在することによって、析出強化元素による強度向上作用を有効に発揮させつつ、高い疲労限度比も確保することができる(後記する実施例を参照)。 In the present invention, further, in the ferrite, a V-containing ultrafine precipitates satisfies the MP value ≧ 0.05, that following the ultra-fine precipitates particle size 15nm is present 50 / [mu] m 2 or more is necessary. As described above, since a large number of nano-sized ultrafine precipitates are present in ferrite, it is possible to ensure a high fatigue limit ratio while effectively exerting the effect of improving the strength by the precipitation strengthening element (Examples described later). See).
上記V含有超微細析出物のサイズは、粒径が15nm以下であれば良い。粒径は小さいほど良く、おおむね、10nmであることが好ましい。 The size of the V-containing ultrafine precipitates, the particle size may be at 15nm or less. The particle size may smaller, generally, it is preferably 10 nm.
また、上記V含有超微細析出物の個数は、50個/μm2以上であれば良く、多いほど、所望の特性が有効に発揮される。上記超微細析出物の個数は、おおむね、100個/μm2以上であることが好ましく、200個/μm2以上であることがより好ましい。 The number of the V-containing ultrafine precipitates may be 50 / μm 2 or more, and the larger the number, the more effective the desired characteristics. In general, the number of ultrafine precipitates is preferably 100 / μm 2 or more, and more preferably 200 / μm 2 or more.
本発明では、フェライト組織中に観察されるV含有超微細析出物を測定している。本発明の非調質鋼は、フェライト組織を主とするフェライト−パーライト組織から構成されるが、フェライト組織に限定したのは、当該V含有超微細析出物がフェライト組織中に存在しないと、所望の特性が有効に発揮されないからである。 In the present invention, V-containing ultrafine precipitates observed in the ferrite structure are measured. The non-heat treated steel of the present invention is composed of a ferrite-pearlite structure mainly composed of a ferrite structure. However, the non-refined steel is limited to the ferrite structure if the V-containing ultrafine precipitate is not present in the ferrite structure. This is because the above characteristics are not effectively exhibited.
(V非含有超微細析出物)
次に、V非含有超微細析出物について説明する。V非含有超微細析出物は、(Ti、Nb)(C、N)析出物として表わすことができ、具体的には、例えば、Nb炭化物、Nb窒化物、Nb炭窒化物、Ti炭化物、Ti窒化物、Ti炭窒化物、Nb−Ti複合炭化物、Nb−Ti複合窒化物、Nb−Ti複合炭窒化物が挙げられる。これらのうち少なくとも一種を含んでいるものはすべて、本明細書における「V非含有超微細析出物」に包含される。また、本発明における析出物の存在形態は、特に限定されず、例えば、上記のNb炭化物などが単独で存在しても良いし、あるいは、上記のNb炭化物に他の析出物(例えば、Al窒化物など)が結合した状態で存在しても良い。また、CrやMoを更に含有する場合は、CrやMoを含む炭化物や炭窒化物などとして存在してもよい。
(V-free ultrafine precipitate)
Next, the V-free ultrafine precipitate will be described. V-free ultrafine precipitates can be represented as (Ti, Nb) (C, N) precipitates, specifically, for example, Nb carbide, Nb nitride, Nb carbonitride, Ti carbide, Ti Examples thereof include nitride, Ti carbonitride, Nb—Ti composite carbide, Nb—Ti composite nitride, and Nb—Ti composite carbonitride. All of these containing at least one kind are included in the “V-free ultrafine precipitate” in the present specification. In addition, the presence form of the precipitate in the present invention is not particularly limited. For example, the Nb carbide may be present alone, or other precipitate (for example, Al nitride) may be present in the Nb carbide. Or the like) may be present in a combined state. Moreover, when it further contains Cr or Mo, it may exist as a carbide or carbonitride containing Cr or Mo.
V非含有超微細析出物の詳細は、MP≧0.05の要件を除き、前述したV含有超微細析出物と同じであり、サイズや個数などは、上記の内容を参照すればよい。MP値は、上述したように、V含有超微細析出物において有用な要件であって、Vを含有しない場合、MP値は計算によって1となるため、MP≧0.05を必然的に満たすからである。 The details of the V-free ultrafine precipitate are the same as those of the V-containing ultrafine precipitate described above except for the requirement of MP ≧ 0.05. For the size, number, etc., the above contents may be referred to. As described above, the MP value is a useful requirement in the V-containing ultrafine precipitate, and when V is not contained, the MP value is 1 by calculation, and therefore MP ≧ 0.05 is necessarily satisfied. It is.
以上、本発明を特徴付ける析出物について説明した。 The deposits characterizing the present invention have been described above.
次に、鋼の化学成分を説明する。 Next, the chemical composition of steel will be described.
C:0.10〜0.50%
Cは、パーライトを形成すると共に、Ti、Nb、Viと結合してMX型化合物を形成してフェライトを強化し、高強度化に寄与する元素である。所定の強度を確保するため、C量は、0.10%以上とする。ただし、C量が過剰になると、パーライト分率が増えすぎてフェライトによる析出強化量が低減し、かえって疲労限度比が低下するため、上限を0.50%とする。C量は、0.20%以上0.45%以下であることが好ましく、0.26%以上0.40%以下であることがより好ましい。
C: 0.10 to 0.50%
C is an element that forms pearlite and combines with Ti, Nb, and Vi to form an MX type compound to strengthen ferrite and contribute to high strength. In order to ensure a predetermined strength, the C amount is 0.10% or more. However, if the amount of C becomes excessive, the pearlite fraction increases too much and the precipitation strengthening amount due to ferrite decreases, and the fatigue limit ratio decreases, so the upper limit is made 0.50%. The C content is preferably 0.20% or more and 0.45% or less, and more preferably 0.26% or more and 0.40% or less.
Si:0.05〜2%
Siは脱酸剤として作用するほか、固溶強化によってフェライトおよびパーライトを強化し、疲労限度比の向上に寄与する元素である。このような作用を有効に発揮させるため、Si量を0.05%以上とする。ただし、Si量が2%を超えると、冷却時にベイナイトなどの過冷組織が生成し、かえって疲労限度比の低下を招くため、上限を2%とする。Si量は、0.1%以上1.5%以下であることが好ましく、0.4%以上1.0%以下であることがより好ましい。
Si: 0.05-2%
In addition to acting as a deoxidizer, Si is an element that strengthens ferrite and pearlite by solid solution strengthening and contributes to improvement of the fatigue limit ratio. In order to effectively exhibit such an action, the Si amount is set to 0.05% or more. However, if the amount of Si exceeds 2%, an overcooled structure such as bainite is generated at the time of cooling, and instead the fatigue limit ratio is lowered, so the upper limit is made 2%. The amount of Si is preferably 0.1% or more and 1.5% or less, and more preferably 0.4% or more and 1.0% or less.
