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JP5231101B2 - Machine structural steel with excellent fatigue limit ratio and machinability - Google Patents

Machine structural steel with excellent fatigue limit ratio and machinability Download PDF

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JP5231101B2
JP5231101B2 JP2008168825A JP2008168825A JP5231101B2 JP 5231101 B2 JP5231101 B2 JP 5231101B2 JP 2008168825 A JP2008168825 A JP 2008168825A JP 2008168825 A JP2008168825 A JP 2008168825A JP 5231101 B2 JP5231101 B2 JP 5231101B2
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less
machinability
machine structural
fatigue limit
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  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Description

本発明は、自動車、産業機械、電気製品等の部品を製造するために有用な機械構造用鋼に関するものであり、特に、疲労限度比が高く、かつ被削性に優れた機械構造用鋼に関するものである。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a machine structural steel useful for producing parts such as automobiles, industrial machines, and electrical products, and more particularly to a steel for machine structural use having a high fatigue limit ratio and excellent machinability. Is.

近年、鋼の高強度化が進んでいるが、通常、鋼の高強度化により鋼の加工性は低下する。そのような背景から、切削能率を低下させない機械構造用快削鋼のニーズが高まっている。これまで、被削性を向上させるために機械構造用鋼にSやPb等の被削性向上元素を添加する手法が知られている。   In recent years, the strength of steel has been increased, but usually the workability of steel is lowered due to the increase in strength of steel. Against this background, there is an increasing need for free-cutting steel for machine structures that does not reduce cutting efficiency. Until now, in order to improve machinability, a method of adding machinability improving elements such as S and Pb to machine structural steel is known.

しかし、機械構造用鋼にSを添加するとMnSの介在物を形成して機械構造用鋼の被削性は向上するが、製造途中で介在物自身が変形するため、機械構造用鋼から製造された鋼材や部品に材料特性の異方性が生じてしまう場合がある。特に、鍛造や圧延によりMnSが伸延されると、上記の異方性が顕著に現れ、特定方向の強度が極端に弱くなる。   However, when S is added to the steel for machine structural use, inclusions of MnS are formed to improve the machinability of the steel for machine structural use. However, since the inclusions themselves are deformed during the production, they are manufactured from the steel for machine structural use. In some cases, anisotropy of material characteristics may occur in steel materials and parts. In particular, when MnS is stretched by forging or rolling, the above anisotropy appears remarkably and the strength in a specific direction becomes extremely weak.

Pbについては環境負荷が大きいとして使用を制限する動きが出ている。BiやTeにも被削性向上元素としての効果があるが熱間変形能が劣化するので生産効率が低下してしまう。このため、被削性向上元素の使用に頼らない技術が必要になる。   As for Pb, there is a movement to limit its use because of its large environmental load. Bi and Te also have an effect as a machinability improving element, but since the hot deformability deteriorates, the production efficiency is lowered. For this reason, the technique which does not rely on use of a machinability improvement element is needed.

被削性に関する特性は、切屑処理性、工具寿命、切削面の粗さ等、様々なものがある。切屑処理性の改善については工具の形状を工夫するなどでも対応できるが、工具寿命の改善については工具に表面被覆する工程が必要となってしまうため生産効率が低下してしまう。切削面粗さについては、機械構造用鋼では被削性向上元素を添加しても大きな改善はみられない。   There are various properties related to machinability, such as chip disposal, tool life, and cutting surface roughness. The improvement of chip disposal can be dealt with by devising the shape of the tool. However, the improvement of the tool life requires a step of coating the surface of the tool, so that the production efficiency is lowered. With regard to the machined surface roughness, no significant improvement is seen in machine structural steel even when a machinability improving element is added.

工具寿命が劣化する原因として、アルミナ(Al)の硬質粒子が工具面を摩耗させることが挙げられる。Alの添加量を抑えることでアルミナの量を抑制することが可能であるが、結晶粒径が大きくなるため靱性に乏しいため、高い疲労特性が必要な用途には適用することが困難である。 As a cause of the deterioration of the tool life, hard particles of alumina (Al 2 O 3 ) can wear the tool surface. Although the amount of alumina can be suppressed by suppressing the amount of Al added, it is difficult to apply to applications that require high fatigue properties because the crystal grain size is large and the toughness is poor.

特許文献1には、「被削性を向上させるためにはJIS G0551のオーステナイト粒測定法の粒度番号において7以下の粗大な粒度に調整する必要がある」と、記載されている(段落0038)。しかし、粒度番号が小さい鋼材は靱性に乏しく、良好な疲労強度が得られないという問題がある。   Patent Document 1 describes that “in order to improve machinability, it is necessary to adjust to a coarse particle size of 7 or less in the particle size number of the austenite particle measurement method of JIS G0551” (paragraph 0038). . However, a steel material having a small particle size number has poor toughness, and there is a problem that good fatigue strength cannot be obtained.

