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JP7670970B2 - Steel - Google Patents
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Description

本開示は、鋼材に関し、さらに詳しくは、スチールピストンに代表される製品の素材に適する鋼材に関する。 This disclosure relates to steel materials, and more specifically, to steel materials suitable for use as materials for products such as steel pistons.

ディーゼルエンジン等に代表されるエンジンは、ピストンを含む。ピストンは、エンジンのシリンダ内に収納され、シリンダ内を往復移動する。ピストンは、エンジン作動中の燃焼過程において、高温の熱に曝される。 Engines, such as diesel engines, contain a piston. The piston is housed in a cylinder of the engine and moves back and forth within the cylinder. The piston is exposed to high temperatures during the combustion process while the engine is running.

従前のピストンの多くは、アルミニウムを鋳造して製造されている。しかしながら近年、エンジンの燃焼効率のさらなる向上が求められている。アルミ鋳造品のピストンでは、使用中のピストンの表面温度が240~330℃程度である。 Most conventional pistons are manufactured by casting aluminum. However, in recent years, there has been a demand for further improvements in engine combustion efficiency. With aluminum cast pistons, the surface temperature during use is around 240 to 330°C.

最近では、さらに高い燃焼温度域においてピストンを使用して、燃焼効率を高める検討がされている。そのため、使用中のピストンの表面温度が400℃以上、さらには500℃以上となっても、耐久可能なピストン用材料が求められている。 Recently, there has been research into using pistons in even higher combustion temperature ranges to improve combustion efficiency. For this reason, there is a demand for piston materials that can withstand surface temperatures of 400°C or higher, or even 500°C or higher, during use.

このような要望に応えるために、鋼材を用いて製造されるスチールピストンが提案され始めている。スチールピストンは例えば、特許文献1に提案されている。スチールピストンはアルミ鋳造品のピストンと比較して、素材の融点が高い。そのため、スチールピストンはアルミ鋳造品のピストンと比較して、より高い燃焼温度域でも使用することができる。 In order to meet such demands, steel pistons manufactured using steel material have begun to be proposed. A steel piston is proposed, for example, in Patent Document 1. Steel pistons have a higher melting point than pistons made of aluminum castings. Therefore, steel pistons can be used in a higher combustion temperature range than pistons made of aluminum castings.

特許文献2では、スチールピストンの寿命を高める技術が提案されている。具体的には、特許文献2では、スチールピストンの寿命について、次の点を指摘している。高い燃焼温度域でのスチールピストンの使用中において、スチールピストンのピストンクラウン表面に酸化スケールが生成する。生成した酸化スケールがピストンクラウンから剥離することにより、ピストンクラウンにはスケールきずが形成される。このスケールきず(酸化スケールが剥離した領域)が広がることにより、スチールピストンのピストンクラウンにクラックが発生する。特許文献2では、この問題を解決するために、スチールピストンのピストンクラウン上に、酸化スケールの生成を抑制するための保護層を形成する。 Patent Document 2 proposes a technology to increase the lifespan of steel pistons. Specifically, Patent Document 2 points out the following points regarding the lifespan of steel pistons: During use of a steel piston in a high combustion temperature range, oxide scale forms on the surface of the piston crown of the steel piston. When the formed oxide scale peels off from the piston crown, scale scratches are formed on the piston crown. When these scale scratches (areas where the oxide scale has peeled off) spread, cracks occur in the piston crown of the steel piston. To solve this problem, Patent Document 2 forms a protective layer on the piston crown of the steel piston to suppress the formation of oxide scale.

上述の特許文献2では、スチールピストンに保護層を形成することにより、スチールピストンの寿命を高める。しかしながら、スチールピストンの素材となる鋼材については、特に検討されていない。 In the above-mentioned Patent Document 2, a protective layer is formed on the steel piston to increase the lifespan of the steel piston. However, no particular consideration is given to the steel material from which the steel piston is made.

スチールピストンの素材として適用可能な鋼材が、特許文献3に開示されている。特許文献3に提案されている鋼材では、鋼材中のMo含有量とV含有量とが所定の式を満たすように調整されている。これにより、鋼材を素材としてスチールピストンを製造するとき、製造工程中の調質処理において、VとMoとの複合炭化物が多数時効析出する。この複合炭化物により高温強度が高まる。その結果、スチールピストンの高温疲労強度が高まる。 Patent Document 3 discloses a steel material that can be used as a material for steel pistons. In the steel material proposed in Patent Document 3, the Mo content and V content in the steel material are adjusted to satisfy a specific formula. As a result, when a steel piston is manufactured using the steel material as a material, a large number of composite carbides of V and Mo are aged and precipitated during the tempering treatment in the manufacturing process. These composite carbides increase the high-temperature strength. As a result, the high-temperature fatigue strength of the steel piston is increased.

特開2004-181534号公報JP 2004-181534 A 特開2015-078693号公報JP 2015-078693 A 国際公開第2019/230946号公報International Publication No. 2019/230946

特許文献3に提案された鋼材では、調質処理が施されて製品(スチールピストン)とした場合に、優れた高温疲労強度を示す。しかしながら、特許文献3に提案された手段と異なる他の手段により、製品の素材として製品の製造工程中に調質処理が施された場合に、優れた高温疲労強度を示せてもよい。 The steel material proposed in Patent Document 3 exhibits excellent high-temperature fatigue strength when it is subjected to a tempering treatment and made into a product (steel piston). However, it may also exhibit excellent high-temperature fatigue strength when it is subjected to a tempering treatment during the manufacturing process of the product as a raw material for the product by a means other than that proposed in Patent Document 3.

本開示の目的は、製品の素材として製品の製造工程中に調質処理が施された場合に、優れた高温疲労強度を示す、鋼材を提供することである。 The objective of this disclosure is to provide a steel material that exhibits excellent high-temperature fatigue strength when subjected to thermal refining treatment during the manufacturing process of the product as a raw material for the product.

本開示による鋼材は、次の構成を有する。 The steel material disclosed herein has the following configuration:

鋼材であって、
化学組成が、質量%で、
C:0.15~0.50%、
Si:0.01~0.50%、
Mn:0.10~1.00%、
P:0.020%以下、
S:0.028%以下、
Cr:0.50~2.00%、
Mo:0.08~0.50%、
V:0.05~0.50%、
Ti:0.05~0.20%、
Al:0.005~0.100%、
N:0.0200%以下、
O:0.0050%以下、
Cu:0.00~0.50%、
Ni:0.00~1.00%、
Nb:0.000~0.100%、及び、
残部:Fe及び不純物、
からなり、
電解抽出法により得られた残渣中の質量%でのTi含有量を[Ti]と定義し、
前記残渣中の質量%でのV含有量を[V]と定義し、
前記鋼材の前記化学組成中の質量%でのTi含有量を[Ti]と定義し、
前記鋼材の前記化学組成中の質量%でのV含有量を[V]と定義したとき、
式(1)で定義される固溶Ti比率RTiが0.30以下であり、
式(2)で定義される固溶V比率Rが0.60以上である、
鋼材。
Ti=([Ti]-[Ti])/[Ti] (1)
=([V]-[V])/[V] (2)
A steel material,
The chemical composition, in mass%, is
C: 0.15-0.50%,
Si: 0.01 to 0.50%,
Mn: 0.10-1.00%,
P: 0.020% or less,
S: 0.028% or less,
Cr: 0.50-2.00%,
Mo: 0.08-0.50%,
V: 0.05-0.50%,
Ti: 0.05-0.20%,
Al: 0.005-0.100%,
N: 0.0200% or less,
O: 0.0050% or less,
Cu: 0.00-0.50%,
Ni: 0.00 to 1.00%,
Nb: 0.000 to 0.100%, and
The balance: Fe and impurities,
It consists of:
The Ti content in mass% in the residue obtained by electrolytic extraction is defined as [Ti] R ;
The V content in the residue in mass% is defined as [V] R ,
The Ti content in mass% in the chemical composition of the steel material is defined as [Ti] B ;
When the V content in mass% in the chemical composition of the steel material is defined as [V] B ,
The solute Ti ratio R Ti defined by the formula (1) is 0.30 or less,
The solute V ratio R V defined by the formula (2) is 0.60 or more;
Steel.
R Ti = ([Ti] B - [Ti] R )/[Ti] B (1)
R V = ([V] B - [V] R )/[V] B (2)

本開示による鋼材は、製品の素材として製品の製造工程中に調質処理が施された場合に、優れた高温疲労強度を示す。 The steel material disclosed herein exhibits excellent high-temperature fatigue strength when used as a raw material for products and is subjected to thermal refining treatment during the manufacturing process of the products.

本発明者は初めに、スチールピストンに代表される、製造工程中に調質処理が施される製品の素材となる鋼材において、調質処理後の高温疲労強度について、調査及び検討を行った。 The inventor first investigated and examined the high-temperature fatigue strength after tempering treatment of steel materials that are used as the raw material for products that undergo tempering treatment during the manufacturing process, such as steel pistons.

初めに、本発明者らは、化学組成の観点から、調質処理後に優れた高温疲労強度を示す鋼材を検討した。その結果、本発明者らは、化学組成が、質量%で、C:0.15~0.50%、Si:0.01~0.50%、Mn:0.10~1.00%、P:0.020%以下、S:0.028%以下、Cr:0.50~2.00%、Mo:0.08~0.50%、V:0.05~0.50%、Al:0.005~0.100%、N:0.0200%以下、O:0.0050%以下、Cu:0.00~0.50%、Ni:0.00~1.00%、Nb:0.000~0.100%、及び、残部:Fe及び不純物、からなる鋼材であれば、スチールピストンに代表される製品の素材として、製品の製造工程中に調質処理が施された場合に、優れた高温疲労強度を示す可能性があると考えた。 First, the inventors investigated steel materials that exhibit excellent high-temperature fatigue strength after tempering treatment from the standpoint of chemical composition. As a result, the inventors believed that a steel material with a chemical composition, in mass%, of C: 0.15-0.50%, Si: 0.01-0.50%, Mn: 0.10-1.00%, P: 0.020% or less, S: 0.028% or less, Cr: 0.50-2.00%, Mo: 0.08-0.50%, V: 0.05-0.50%, Al: 0.005-0.100%, N: 0.0200% or less, O: 0.0050% or less, Cu: 0.00-0.50%, Ni: 0.00-1.00%, Nb: 0.000-0.100%, and the balance: Fe and impurities could exhibit excellent high-temperature fatigue strength when used as a material for products such as steel pistons and subjected to thermal refining treatment during the manufacturing process of the product.

しかしながら、化学組成中の各元素範囲が上述の範囲内であっても、500℃よりも高い温度域での高温曲げ疲労試験で十分な高温疲労強度が得られない場合があった。そこで、本発明者らは、調質処理後に高温疲労強度が得られる手段について、さらに検討を行った。その結果、本発明者らは次の知見を得た。 However, even when the ranges of each element in the chemical composition are within the above-mentioned ranges, there are cases in which sufficient high-temperature fatigue strength cannot be obtained in high-temperature bending fatigue tests at temperatures higher than 500°C. Therefore, the inventors further investigated means for obtaining high-temperature fatigue strength after thermal refining treatment. As a result, the inventors have come to the following findings.

化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内である鋼材に対して、調質処理を実施した場合、V析出物が時効析出する。V析出物は、500~600℃の高温環境においても、溶融せずに析出物として鋼材中に存在する。そのため、V析出物は鋼材の高温疲労強度を高める。鋼材中に時効析出するV析出物の個数密度が多いほど、鋼材の高温疲労強度は高くなる。 When tempering treatment is performed on steel material whose chemical composition contains elements within the above-mentioned ranges, V precipitates will age and precipitate. Even in high-temperature environments of 500 to 600°C, V precipitates do not melt and remain in the steel material as precipitates. Therefore, V precipitates increase the high-temperature fatigue strength of the steel material. The higher the number density of V precipitates that age and precipitate in the steel material, the higher the high-temperature fatigue strength of the steel material.

そこで、本発明者らは、調質処理においてV析出物を多数時効析出させる手段について検討した。その結果、上記化学組成を有する鋼材に、さらに、Feの一部に代えて、Tiを含有することにより、調質処理後のV析出物の個数密度が増加することが判明した。 The inventors therefore investigated means for age-precipitating a large number of V precipitates during tempering. As a result, they found that by further adding Ti to a steel material having the above chemical composition in place of a portion of the Fe, the number density of V precipitates after tempering increases.

そこで、本発明者らの検討の結果、上述の化学組成に、さらに、Feの一部に代えて、0.05~0.20%のTiを含有すれば、調質処理でのV析出物の生成が促進され、調質処理後の鋼材(製品)において、優れた高温疲労強度が得られる可能性があることを知見した。 As a result of the inventors' investigations, they discovered that if the above-mentioned chemical composition further contains 0.05 to 0.20% Ti instead of part of the Fe, the formation of V precipitates during tempering treatment is promoted, and excellent high-temperature fatigue strength can be obtained in the steel material (product) after tempering treatment.