Mn:0.3〜3%
Mnは、変態温度を低下させることによってフェライトを微細化して強度や疲労限度比、更には靭性の改善に寄与する元素である。Mn量が0.3%未満では、焼入れ性改善作用が少なく、上記作用が有効に発揮されないため、下限を0.3%とする。ただし、Mn量が過剰になると、冷却時にベイナイトなどの過冷組織が生成し、かえって疲労限度比が低下するため、その上限を3%とする。Mn量の下限は、0.5%であることが好ましく、0.75%以上であることがより好ましい。また、Mn量の上限は、2.5%以下であることが好ましく、2.0%以下であることがより好ましく、1.8%以下であることがさらに好ましい。
Mn: 0.3 to 3%
Mn is an element that contributes to improvement of strength, fatigue limit ratio, and toughness by refining ferrite by lowering the transformation temperature. If the amount of Mn is less than 0.3%, the hardenability improving effect is small and the above effect is not effectively exhibited, so the lower limit is made 0.3%. However, if the amount of Mn becomes excessive, an overcooled structure such as bainite is generated during cooling, and the fatigue limit ratio is lowered. Therefore, the upper limit is made 3%. The lower limit of the amount of Mn is preferably 0.5%, and more preferably 0.75% or more. Further, the upper limit of the amount of Mn is preferably 2.5% or less, more preferably 2.0% or less, and further preferably 1.8% or less.
Al:0.005〜0.1%
Alは、脱酸剤として有用であり、そのために0.005%以上添加する。ただし、Al量が過剰になると、介在物が多く発生し、疲労特性、更には靭性が低下するため、上限を0.1%とした。Al量は、0.01%以上0.07%以下であることが好ましく、0.015%以上0.05%以下であることがより好ましい。
Al: 0.005 to 0.1%
Al is useful as a deoxidizer, and for that purpose, 0.005% or more is added. However, when the amount of Al becomes excessive, a lot of inclusions are generated, and the fatigue characteristics and further the toughness are lowered, so the upper limit was made 0.1%. The amount of Al is preferably 0.01% or more and 0.07% or less, and more preferably 0.015% or more and 0.05% or less.
P:0.05%以下、O:0.003%以下
PおよびOは、いずれも、靭性を劣化させる元素であるため、極力低減することが好ましい。ここでは、特別な精錬処理による低減化を行なわなくても靭性を著しく劣化させない量の上限として、Pを0.05%、Oを0.003%とした。これらの元素は少ないほど良く、Pは、0.03%以下であることが好ましく、0.02%以下であることがより好ましく、0.015%以下であることが更に好ましい。また、Oは、0.002%以下であることが好ましく、0.0015%以下であることがより好ましい。
P: 0.05% or less, O: 0.003% or less Since P and O are elements that deteriorate toughness, it is preferable to reduce them as much as possible. Here, P is set to 0.05% and O is set to 0.003% as the upper limit of the amount that does not significantly deteriorate the toughness without reduction by special refining treatment. The smaller the number of these elements, the better. P is preferably 0.03% or less, more preferably 0.02% or less, and further preferably 0.015% or less. Further, O is preferably 0.002% or less, and more preferably 0.0015% or less.
S:0.5%以下
Sは、MnSを形成して切削性改善に寄与する元素である。従って、切削性が要求される用途に使用する場合は、S量は、0.1%以上であることが好ましい。ただし、S量が過剰になると、靭性が劣化するため、上限を0.5%とする。S量は、0.2%以下であることが好ましい。なお、靭性が要求される場合には、S量は0.1%以下であることがより好ましい。
S: 0.5% or less S is an element that forms MnS and contributes to improvement of machinability. Therefore, when used for applications requiring machinability, the amount of S is preferably 0.1% or more. However, if the amount of S becomes excessive, the toughness deteriorates, so the upper limit is made 0.5%. The amount of S is preferably 0.2% or less. When toughness is required, the S amount is more preferably 0.1% or less.
N:0.02%以下(0%を含まない)
Nは、Ti、Nb、V(更には、必要に応じて添加されるZr、Ta、Hf)と結合してMX型化合物を生成し、引張強度や疲労限度比の向上に寄与する元素である。このような作用を有効に発揮させるため、N量は、0.0030%以上であることが好ましい。ただし、過剰に添加すると、粗大なMX型化合物が生成し、疲労特性が低下するため、上限を0.02%とする。N量は、おおむね、0.01%以下であることが好ましく、0.007%以下であることがより好ましく、0.0055%以下であることが更に好ましい。特には、析出強化元素としてTiを添加する場合は、後記するように、所望の超微細析出物が得られるよう、Ti量に応じてN量を適切に制御することが好ましい。
N: 0.02% or less (excluding 0%)
N is an element that combines with Ti, Nb, and V (and Zr, Ta, and Hf added as necessary) to form an MX type compound and contributes to an improvement in tensile strength and fatigue limit ratio. . In order to effectively exhibit such an action, the N content is preferably 0.0030% or more. However, if added excessively, a coarse MX-type compound is generated and the fatigue characteristics deteriorate, so the upper limit is made 0.02%. In general, the N amount is preferably 0.01% or less, more preferably 0.007% or less, and still more preferably 0.0055% or less. In particular, when adding Ti as a precipitation strengthening element, it is preferable to appropriately control the amount of N according to the amount of Ti so that a desired ultrafine precipitate can be obtained, as will be described later.
Nb,Ti,Vについて
これらの元素は、CやNと結合してMX型化合物を生成し、高強度化に寄与する元素である。このうち、NbやTiは、Vと異なって析出速度が非常に遅いため、NbやTiの添加により、フェライト中のMX型化合物の成長が著しく抑制され、所望とする超微細析出物が多数生成するようになる。従って、本発明では、少なくともNb及び/又はTiを含んでおり、Vは選択元素である。強度と疲労限度比の更なる向上といった観点からすれば、Vを含有していることが好ましく、Nb,Ti,Vをすべて含有していることが最も好ましい。以下、各成分について説明する。
For Nb, Ti, and V, these elements are elements that combine with C and N to generate MX type compounds and contribute to high strength. Of these, Nb and Ti, unlike V, have a very slow precipitation rate, so the addition of Nb and Ti significantly suppresses the growth of MX-type compounds in ferrite and produces many desired ultrafine precipitates. To come. Therefore, in the present invention, at least Nb and / or Ti are contained, and V is a selective element. From the viewpoint of further improving the strength and fatigue limit ratio, V is preferably contained, and most preferably Nb, Ti, and V are all contained. Hereinafter, each component will be described.
Nbを含む場合はNb:0.2%以下
Nb添加による上記作用を有効に発揮させるためには、Nb量は、0.022%以上であることが好ましく、0.04%以上であることがより好ましい。ただし、過剰に添加すると、加熱時に固溶せずに未固溶のものが多くなり、粗大な化合物が析出しやすくなって当該粗大化合物が疲労の起点となり、疲労限度比が低下するため、上限を0.2%とする。Nb量の上限は0.1%であることが好ましく、0.08%以下であることがより好ましい。
In the case where Nb is contained, Nb: 0.2% or less In order to effectively exhibit the above-described action due to the addition of Nb, the amount of Nb is preferably 0.022% or more, and preferably 0.04% or more. More preferred. However, if added excessively, the amount of undissolved substances increases without heating during heating, and coarse compounds are likely to precipitate, and the coarse compounds become the starting point of fatigue, reducing the fatigue limit ratio. Is 0.2%. The upper limit of the amount of Nb is preferably 0.1%, and more preferably 0.08% or less.