一般に、熱間鍛造後に放冷または風冷して得る部品では疲労強度を確保するためには鋼の組織をフェライト−パーライトとする必要がある。ベイナイトが生成すると疲労強度が低下するためである。さらに、Vを少なくとも0.03%(質量%の意味、鋼の化学成分について以下同じ)、Mnを少なくとも0.5%添加しなければ十分な疲労強度を得ることはできない。これに対して、特許文献1では、実施No.1〜17(表1)、35〜39(表2)がフェライト−パーライト組織のもの(非調質鋼)であるが、これらの例ではVが添加されていないため、疲労強度が不足していると考えられる。   Generally, in a part obtained by cooling or air cooling after hot forging, the steel structure needs to be ferrite-pearlite in order to ensure fatigue strength. This is because fatigue strength decreases when bainite is generated. Further, sufficient fatigue strength cannot be obtained unless V is added at least 0.03% (meaning mass%, the same applies to the chemical components of steel) and Mn is added at least 0.5%. On the other hand, in Patent Document 1, the implementation No. 1 to 17 (Table 1) and 35 to 39 (Table 2) are of a ferrite-pearlite structure (non-heat treated steel), but in these examples, since V is not added, fatigue strength is insufficient. It is thought that there is.

なお、実施No.46〜67では、鋼の組織は記載されていないため組織を特定することはできない。しかし、Vが添加された実施No.49,63,64をさらに詳しくみれば、実施No.63,64では、最高切削速度(VL1000)がそれぞれ、35、28と低いことから、図2に示されたVL1000の水準からみて組織は焼戻しマルテンサイトであると考えられる。一方、実施No.49では、VL1000が52であること、及び図2からフェライト−パーライト組織であるとも考えられる。しかし、実施No.49では酸素量が0.0068%とかなり高いため、アルミナが多く生成されていると考えられ、工具寿命の点では有利ではなく、かつMn量が0.41%と少ないために疲労強度が不足していると考えられる。   Implementation No. In 46-67, since the structure of steel is not indicated, the structure cannot be specified. However, the implementation No. in which V was added. 49, 63, 64 will be described in more detail. In 63 and 64, the maximum cutting speed (VL1000) is as low as 35 and 28, respectively, so that the structure is considered to be tempered martensite in view of the level of VL1000 shown in FIG. On the other hand, the implementation No. 49, it is also considered that VL1000 is 52 and that it is a ferrite-pearlite structure from FIG. However, no. In 49, the amount of oxygen is quite high at 0.0068%, so it is considered that a large amount of alumina is produced, which is not advantageous in terms of tool life, and the fatigue strength is insufficient because the amount of Mn is as small as 0.41%. it seems to do.

特許文献2には、「ミクロ組織がフェライトとパーライトからなり、フェライト粒径とパーライト粒径の平均結晶粒径が10μm未満、JIS G0588で規定する全脱炭層深さDM−Tが0.02〜0.06mm、引張強さが800〜1300MPa、降伏比が0.7〜0.95であることを特徴とする超高温熱間鍛造非調質部品」が記載されているが、鍛造前の加熱温度を1250℃以上に上げる必要があり、製造効率面での不利益がある。また、フェライト粒径とパーライト粒径を小さくすることが記載されているが、靱性の劣化の原因となるのはオーステナイトの結晶粒粗大化であり、フェライト粒径とパーライト粒径を抑制することでは、靱性劣化は避けられない。オーステナイト結晶粒径が大きくなると単位体積当たりの粒界面積が小さくなり、粒界にPなどの脆化元素が濃縮しやすく、オーステナイトがフェライト・パーライト変態した後も脆化した状態が維持されることで、元々オーステナイト粒界であった部位で破壊しやすくなる。   Patent Document 2 states that “the microstructure is composed of ferrite and pearlite, the average grain size of the ferrite grain size and the pearlite grain size is less than 10 μm, and the total decarburized layer depth DM-T defined by JIS G0588 is 0.02 to 0.02”. `` Super high temperature hot forged non-tempered parts characterized by 0.06 mm, tensile strength 800-1300 MPa, yield ratio 0.7-0.95 '', heating before forging It is necessary to raise the temperature to 1250 ° C. or more, which is disadvantageous in terms of production efficiency. Although it is described that the ferrite particle size and the pearlite particle size are reduced, it is the coarsening of austenite that causes the deterioration of the toughness. By suppressing the ferrite particle size and the pearlite particle size, In addition, deterioration of toughness is inevitable. When the austenite crystal grain size increases, the grain interface area per unit volume decreases, embrittlement elements such as P tend to concentrate at the grain boundaries, and the austenite remains brittle after ferrite-pearlite transformation. Therefore, it becomes easy to break at the site that was originally an austenite grain boundary.

特許文献3には、浸炭時のオーステナイト粗大粒防止と疲労特性の向上を目的として、C:0.1〜0.4%、Si:0.02〜1.5%、Mn:0.3〜1.8%、S:0.001〜0.15%、Al:0.005〜0.05%、Ti:0.05〜0.2%を含有し、N:0.0051%未満に制限し、さらに、Cr:0.4〜2.0%、Mo:1.5%以下、Ni:3.5%以下、V:0.5%以下、B:0.005%以下の1種または2種以上を含有し、P:0.025%以下、O:0.0025%以下に制限し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、熱間圧延後のAlNの析出量を0.01%以下に制限し、熱間圧延後のフェライト結晶粒度番号がJIS G0552で規定されている8〜11番である肌焼鋼とその製造方法が記載されている。しかし、特許文献3に記載された方法では、浸炭処理が必要であり製造効率面での不利益がある。また特許文献3には「フェライト粒度番号が8〜11番」と記載されているが、オーステナイト結晶の粒度番号については記載されていない。
特開2000−256785号公報 特開2004−346415号公報 特開2005−240175号公報
In Patent Document 3, C: 0.1 to 0.4%, Si: 0.02 to 1.5%, Mn: 0.3 to 0.3 for the purpose of preventing coarse austenite grains during carburization and improving fatigue characteristics. 1.8%, S: 0.001 to 0.15%, Al: 0.005 to 0.05%, Ti: 0.05 to 0.2%, N: limited to less than 0.0051% Furthermore, Cr: 0.4 to 2.0%, Mo: 1.5% or less, Ni: 3.5% or less, V: 0.5% or less, B: 0.005% or less Containing two or more, P: 0.025% or less, O: limited to 0.0025% or less, the balance consists of iron and inevitable impurities, the amount of precipitation of AlN after hot rolling is 0.01% The following is a description of the case-hardened steel having a grain size number of 8 to 11 as defined in JIS G0552 and a method for producing the same, as described below. It is listed. However, the method described in Patent Document 3 requires a carburizing process and has a disadvantage in terms of production efficiency. Patent Document 3 describes that “the ferrite grain size number is 8 to 11,” but does not describe the grain size number of the austenite crystal.
JP 2000-256785 A JP 2004-346415 A JP-A-2005-240175