しかしながら、Tiを含有した上述の化学組成の鋼材であっても、調質処理後において、十分な高温疲労強度が得られない場合があった。そこで、本発明者らは、さらなる調査及び検討を行った。その結果、次の知見を得た。 However, even with steel materials with the above-mentioned chemical composition that contain Ti, there are cases where sufficient high-temperature fatigue strength cannot be obtained after tempering. Therefore, the inventors conducted further research and studies. As a result, they obtained the following findings.

電解抽出法により得られた残渣中の質量%でのTi含有量を[Ti]と定義する。残渣中の質量%でのV含有量を[V]と定義する。さらに、鋼材の化学組成中の質量%でのTi含有量を[Ti]と定義する。鋼材の化学組成中の質量%でのV含有量を[V]と定義する。このとき、上述の化学組成を有する鋼材が、次の2つの要件を満たすようにする。
・式(1)で定義される固溶Ti比率RTiを0.30以下とする。
・式(2)で定義される固溶V比率Rが0.60以上とする。
Ti=([Ti]-[Ti])/[Ti] (1)
=([V]-[V])/[V] (2)
The Ti content in mass% in the residue obtained by electrolytic extraction is defined as [Ti] R . The V content in mass% in the residue is defined as [V] R . Furthermore, the Ti content in mass% in the chemical composition of the steel is defined as [Ti] B . The V content in mass% in the chemical composition of the steel is defined as [V] B . At this time, the steel having the above-mentioned chemical composition is made to satisfy the following two requirements.
The solute Ti ratio R Ti defined by the formula (1) is set to 0.30 or less.
The solute V ratio R V defined by the formula (2) is 0.60 or more.
R Ti = ([Ti] B - [Ti] R )/[Ti] B (1)
R V = ([V] B - [V] R )/[V] B (2)

上記2つの要件を満たした鋼材は、調質処理後において、優れた高温疲労強度を示す。この理由は定かではないが、次の理由が考えられる。 Steel that meets the above two requirements exhibits excellent high-temperature fatigue strength after tempering. The reason for this is unclear, but the following are thought to be the reasons:

Tiは鋼材中で微細なTi析出物を形成する。Ti析出物は、調質処理において、V析出物の核生成サイトとして寄与している。そのため、調質処理後のV析出物の個数密度を高めるためには、調質処理前の鋼材中にTi析出物が多数存在していることが好ましい。 Ti forms fine Ti precipitates in steel. Ti precipitates serve as nucleation sites for V precipitates during tempering. Therefore, in order to increase the number density of V precipitates after tempering, it is preferable that a large number of Ti precipitates are present in the steel before tempering.

一方、調質処理前の鋼材中にV析出物が存在すれば、調質処理時に固溶Vとして存在するV含有量が低減する。この場合、調質処理時において、時効析出するV析出物の個数密度が低くなる。 On the other hand, if V precipitates are present in the steel before tempering, the amount of V present as dissolved V during tempering will be reduced. In this case, the number density of V precipitates that precipitate during aging will be low during tempering.

したがって、調質処理が施される前の鋼材において、Ti及びVは次の状態であるのが好ましい。
(A)TiはなるべくTi析出物として析出させる。
(B)Vはなるべく固溶Vとして存在させ、鋼材中のV析出物はなるべく低減する。
Therefore, in the steel material before the thermal refining treatment, Ti and V are preferably in the following state.
(A) Ti is preferably precipitated as Ti precipitates.
(B) V is made to exist as solid solution V as much as possible, and V precipitates in the steel material are reduced as much as possible.

本実施形態の鋼材では、固溶Ti比率RTiを0.30以下とし、かつ、固溶V比率Rが0.60以上とする。この場合、上記(A)及び(B)を両立できる。その結果、調質処理においてV析出物の個数密度を高めることができ、調質処理後の鋼材(製品)の高温疲労強度が高まる。 In the steel material of this embodiment, the solute Ti ratio R Ti is set to 0.30 or less, and the solute V ratio R V is set to 0.60 or more. In this case, both of (A) and (B) above can be achieved. As a result, the number density of V precipitates can be increased in the tempering treatment, and the high-temperature fatigue strength of the steel material (product) after the tempering treatment is improved.

以上の知見に基づいて完成した本実施形態によるスチールピストン用鋼材は、次の構成を有する。 The steel material for steel pistons according to this embodiment, which was completed based on the above findings, has the following configuration.

[1]
鋼材であって、
化学組成が、質量%で、
C:0.15~0.50%、
Si:0.01~0.50%、
Mn:0.10~1.00%、
P:0.020%以下、
S:0.028%以下、
Cr:0.50~2.00%、
Mo:0.08~0.50%、
V:0.05~0.50%、
Ti:0.05~0.20%、
Al:0.005~0.100%、
N:0.0200%以下、
O:0.0050%以下、
Cu:0.00~0.50%、
Ni:0.00~1.00%、
Nb:0.000~0.100%、及び、
残部:Fe及び不純物、
からなり、
電解抽出法により得られた残渣中の質量%でのTi含有量を[Ti]と定義し、
前記残渣中の質量%でのV含有量を[V]と定義し、
前記鋼材の前記化学組成中の質量%でのTi含有量を[Ti]と定義し、
前記鋼材の前記化学組成中の質量%でのV含有量を[V]と定義したとき、
式(1)で定義される固溶Ti比率RTiが0.30以下であり、
式(2)で定義される固溶V比率Rが0.60以上である、
鋼材。
Ti=([Ti]-[Ti])/[Ti] (1)
=([V]-[V])/[V] (2)
[1]
A steel material,
The chemical composition, in mass%, is
C: 0.15-0.50%,
Si: 0.01 to 0.50%,
Mn: 0.10-1.00%,
P: 0.020% or less,
S: 0.028% or less,
Cr: 0.50-2.00%,
Mo: 0.08-0.50%,
V: 0.05-0.50%,
Ti: 0.05-0.20%,
Al: 0.005-0.100%,
N: 0.0200% or less,
O: 0.0050% or less,
Cu: 0.00-0.50%,
Ni: 0.00 to 1.00%,
Nb: 0.000 to 0.100%, and
The balance: Fe and impurities,
It consists of:
The Ti content in mass% in the residue obtained by electrolytic extraction is defined as [Ti] R ;
The V content in the residue in mass% is defined as [V] R ,
The Ti content in mass% in the chemical composition of the steel material is defined as [Ti] B ;
When the V content in mass% in the chemical composition of the steel material is defined as [V] B ,
The solute Ti ratio R Ti defined by the formula (1) is 0.30 or less,
The solute V ratio R V defined by the formula (2) is 0.60 or more;
Steel.
R Ti = ([Ti] B - [Ti] R )/[Ti] B (1)
R V = ([V] B - [V] R )/[V] B (2)

[2]
[1]に記載の鋼材であって、
前記化学組成は、
Cu:0.01~0.50%、
Ni:0.01~1.00%、及び、
Nb:0.001~0.100%、
からなる群から選択される1元素以上を含有する、
鋼材。
[2]
The steel material according to [1],
The chemical composition is
Cu: 0.01 to 0.50%,
Ni: 0.01 to 1.00%, and
Nb: 0.001 to 0.100%,
Contains one or more elements selected from the group consisting of
Steel.

以下、本実施形態による鋼材について詳述する。元素に関する「%」は、特に断りがない限り、質量%を意味する。 The steel material according to this embodiment will be described in detail below. Unless otherwise specified, "%" for elements means mass %.

[本実施形態の鋼材の特徴]
本実施形態の鋼材は、次の特徴1及び特徴2を有する。
(特徴1)
化学組成中の各元素含有量が以下に記載の範囲である。
(特徴2)
電解抽出法により得られた残渣中の質量%でのTi含有量を[Ti]と定義し、
残渣中の質量%でのV含有量を[V]と定義し、
鋼材の化学組成中の質量%でのTi含有量を[Ti]と定義し、
鋼材の化学組成中の質量%でのV含有量を[V]と定義したとき、
式(1)で定義される固溶Ti比率RTiが0.30以下であり、
式(2)で定義される固溶V比率Rが0.60以上である。
Ti=([Ti]-[Ti])/[Ti] (1)
=([V]-[V])/[V] (2)
[Features of the steel material according to this embodiment]
The steel material of this embodiment has the following feature 1 and feature 2.
(Feature 1)
The content of each element in the chemical composition is within the range described below.
(Feature 2)
The Ti content in mass% in the residue obtained by electrolytic extraction is defined as [Ti] R ;
The V content in the residue in mass% is defined as [V] R ,
The Ti content in mass% in the chemical composition of the steel material is defined as [Ti] B ,
When the V content in mass% in the chemical composition of the steel is defined as [V] B ,
The solute Ti ratio R Ti defined by the formula (1) is 0.30 or less,
The solute V ratio R V defined by the formula (2) is 0.60 or more.
R Ti = ([Ti] B - [Ti] R )/[Ti] B (1)
R V = ([V] B - [V] R )/[V] B (2)

以下、特徴1及び特徴2について説明する。 Features 1 and 2 are explained below.

[(特徴1)化学組成]
本実施形態の鋼材の化学組成は、次の元素を含有する。
[(Feature 1) Chemical composition]
The chemical composition of the steel material of this embodiment contains the following elements.

C:0.15~0.50%
炭素(C)は、鋼材の強度を高める。C含有量が0.15%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、この効果が十分に得られない。
一方、C含有量が0.50%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の被削性が低下する。
したがって、C含有量は0.15~0.50%である。
C含有量の好ましい下限は0.16%であり、さらに好ましくは0.17%であり、さらに好ましくは0.18%であり、さらに好ましくは0.19%である。
C含有量の好ましい上限は0.48%であり、さらに好ましくは0.46%であり、さらに好ましくは0.44%であり、さらに好ましくは0.42%であり、さらに好ましくは0.40%である。
C: 0.15-0.50%
Carbon (C) increases the strength of steel. If the C content is less than 0.15%, this effect cannot be sufficiently obtained even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment.
On the other hand, if the C content exceeds 0.50%, the machinability of the steel material decreases even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment.
Therefore, the C content is 0.15 to 0.50%.
The lower limit of the C content is preferably 0.16%, more preferably 0.17%, further preferably 0.18%, and further preferably 0.19%.
The upper limit of the C content is preferably 0.48%, more preferably 0.46%, still more preferably 0.44%, still more preferably 0.42%, and still more preferably 0.40%.

Si:0.01~0.50%
シリコン(Si)は、鋼を脱酸する。Siはさらに、フェライトの強度を高める。Si含有量が0.01%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、これらの効果が十分に得られない。
一方、Si含有量が0.50%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の被削性が低下する。
したがって、Si含有量は0.01~0.50%である。
Si含有量の好ましい下限は0.02%であり、さらに好ましくは0.03%であり、さらに好ましくは0.04%であり、さらに好ましくは0.10%であり、さらに好ましくは0.15%であり、さらに好ましくは0.20%である。
Si含有量の好ましい上限は0.45%であり、さらに好ましくは0.40%であり、さらに好ましくは0.35%であり、さらに好ましくは0.30%である。
Si: 0.01~0.50%
Silicon (Si) deoxidizes the steel. Si also increases the strength of ferrite. If the Si content is less than 0.01%, these effects cannot be sufficiently obtained even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment.
On the other hand, if the Si content exceeds 0.50%, the machinability of the steel material decreases even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment.
Therefore, the Si content is 0.01 to 0.50%.
The lower limit of the Si content is preferably 0.02%, more preferably 0.03%, more preferably 0.04%, more preferably 0.10%, more preferably 0.15%, and more preferably 0.20%.
The upper limit of the Si content is preferably 0.45%, more preferably 0.40%, further preferably 0.35%, and further preferably 0.30%.

Mn:0.10~1.00%
マンガン(Mn)は、鋼材の焼入れ性を高め、かつ、固溶強化により鋼材の強度を高める。Mn含有量が0.10%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、これらの効果が十分に得られない。
一方、Mn含有量が1.00%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の被削性が低下する。
したがって、Mn含有量は0.10~1.00%である。
Mn含有量の好ましい下限は0.12%であり、さらに好ましくは0.14%であり、さらに好ましくは0.16%であり、さらに好ましくは0.18%である。
Mn含有量の好ましい上限は0.90%であり、さらに好ましくは0.85%であり、さらに好ましくは0.80%であり、さらに好ましくは0.75%である。
Mn: 0.10-1.00%
Manganese (Mn) improves the hardenability of steel and increases the strength of steel by solid solution strengthening. If the Mn content is less than 0.10%, these effects cannot be sufficiently obtained even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment.
On the other hand, if the Mn content exceeds 1.00%, the machinability of the steel material decreases even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment.
Therefore, the Mn content is 0.10 to 1.00%.
The lower limit of the Mn content is preferably 0.12%, more preferably 0.14%, further preferably 0.16%, and further preferably 0.18%.
The upper limit of the Mn content is preferably 0.90%, more preferably 0.85%, further preferably 0.80%, and further preferably 0.75%.