Tiを含む場合は、Ti:0.20%以下、N:0.010%未満、およびTi/N≧3.4
Ti添加による上記作用を有効に発揮させるためには、上記のように、Ti量のみならず、N量と、TiとNの原子比を適切に制御する必要がある。Tiは、CよりもNとの反応性が強く、Nが0.01%以上になると粗大なTiNが凝固時に形成されるようになり、超微細析出物中に含まれるTi量が少なくなるためである。好ましくは、Ti:0.02%以上0.1%以下、N:0.0070%以下、Ti/N≧4.0であり、より好ましくは、Ti:0.04%以上0.08%以下、N:0.0055%以下、Ti/N≧5.0である。
When Ti is contained, Ti: 0.20% or less, N: less than 0.010%, and Ti / N ≧ 3.4
In order to effectively exhibit the above-described action by addition of Ti, it is necessary to appropriately control not only the amount of Ti but also the amount of N and the atomic ratio of Ti and N as described above. Ti has a higher reactivity with N than C. When N is 0.01% or more, coarse TiN is formed during solidification, and the amount of Ti contained in the ultrafine precipitate is reduced. It is. Preferably, Ti: 0.02% or more and 0.1% or less, N: 0.0070% or less, Ti / N ≧ 4.0, and more preferably, Ti: 0.04% or more and 0.08% or less. , N: 0.0055% or less, and Ti / N ≧ 5.0.
なお、Nbは、Tiとは異なって前述した反応性の差は殆ど見られないため、Nb添加の場合は、N量と、NbとNの原子比を適切に制御する必要は特にない。 Note that Nb, unlike Ti, hardly exhibits the above-described reactivity difference, and therefore when Nb is added, it is not particularly necessary to appropriately control the amount of N and the atomic ratio of Nb to N.
Vを含む場合は、V:0.6%以下
V添加による上記作用を有効に発揮させるためには、V量は、0.15%以上であることが好ましく、0.2%以上であることがより好ましい。ただし、過剰に添加すると、加熱時に固溶せずに未固溶のものが多くなり、粗大な化合物が析出しやすくなって当該粗大化合物が疲労の起点となり、疲労限度比が低下するため、上限を0.6%とする。V量の上限は0.5%であることが好ましく、0.4%以下であることがより好ましい。
When V is included, V: 0.6% or less In order to effectively exhibit the above-described action due to the addition of V, the amount of V is preferably 0.15% or more, and 0.2% or more. Is more preferable. However, if added excessively, the amount of undissolved substances increases without heating during heating, and coarse compounds are likely to precipitate, and the coarse compounds become the starting point of fatigue, reducing the fatigue limit ratio. Is 0.6%. The upper limit of the amount of V is preferably 0.5%, and more preferably 0.4% or less.
本発明の冷間鍛造用非調質鋼は、上記成分を含有し、残部:Feおよび不可避不純物である。 The non-heat treated steel for cold forging of the present invention contains the above components, and the balance is Fe and inevitable impurities.
更に、本発明の非調質鋼は、他の特性改善などを目的として、下記の成分を含有しても良い。 Furthermore, the non-heat treated steel of the present invention may contain the following components for the purpose of improving other properties.
Mo:1%以下、及び/又はB:0.015%以下
MoおよびBは、いずれも、変態温度を低下させることでフェライトを微細化して強度や疲労限度比の改善に寄与するほか、靭性の向上にも寄与する元素である。このような作用を有効に発揮させるため、Moを0.1%以上、Bを0.0003%以上添加することが好ましく、Moを0.2%以上、Bを0.0006%以上添加することがより好ましい。ただし、過剰に添加すると、冷却時にベイナイトなどの過冷組織が生成し、かえって疲労限度比が低下するため、上限を、Mo:1%、B:0.015%とすることが好ましい。より好ましい上限は、Mo:0.75%、B:0.005%であり、更に好ましい上限は、Mo:0.5%、B:0.0035%である。これらの元素は、単独で添加しても良いし、2種以上を併用しても良い。
Mo: 1% or less, and / or B: 0.015% or less Both Mo and B contribute to the improvement of strength and fatigue limit ratio by reducing the transformation temperature to refine the ferrite and to improve the toughness ratio. It is an element that contributes to improvement. In order to effectively exert such an action, it is preferable to add Mo 0.1% or more and B 0.0003% or more, and to add Mo 0.2% or more and B 0.0006% or more. Is more preferable. However, if added excessively, a supercooled structure such as bainite is generated at the time of cooling, and the fatigue limit ratio is lowered. Therefore, the upper limit is preferably set to Mo: 1% and B: 0.015%. More preferable upper limits are Mo: 0.75% and B: 0.005%, and still more preferable upper limits are Mo: 0.5% and B: 0.0035%. These elements may be added alone or in combination of two or more.
Ni:2%以下、Cu:2%以下、およびCr:3%以下よりなる群から選択される少なくとも一種
Ni、Cu、およびCrは、いずれも、強度向上作用を有し、更には、靭性改善にも寄与する元素である。このような作用を有効に発揮させるため、下限を、Ni:0.2%、Cu:0.2%、Cr:0.3%とすることが好ましい。より好ましい下限は、Ni:0.5%、Cu:0.5%、Cr:0.5%である。ただし、過剰に添加すると、上記作用が低下するため、上限を、Ni:2%、Cu:2%、Cr:3%とすることが好ましい。より好ましい上限は、Ni:1.5%、Cu:1.5%、Cr:2%であり、更に好ましい上限は、Ni:1.2%、Cu:1.2%、Cr:1.5%である。これらの元素は、単独で添加しても良いし、2種以上を併用しても良い。
At least one of Ni, Cu, and Cr selected from the group consisting of Ni: 2% or less, Cu: 2% or less, and Cr: 3% or less all have a strength-improving action, and further improve toughness. It is an element that also contributes. In order to exhibit such an action effectively, it is preferable to set the lower limit to Ni: 0.2%, Cu: 0.2%, and Cr: 0.3%. More preferable lower limits are Ni: 0.5%, Cu: 0.5%, Cr: 0.5%. However, since the said effect | action will fall if it adds excessively, it is preferable to make an upper limit into Ni: 2%, Cu: 2%, Cr: 3%. More preferable upper limit is Ni: 1.5%, Cu: 1.5%, Cr: 2%, and further preferable upper limit is Ni: 1.2%, Cu: 1.2%, Cr: 1.5. %. These elements may be added alone or in combination of two or more.
Ca:0.005%以下、Mg:0.005%以下、およびREM:0.02%以下よりなる群から選択される少なくとも一種
Ca、Mg、REMは、いずれも、硫化物を形成し、MnSの伸長を防いで靭性改善に寄与する元素である。このような作用を有効に発揮させるため、上記元素の下限を、Ca:0.0005%、Mg:0.0002%、REM:0.0005%とすることが好ましい。ただし、過剰に添加すると、かえって靭性が低下するため、上限を、Ca:0.005%、Mg:0.005%、REM:0.02%とすることが好ましい。より好ましい上限は、Ca:0.003%、Mg:0.003%、REM:0.01%である。これらの元素は、単独で添加しても良いし、2種以上を併用しても良い。
At least one of Ca, Mg, and REM selected from the group consisting of Ca: 0.005% or less, Mg: 0.005% or less, and REM: 0.02% or less forms a sulfide, and MnS It is an element that contributes to improvement of toughness by preventing the elongation of. In order to effectively exhibit such an action, it is preferable that the lower limit of the element is Ca: 0.0005%, Mg: 0.0002%, REM: 0.0005%. However, if added in excess, the toughness is rather lowered, so the upper limit is preferably made Ca: 0.005%, Mg: 0.005%, and REM: 0.02%. More preferable upper limits are Ca: 0.003%, Mg: 0.003%, and REM: 0.01%. These elements may be added alone or in combination of two or more.