以上のように、疲労限度比と被削性の両面を十分に満足し、しかも容易に製造できる機械構造用鋼が得られていないというのが現状である。
かかる事情に鑑み、本発明は、被削性向上元素の使用に頼らずとも疲労限度比と被削性の双方をバランス良く満足させ、しかも容易に製造できる機械構造用鋼を提供することを目的とする。
As described above, the present situation is that a steel for machine structural use that satisfies both the fatigue limit ratio and the machinability and that can be easily manufactured has not been obtained.
In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a machine structural steel that satisfies both the fatigue limit ratio and the machinability in a balanced manner without depending on the use of a machinability improving element, and can be easily manufactured. And

上記目的を達成し得た本発明の被削性に優れた機械構造用鋼は、
C:0.15〜0.55%(質量%の意味、鋼の化学成分について以下同じ)、
Si:0.01〜1.5%、
Mn:0.5〜2%、
P:0.01〜0.2%、
S:0.01〜0.2%、
Al:0.015%以下(0%を含まない)、
Cr:0.1〜1.5%、
N:0.002〜0.02%、
O:0.001〜0.005%、
V:0.03〜0.5%、
を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる非調質鋼であって、フェライトとパーライトの合計組織分率が面積率で95%以上であり、JIS G0551に規定される旧オーステナイト結晶粒のGf粒度番号が5番以上の機械構造用鋼である。
The machine structural steel excellent in machinability of the present invention that can achieve the above-mentioned object,
C: 0.15-0.55% (meaning mass%, the same applies to the chemical components of steel),
Si: 0.01 to 1.5%,
Mn: 0.5-2%
P: 0.01-0.2%
S: 0.01-0.2%
Al: 0.015% or less (excluding 0%),
Cr: 0.1 to 1.5%
N: 0.002 to 0.02%,
O: 0.001 to 0.005%,
V: 0.03-0.5%,
A balance of non-refined steel consisting of iron and inevitable impurities, the total structural fraction of ferrite and pearlite is 95% or more in area ratio, and the former austenite grains defined in JIS G0551 Machine structural steel with a Gf grain size number of 5 or more.

本発明の機械構造用鋼は、上記化学成分の他、必要に応じてさらに、
Cu:0.02〜0.6%、
Ni:0.02〜0.6%、
Mo:0.01〜0.5%、
よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含有させることも有効であり、含有させる成分の種類に応じて、鋼の特性がさらに改善される。
In addition to the above chemical components, the steel for machine structural use according to the present invention may further include, if necessary,
Cu: 0.02 to 0.6%,
Ni: 0.02 to 0.6%,
Mo: 0.01 to 0.5%,
It is also effective to contain at least one selected from the group consisting of, and the properties of the steel are further improved depending on the type of component to be contained.

本発明の機械構造用鋼は、上記化学成分の他、必要に応じてさらに、
Ti:0.01〜0.2%、
Zr:0.01〜0.2%、
Nb:0.01〜0.1%、
よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含有させることも有効であり、含有させる成分の種類に応じて、鋼の特性がさらに改善される。
In addition to the above chemical components, the steel for machine structural use according to the present invention may further include, if necessary,
Ti: 0.01-0.2%
Zr: 0.01 to 0.2%,
Nb: 0.01 to 0.1%,
It is also effective to contain at least one selected from the group consisting of, and the properties of the steel are further improved depending on the type of component to be contained.

本発明の機械構造用鋼は、上記化学成分の他、必要に応じてさらに、
Pb:0.01〜0.35%、
Bi:0.01〜0.2%、
Mg:0.0001〜0.005%、
Ca:0.0001〜0.005%、
Se:0.01〜0.5%、
希土類元素(REM):0.001〜0.2%、
よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含有させることも有効であり、含有させる成分の種類に応じて、鋼の特性がさらに改善される。
In addition to the above chemical components, the steel for machine structural use according to the present invention may further include, if necessary,
Pb: 0.01 to 0.35%,
Bi: 0.01-0.2%
Mg: 0.0001 to 0.005%,
Ca: 0.0001 to 0.005%,
Se: 0.01 to 0.5%,
Rare earth element (REM): 0.001 to 0.2%,
It is also effective to contain at least one selected from the group consisting of, and the properties of the steel are further improved depending on the type of component to be contained.