P:0.020%以下
燐(P)は不可避に含有される不純物である。つまり、P含有量は0%超である。
P含有量が0.020%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Pが粒界に偏析して鋼材の強度が低下する。
したがって、P含有量は0.020%以下である。
P含有量はなるべく低い方が好ましい。ただし、P含有量を過剰に低減するためには製造コストがかかる。したがって、工業生産を考慮した場合、P含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.002%である。
P含有量の好ましい上限は0.019%であり、さらに好ましくは、0.018%であり、さらに好ましくは0.017%であり、さらに好ましくは0.015%である。
P: 0.020% or less Phosphorus (P) is an unavoidable impurity. In other words, the P content is more than 0%.
If the P content exceeds 0.020%, even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment, P segregates at grain boundaries, reducing the strength of the steel material.
Therefore, the P content is 0.020% or less.
The P content is preferably as low as possible. However, excessive reduction in the P content increases production costs. Therefore, in consideration of industrial production, the lower limit of the P content is preferably 0.001%, and more preferably 0.002%.
The upper limit of the P content is preferably 0.019%, more preferably 0.018%, further preferably 0.017%, and further preferably 0.015%.

S:0.028%以下
硫黄(S)は不可避に含有される。つまり、S含有量は0%超である。
Sは、Mnと結合してMn硫化物を形成して、鋼材の被削性を高める。Sが少しでも含有されれば、この効果がある程度得られる。
一方、S含有量が0.028%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大なMn硫化物が生成したり、過剰にMn硫化物が生成したりする。この場合、高温疲労強度が低下する。
したがって、S含有量は0.028%以下である。
S含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.003%であり、さらに好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.009%である。
S含有量の好ましい上限は0.025%であり、さらに好ましくは0.023%であり、さらに好ましくは0.020%であり、さらに好ましくは0.019%であり、さらに好ましくは0.018%であり、さらに好ましくは0.015%である。
S: 0.028% or less Sulfur (S) is unavoidably contained. In other words, the S content is more than 0%.
S combines with Mn to form Mn sulfides, which improve the machinability of steel. Even if only a small amount of S is contained, this effect can be obtained to some extent.
On the other hand, if the S content exceeds 0.028%, even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment, coarse Mn sulfides are formed or excessive Mn sulfides are formed, which reduces the high-temperature fatigue strength.
Therefore, the S content is 0.028% or less.
The lower limit of the S content is preferably 0.001%, more preferably 0.003%, further preferably 0.005%, and further preferably 0.009%.
The upper limit of the S content is preferably 0.025%, more preferably 0.023%, still more preferably 0.020%, still more preferably 0.019%, still more preferably 0.018%, and still more preferably 0.015%.

Cr:0.50~2.00%
クロム(Cr)は、鋼材の強度を高める。Cr含有量が0.50%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、この効果が十分に得られない。
一方、Cr含有量が2.00%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Cr炭化物が生成して、高温疲労強度が低下する。Cr含有量が2.00%を超えればさらに、鋼材の被削性が低下する。
したがって、Cr含有量は0.50~2.00%である。
Cr含有量の好ましい下限は0.55%であり、さらに好ましくは0.60%であり、さらに好ましくは0.65%であり、さらに好ましくは0.70%である。
Cr含有量の好ましい上限は1.90%であり、さらに好ましくは1.80%であり、さらに好ましくは1.70%であり、さらに好ましくは1.60%であり、さらに好ましくは1.50%である。
Cr:0.50~2.00%
Chromium (Cr) increases the strength of steel material. If the Cr content is less than 0.50%, this effect cannot be sufficiently obtained even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment.
On the other hand, if the Cr content exceeds 2.00%, even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment, Cr carbides are formed, reducing the high-temperature fatigue strength. If the Cr content exceeds 2.00%, the machinability of the steel material also decreases.
Therefore, the Cr content is 0.50 to 2.00%.
The lower limit of the Cr content is preferably 0.55%, more preferably 0.60%, further preferably 0.65%, and further preferably 0.70%.
The upper limit of the Cr content is preferably 1.90%, more preferably 1.80%, further preferably 1.70%, further preferably 1.60%, and further preferably 1.50%.

Mo:0.08~0.50%
モリブデン(Mo)は、スチールピストンの使用温度域(500~600℃)において、後述のVとともに時効析出して、析出物を生成する。これにより、エンジン動作状態におけるスチールピストンの高温疲労強度を高める。Mo含有量が0.08%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、この効果が十分に得られない。
一方、Mo含有量が0.50%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が過剰に高くなり、靱性が低下する。
したがって、Mo含有量は0.08~0.50%である。
Mo含有量の好ましい下限は0.09%であり、さらに好ましくは0.10%であり、さらに好ましくは0.11%であり、さらに好ましくは0.12%であり、さらに好ましくは0.13%である。
Mo含有量の好ましい上限は0.46%であり、さらに好ましくは0.42%であり、さらに好ましくは0.38%であり、さらに好ましくは0.34%であり、さらに好ましくは0.30%である。
Mo: 0.08~0.50%
Molybdenum (Mo) ages and precipitates together with V (described later) in the operating temperature range of steel pistons (500 to 600°C), forming precipitates. This enhances the high-temperature fatigue strength of the steel piston when the engine is in operation. If the Mo content is less than 0.08%, this effect cannot be sufficiently obtained even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment.
On the other hand, if the Mo content exceeds 0.50%, even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment, the strength of the steel material becomes excessively high and the toughness decreases.
Therefore, the Mo content is 0.08 to 0.50%.
The lower limit of the Mo content is preferably 0.09%, more preferably 0.10%, still more preferably 0.11%, still more preferably 0.12%, and still more preferably 0.13%.
The upper limit of the Mo content is preferably 0.46%, more preferably 0.42%, still more preferably 0.38%, still more preferably 0.34%, and still more preferably 0.30%.

V:0.05~0.50%
バナジウム(V)はスチールピストンの使用温度域(500~600℃)において、上述のMoとともに時効析出して、析出物を生成する。これにより、エンジン動作状態におけるスチールピストンの高温疲労強度を高める。V含有量が0.05%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、この効果が十分に得られない。
一方、V含有量が0.50%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が過剰に高くなりすぎ、靱性が低下する。
したがって、V含有量は0.05~0.50%である。
V含有量の好ましい下限は0.07%であり、さらに好ましくは0.09%であり、さらに好ましくは0.11%であり、さらに好ましくは0.13%である。
V含有量の好ましい上限は0.48%であり、さらに好ましくは0.46%であり、さらに好ましくは0.44%であり、さらに好ましくは0.42%であり、さらに好ましくは0.40%である。
V: 0.05-0.50%
Vanadium (V) ages and precipitates together with Mo in the operating temperature range of steel pistons (500-600°C), forming precipitates. This enhances the high-temperature fatigue strength of the steel piston when the engine is in operation. If the V content is less than 0.05%, this effect cannot be sufficiently obtained even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment.
On the other hand, if the V content exceeds 0.50%, even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment, the strength of the steel material becomes excessively high and the toughness decreases.
Therefore, the V content is 0.05 to 0.50%.
The lower limit of the V content is preferably 0.07%, more preferably 0.09%, further preferably 0.11%, and further preferably 0.13%.
The upper limit of the V content is preferably 0.48%, more preferably 0.46%, still more preferably 0.44%, still more preferably 0.42%, and still more preferably 0.40%.

Ti:0.05~0.20%
チタン(Ti)は鋼材を素材として、スチールピストンを製造する場合に、スチールピストン中でのV析出物の生成を促進する。その結果、エンジン動作状態におけるスチールピストンの高温疲労強度が高まる。Ti含有量が0.05%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ti含有量が0.20%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、スチールピストン中に粗大なTi析出物が残存する。この場合、スチールピストンの高温疲労強度がかえって低下する。
したがって、Ti含有量は0.05~0.20%である。
Ti含有量の好ましい下限は0.06%であり、さらに好ましくは0.07%であり、さらに好ましくは0.08%である。
Ti含有量の好ましい上限は0.18%であり、さらに好ましくは0.16%であり、さらに好ましくは0.14%である。
Ti: 0.05-0.20%
Titanium (Ti) promotes the formation of V precipitates in a steel piston when the steel piston is manufactured from steel material. As a result, the high-temperature fatigue strength of the steel piston during engine operation is increased. If the Ti content is less than 0.05%, the above effect cannot be sufficiently obtained even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment.
On the other hand, if the Ti content exceeds 0.20%, even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment, coarse Ti precipitates remain in the steel piston, and in this case, the high temperature fatigue strength of the steel piston is rather reduced.
Therefore, the Ti content is 0.05 to 0.20%.
The lower limit of the Ti content is preferably 0.06%, more preferably 0.07%, and further preferably 0.08%.
The upper limit of the Ti content is preferably 0.18%, more preferably 0.16%, and further preferably 0.14%.

Al:0.005~0.100%
アルミニウム(Al)は鋼を脱酸する。Al含有量が0.005%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、この効果が得られない。
一方、Al含有量が0.100%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、酸化物(介在物)が過剰に生成して、HAZを含むスチールピストンの高温疲労強度が低下する。
したがって、Al含有量は0.005~0.100%である。
Al含有量の好ましい下限は0.007%であり、さらに好ましくは0.008%であり、さらに好ましくは0.010%であり、さらに好ましくは0.012%であり、さらに好ましくは0.014%である。
Al含有量の好ましい上限は0.090%であり、さらに好ましくは0.080%であり、さらに好ましくは0.070%であり、さらに好ましくは0.060%であり、さらに好ましくは0.050%である。
Al: 0.005-0.100%
Aluminum (Al) deoxidizes steel, and if the Al content is less than 0.005%, this effect cannot be obtained even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment.
On the other hand, if the Al content exceeds 0.100%, even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment, oxides (inclusions) are generated in excess, and the high-temperature fatigue strength of the steel piston including the HAZ decreases.
Therefore, the Al content is 0.005 to 0.100%.
The lower limit of the Al content is preferably 0.007%, more preferably 0.008%, further preferably 0.010%, further preferably 0.012%, and further preferably 0.014%.
The upper limit of the Al content is preferably 0.090%, more preferably 0.080%, further preferably 0.070%, further preferably 0.060%, and further preferably 0.050%.

N:0.0200%以下
窒素(N)は不可避に含有される不純物である。つまり、N含有量は0%超である。
N含有量が0.0200%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。
したがって、N含有量は0.0200%以下である。
N含有量の好ましい上限は0.0190%であり、さらに好ましくは0.0180%であり、さらに好ましくは0.0170%であり、さらに好ましくは0.0160%である。
N含有量はなるべく低い方が好ましい。ただし、N含有量を過剰に低減するためには製造コストがかかる。したがって、工業生産を考慮した場合、N含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.0010%であり、さらに好ましくは0.0015%である。
N: 0.0200% or less Nitrogen (N) is an unavoidable impurity. In other words, the N content is more than 0%.
If the N content exceeds 0.0200%, the hot workability of the steel material decreases even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment.
Therefore, the N content is 0.0200% or less.
The upper limit of the N content is preferably 0.0190%, more preferably 0.0180%, further preferably 0.0170%, and further preferably 0.0160%.
The N content is preferably as low as possible. However, excessive reduction in the N content increases production costs. Therefore, in consideration of industrial production, the preferred lower limit of the N content is 0.0001%, more preferably 0.0005%, more preferably 0.0010%, and even more preferably 0.0015%.

O:0.0050%以下
酸素(O)は不可避に含有される不純物である。つまり、O含有量は0%超である。
O含有量が0.0050%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、酸化物が過剰に生成して、HAZを含むスチールピストンの高温疲労強度が低下する。
したがって、O含有量は0.0050%以下である。
O含有量の好ましい上限は0.0045%であり、さらに好ましくは0.0040%であり、さらに好ましくは0.0035%であり、さらに好ましくは0.0030%であり、さらに好ましくは0.0020%である。
O含有量はなるべく低い方が好ましい。ただし、O含有量を過剰に低減するためには製造コストがかかる。したがって、工業生産を考慮した場合、O含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.0010%である。
O: 0.0050% or less Oxygen (O) is an unavoidable impurity. In other words, the O content is more than 0%.
If the O content exceeds 0.0050%, even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment, excessive oxides are formed, and the high-temperature fatigue strength of the steel piston including the HAZ decreases.
Therefore, the O content is 0.0050% or less.
The upper limit of the O content is preferably 0.0045%, more preferably 0.0040%, still more preferably 0.0035%, still more preferably 0.0030%, and still more preferably 0.0020%.
The O content is preferably as low as possible. However, excessive reduction of the O content increases production costs. Therefore, in consideration of industrial production, the preferred lower limit of the O content is 0.0001%, more preferably 0.0005%, and even more preferably 0.0010%.