本明細書において、REMは、ランタノイド元素(周期表において、LaからLnまでの合計15元素)に、Sc(スカンジウム)とY(イットリウム)とを加えた元素群を意味する。これらの元素のなかでも、La、CeおよびYよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含有することが好ましく、Laおよび/またはCeを含有することがより好ましい。また、溶鋼へ添加するREMの形態は特に限定されず、例えば、REMとして、純Laや純Ce,純Yなど、或いは純Ca,純Zr,純Ti、更にはFe−Si−La合金,Fe−Si−Ce合金,Fe−Si−Ca合金,Fe−Si−La−Ce合金,Fe−Ca合金,Ni−Ca合金などを添加すればよい。また、溶鋼へミッシュメタルを添加してもよい。ミッシュメタルとは、セリウム族希土類元素の混合物であり、具体的には、Ceを40〜50%程度,Laを20〜40%程度含有している。ただし、ミッシュメタルは不純物としてCaを含むことが多いので、ミッシュメタルがCaを含む場合は、Ca量は上記範囲を満足していることが好ましい。後記する実施例では、ミッシュメタルを添加している。 In this specification, REM means an element group obtained by adding Sc (scandium) and Y (yttrium) to a lanthanoid element (a total of 15 elements from La to Ln in the periodic table). Among these elements, it is preferable to contain at least one element selected from the group consisting of La, Ce and Y, and it is more preferable to contain La and / or Ce. Moreover, the form of REM added to molten steel is not specifically limited, For example, as REM, pure La, pure Ce, pure Y, etc., pure Ca, pure Zr, pure Ti, and also Fe-Si-La alloy, Fe -Si-Ce alloy, Fe-Si-Ca alloy, Fe-Si-La-Ce alloy, Fe-Ca alloy, Ni-Ca alloy, etc. may be added. Moreover, you may add misch metal to molten steel. Misch metal is a mixture of cerium group rare earth elements, and specifically contains about 40 to 50% of Ce and about 20 to 40% of La. However, since misch metal often contains Ca as an impurity, when the misch metal contains Ca, the amount of Ca preferably satisfies the above range. In the examples described later, misch metal is added.
Zr:0.1%以下、Ta:0.1%以下、およびHf:0.1%以下よりなる群から選択される少なくとも一種
Zr、Ta、およびHfは、いずれも、Nと結合して安定な窒化物を形成する元素であり、加熱時のオーステナイト粒径の成長を抑制して超微細析出物の生成を促進し、特に、靭性改善に寄与する元素である。このような作用を有効に発揮させるため、上記元素の下限を、Zr:0.005%、Ta:0.005%、Hf:0.005%とすることが好ましい。ただし、過剰に添加すると、粗大な窒化物が生成し、疲労特性が低下するため、いずれの元素も、上限を0.1%とすることが好ましい。より好ましい上限は、いずれの元素も、0.05%であり、更に好ましい上限は、いずれの元素も、0.025%である。
At least one of Zr, Ta, and Hf selected from the group consisting of Zr: 0.1% or less, Ta: 0.1% or less, and Hf: 0.1% or less is bonded to N and stable. It is an element that forms a simple nitride, promotes the formation of ultrafine precipitates by suppressing the growth of the austenite grain size during heating, and particularly contributes to toughness improvement. In order to effectively exhibit such an action, it is preferable that the lower limit of the element is Zr: 0.005%, Ta: 0.005%, and Hf: 0.005%. However, if added excessively, coarse nitrides are formed and fatigue characteristics are lowered, so the upper limit of each element is preferably 0.1%. A more preferable upper limit is 0.05% for any element, and a further preferable upper limit is 0.025% for any element.
以上、本発明の鋼中成分について説明した。 In the above, the component in steel of this invention was demonstrated.
次に、図1を参照しながら、本発明に係る高強度冷間鍛造用非調質鋼の製造方法、および当該冷間鍛造用鋼を用いて鍛造部品を製造する方法の一実施形態を説明する。図1には、製造工程順に、鋳造工程、分塊圧延工程、熱間圧延工程、冷間鍛造工程の概略が模式的に示されている。このうち、本発明を特徴付ける工程は、分塊圧延工程および熱間圧延工程である。図1中、分塊圧延工程および熱間圧延工程には、参考のため、従来の代表的なヒートパターンを点線で示している。 Next, referring to FIG. 1, an embodiment of a method for producing a high-strength cold forging non-heat treated steel according to the present invention and a method for producing a forged part using the cold forging steel will be described. To do. FIG. 1 schematically shows an outline of a casting process, a block rolling process, a hot rolling process, and a cold forging process in the order of the manufacturing process. Among these, the processes characterizing the present invention are a block rolling process and a hot rolling process. In FIG. 1, a conventional representative heat pattern is indicated by dotted lines in the block rolling process and the hot rolling process for reference.
本発明の製造方法は、後に詳しく説明するように、冷間鍛造前の分塊圧延工程において1250℃で1時間以上加熱保持し、その後の熱間圧延工程において1150℃以上で1時間以上加熱保持するという、高温・長時間加熱保持処理を包含するものであり、これにより、所望の特性が有効に発揮される。ここで、熱間圧延時の加熱温度を分塊圧延時の加熱温度に比べて低くしたのは、本発明では、熱間圧延後に冷間鍛造を行なうため、疵などを抑制するという観点から、熱間加熱温度をできるだけ低くした方がよいなどの理由に基づく。 The production method of the present invention, as will be described in detail later, is heated and held at 1250 ° C. for 1 hour or more in the block rolling process before cold forging, and is heated and held at 1150 ° C. or more for 1 hour or more in the subsequent hot rolling process. This includes high-temperature and long-time heat-holding treatment, whereby desired characteristics are effectively exhibited. Here, the heating temperature at the time of hot rolling is lower than the heating temperature at the time of ingot rolling, in the present invention, because cold forging is performed after hot rolling, from the viewpoint of suppressing wrinkles, etc. This is based on the reason that the hot heating temperature should be as low as possible.
まず、前述した成分組成を満たす鋼を溶製し、鋳造する。鋳造条件は、特に限定されず、通常、用いられる方法を採用すれば良い。後に詳しく説明するように、本発明では、分塊圧延条件及び/又は熱間圧延条件を適切に制御することによって所望の超微細析出物および固溶物を確保するものだからである。ただし、より微細でより多くの析出物の生成を目的として、鋳造条件を適切に制御することも有効であり、例えば、鋳造時の平均冷却速度(鋳造品中心部の平均冷却速度)をできるだけ速く(おおむね、200℃/hr以上)することが好ましい。 First, steel satisfying the above-described component composition is melted and cast. Casting conditions are not particularly limited, and a generally used method may be employed. This is because, as will be described in detail later, in the present invention, desired ultrafine precipitates and solid solutions are ensured by appropriately controlling the split rolling conditions and / or hot rolling conditions. However, it is also effective to appropriately control the casting conditions for the purpose of producing finer and more precipitates. For example, the average cooling rate during casting (the average cooling rate at the center of the cast product) is as fast as possible. (Generally, 200 ° C./hr or more) is preferable.
鋳造後、分塊圧延を行なう。分塊圧延は、分塊圧延前の均熱処理を包含してもよい。均熱処理を行う場合は、おおむね、分塊圧延工程と同じ条件で実施することが好ましい。 After casting, ingot rolling is performed. Partial rolling may include soaking before the partial rolling. In the case of performing soaking, it is preferable to carry out under the same conditions as in the bulk rolling process.