本発明によれば、機械構造用鋼の成分組成および組織を適切に調整すると共に、旧オーステナイト結晶粒のGf粒度番号を5番以上とすることにより、製造が容易でありながら、被削性向上元素の使用に頼らずとも疲労限度比と被削性の双方がバランス良く改善された機械構造用鋼を提供することができるものである。   According to the present invention, machinability is improved while manufacturing is easy by appropriately adjusting the component composition and structure of steel for machine structural use and by setting the Gf grain size number of the prior austenite crystal grains to 5 or more. Without relying on the use of elements, it is possible to provide a steel for machine structural use in which both the fatigue limit ratio and the machinability are improved in a well-balanced manner.

本発明の概容を説明するため、鋼中のAl含有量、O(酸素)含有量、及び旧オーステナイト結晶粒の粒度番号(JIS G0551に規定される旧オーステナイト結晶粒の粒度番号であり、結晶粒界出現方法が附属書1の「a)徐冷法」によるもの:以下、「Gf粒度番号」と記載する)と、機械構造用鋼の疲労限度比及び被削性との関係を調べた結果について説明する。   In order to explain the outline of the present invention, the Al content in the steel, the O (oxygen) content, and the grain size number of the prior austenite crystal grains (the grain size number of the prior austenite crystal grains defined in JIS G0551, Explained the results of investigating the relationship between the boundary appearance method according to Annex 1 “a) Gradual Cooling Method” (hereinafter referred to as “Gf grain size number”) and the fatigue limit ratio and machinability of steel for machine structural use To do.

本発明者らは、機械構造用鋼の被削性の改善を図るため、まずAlの添加量を抑制することを検討した。その結果、図1に示すように、Alの含有量を抑制したときにドリル寿命が改善されることを確認した。一方、Al含有量を抑制したときには、機械構造用鋼の旧オーステナイト結晶粒が粗大化する傾向にあることが見出した(例えば、Al添加量を0.020%から0.002%に抑制したとき、Gf粒度番号が8.0番から4.0番へと小さくなった)。   In order to improve the machinability of the steel for machine structural use, the inventors first studied to suppress the addition amount of Al. As a result, as shown in FIG. 1, it was confirmed that the drill life was improved when the Al content was suppressed. On the other hand, when the Al content is suppressed, it has been found that the prior austenite crystal grains of the mechanical structural steel tend to be coarsened (for example, when the Al content is suppressed from 0.020% to 0.002%). Gf particle size number has decreased from 8.0 to 4.0).

Gf粒度番号が小さくなったことがもたらす影響について調べるために更に実験を重ねた結果、図2に示すように、機械構造用鋼の疲労限度比が低下する傾向にあった(Al含有量は0.002%で固定)。   As a result of further experiments for investigating the effects caused by the decrease in the Gf grain size number, the fatigue limit ratio of the steel for machine structures tended to decrease as shown in FIG. 2 (Al content was 0). Fixed at .002%).

そこで機械構造用鋼の疲労限度比を保つため、旧オーステナイト結晶粒の粗大化を防止する方法(Gf粒度番号を大きくする方法)を検討した結果、図3に示すように鋼中のO含有量を高めることにより(Al含有量は0.002%で固定)、旧オーステナイト結晶粒の粗大化を防止できることを突き止めた。O含有量を増加させたときに疲労限度比が高いのは、Alが酸化物を形成することによりフリーのAlが減少し、Al窒化物が減少するためにフリーのNが増加し、その結果Vの炭窒化物ができ易く、鋼の強度が高められるためと推察される。   Therefore, in order to maintain the fatigue limit ratio of steel for machine structural use, as a result of examining a method for preventing coarsening of prior austenite crystal grains (method of increasing Gf grain size number), the O content in the steel as shown in FIG. (Al content fixed at 0.002%), it was found that coarsening of prior austenite crystal grains can be prevented. When the O content is increased, the fatigue limit ratio is high because Al forms oxides to reduce free Al, and Al nitride decreases, resulting in an increase in free N. It is presumed that V carbonitrides are easily formed and the strength of the steel is increased.

本発明は以上の知見に基づいてなされたものであり、その要旨は、(1)機械構造用鋼の化学成分を適切に調節したこと、(2)非調質鋼であること、(3)フェライトとパーライトの合計組織分率を95%以上としたこと、(4)Gf粒度番号を大きくしたことにある。   The present invention has been made on the basis of the above findings, the gist of which is (1) that chemical components of machine structural steel are appropriately adjusted, (2) non-tempered steel, (3) The total structure fraction of ferrite and pearlite is 95% or more, and (4) the Gf particle size number is increased.

1.機械構造用鋼
(1)化学成分
(C:0.15〜0.55%)
Cは、機械構造用鋼の強度を確保するために重要な元素である。しかしC量が過剰であると、鋼の靱性が低下すると共に、硬くなりすぎて被削性(特に工具寿命)が低下する。そこでC量を、0.15%以上(好ましくは0.20%以上、より好ましくは0.25%以上)、0.55%以下(好ましくは0.45%以下、より好ましくは0.40%以下)とした。
1. Steel for machine structure (1) Chemical composition (C: 0.15-0.55%)
C is an important element for securing the strength of steel for machine structural use. However, if the amount of C is excessive, the toughness of the steel is lowered, and it becomes too hard and the machinability (particularly the tool life) is lowered. Therefore, the C content is 0.15% or more (preferably 0.20% or more, more preferably 0.25% or more), 0.55% or less (preferably 0.45% or less, more preferably 0.40%). The following.