本実施形態の鋼材の化学組成の残部は、Fe及び不純物からなる。ここで、不純物とは、鋼材を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は、製造環境などから混入されるものであって、意図的に鋼材に含有させたものではない成分を意味する。 The remainder of the chemical composition of the steel material of this embodiment is composed of Fe and impurities. Here, impurities refer to components that are mixed in from raw materials such as ore and scrap, or from the manufacturing environment, during industrial production of steel material, and are not intentionally included in the steel material.

不純物としては、上述の不純物以外のあらゆる元素が挙げられる。不純物は1元素だけであってもよいし、2元素以上であってもよい。
上述した不純物以外の他の不純物は、例えば、Ca、B、Sb、Sn、W、Co、As、Pb、Bi、H等である。これらの元素は、不純物として、例えば、次の含有量となる場合があり得る。
Ca:0.0000~0.0005%、B:0.0000~0.0005%、Sb:0.0000~0.0005%、Sn:0.0000~0.0005%、W:0.0000~0.0005%、Co:0.0000~0.0005%、As:0.0000~0.0005%、Pb:0.0000~0.0005%、Bi:0.0000~0.0005%、H:0.0000~0.0005%。
The impurities include any element other than the above-mentioned impurities. The impurities may be one element only, or two or more elements.
Impurities other than the above-mentioned impurities include, for example, Ca, B, Sb, Sn, W, Co, As, Pb, Bi, and H. These elements may have the following contents as impurities, for example.
Ca: 0.0000 to 0.0005%, B: 0.0000 to 0.0005%, Sb: 0.0000 to 0.0005%, Sn: 0.0000 to 0.0005%, W: 0.0000 to 0.0005%, Co: 0.0000 to 0.0005%, As: 0.0000 to 0.0005%, Pb: 0.0000 to 0.0005%, Bi: 0.0000 to 0.0005%, H: 0.0000 to 0.0005%.

[任意元素(Optional Elements)について]
本実施形態の鋼材はさらに、Feの一部に代えて、
Cu:0.00~0.50%、
Ni:0.00~1.00%、及び、
Nb:0.000~0.100%、
からなる群から選択される1元素以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも、鋼材を素材として最終製品を製造した場合に、最終製品の強度を高める。
[Regarding optional elements]
The steel material of this embodiment further contains, instead of a part of Fe,
Cu: 0.00-0.50%,
Ni: 0.00 to 1.00%, and
Nb: 0.000-0.100%,
Any of these elements increases the strength of a final product when the final product is manufactured using the steel material as a raw material.

Cu:0.00~0.50%
銅(Cu)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Cu含有量は0.00%であってもよい。
含有される場合、Cuは鋼材の焼入れ性を高め、鋼材の強度を高める。Cu含有量が0.00%超であれば、これらの効果がある程度得られる。
しかしながら、Cu含有量が0.50%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。
したがって、Cu含有量は、0.00~0.50%である。
Cu含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.02%であり、さらに好ましくは0.04%であり、さらに好ましくは0.05%である。
Cu含有量の好ましい上限は0.48%であり、さらに好ましくは0.46%であり、さらに好ましくは0.44%であり、さらに好ましくは0.40%である。
Cu: 0.00-0.50%
Copper (Cu) is an optional element and may not be contained, that is, the Cu content may be 0.00%.
When contained, Cu improves the hardenability and strength of the steel material. If the Cu content exceeds 0.00%, these effects can be obtained to some extent.
However, if the Cu content exceeds 0.50%, the hot workability of the steel material decreases even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment.
Therefore, the Cu content is 0.00 to 0.50%.
The lower limit of the Cu content is preferably 0.01%, more preferably 0.02%, further preferably 0.04%, and further preferably 0.05%.
The upper limit of the Cu content is preferably 0.48%, more preferably 0.46%, further preferably 0.44%, and further preferably 0.40%.

Ni:0.00~1.00%
ニッケル(Ni)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ni含有量は0.00%であってもよい。
含有される場合、Niは鋼材の焼入れ性を高め、鋼材の強度を高める。Ni含有量が0.00%超であれば、これらの効果がある程度得られる。
しかしながら、Ni含有量が1.00%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、その効果が飽和し、さらに、原料コストが高くなる。
したがって、Ni含有量は0.00~1.00%である。
Ni含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.02%であり、さらに好ましくは0.04%であり、さらに好ましくは0.05%である。
Ni含有量の好ましい上限は0.98%であり、さらに好ましくは0.90%であり、さらに好ましくは0.85%であり、さらに好ましくは0.80%であり、さらに好ましくは0.70%であり、さらに好ましくは0.60%である。
Ni: 0.00~1.00%
Nickel (Ni) is an optional element and may not be contained, that is, the Ni content may be 0.00%.
When contained, Ni enhances the hardenability and strength of the steel material. If the Ni content exceeds 0.00%, these effects can be obtained to some extent.
However, if the Ni content exceeds 1.00%, even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment, the effect becomes saturated, and furthermore, the raw material cost becomes high.
Therefore, the Ni content is 0.00 to 1.00%.
The lower limit of the Ni content is preferably 0.01%, more preferably 0.02%, further preferably 0.04%, and further preferably 0.05%.
The upper limit of the Ni content is preferably 0.98%, more preferably 0.90%, more preferably 0.85%, more preferably 0.80%, more preferably 0.70%, and more preferably 0.60%.

Nb:0.000~0.100%
ニオブ(Nb)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Nb含有量は0.000%であってもよい。
含有される場合、Nbは鋼材中に炭化物、窒化物又は炭窒化物(以下、炭窒化物等という)を生成して、鋼材の強度を高める。Nb含有量が0.000%超であれば、これらの効果がある程度得られる。
しかしながら、Nb含有量が0.100%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎて、鋼材の被削性が低下する。
したがって、Nb含有量は0.000~0.100%である。
Nb含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.010%であり、さらに好ましくは0.015%であり、さらに好ましくは0.020%である。
Nb含有量の好ましい上限は0.095%であり、さらに好ましくは0.090%であり、さらに好ましくは0.085%であり、さらに好ましくは0.080%であり、さらに好ましくは0.070%である。
Nb: 0.000-0.100%
Niobium (Nb) is an optional element and may not be contained, that is, the Nb content may be 0.000%.
When Nb is contained, it forms carbides, nitrides, or carbonitrides (hereinafter referred to as carbonitrides, etc.) in the steel material, thereby increasing the strength of the steel material. If the Nb content exceeds 0.000%, these effects can be obtained to a certain degree.
However, if the Nb content exceeds 0.100%, even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment, the strength of the steel material becomes too high, and the machinability of the steel material decreases.
Therefore, the Nb content is 0.000 to 0.100%.
The lower limit of the Nb content is preferably 0.001%, more preferably 0.005%, further preferably 0.010%, further preferably 0.015%, and further preferably 0.020%.
The upper limit of the Nb content is preferably 0.095%, more preferably 0.090%, still more preferably 0.085%, still more preferably 0.080%, and still more preferably 0.070%.

[鋼材の化学組成の測定方法]
本実施形態の鋼材の化学組成は、周知の成分分析法で測定できる。具体的には、ドリルを用いて、鋼材の表面から1mm深さ以上の内部から、切粉を採取する。採取された切粉を酸に溶解させて溶液を得る。溶液に対して、ICP-AES(Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry)を実施して、化学組成の元素分析を実施する。C含有量及びS含有量については、周知の高周波燃焼法(燃焼-赤外線吸収法)により求める。N含有量については、周知の不活性ガス溶融-熱伝導度法を用いて求める。O含有量については、周知の不活性ガス溶解-赤外線吸収法を用いて求める。
[Method of measuring the chemical composition of steel]
The chemical composition of the steel material of this embodiment can be measured by a known component analysis method. Specifically, chips are collected from the inside of the steel material to a depth of 1 mm or more from the surface using a drill. The collected chips are dissolved in acid to obtain a solution. ICP-AES (Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry) is performed on the solution to perform elemental analysis of the chemical composition. The C content and S content are determined by a known high-frequency combustion method (combustion-infrared absorption method). The N content is determined by a known inert gas melting-thermal conductivity method. The O content is determined by a known inert gas melting-infrared absorption method.

なお、各元素含有量は、本実施形態で規定された有効数字に基づいて、測定された数値の端数を四捨五入して、本実施形態で規定された各元素含有量の最小桁までの数値とする。例えば、本実施形態の鋼材のC含有量は小数第二位までの数値で規定される。したがって、C含有量は、測定された数値の小数第三位を四捨五入して得られた小数第二位までの数値とする。 The content of each element is determined by rounding off the measured value based on the significant figures specified in this embodiment to the lowest digit of the content of each element specified in this embodiment. For example, the C content of the steel material in this embodiment is specified as a value to two decimal places. Therefore, the C content is determined as a value to two decimal places obtained by rounding off the measured value to two decimal places.

本実施形態の鋼材のC含有量以外の他の元素含有量も同様に、測定された値に対して、本実施形態で規定された最小桁までの数値の端数を四捨五入して得られた値を、当該元素含有量とする。 Similarly, for the contents of other elements other than the C content of the steel material of this embodiment, the measured value is rounded off to the smallest digit specified in this embodiment to obtain the content of that element.

なお、四捨五入とは、端数が5未満であれば切り捨て、端数が5以上であれば切り上げることを意味する。 Note that rounding off means rounding down if the fraction is less than 5, and rounding up if the fraction is 5 or more.

[(特徴2)鋼材中の固溶Ti比率RTi及び固溶V比率Rについて]
本実施形態の鋼材では、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であることを前提として、さらに、次の特徴を有する。
電解抽出法により得られた残渣中の質量%でのTi含有量を[Ti]と定義し、
残渣中の質量%でのV含有量を[V]と定義し、
鋼材の化学組成中の質量%でのTi含有量を[Ti]と定義し、
鋼材の化学組成中の質量%でのV含有量を[V]と定義したとき、
式(1)で定義される固溶Ti比率RTiが0.30以下であり、
式(2)で定義される固溶V比率Rが0.60以上である。
Ti=([Ti]-[Ti])/[Ti] (1)
=([V]-[V])/[V] (2)
以下、この点について説明する。
[(Feature 2) Regarding the solute Ti ratio R Ti and the solute V ratio R V in steel]
The steel material of this embodiment further has the following characteristics, provided that the content of each element in the chemical composition is within the range of this embodiment.
The Ti content in mass% in the residue obtained by electrolytic extraction is defined as [Ti] R ;
The V content in the residue in mass% is defined as [V] R ,
The Ti content in mass% in the chemical composition of the steel material is defined as [Ti] B ,
When the V content in mass% in the chemical composition of the steel is defined as [V] B ,
The solute Ti ratio R Ti defined by the formula (1) is 0.30 or less,
The solute V ratio R V defined by the formula (2) is 0.60 or more.
R Ti = ([Ti] B - [Ti] R )/[Ti] B (1)
R V = ([V] B - [V] R )/[V] B (2)
This point will be explained below.

本実施形態の鋼材では、鋼材中のTiをTi析出物としてなるべく多く生成しておき、かつ、鋼材中のVをなるべく固溶Vとして確保する。鋼材中にTi析出物が多数生成しており、かつ、多くのVが固溶していれば、鋼材を素材としてスチールピストン等の最終製品を製造する場合に、製造工程中の調質処理(焼入れ及び焼戻し)により多数の微細V析出物が生成する。その結果、調質処理後の製品の高温疲労強度が顕著に高まる。
鋼材の化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内である場合、式(1)で定義される固溶Ti比率RTiが0.30以下であり、式(2)で定義される固溶V比率Rが0.60以上であれば、調質処理後の製品の高温疲労強度が十分に高まる。
In the steel material of this embodiment, Ti in the steel material is generated as Ti precipitates as much as possible, and V in the steel material is secured as solid solution V as much as possible. If many Ti precipitates are generated in the steel material and a large amount of V is dissolved, when a final product such as a steel piston is manufactured using the steel material as a raw material, many fine V precipitates are generated by the thermal refining treatment (quenching and tempering) during the manufacturing process. As a result, the high temperature fatigue strength of the product after the thermal refining treatment is significantly increased.
When the content of each element in the chemical composition of the steel material is within the range of this embodiment, if the solute Ti ratio R Ti defined by formula (1) is 0.30 or less and the solute V ratio R V defined by formula (2) is 0.60 or more, the high-temperature fatigue strength of the product after the thermal refining treatment is sufficiently increased.

したがって、固溶Ti比率RTiは0.30以下であり、固溶V比率RVは0.60以上である。 Therefore, the solute Ti ratio R Ti is 0.30 or less, and the solute V ratio RV is 0.60 or more.