分塊圧延工程は、所望の超微細析出物を確保し、強度および疲労限度比を高めるために最も重要な工程である。具体的には、以下に詳述するように、分塊圧延時の加熱条件を、できるだけ高温で長時間加熱保持するように制御する。 The block rolling process is the most important process for securing desired ultrafine precipitates and increasing the strength and fatigue limit ratio. Specifically, as described in detail below, the heating conditions at the time of the ingot rolling are controlled so as to be heated and maintained for as long a time as possible.
まず、分塊圧延時の加熱条件に関し、本発明では、1250℃以上の温度(図1中、T1)で1時間以上(図1中、t1)保持する。加熱時間(t1)は、当該加熱温度(T1)に達したときの保持時間を意味する。本発明の加熱パターンは、従来の代表的な加熱パターン(図1の点線部分)に比べ、温度が高く保持時間も長い。このように高温で長時間加熱保持することによって、析出強化元素であるNb、Ti、Vの固溶が促進され、特に、Vに比べて固溶し難いNbやTiの固溶が一層促進されるため、その後の冷却過程で析出する析出物へのNb、Tiの侵入が容易になり、結果的に、MP値が上昇するようになる。上記工程では、特に、加熱時間(t1)を適切に制御することが極めて重要であり、たとえ、加熱温度(T1)を1250℃以上に高めたとしても、加熱時間(t1)が1時間未満のものは、所望の特性が得られない(後記する図1を参照)。加熱温度(T1)は高いほど、保持時間(t1)は長いほど良い。例えば、加熱温度(T1)は1275℃以上が好ましく、1300℃以上がより好ましい。また、加熱時間(t1)は2時間以上が好ましい。加熱温度の上限は特にされないが、設備などとの関係で、おおむね、1325℃とすることが好ましい。 First, regarding the heating conditions at the time of ingot rolling, in the present invention, a temperature of 1250 ° C. or higher (T1 in FIG. 1) is maintained for 1 hour or longer (t1 in FIG. 1). The heating time (t1) means a holding time when the heating temperature (T1) is reached. The heating pattern of the present invention has a higher temperature and a longer holding time than a conventional representative heating pattern (dotted line portion in FIG. 1). Thus, by heating and holding at a high temperature for a long time, the solid solution of precipitation strengthening elements Nb, Ti, and V is promoted. In particular, the solid solution of Nb and Ti that is difficult to dissolve in comparison with V is further promoted. Therefore, the penetration of Nb and Ti into the precipitate that precipitates in the subsequent cooling process becomes easy, and as a result, the MP value increases. In the above process, it is particularly important to appropriately control the heating time (t1). Even if the heating temperature (T1) is increased to 1250 ° C. or higher, the heating time (t1) is less than 1 hour. The desired properties cannot be obtained (see FIG. 1 described later). The higher the heating temperature (T1), the better the holding time (t1). For example, the heating temperature (T1) is preferably 1275 ° C. or higher, and more preferably 1300 ° C. or higher. The heating time (t1) is preferably 2 hours or longer. Although the upper limit of the heating temperature is not particularly limited, it is preferably about 1325 ° C. because of the relationship with the equipment.
加熱後の圧延温度(図1中、T2)は特に限定されず、例えば、950℃以上とすることが好ましい。 The rolling temperature after heating (T2 in FIG. 1) is not particularly limited, and is preferably 950 ° C. or higher, for example.
分塊圧延後、熱間圧延を行なう。所望の特性を確保するためには、分塊圧延時のみならず熱間圧延時のNb,Ti,Vの固溶を促進しておくことが好ましく、本実施形態では、熱間圧延時の加熱条件を1125℃以上(図1中、T3)で1時間以上(図1中、t3)保持とすることが好ましい。本発明の加熱パターンは、従来の代表的な加熱パターン(図1の点線部分)に比べ、温度が高く保持時間も長い。このように高温で長時間加熱保持することによって、析出強化元素であるNb、Ti、Vの固溶が促進され、特に、Vに比べて固溶し難いNbやTiの固溶が一層促進されるため、その後の冷却過程で析出する析出物へのNb、Tiの侵入が容易になり、結果的に、MP値が上昇するようになる。加熱温度(T3)は高いほど、保持時間(t3)は長いほど良く、これにより、上記元素の固溶が一層促進される。例えば、加熱温度(T3)は1150℃以上が好ましく、1175℃以上がより好ましい。また、加熱時間(t1)は2時間以上が好ましい。加熱温度の上限は、前述したように、分塊圧延時の加熱温度(T1)よりも低くすることが好ましく、おおむね、1250℃とすることが好ましい。 Hot rolling is performed after the block rolling. In order to ensure the desired characteristics, it is preferable to promote the solid solution of Nb, Ti, V during hot rolling as well as during partial rolling. In this embodiment, heating during hot rolling is performed. It is preferable to maintain the conditions at 1125 ° C. or higher (T3 in FIG. 1) for 1 hour or longer (t3 in FIG. 1). The heating pattern of the present invention has a higher temperature and a longer holding time than a conventional representative heating pattern (dotted line portion in FIG. 1). Thus, by heating and holding at a high temperature for a long time, the solid solution of precipitation strengthening elements Nb, Ti, and V is promoted. In particular, the solid solution of Nb and Ti that is difficult to dissolve in comparison with V is further promoted. Therefore, the penetration of Nb and Ti into the precipitate that precipitates in the subsequent cooling process becomes easy, and as a result, the MP value increases. The higher the heating temperature (T3) and the longer the holding time (t3), the better, and this further promotes solid solution of the above elements. For example, the heating temperature (T3) is preferably 1150 ° C. or higher, and more preferably 1175 ° C. or higher. The heating time (t1) is preferably 2 hours or longer. As described above, the upper limit of the heating temperature is preferably lower than the heating temperature (T1) at the time of the block rolling, and is preferably about 1250 ° C.
また、熱間圧延時の最終温度(仕上圧延温度、T4)は950℃以上に制御する。これにより、析出強化に寄与しないオーステナイト中での析出物生成が抑制されるようになる。上記の最終温度温度(T4)は、1000℃以上であることが好ましい。 Moreover, the final temperature (finish rolling temperature, T4) at the time of hot rolling is controlled to 950 ° C. or higher. This suppresses the formation of precipitates in austenite that does not contribute to precipitation strengthening. The final temperature (T4) is preferably 1000 ° C. or higher.
熱間圧延後の冷却条件は、熱間圧延後650℃までの範囲を約120℃/min以上の平均冷却速度(図1中、CR1)で冷却(急冷)した後、650〜500℃までの範囲を約60℃/min以下の平均冷却速度(図1中、CR2)で冷却(徐冷)する。このように、フェライト変態までの温度域を急冷することによってオーステナイト領域での析出が抑えられ、次いで、フェライト変態が完了するまでの温度域を徐冷することによってフェライト中への超微細析出物の生成が増大するため、最終的に、所望とする特性が有効に発揮されるようになる。CR1は大きいほど、CR2は小さいほど良いが、生産効率などとのバランスを考慮すれば、おおむね、CR1:150〜600℃/min、CR2:10〜40℃/minであることが好ましい、 The cooling conditions after the hot rolling are as follows: the range up to 650 ° C. after hot rolling is cooled (rapidly cooled) at an average cooling rate of about 120 ° C./min or more (CR1 in FIG. 1), and then is 650 to 500 ° C. The range is cooled (slowly cooled) at an average cooling rate of about 60 ° C./min or less (CR2 in FIG. 1). In this way, precipitation in the austenite region is suppressed by rapidly cooling the temperature range until the ferrite transformation, and then the ultrafine precipitates in the ferrite are gradually cooled until the ferrite transformation is completed. Since the generation increases, finally, desired characteristics are effectively exhibited. The larger CR1 and the smaller CR2 are better, but considering the balance with production efficiency and the like, it is generally preferable that CR1: 150 to 600 ° C / min, CR2: 10 to 40 ° C / min.