(Si:0.01〜1.5%)
Siは、溶製時の脱酸元素として有効である上に、固溶強化によって機械構造部品の強度を向上させる作用を有する。しかしSi含有量が過剰であると、被削性に悪影響を及ぼす。そこでSi量を、0.01%以上(好ましくは0.05%以上、より好ましくは0.1%以上、さらに好ましくは0.2%以上)、1.5%以下(好ましくは1.2%以下、より好ましくは0.9%以下、さらに好ましくは0.6%以下)とした。
(Si: 0.01-1.5%)
Si is effective as a deoxidizing element at the time of melting, and has the effect of improving the strength of mechanical structural parts by solid solution strengthening. However, if the Si content is excessive, the machinability is adversely affected. Therefore, the Si content is 0.01% or more (preferably 0.05% or more, more preferably 0.1% or more, further preferably 0.2% or more), 1.5% or less (preferably 1.2%). Or less, more preferably 0.9% or less, and still more preferably 0.6% or less.

(Mn:0.5〜2%)
Mnは、硫化物系介在物を形成して被削性を向上させる重要な元素である。しかしMn含有量が過剰であると、かえって被削性が低下する。そこでMn量を、0.5%以上(好ましくは0.7%以上、さらに好ましくは0.9%以上)、2%以下(好ましくは1.8%以下、さらに好ましくは1.6%以下)とした。
(Mn: 0.5-2%)
Mn is an important element that improves the machinability by forming sulfide inclusions. However, if the Mn content is excessive, the machinability is rather lowered. Therefore, the amount of Mn is 0.5% or more (preferably 0.7% or more, more preferably 0.9% or more), 2% or less (preferably 1.8% or less, more preferably 1.6% or less). It was.

(P:0.01〜0.2%)
Pは、被削性の向上、特に機械構造用鋼の仕上げ面性状の改善のために添加する。Pの含有量が0.01%未満ではその効果は得られず、逆に、0.2%を超えると機械構造用鋼の靱性が劣化する。そこでP量を、0.01%以上(好ましくは0.015%以上、さらに好ましくは0.02%以上)、0.2%以下(好ましくは0.1%以下、さらに好ましくは0.05%以下)と定めた。
(P: 0.01-0.2%)
P is added for improving machinability, particularly for improving the finished surface properties of steel for machine structural use. If the P content is less than 0.01%, the effect cannot be obtained. Conversely, if the P content exceeds 0.2%, the toughness of the steel for machine structure deteriorates. Therefore, the P content is 0.01% or more (preferably 0.015% or more, more preferably 0.02% or more), 0.2% or less (preferably 0.1% or less, more preferably 0.05%). The following:

(S:0.01〜0.2%)
Sは、MnS等の硫化物系介在物を形成し、機械構造用鋼の被削性を向上させるのに有効な元素である。Sの含有量が0.01%未満ではその効果が得られず、逆に、0.2%を超えると機械構造用鋼の靱性と延性が悪化する。そこでS量を、0.01%以上(好ましくは0.02%以上、さらに好ましくは0.03%以上)、0.2%以下(好ましくは0.15%以下、さらに好ましくは0.1%以下)と定めた。
(S: 0.01-0.2%)
S is an element effective for forming a sulfide inclusion such as MnS and improving the machinability of the steel for machine structure. If the S content is less than 0.01%, the effect cannot be obtained. Conversely, if the S content exceeds 0.2%, the toughness and ductility of the steel for machine structural use deteriorate. Therefore, the S amount is 0.01% or more (preferably 0.02% or more, more preferably 0.03% or more), 0.2% or less (preferably 0.15% or less, more preferably 0.1% The following:

(Al:0.015%以下(0%を含まない))
Alは鋼の脱酸に必要な元素であるが、鋼中でAlを形成するため、機械構造用鋼の被削性を劣化させる。したがって、本発明ではAl量をAl:0.015%以下とした。より好ましくは0.01%以下、さらに好ましくは0.005%以下である。
(Al: 0.015% or less (excluding 0%))
Al is an element necessary for deoxidation of steel. However, since Al 2 O 3 is formed in the steel, the machinability of the steel for machine structural use is deteriorated. Therefore, in the present invention, the Al amount is set to Al: 0.015% or less. More preferably, it is 0.01% or less, More preferably, it is 0.005% or less.

(Cr:0.1〜1.5%)
Crは、固溶強化により機械構造用鋼の強度増大に寄与する元素である。しかしCr量が過剰であると、コスト面で不利であるだけでなく、被削性が低下する。そこでCr量を、0.1%以上(好ましくは0.11%以上、さらに好ましくは0.12%以上)、1.5%以下(好ましくは1%以下、さらに好ましくは0.5%以下)とした。
(Cr: 0.1-1.5%)
Cr is an element that contributes to increasing the strength of steel for machine structural use by solid solution strengthening. However, if the amount of Cr is excessive, it is not only disadvantageous in cost but also machinability is lowered. Therefore, the Cr content is 0.1% or more (preferably 0.11% or more, more preferably 0.12% or more), 1.5% or less (preferably 1% or less, more preferably 0.5% or less). It was.