固溶Ti比率RTiの好ましい上限は0.28であり、さらに好ましくは0.26であり、さらに好ましくは0.24である。
固溶Ti比率RTiはなるべく低い方が好ましい。つまり、固溶Ti比率RTiは0であってもよい。しかしながら、固溶Ti比率RTiを0にするのが困難な場合がある。したがって、固溶Ti比率RTiの好ましい下限は0.01であり、さらに好ましくは0.03であり、さらに好ましくは0.05である。
The upper limit of the solute Ti ratio R Ti is preferably 0.28, more preferably 0.26, and further preferably 0.24.
It is preferable that the solute Ti ratio R Ti is as low as possible. In other words, the solute Ti ratio R Ti may be 0. However, there are cases where it is difficult to make the solute Ti ratio R Ti 0. Therefore, a preferable lower limit of the solute Ti ratio R Ti is 0.01, more preferably 0.03, and further preferably 0.05.

固溶V比率Rの好ましい下限は0.62であり、さらに好ましくは0.64であり、さらに好ましくは0.66であり、さらに好ましくは0.68である。
固溶V比率Rはなるべく高い方が好ましい。つまり、固溶V比率Rは1.00であってもよい。しかしながら、固溶V比率Rを1.00にするのは困難な場合がある。したがって、固溶V比率Rの好ましい上限は0.98であり、さらに好ましくは0.96であり、さらに好ましくは0.94であり、さらに好ましくは0.92であり、さらに好ましくは0.90である。
The lower limit of the solute V ratio R V is preferably 0.62, more preferably 0.64, still more preferably 0.66, and still more preferably 0.68.
The solute V ratio R V is preferably as high as possible. That is, the solute V ratio R V may be 1.00. However, it may be difficult to make the solute V ratio R V 1.00. Therefore, the preferred upper limit of the solute V ratio R V is 0.98, more preferably 0.96, more preferably 0.94, more preferably 0.92, and even more preferably 0.90.

[鋼材中の固溶Ti比率RTi及び固溶V比率Rの決定方法]
鋼材中の固溶Ti比率RTi及び固溶V比率Rは、次の方法で求めることができる。
鋼材の表面から1mm以上の深さ位置から、直径10mm、長さ15mmの円柱状試験片を採取する。
[Method of determining solute Ti ratio RTi and solute V ratio RV in steel material]
The solute Ti ratio RTi and the solute V ratio RV in a steel material can be determined by the following method.
A cylindrical test piece having a diameter of 10 mm and a length of 15 mm is taken from a position at a depth of 1 mm or more from the surface of the steel material.

採取した円柱状試験片の表面の付着物(表面のスケール及び不純物等)を除去するために、予備電解を実施する。予備電解では、10%AA系溶液(体積分率で10%アセチルアセトン、1%テトラメチルアンモニウムクロリド、89%メタノール溶液を含有する溶液)を用いて、常温(20±15℃)、電流:1000mAで、円柱状試験片の表面から50μm程度電解する。 Preliminary electrolysis is carried out to remove any deposits (surface scale, impurities, etc.) on the surface of the collected cylindrical test specimen. In preliminary electrolysis, a 10% AA-based solution (a solution containing, by volume, 10% acetylacetone, 1% tetramethylammonium chloride, and 89% methanol solution) is used to electrolyze approximately 50 μm from the surface of the cylindrical test specimen at room temperature (20±15°C) and a current of 1000 mA.

予備の電解研磨後の円柱状試験片をアルコール溶液に浸漬する。アルコール溶液に浸漬した円柱状試験片に対して、超音波洗浄を実施して、円柱状試験片の表面の付着物を除去する。超音波洗浄後の円柱状試験片(定電流電解前の円柱状試験片)の質量を測定する。 The cylindrical test piece after preliminary electrolytic polishing is immersed in an alcohol solution. The cylindrical test piece immersed in the alcohol solution is subjected to ultrasonic cleaning to remove any deposits on the surface of the cylindrical test piece. The mass of the cylindrical test piece after ultrasonic cleaning (cylindrical test piece before constant current electrolysis) is measured.

次に、円柱状試験片に対して、定電流電解を実施する。具体的には、新しい10%AA系溶液を準備する。そして、新しい10%AA系溶液を用いて、常温にて、電流密度を20mA/cmに保持して、円柱状試験片の表面から約100μm深さ位置までの領域を電解する。 Next, constant current electrolysis is performed on the cylindrical test piece. Specifically, a new 10% AA-based solution is prepared. Then, using the new 10% AA-based solution, electrolysis is performed on a region of the cylindrical test piece from the surface to a depth of about 100 μm at room temperature while maintaining a current density of 20 mA/ cm2 .

定電流電解後、円柱状試験片をアルコール溶液に浸漬する。その後、超音波洗浄を実施して、円柱状試験片表面の付着物を除去する。定電流電解後に付着物が除去された円柱状試験片の質量を測定する。 After constant current electrolysis, the cylindrical test piece is immersed in an alcohol solution. Then, ultrasonic cleaning is performed to remove any deposits on the surface of the cylindrical test piece. After constant current electrolysis, the mass of the cylindrical test piece from which the deposits have been removed is measured.

定電流電解に用いた10%AA系溶液、及び、その後の超音波洗浄に用いたアルコール溶液を、メッシュサイズ0.2μmのフィルタで吸引ろ過して残渣を抽出する。 The 10% AA solution used in the constant current electrolysis and the alcohol solution used in the subsequent ultrasonic cleaning are suction filtered through a filter with a mesh size of 0.2 μm to extract the residue.

抽出された残渣を酸で溶解して溶液とする。溶液に対してICP-AESを用いた化学元素分析を実施して、残渣中のTi質量と、残渣中のV質量とを得る。さらに、定電流電解前後の円柱状試験片の質量を差分して、定電流電解された棒鋼の質量を求める。残渣中のTi質量及び定電流電解された棒鋼の質量に基づいて、残渣中の質量%でのTi含有量[Ti]を求める。残渣中のV質量及び定電流電解された棒鋼の質量に基づいて、残渣中の質量%でのV含有量[V]を求める。 The extracted residue is dissolved in acid to obtain a solution. Chemical elemental analysis using ICP-AES is performed on the solution to obtain the Ti mass in the residue and the V mass in the residue. Furthermore, the mass of the cylindrical test piece before and after the constant current electrolysis is subtracted to obtain the mass of the steel bar electrolyzed at constant current. Based on the Ti mass in the residue and the mass of the steel bar electrolyzed at constant current, the Ti content [Ti] R in mass% in the residue is obtained. Based on the V mass in the residue and the mass of the steel bar electrolyzed at constant current, the V content [V] R in mass% in the residue is obtained.

上述の周知の成分分析法で得られた、鋼材の化学組成中のTi含有量[Ti]と、残渣中のTi含有量[Ti]とを用いて、式(1)で定義される固溶Ti比率RTiを求める。同様に、鋼材の化学組成中のV含有量[V]と、残渣中のV含有量[V]とを用いて、式(2)で定義される固溶V比率Rを求める。 The solute Ti ratio R Ti defined by formula (1) is calculated using the Ti content [Ti] B in the chemical composition of the steel material and the Ti content [Ti] R in the residue, both of which are obtained by the above-mentioned well-known composition analysis method. Similarly, the solute V ratio R V defined by formula (2) is calculated using the V content [V] B in the chemical composition of the steel material and the V content [V] R in the residue.

[本実施形態の鋼材の効果]
本実施形態の鋼材は、上述の特徴1及び特徴2を有する。そのため、本実施形態の鋼材を素材としてスチールピストンに代表される製品を製造する場合、製品の高温疲労強度を高めることができる。
[Effects of the steel material according to this embodiment]
The steel material of this embodiment has the above-mentioned features 1 and 2. Therefore, when a product such as a steel piston is manufactured using the steel material of this embodiment as a material, the high-temperature fatigue strength of the product can be improved.

[本実施形態の鋼材の用途]
本実施形態の鋼材は、調質処理が施されて製造される製品の素材として、適用可能である。本実施形態の鋼材は特に、高温疲労強度が求められる製品の素材として好適である。このような製品は例えば、スチールピストンである。ただし、スチールピストン以外の用途にも、本実施形態の鋼材は広く適用可能である。
[Use of the steel material according to this embodiment]
The steel material of this embodiment can be applied as a material for products manufactured by performing thermal refining treatment. The steel material of this embodiment is particularly suitable as a material for products that require high-temperature fatigue strength. One example of such a product is a steel piston. However, the steel material of this embodiment can be widely applied to applications other than steel pistons.

[本実施形態の鋼材のミクロ組織] [Microstructure of the steel material in this embodiment]

なお、本実施形態の鋼材のミクロ組織は特に限定されない。本実施形態の鋼材は、スチールピストンに代表される製品の素材として利用される場合、製品の製造工程中において、Ac3変態点以上に加熱される。そのため、本実施形態の鋼材のミクロ組織は特に限定されない。 The microstructure of the steel material of this embodiment is not particularly limited. When the steel material of this embodiment is used as a material for a product such as a steel piston, it is heated to the A c3 transformation point or higher during the manufacturing process of the product. Therefore, the microstructure of the steel material of this embodiment is not particularly limited.

本実施形態の鋼材のミクロ組織の一例としては、鋼材の長手方向に垂直な断面(横断面)のR/2位置において、ベイナイトの面積率が60%以上であり、残部はフェライト、パーライト、及びマルテンサイトの1種以上である。ここで、R/2位置とは、横断面において鋼材中心と鋼材表面とを結ぶ線分R(つまり半径)の中央位置を意味する。ただし、本実施形態の鋼材のミクロ組織は上述のミクロ組織に特に限定されない。 As an example of the microstructure of the steel material of this embodiment, at the R/2 position of a cross section (transverse section) perpendicular to the longitudinal direction of the steel material, the area ratio of bainite is 60% or more, and the remainder is one or more of ferrite, pearlite, and martensite. Here, the R/2 position means the center position of the line segment R (i.e., the radius) connecting the center of the steel material and the surface of the steel material in the transverse section. However, the microstructure of the steel material of this embodiment is not particularly limited to the above-mentioned microstructure.

[製造方法]
本実施形態による鋼材の製造方法の一例を説明する。以降に説明する鋼材の製造方法は、本実施形態による鋼材を製造するための一例である。したがって、上述の構成を有する鋼材は、以降に説明する製造方法以外の他の製造方法により製造されてもよい。しかしながら、以降に説明する製造方法は、本実施形態による鋼材の製造方法の好ましい一例である。
[Production method]
An example of a method for manufacturing a steel material according to this embodiment will be described. The method for manufacturing a steel material described below is one example for manufacturing a steel material according to this embodiment. Therefore, a steel material having the above-mentioned configuration may be manufactured by a manufacturing method other than the manufacturing method described below. However, the manufacturing method described below is a preferred example of a method for manufacturing a steel material according to this embodiment.

本実施形態による鋼材の製造方法の一例は、次の工程を含む。
(工程1)素材準備工程
(工程2)熱間加工工程
熱間加工工程は次の2つの工程を含む。
(工程21)加熱工程
第1加熱工程:
加熱温度T1 :900~1100℃
加熱温度T1での保持時間t1:20分以上
第2加熱工程:
加熱温度T2 :1100超~1300℃
加熱温度T2での保持時間t2:10分以上
(工程22)加工工程
仕上げ圧延温度FT :900℃以上
仕上げ圧延温度FT~500℃までの平均冷却速度CR:1.0℃/秒以上
以下、各工程について説明する。
An example of a method for manufacturing a steel material according to this embodiment includes the following steps.
(Step 1) Material preparation step (Step 2) Hot working step The hot working step includes the following two steps.
(Step 21) Heating process 1st heating process:
Heating temperature T1: 900-1100℃
Holding time t1 at heating temperature T1: 20 minutes or more Second heating step:
Heating temperature T2: over 1100~1300℃
Holding time t2 at heating temperature T2: 10 minutes or more (Step 22) Working step Finishing rolling temperature FT: 900° C. or more Average cooling rate CR from finishing rolling temperature FT to 500° C.: 1.0° C./sec or more Each step will be described below.

[(工程1)素材準備工程]
素材準備工程では、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内である溶鋼を周知の製鋼方法により製造する。製造された溶鋼を用いて、連続鋳造法により鋳片を製造する。ここで、鋳片とは、例えば、ブルーム、又はビレットである。鋳片に代えて、上記溶鋼を用いて造塊法によりインゴットを製造してもよい。以上の製造工程により、素材(鋳片又はインゴット)を製造する。
[(Process 1) Material preparation process]
In the material preparation process, molten steel having a chemical composition with each element content within the range of this embodiment is produced by a known steelmaking method. The produced molten steel is used to produce a slab by a continuous casting method. Here, the slab is, for example, a bloom or a billet. Instead of the slab, an ingot may be produced by an ingot casting method using the molten steel. The material (slab or ingot) is produced by the above production process.