熱間圧延後、冷間鍛造を行ない、切削等の機械加工によって所望の部品形状に成形し、鍛造部品とする。 After hot rolling, cold forging is performed, and a forged part is formed by machining such as cutting into a desired part shape.
以下、実施例を挙げて本発明の構成および作用効果をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適切に変更を加えて実施することも可能であり、それらは何れも本発明の技術的範囲に含まれる。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited by the following examples, and is appropriately within a range that can meet the purpose described above and below. It is also possible to carry out with modification, and they are all included in the technical scope of the present invention.
(製造方法)
小型真空溶製炉を用いて表1に示すA〜Vの鋼(残部:鉄および不可避不純物)を溶製した後、鋳造した。次に、表2に示す条件で分塊圧延を行い、断面が155mm×155mmの鋼塊を得た。次いで、表2に示す条件で熱間圧延を行ない、φ12mmの鋼片を得た。
(Production method)
A to V steels shown in Table 1 (remainder: iron and inevitable impurities) were melted and cast using a small vacuum melting furnace. Next, partial rolling was performed under the conditions shown in Table 2 to obtain a steel ingot having a cross section of 155 mm × 155 mm. Subsequently, it hot-rolled on the conditions shown in Table 2, and obtained the steel piece of (phi) 12mm.
上記の鋼片を用い、伸線減面率20%で伸線加工(合計6パス)を行い、φ10.7mmの伸線加工材を得た。 Using the above steel pieces, wire drawing (total 6 passes) was performed at a wire drawing area reduction rate of 20% to obtain a wire drawn material having a diameter of 10.7 mm.
(特性評価)
このようにして得られた伸線加工材(表2のNo.1〜29)を用い、前述した方法に基づいて、MP≧0.05を満たす粒径15nm以下の超微細析出物の個数を算出した。更に、以下のようにして引張強度および疲労限度を測定した。
(Characteristic evaluation)
Using the thus obtained drawing material (Nanba1~29 in Table 2), based on the method described above, the number of particle size 15nm following ultrafine precipitates satisfying MP ≧ 0.05 Calculated. Furthermore, the tensile strength and fatigue limit were measured as follows.
引張強度は、JIS4号試験片を用い、JIS Z 2241に従って測定した。ここでは、引張強度が1000MPa以上1300MPa未満のものを○(合格)、900MPa未満のものを×(不合格)とした。引張強度が1300MPa未満のものは、間接的に、冷間鍛造性に優れるとみなしている。 The tensile strength was measured according to JIS Z 2241 using a JIS No. 4 test piece. Here, those having a tensile strength of 1000 MPa or more and less than 1300 MPa were evaluated as ◯ (passed), and those having a tensile strength of less than 900 MPa were evaluated as x (failed). Those having a tensile strength of less than 1300 MPa are considered indirectly excellent in cold forgeability.
疲労強度は、応力集中係数α=1.9の切り欠き付きの小野式回転曲げ疲労試験片を用い、表面の加工層の影響を取り除くために電解研磨を施した後、JIS Z 2274に記載の方法で疲労試験を行って測定した。疲労限度比は、疲労強度/引張強度の比で算出した。ここでは、疲労限度比が0.30未満のものを×(不合格)とし、0.30以上のものを○、0.33以上のものを◎(○および◎を合格)とした。 The fatigue strength was measured according to JIS Z 2274 after electrolytic polishing was performed to remove the influence of the surface processed layer using a notched Ono-type rotary bending fatigue test piece with a stress concentration factor α = 1.9. The fatigue test was performed by the method and measured. The fatigue limit ratio was calculated by the ratio of fatigue strength / tensile strength. Here, those having a fatigue limit ratio of less than 0.30 were evaluated as x (failed), those having 0.30 or more were evaluated as ◯, and those having a fatigue limit ratio of 0.33 or more were evaluated as ◎ (◯ and ◎ passed).
これらの結果を表2にまとめて示す。表2には、使用した鋼種(表1の鋼種)も併記している。また、表2に総合評価の欄を設け、下記基準で総合評価した。
×:強度および疲労限度比の少なくともいずれか一つが×
○:引張強度および疲労限度比の両方が○
◎:引張強度○、疲労限度比◎
These results are summarized in Table 2. Table 2 also shows the steel types used (the steel types in Table 1). Moreover, the column of comprehensive evaluation was provided in Table 2, and it evaluated comprehensively with the following reference | standard.
×: At least one of strength and fatigue limit ratio is ×
○: Both tensile strength and fatigue limit ratio are ○
◎: Tensile strength ○, fatigue limit ratio ◎
表1に記載の鋼種のうち、鋼種A、C、F〜Sは、化学成分が本発明の範囲を満足する鋼であり、表1の鋼種B、D、E、T〜Vは、後に詳述するように、化学成分のいずれかが本発明の範囲を満足しない鋼である。また、本発明の範囲を満足する上記鋼種のうち、析出強化元素に着目して整理すると、鋼種A、G〜I、K〜SはNbおよびVを含有する(Tiなし)例、鋼種CはTiおよびVを含有する(Nbなし)例、鋼種FはTiとNbとVをすべて含有する例、鋼種JはTiのみを含有する(Nb、Vなし)例である。 Among the steel types listed in Table 1, steel types A, C, and F to S are steels whose chemical components satisfy the scope of the present invention, and steel types B, D, E, and T to V in Table 1 are described in detail later. As noted, any chemical component is a steel that does not satisfy the scope of the present invention. Further, among the above steel types that satisfy the scope of the present invention, when focusing on the precipitation strengthening elements, the steel types A, G to I, and K to S contain Nb and V (without Ti), the steel type C is An example containing Ti and V (no Nb), steel type F is an example containing all of Ti, Nb and V, and steel type J is an example containing only Ti (Nb, no V).
表2より、以下のように考察することができる。 From Table 2, it can be considered as follows.
表2のNo.1〜8は、本発明の要件を満足する鋼種Aを用い、鍛造条件および鍛造後の冷却速度を変えて製造した例である。 No. in Table 2 Nos. 1 to 8 are examples in which the steel type A satisfying the requirements of the present invention is used and the forging conditions and the cooling rate after forging are changed.
このうち、No.3〜5は、いずれも、本発明で規定する条件で製造した本発明例であり、MP≧0.05を満たす所望の超微細析出物が多数生成しているため、強度および疲労限度比の両方に優れている。 Of these, No. 3 to 5 are all examples of the present invention produced under the conditions specified in the present invention, and many desired ultrafine precipitates satisfying MP ≧ 0.05 are generated. Both are excellent.