(O:0.001〜0.005%)
O量は、適切な範囲内に調整することにより、機械構造用鋼の被削性と疲労限度比の双方をバランス良く向上させることができる。鋼中のO量が過剰であると介在物が増加するため、機械構造用鋼の被削性(特に工具寿命)が劣化する。しかし上述した通り、酸素を一定量以上確保することにより機械構造用鋼の旧オーステナイト結晶粒の粗大化を防止でき、機械構造用鋼の疲労限度比を高めることができることが判明した。従って、本発明では、O量を0.005%以下(好ましくは0.004%以下、より好ましくは0.0035%以下)、かつ、0.001%以上(好ましくは0.0015%以上、より好ましくは0.002%以上)とした。なお、O量を高めるためには、機械構造用鋼を溶製する際に、塩基度[(CaO+MgO)/SiO2]の低いスラグを用いればよい。スラグの塩基度は、例えば、0.5〜4、好ましくは0.7〜2の範囲とする。
(O: 0.001 to 0.005%)
By adjusting the amount of O within an appropriate range, it is possible to improve both the machinability and the fatigue limit ratio of the steel for machine structure in a well-balanced manner. If the amount of O in the steel is excessive, inclusions increase, so the machinability (particularly the tool life) of the machine structural steel deteriorates. However, as described above, it has been found that securing a certain amount or more of oxygen can prevent coarsening of the prior austenite crystal grains of the steel for machine structural use and increase the fatigue limit ratio of the steel for machine structural use. Therefore, in the present invention, the amount of O is 0.005% or less (preferably 0.004% or less, more preferably 0.0035% or less), and 0.001% or more (preferably 0.0015% or more, more Preferably it was 0.002% or more. In order to increase the amount of O, a slag having a low basicity [(CaO + MgO) / SiO 2 ] may be used when melting the structural structural steel. The basicity of the slag is, for example, in the range of 0.5 to 4, preferably 0.7 to 2.

(N:0.002〜0.02%)
Nは、Al等と窒化物を形成して、旧オーステナイト結晶粒を微細化し、その結果、靱性や疲労強度を向上させる作用を有する。しかし、N量が過剰であると、却って靱性が低下するし、機械構造用鋼の通常の製造工程である鋳造工程に悪影響を及ぼす。そこでN量を、0.002%以上(好ましくは0.0025%以上、より好ましくは0.003%以上)、0.02%以下(好ましくは0.015%以下、さらに好ましくは0.01%以下)とした。
(N: 0.002 to 0.02%)
N forms a nitride with Al or the like to refine the prior austenite crystal grains, and as a result, has an effect of improving toughness and fatigue strength. However, if the amount of N is excessive, the toughness is lowered and the casting process, which is a normal manufacturing process for steel for machine structures, is adversely affected. Therefore, the N amount is 0.002% or more (preferably 0.0025% or more, more preferably 0.003% or more), 0.02% or less (preferably 0.015% or less, more preferably 0.01%). The following.

(V:0.03〜0.5%)
Vは、CやNと結合して炭窒化物を生成し、機械構造用鋼の結晶粒を微細化する効果を有する。この効果を有効に発揮させるためには、V量を0.03%以上(好ましくは0.09%以上、より好ましくは0.15%以上)とした。一方、0.5%を超えてVを含有させても析出物が大型化して却って靱性や疲労強度が低下する。したがって、V量は0.5%以下(好ましくは0.4%以下、さらに好ましくは0.3%以下)とした。
(V: 0.03-0.5%)
V combines with C and N to produce carbonitrides and has the effect of refining the crystal grains of mechanical structural steel. In order to effectively exhibit this effect, the V amount is set to 0.03% or more (preferably 0.09% or more, more preferably 0.15% or more). On the other hand, even if V is contained in excess of 0.5%, the precipitates are enlarged and the toughness and fatigue strength are reduced. Therefore, the V amount is set to 0.5% or less (preferably 0.4% or less, more preferably 0.3% or less).

本発明で用いる機械構造用鋼の基本成分組成は上記の通りであり、残部は鉄及び不可避的不純物である。例えば、原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる不可避的不純物が機械構造用鋼中に含まれることは、当然に許容される。   The basic component composition of the steel for machine structure used in the present invention is as described above, and the balance is iron and inevitable impurities. For example, it is naturally allowed that inevitable impurities brought into the steel for machine structural use depending on the situation of raw materials, materials, manufacturing facilities, and the like are included in the steel for machine structure.

(2)非調質鋼
本発明の機械構造用鋼は、非調質鋼である。機械構造用鋼は通常、二段階の熱処理((1)850℃程度以上のオーステナイト領域まで加熱した後に急冷し、組織をマルテンサイト相とする焼入れ処理と、(2)その後に550℃〜650℃に熱して機械的性質を調整する焼戻し処理)を施したものである。この焼入れ・焼戻し処理によって鋼の機械的性質を調整したものが調質鋼である。非調質鋼は、こうした調質熱処理を省いて、鍛造して空冷、または圧延して空冷したままでも調質鋼に匹敵する機械的性質を備えたものである。非調質鋼は、炭素鋼にバナジウム(V)を添加したものである。調質鋼は組織が焼戻しマルテンサイト相になっているのに対し、非調質鋼はパーライト−フェライト相の混合組織の中に微細なバナジウム炭化物(VC)が析出し、その析出物によって強化されたものである。
(2) Non-tempered steel The machine structural steel of the present invention is non-tempered steel. Machine structural steel is usually two-stage heat treatment ((1) quenching after heating to an austenite region of about 850 ° C. or higher and quenching to make the structure a martensitic phase, and (2) 550 ° C. to 650 ° C. thereafter. And a tempering process in which the mechanical properties are adjusted by heating. Tempered steel is obtained by adjusting the mechanical properties of steel by this quenching and tempering treatment. Non-tempered steel has mechanical properties comparable to those of tempered steel even when such tempered heat treatment is omitted, and forged and air-cooled or rolled and air-cooled. Non-tempered steel is obtained by adding vanadium (V) to carbon steel. The tempered steel has a tempered martensite phase, while the non-tempered steel has fine vanadium carbide (VC) precipitated in the pearlite-ferrite mixed structure and is strengthened by the precipitate. It is a thing.