[(工程2)熱間加工工程]
熱間加工工程では、製造された素材を熱間加工して、鋼材を製造する。熱間加工工程では通常、1又は複数回の熱間加工を実施する。複数回熱間加工を実施する場合、最初の熱間加工(粗加工工程)は例えば、分塊圧延又は熱間鍛造である。次の熱間加工(仕上げ加工工程)は例えば、連続圧延機を用いた仕上げ圧延である。連続圧延機では、一対の水平ロールを有する水平スタンドと、一対の垂直ロールを有する垂直スタンドとが交互に一列に配列される。
[(Step 2) Hot working step]
In the hot working process, the produced material is hot worked to produce steel. In the hot working process, one or more hot working steps are usually performed. When multiple hot working steps are performed, the first hot working step (rough working step) is, for example, blooming or hot forging. The next hot working step (finishing working step) is, for example, finish rolling using a continuous rolling mill. In the continuous rolling mill, horizontal stands each having a pair of horizontal rolls and vertical stands each having a pair of vertical rolls are alternately arranged in a row.

粗加工工程は省略されてもよい。つまり、熱間加工工程は、仕上げ加工工程のみ実施してもよい。素材準備工程で準備する素材がブルーム又はインゴットである場合、粗加工工程を実施して、ビレットを製造する。素材準備工程で準備する素材がビレットである場合、粗加工工程を省略して仕上げ加工工程を実施する。 The rough processing step may be omitted. In other words, the hot working step may only include the finish processing step. If the material prepared in the material preparation step is a bloom or an ingot, the rough processing step is carried out to produce a billet. If the material prepared in the material preparation step is a billet, the rough processing step is omitted and the finish processing step is carried out.

熱間加工工程中の仕上げ加工工程は、上述のとおり、次の工程を含む。
(工程21)加熱工程
(工程22)加工工程
以下、各工程について説明する。
As described above, the finish processing step during the hot working step includes the following steps:
(Step 21) Heating step (Step 22) Processing step Each step will be described below.

[(工程21)加熱工程]
加熱工程では、連続式加熱炉を用いて、ビレットを加熱する。連続式加熱炉は例えば、ウォーキングビーム炉である。連続式加熱炉では、装入口から抽出口に向かって、複数のビレットが配列される。複数のビレットは、時間の経過とともに、装入口から抽出口に進む。このとき、ビレットの長手方向がビレット進行方向と垂直になるように、ビレットが配置される。ビレットは加熱炉の装入口から加熱炉内に装入され、加熱炉内を移動する。そして、ビレットが抽出口に到達すると、ビレットは抽出口から加熱炉外部に搬送される。搬送されたビレットは、搬送ローラー等の搬送機構により、仕上げ圧延を実施する連続圧延機に搬送される。
[(Step 21) Heating step]
In the heating process, the billet is heated using a continuous heating furnace. The continuous heating furnace is, for example, a walking beam furnace. In the continuous heating furnace, a plurality of billets are arranged from the charging port toward the extraction port. The plurality of billets advance from the charging port to the extraction port over time. At this time, the billets are arranged so that the longitudinal direction of the billet is perpendicular to the billet advancement direction. The billet is charged into the heating furnace from the charging port of the heating furnace and moves within the heating furnace. Then, when the billet reaches the extraction port, the billet is transported from the extraction port to the outside of the heating furnace. The transported billet is transported to a continuous rolling mill that performs finish rolling by a transport mechanism such as a transport roller.

加熱工程では、加熱炉内において、2段階加熱を実施する。具体的には、第1加熱工程を実施し、その後、昇温して第2加熱工程を実施する。2段階加熱を実施することにより、加熱工程でビレット中のTi析出物を十分に固溶する。この場合、他の製造条件を満たすことを条件として、次工程である加工工程後の鋼材において、微細なTi析出物が十分に生成する。そのため、鋼材中の固溶Ti比率を0.30以下とすることができる。以下、第1加熱工程及び第2加熱工程について説明する。 In the heating process, two-stage heating is performed in a heating furnace. Specifically, the first heating process is performed, and then the temperature is raised and the second heating process is performed. By performing two-stage heating, the Ti precipitates in the billet are sufficiently dissolved in the heating process. In this case, fine Ti precipitates are sufficiently generated in the steel material after the processing process, which is the next process, provided that other manufacturing conditions are satisfied. Therefore, the dissolved Ti ratio in the steel material can be set to 0.30 or less. The first heating process and the second heating process are described below.

[第1加熱工程]
第1加熱工程では、加熱炉内においてビレットを、次の加熱温度T1(℃)で保持時間t1(分)保持する。
加熱温度T1 :900~1100℃
加熱温度T1での保持時間t1:20分以上
要するに、第1加熱工程では、加熱炉内において、900~1100℃の温度域でビレットを20分以上加熱する。
加熱温度T1が900℃未満である場合、又は、保持時間t1が20分未満である場合、ビレット内のTi析出物が十分に固溶しない。この場合、加工工程後の鋼材において、微細なTi析出物が十分に生成しない。そのため、製造後の鋼材中の固溶Ti比率が0.30を超える。
加熱温度T1を900~1100℃とし、保持時間を20分以上とすれば、他の製造条件を満たすことを条件として、加熱工程において、ビレット中のTi析出物が十分に固溶する。そのため、他の製造条件を満たすことを条件として、加工工程後の鋼材において、微細なTi析出物が十分に生成する。
[First heating step]
In the first heating step, the billet is held in the heating furnace at the next heating temperature T1 (° C.) for a holding time t1 (minutes).
Heating temperature T1: 900-1100℃
Holding time t1 at heating temperature T1: 20 minutes or more In short, in the first heating step, the billet is heated in a temperature range of 900 to 1100° C. for 20 minutes or more in the heating furnace.
When the heating temperature T1 is less than 900° C. or the holding time t1 is less than 20 minutes, Ti precipitates in the billet do not dissolve sufficiently. In this case, fine Ti precipitates are not sufficiently generated in the steel material after the processing step. Therefore, the dissolved Ti ratio in the steel material after production exceeds 0.30.
If the heating temperature T1 is set to 900 to 1100°C and the holding time is set to 20 minutes or more, the Ti precipitates in the billet will be sufficiently dissolved in the heating step, provided that other manufacturing conditions are satisfied. Therefore, fine Ti precipitates will be sufficiently formed in the steel material after the processing step, provided that other manufacturing conditions are satisfied.

なお、保持時間t1の上限は特に限定されない。製造コストを考慮すれば、保持時間t1の好ましい上限は例えば120分である。 The upper limit of the retention time t1 is not particularly limited. Considering the manufacturing cost, a preferable upper limit of the retention time t1 is, for example, 120 minutes.

[第2加熱工程]
加熱炉内において、第1加熱工程後のビレットを昇温して、第2加熱工程を実施する。つまり、第1加熱工程後のビレットを冷却した後に第2加熱工程を実施するのではなく、第1加熱工程後のビレットをさらに加熱して、第2加熱工程を実施する。
[Second heating step]
In the heating furnace, the billet after the first heating step is heated and the second heating step is performed. In other words, the billet after the first heating step is not cooled and then the second heating step is performed, but the billet after the first heating step is further heated and the second heating step is performed.

第2加熱工程では、加熱炉内においてビレットを、次の加熱温度T2(℃)で保持時間t2(分)保持する。
加熱温度T2 :1100超~1300℃
加熱温度T2での保持時間t2:10分以上
要するに、第2加熱工程では、1100超~1300℃の温度域でビレットを10分以上加熱する。
加熱温度T2が1100超~1300℃での保持時間t2が10分未満である場合、第1加熱工程での条件を満たした場合であっても、ビレット内のTi析出物が十分に固溶しない。この場合、加工工程後の鋼材において、微細なTi析出物が十分に生成しない。そのため、製造後の鋼材中の固溶Ti比率が0.30を超える。
加熱温度T2を1100超~1300℃とし、保持時間を10分以上とすれば、他の製造条件を満たすことを条件として、ビレット中のTi析出物が十分に固溶する。そのため、他の製造条件を満たすことを条件として、加工工程後の鋼材において、微細なTi析出物が十分に生成する。
In the second heating step, the billet is held in the heating furnace at the next heating temperature T2 (° C.) for a holding time t2 (minutes).
Heating temperature T2: over 1100~1300℃
Holding time t2 at heating temperature T2: 10 minutes or more In short, in the second heating step, the billet is heated in a temperature range of more than 1100 to 1300° C. for 10 minutes or more.
When the heating temperature T2 is more than 1100 to 1300°C and the holding time t2 is less than 10 minutes, even if the conditions in the first heating step are satisfied, the Ti precipitates in the billet do not form a solid solution sufficiently. In this case, fine Ti precipitates are not sufficiently formed in the steel material after the processing step. Therefore, the solid solution Ti ratio in the steel material after production exceeds 0.30.
If the heating temperature T2 is set to more than 1100 to 1300°C and the holding time is set to 10 minutes or more, the Ti precipitates in the billet will be sufficiently dissolved, provided that other manufacturing conditions are satisfied. Therefore, fine Ti precipitates will be sufficiently generated in the steel material after the processing step, provided that other manufacturing conditions are satisfied.

なお、加熱温度T2の上限である1300℃は周知の温度である。また、保持時間t2の上限は特に限定されない。製造コストを高所すれば、保持時間t2の好ましい上限は例えば100分である。 The upper limit of the heating temperature T2, 1300°C, is a well-known temperature. The upper limit of the holding time t2 is not particularly limited. If manufacturing costs are to be reduced, a preferable upper limit of the holding time t2 is, for example, 100 minutes.

以上のとおり、加熱工程において2段階加熱(第1加熱工程及び第2加熱工程)を実施することにより、ビレット中のTi析出物を十分に固溶できる。そのため、加工工程において、鋼材中に微細なTi析出物を均一に分散させることができる。その結果、鋼材中の固溶Ti比率RTiを0.30以下とすることができる。 As described above, by performing the two-stage heating (the first heating step and the second heating step) in the heating step, the Ti precipitates in the billet can be sufficiently dissolved. Therefore, fine Ti precipitates can be uniformly dispersed in the steel material in the processing step. As a result, the solute Ti ratio R Ti in the steel material can be set to 0.30 or less.

[(工程22)加工工程]
加工工程では、加熱工程後のビレットに対して、連続圧延機を用いて熱間加工(熱間圧延)を実施して、鋼材を製造する。連続圧延機は、複数の圧延スタンドを含む。複数の圧延スタンドは一列に配列される。複数の圧延スタンドによりビレットを圧下(圧延)して、所定サイズの鋼材を製造する。
加工工程では、次の条件を満たす。
仕上げ圧延温度FT:900℃以上
仕上げ圧延温度FT~500℃までの平均冷却速度CR:1.0℃/秒以上
仕上げ圧延温度FT及び平均冷却速度CRは、固溶V比率Rに影響する。
[(Step 22) Processing step]
In the processing step, the billet after the heating step is subjected to hot processing (hot rolling) using a continuous rolling mill to produce a steel material. The continuous rolling mill includes a plurality of rolling stands. The plurality of rolling stands are arranged in a line. The billet is reduced (rolled) by the plurality of rolling stands to produce a steel material of a predetermined size.
The processing step satisfies the following conditions:
Finish rolling temperature FT: 900° C. or higher Average cooling rate CR from finish rolling temperature FT to 500° C.: 1.0° C./sec or higher The finish rolling temperature FT and the average cooling rate CR affect the solute V ratio R V.

仕上げ圧延温度FTが900℃未満であれば、仕上げ加工中にV析出物が生成する。そのため、鋼材の固溶V比率Rが0.60未満となる。
したがって、仕上げ圧延温度FTを900℃以上とする。
仕上げ圧延温度FTの好ましい下限は920℃であり、さらに好ましくは940℃であり、さらに好ましくは960℃である。
なお、仕上げ圧延温度FTの上限は特に限定されない。仕上げ圧延温度FTは、加熱工程での加熱温度T2に依存する。加熱温度T2が1100~1300℃である場合、仕上げ圧延温度FTの上限は例えば、1100℃である。
If the finish rolling temperature FT is less than 900° C., V precipitates are generated during the finish rolling, and therefore the solute V ratio R V of the steel material becomes less than 0.60.
Therefore, the finish rolling temperature FT is set to 900° C. or higher.
The lower limit of the finish rolling temperature FT is preferably 920°C, more preferably 940°C, and further preferably 960°C.
The upper limit of the finish rolling temperature FT is not particularly limited. The finish rolling temperature FT depends on the heating temperature T2 in the heating step. When the heating temperature T2 is 1100 to 1300°C, the upper limit of the finish rolling temperature FT is, for example, 1100°C.