これに対し、No.1は、分塊圧延時の加熱時間(t1)および熱間圧延時の加熱時間(t3)が短い例、No.2は熱間圧延時の加熱時間(T3)が低い例、No.6は熱間圧延時の最終温度(T4)が低い例、No.7は熱間圧延後の平均冷却速度(CR1)が遅い例、No.8は熱間圧延後の平均冷却速度(CR2)が速い例であり、いずれも、MP≧0.05を満たす所望の超微細析出物が得られず、疲労限度比が低下した。 In contrast, no. No. 1 is an example where the heating time (t1) at the time of ingot rolling and the heating time (t3) at the time of hot rolling are short. No. 2 is an example in which the heating time (T3) during hot rolling is low. No. 6 is an example in which the final temperature (T4) during hot rolling is low. No. 7 is an example in which the average cooling rate (CR1) after hot rolling is slow. No. 8 is an example in which the average cooling rate (CR2) after hot rolling is fast. In either case, a desired ultrafine precipitate satisfying MP ≧ 0.05 was not obtained, and the fatigue limit ratio was lowered.
次に、表2のNo.9〜29について考察する。 Next, no. Consider 9-29.
No.10、13〜26は、いずれも、本発明で規定する条件で製造した本発明例であり、MP≧0.05を満たす所望の超微細析出物が多数生成しているため、強度および疲労限度比の両方に優れている。 No. Nos. 10 and 13 to 26 are examples of the present invention produced under the conditions specified in the present invention, and many desired ultrafine precipitates satisfying MP ≧ 0.05 are generated. Both ratios are excellent.
これに対し、No.9はNbおよびTiの両方を含有しない鋼種Bを用いた例、No.11はTi添加鋼であってTi/Nの比が低い鋼種Dを用いた例であり、いずれも、MP≧0.05を満たす超微細析出物が全く得られず、疲労限度比が低下した。 In contrast, no. No. 9 is an example using steel type B that does not contain both Nb and Ti. 11 is an example using a steel type D which is a Ti-added steel and has a low Ti / N ratio. In either case, ultrafine precipitates satisfying MP ≧ 0.05 were not obtained at all, and the fatigue limit ratio was lowered. .
No.12は、Ti添加鋼であってN量が多い鋼種Eを用いた例であり、N量が多いため、粗大なTiNが生成して破壊の起点となり、疲労限度比が低くなった。 No. No. 12 is an example using a steel type E which is a Ti-added steel and has a large amount of N. Since the amount of N is large, coarse TiN is generated and becomes the starting point of fracture, and the fatigue limit ratio becomes low.
No.27はTi量が多い鋼種Tを用いた例、No.28はC量が多い鋼種Uを用いた例であり、疲労限度比が低下した。 No. No. 27 is an example using steel type T with a large amount of Ti. 28 is an example using steel type U with a large amount of C, and the fatigue limit ratio was lowered.
No.29は、C量が少ない鋼種Vを用いた例であり、強度が低下した。なお、No.29は強度が低いため、疲労強度および疲労限度比を測定しなかった(表2中、「−」)。 No. 29 is an example using the steel type V with a small amount of C, and the strength decreased. In addition, No. Since 29 had low strength, fatigue strength and fatigue limit ratio were not measured ("-" in Table 2).
Claims (5)
C :0.10〜0.50%(質量%の意味、以下同じ。)、
Si:0.05〜2%、
Mn:0.3〜3%、
Al:0.005〜0.1%、
P :0.05%以下(0%を含まない)、
S :0.5%以下(0%を含まない)、
O :0.003%以下(0%を含まない)、
N :0.02%以下(0%を含まない)、
Nb,Ti,Vのうち、少なくともNb及び/又はTiを含み、Vを含んでいても良く、
Nbを含む場合は、Nb:0.2%以下(0%を含まない)であり、
Tiを含む場合は、Ti:0.20%以下(0%を含まない)、N:0.010%未満(0%を含まない)、およびTi/N≧3.4をすべて満足し、
Vを含む場合は、V:0.6%以下(0%を含まない)であり、
残部:Feおよび不可避不純物を満足し、且つ、
(2)フェライト中に、Nb及び/又はTi含有析出物(Vを更に含んでいてもよい)を含有し、且つ、下式(1)で表されるMP値がMP≧0.05を満たす粒径15nm以下の前記析出物を、下記手順に従って測定したとき、前記析出物を50個/μm2以上含有することを特徴とする疲労限度比に優れた高強度冷間鍛造用非調質鋼。
MP=[{[Nb]/93}+{[Ti]/48}]/[{[V]/51}+{[Nb]/93}+{[Ti]/48}]・・・(1)
式中、[ ]は、前記析出物中に含まれる元素の含有量(質量%)を意味する。
(ア)10%アセチルアセトン、80%メタノール、および10%塩化テトラメチルアンモニウムを含有する電解液を用い、TEM観察用の抽出レプリカを作製する。
(イ)次に、抽出レプリカ法で処理した試料を、倍率10万倍でTEM観察し、任意に、粒径が15nm以下の析出物20個を測定した後、当該析出物中に含まれるTi、Nb、VをEDX分析する。
(ウ)次いで、前述した式(1)に基づき、各析出物のMP値を算出する。これにより、TEM観察(10万倍)によって同定された上記析出物(合計20個)中、MP≧0.05を満足する析出物の個数が得られるので、全析出物中、MP≧0.05を満足する析出物の比率を算出しておく(この比率を「X」とする)。
(エ)次に、任意の領域について、TEMにて倍率15万倍で20視野分の写真(20視野の合計面積0.75μm 2 )を撮影し、粒径15nm以下の析出物の個数を算出する。このようにして得られた析出物の個数(20視野分の合計個数)を、1μm 2 当たりの個数に換算する(この個数を「Y」とする)。
(オ)最後に、このようにして得られたY(粒径15nm以下の析出物の個数/μm 2 )に、前述したX(全析出物中、MP≧0.05を満足する析出物の比率)を乗じることによって、MP≧0.05を満足する超微細析出物の個数を得る。 (1) Components in steel are
C: 0.10 to 0.50% (meaning mass%, the same shall apply hereinafter),
Si: 0.05-2%
Mn: 0.3-3%,
Al: 0.005 to 0.1%,
P: 0.05% or less (excluding 0%),
S: 0.5% or less (excluding 0%),
O: 0.003% or less (excluding 0%),
N: 0.02% or less (excluding 0%),
Among Nb, Ti, and V, at least Nb and / or Ti may be included, and V may be included.
When Nb is included, Nb is 0.2% or less (not including 0%),
When Ti is contained, Ti: 0.20% or less (excluding 0%), N: less than 0.010% (excluding 0%), and Ti / N ≧ 3.4 are all satisfied,
When V is included, V: 0.6% or less (not including 0%),
Balance: Fe and inevitable impurities are satisfied, and
(2) The ferrite contains Nb and / or Ti-containing precipitates (which may further contain V), and the MP value represented by the following formula (1) satisfies MP ≧ 0.05. the particle size 15nm or less of the precipitates, when measured according to the following procedure, the precipitates 50 / [mu] m 2 or more, characterized in that it contains fatigue ratio excellent high strength cold forging microalloyed steel .
MP = [{[Nb] / 93} + {[Ti] / 48}] / [{[V] / 51} + {[Nb] / 93} + {[Ti] / 48}] (1 )
In the formula, [] means the content (% by mass) of the element contained in the precipitate.