(3)合計組織分率
本発明の機械構造用鋼は、フェライトとパーライトの合計組織分率(機械構造用鋼のt/4位置断面(t:機械構造用鋼の厚さ)の母層を100%とし、介在物の面積は除外して計算する)を面積率で95%以上とする必要がある。フェライトとパーライト以外の組織、例えばベイナイトが5%を超えて存在すると機械構造用鋼の疲労限度比が低下してしまうからである。フェライトとパーライトの合計組織分率は、より好ましくは96%以上、さらに好ましくは97%以上である。
(3) Total structural fraction The mechanical structural steel of the present invention comprises a parent layer of the total structural fraction of ferrite and pearlite (t / 4 position cross section of mechanical structural steel (t: thickness of mechanical structural steel)). It is necessary to set the area ratio to 95% or more. This is because if the structure other than ferrite and pearlite, for example, bainite exceeds 5%, the fatigue limit ratio of the mechanical structural steel is lowered. The total structural fraction of ferrite and pearlite is more preferably 96% or more, and still more preferably 97% or more.

(4)Gf粒度番号
Gf粒度番号は、上述したように、JIS G0551に規定される旧オーステナイト結晶粒の粒度番号であり、結晶粒界出現方法は、附属書1の「a)徐冷法」によるものである。また上述したように、機械構造用鋼の疲労限度比の低下を防止するためには、旧オーステナイト結晶粒の粗大化を防止すること、すなわちGf粒度番号を高くすることが必要であり、本発明では、5以上とした。好ましくは6以上、より好ましくは7以上、さらに好ましくは7.5以上である。
(4) Gf grain size number As mentioned above, the Gf grain size number is the grain size number of the former austenite crystal grain defined in JIS G0551, and the grain boundary appearance method is according to Appendix 1 “a) Slow Cooling Method”. It is. Further, as described above, in order to prevent a decrease in the fatigue limit ratio of steel for machine structural use, it is necessary to prevent coarsening of prior austenite crystal grains, that is, to increase the Gf grain size number. Then, it was set to 5 or more. Preferably it is 6 or more, More preferably, it is 7 or more, More preferably, it is 7.5 or more.

2.温度制御
本発明の機械構造用鋼を製造する方法の詳細は、後述の実施例に記載するが、本発明者らは、概ね図4〜図6に示す傾向を掴んでいる。本発明の機械構造用鋼は、所定の化学成分を有する鋼材を、例えば、溶製→鋳造→加熱→熱間加工(圧延又は鍛造)→風冷して製造することができるが、熱間加工前の加熱温度と、製造される機械構造用鋼のGf粒度番号との関係は図4のようになることを確認している。図4に示すように、加熱温度が低いほどGf粒度番号が大きくなるため、加熱温度を1250℃以下(好ましくは1200℃以下)とすることが推奨される。
2. Temperature Control Details of the method for producing the steel for machine structural use according to the present invention will be described in the examples described later, but the present inventors have generally grasped the tendency shown in FIGS. The steel for machine structural use of the present invention can be manufactured by, for example, melting, casting, heating, hot working (rolling or forging), and air cooling a steel material having a predetermined chemical component. It has been confirmed that the relationship between the previous heating temperature and the Gf grain size number of the machine structural steel to be produced is as shown in FIG. As shown in FIG. 4, the lower the heating temperature, the larger the Gf particle size number. Therefore, it is recommended that the heating temperature be 1250 ° C. or lower (preferably 1200 ° C. or lower).

また、熱間加工の終了時、すなわち最終加工温度と製造される機械構造用鋼の疲労限度比との関係は図5のようになることを確認している。図5に示すように、最終加工温度が低いほど疲労限度比が高くなる。また、図5には示されていないが、本発明者らは、最終加工温度が900℃を下回るとバナジウムによる鋼の強化効果が得られなくなるため、疲労限度比は逆に低くなることを確認している。したがって、最終加工温度は900℃以上(好ましくは950℃以上)とすることが推奨される。   Further, it has been confirmed that the relationship between the end of hot working, that is, the final working temperature and the fatigue limit ratio of the manufactured machine structural steel is as shown in FIG. As shown in FIG. 5, the lower the final processing temperature, the higher the fatigue limit ratio. Although not shown in FIG. 5, the present inventors confirmed that the fatigue limit ratio becomes low because the effect of strengthening the steel by vanadium cannot be obtained when the final processing temperature falls below 900 ° C. doing. Therefore, it is recommended that the final processing temperature is 900 ° C. or higher (preferably 950 ° C. or higher).

また、熱間加工後の冷却速度と、製造される機械構造用鋼のGf粒度番号との関係は図6のようになることを確認している。図6に示すように、冷却速度が0.5℃/s(秒)未満であるとGf粒度番号が急激に低下するため、冷却速度は0.5℃/s以上(好ましくは1.0℃/s以上)とすることが推奨される。   Further, it has been confirmed that the relationship between the cooling rate after hot working and the Gf grain size number of the machine structural steel to be manufactured is as shown in FIG. As shown in FIG. 6, when the cooling rate is less than 0.5 ° C./s (second), the Gf particle size number rapidly decreases, so the cooling rate is 0.5 ° C./s or more (preferably 1.0 ° C. / S) is recommended.