平均冷却速度CRが1.0℃/秒未満であれば、冷却過程でV析出物が相界面析出してしまう。そのため、鋼材の固溶V比率Rが0.60未満となる。したがって、平均冷却速度CRは1.0℃/秒以上である。
平均冷却速度CRの好ましい下限は2.0℃/秒であり、さらに好ましくは3.0℃/秒である。
平均冷却速度CRの上限は特に限定されない。平均冷却速度CRの上限は例えば15.0℃/秒であり、例えば12.0℃/秒である。
If the average cooling rate CR is less than 1.0° C./sec, V precipitates will precipitate at the phase interface during the cooling process, and the solute V ratio R V of the steel material will be less than 0.60. Therefore, the average cooling rate CR is 1.0° C./sec or more.
The lower limit of the average cooling rate CR is preferably 2.0° C./sec, and more preferably 3.0° C./sec.
The upper limit of the average cooling rate CR is not particularly limited. The upper limit of the average cooling rate CR is, for example, 15.0° C./sec, for example, 12.0° C./sec.

以上の工程により、本実施形態の鋼材を製造できる。 The above steps allow the steel material of this embodiment to be manufactured.

[スチールピストンの製造方法]
上述の本実施形態の鋼材を用いた、スチールピストンの製造方法の一例について説明する。
[Method of manufacturing steel piston]
An example of a method for manufacturing a steel piston using the steel material of the present embodiment described above will be described.

本実施形態のスチールピストンの製造方法は例えば、次のとおりである。
熱間鍛造工程→調質処理工程→接合工程→機械加工工程
A method for manufacturing the steel piston of this embodiment is, for example, as follows.
Hot forging process → Thermal treatment process → Joining process → Machining process

具体的には、素材である本実施形態の鋼材に対して熱間鍛造を実施して、中間品である上部材及び下部材を製造する(熱間鍛造工程)。熱間鍛造時の鋼材の加熱温度は1100~1250℃である。ここで、加熱温度は加熱炉の炉温を意味する。 Specifically, hot forging is performed on the steel material of this embodiment, which is the raw material, to manufacture the upper and lower intermediate members (hot forging process). The heating temperature of the steel material during hot forging is 1100 to 1250°C. Here, the heating temperature refers to the furnace temperature of the heating furnace.

なお、熱間鍛造工程での鋼材の加熱温度は上述のとおり1100~1250℃であるが、加熱温度での保持時間は短い。そのため、熱間鍛造後の中間品において、固溶Ti比率RTiはほぼ維持される。 As described above, the heating temperature of the steel material in the hot forging process is 1100 to 1250° C., but the holding time at the heating temperature is short. Therefore, the solute Ti ratio R Ti is almost maintained in the intermediate product after hot forging.

製造された上部材及び下部材に対して、周知の調質処理(焼入れ及び焼戻し)を実施する(調質処理工程)。焼入れ処理は周知の焼入れ温度(A変態点以上)で実施して、急冷する。急冷は例えば、水冷又は油冷である。焼戻し処理も周知の焼戻し温度(AC1変態点以下)で実施する。 The manufactured upper and lower members are subjected to a known thermal refining treatment (quenching and tempering) (thermal refining treatment step). The quenching treatment is performed at a known quenching temperature ( A3 transformation point or higher), followed by quenching. The quenching is, for example, water cooling or oil cooling. The tempering treatment is also performed at a known tempering temperature (A C1 transformation point or lower).

調質処理工程後の上部材及び下部材に対して、周知の摩擦接合又はレーザー接合を実施して、上部材と下部材とを接合した接合品を製造する(接合工程)。接合品に対して切削等の機械加工を実施して(機械加工工程)、最終製品であるスチールピストンを製造する。 After the thermal refining process, the upper and lower parts are subjected to well-known friction welding or laser welding to produce a joined product in which the upper and lower parts are joined (joining process). The joined product is then subjected to machining such as cutting (machining process) to produce the final product, a steel piston.

なお、熱間鍛造工程後、調質処理前に、上部材及び/又は下部材に対して切削加工を実施してもよい。また、調質処理工程後、接合工程前に、上部材及び/又は下部材に対して切削加工を実施してもよい。 After the hot forging process and before the tempering process, cutting may be performed on the upper and/or lower members. Also, after the tempering process and before the joining process, cutting may be performed on the upper and/or lower members.

本実施形態の鋼材を用いて製造されたスチールピストンでは、高温疲労強度に優れる。
なお、スチールピストンのうち、本実施形態の鋼材を素材として上部材を製造し、本実施形態の鋼材以外の他の合金を用いて下部材を製造してもよい。また、本実施形態の鋼材を素材として下部材を製造し、本実施形態の鋼材以外の他の合金を用いて上部材を製造してもよい。
要するに、本実施形態の鋼材を、スチールピストンを構成する上部材及び下部材の少なくとも一方に用いてもよい。
A steel piston manufactured using the steel material of this embodiment has excellent high-temperature fatigue strength.
In addition, among steel pistons, the upper member may be manufactured using the steel material of this embodiment as a material, and the lower member may be manufactured using an alloy other than the steel material of this embodiment. Also, the lower member may be manufactured using the steel material of this embodiment as a material, and the upper member may be manufactured using an alloy other than the steel material of this embodiment.
In short, the steel material of this embodiment may be used for at least one of the upper and lower members constituting a steel piston.

表1の化学組成を有する鋼材を製造した。 Steel material with the chemical composition shown in Table 1 was manufactured.

Figure 0007670970000001
Figure 0007670970000001

表1中の「-」は、対応する元素含有量が、実施形態に規定の有効数字(最小桁までの数値)において、0%であることを意味する。換言すれば、対応する元素含有量において、上述の実施形態で規定の有効数字(最小桁までの数値)での端数を四捨五入した場合に0%であることを意味する。 In Table 1, "-" means that the content of the corresponding element is 0% in the significant figures (numbers to the least significant digits) specified in the embodiment. In other words, it means that the content of the corresponding element is 0% when the fraction in the significant figures (numbers to the least significant digits) specified in the above embodiment is rounded off.

例えば、Cu含有量では、本実施形態に規定の有効数字が小数第二位までの数値である。そのため、試験番号1のCu含有量は、小数第三位の数値を四捨五入した結果、0.00%であったことを意味する。同様に、Nb含有量では、本実施形態に規定の有効数字が小数第三位までの数値である。そのため、試験番号1のNb含有量は、小数第四位の数値を四捨五入した結果、0.000%であったことを意味する。 For example, the Cu content is specified in this embodiment as a value up to the second decimal place. Therefore, the Cu content of test number 1 is rounded off to the third decimal place, which means that the result is 0.00%. Similarly, the Nb content is specified in this embodiment as a value up to the third decimal place. Therefore, the Nb content of test number 1 is rounded off to the fourth decimal place, which means that the result is 0.000%.

各試験番号の溶鋼を用いて、連続鋳造法によりブルームを製造した。製造されたブルームに対して、粗加工工程を実施して、ビレットを製造した。具体的には、ブルームに対して分塊圧延を実施して、ビレットを製造した。粗加工工程での各試験番号の分塊圧延前のブルームの加熱温度は、1000~1200℃であった。粗加工工程で製造されたビレットを常温まで空冷した。 Blooms were produced by continuous casting using the molten steel of each test number. The produced blooms were subjected to a rough processing process to produce billets. Specifically, the blooms were subjected to blooming to produce billets. The heating temperature of the blooms for each test number before blooming in the rough processing process was 1000 to 1200°C. The billets produced in the rough processing process were air-cooled to room temperature.

次に、ビレットに対して仕上げ加工工程を実施した。具体的には、各試験番号のビレットに対して、加熱工程(第1加熱工程、第2加熱工程)を実施した。第1加熱工程での加熱温度T1(℃)、保持時間t1(分)、第2加熱工程での加熱温度T2(℃)、保持時間t2(分)を表2に示す。 Next, a finishing process was carried out on the billets. Specifically, a heating process (first heating process, second heating process) was carried out on the billets of each test number. Table 2 shows the heating temperature T1 (°C) and holding time t1 (min) in the first heating process, and the heating temperature T2 (°C) and holding time t2 (min) in the second heating process.

Figure 0007670970000002
Figure 0007670970000002

試験番号30では、第1加熱工程を実施せず、第2加熱工程のみを実施した。すなわち、試験番号30では、仕上げ加工工程において、1段階加熱を実施した。試験番号30以外の他の試験番号では、2段階加熱(第1加熱工程及び第2加熱工程)を実施した。 In test number 30, the first heating step was not performed, and only the second heating step was performed. In other words, in test number 30, one-stage heating was performed in the finishing process. In test numbers other than test number 30, two-stage heating (first and second heating steps) was performed.

加熱工程後のビレットに対して、連続圧延機を用いた仕上げ圧延(加工工程)を実施した。各試験番号の仕上げ圧延温度FT(℃)は表2に示すとおりであった。さらに、仕上げ圧延温度FT~500℃までの平均冷却速度CR(℃/秒)は表2に示すとおりであった。以上の製造工程により、直径40mmの棒鋼である、鋼材を製造した。 The billets after the heating process were subjected to finish rolling (processing process) using a continuous rolling mill. The finish rolling temperature FT (°C) for each test number was as shown in Table 2. Furthermore, the average cooling rate CR (°C/sec) from the finish rolling temperature FT to 500°C was as shown in Table 2. Through the above manufacturing process, a steel bar having a diameter of 40 mm was produced.

[評価試験]
製造された各試験番号の鋼材(棒鋼)を用いて、次の評価試験を実施した。
(試験1)鋼材の化学組成測定試験
(試験2)鋼材中の固溶Ti比率RTi及び固溶V比率Rの決定試験
(試験3)高温疲労強度評価試験
以下、各試験について説明する。
[Evaluation test]
The following evaluation tests were carried out using the steel materials (steel bars) having each test number thus produced.
(Test 1) Test for measuring the chemical composition of steel material (Test 2) Test for determining the solute Ti ratio RTi and the solute V ratio RV in steel material (Test 3) High-temperature fatigue strength evaluation test Each test will be described below.

[(試験1)鋼材の化学組成測定試験]
上述の[鋼材の化学組成の測定方法]に記載の方法に基づいて、各試験番号の鋼材の化学組成を分析した。その結果、各試験番号の鋼材の化学組成は表1に記載のとおりであった。
[(Test 1) Steel Chemical Composition Measurement Test]
The chemical composition of the steel material of each test number was analyzed based on the method described in the above [Method of measuring chemical composition of steel material]. As a result, the chemical composition of the steel material of each test number was as shown in Table 1.

[(試験2)鋼材中の固溶Ti比率RTi及び固溶V比率Rの決定試験]
上述の[鋼材中の固溶Ti比率RTi及び固溶V比率Rの決定方法]に基づいて、残渣中のTi含有量[Ti]、及び、残渣中のV含有量[V]を求めた。
さらに、試験1で得られた鋼材の化学組成中のTi含有量[Ti]と、残渣中のTi含有量[Ti]とを用いて、式(1)で定義される固溶Ti比率RTiを求めた。同様に、鋼材の化学組成中のV含有量[V]と、残渣中のV含有量[V]とを用いて、式(2)で定義される固溶V比率Rを求めた。
得られたTi含有量[Ti]、V含有量[V]、固溶Ti比率RTi、及び、固溶V比率Rを表2に示す。
[(Test 2) Determination test of solute Ti ratio R Ti and solute V ratio R V in steel]
Based on the above-mentioned [Method for determining the solute Ti ratio RTi and the solute V ratio RV in steel material], the Ti content [Ti] R in the residue and the V content [V] R in the residue were determined.
Furthermore, the solute Ti ratio R Ti defined by formula (1) was calculated using the Ti content [Ti] B in the chemical composition of the steel material obtained in Test 1 and the Ti content [Ti] R in the residue. Similarly, the solute V ratio R V defined by formula (2) was calculated using the V content [V] B in the chemical composition of the steel material and the V content [ V ] R in the residue.
The obtained Ti content [Ti] R , V content [V] R , solute Ti ratio R Ti , and solute V ratio R V are shown in Table 2.

[(試験3)高温疲労強度評価試験]
スチールピストンの製造工程を模擬して、各試験番号の鋼材を用いて次の製造工程を実施して、スチールピストンを模擬した高温小野式回転曲げ疲労試験片を作製した。
[(Test 3) High-Temperature Fatigue Strength Evaluation Test]
The manufacturing process of a steel piston was simulated, and the following manufacturing process was carried out using the steel material with each test number to prepare a high-temperature Ono-type rotating bending fatigue test specimen simulating a steel piston.

具体的には、各試験番号の直径40mmの棒鋼を1200℃の加熱温度で30分加熱した。加熱後の棒鋼に対して熱間鍛造を実施して、直径30mmの丸棒を製造した。熱間鍛造での仕上げ温度は、いずれの試験番号においても、950℃以上であった。 Specifically, a steel bar with a diameter of 40 mm for each test number was heated at a heating temperature of 1200°C for 30 minutes. After heating, the steel bar was hot forged to produce a round bar with a diameter of 30 mm. The finishing temperature for hot forging was 950°C or higher for all test numbers.