(A) An extraction replica for TEM observation is prepared using an electrolytic solution containing 10% acetylacetone, 80% methanol, and 10% tetramethylammonium chloride.
(A) Next, the sample treated by the extraction replica method is observed with a TEM at a magnification of 100,000 times, and optionally 20 precipitates having a particle size of 15 nm or less are measured, and then Ti contained in the precipitates is measured. , Nb and V are analyzed by EDX.
(C) Next, based on the above-described formula (1), the MP value of each precipitate is calculated. As a result, the number of precipitates satisfying MP ≧ 0.05 in the above-mentioned precipitates (total of 20) identified by TEM observation (100,000 times) can be obtained, so that MP ≧ 0. The ratio of precipitates satisfying 05 is calculated (this ratio is “X”).
(D) Next, for a given area, take a picture of 20 fields of view at a magnification of 150,000 with a TEM (total area of 0.75 μm 2 of 20 fields of view ) and calculate the number of precipitates with a particle size of 15 nm or less. To do. The number of precipitates thus obtained (total number for 20 fields of view) is converted to the number per 1 μm 2 (this number is referred to as “Y”).
(E) Finally, Y (the number of precipitates having a particle size of 15 nm or less / μm 2 ) thus obtained is added to the above-described X (all precipitates satisfying MP ≧ 0.05). By multiplying the ratio, the number of ultrafine precipitates satisfying MP ≧ 0.05 is obtained.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006311407A JP4699342B2 (en) | 2006-11-17 | 2006-11-17 | High strength non-tempered steel for cold forging with excellent fatigue limit ratio |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006311407A JP4699342B2 (en) | 2006-11-17 | 2006-11-17 | High strength non-tempered steel for cold forging with excellent fatigue limit ratio |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2008127596A JP2008127596A (en) | 2008-06-05 |
| JP4699342B2 true JP4699342B2 (en) | 2011-06-08 |
Family
ID=39553743
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006311407A Expired - Fee Related JP4699342B2 (en) | 2006-11-17 | 2006-11-17 | High strength non-tempered steel for cold forging with excellent fatigue limit ratio |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4699342B2 (en) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101193672B1 (en) * | 2010-04-29 | 2012-10-22 | 현대제철 주식회사 | HIGH STRENGTH FREE-CUTTING NON-HEAT TREATED STEEL WITH 900MPa AND METHOD OF MANUFACTURING THE NON-HEAT TREATED STEEL |
| JP5413350B2 (en) * | 2010-10-06 | 2014-02-12 | 新日鐵住金株式会社 | Rolled steel for hot forging and method for producing the same |
| CN103436785B (en) * | 2013-07-11 | 2016-12-28 | 张信群 | A kind of heat treatment riveted joint cold-forging steel manufacture method |
| JP6212473B2 (en) * | 2013-12-27 | 2017-10-11 | 株式会社神戸製鋼所 | Rolled material for high-strength spring and high-strength spring wire using the same |
| US10538831B2 (en) | 2015-03-30 | 2020-01-21 | Nippon Steel Corporation | Age-hardening steel for cold forging use |
| EP3296414B1 (en) * | 2015-05-15 | 2020-06-17 | Nippon Steel Corporation | Spring steel |
| KR101758470B1 (en) * | 2015-11-12 | 2017-07-17 | 주식회사 포스코 | Non-quenched and tempered wire rod having excellent cold workability and method for manufacturing same |
| KR101758491B1 (en) * | 2015-12-17 | 2017-07-17 | 주식회사 포스코 | Non-quenched and tempered wire rod having excellent strength and cold workability and method for manufacturing same |
| KR101837862B1 (en) | 2016-11-24 | 2018-03-12 | 현대제철 주식회사 | Manufacturing method for non-heat treated steel and non-heat treated steel thereof |
| US12612675B2 (en) * | 2020-02-21 | 2026-04-28 | Nippon Steel Corporation | Steel wire |
| KR102930165B1 (en) * | 2020-12-31 | 2026-02-24 | 현대자동차주식회사 | Non-heat treatment steel for cold forging and method of manufacturing the same |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3724142B2 (en) * | 1996-09-26 | 2005-12-07 | 住友金属工業株式会社 | Method for producing coarse grain-resistant case-hardened steel |
| JP3357264B2 (en) * | 1997-04-02 | 2002-12-16 | 新日本製鐵株式会社 | Manufacturing method of non-tempered steel bar for high toughness hot forging |
| JP4008391B2 (en) * | 2003-07-11 | 2007-11-14 | 株式会社神戸製鋼所 | High strength steel with excellent hydrogen embrittlement resistance and method for producing the same |
| JP4687554B2 (en) * | 2006-05-10 | 2011-05-25 | 住友金属工業株式会社 | Steel plate for quenched member, quenched member and method for producing the same |
-
2006
- 2006-11-17 JP JP2006311407A patent/JP4699342B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2008127596A (en) | 2008-06-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5029749B2 (en) | High-strength hot-rolled steel sheet excellent in bending workability and its manufacturing method | |
| CN113366134B (en) | High-strength steel sheet and method for producing same | |
| JP4699341B2 (en) | High strength hot forged non-tempered steel parts with excellent fatigue limit ratio | |
| JP6519016B2 (en) | Hot rolled steel sheet and method of manufacturing the same | |
| JP5620336B2 (en) | Steel parts for high fatigue strength and high toughness machine structure and manufacturing method thereof | |
| JP5870955B2 (en) | High-strength hot-rolled steel sheet excellent in hole expansion workability and its manufacturing method | |
| CN110546290A (en) | Austenitic wear-resistant steel plate | |
| WO2016148037A1 (en) | Steel sheet for carburization having excellent cold workability and toughness after carburizing heat treatment | |
| KR101892526B1 (en) | High-carbon hot-rolled steel sheet and method for manufacturing the same | |
| CN115768914A (en) | Martensitic stainless steel material and method for producing martensitic stainless steel material | |
| WO2015004906A1 (en) | High-carbon hot-rolled steel sheet and production method for same | |
| CN111433381B (en) | High Mn steel and method for producing same | |
| JP5152441B2 (en) | Steel parts for machine structure and manufacturing method thereof | |
| KR101853533B1 (en) | High-carbon hot-rolled steel sheet and method for producing the same | |
| JP6468365B2 (en) | Steel, carburized steel parts, and method of manufacturing carburized steel parts | |
| JP4699342B2 (en) | High strength non-tempered steel for cold forging with excellent fatigue limit ratio | |
| KR20130116202A (en) | Thick steel plate excellent in ultra low temperature toughness | |
| JP4728204B2 (en) | High strength non-tempered hot forging steel with excellent fatigue limit ratio and toughness | |
| JP5152440B2 (en) | Steel parts for machine structure and manufacturing method thereof | |
| JP2005350723A (en) | Perlite rail with excellent breakage resistance | |
| JP5653269B2 (en) | Stainless steel wire and steel wire excellent in corrosion resistance, strength, and ductility, and methods for producing them. | |
| JP3762644B2 (en) | High-strength cold-rolled steel sheet excellent in hole expansibility and ductility and manufacturing method thereof | |
| JP5050565B2 (en) | Ferritic stainless steel sheet and manufacturing method thereof | |
| CN114829660A (en) | High-strength steel sheet having excellent workability and method for producing same | |
| JP7092265B2 (en) | Steel plate |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080926 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20101129 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101207 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110202 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110222 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110302 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4699342 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |