JP7684601B2 - steel material - Google Patents
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Description
本発明は、鋼材に関し、さらに詳しくは、機械構造用部品の素材となる鋼材に関する。 The present invention relates to steel materials, and more specifically, to steel materials that are used as raw materials for mechanical structural components.
自動車及び建設車両の足回り部品や車軸等に利用される機械構造用部品には、高い疲労強度が求められる。 Mechanical structural parts used in automobile and construction vehicle suspension components and axles require high fatigue strength.
さらに、機械構造用部品の製造工程中において、機械構造用部品の素材となる鋼材に対して切削加工が実施される場合がある。そのため、機械構造用部品の素材となる鋼材では、高い被削性が求められる。Furthermore, during the manufacturing process of machine structural parts, cutting may be performed on the steel material that is the raw material for the machine structural parts. Therefore, high machinability is required for the steel material that is the raw material for the machine structural parts.
機械構造用部品の素材となる鋼材は、例えば、特開昭57-19366号公報(特許文献1)、特開2004-18879号公報(特許文献2)及び特開2008-169411号公報(特許文献3)に開示されている。Steel materials used as raw materials for mechanical structural parts are disclosed, for example, in JP 57-19366 A (Patent Document 1), JP 2004-18879 A (Patent Document 2), and JP 2008-169411 A (Patent Document 3).
特許文献1に開示された鋼材は、Caを0.001~0.05%、Pb及びBiを単独又は複合して0.02~0.15%含有し、Sを0.005%以下に規制し、介在物をCaS-CaO、Pb、Bi系介在物とし、かつ、Al2O3介在物を0.001%未満に抑える。この文献では、溶鋼中にCaを多量に連続的に添加し、溶存しているSをCaSに変化させる。また、Caによる還元反応により、Al2O3をなくすか、又は、極めて少なくする。そのため、介在物はCaS-CaO系の介在物となる。その後、溶鋼中にPb、Biの1種又は2種を少量添加し、Pb又はBiの単独介在物を生成させる。これにより、鋼材の被削性が向上する、と特許文献1には記載されている。 The steel material disclosed in Patent Document 1 contains 0.001 to 0.05% Ca, 0.02 to 0.15% Pb and Bi alone or in combination, restricts S to 0.005% or less, makes the inclusions CaS-CaO, Pb, Bi-based inclusions, and suppresses Al 2 O 3 inclusions to less than 0.001%. In this document, a large amount of Ca is continuously added to the molten steel to change the dissolved S to CaS. Also, Al 2 O 3 is eliminated or extremely reduced by a reduction reaction caused by Ca. Therefore, the inclusions become CaS-CaO-based inclusions. Then, a small amount of one or both of Pb and Bi is added to the molten steel to generate Pb or Bi-based inclusions. Patent Document 1 states that this improves the machinability of the steel material.
特許文献2に開示された鋼材は、質量%でB:0.001~0.010%、N:0.002~0.010%及びBi:0.005~0.10%を含有する。この冷間鍛造用鋼では、横断面0.5mm×0.5mmの視野面積当たりに、直径0.7μm以上のBNと、Bを含有するBi析出物とが総計で15個以上存在する。この鋼材では、BNとしてNを固定することにより、固溶N量を低減し、加工硬化を低減する。さらに、Bを含有するBi析出物を生成して、切り屑処理性を高める、と特許文献2には記載されている。The steel material disclosed in Patent Document 2 contains, by mass%, 0.001-0.010% B, 0.002-0.010% N, and 0.005-0.10% Bi. In this cold forging steel, a total of 15 or more BN particles with a diameter of 0.7 μm or more and Bi precipitates containing B are present per field area of 0.5 mm x 0.5 mm cross section. In this steel material, N is fixed as BN, thereby reducing the amount of solute N and reducing work hardening. Furthermore, Patent Document 2 states that Bi precipitates containing B are generated to improve chip disposal.
特許文献3に開示された鋼材は、質量%で、C:0.15~0.55%、Si:0.01~2.0%、Mn:0.01~2.5%、Cu:0.01~2.0%、Ni:0.01~2.0%、Cr:0.01~2.5%、Mo:0.01~3.0%、及び、V及びWからなる群から選ばれる少なくとも1種の総量:0.01~1.0%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる。この鋼材を、1010℃~1050℃で均熱し、その後、200℃/分以上の冷却速度で500℃~550℃まで冷却し、その後、100℃/分以上の冷却速度で150℃以下まで冷却し、その後、550℃~700℃の温度域で加熱する。これらの熱処理及び冷却処理が施された鋼材の、室温におけるHRC硬さの最大値を与えるLMPが17.66以上である。この鋼材では、LMXが17.66以上であるため、軟化抵抗が高まり、熱疲労強度が高まる、と特許文献3では記載されている。The steel material disclosed in Patent Document 3 contains, by mass%, 0.15-0.55% C, 0.01-2.0% Si, 0.01-2.5% Mn, 0.01-2.0% Cu, 0.01-2.0% Ni, 0.01-2.5% Cr, 0.01-3.0% Mo, and a total of 0.01-1.0% of at least one selected from the group consisting of V and W, with the balance consisting of Fe and unavoidable impurities. This steel material is soaked at 1010°C to 1050°C, then cooled to 500°C to 550°C at a cooling rate of 200°C/min or more, then cooled to 150°C or less at a cooling rate of 100°C/min or more, and then heated in a temperature range of 550°C to 700°C. The steel material that has been subjected to these heat treatments and cooling treatments has an LMP of 17.66 or more, which gives the maximum HRC hardness at room temperature. Since the LMX of this steel material is 17.66 or more, it is described in Patent Document 3 that the softening resistance and thermal fatigue strength are increased.
ところで、鋼材を素材とした機械構造用部品の製造工程の一例は、次のとおりである。素材となる鋼材を熱間加工して、機械構造用部品の粗形状を有する中間品を製造する。熱間加工は例えば、熱間鍛造である。製造された中間品に対して機械加工(切削加工)を実施して、中間品を所定の形状にする。切削加工後の中間品に対して、焼入れ焼戻しを実施する。以上の製造工程により、機械構造用部品が製造される。
上述の製造工程中の焼入れでは、機械構造用部品の一部の部位の強度を高めるために、中間品(鋼材)に対して高周波焼入れを実施する場合がある。この場合、中間品(鋼材)のうち、強度を高めたい部位に対して、高周波誘導加熱を実施し、その後、急冷(焼入れ)する。
An example of a manufacturing process for a machine structural component using steel as a raw material is as follows: The raw steel is hot worked to manufacture an intermediate product having a rough shape of the machine structural component. The hot working is, for example, hot forging. The manufactured intermediate product is machined (cut) to give the intermediate product a predetermined shape. The cut intermediate product is quenched and tempered. Through the above manufacturing process, the machine structural component is manufactured.
In the above-mentioned hardening process during the manufacturing process, in order to increase the strength of a portion of a machine structural component, high-frequency hardening may be performed on an intermediate product (steel material). In this case, high-frequency induction heating is performed on the portion of the intermediate product (steel material) where the strength is to be increased, and then the intermediate product is rapidly cooled (hardened).
しかしながら、高周波誘導加熱時において、中間品(鋼材)の形状に起因して、鋼材が局所的に過剰に加熱される場合がある。そして、鋼材の表層及び内部の一部が溶融して割れが発生する場合がある。このような割れを本明細書では、「溶融割れ」とも称する。機械構造用部品の製造工程において高周波焼入れを実施する場合、鋼材では溶融割れの抑制が求められる。However, during high-frequency induction heating, due to the shape of the intermediate product (steel), the steel may become locally overheated. This may result in the surface and part of the interior of the steel melting, causing cracks. In this specification, such cracks are also referred to as "fusion cracks." When induction hardening is performed in the manufacturing process for machine structural parts, it is necessary to suppress fusion cracks in the steel.
さらに、鋼材の製造工程時、及び、その鋼材を用いた機械構造用部品の製造工程時には、熱間加工(例えば、熱間圧延、熱間鍛造等)が実施される。したがって、機械構造用部品の素材となる鋼材には、溶融割れの抑制だけでなく、熱間加工時の割れの抑制も求められる。ここで、熱間加工時の割れを、本明細書では、「熱間加工割れ」とも称する。したがって、機械構造用部品の素材となる鋼材には、優れた被削性が求められ、その鋼材を機械構造用部品とした場合に高い疲労強度が得られることが求められるだけでなく、熱間加工割れの抑制、及び、溶融割れの抑制も求められる。 Furthermore, hot working (e.g., hot rolling, hot forging, etc.) is carried out during the manufacturing process of steel material and during the manufacturing process of machine structural parts using that steel material. Therefore, steel material that is the material for machine structural parts is required to not only suppress fusion cracks, but also suppress cracks during hot working. Here, cracks that occur during hot working are also referred to as "hot working cracks" in this specification. Therefore, steel material that is the material for machine structural parts is required to have excellent machinability, and not only is it required to obtain high fatigue strength when that steel material is used as a machine structural part, but it is also required to suppress hot working cracks and fusion cracks.
上述の特許文献1~特許文献3では、少なくとも、熱間加工割れの抑制及び溶融割れの抑制に関して、検討されていない。The above-mentioned Patent Documents 1 to 3 do not at least consider the suppression of hot working cracks and the suppression of fusion cracks.
本発明の目的は、被削性に優れ、熱間加工時の割れを抑制でき、高周波焼入れ時の溶融割れを抑制でき、機械構造用部品とした場合に優れた疲労強度が得られる鋼材を提供することである。 The object of the present invention is to provide a steel material which has excellent machinability, is capable of suppressing cracking during hot working, is capable of suppressing melting cracking during induction hardening, and has excellent fatigue strength when used as a mechanical structural part.
本発明による鋼材は、
化学組成が、質量%で、
C:0.20~0.50%、
Si:0.01~0.80%、
Mn:0.50~2.00%、
P:0.030%以下、
S:0.010~0.095%、
Cr:0.01~1.30%、
V:0.200超~0.300%、
Bi:0.0051~0.1500%、
N:0.0030~0.0200%、を含有し、
残部はFe及び不純物からなり、
式(1)を満たし、
前記鋼材中において、
円相当径が0.1~1.0μmの微細Bi粒子の個数密度が80~8000個/mm2であり、
円相当径が10.0μm以上の粗大Bi粒子の個数密度が10個/mm2以下である。
0.80≦C+(Si/10)+(Mn/5)-(5S/7)+(5Cr/22)+1.65V≦1.50 (1)
ここで、式中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量%で代入される。
The steel material according to the present invention has
The chemical composition, in mass%, is
C: 0.20-0.50%,
Si: 0.01-0.80%,
Mn: 0.50-2.00%,
P: 0.030% or less,
S: 0.010-0.095%,
Cr: 0.01-1.30%,
V: more than 0.200 to 0.300%,
Bi: 0.0051 to 0.1500%,
N: 0.0030 to 0.0200%;
The balance is Fe and impurities.
Satisfies formula (1),
In the steel material,
The number density of fine Bi particles having a circle equivalent diameter of 0.1 to 1.0 μm is 80 to 8000 particles/ mm2 ,
The number density of coarse Bi particles having an equivalent circle diameter of 10.0 μm or more is 10 particles/ mm2 or less.
0.80≦C+(Si/10)+(Mn/5)-(5S/7)+(5Cr/22)+1.65V≦1.50 (1)
Here, each element symbol in the formula is substituted with the content of the corresponding element in mass %.
本発明の鋼材は、被削性に優れ、熱間加工時の割れを抑制でき、高周波焼入れ時の溶融割れを抑制でき、機械構造用部品とした場合に優れた疲労強度が得られる。The steel material of the present invention has excellent machinability, can suppress cracking during hot working, can suppress melting cracking during induction hardening, and has excellent fatigue strength when used as a mechanical structural part.
本発明者らは、初めに、被削性に優れ、機械構造用部品とした場合に優れた疲労強度が得られる鋼材の化学組成について検討を行った。その結果、本発明者らは、化学組成が、質量%で、C:0.20~0.50%、Si:0.01~0.80%、Mn:0.50~2.00%、P:0.030%以下、S:0.010~0.095%、Cr:0.01~1.30%、V:0.200超~0.300%、N:0.0030~0.0200%、Al:0~0.060%、Mg:0~0.0100%、Ti:0~0.0200%、Nb:0~0.0200%、W:0~0.4000%、Zr:0~0.2000%、Ca:0~0.0030%、Te:0~0.0100%、B:0~0.0050%、Sn:0~0.0100%、希土類元素:0~0.0070%、Co:0~0.0100%、Se:0~0.0100%、Sb:0~0.0100%、In:0~0.0100%、Mo:0~0.20%、Cu:0~0.20%、Ni:0~0.20%、及び、残部がFe及び不純物からなる鋼材であれば、優れた被削性が優れ、機械構造用部品とした場合に優れた疲労強度が得られる可能性があると考えた。The inventors first investigated the chemical composition of a steel material that has excellent machinability and excellent fatigue strength when used as a machine structural part. As a result, the inventors found that the chemical composition is, in mass %, C: 0.20-0.50%, Si: 0.01-0.80%, Mn: 0.50-2.00%, P: 0.030% or less, S: 0.010-0.095%, Cr: 0.01-1.30%, V: over 0.200-0.300%, N: 0.0030-0.0200%, Al: 0-0.060%, Mg: 0-0.0100%, Ti: 0-0.0200%, Nb: 0-0.0200%, W: 0-0.4000%, Zr: 0-0.2000%, Ca: 0. The inventors considered that a steel material consisting of Mo: 0-0.0030%, Te: 0-0.0100%, B: 0-0.0050%, Sn: 0-0.0100%, rare earth elements: 0-0.0070%, Co: 0-0.0100%, Se: 0-0.0100%, Sb: 0-0.0100%, In: 0-0.0100%, Mo: 0-0.20%, Cu: 0-0.20%, Ni: 0-0.20%, and the balance being Fe and impurities, would have excellent machinability and could potentially obtain excellent fatigue strength when used as a machine structural part.
しかしながら、鋼材を上述の化学組成としただけでは、優れた被削性が得られ、機械構造用部品とした場合に優れた疲労強度が得られるとは限らない。化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であっても、鋼材の硬さが高ければ、鋼材の被削性が低下してしまう。一方、化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であっても、鋼材の硬さが低ければ、その鋼材を素材として製造された機械構造用部品の疲労強度が低くなってしまう。したがって、機械構造用部品の疲労強度及び鋼材の被削性を両立するためには、機械構造用部品の素材である鋼材の硬さを適切な範囲とするのが有効である。However, simply giving a steel material the above-mentioned chemical composition does not necessarily result in excellent machinability or excellent fatigue strength when used as a machine structural part. Even if the content of each element in the chemical composition is within the above-mentioned range, if the hardness of the steel material is high, the machinability of the steel material will decrease. On the other hand, even if the content of each element in the chemical composition is within the above-mentioned range, if the hardness of the steel material is low, the fatigue strength of a machine structural part manufactured using that steel material will decrease. Therefore, in order to achieve both the fatigue strength of a machine structural part and the machinability of the steel material, it is effective to set the hardness of the steel material, which is the material of the machine structural part, within an appropriate range.
そこで、本発明者らは化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内である鋼材の硬さに影響する元素の含有量について検討した。上述の化学組成中の元素のうち、C、Si、Mn、Cr及びVは特に、鋼材を素材として製造された機械構造用部品の内部硬さを高め、その結果、機械構造用部品の疲労強度を高める。一方、Sは内部硬さを低下させる。したがって、本発明者らは、これらの元素の含有量を適切な範囲とすることにより、鋼材の被削性の向上、及び、鋼材を素材として製造された機械構造用部品の疲労強度の向上を両立できると考えた。さらなる検討の結果、本発明者らは、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おいて、式(1)を満たせば、鋼材において、優れた被削性が得られ、さらに、機械構造用部品としたときに優れた疲労強度が得られることを見出した。
0.80≦C+(Si/10)+(Mn/5)-(5S/7)+(5Cr/22)+1.65V≦1.50 (1)
ここで、式中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量%で代入される。
Therefore, the present inventors have studied the contents of elements that affect the hardness of steel materials having the above-mentioned ranges of the contents of each element in the chemical composition. Among the elements in the above-mentioned chemical composition, C, Si, Mn, Cr and V in particular increase the internal hardness of machine structural parts manufactured using the steel material as a material, and as a result, increase the fatigue strength of the machine structural parts. On the other hand, S decreases the internal hardness. Therefore, the present inventors thought that by setting the contents of these elements to an appropriate range, it would be possible to improve both the machinability of the steel material and the fatigue strength of the machine structural parts manufactured using the steel material as a material. As a result of further study, the present inventors have found that, in steel materials having the above-mentioned ranges of the contents of each element in the chemical composition, if formula (1) is satisfied, the steel material can have excellent machinability, and further, when used as a machine structural part, excellent fatigue strength can be obtained.