熱間鍛造後の丸棒に対して、調質処理を実施した。具体的には、丸棒を950℃の加熱温度で1時間加熱した後、油温80℃の油槽に浸漬して焼入れ処理を実施した。焼入れ処理後の丸棒に対して、焼戻し処理を実施した。焼戻し処理では、焼入れ処理後の丸棒を600℃の加熱温度で1時間保持した後、大気中で放冷した。 After hot forging, the round bar was subjected to a tempering treatment. Specifically, the round bar was heated at a heating temperature of 950°C for one hour, and then quenched by immersing it in an oil bath with an oil temperature of 80°C. After quenching, the round bar was subjected to a tempering treatment. In the tempering treatment, the round bar after quenching was held at a heating temperature of 600°C for one hour, and then allowed to cool in the air.

調質処理後の丸棒の軸方向(長手方向)に対して垂直な断面の中央部から、高温小野式回転曲げ疲労試験片を作製した。高温小野式回転曲げ疲労試験片の中心軸は、調質処理後の丸棒の中心軸と略一致した。また、高温小野式回転曲げ疲労試験片の平行部の直径が8mmであり、平行部の長さが15.0mmであった。 A high-temperature Ono-type rotating bending fatigue test specimen was prepared from the center of a cross section perpendicular to the axial direction (longitudinal direction) of the round bar after the tempering treatment. The central axis of the high-temperature Ono-type rotating bending fatigue test specimen was approximately the same as the central axis of the round bar after the tempering treatment. In addition, the diameter of the parallel part of the high-temperature Ono-type rotating bending fatigue test specimen was 8 mm, and the length of the parallel part was 15.0 mm.

作製された高温小野式回転曲げ疲労試験片を用いて、次の条件により、高温小野式回転曲げ疲労試験を実施した。評価温度は550℃とした。
試験片を加熱炉内の試験機に装着した後、2500rpmで回転させながら、加熱炉の昇温を開始した。加熱炉の炉温計指示値が550℃に到達した後、試験片を550℃で30分均熱した。均熱後、載荷して疲労試験を開始した。
応力比を-1とし、最大繰り返し数を1×10回とした。最大繰り返し数(1×10回)の耐久応力を疲労強度(MPa)と定義した。
得られた各試験番号の疲労強度(MPa)を表2に示す。疲労強度が250MPa以上であれば、優れた高温疲労強度が得られたと判断した。
Using the produced high-temperature Ono-type rotating bending fatigue test pieces, high-temperature Ono-type rotating bending fatigue tests were carried out under the following conditions. The evaluation temperature was 550°C.
After the test piece was mounted in the test machine in the heating furnace, the heating furnace was started to heat up while rotating at 2500 rpm. After the furnace temperature gauge reading of the heating furnace reached 550°C, the test piece was soaked at 550°C for 30 minutes. After soaking, a load was applied and the fatigue test was started.
The stress ratio was set to -1, and the maximum number of repetitions was set to 1 x 107. The endurance stress at the maximum number of repetitions (1 x 107 ) was defined as the fatigue strength (MPa).
The fatigue strength (MPa) obtained for each test number is shown in Table 2. If the fatigue strength was 250 MPa or more, it was determined that excellent high-temperature fatigue strength was obtained.

[試験結果]
表1及び表2に試験結果を示す。
[Test Results]
The test results are shown in Tables 1 and 2.

試験番号1~20の鋼材は、特徴1及び特徴2を満たした。そのため、高温疲労強度評価試験で得られた疲労強度が250MPa以上であり、スチールピストンを模擬した試験片において、優れた高温疲労強度が得られた。 The steel materials with test numbers 1 to 20 met characteristics 1 and 2. As a result, the fatigue strength obtained in the high-temperature fatigue strength evaluation test was 250 MPa or more, and excellent high-temperature fatigue strength was obtained in the test pieces simulating steel pistons.

一方、試験番号21の鋼材では、V含有量が低すぎた。そのため、高温疲労強度評価試験で得られた疲労強度が250MPa未満であり、スチールピストンを模擬した試験片において、高温疲労強度が低かった。 On the other hand, the V content of the steel material of test number 21 was too low. As a result, the fatigue strength obtained in the high-temperature fatigue strength evaluation test was less than 250 MPa, and the high-temperature fatigue strength of the test piece simulating the steel piston was low.

試験番号22の鋼材では、Ti含有量が低すぎた。そのため、高温疲労強度評価試験で得られた疲労強度が250MPa未満であり、スチールピストンを模擬した試験片において、高温疲労強度が低かった。 The Ti content of the steel material of test number 22 was too low. As a result, the fatigue strength obtained in the high-temperature fatigue strength evaluation test was less than 250 MPa, and the high-temperature fatigue strength of the test piece simulating the steel piston was low.

試験番号23の鋼材では、Ti含有量が高すぎた。そのため、高温疲労強度評価試験で得られた疲労強度が250MPa未満であり、スチールピストンを模擬した試験片において、高温疲労強度が低かった。 The Ti content of the steel material of test number 23 was too high. As a result, the fatigue strength obtained in the high-temperature fatigue strength evaluation test was less than 250 MPa, and the high-temperature fatigue strength of the test piece simulating the steel piston was low.

試験番号24及び25の鋼材では、仕上げ加工工程の第1加熱工程での加熱温度T1が低かった。そのため、固溶Ti比率RTiが高すぎた。その結果、高温疲労強度評価試験で得られた疲労強度が250MPa未満であり、スチールピストンを模擬した試験片において、高温疲労強度が低かった。 In the steels of test numbers 24 and 25, the heating temperature T1 in the first heating step in the finish processing step was low. Therefore, the solute Ti ratio R Ti was too high. As a result, the fatigue strength obtained in the high-temperature fatigue strength evaluation test was less than 250 MPa, and the high-temperature fatigue strength of the test pieces simulating the steel piston was low.

試験番号26の鋼材では、仕上げ加工工程の第1加熱工程での加熱温度T1での保持時間t1が短かった。そのため、固溶Ti比率RTiが高すぎた。その結果、高温疲労強度評価試験で得られた疲労強度が250MPa未満であり、スチールピストンを模擬した試験片において、高温疲労強度が低かった。 In the steel material of test number 26, the holding time t1 at the heating temperature T1 in the first heating step of the finish processing step was short. Therefore, the solute Ti ratio R Ti was too high. As a result, the fatigue strength obtained in the high-temperature fatigue strength evaluation test was less than 250 MPa, and the high-temperature fatigue strength of the test piece simulating the steel piston was low.

試験番号27及び28の鋼材では、仕上げ加工工程の第2加熱工程での加熱温度T2が低かった。そのため、固溶Ti比率RTiが高すぎた。その結果、高温疲労強度評価試験で得られた疲労強度が250MPa未満であり、スチールピストンを模擬した試験片において、高温疲労強度が低かった。 In the steels of test numbers 27 and 28, the heating temperature T2 in the second heating step in the finish processing step was low. Therefore, the solute Ti ratio R Ti was too high. As a result, the fatigue strength obtained in the high-temperature fatigue strength evaluation test was less than 250 MPa, and the high-temperature fatigue strength of the test pieces simulating the steel piston was low.

試験番号29の鋼材では、仕上げ加工工程の第2加熱工程での加熱温度T2での保持時間t2が短かった。そのため、固溶Ti比率RTiが高すぎた。その結果、高温疲労強度評価試験で得られた疲労強度が250MPa未満であり、スチールピストンを模擬した試験片において、高温疲労強度が低かった。 In the steel material of test number 29, the holding time t2 at the heating temperature T2 in the second heating step of the finish processing step was short. Therefore, the solute Ti ratio R Ti was too high. As a result, the fatigue strength obtained in the high-temperature fatigue strength evaluation test was less than 250 MPa, and the high-temperature fatigue strength of the test piece simulating the steel piston was low.

試験番号30の鋼材では、仕上げ加工工程の第1加熱工程を実施せず、第2加熱工程のみを実施した。そのため、固溶Ti比率RTiが高すぎた。その結果、高温疲労強度評価試験で得られた疲労強度が250MPa未満であり、スチールピストンを模擬した試験片において、高温疲労強度が低かった。 For the steel material of test number 30, the first heating step of the finishing process was not performed, and only the second heating step was performed. Therefore, the solute Ti ratio R Ti was too high. As a result, the fatigue strength obtained in the high-temperature fatigue strength evaluation test was less than 250 MPa, and the high-temperature fatigue strength of the test piece simulating a steel piston was low.

試験番号31及び32の鋼材では、仕上げ加工工程の加工工程での仕上げ温度FTが低かった。そのため、固溶V比率Rが低すぎた。その結果、高温疲労強度評価試験で得られた疲労強度が250MPa未満であり、スチールピストンを模擬した試験片において、高温疲労強度が低かった。 In the steels of test numbers 31 and 32, the finishing temperature FT in the finishing process was low. Therefore, the solid solution V ratio R V was too low. As a result, the fatigue strength obtained in the high-temperature fatigue strength evaluation test was less than 250 MPa, and the high-temperature fatigue strength of the test pieces simulating the steel piston was low.

試験番号33及び34の鋼材では、仕上げ加工工程の加工工程での平均冷却速度CRが遅かった。そのため、固溶V比率Rが低すぎた。その結果、高温疲労強度評価試験で得られた疲労強度が250MPa未満であり、スチールピストンを模擬した試験片において、高温疲労強度が低かった。 In the steels of test numbers 33 and 34, the average cooling rate CR in the finishing process was slow. Therefore, the solute V ratio RV was too low. As a result, the fatigue strength obtained in the high-temperature fatigue strength evaluation test was less than 250 MPa, and the high-temperature fatigue strength of the test pieces simulating the steel piston was low.

以上、本発明の実施形態を説明した。しかしながら、上述した実施形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施形態を適宜変更して実施することができる。 The above describes an embodiment of the present invention. However, the above-described embodiment is merely an example for implementing the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the above-described embodiment can be modified as appropriate within the scope of the spirit of the present invention.

Claims (2)

鋼材であって、
化学組成が、質量%で、
C:0.15~0.50%、
Si:0.01~0.50%、
Mn:0.10~1.00%、
P:0.020%以下、
S:0.028%以下、
Cr:0.50~2.00%、
Mo:0.08~0.50%、
V:0.05~0.50%、
Ti:0.05~0.20%、
Al:0.005~0.100%、
N:0.0200%以下、
O:0.0050%以下、
Cu:0.00~0.50%、
Ni:0.00~1.00%、
Nb:0.000~0.100%、及び、
残部:Fe及び不純物、
からなり、
電解抽出法により得られた残渣中の質量%でのTi含有量を[Ti]と定義し、
前記残渣中の質量%でのV含有量を[V]と定義し、
前記鋼材の前記化学組成中の質量%でのTi含有量を[Ti]と定義し、
前記鋼材の前記化学組成中の質量%でのV含有量を[V]と定義したとき、
式(1)で定義される固溶Ti比率RTiが0.30以下であり、
式(2)で定義される固溶V比率Rが0.60以上である、
鋼材。
Ti=([Ti]-[Ti])/[Ti] (1)
=([V]-[V])/[V] (2)
A steel material,
The chemical composition, in mass%, is
C: 0.15-0.50%,
Si: 0.01 to 0.50%,
Mn: 0.10-1.00%,
P: 0.020% or less,
S: 0.028% or less,
Cr: 0.50-2.00%,
Mo: 0.08-0.50%,
V: 0.05-0.50%,
Ti: 0.05-0.20%,
Al: 0.005-0.100%,
N: 0.0200% or less,
O: 0.0050% or less,
Cu: 0.00-0.50%,
Ni: 0.00 to 1.00%,
Nb: 0.000 to 0.100%, and
The balance: Fe and impurities,
It consists of:
The Ti content in mass% in the residue obtained by electrolytic extraction is defined as [Ti] R ;
The V content in the residue in mass% is defined as [V] R ,
The Ti content in mass% in the chemical composition of the steel material is defined as [Ti] B ;
When the V content in mass% in the chemical composition of the steel material is defined as [V] B ,
The solute Ti ratio R Ti defined by the formula (1) is 0.30 or less,
The solute V ratio R V defined by the formula (2) is 0.60 or more;
Steel.
R Ti = ([Ti] B - [Ti] R )/[Ti] B (1)
R V = ([V] B - [V] R )/[V] B (2)
請求項1に記載の鋼材であって、
前記化学組成は、
Cu:0.01~0.50%、
Ni:0.01~1.00%、及び、
Nb:0.001~0.100%、
からなる群から選択される1元素以上を含有する、
鋼材。
The steel material according to claim 1,
The chemical composition is
Cu: 0.01 to 0.50%,
Ni: 0.01 to 1.00%, and
Nb: 0.001 to 0.100%,
Contains one or more elements selected from the group consisting of
Steel.
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