0.80≦C+(Si/10)+(Mn/5)-(5S/7)+(5Cr/22)+1.65V≦1.50 (1)
Here, each element symbol in the formula is substituted with the content of the corresponding element in mass %.
次に、本発明者らは、化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であり、かつ、式(1)を満たす鋼材において、高周波焼入れ時の溶融割れを抑制できる手段を検討した。初めに、本発明者らは、高周波焼入れ時に、鋼材に溶融割れが発生する原因を特定するために、溶融割れが発生した部位のミクロ組織を観察した。その結果、溶融割れが発生した部位には、脱炭が生じていなかった。一方、脱炭している部位では、溶融割れが発生しなかった。Next, the inventors investigated means for suppressing fusion cracks during induction hardening in steel material in which the content of each element in the chemical composition is within the above-mentioned range and which satisfies formula (1). First, the inventors observed the microstructure of the area where fusion cracks occurred in order to identify the cause of fusion cracks occurring in steel material during induction hardening. As a result, no decarburization had occurred in the area where fusion cracks occurred. On the other hand, no fusion cracks occurred in the area where decarburization had occurred.
この結果から、本発明者らは、高周波焼入れ時の鋼材に発生する溶融割れには、C含有量が影響すると考えた。具体的には、粒界に偏析するCにより溶融割れが発生しやすくなる。そこで、本発明者らは、粒界にCが偏析するのを抑制する手段について検討した。From these results, the inventors believed that the C content influences the fusion cracks that occur in steel materials during induction hardening. Specifically, C that segregates at grain boundaries makes fusion cracks more likely to occur. Therefore, the inventors investigated means of suppressing the segregation of C at grain boundaries.
検討の結果、上述の化学組成にさらに、Biを0.0051~0.1500%含有することにより、高周波焼入れ時の鋼材の溶融割れが抑制できることを、本発明者らは見出した。その理由は、次のとおりと考えられる。Biを適量含有すれば、Biは鋼材中で介在物として存在する。以下、Biからなる介在物をBi粒子という。Bi粒子は、ピンニング効果により、高周波焼入れ時の鋼材中のオーステナイト粒の粗大化を抑制する。Bi粒子が微細であれば、ピンニング効果が高まる。高周波焼入れ時において、オーステナイト粒が微細に維持されれば、オーステナイト粒の粒界面積が増大する。粒界面積が増大すれば、単位面積当たりのオーステナイト粒界に偏析するCの濃度が減少する。その結果、溶融割れの発生が抑制される。As a result of the investigation, the inventors found that by further adding 0.0051 to 0.1500% Bi to the above-mentioned chemical composition, melting cracks in the steel material during induction hardening can be suppressed. The reason for this is believed to be as follows. If an appropriate amount of Bi is contained, Bi exists as inclusions in the steel material. Hereinafter, inclusions made of Bi are referred to as Bi particles. Bi particles suppress the coarsening of austenite grains in the steel material during induction hardening due to the pinning effect. If the Bi particles are fine, the pinning effect is enhanced. If the austenite grains are maintained fine during induction hardening, the grain boundary area of the austenite grains increases. If the grain boundary area increases, the concentration of C segregating at the austenite grain boundaries per unit area decreases. As a result, the occurrence of melting cracks is suppressed.
以上のとおり、Biを適量含有することにより、高周波焼入れ時の溶融割れの発生は抑制される。しかしながら、鋼材に対して熱間加工工程を実施する場合に、割れが発生する場合があることが判明した。ここでいう熱間加工は例えば、鋼材の製造工程中で実施される熱間圧延、又は、機械構造用部品の製造工程中で実施される熱間鍛造等である。そこで、熱間加工時の割れの原因について調査した。その結果、本発明者らは、次の新たな知見を得た。As described above, by including an appropriate amount of Bi, the occurrence of melting cracks during induction hardening is suppressed. However, it has been found that cracks may occur when hot working is performed on steel. The hot working referred to here is, for example, hot rolling performed in the manufacturing process of steel, or hot forging performed in the manufacturing process of machine structural parts. Therefore, the causes of cracks during hot working were investigated. As a result, the inventors obtained the following new findings.
溶融割れの抑制のために鋼材にBiを含有する場合、鋼材中に、円相当径が1.0μm以下の微細なBi粒子(Bi介在物)とともに、円相当径が10.0μm以上の粗大Bi粒子が生成する場合がある。粗大Bi粒子は、熱間加工時の割れの起点となりやすい。そのため、粗大Bi粒子の個数密度が高すぎれば、熱間加工時に割れ(熱間加工割れ)が発生しやすい。When steel contains Bi to suppress melting cracks, coarse Bi particles with an equivalent circle diameter of 10.0 μm or more may be generated in the steel along with fine Bi particles (Bi inclusions) with an equivalent circle diameter of 1.0 μm or less. Coarse Bi particles are likely to become the starting point for cracks during hot working. Therefore, if the number density of coarse Bi particles is too high, cracks (hot working cracks) are likely to occur during hot working.
以上のとおり、Biを含有する鋼材では、高周波焼入れ時の溶融割れが抑制されやすいものの、粗大Bi粒子に起因した熱間加工割れが発生しやすい。鋼材中のBi粒子が微細であれば、高周波焼入れ時の溶融割れが抑制される。一方、鋼材中のBi粒子が粗大であれば、熱間加工割れが発生しやすくなる。As described above, in steel materials containing Bi, melting cracks during induction hardening are easily suppressed, but hot working cracks caused by coarse Bi particles are easily generated. If the Bi particles in the steel material are fine, melting cracks during induction hardening are suppressed. On the other hand, if the Bi particles in the steel material are coarse, hot working cracks are easily generated.
以上の検討結果に基づいて、本発明者らは、鋼材中の微細Bi粒子の個数密度をある程度確保しつつ、鋼材中の粗大Bi粒子の個数密度をなるべく抑制することにより、高周波焼入れ時の溶融割れを抑制でき、かつ、熱間加工割れも抑制できると考えた。そこで、これらの効果を十分に発揮する微細Bi粒子の個数密度及び粗大Bi粒子の個数密度について、さらに調査及び検討を行った。その結果、上述の化学組成の鋼材において、上述の式(1)を満たすことを前提に、円相当径が0.1~1.0μmの微細Bi粒子の個数密度が80~8000個/mm2であり、かつ、円相当径が10.0μm以上の粗大Bi粒子の個数密度が10個/mm2以下であれば、高周波焼入れ時の溶融割れを抑制でき、かつ、熱間加工割れも抑制できることを、本発明者らは見出した。 Based on the above results of the study, the inventors of the present invention thought that by suppressing the number density of coarse Bi particles in the steel material as much as possible while ensuring a certain number density of fine Bi particles in the steel material, it is possible to suppress melting cracks during induction hardening and also suppress hot working cracks. Therefore, further investigation and study was conducted on the number density of fine Bi particles and the number density of coarse Bi particles that fully exert these effects. As a result, the inventors of the present invention found that, in a steel material having the above-mentioned chemical composition, on the premise that the above-mentioned formula (1) is satisfied, if the number density of fine Bi particles having a circle equivalent diameter of 0.1 to 1.0 μm is 80 to 8000 pieces/mm 2 and the number density of coarse Bi particles having a circle equivalent diameter of 10.0 μm or more is 10 pieces/mm 2 or less, melting cracks during induction hardening can be suppressed and hot working cracks can also be suppressed.
以上の知見に基づいて完成した本実施形態による鋼材は、次の構成を有する。The steel material of this embodiment, 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:0.20~0.50%、
Si:0.01~0.80%、
Mn:0.50~2.00%、
P:0.030%以下、
S:0.010~0.095%、
Cr:0.01~1.30%、
V:0.200超~0.300%、
Bi:0.0051~0.1500%、
N:0.0030~0.0200%、を含有し、
残部はFe及び不純物からなり、
式(1)を満たし、
前記鋼材中において、
円相当径が0.1~1.0μmの微細Bi粒子の個数密度が80~8000個/mm2であり、
円相当径が10.0μm以上の粗大Bi粒子の個数密度が10個/mm2以下である、
鋼材。
0.80≦C+(Si/10)+(Mn/5)-(5S/7)+(5Cr/22)+1.65V≦1.50 (1)
ここで、式中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量%で代入される。
[1]
A steel material,
The chemical composition, in mass%, is
C: 0.20-0.50%,
Si: 0.01 to 0.80%,
Mn: 0.50-2.00%,
P: 0.030% or less,
S: 0.010-0.095%,
Cr: 0.01-1.30%,
V: more than 0.200 to 0.300%,
Bi: 0.0051 to 0.1500%,
N: 0.0030 to 0.0200%;
The balance is Fe and impurities.
Satisfies formula (1),
In the steel material,
The number density of fine Bi particles having a circle equivalent diameter of 0.1 to 1.0 μm is 80 to 8000 particles/ mm2 ,
The number density of coarse Bi particles having a circle equivalent diameter of 10.0 μm or more is 10 particles/ mm2 or less.
Steel material.
0.80≦C+(Si/10)+(Mn/5)-(5S/7)+(5Cr/22)+1.65V≦1.50 (1)
Here, each element symbol in the formula is substituted with the content of the corresponding element in mass %.
[2]
[1]に記載の鋼材であって、
前記化学組成はさらに、Feの一部に代えて、
Al:0.060%以下、
Mg:0.0100%以下、
Ti:0.0200%以下、
Nb:0.0200%以下、
W:0.4000%以下、
Zr:0.2000%以下、
Ca:0.0030%以下、
Te:0.0100%以下、
B:0.0050%以下、
Sn:0.0100%以下、
希土類元素:0.0070%以下、
Co:0.0100%以下、
Se:0.0100%以下、
Sb:0.0100%以下、
In:0.0100%以下、
Mo:0.20%以下、
Cu:0.20%以下、及び、
Ni:0.20%以下からなる群から選択される1種以上を含有する、
鋼材。
[2]
The steel material according to [1],
The chemical composition further contains, instead of a part of Fe,
Al: 0.060% or less,
Mg: 0.0100% or less,
Ti: 0.0200% or less,
Nb: 0.0200% or less,
W: 0.4000% or less,
Zr: 0.2000% or less,
Ca: 0.0030% or less,
Te: 0.0100% or less,
B: 0.0050% or less,
Sn: 0.0100% or less,
Rare earth elements: 0.0070% or less,
Co: 0.0100% or less,
Se: 0.0100% or less,
Sb: 0.0100% or less,
In: 0.0100% or less,
Mo: 0.20% or less,
Cu: 0.20% or less, and
Ni: Contains one or more selected from the group consisting of 0.20% or less;
Steel material.
以下、本実施形態の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 of this embodiment will be described in detail below. "%" for elements means mass % unless otherwise specified.
[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~特徴4を満たす。
(特徴1)
化学組成が、質量%で、C:0.20~0.50%、Si:0.01~0.80%、Mn:0.50~2.00%、P:0.030%以下、S:0.010~0.095%、Cr:0.01~1.30%、V:0.200超~0.300%、Bi:0.0051~0.1500%、N:0.0030~0.0200%、を含有し、残部はFe及び不純物、からなる。
(特徴2)
各元素含有量が特徴1の範囲内であることを前提として、式(1)を満たす。
0.80≦C+(Si/10)+(Mn/5)-(5S/7)+(5Cr/22)+1.65V≦1.50 (1)
(特徴3)
鋼材中において、円相当径が0.1~1.0μmの微細Bi粒子の個数密度が80~8000個/mm2である。
(特徴4)
鋼材中において、円相当径が10.0μm以上の粗大Bi粒子の個数密度が10個/mm2以下である。
以下、各特徴1~特徴4について説明する。
[Features of the steel material according to this embodiment]
The steel material of this embodiment satisfies the following characteristics 1 to 4.
(Feature 1)
The chemical composition is, in mass%, C: 0.20-0.50%, Si: 0.01-0.80%, Mn: 0.50-2.00%, P: 0.030% or less, S: 0.010-0.095%, Cr: 0.01-1.30%, V: over 0.200-0.300%, Bi: 0.0051-0.1500%, N: 0.0030-0.0200%, and the balance being Fe and impurities.
(Feature 2)
Assuming that the content of each element is within the range of characteristic 1, formula (1) is satisfied.
0.80≦C+(Si/10)+(Mn/5)-(5S/7)+(5Cr/22)+1.65V≦1.50 (1)
(Feature 3)
In the steel material, the density of fine Bi particles having a circle equivalent diameter of 0.1 to 1.0 μm is 80 to 8,000 particles/ mm2 .
(Feature 4)
In the steel material, the number density of coarse Bi particles having an equivalent circle diameter of 10.0 μm or more is 10 particles/mm 2 or less.
Features 1 to 4 will be described below.
[(特徴1)化学組成について]
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:0.20~0.50%
炭素(C)は、鋼材を素材として製造された機械構造用部品の硬さを高め、機械構造用部品の疲労強度を高める。C含有量が0.20%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、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、粒界にCが偏析する。この場合、粒界でのC濃度が高くなる。C濃度が高まれば、融点が低下する。そのため、高周波焼入れ時に溶融割れが発生しやすくなる。
したがって、C含有量は0.20~0.50%である。
C含有量の好ましい下限は0.21%であり、さらに好ましくは0.22%であり、さらに好ましくは0.23%である。
C含有量の好ましい上限は0.49%であり、さらに好ましくは0.48%であり、さらに好ましくは0.47%である。
C: 0.20-0.50%
Carbon (C) increases the hardness of machine structural parts manufactured from steel materials and increases the fatigue strength of the machine structural parts. If the C content is less than 0.20%, the above 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 C content exceeds 0.50%, C segregates at the grain boundaries even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment. In this case, the C concentration at the grain boundaries increases. If the C concentration increases, the melting point decreases. Therefore, melting cracks are more likely to occur during induction hardening.
Therefore, the C content is 0.20 to 0.50%.
The lower limit of the C content is preferably 0.21%, more preferably 0.22%, and further preferably 0.23%.
The upper limit of the C content is preferably 0.49%, more preferably 0.48%, and further preferably 0.47%.
Si:0.01~0.80%
シリコン(Si)は、製鋼工程において鋼を脱酸する。Siはさらに、機械構造用部品の硬さを高め、機械構造用部品の疲労強度を高める。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、上記効果が十分に得られない。
一方、SiはCとの親和力が弱い。そのため、Si含有量が0.80%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、加熱時において、Cは、Siが固溶している粒内よりも、粒界に偏析しやすくなる。その結果、高周波焼入れ時に溶融割れが発生しやすくなる。
したがって、Si含有量は0.01~0.80%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0.05%であり、さらに好ましくは0.08%である。
Si含有量の好ましい上限は0.75%であり、さらに好ましくは0.70%であり、さらに好ましくは0.65%であり、さらに好ましくは0.60%である。
Si: 0.01~0.80%
Silicon (Si) deoxidizes steel in the steelmaking process. Si also increases the hardness of machine structural parts and increases the fatigue strength of machine structural parts. If the Si content is less than 0.01%, the above effects cannot be sufficiently obtained even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment.
On the other hand, Si has a weak affinity with C. Therefore, if the Si content exceeds 0.80%, C is more likely to segregate at grain boundaries than inside grains where Si is dissolved during heating, even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment. As a result, melting cracks are more likely to occur during induction hardening.
Therefore, the Si content is 0.01 to 0.80%. The lower limit of the Si content is preferably 0.02%, more preferably 0.05%, and further preferably 0.08%.
The upper limit of the Si content is preferably 0.75%, more preferably 0.70%, further preferably 0.65%, and further preferably 0.60%.
Mn:0.50~2.00%
マンガン(Mn)は、製鋼工程において鋼を脱酸する。Mnはさらに、Cとの親和力が強い。そのため、加熱時において、CはMnが固溶している粒内に留まる。そのため、Cの粒界への偏析が抑制され、高周波焼入れ時の溶融割れの発生が抑制される。Mn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、上記効果が十分に得られない。
一方、Mn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、鋼材の硬さが過剰に高まる。その結果、鋼材の被削性が低下する。
したがって、Mn含有量は0.50~2.00%である。
Mn含有量の好ましい下限は0.52%であり、さらに好ましくは0.55%であり、さらに好ましくは0.57%であり、さらに好ましくは0.60%である。
Mn含有量の好ましい上限は1.98%であり、さらに好ましくは1.95%であり、さらに好ましくは1.93%であり、さらに好ましくは1.90%である。
Mn: 0.50-2.00%
Manganese (Mn) deoxidizes steel in the steelmaking process. Mn also has a strong affinity with C. Therefore, during heating, C remains in the grains where Mn is dissolved. This suppresses the segregation of C to grain boundaries, and suppresses the occurrence of melting cracks during induction hardening. If the Mn content is less than 0.50%, the above 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 2.00%, even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment, the hardness of the steel material will be excessively increased, resulting in a decrease in the machinability of the steel material.
Therefore, the Mn content is 0.50 to 2.00%.
The lower limit of the Mn content is preferably 0.52%, more preferably 0.55%, further preferably 0.57%, and further preferably 0.60%.
The upper limit of the Mn content is preferably 1.98%, more preferably 1.95%, further preferably 1.93%, and further preferably 1.90%.
P:0.030%以下
燐(P)は不純物である。Pは粒界に偏析する。そのため、Pは鋼材の融点を低下させる。そのため、高周波焼入れ時に溶融割れが発生しやすくなる。
したがって、P含有量は0.030%以下である。
P含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、P含有量の過剰な低減は製造コストを高める。したがって、通常の工業生産を考慮すれば、P含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは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0.028%であり、さらに好ましくは0.026%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%である。
P: 0.030% or less Phosphorus (P) is an impurity. P segregates at grain boundaries. As a result, P lowers the melting point of steel. As a result, melting cracks are more likely to occur during induction hardening.
Therefore, the P content is 0.030% or less.
The P content is preferably as low as possible. However, excessive reduction in the P content increases the production cost. Therefore, in consideration of normal industrial production, the lower limit of the P content is preferably more than 0%, more preferably 0.001%, and even more preferably 0.002%.
The upper limit of the P content is preferably 0.028%, more preferably 0.026%, further preferably 0.023%, and further preferably 0.020%.
S:0.010~0.095%
硫黄(S)は硫化物系介在物を形成し、鋼材の被削性を高める。S含有量が0.010%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、Sは鋼材の融点を低下させる。そのため、S含有量が0.095%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、高周波焼入れ時に溶融割れが発生しやすくなる。
したがって、S含有量は0.010~0.095%である。
S含有量の好ましい下限は0.012%であり、さらに好ましくは0.015%であり、さらに好ましくは0.018%であり、さらに好ましくは0.020%である。S含有量の好ましい上限は0.080%であり、さらに好ましくは0.075%であり、さらに好ましくは0.070%である。
S: 0.010-0.095%
Sulfur (S) forms sulfide-based inclusions and improves the machinability of steel. If the S content is less than 0.010%, the above effects cannot be sufficiently obtained even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment.
On the other hand, S lowers the melting point of the steel material, so if the S content exceeds 0.095%, melting cracks are likely to occur during induction hardening even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment.
Therefore, the S content is 0.010 to 0.095%.
The lower limit of the S content is preferably 0.012%, more preferably 0.015%, more preferably 0.018%, and even more preferably 0.020%. The upper limit of the S content is preferably 0.080%, more preferably 0.075%, and even more preferably 0.070%.
Cr:0.01~1.30%
クロム(Cr)は、鋼材の焼入れ性を高める。そのため、機械構造用部品の内部硬さが高まる。その結果、機械構造用部品の疲労強度が高まる。Crはさらに、Cとの親和力が強い。そのため、加熱時において、CはCrが固溶している粒内に留まる。そのため、Cの粒界への偏析が抑制され、高周波焼入れ時の溶融割れの発生が抑制される。Crはさらに、Sと結合してCr硫化物を形成する。この場合、粗大なFeSの形成が抑制される。その結果、熱間加工時の鋼材の延性が向上し、熱間加工割れが抑制される。Cr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、上記効果が十分に得られない。
一方、Cr含有量が1.30%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、鋼材の硬さが過剰に高まる。その結果、鋼材の被削性が低下する。
したがって、Cr含有量は0.01~1.30%である。
Cr含有量の好ましい下限は0.02%であり、さらに好ましくは0.04%であり、さらに好ましくは0.06%であり、さらに好ましくは0.08%である。
Cr含有量の好ましい上限は1.28%であり、さらに好ましくは1.26%であり、さらに好ましくは1.24%である。
Cr:0.01~1.30%
Chromium (Cr) enhances the hardenability of steel. Therefore, the internal hardness of the machine structural parts is increased. As a result, the fatigue strength of the machine structural parts is increased. Cr also has a strong affinity with C. Therefore, during heating, C remains in the grains in which Cr is dissolved. Therefore, segregation of C to grain boundaries is suppressed, and the occurrence of melting cracks during induction hardening is suppressed. Cr also combines with S to form Cr sulfides. In this case, the formation of coarse FeS is suppressed. As a result, the ductility of the steel during hot working is improved, and hot working cracks are suppressed. If the Cr content is less than 0.01%, the above effects cannot be sufficiently obtained even if the contents of other elements are within the range of this embodiment.
On the other hand, if the Cr content exceeds 1.30%, even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment, the hardness of the steel material will be excessively increased, resulting in a decrease in the machinability of the steel material.
Therefore, the Cr content is 0.01 to 1.30%.
The lower limit of the Cr content is preferably 0.02%, more preferably 0.04%, further preferably 0.06%, and further preferably 0.08%.
The upper limit of the Cr content is preferably 1.28%, more preferably 1.26%, and further preferably 1.24%.
V:0.200超~0.300%
バナジウム(V)は、機械構造用部品の製造工程中の熱間加工後の冷却過程で、V析出物として鋼材中のフェライト中に析出する。V析出物により、機械構造用部品の内部硬さが高まる。その結果、機械構造用部品の疲労強度が高まる。さらに、VはCと結合してγ粒内にCを固定する。そのため、Vは、高周波焼入れ時において、溶融割れの発生を抑制する。V含有量が0.200%以下であれば、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、V含有量が0.300%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、鋼材の硬さが過剰に高まる。その結果、鋼材の被削性が低下する。V含有量が0.300%を超えればさらに、上記効果が飽和し、製造コストが高くなる。
したがって、V含有量は、0.200超~0.300%である。
V含有量の好ましい下限は0.205%であり、さらに好ましくは0.210%であり、さらに好ましくは0.215%であり、さら好ましくは0.220%であり、さらに好ましくは0.225%であり、さらに好ましくは0.230%である。
V含有量の好ましい上限は0.295%であり、さらに好ましくは0.290%であり、さらに好ましくは0.285%である。
V: more than 0.200 to 0.300%
Vanadium (V) precipitates in the ferrite of the steel as V precipitates during the cooling process after hot working in the manufacturing process of the machine structural parts. The V precipitates increase the internal hardness of the machine structural parts. As a result, the fatigue strength of the machine structural parts is increased. Furthermore, V bonds with C to fix C in γ grains. Therefore, V suppresses the occurrence of melting cracks during induction hardening. If the V content is 0.200% or less, the above effect cannot be sufficiently obtained even if the contents of other elements are within the range of this embodiment.
On the other hand, if the V content exceeds 0.300%, the hardness of the steel material will be excessively increased even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment. As a result, the machinability of the steel material will decrease. If the V content exceeds 0.300%, the above effects will saturate and the manufacturing cost will increase.
Therefore, the V content is more than 0.200 to 0.300%.
The lower limit of the V content is preferably 0.205%, more preferably 0.210%, still more preferably 0.215%, still more preferably 0.220%, still more preferably 0.225%, and still more preferably 0.230%.
The upper limit of the V content is preferably 0.295%, more preferably 0.290%, and further preferably 0.285%.
Bi:0.0051~0.1500%
ビスマス(Bi)は、鋼材中で介在物(Bi粒子)を形成する。そのため、高周波焼入れ時の溶融割れが抑制される。Biはさらに、鋼材の被削性を高める。Bi含有量が0.0051%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、Bi含有量が0.1500%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Bi粒子が生成する。粗大なBi粒子は、鋼材の製造工程中の熱間加工時、又は、鋼材を素材として製造された機械構造用部品の製造工程中の熱間加工時において、割れの起点となりやすい。そのため、熱間加工割れが発生しやすくなる。
したがって、Bi含有量は0.0051~0.1500%である。
Bi含有量の好ましい下限は0.0080%であり、さらに好ましくは0.0100%であり、さらに好ましくは0.0120%であり、さらに好ましくは0.0140%であり、さらに好ましくは0.0160%である。
Bi含有量の好ましい上限は0.1400%であり、さらに好ましくは0.1350%であり、さらに好ましくは0.1300%である。
Bi:0.0051~0.1500%
Bismuth (Bi) forms inclusions (Bi particles) in steel material. Therefore, melt cracks during induction hardening are suppressed. Bi also improves the machinability of steel material. If the Bi content is less than 0.0051%, the above 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 Bi content exceeds 0.1500%, coarse Bi particles are generated even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment. The coarse Bi particles are likely to become the starting points of cracks during hot working in the manufacturing process of the steel material, or during hot working in the manufacturing process of machine structural parts manufactured using the steel material as a material. Therefore, hot working cracks are likely to occur.
Therefore, the Bi content is 0.0051 to 0.1500%.
The lower limit of the Bi content is preferably 0.0080%, more preferably 0.0100%, further preferably 0.0120%, further preferably 0.0140%, and further preferably 0.0160%.
The upper limit of the Bi content is preferably 0.1400%, more preferably 0.1350%, and further preferably 0.1300%.
N:0.0030~0.0200%
窒素(N)は、機械構造用部品の製造工程中の熱間加工後の冷却過程で、窒化物及び/又は炭窒化物を形成して鋼材を析出強化する。その結果、機械構造用部品の疲労強度が高まる。N含有量が0.0030%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、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0.0030~0.0200%である。
N含有量の好ましい下限は0.0032%であり、さらに好ましくは0.0034%であり、さらに好ましくは0.0036%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0.0170%であり、さらに好ましくは0.0150%であり、さらに好ましくは0.0130%であり、さらに好ましくは0.0100%である。
N: 0.0030-0.0200%
Nitrogen (N) forms nitrides and/or carbonitrides during the cooling process after hot working in the manufacturing process of machine structural parts, thereby precipitation strengthening the steel material. As a result, the fatigue strength of the machine structural parts is increased. If the N content is less than 0.0030%, 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 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 0.0030 to 0.0200%.
The lower limit of the N content is preferably 0.0032%, more preferably 0.0034%, and further preferably 0.0036%.
The upper limit of the N content is preferably 0.0190%, more preferably 0.0170%, still more preferably 0.0150%, still more preferably 0.0130%, and still more preferably 0.0100%.
本実施の形態による鋼材の化学組成の残部は、Fe及び不純物からなる。ここで、化学組成における不純物とは、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、本実施形態による鋼材に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。The remainder of the chemical composition of the steel material according to this embodiment is composed of Fe and impurities. Here, impurities in the chemical composition refer to substances that are mixed in from raw materials such as ore, scrap, or the manufacturing environment when the steel material is industrially manufactured, and are acceptable to the extent that they do not adversely affect the steel material according to this embodiment.
不純物としては、上述の不純物(P、S)以外のあらゆる元素が挙げられる。不純物は1種だけであってもよいし、2種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、次のとおりである。O:0.0050%以下、Ta及びZn:合計で0~0.01%、Pb:0.09%以下。 Impurities include any element other than the above-mentioned impurities (P, S). There may be only one type of impurity, or two or more types. Impurities other than the above-mentioned impurities are, for example, as follows: O: 0.0050% or less, Ta and Zn: 0 to 0.01% in total, Pb: 0.09% or less.
[任意元素(Optional Elements)]
本実施形態の鋼材の化学組成はさらに、以下の第1群~第5群からなる群から選択される1種以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも任意元素である。
[第1群]
Al:0.060%以下
Mg:0.0100%以下
[第2群]
Ti:0.0200%以下
Nb:0.0200%以下
W:0.4000%以下
Zr:0.2000%以下
[第3群]
Ca:0.0030%以下
Te:0.0100%以下
B:0.0050%以下
Sn:0.0100%以下
希土類元素:0.0070%以下
[第4群]
Co:0.0100%以下
Se:0.0100%以下
Sb:0.0100%以下
In:0.0100%以下
[第5群]
Mo:0.20%以下
Cu:0.20%以下
Ni:0.20%以下
以下、これらの任意元素について説明する。
[Optional Elements]
The chemical composition of the steel material of the present embodiment may further contain one or more elements selected from the group consisting of the following Groups 1 to 5. All of these elements are optional elements.
[Group 1]
Al: 0.060% or less Mg: 0.0100% or less [Group 2]
Ti: 0.0200% or less Nb: 0.0200% or less W: 0.4000% or less Zr: 0.2000% or less [Group 3]
Ca: 0.0030% or less Te: 0.0100% or less B: 0.0050% or less Sn: 0.0100% or less Rare earth elements: 0.0070% or less [Group 4]
Co: 0.0100% or less Se: 0.0100% or less Sb: 0.0100% or less In: 0.0100% or less [Group 5]
Mo: 0.20% or less Cu: 0.20% or less Ni: 0.20% or less These optional elements will be described below.
[第1群:Al及びMg]
本実施形態の鋼材はさらに、Feの一部に代えて、Al及びMgからなる群から選択される1種以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、鋼を脱酸する。
[Group 1: Al and Mg]
The steel material of the present embodiment may further contain one or more elements selected from the group consisting of Al and Mg in place of a portion of Fe. These elements are optional elements, and all of them deoxidize the steel.
Al:0.060%以下
アルミニウム(Al)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Al含有量は0%であってもよい。
Alが含有される場合、Alは鋼を脱酸する。Alが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Al含有量が0.060%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、Alは粗大な酸化物を形成する。粗大な酸化物は、機械構造用部品の疲労強度を低下する。
したがって、Al含有量は0~0.060%であり、含有される場合、Al含有量は0.060%以下である。
Al含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.001%であり、さらに好ましくは0.002%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0.010%である。
Al含有量の好ましい上限は0.055%であり、さらに好ましくは0.050%であり、さらに好ましくは0.045%である。
Al: 0.060% or less Aluminum (Al) is an optional element and may not be contained. In other words, the Al content may be 0%.
When Al is contained, Al deoxidizes the steel, and even if even a small amount of Al is contained, the above effect can be obtained to some extent.
However, if the Al content exceeds 0.060%, even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment, Al forms coarse oxides, which reduce the fatigue strength of machine structural parts.
Therefore, the Al content is 0 to 0.060%, and if Al is contained, the Al content is 0.060% or less.
The lower limit of the Al content is preferably more than 0%, more preferably 0.001%, more preferably 0.002%, more preferably 0.003%, more preferably 0.005%, and even more preferably 0.010%.
The upper limit of the Al content is preferably 0.055%, more preferably 0.050%, and further preferably 0.045%.
Mg:0.0100%以下
マグネシウム(Mg)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Mg含有量は0%であってもよい。
Mgが含有される場合、Mgは鋼を脱酸する。Mgが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Mg含有量が0.0100%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、Mgは粗大な酸化物を形成する。粗大な酸化物は、機械構造用部品の疲労強度を低下する。
したがって、Mg含有量は0~0.0100%であり、含有される場合、Mg含有量は0.0100%以下である。
Mg含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.0001%であり、さらに好ましくは0.0003%であり、さらに好ましくは0.0005%である。
Mg含有量の好ましい上限は0.0050%であり、さらに好ましくは0.0045%であり、さらに好ましくは0.0040%である。
Mg: 0.0100% or less Magnesium (Mg) is an optional element and may not be contained. In other words, the Mg content may be 0%.
When Mg is contained, Mg deoxidizes the steel, and even if even a small amount of Mg is contained, the above effect can be obtained to some extent.
However, if the Mg content exceeds 0.0100%, even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment, Mg forms coarse oxides, which reduce the fatigue strength of machine structural parts.
Therefore, the Mg content is 0 to 0.0100%, and if contained, the Mg content is 0.0100% or less.
The lower limit of the Mg content is preferably more than 0%, more preferably 0.0001%, further preferably 0.0003%, and further preferably 0.0005%.
The upper limit of the Mg content is preferably 0.0050%, more preferably 0.0045%, and further preferably 0.0040%.
[第2群:Ti、Nb、W及びZr]
本実施形態の鋼材の化学組成はさらに、Feの一部に代えて、Ti、Nb、W及びZrからなる群から選択される1種以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、析出物を形成して、機械構造用部品の靱性を高める。
[Group 2: Ti, Nb, W and Zr]
The chemical composition of the steel material of the present embodiment may further contain one or more elements selected from the group consisting of Ti, Nb, W, and Zr in place of a portion of Fe. These elements are optional elements, and all of them form precipitates to increase the toughness of machine structural parts.
Ti:0.0200%以下
チタン(Ti)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ti含有量は0%であってもよい。
Tiが含有される場合、Tiは、機械構造用部品の製造工程中の熱間加工工程の冷却過程において、炭化物及び/又は炭窒化物を形成して、結晶粒を微細化する。これにより、機械構造用部品の靱性が高まる。Tiが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ti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、上記効果が飽和する。さらに、製造コストが高くなる。
したがって、Ti含有量は0~0.0200%であり、含有される場合、Ti含有量は0.0200%以下である。
Ti含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.0001%であり、さらに好ましくは0.0010%であり、さらに好ましくは0.0050%であり、さらに好ましくは0.0080%である。
Ti含有量の好ましい上限は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0.0150%である。
Ti: 0.0200% or less Titanium (Ti) is an optional element and does not necessarily have to be contained. In other words, the Ti content may be 0%.
When Ti is contained, Ti forms carbides and/or carbonitrides during the cooling process of the hot working step in the manufacturing process of the machine structural part, thereby refining the crystal grains. This increases the toughness of the machine structural part. If even a small amount of Ti is contained, the above effect can be obtained to some extent.
However, if the Ti content exceeds 0.0200%, the above effects become saturated even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment.Furthermore, the manufacturing cost increases.
Therefore, the Ti content is 0 to 0.0200%, and if Ti is contained, the Ti content is 0.0200% or less.
The lower limit of the Ti content is preferably more than 0%, more preferably 0.0001%, further preferably 0.0010%, further preferably 0.0050%, and further preferably 0.0080%.
The upper limit of the Ti content is preferably 0.0180%, more preferably 0.0170%, and further preferably 0.0150%.
Nb:0.0200%以下
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%であってもよい。
Nbが含有される場合、Nbは、機械構造用部品の製造工程中の熱間加工工程の冷却過程において、炭化物及び/又は炭窒化物を形成して、結晶粒を微細化する。これにより、機械構造用部品の靱性が高まる。Nbが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Nb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、上記効果が飽和する。さらに、製造コストが高くなる。
したがって、Nb含有量は0~0.0200%であり、含有される場合、Nb含有量は0.0200%以下である。
Nb含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.0001%であり、さらに好ましくは0.0010%であり、さらに好ましくは0.0050%であり、さらに好ましくは0.0080%である。
Nb含有量の好ましい上限は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0.0150%である。
Nb: 0.0200% or less Niobium (Nb) is an optional element and may not be contained. In other words, the Nb content may be 0%.
When Nb is contained, Nb forms carbides and/or carbonitrides during the cooling process of the hot working step in the manufacturing process of the machine structural part, thereby refining the crystal grains. This increases the toughness of the machine structural part. Even if even a small amount of Nb is contained, the above effect can be obtained to some extent.
However, if the Nb content exceeds 0.0200%, the above effects become saturated even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment. Furthermore, the manufacturing cost increases.
Therefore, the Nb content is 0 to 0.0200%, and if Nb is contained, the Nb content is 0.0200% or less.
The lower limit of the Nb content is preferably more than 0%, more preferably 0.0001%, still more preferably 0.0010%, still more preferably 0.0050%, and still more preferably 0.0080%.
The upper limit of the Nb content is preferably 0.0180%, more preferably 0.0170%, and further preferably 0.0150%.
W:0.4000%以下
タングステン(W)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、W含有量は0%であってもよい。
Wが含有される場合、Wは、機械構造用部品の製造工程中の熱間加工工程の冷却過程において、炭化物及び/又は炭窒化物を形成して、結晶粒を微細化する。これにより、機械構造用部品の靱性が高まる。Wが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、W含有量が0.4000%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、上記効果が飽和する。さらに、製造コストが高くなる。
したがって、W含有量は0~0.4000%であり、含有される場合、W含有量は0.4000%以下である。
W含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.0001%であり、さらに好ましくは0.0050%であり、さらに好ましくは0.0500%である。
W含有量の好ましい上限は0.3500%であり、さらに好ましくは0.3000%であり、さらに好ましくは0.2000%である。
W: 0.4000% or less Tungsten (W) is an optional element and does not have to be contained. In other words, the W content may be 0%.
When W is contained, W forms carbides and/or carbonitrides during the cooling process of the hot working step in the manufacturing process of the machine structural part, thereby refining the crystal grains. This increases the toughness of the machine structural part. Even if even a small amount of W is contained, the above effect can be obtained to some extent.
However, if the W content exceeds 0.4000%, the above effects become saturated even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment. Furthermore, the manufacturing cost increases.
Therefore, the W content is 0 to 0.4000%, and if W is contained, the W content is 0.4000% or less.
The lower limit of the W content is preferably more than 0%, more preferably 0.0001%, further preferably 0.0050%, and further preferably 0.0500%.
The upper limit of the W content is preferably 0.3500%, more preferably 0.3000%, and further preferably 0.2000%.
Zr:0.2000%以下
ジルコニウム(Zr)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Zr含有量は0%であってもよい。
Zrが含有される場合、Zrは、機械構造用部品の製造工程中の熱間加工工程の冷却過程において、炭化物及び/又は炭窒化物を形成して、結晶粒を微細化する。これにより、機械構造用部品の靱性が高まる。Zrが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Zr含有量が0.2000%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、上記効果が飽和する。さらに、製造コストが高くなる。
したがって、Zr含有量は0~0.2000%であり、含有される場合、Zr含有量は0.2000%以下である。
Zr含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.0001%であり、さらに好ましくは0.0010%であり、さらに好ましくは0.0020%であり、さらに好ましくは0.0050%である。
Zr含有量の好ましい上限は0.1500%であり、さらに好ましくは0.1000%であり、さらに好ましくは0.0500%であり、さらに好ましくは0.0100%である。
Zr: 0.2000% or less Zirconium (Zr) is an optional element and may not be contained. In other words, the Zr content may be 0%.
When Zr is contained, Zr forms carbides and/or carbonitrides during the cooling process of the hot working step in the manufacturing process of the machine structural part, thereby refining the crystal grains. This increases the toughness of the machine structural part. If even a small amount of Zr is contained, the above effect can be obtained to a certain extent.
However, if the Zr content exceeds 0.2000%, the above effects become saturated even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment. Furthermore, the manufacturing cost becomes high.
Therefore, the Zr content is 0 to 0.2000%, and if contained, the Zr content is 0.2000% or less.
The lower limit of the Zr content is preferably more than 0%, more preferably 0.0001%, still more preferably 0.0010%, still more preferably 0.0020%, and still more preferably 0.0050%.
The upper limit of the Zr content is preferably 0.1500%, more preferably 0.1000%, further preferably 0.0500%, and further preferably 0.0100%.
[第3群:Ca、Te、B、Sn及び希土類元素]
本実施形態の鋼材の化学組成はさらに、Feの一部に代えて、Ca、Te、B、Sn及び希土類元素(REM)からなる群から選択される1種以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、鋼材の被削性を高める。
[Third group: Ca, Te, B, Sn and rare earth elements]
The chemical composition of the steel material of this embodiment may further contain, in place of a portion of Fe, one or more elements selected from the group consisting of Ca, Te, B, Sn, and rare earth elements (REM). These elements are optional elements, and all of them improve the machinability of the steel material.
Ca:0.0030%以下
カルシウム(Ca)は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ca含有量は0%であってもよい。
Caが含有される場合、Caは鋼材の被削性を高める。Caが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ca含有量が0.0030%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、粗大酸化物を形成する。この場合、機械構造用部品の疲労強度が低下する。
したがって、Ca含有量は0~0.0030%であり、含有される場合、Ca含有量は0.0030%以下である。
Ca含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.0001%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。
Ca含有量の好ましい上限は0.0025%であり、さらに好ましくは0.0023%であり、さらに好ましくは0.0020%である。
Ca: 0.0030% or less Calcium (Ca) is an optional element and may not be contained. In other words, the Ca content may be 0%.
When Ca is contained, it improves the machinability of the steel material. Even if even a small amount of Ca is contained, the above effect can be obtained to a certain degree.
However, if the Ca content exceeds 0.0030%, even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment, coarse oxides are formed, and in this case, the fatigue strength of the machine structural part is reduced.
Therefore, the Ca content is 0 to 0.0030%, and if contained, the Ca content is 0.0030% or less.
The lower limit of the Ca content is preferably more than 0%, more preferably 0.0001%, further preferably 0.0010%, and further preferably 0.0015%.
The upper limit of the Ca content is preferably 0.0025%, more preferably 0.0023%, and further preferably 0.0020%.
Te:0.0100%以下
テルル(Te)は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Te含有量は0%であってもよい。
Teが含有される場合、Teは鋼材の被削性を高める。Teが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Te含有量が0.0100%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、鋼材に熱間加工割れが発生しやすくなる。
したがって、Te含有量は0~0.0100%であり、含有される場合、Te含有量は0.0100%以下である。
Te含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.0001%であり、さらに好ましくは0.0003%であり、さらに好ましくは0.0010%である。
Te含有量の好ましい上限は0.0090%であり、さらに好ましくは0.0085%であり、さらに好ましくは0.0080%である。
Tellurium (Te) is an optional element and may not be contained. In other words, the Te content may be 0%.
When Tellurium is contained, Tellurium improves the machinability of the steel material. Even if even a small amount of Tellurium is contained, the above effect can be obtained to a certain degree.
However, if the Te content exceeds 0.0100%, hot working cracks are likely to occur in the steel material even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment.
Therefore, the Tellurium content is 0 to 0.0100%, and if contained, the Tellurium content is 0.0100% or less.
The lower limit of the Te content is preferably more than 0%, more preferably 0.0001%, further preferably 0.0003%, and further preferably 0.0010%.
The upper limit of the Tellurium content is preferably 0.0090%, more preferably 0.0085%, and further preferably 0.0080%.
B:0.0050%以下
ボロン(B)は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、B含有量は0%であってもよい。
Bが含有される場合、Bは鋼材の被削性を高める。Bが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、B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、鋼材に熱間加工割れが発生しやすくなる。
したがって、B含有量は0~0.0050%であり、含有される場合、B含有量は0.0050%以下である。
B含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは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。
B含有量の好ましい上限は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%である。
B: 0.0050% or less Boron (B) is an optional element and does not have to be contained. In other words, the B content may be 0%.
When B is contained, B improves the machinability of the steel material. If even a small amount of B is contained, the above effect can be obtained to a certain degree.
However, if the B content exceeds 0.0050%, hot working cracks are likely to occur in the steel material even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment.
Therefore, the B content is 0 to 0.0050%, and if B is contained, the B content is 0.0050% or less.
The lower limit of the B content is preferably more than 0%, more preferably 0.0001%, further preferably 0.0005%, and further preferably 0.0010%.
The upper limit of the B content is preferably 0.0040%, more preferably 0.0035%, and further preferably 0.0030%.
Sn:0.0100%以下
スズ(Sn)は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Sn含有量は0%であってもよい。
Snが含有される場合、Snは鋼材の被削性を高める。Snが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Sn含有量が0.0100%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、鋼材に熱間加工割れが発生しやすくなる。
したがって、Sn含有量は0~0.0100%であり、含有される場合、Sn含有量は0.0100%以下である。
Sn含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは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。
Sn含有量の好ましい上限は0.0095%であり、さらに好ましくは0.0090%であり、さらに好ましくは0.0085%であり、さらに好ましくは0.0080%である。
Sn: 0.0100% or less Tin (Sn) is an optional element and may not be contained. In other words, the Sn content may be 0%.
When Sn is contained, Sn improves the machinability of the steel material. Even if even a small amount of Sn is contained, the above effect can be obtained to a certain extent.
However, if the Sn content exceeds 0.0100%, hot working cracks are likely to occur in the steel material even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment.
Therefore, the Sn content is 0 to 0.0100%, and if contained, the Sn content is 0.0100% or less.
The lower limit of the Sn content is preferably more than 0%, more preferably 0.0001%, further preferably 0.0005%, and further preferably 0.0010%.
The upper limit of the Sn content is preferably 0.0095%, more preferably 0.0090%, further preferably 0.0085%, and further preferably 0.0080%.
希土類元素:0.0070%以下
希土類元素(REM)は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、REM含有量は0%であってもよい。
REMが含有される場合、REMは鋼材の被削性を高める。REMが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、REM含有量が0.0070%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、鋼材に熱間加工割れが発生しやすくなる。
したがって、REM含有量は0~0.0070%であり、含有される場合、REM含有量は0.0070%以下である。
REM含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは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。
REM含有量の好ましい上限は0.0065%であり、さらに好ましくは0.0060%であり、さらに好ましくは0.0055%である。
Rare earth elements: 0.0070% or less Rare earth elements (REM) are optional elements and may not be contained. In other words, the REM content may be 0%.
When REM is contained, the REM enhances the machinability of the steel material. Even if even a small amount of REM is contained, the above effect can be obtained to some extent.
However, if the REM content exceeds 0.0070%, the steel material is prone to hot working cracks even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment.
Therefore, the REM content is 0 to 0.0070%, and if contained, the REM content is 0.0070% or less.
The lower limit of the REM content is preferably more than 0%, more preferably 0.0001%, even more preferably 0.0005%, and even more preferably 0.0010%.
The upper limit of the REM content is preferably 0.0065%, more preferably 0.0060%, and further preferably 0.0055%.
本明細書におけるREMとは、原子番号21番のスカンジウム(Sc)、原子番号39番のイットリウム(Y)、及び、ランタノイドである原子番号57番のランタン(La)~原子番号71番のルテチウム(Lu)からなる群から選択される1種又は2種以上の元素である。また、本明細書におけるREM含有量とは、これらの元素の合計含有量である。In this specification, REM refers to one or more elements selected from the group consisting of scandium (Sc), atomic number 21, yttrium (Y), atomic number 39, and the lanthanides lanthanum (La), atomic number 57, to lutetium (Lu), atomic number 71. In addition, the REM content in this specification refers to the total content of these elements.
[第4群:Co、Se、Sb及びIn]
本実施形態の鋼材の化学組成はさらに、Feの一部に代えて、Co、Se、Sb及びInからなる群から選択される1種以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、鋼材の脱炭を抑制する。
[Group 4: Co, Se, Sb and In]
The chemical composition of the steel material of the present embodiment may further contain, instead of a part of Fe, one or more elements selected from the group consisting of Co, Se, Sb, and In. These elements are optional elements, and all of them suppress decarburization of the steel material.
Co:0.0100%以下
コバルト(Co)は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Co含有量は0%であってもよい。
Coが含有される場合、Coは、熱間加工時に鋼材の脱炭を抑制する。Coが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Co含有量が0.0100%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、鋼材に熱間加工割れが発生しやすくなる。
したがって、Co含有量は0~0.0100%であり、含有される場合、Co含有量は0.0100%以下である。
Co含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは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。
Co含有量の好ましい上限は0.0090%であり、さらに好ましくは0.0080%であり、さらに好ましくは0.0070%である。
Co: 0.0100% or less Cobalt (Co) is an optional element and may not be contained. In other words, the Co content may be 0%.
When Co is contained, Co suppresses decarburization of the steel material during hot working. If even a small amount of Co is contained, the above effect can be obtained to some extent.
However, if the Co content exceeds 0.0100%, hot working cracks are likely to occur in the steel material even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment.
Therefore, the Co content is 0 to 0.0100%, and if Co is contained, the Co content is 0.0100% or less.
The lower limit of the Co content is preferably more than 0%, more preferably 0.0001%, further preferably 0.0005%, and further preferably 0.0010%.
The upper limit of the Co content is preferably 0.0090%, more preferably 0.0080%, and further preferably 0.0070%.
Se:0.0100%以下
セレン(Se)は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Se含有量は0%であってもよい。
Seが含有される場合、Seは、熱間加工時に鋼材の脱炭を抑制する。Seが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Se含有量が0.0100%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、鋼材に熱間加工割れが発生しやすくなる。
したがって、Se含有量は0~0.0100%であり、含有される場合、Se含有量は0.0100%以下である。
Se含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは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。
Se含有量の好ましい上限は0.0090%であり、さらに好ましくは0.0080%であり、さらに好ましくは0.0070%である。
Se: 0.0100% or less Selenium (Se) is an optional element and may not be contained. In other words, the Se content may be 0%.
When Se is contained, Se suppresses decarburization of the steel material during hot working. Even if even a small amount of Se is contained, the above effect can be obtained to a certain degree.
However, if the Se content exceeds 0.0100%, the steel material is prone to hot working cracks even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment.
Therefore, the Se content is 0 to 0.0100%, and if contained, the Se content is 0.0100% or less.
The lower limit of the Se content is preferably more than 0%, more preferably 0.0001%, further preferably 0.0005%, and further preferably 0.0010%.
The upper limit of the Se content is preferably 0.0090%, more preferably 0.0080%, and further preferably 0.0070%.
Sb:0.0100%以下
アンチモン(Sb)は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Sb含有量は0%であってもよい。
Sbが含有される場合、つまり、Sb含有量が0%超である場合、Sbは、熱間加工時に鋼材の脱炭を抑制する。Sbが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Sb含有量が0.0100%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、鋼材に熱間加工割れが発生しやすくなる。
したがって、Sb含有量は0~0.0100%であり、含有される場合、Sb含有量は0.0100%以下である。
Sb含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは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。
Sb含有量の好ましい上限は0.0090%であり、さらに好ましくは0.0080%であり、さらに好ましくは0.0070%である。
Sb: 0.0100% or less Antimony (Sb) is an optional element and may not be contained. In other words, the Sb content may be 0%.
When Sb is contained, that is, when the Sb content exceeds 0%, Sb suppresses decarburization of the steel material during hot working. Even if even a small amount of Sb is contained, the above effect can be obtained to some extent.
However, if the Sb content exceeds 0.0100%, hot working cracks are likely to occur in the steel material even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment.
Therefore, the Sb content is 0 to 0.0100%, and if contained, the Sb content is 0.0100% or less.
The lower limit of the Sb content is preferably more than 0%, more preferably 0.0001%, further preferably 0.0005%, and further preferably 0.0010%.
The upper limit of the Sb content is preferably 0.0090%, more preferably 0.0080%, and further preferably 0.0070%.
In:0.0100%以下
インジウム(In)は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、In含有量は0%であってもよい。
Inが含有される場合、Inは、熱間加工時に鋼材の脱炭を抑制する。Inが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、In含有量が0.0100%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、鋼材に熱間加工割れが発生しやすくなる。
したがって、In含有量は0~0.0100%であり、含有される場合、In含有量は0.0100%以下である。
In含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは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。
In含有量の好ましい上限は0.0090%であり、さらに好ましくは0.0080%であり、さらに好ましくは0.0070%である。
In: 0.0100% or less Indium (In) is an optional element and may not be contained. That is, the In content may be 0%.
When In is contained, In suppresses decarburization of the steel material during hot working. If even a small amount of In is contained, the above effect can be obtained to a certain degree.
However, if the In content exceeds 0.0100%, hot working cracks are likely to occur in the steel material even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment.
Therefore, the In content is 0 to 0.0100%, and if In is contained, the In content is 0.0100% or less.
The lower limit of the In content is preferably more than 0%, more preferably 0.0001%, further preferably 0.0005%, and further preferably 0.0010%.
The upper limit of the In content is preferably 0.0090%, more preferably 0.0080%, and further preferably 0.0070%.
[第5群:Mo、Cu及びNi]
本実施形態の鋼材の化学組成はさらに、Feの一部に代えて、Mo、Cu及びNiからなる群から選択される1種以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、機械構造用部品の疲労強度を高める。
[Group 5: Mo, Cu and Ni]
The chemical composition of the steel material of the present embodiment may further contain one or more elements selected from the group consisting of Mo, Cu, and Ni, instead of a portion of Fe. These elements are optional elements, and all of them increase the fatigue strength of machine structural parts.
Mo:0.20%以下
モリブデン(Mo)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Mo含有量は0%であってもよい。
Moが含有される場合、Moは機械構造用部品の疲労強度を高める。Moが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Mo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、鋼材の硬さが過剰に高まる。その結果、熱間加工性が低下する。
したがって、Mo含有量は0~0.20%であり、含有される場合、Mo含有量は0.20%以下である。
Mo含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.01%であり、さらに好ましくは0.05%であり、さらに好ましくは0.10%である。
Mo含有量の好ましい上限は0.19%であり、さらに好ましくは0.17%であり、さらに好ましくは0.15%である。
Mo: 0.20% or less Molybdenum (Mo) is an optional element and may not be contained. In other words, the Mo content may be 0%.
When Mo is contained, Mo increases the fatigue strength of machine structural parts. Even if even a small amount of Mo is contained, the above effect can be obtained to a certain degree.
However, if the Mo content exceeds 0.20%, even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment, the hardness of the steel material increases excessively, resulting in a decrease in hot workability.
Therefore, the Mo content is 0 to 0.20%, and if Mo is contained, the Mo content is 0.20% or less.
The lower limit of the Mo content is preferably more than 0%, more preferably 0.01%, further preferably 0.05%, and further preferably 0.10%.
The upper limit of the Mo content is preferably 0.19%, more preferably 0.17%, and further preferably 0.15%.
Cu:0.20%以下
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%であってもよい。
Cuが含有される場合、Cuは機械構造用部品の疲労強度を高める。Cuが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Cuは、Siと同様に、高周波焼入れ時における溶融割れの発生を促進する。そのため、Cu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、高周波焼入れ時に溶融割れが発生しやすくなる。
したがって、Cu含有量は0~0.20%であり、含有される場合、Cu含有量は0.20%以下である。
Cu含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは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0.03%である。
Cu含有量の好ましい上限は0.15%であり、さらに好ましくは0.13%であり、さらに好ましくは0.10%である。
Cu: 0.20% or less Copper (Cu) is an optional element and may not be contained. In other words, the Cu content may be 0%.
When Cu is contained, Cu increases the fatigue strength of the machine structural part. Even if only a small amount of Cu is contained, the above effect can be obtained to a certain degree.
However, Cu, like Si, promotes the occurrence of melting cracks during induction hardening, so if the Cu content exceeds 0.20%, melting cracks are likely to occur during induction hardening even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment.
Therefore, the Cu content is 0 to 0.20%, and if contained, the Cu content is 0.20% or less.
The lower limit of the Cu content is preferably more than 0%, more preferably 0.01%, further preferably 0.02%, and further preferably 0.03%.
The upper limit of the Cu content is preferably 0.15%, more preferably 0.13%, and further preferably 0.10%.
Ni:0.20%以下
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%であってもよい。
Niが含有される場合、Niは機械構造用部品の疲労強度を高める。Niが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Niは、Si及びCuと同様に、高周波焼入れ時における溶融割れの発生を促進する。そのため、Ni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、高周波焼入れ時に溶融割れが発生しやすくなる。
したがって、Ni含有量は0~0.20%であり、含有される場合、Ni含有量は0.20%以下である。
Ni含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは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0.03%である。
Ni含有量の好ましい上限は0.15%であり、さらに好ましくは0.13%であり、さらに好ましくは0.10%である。
Ni: 0.20% or less Nickel (Ni) is an optional element and may not be contained. In other words, the Ni content may be 0%.
When Ni is contained, Ni enhances the fatigue strength of the machine structural parts. Even if even a small amount of Ni is contained, the above effect can be obtained to a certain degree.
However, Ni, like Si and Cu, promotes the occurrence of melting cracks during induction hardening, so if the Ni content exceeds 0.20%, melting cracks are likely to occur during induction hardening even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment.
Therefore, the Ni content is 0 to 0.20%, and if Ni is contained, the Ni content is 0.20% or less.
The lower limit of the Ni content is preferably more than 0%, more preferably 0.01%, further preferably 0.02%, and further preferably 0.03%.
The upper limit of the Ni content is preferably 0.15%, more preferably 0.13%, and further preferably 0.10%.
[(特徴2)式(1)について]
本実施形態の鋼材はさらに、各元素含有量が上記範囲内であることを前提として、つまり、特徴1を満たすことを前提として、式(1)を満たす。
0.80≦C+(Si/10)+(Mn/5)-(5S/7)+(5Cr/22)+1.65V≦1.50 (1)
ここで、式中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量%で代入される。
[(Feature 2) Regarding Formula (1)]
The steel material of the present embodiment further satisfies formula (1) on the premise that the content of each element is within the above-mentioned range, that is, on the premise that characteristic 1 is satisfied.
0.80≦C+(Si/10)+(Mn/5)-(5S/7)+(5Cr/22)+1.65V≦1.50 (1)
Here, each element symbol in the formula is substituted with the content of the corresponding element in mass %.
fn1=C+(Si/10)+(Mn/5)-(5S/7)+(5Cr/22)+1.65Vと定義する。fn1は、鋼材の硬さの指標である。C、Si、Mn、Cr及びVは、鋼材を素材として製造された機械構造用部品の内部硬さを高める。一方、Sは、機械構造用部品の内部硬さを低下する。 fn1 is defined as C + (Si/10) + (Mn/5) - (5S/7) + (5Cr/22) + 1.65V. fn1 is an index of the hardness of steel. C, Si, Mn, Cr and V increase the internal hardness of machine structural parts manufactured using steel as the material. On the other hand, S decreases the internal hardness of machine structural parts.
鋼材中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、fn1が0.80未満であれば、機械構造用部品の内部硬さが過剰に低下する。その結果、機械構造用部品の疲労強度が低下する。一方、鋼材中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、fn1が1.50を超えれば、鋼材の硬さが過剰に高まる。その結果、鋼材の被削性が低下する。
したがって、fn1は0.80~1.50である。
fn1の好ましい下限は0.81であり、さらに好ましくは0.82であり、さらに好ましくは0.85である。
fn1の好ましい上限は1.48であり、さらに好ましくは1.45であり、さらに好ましくは1.43である。
Even if the content of each element in the steel material is within the range of this embodiment, if fn1 is less than 0.80, the internal hardness of the machine structural component is excessively reduced. As a result, the fatigue strength of the machine structural component is reduced. On the other hand, even if the content of each element in the steel material is within the range of this embodiment, if fn1 exceeds 1.50, the hardness of the steel material is excessively increased. As a result, the machinability of the steel material is reduced.
Therefore, fn1 is between 0.80 and 1.50.
The lower limit of fn1 is preferably 0.81, more preferably 0.82, and even more preferably 0.85.
The upper limit of fn1 is preferably 1.48, more preferably 1.45, and even more preferably 1.43.
[(特徴3)微細Bi粒子について]
本実施形態の鋼材では、各元素含有量が上記範囲内であり、かつ、式(1)を満たすことを前提として、円相当径が0.1~1.0μmの微細Bi粒子(以下、単に微細Bi粒子ともいう)の個数密度は80~8000個/mm2である。微細Bi粒子の個数密度が80~8000個/mm2であれば、高周波焼入れ時の溶融割れの発生が抑制される。
[Feature 3: Fine Bi particles]
In the steel material of this embodiment, on the premise that the content of each element is within the above range and formula (1) is satisfied, the number density of fine Bi particles having a circle equivalent diameter of 0.1 to 1.0 μm (hereinafter also simply referred to as fine Bi particles) is 80 to 8000 particles/mm 2. If the number density of the fine Bi particles is 80 to 8000 particles/mm 2 , the occurrence of melting cracks during induction hardening is suppressed.
Biは、鋼材中において、Bi単体の粒子又はBiを高濃度で含有する粒子の形態で存在する。本明細書において、Bi単体の粒子又はBiを高濃度で含有する粒子を総称してBi粒子と定義する。本明細書において、微細Bi粒子とは、円相当径が0.1~1.0μmであるBi粒子を意味する。Biは重元素であるため、Bi粒子は反射電子像において、周囲よりも高輝度で観察される。微細Bi粒子は、他の粒子(析出物又は介在物)と接触せずに鋼材中に単独で存在してもよい。また、微細Bi粒子は、他の粒子に付着又は接触して鋼材中に存在していてもよい。In the steel material, Bi exists in the form of particles of simple Bi or particles containing Bi at a high concentration. In this specification, particles of simple Bi or particles containing Bi at a high concentration are collectively defined as Bi particles. In this specification, fine Bi particles refer to Bi particles having a circle equivalent diameter of 0.1 to 1.0 μm. Since Bi is a heavy element, Bi particles are observed with a higher brightness than the surroundings in a backscattered electron image. Fine Bi particles may exist alone in the steel material without contacting other particles (precipitates or inclusions). Fine Bi particles may also exist in the steel material attached to or in contact with other particles.
上述のとおり、高周波誘導加熱時において、Bi粒子は、オーステナイト粒界をピンニングする。Bi粒子の円相当径が0.1~1.0μmであれば、オーステナイト粒界のピンニング効果は高まる。高周波焼入れ時において、オーステナイト粒が微細に維持されれば、オーステナイト粒の粒界面積が増大する。粒界面積が増大すれば、粒界に偏析するCの濃度が減少する。その結果、溶融割れの発生が抑制される。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って、かつ、式(1)を満たし、かつ、円相当径が10.0μm以上の粗大Bi粒子が10個/mm2以下である場合であっても、微細Bi粒子が80個/mm2未満であれば、上記効果が十分に得られない。 As described above, during high-frequency induction heating, Bi particles pin the austenite grain boundaries. If the circle-equivalent diameter of the Bi particles is 0.1 to 1.0 μm, the pinning effect of the austenite grain boundaries is enhanced. If the austenite grains are kept fine during high-frequency hardening, the grain boundary area of the austenite grains increases. If the grain boundary area increases, the concentration of C segregated at the grain boundaries decreases. As a result, the occurrence of melting cracks is suppressed. Even if the content of each element in the chemical composition of the steel is within the range of this embodiment, formula (1) is satisfied, and the number of coarse Bi particles having a circle-equivalent diameter of 10.0 μm or more is 10 pieces/ mm2 or less, the above effect cannot be sufficiently obtained if the number of fine Bi particles is less than 80 pieces/ mm2 .
一方、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って、かつ、式(1)を満たし、かつ、円相当径が10.0μm以上の粗大Bi粒子が10個/mm2以下である場合であっても、微細Bi粒子の個数密度が8000個/mm2を超えれば、上記効果が飽和し、さらに、製造コストが高くなる。 On the other hand, even if the content of each element in the chemical composition of the steel material is within the range of this embodiment, formula (1) is satisfied, and the number of coarse Bi particles having an equivalent circle diameter of 10.0 μm or more is 10 particles/ mm2 or less, if the number density of fine Bi particles exceeds 8000 particles/ mm2 , the above effect becomes saturated and the manufacturing cost becomes higher.
したがって、本実施形態の鋼材では、円相当径が0.1~1.0μmの微細Bi粒子の個数密度は80~8000個/mm2である。 Therefore, in the steel material of this embodiment, the number density of fine Bi particles having a circle equivalent diameter of 0.1 to 1.0 μm is 80 to 8000 particles/mm 2 .
微細Bi粒子の個数密度の好ましい下限は90個/mm2であり、さらに好ましい下限は95個/mm2であり、さらに好ましい下限は100個/mm2である。
微細Bi粒子の個数密度の好ましい上限は7900個/mm2であり、さらに好ましくは6000個/mm2であり、さらに好ましくは3000個/mm2であり、さらに好ましくは1000個/mm2であり、さらに好ましくは900個/mm2であり、さらに好ましくは800個/mm2である。
The lower limit of the number density of the fine Bi particles is preferably 90 particles/ mm2 , more preferably 95 particles/ mm2 , and even more preferably 100 particles/ mm2 .
The upper limit of the number density of the fine Bi particles is preferably 7900 particles/ mm2 , more preferably 6000 particles/ mm2 , more preferably 3000 particles/ mm2 , more preferably 1000 particles/ mm2 , more preferably 900 particles/ mm2 , and more preferably 800 particles/ mm2 .
[(特徴4)粗大Bi粒子について]
本実施形態の鋼材において、円相当径が10.0μm以上のBi粒子である粗大Bi粒子(以下、単に粗大Bi粒子ともいう)の個数密度は10個/mm2以下である。粗大Bi粒子の個数密度が10個/mm2以下であれば、鋼材の製造工程中の熱間加工時、又は、鋼材を素材とした機械構造用部品の製造工程中の熱間加工時の割れ(熱間加工割れ)を抑制することができる。熱間加工は例えば、熱間圧延、熱間鍛造等である。
[Feature 4: Large Bi particles]
In the steel material of this embodiment, the number density of coarse Bi particles (hereinafter simply referred to as coarse Bi particles), which are Bi particles with an equivalent circle diameter of 10.0 μm or more, is 10 particles/ mm2 or less. If the number density of the coarse Bi particles is 10 particles/ mm2 or less, cracks (hot working cracks) can be suppressed during hot working in the manufacturing process of the steel material, or during hot working in the manufacturing process of machine structural parts made from the steel material. Hot working is, for example, hot rolling, hot forging, etc.
本明細書において、粗大Bi粒子とは、円相当径が10.0μm以上のBi粒子を意味する。後述する粗大Bi粒子の個数密度測定方法において、粒子の円相当径が10.0μm以上であり、かつ周囲よりも高輝度で観察されれば、その粒子を、粗大Bi粒子と判断する。粗大Bi粒子は、他の粒子(析出物又は介在物)と接触せずに鋼材中に単独で存在してもよい。また、粗大Bi粒子は、他の粒子に付着又は接触して鋼材中に存在していてもよい。粗大Bi粒子の円相当径の上限は特に限定されないが、本実施形態の化学組成の場合、粗大Bi粒子の円相当径の上限は50.0μmである。In this specification, coarse Bi particles refer to Bi particles having a circle-equivalent diameter of 10.0 μm or more. In the method for measuring the number density of coarse Bi particles described later, if the circle-equivalent diameter of a particle is 10.0 μm or more and is observed with a higher brightness than the surroundings, the particle is judged to be a coarse Bi particle. The coarse Bi particles may exist alone in the steel material without contacting other particles (precipitates or inclusions). The coarse Bi particles may also exist in the steel material by adhering to or contacting other particles. There is no particular limit to the upper limit of the circle-equivalent diameter of the coarse Bi particles, but in the case of the chemical composition of this embodiment, the upper limit of the circle-equivalent diameter of the coarse Bi particles is 50.0 μm.
上述のとおり、鋼材中の微細Bi粒子により、高周波焼入れ時の溶融割れが抑制される。しかしながら、鋼材中のBiは、微細Bi粒子ではなく粗大Bi粒子を形成する場合がある。粗大Bi粒子は、鋼材の熱間加工割れの起点となり得る。As mentioned above, fine Bi particles in steel suppress melting cracks during induction hardening. However, Bi in steel may form coarse Bi particles instead of fine Bi particles. Coarse Bi particles can become the starting point for hot working cracks in steel.
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り、式(1)を満たし、かつ、微細Bi粒子が80~8000個/mm2である場合であっても、粗大Bi粒子が10個/mm2を超えれば、鋼材に熱間加工割れが発生する場合がある。
したがって、本実施形態の鋼材では、円相当径が10.0μm以上の粗大Bi粒子の個数密度は10個/mm2以下である。
Even if the content of each element in the chemical composition of the steel material is within the range of this embodiment, formula (1) is satisfied, and the number of fine Bi particles is 80 to 8000 particles/ mm2 , if the number of coarse Bi particles exceeds 10 particles/ mm2 , hot working cracks may occur in the steel material.
Therefore, in the steel material of this embodiment, the number density of coarse Bi particles having an equivalent circle diameter of 10.0 μm or more is 10 particles/mm 2 or less.
粗大Bi粒子の個数密度の好ましい上限は8個/mm2であり、さらに好ましくは7個/mm2であり、さらに好ましくは6個/mm2であり、さらに好ましくは5個/mm2である。 The upper limit of the number density of the coarse Bi particles is preferably 8 particles/ mm2 , more preferably 7 particles/ mm2 , even more preferably 6 particles/ mm2 , and even more preferably 5 particles/ mm2 .
粗大Bi粒子の個数密度はなるべく低い方が好ましい。すなわち、粗大Bi粒子の個数密度は0個/mm2であることが好ましい。しかしながら、粗大Bi粒子の個数密度の過剰な低減は、製造コストを引き上げる。したがって、通常の工業生産性を考慮すれば、粗大Bi粒子の個数密度の好ましい下限は1個/mm2であり、さらに好ましくは2個/mm2である。 It is preferable that the number density of the coarse Bi particles is as low as possible. That is, the number density of the coarse Bi particles is preferably 0 particles/ mm2 . However, excessive reduction in the number density of the coarse Bi particles increases the manufacturing cost. Therefore, taking into consideration normal industrial productivity, the preferred lower limit of the number density of the coarse Bi particles is 1 particle/ mm2 , and more preferably 2 particles/ mm2 .
なお、本実施形態の鋼材中には、上述の微細Bi粒子及び粗大Bi粒子だけではなく、1.0μm超~10.0μm未満の中間Bi粒子(以下、単に中間Bi粒子ともいう)も存在する場合がある。しかしながら、中間Bi粒子は、熱間加工割れ及び高周波焼入れ時の溶融割れに影響を与えにくい。したがって、熱間加工割れの抑制及び溶融割れの抑制において、中間Bi粒子は考慮しなくてよい。In addition to the fine Bi particles and coarse Bi particles described above, the steel material of this embodiment may also contain intermediate Bi particles (hereinafter simply referred to as intermediate Bi particles) that are greater than 1.0 μm and less than 10.0 μm. However, intermediate Bi particles are less likely to affect hot working cracks and fusion cracks during induction hardening. Therefore, intermediate Bi particles do not need to be taken into consideration when suppressing hot working cracks and fusion cracks.
[微細Bi粒子及び粗大Bi粒子の個数密度の測定方法]
微細Bi粒子及び粗大Bi粒子の個数密度は、次の方法で測定できる。
鋼材(棒鋼)の軸方向(圧延方向)に対して垂直な断面のうち、R/2部を含む試験片を採取する。ここで、R/2部とは、鋼材の軸方向に垂直な断面における、半径Rの中央部を意味する。採取した試験片の表面のうち、上記鋼材の軸方向に対して垂直な断面に相当する表面を観察面とする。
観察面を鏡面研磨する。走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)を用いて、1000倍の倍率で、鏡面研磨後の観察面のR/2部を20視野観察する。各視野の面積を100μm×120μmとする。
[Method for measuring the number density of fine Bi particles and coarse Bi particles]
The number density of fine Bi particles and coarse Bi particles can be measured by the following method.
A test piece including the R/2 portion is taken from a cross section perpendicular to the axial direction (rolling direction) of the steel material (steel bar). Here, the R/2 portion means the center portion of the radius R in the cross section perpendicular to the axial direction of the steel material. Of the surfaces of the taken test piece, the surface corresponding to the cross section perpendicular to the axial direction of the steel material is used as the observation surface.
The observation surface is mirror-polished. Using a scanning electron microscope (SEM), the R/2 portion of the mirror-polished observation surface is observed in 20 fields of view at a magnification of 1000 times. The area of each field of view is 100 μm×120 μm.
SEM観察により得られた各視野の反射電子像に基づいて、周知の画像解析の粒子解析方法を用いて、粗大Bi粒子及び微細Bi粒子の個数密度を調べる。具体的には、鋼材の母相と粒子との界面に基づいて、鋼材中の粒子を特定する。ここでいう粒子は、介在物又は析出物である。画像解析を行い、特定された粒子の円相当径を求める。具体的には、特定された各粒子の面積を求める。求めた面積と同じ面積の円での直径を、当該粒子の円相当径(μm)とする。Based on the backscattered electron images of each field obtained by SEM observation, the number density of coarse Bi particles and fine Bi particles is examined using a well-known particle analysis method of image analysis. Specifically, particles in the steel are identified based on the interface between the steel matrix and the particles. The particles referred to here are inclusions or precipitates. Image analysis is performed to determine the circular equivalent diameter of the identified particles. Specifically, the area of each identified particle is determined. The diameter of a circle with the same area as the determined area is defined as the circular equivalent diameter (μm) of the particle.
上述のとおり、Biは重元素であるため、反射電子像において高輝度で観察される。そのため、上記SEM観察により得られた反射電子像中で観察される粒子のうち、円相当径が0.1~1.0μmの粒子であって、かつ、周囲よりも高輝度で観察される粒子を、微細Bi粒子と特定する。また、SEM観察により得られた反射電子像で観察される粒子のうち、円相当径が10.0μm以上の粒子であって、かつ、周囲よりも高輝度で観察される粒子を、粗大Bi粒子と特定する。As mentioned above, Bi is a heavy element and is therefore observed with high brightness in the backscattered electron image. Therefore, among the particles observed in the backscattered electron image obtained by the above SEM observation, particles with an equivalent circle diameter of 0.1 to 1.0 μm and observed with a higher brightness than the surrounding particles are identified as fine Bi particles. Furthermore, among the particles observed in the backscattered electron image obtained by SEM observation, particles with an equivalent circle diameter of 10.0 μm or more and observed with a higher brightness than the surrounding particles are identified as coarse Bi particles.
なお、後述の実施例において、上記方法により特定された微細Bi粒子及び粗大Bi粒子の化学組成を、SEMに備えられたエネルギー分散型X線分析装置(EDX:Energy Dispersive X-ray spectroscopy)を用いて分析した結果、いずれもBi粒子であることを確認できている。なお、確認したときのEDXのビーム径は0.1~1.0μmであった。In the examples described below, the chemical compositions of the fine Bi particles and the coarse Bi particles identified by the above method were analyzed using an energy dispersive X-ray analyzer (EDX: Energy Dispersive X-ray spectroscopy) equipped in the SEM, and it was confirmed that both were Bi particles. The EDX beam diameter at the time of confirmation was 0.1 to 1.0 μm.
上記の方法で微細Bi粒子及び粗大Bi粒子を特定する。各視野で特定された微細Bi粒子の総個数と、20視野の総面積(0.24mm2)とに基づいて、微細Bi粒子の単位面積当たりの個数(個/mm2)を求める。また、各視野で特定された粗大Bi粒子の総個数と、20視野の総面積(0.24mm2)とに基づいて、粗大Bi粒子の単位面積当たりの個数(個/mm2)を求める。 Fine Bi particles and coarse Bi particles are identified using the above method. The number of fine Bi particles per unit area (particles/mm2) is calculated based on the total number of fine Bi particles identified in each visual field and the total area of the 20 visual fields (0.24 mm2 ). The number of coarse Bi particles per unit area (particles/ mm2 ) is also calculated based on the total number of coarse Bi particles identified in each visual field and the total area of the 20 visual fields ( 0.24 mm2 ).
[本実施形態の鋼材の効果]
以上のとおり、本実施形態の鋼材は特徴1~特徴4を満たす。そのため、本実施形態の鋼材では、被削性に優れ、熱間加工時の割れ及び高周波焼入れ時の溶融割れを抑制でき、機械構造用部品とした場合に優れた疲労強度を有する。以下、これらの効果について説明する。
[Effects of the steel material according to this embodiment]
As described above, the steel material of this embodiment satisfies Features 1 to 4. Therefore, the steel material of this embodiment has excellent machinability, can suppress cracks during hot working and melting cracks during induction hardening, and has excellent fatigue strength when used as a machine structural part. These effects will be described below.
[本実施形態の鋼材の好ましい用途]
本実施形態の鋼材は、例えば、機械構造用部品の素材として広く適用可能である。本実施形態の鋼材は特に、機械構造用部品の製造工程において、高周波焼入れを実施する場合に、好適である。ただし、高周波焼入れを実施しない場合であっても、本実施形態の鋼材は、機械構造用部品の素材として適用可能である。
[Preferable uses of the steel material according to this embodiment]
The steel material of this embodiment is widely applicable, for example, as a material for machine structural parts. The steel material of this embodiment is particularly suitable for the case where high-frequency hardening is performed in the manufacturing process of the machine structural parts. However, even if high-frequency hardening is not performed, the steel material of this embodiment is applicable as a material for machine structural parts.
[製造方法]
本実施形態の鋼材の製造方法の一例は次のとおりである。本実施形態の鋼材の製造方法は、精錬工程と、鋳造工程と、熱間加工工程とを備える。熱間加工工程は任意の工程であり、実施しなくてもよい。以下、各工程について説明する。
[Manufacturing method]
An example of a method for producing a steel material according to the present embodiment is as follows. The method for producing a steel material according to the present embodiment includes a refining step, a casting step, and a hot working step. The hot working step is an optional step and may not be performed. Each step will be described below.
本実施形態の鋼材の製造方法の一例は、次の工程を含む。なお、工程3は任意の工程であり、実施しなくてもよい。
(工程1)精錬工程
(工程2)鋳造工程
(工程3)熱間加工工程
以下、各工程について説明する。
An example of the method for manufacturing a steel material according to the present embodiment includes the following steps: Note that step 3 is an optional step and may not be performed.
(Step 1) Refining step (Step 2) Casting step (Step 3) Hot working step Each step will be described below.
[(工程1)精錬工程]
精錬工程では、上述の特徴1及び特徴2を満たす化学組成を有する溶鋼を製造する。精錬工程は、一次精錬工程と二次精錬工程とを含む。
一次精錬工程では、周知の方法で製造された溶銑に対して、転炉での精錬を実施する。二次精錬工程では、溶鋼に対して合金元素を添加して、溶鋼の化学組成が、特徴1及び特徴2を満たすようにする。具体的には、二次精錬工程では、周知の精錬方法で溶鋼を攪拌しながら、Bi以外の溶鋼の成分調整を実施する。その後、溶鋼を攪拌しながら、ワイヤーにより溶鋼にBiを添加し、Biの成分調整を行う。
[(Step 1) Refining step]
In the refining process, molten steel is produced having a chemical composition that satisfies the above-mentioned features 1 and 2. The refining process includes a primary refining process and a secondary refining process.
In the primary refining process, molten iron produced by a known method is refined in a converter. In the secondary refining process, alloy elements are added to the molten steel so that the chemical composition of the molten steel satisfies Features 1 and 2. Specifically, in the secondary refining process, the components of the molten steel other than Bi are adjusted while the molten steel is stirred by a known refining method. Thereafter, Bi is added to the molten steel by a wire while stirring the molten steel, and the Bi component is adjusted.
二次精錬工程では、次の条件を満たす。
(条件)
溶鋼にBiを添加した後、二次精錬工程での攪拌終了までの時間Tを15分超~60分未満とする。
In the secondary refining process, the following conditions are met:
(conditions)
The time T from the addition of Bi to the molten steel until the end of stirring in the secondary refining step is set to more than 15 minutes and less than 60 minutes.
二次精錬工程において、Biを添加した後、二次精錬工程での攪拌終了までの時間は、15分超~60分未満である。
Biを添加した後、二次精錬工程での攪拌終了までの時間が15分以下の場合、溶鋼中でBiが十分に拡散しない。この場合、鋼材中に粗大Bi粒子が過剰に多く生成する。
Biを添加した後、二次精錬工程での攪拌終了までの時間が60分以上の場合、微細Bi粒子同士が凝集しやすくなる。そのため、微細Bi粒子の個数密度が減少する。
二次精錬工程で、Biを添加した後、二次精錬工程での攪拌終了までの時間が15分超であれば、溶鋼中でBiが十分に拡散する。そのため、鋼材中に微細Bi粒子が十分に生成する。さらに、二次精錬工程で、Biを添加した後、二次精錬工程での攪拌終了までの時間が60分未満であれば、微細Bi粒子同士の凝集を十分に抑制できる。そのため、微細Bi粒子の個数密度が80個/mm2以上となり、粗大Bi粒子の個数密度が10個/mm2以下になる。
In the secondary refining step, the time from the addition of Bi to the end of stirring in the secondary refining step is more than 15 minutes and less than 60 minutes.
If the time from the addition of Bi to the end of stirring in the secondary refining process is 15 minutes or less, Bi does not diffuse sufficiently in the molten steel, and in this case, an excessive number of coarse Bi particles are generated in the steel material.
If the time from the addition of Bi to the end of stirring in the secondary refining step is 60 minutes or longer, the fine Bi particles tend to aggregate with each other, resulting in a decrease in the number density of the fine Bi particles.
If the time from the addition of Bi in the secondary refining process until the end of stirring in the secondary refining process is more than 15 minutes, Bi is sufficiently diffused in the molten steel. Therefore, fine Bi particles are sufficiently generated in the steel. Furthermore, if the time from the addition of Bi in the secondary refining process until the end of stirring in the secondary refining process is less than 60 minutes, aggregation of the fine Bi particles can be sufficiently suppressed. Therefore, the number density of the fine Bi particles is 80 particles/ mm2 or more, and the number density of the coarse Bi particles is 10 particles/ mm2 or less.
溶鋼にBiを添加した後、二次精錬工程での攪拌終了までの時間の好ましい上限は50分であり、さらに好ましくは40分である。Biを添加した後、二次精錬工程での攪拌終了までの時間の好ましい下限は20分であり、さらに好ましくは30分である。After adding Bi to the molten steel, the preferred upper limit of the time until the end of stirring in the secondary refining process is 50 minutes, more preferably 40 minutes. After adding Bi, the preferred lower limit of the time until the end of stirring in the secondary refining process is 20 minutes, more preferably 30 minutes.
なお、Biを添加した後、二次精錬工程での攪拌終了までの溶鋼の温度は1510~1560℃である。After Bi is added, the temperature of the molten steel until the end of stirring in the secondary refining process is 1510 to 1560°C.
[(工程2)鋳造工程]
鋳造工程では、溶鋼を用いて、周知の鋳造方法により鋳片(スラブ又はブルーム)又は鋼塊(インゴット)を製造する。鋳造方法は例えば、連続鋳造法や造塊法である。
[(Step 2) Casting step]
In the casting process, the molten steel is used to produce a slab (or bloom) or a steel ingot (ingot) by a well-known casting method, such as a continuous casting method or an ingot casting method.
[(工程3)熱間加工工程]
熱間加工工程は、任意の工程である。つまり、熱間加工工程は実施してもよいし、実施しなくてもよい。
熱間加工工程を実施する場合、熱間加工工程では、上記鋳造工程で製造された鋳片又は鋼塊に対して、熱間加工を実施して、本実施形態の鋼材を製造する。本実施形態の鋼材は例えば、棒鋼である。熱間加工工程は例えば、熱間圧延であってもよく、熱間鍛造であってもよい。
熱間加工工程において熱間圧延を実施する場合、例えば、粗圧延工程のみであってもよいし、粗圧延工程と、仕上げ圧延工程とを実施してもよい。粗圧延工程は例えば、分塊圧延である。仕上げ圧延工程は例えば、連続圧延機を用いた仕上げ圧延である。連続圧延機では例えば、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。粗圧延工程及び仕上げ圧延工程での加熱温度は例えば、1000~1300℃である。
[(Step 3) Hot working step]
The hot working step is an optional step, i.e., the hot working step may or may not be performed.
When the hot working step is carried out, the slab or steel ingot produced in the casting step is subjected to hot working in the hot working step to produce the steel material of the present embodiment. The steel material of the present embodiment is, for example, a steel bar. The hot working step may be, for example, hot rolling or hot forging.
When hot rolling is performed in the hot working step, for example, only a rough rolling step may be performed, or a rough rolling step and a finish rolling step may be performed. The rough rolling step is, for example, blooming. The finish rolling step is, for example, finish rolling using a continuous rolling mill. In the continuous rolling mill, for example, a horizontal stand having a pair of horizontal rolls and a vertical stand having a pair of vertical rolls are alternately arranged in a row. The heating temperature in the rough rolling step and the finish rolling step is, for example, 1000 to 1300°C.
以上の製造工程により、本実施形態の鋼材が製造される。上述のとおり、本製造方法は熱間加工工程を省略してもよい。つまり、本実施形態の鋼材は、鋳造品(鋳片又はインゴット)であってもよい。また、本実施形態の鋼材は、熱間加工工程を実施して製造されてもよい。The steel material of this embodiment is manufactured by the above manufacturing process. As mentioned above, the hot working process may be omitted in this manufacturing method. In other words, the steel material of this embodiment may be a cast product (a piece of cast steel or an ingot). The steel material of this embodiment may also be manufactured by carrying out a hot working process.
[機械構造用部品の製造方法]
上述のとおり、本実施形態の鋼材は、機械構造用部品の素材となる。機械構造用部品は例えば、自動車用途の部品である。機械構造用部品は例えば、足回り部品、車軸、クランクシャフト等である。
[Method of manufacturing machine structural parts]
As described above, the steel material of the present embodiment is used as a material for machine structural parts. The machine structural parts are, for example, parts for automobiles. The machine structural parts are, for example, suspension parts, axles, crankshafts, etc.
本実施形態の鋼材を素材として用いた機械構造用部品は、例えば、次の周知の製造方法により製造される。 Mechanical structural components using the steel material of this embodiment as the material are manufactured, for example, by the following well-known manufacturing method.
初めに、本実施形態の鋼材を熱間加工して、機械構造用部品の粗形状の中間品を製造する。熱間加工は例えば、熱間鍛造である。製造された中間品を機械加工により所定の形状に切削する。切削後の中間品に対して、高周波焼入れ及び焼戻しを実施する。以上の工程により、機械構造用部品が製造される。First, the steel material of this embodiment is hot worked to produce an intermediate product having a rough shape for a machine structural component. The hot working is, for example, hot forging. The produced intermediate product is cut into a predetermined shape by machining. After cutting, the intermediate product is subjected to induction hardening and tempering. Through the above steps, a machine structural component is produced.
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り、かつ、式(1)を満たす。さらに、円相当径が0.1~1.0μmの微細Bi粒子の個数密度が80~8000個/mm2であり、円相当径が10.0μm以上の粗大Bi粒子の個数密度が10個/mm2以下である。つまり、本実施形態の鋼材は特徴1~特徴4を満たす。そのため、本実施形態の鋼材では、優れた被削性が得られる。さらに、本実施形態の鋼材を素材として製造された機械構造用部品では優れた疲労強度が得られる。さらに、鋼材の製造工程中又は機械構造用部品の製造工程中での熱間加工割れが抑制される。さらに、本実施形態の鋼材を素材とした機械構造用部品を製造する場合、高周波焼入れを実施しても、溶融割れが抑制される。 In the steel material of this embodiment, the content of each element in the chemical composition is within the range of this embodiment and satisfies formula (1). Furthermore, the number density of fine Bi particles having a circle equivalent diameter of 0.1 to 1.0 μm is 80 to 8000 particles/ mm2 , and the number density of coarse Bi particles having a circle equivalent diameter of 10.0 μm or more is 10 particles/ mm2 or less. In other words, the steel material of this embodiment satisfies features 1 to 4. Therefore, the steel material of this embodiment has excellent machinability. Furthermore, machine structural parts manufactured using the steel material of this embodiment as a material have excellent fatigue strength. Furthermore, hot working cracks during the manufacturing process of the steel material or the manufacturing process of the machine structural parts are suppressed. Furthermore, when manufacturing machine structural parts using the steel material of this embodiment as a material, melting cracks are suppressed even if induction hardening is performed.
実施例により本実施形態の鋼材の効果をさらに具体的に説明する。以下の実施例での条件は、本実施形態の鋼材の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例である。したがって、本実施形態の鋼材はこの一条件例に限定されない。The effects of the steel material of this embodiment will be explained in more detail using examples. The conditions in the following examples are one example of conditions adopted to confirm the feasibility and effects of the steel material of this embodiment. Therefore, the steel material of this embodiment is not limited to this one example of conditions.
表1~表4の化学組成を有する鋼材を、以下の製造工程で製造した。なお、いずれの試験番号においても、O(酸素)含有量は質量%で0.0050%以下であった。また、Ta及びZnの合計含有量は、質量%で0~0.01%であった。また、Pb含有量は、質量%で0.09%以下であった。Steel materials having the chemical compositions in Tables 1 to 4 were manufactured using the following manufacturing process. Note that for all test numbers, the O (oxygen) content was 0.0050% or less by mass. The total Ta and Zn content was 0 to 0.01% by mass. The Pb content was 0.09% or less by mass.
表1~表4中の「-」部分は、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。
例えば、本実施形態で規定されたMo含有量は小数第二位までの数値で規定されている。したがって、表2中の試験番号1では、測定されたMo含有量が、小数第三位で四捨五入した場合に、0%であったことを意味する。
また、本実施形態で規定されたMg含有量は小数第四位までの数値で規定されている。したがって、表1中の試験番号1では、測定されたMg含有量が、小数第五位で四捨五入した場合に、0%であったことを意味する。
なお、四捨五入とは、規定された最小桁の下の桁(端数)が5未満であれば切り捨て、5以上であれば切り上げることを意味する。
In Tables 1 to 4, the "-" portion means that the content of the corresponding element is 0% in significant figures (numerical values to the least significant digit) as specified in the embodiment. In other words, the content of the corresponding element is 0% when the fraction in significant figures (numerical values to the least significant digit) as specified in the above embodiment is rounded off.
For example, the Mo content specified in this embodiment is specified as a numerical value up to two decimal places, which means that the measured Mo content in test number 1 in Table 2 was 0% when rounded off to two decimal places.
In addition, the Mg content specified in this embodiment is specified as a numerical value up to the fourth decimal place, so that in the case of test number 1 in Table 1, the measured Mg content was 0% when rounded off to the fifth decimal place.
Here, rounding off means that if the digit (fraction) to the right of the specified minimum digit is less than 5, it is rounded down, and if it is 5 or more, it is rounded up.
溶鋼を用いて、70トン転炉を用いて、精錬工程(一次精錬工程、及び、二次精錬工程)を実施した。一次精錬工程では、周知の方法で製造された溶銑に対して転炉での精錬を実施した。二次精錬工程では、合金元素を添加して、溶鋼の化学組成が、本実施形態の鋼材の化学組成を有する溶鋼を製造した。具体的には、周知の方法で二次精錬を実施して、溶鋼を攪拌しながら、Bi以外の溶鋼の成分調整を実施した。その後、溶鋼を攪拌しながら、ワイヤーにてBiを添加し、Biの成分調整を行った。二次精錬工程でのBiを添加した後、二次精錬工程での攪拌終了までの時間T(分)は、表5及び表6に示すとおりであった。なお、Biを添加した後、攪拌終了までの溶鋼温度は1510~1560℃であった。連続鋳造法により300mm×400mmの横断面を有する鋳片(ブルーム)を製造した。 The refining process (primary refining process and secondary refining process) was carried out using molten steel and a 70-ton converter. In the primary refining process, refining was carried out in a converter on molten pig iron produced by a known method. In the secondary refining process, alloy elements were added to produce molten steel having the chemical composition of the steel material of this embodiment. Specifically, secondary refining was carried out by a known method, and the components of the molten steel other than Bi were adjusted while stirring the molten steel. Then, Bi was added with a wire while stirring the molten steel, and the Bi components were adjusted. The time T (min) from the addition of Bi in the secondary refining process until the end of stirring in the secondary refining process was as shown in Tables 5 and 6. Note that the molten steel temperature until the end of stirring after adding Bi was 1510 to 1560°C. A cast piece (bloom) having a cross section of 300 mm x 400 mm was produced by a continuous casting method.
製造した鋳片を加熱した後、鋳片を分塊圧延して、横断面が180mm×180mmのビレットを製造した。ビレットを1250℃に加熱した後、熱間鍛造して、表1の化学組成を有する直径80mmの鋼材(棒鋼)を製造した。The produced cast pieces were heated and then bloomed to produce billets with a cross section of 180 mm x 180 mm. The billets were heated to 1250°C and then hot forged to produce steel materials (steel bars) with a diameter of 80 mm and the chemical composition shown in Table 1.
[模擬機械構造用部品の中間品の製造]
鋼材を素材とした機械構造用部品の製造工程における熱間鍛造を模擬する熱処理を実施した。具体的には、鋼材を1100℃に加熱して30分保持した。その後、鋼材を大気中で放冷し、模擬機械構造用部品の中間品を製造した。各試験番号の模擬機械構造用部品の中間品は、直径80mmの鋼材(棒鋼)であった。
[Manufacturing intermediate parts for simulated mechanical structures]
A heat treatment was carried out to simulate hot forging in the manufacturing process of machine structural parts made of steel. Specifically, the steel was heated to 1100°C and held at that temperature for 30 minutes. The steel was then allowed to cool in the air to produce intermediate products of the simulated machine structural parts. The intermediate products of the simulated machine structural parts for each test number were steel materials (steel bars) with a diameter of 80 mm.
[評価試験]
各試験番号の鋼材及び各試験番号の模擬機械構造用部品の中間品に対して、次の評価試験を実施した。
(試験1)熱間加工割れ評価試験
(試験2)微細Bi粒子及び粗大Bi粒子の個数密度測定
(試験3)溶融割れ評価試験
(試験4)被削性試験(ドリル寿命試験)
(試験5)疲労強度評価試験(回転曲げ疲労試験)
以下、試験1~試験5について説明する。
[Evaluation test]
The following evaluation tests were carried out on the steel materials of each test number and the intermediate products of the simulated machine structural parts of each test number.
(Test 1) Hot working crack evaluation test (Test 2) Measurement of the number density of fine Bi particles and coarse Bi particles (Test 3) Melting crack evaluation test (Test 4) Machinability test (drill life test)
(Test 5) Fatigue strength evaluation test (rotating bending fatigue test)
Tests 1 to 5 will be described below.
[(試験1)熱間加工割れ評価試験]
製造された鋼材の表面を目視で観察した。目視での観察の結果、鋼材の表面において鋼材の軸方向(圧延方向)に1m当たりで3箇所以上の明確な割れが観察されなかった場合、熱間加工割れが十分に抑制されたと判断した(表5及び表6中の「熱間加工割れ」欄で「E」(Excellent)で表記)。
一方、目視での観察の結果、鋼材の表面において鋼材の軸方向(圧延方向)に1m当たりで3箇所以上の明確な割れが観察された場合、熱間加工割れが十分に抑制できなかったと判断した(表5及び表6中の「熱間加工割れ」欄で「NA」(Not Accepted)で表記)。
なお、熱間加工割れ評価試験で熱間加工割れが十分に抑制できなかった場合、試験3~試験5を実施しなかった(表5及び表6の「溶融割れ」欄、「被削性」欄、及び、「疲労強度」欄で「-」で表記)。
[(Test 1) Hot working crack evaluation test]
The surface of the produced steel material was visually observed. When three or more clear cracks were not observed per meter in the axial direction (rolling direction) of the steel material on the surface of the steel material as a result of the visual observation, it was determined that hot working cracks were sufficiently suppressed (indicated as "E" (Excellent) in the "Hot working cracks" column in Tables 5 and 6).
On the other hand, when visual observation revealed that three or more clear cracks per meter were observed on the surface of the steel in the axial direction (rolling direction) of the steel, it was determined that hot working cracks could not be sufficiently suppressed (indicated as "NA" (Not Accepted) in the "Hot working cracks" column in Tables 5 and 6).
In addition, when hot working cracking could not be sufficiently suppressed in the hot working cracking evaluation test, Tests 3 to 5 were not performed (indicated by "-" in the "melting cracking", "machinability", and "fatigue strength" columns of Tables 5 and 6).
[(試験2)微細Bi粒子及び粗大Bi粒子の個数密度測定]
上述の[微細Bi粒子及び粗大Bi粒子の個数密度の測定方法]に記載の方法に基づいて、各試験番号の鋼材の微細Bi粒子の個数密度(個/mm2)、及び、粗大Bi粒子の個数密度(個/mm2)を求めた。なお、熱間鍛造を模擬した熱処理を実施する前の鋼材(棒鋼)から試験片を採取した。得られた微細Bi粒子の個数密度の結果を表5及び表6の「微細Bi粒子個数密度(個/mm2)」欄に示す。得られた粗大Bi粒子の個数密度の結果を表5及び表6の「粗大Bi粒子個数密度(個/mm2)」欄に示す。
[(Test 2) Measurement of the number density of fine Bi particles and coarse Bi particles]
Based on the method described in the above [Method for measuring the number density of fine Bi particles and coarse Bi particles], the number density (pieces/ mm2 ) of fine Bi particles and the number density (pieces/ mm2 ) of coarse Bi particles of the steel material of each test number were determined. Note that test pieces were taken from the steel material (steel bar) before the heat treatment simulating hot forging was performed. The obtained number density results of fine Bi particles are shown in the "Fine Bi particle number density (pieces/ mm2 )" column of Tables 5 and 6. The obtained number density results of coarse Bi particles are shown in the "Coarse Bi particle number density (pieces/ mm2 )" column of Tables 5 and 6.
なお、模擬機械構造用部品の中間品は、直径80mmの鋼材に対して熱間鍛造を模擬する熱処理を実施している。熱間鍛造を模擬する1100℃の熱処理を実施するだけでは、鋼材中の微細Bi粒子及び粗大Bi粒子の個数密度には影響しない。そのため、模擬機械構造用部品の中間品の微細Bi粒子及び粗大Bi粒子の個数密度は、直径80mmの鋼材の微細Bi粒子及び粗大Bi粒子の個数密度と実質的に同じである。実際に、上述の[粗大Bi粒子及び微細Bi粒子の個数密度の測定方法]に記載の方法に基づいて、各試験番号の模擬機械構造用部品の中間品の微細Bi粒子の個数密度(個/mm2)、及び、粗大Bi粒子の個数密度(個/mm2)を求めた。その結果、各試験番号の模擬機械構造用部品の中間品の微細Bi粒子の個数密度(個/mm2)、及び、粗大Bi粒子の個数密度(個/mm2)は、対応する試験番号の鋼材の微細Bi粒子の個数密度(個/mm2)、及び、粗大Bi粒子の個数密度(個/mm2)と略同じであった。 In addition, the intermediate product of the simulated mechanical structure part is a steel material with a diameter of 80 mm, which is subjected to a heat treatment simulating hot forging. Simply performing a heat treatment at 1100°C simulating hot forging does not affect the number density of fine Bi particles and coarse Bi particles in the steel material. Therefore, the number density of fine Bi particles and coarse Bi particles of the intermediate product of the simulated mechanical structure part is substantially the same as the number density of fine Bi particles and coarse Bi particles of the steel material with a diameter of 80 mm. In fact, based on the method described in the above [Method for measuring the number density of coarse Bi particles and fine Bi particles], the number density (pieces/ mm2 ) of fine Bi particles and the number density (pieces/ mm2 ) of coarse Bi particles of the intermediate product of the simulated mechanical structure part of each test number were obtained. As a result, the number density of fine Bi particles (pieces/ mm2 ) and the number density of coarse Bi particles (pieces/ mm2 ) of the intermediate products of the simulated mechanical structural parts with each test number were approximately the same as the number density of fine Bi particles (pieces/ mm2 ) and the number density of coarse Bi particles (pieces/ mm2 ) of the steel with the corresponding test number.
[(試験3)溶融割れ評価試験]
各試験番号の模擬機械構造用部品の中間品の軸方向(圧延方向)に対して垂直な断面のR/2部を含む、幅10mm、厚さ3mm、長さ10mmの試験片を採取した。試験片の長手方向は、模擬機械構造用部品の中間品の軸方向(圧延方向)と平行であった。また、試験片の長手方向に平行な中心軸が、R/2部と一致した。
[(Test 3) Melting crack evaluation test]
A test piece having a width of 10 mm, a thickness of 3 mm, and a length of 10 mm was taken, including the R/2 portion of the cross section perpendicular to the axial direction (rolling direction) of the intermediate product of the simulated mechanical structural part of each test number. The longitudinal direction of the test piece was parallel to the axial direction (rolling direction) of the intermediate product of the simulated mechanical structural part. In addition, the central axis parallel to the longitudinal direction of the test piece coincided with the R/2 portion.
富士電波工機株式会社製の熱サイクル試験装置を用いて、試験片に対して、高周波焼入れの模擬試験を実施した。具体的には、高周波コイルを用いて試験片を100℃/秒の昇温速度で1370℃まで加熱した。そして、試験片を1370℃で15秒間保持した。その後、試験片を水冷した。A simulated high-frequency hardening test was conducted on the test piece using a thermal cycle test device manufactured by Fuji Electric Industrial Co., Ltd. Specifically, the test piece was heated to 1370°C at a heating rate of 100°C/sec using a high-frequency coil. The test piece was then held at 1370°C for 15 seconds. The test piece was then water-cooled.
水冷後の試験片の長手方向に対して垂直な断面(観察面)を機械研磨した。機械研磨後の観察面をピクラール試薬にて腐食した。腐食された観察面のうち、R/2部に相当する視野を、400倍の光学顕微鏡で観察した。観察した視野において、溶融割れの有無を目視で確認した。視野の面積は、250μm×400μmであった。After water cooling, the cross section (observation surface) perpendicular to the longitudinal direction of the test piece was mechanically polished. The mechanically polished observation surface was corroded with picral reagent. Of the corroded observation surface, a field of view corresponding to the R/2 portion was observed under an optical microscope at 400x magnification. The presence or absence of melt cracks was visually confirmed in the observed field of view. The area of the field of view was 250 μm × 400 μm.
観察した視野中の組織の粒界において、5μm以上の幅で腐食されている領域(腐食領域)が1箇所でも観察される場合、溶融割れが十分に抑制されなかったと判断した(表5及び表6中の「溶融割れ」欄で「E」で表記)。粒界において5μm以上の幅の腐食領域とは、例えば、図1に示すとおり、視野中の粒界GBにおける腐食領域10のような、最大の幅が5μm以上となる領域を意味する。一方、図2のように、粒界GBに腐食領域が観察されない場合、溶融割れが十分に抑制されたと判断した(表5及び表6中の「溶融割れ」欄で「NA」で表記)。
When even one corroded area (corroded area) with a width of 5 μm or more was observed in the grain boundary of the structure in the observed field of view, it was determined that fusion cracking was not sufficiently suppressed (indicated by "E" in the "fusion cracking" column in Tables 5 and 6). A corroded area with a width of 5 μm or more in the grain boundary means an area with a maximum width of 5 μm or more, such as the corroded
[(試験4)被削性評価試験(ドリル寿命試験)]
各試験番号の模擬機械構造用部品の中間品から被削性評価用試験片を採取した。具体的には、直径80mmの模擬機械構造用部品の中間品の長手方向に対して垂直な断面のうち、鋼材の外表面から21mmの深さ位置の箇所に対して、ドリル穿孔を実施した。株式会社不二越製 型番SD3.0のドリルを使用し、1回転当たりの送り量を0.25mm/revとした。また、1穴の穿孔深さを9mmとした。穿孔中、穿孔箇所に対して、潤滑剤として水溶性の切削油を継続して供給した。
上記条件でドリル穿孔を行い、鋼材の被削性を評価した。評価指標として、最大切削速度VL1000(m/分)を用いた。最大切削速度VL1000とは、1000mm長の穴開けが可能なドリルの最速の切削速度を意味する。
最大切削速度VL1000が15m/分以上の場合、優れた被削性が得られたと判断した(表5及び表6中の「被削性」欄で「E」で表記)。一方、最大切削速度VL1000が15m/分未満の場合、優れた被削性が得られなかったと判断した(表5及び表6中の「被削性」欄で「NA」で表記)。
[(Test 4) Machinability evaluation test (drill life test)]
A test piece for machinability evaluation was taken from the intermediate product of the simulated machine structural part of each test number. Specifically, a drill was drilled at a depth of 21 mm from the outer surface of the steel material in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the intermediate product of the simulated machine structural part with a diameter of 80 mm. A drill of model SD3.0 manufactured by Fujikoshi Corporation was used, and the feed rate per revolution was set to 0.25 mm/rev. The drilling depth of one hole was set to 9 mm. During drilling, water-soluble cutting oil was continuously supplied to the drilled portion as a lubricant.
The drill was drilled under the above conditions to evaluate the machinability of the steel material. The maximum cutting speed VL1000 (m/min) was used as an evaluation index. The maximum cutting speed VL1000 means the fastest cutting speed of a drill capable of drilling a hole of 1000 mm in length.
When the maximum cutting speed VL1000 was 15 m/min or more, it was determined that excellent machinability was obtained (indicated by "E" in the "machinability" column in Tables 5 and 6). On the other hand, when the maximum cutting speed VL1000 was less than 15 m/min, it was determined that excellent machinability was not obtained (indicated by "NA" in the "machinability" column in Tables 5 and 6).
[(試験5)疲労強度評価試験(回転曲げ疲労試験)]
製造された模擬機械構造用部品の中間品から、回転曲げ疲労試験片を採取した。図3は各模擬機械構造用部品の中間品から採取した回転曲げ疲労試験片の側面図である。図3中の「φ」の数値は、その部位での直径(mm)を意味する。
[(Test 5) Fatigue strength evaluation test (rotating bending fatigue test)]
Rotating bending fatigue test pieces were taken from the intermediate products of the manufactured simulated machine structural parts. Figure 3 is a side view of the rotating bending fatigue test pieces taken from the intermediate products of each simulated machine structural part. The numerical value of "φ" in Figure 3 means the diameter (mm) at that part.
回転曲げ疲労試験片は、平行部の直径が8mm、掴み部の直径が12mmであった。具体的には、旋盤加工により、模擬機械構造用部品の中間品の表面から3.5mmの深さまで切削して、平行部を作成した。したがって、平行部の表面は、少なくとも、棒鋼の表面から深さ5mmの範囲内に相当した。なお、回転曲げ疲労試験片の平行部の長手方向は、模擬機械構造用部品の長手方向と平行であった。上述の回転曲げ疲労試験片は、鋼材を用いた機械構造用部品の製造工程において、熱間加工後の中間品に対して切削加工を実施した後の中間品を想定した。採取した回転曲げ疲労試験片の平行部に仕上げ研磨を実施し、表面粗さを調整した。具体的には、表面の中心線平均粗さ(Ra)を3.0μm以内とし、最大高さ(Rmax)を9.0μm以内にした。The rotating bending fatigue test specimen had a parallel part with a diameter of 8 mm and a gripping part with a diameter of 12 mm. Specifically, the parallel part was created by cutting the surface of the intermediate product of the simulated mechanical structural part to a depth of 3.5 mm by lathe processing. Therefore, the surface of the parallel part was at least within a range of a depth of 5 mm from the surface of the steel bar. The longitudinal direction of the parallel part of the rotating bending fatigue test specimen was parallel to the longitudinal direction of the simulated mechanical structural part. The above-mentioned rotating bending fatigue test specimen was assumed to be an intermediate product after cutting processing was performed on the intermediate product after hot working in the manufacturing process of the mechanical structural part using steel material. The parallel part of the collected rotating bending fatigue test specimen was subjected to finish polishing to adjust the surface roughness. Specifically, the center line average roughness (Ra) of the surface was set to within 3.0 μm, and the maximum height (Rmax) was set to within 9.0 μm.
なお、高周波焼入れ前の模擬機械構造用部品の中間品から採取した回転曲げ疲労試験片を用いた試験により、疲労強度が十分に高ければ、高周波焼入れを実施した後の機械構造用部品においても、優れた疲労強度が得られることは、当業者にも周知の技術常識である。そこで、上述の回転曲げ疲労試験片を用いて、室温(23℃)、大気雰囲気にて、回転数3600rpmの両振りの条件で小野式回転曲げ疲労試験を行った。複数の試験片に対して加える応力を変えて疲労試験を実施し、107サイクル後に破断しなかった最も高い応力を、疲労強度(MPa)とした。 It is common knowledge among those skilled in the art that if the fatigue strength is sufficiently high in a test using a rotating bending fatigue test piece taken from an intermediate product of a simulated machine structural part before induction hardening, then the machine structural part after induction hardening will also have excellent fatigue strength. Therefore, using the above rotating bending fatigue test piece, an Ono-type rotating bending fatigue test was performed under alternating conditions of room temperature (23°C), air atmosphere, and a rotation speed of 3600 rpm. Fatigue tests were performed on multiple test pieces by applying different stresses, and the highest stress at which the test piece did not break after 107 cycles was determined as the fatigue strength (MPa).
得られた疲労強度が550MPa以上の場合、優れた疲労強度が得られたと判断した(表5及び表6中の「疲労強度」欄で「E」で表記)。疲労強度が550MPa未満の場合、優れた疲労強度が得られなかったと判断した(表5及び表6中の「疲労強度」欄で「NA」で表記)。If the fatigue strength obtained was 550 MPa or more, it was determined that excellent fatigue strength was obtained (indicated by "E" in the "Fatigue strength" column in Tables 5 and 6). If the fatigue strength was less than 550 MPa, it was determined that excellent fatigue strength was not obtained (indicated by "NA" in the "Fatigue strength" column in Tables 5 and 6).
[評価結果]
表1~表6を参照して、試験番号1~43の鋼材は、特徴1~特徴4を満たした。そのため、熱間加工割れが十分に抑制され、溶融割れが十分に抑制された。さらに、被削性評価試験において、最大切削速度VL1000が15m/分以上であり、優れた被削性が得られた。さらに、疲労強度評価試験において、疲労強度は550MPa以上であり、優れた疲労強度が得られた。
[Evaluation Results]
With reference to Tables 1 to 6, the steel materials of test numbers 1 to 43 satisfied features 1 to 4. Therefore, hot working cracks were sufficiently suppressed, and fusion cracks were sufficiently suppressed. Furthermore, in the machinability evaluation test, the maximum cutting speed VL1000 was 15 m/min or more, and excellent machinability was obtained. Furthermore, in the fatigue strength evaluation test, the fatigue strength was 550 MPa or more, and excellent fatigue strength was obtained.
一方、試験番号44では、C含有量が高すぎた。そのため、溶融割れが発生した。On the other hand, in test number 44, the C content was too high, which caused melting cracks.
試験番号45では、C含有量が低すぎた。そのため、疲労強度が低かった。In test number 45, the C content was too low, resulting in low fatigue strength.
試験番号46では、Si含有量が高すぎた。そのため、溶融割れが発生した。In test number 46, the Si content was too high, which caused melting cracks.
試験番号47では、Mn含有量が高すぎた。そのため、鋼材の被削性が低かった。In test number 47, the Mn content was too high. As a result, the machinability of the steel was poor.
試験番号48では、Mn含有量が低すぎた。そのため、溶融割れが発生した。In test number 48, the Mn content was too low, which caused melting cracks.
試験番号49では、P含有量が高すぎた。そのため、溶融割れが発生した。In test number 49, the P content was too high, which caused melting cracks.
試験番号50では、S含有量が高すぎた。そのため、溶融割れが発生した。In test number 50, the S content was too high, which caused melting cracks.
試験番号51では、S含有量が低すぎた。そのため、鋼材の被削性が低かった。In test number 51, the S content was too low. As a result, the machinability of the steel was poor.
試験番号52では、Cr含有量が高すぎた。そのため、鋼材の被削性が低かった。In test number 52, the Cr content was too high. As a result, the machinability of the steel was poor.
試験番号53では、V含有量が高すぎた。そのため、鋼材の被削性が低かった。In test number 53, the V content was too high. As a result, the machinability of the steel was poor.
試験番号54では、Bi含有量が高すぎた。そのため、粗大Bi粒子の個数密度が10個/mm2を超えた。そのため、熱間加工割れが発生した。 In test number 54, the Bi content was too high. Therefore, the number density of coarse Bi particles exceeded 10 particles/ mm2 . As a result, hot working cracks occurred.
試験番号55では、Bi含有量が低すぎた。そのため、鋼材の被削性が低かった。さらに、微細Bi粒子の個数密度が80個/mm2未満であった。その結果、溶融割れが発生した。 In test number 55, the Bi content was too low. Therefore, the machinability of the steel material was low. Furthermore, the number density of fine Bi particles was less than 80 particles/ mm2 . As a result, melting cracks occurred.
試験番号56では、N含有量が高すぎた。そのため、熱間加工割れが発生した。In test number 56, the N content was too high, which resulted in hot working cracks.
試験番号57では、N含有量が低すぎた。そのため、疲労強度が低かった。In test number 57, the N content was too low, resulting in low fatigue strength.
試験番号58及び59では、fn1の値が高すぎた。つまり、fn1が式(1)を満たさなかった。そのため、鋼材の被削性が低かった。In test numbers 58 and 59, the value of fn1 was too high. In other words, fn1 did not satisfy formula (1). As a result, the machinability of the steel was low.
試験番号60及び61では、fn1の値が低すぎた。つまり、fn1が式(1)を満たさなかった。そのため、疲労強度が低かった。In test numbers 60 and 61, the value of fn1 was too low. In other words, fn1 did not satisfy formula (1). As a result, the fatigue strength was low.
試験番号62~64では、精錬工程において、Bi添加後攪拌終了までの時間T(分)が短すぎた。そのため、粗大Bi粒子の個数密度が10個/mm2を超えた。そのため、熱間加工割れが発生した。 In test numbers 62 to 64, the time T (min) from the addition of Bi to the end of stirring in the refining process was too short. As a result, the number density of coarse Bi particles exceeded 10 particles/ mm2 . As a result, hot working cracks occurred.
試験番号65及び66では、精錬工程において、Bi添加後攪拌終了までの時間T(分)が長すぎた。そのため、微細Bi粒子の個数密度が80個/mm2未満であり、溶融割れが発生した。 In test numbers 65 and 66, the time T (min) from the addition of Bi to the end of stirring in the refining step was too long, so the number density of fine Bi particles was less than 80 particles/ mm2 , and melting cracks occurred.
以上、本開示の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本開示を実施するための例示に過ぎない。したがって、本開示は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。 The above describes the embodiments of the present disclosure. However, the above-described embodiments are merely examples for implementing the present disclosure. Therefore, the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented by modifying the above-described embodiments as appropriate within the scope of the spirit of the present disclosure.
Claims (2)
化学組成が、質量%で、
C:0.20~0.50%、
Si:0.01~0.80%、
Mn:0.50~2.00%、
P:0.030%以下、
S:0.010~0.095%、
Cr:0.01~1.30%、
V:0.200超~0.300%、
Bi:0.0051~0.1500%、
N:0.0030~0.0200%、を含有し、
残部はFe及び不純物からなり、
式(1)を満たし、
前記鋼材中において、
円相当径が0.1~1.0μmの微細Bi粒子の個数密度が80~8000個/mm2であり、
円相当径が10.0μm以上の粗大Bi粒子の個数密度が10個/mm2以下である、
鋼材。
0.80≦C+(Si/10)+(Mn/5)-(5S/7)+(5Cr/22)+1.65V≦1.50 (1)
ここで、式中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量%で代入される。 A steel material that is used as a material for machine structural parts ,
The chemical composition, in mass%, is
C: 0.20-0.50%,
Si: 0.01-0.80%,
Mn: 0.50-2.00%,
P: 0.030% or less,
S: 0.010-0.095%,
Cr: 0.01-1.30%,
V: more than 0.200 to 0.300%,
Bi: 0.0051 to 0.1500%,
N: 0.0030 to 0.0200%;
The balance is Fe and impurities.
Satisfies formula (1),
In the steel material,
The number density of fine Bi particles having a circle equivalent diameter of 0.1 to 1.0 μm is 80 to 8000 particles/ mm2 ,
The number density of coarse Bi particles having a circle equivalent diameter of 10.0 μm or more is 10 particles/ mm2 or less.
Steel material.
0.80≦C+(Si/10)+(Mn/5)-(5S/7)+(5Cr/22)+1.65V≦1.50 (1)
Here, each element symbol in the formula is substituted with the content of the corresponding element in mass %.
前記化学組成はさらに、Feの一部に代えて、
Al:0.060%以下、
Mg:0.0100%以下、
Ti:0.0200%以下、
Nb:0.0200%以下、
W:0.4000%以下、
Zr:0.2000%以下、
Ca:0.0030%以下、
Te:0.0100%以下、
B:0.0050%以下、
Sn:0.0100%以下、
希土類元素:0.0070%以下、
Co:0.0100%以下、
Se:0.0100%以下、
Sb:0.0100%以下、
In:0.0100%以下、
Mo:0.20%以下、
Cu:0.20%以下、及び、
Ni:0.20%以下からなる群から選択される1種以上を含有する、
鋼材。
The steel material according to claim 1,
The chemical composition further contains, instead of a part of Fe,
Al: 0.060% or less,
Mg: 0.0100% or less,
Ti: 0.0200% or less,
Nb: 0.0200% or less,
W: 0.4000% or less,
Zr: 0.2000% or less,
Ca: 0.0030% or less,
Te: 0.0100% or less,
B: 0.0050% or less,
Sn: 0.0100% or less,
Rare earth elements: 0.0070% or less,
Co: 0.0100% or less,
Se: 0.0100% or less,
Sb: 0.0100% or less,
In: 0.0100% or less,
Mo: 0.20% or less,
Cu: 0.20% or less, and
Ni: Contains one or more selected from the group consisting of 0.20% or less;
Steel material.
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