さて、本発明で用いる機械構造用鋼には、機械構造用鋼の強度向上のため、Cu、Ni、Moよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含有していても良い。各元素の好ましい添加量は以下の通りである。   The mechanical structural steel used in the present invention may contain at least one selected from the group consisting of Cu, Ni, and Mo in order to improve the strength of the mechanical structural steel. The preferable addition amount of each element is as follows.

(Cu:0.02〜0.6%)
Cuは、固溶強化により機械構造用鋼の強度向上に有効な元素である。このような効果を有効に発揮させるには、例えば0.02%以上(好ましくは0.05%以上、より好ましくは0.1%以上)含有させる。一方、Cu量が0.6%を超えると機械構造用鋼を凝固させる際に熱間割れを生じるので、0.6%以下(好ましくは0.5%以下、より好ましくは0.4%以下)とする。
(Cu: 0.02-0.6%)
Cu is an element effective for improving the strength of steel for machine structural use by solid solution strengthening. In order to effectively exhibit such an effect, for example, 0.02% or more (preferably 0.05% or more, more preferably 0.1% or more) is contained. On the other hand, if the amount of Cu exceeds 0.6%, hot cracking occurs when solidifying the steel for machine structural use. Therefore, it is 0.6% or less (preferably 0.5% or less, more preferably 0.4% or less. ).

(Ni:0.02〜0.6%)
Niも、Cuと同様に機械構造用鋼の強度向上に有効な元素である。このような効果を有効に発揮させるには、例えば0.02%以上(好ましくは0.05%以上、より好ましくは0.1%以上)含有させる。一方、Ni量が0.6%を超えるとコスト面において不利であるばかりでなく、機械構造用鋼の被削性を劣化させるため、0.6%以下(好ましくは0.5%以下、より好ましくは0.4%以下)とする。
(Ni: 0.02-0.6%)
Ni, as well as Cu, is an element effective for improving the strength of steel for machine structural use. In order to effectively exhibit such an effect, for example, 0.02% or more (preferably 0.05% or more, more preferably 0.1% or more) is contained. On the other hand, if the amount of Ni exceeds 0.6%, not only is it disadvantageous in terms of cost, but also deteriorates the machinability of steel for machine structural use, so 0.6% or less (preferably 0.5% or less, more Preferably it is 0.4% or less).

(Mo:0.01〜0.5%)
Moも、機械構造用鋼の強度向上に有効な元素である。このような効果を有効に発揮させるには、例えば0.01%以上(好ましくは0.05%以上、より好ましくは0.1%以上)含有させる。一方、Mo量が0.5%を超えるとコスト面において不利であるばかりでなく、機械構造用鋼の被削性を劣化させるため、0.5%以下(好ましくは0.4%以下、より好ましくは0.3%以下)とする。
(Mo: 0.01-0.5%)
Mo is also an element effective for improving the strength of steel for machine structural use. In order to effectively exhibit such an effect, for example, 0.01% or more (preferably 0.05% or more, more preferably 0.1% or more) is contained. On the other hand, if the amount of Mo exceeds 0.5%, not only is it disadvantageous in terms of cost, but also deteriorates the machinability of the steel for machine structural use, so 0.5% or less (preferably 0.4% or less, more Preferably it is 0.3% or less.

本発明で用いる機械構造用鋼には、旧オーステナイト結晶粒の微細化のため、Ti、Zr、Nbよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含有していても良い(Gf粒度番号は大きくなり、疲労強度比が維持される)。各元素の好ましい添加量は以下の通りである。   The steel for mechanical structure used in the present invention may contain at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, and Nb for refinement of prior austenite crystal grains (Gf grain size number increases, Fatigue strength ratio is maintained). The preferable addition amount of each element is as follows.

(Ti:0.01〜0.2%)
Tiは、鋼中のNと結合してTiNを形成し、結晶粒の微細化を助ける働きがある。このような効果を有効に発揮させるには、例えば0.01%以上(好ましくは0.02%以上、より好ましくは0.03%以上)含有させる。一方、Ti量が0.2%を超えるとTiNが過多となり、熱間加工時に鋼に割れを発生させる。従って、Ti量は0.2%以下(好ましくは0.15%以下、より好ましくは0.1%以下)とする。
(Ti: 0.01-0.2%)
Ti combines with N in the steel to form TiN and has a function of helping refine the crystal grains. In order to effectively exhibit such an effect, for example, 0.01% or more (preferably 0.02% or more, more preferably 0.03% or more) is contained. On the other hand, if the Ti amount exceeds 0.2%, TiN becomes excessive, and cracks occur in the steel during hot working. Therefore, the Ti content is 0.2% or less (preferably 0.15% or less, more preferably 0.1% or less).

(Zr:0.01〜0.2%)
Zrも、結晶粒度の微細化を助ける働きがある。このような効果を有効に発揮させるには、例えば0.01%以上(好ましくは0.02%以上、より好ましくは0.03%以上)含有させる。一方、0.2%を超えてZrを添加してもその効果は飽和する。従って、Zr量は0.2%以下(好ましくは0.15%以下、より好ましくは0.1%以下)とする。
(Zr: 0.01 to 0.2%)
Zr also has a function to help refine the crystal grain size. In order to effectively exhibit such an effect, for example, 0.01% or more (preferably 0.02% or more, more preferably 0.03% or more) is contained. On the other hand, the effect is saturated even if Zr is added over 0.2%. Therefore, the Zr content is 0.2% or less (preferably 0.15% or less, more preferably 0.1% or less).

(Nb:0.01〜0.1%)
Nbも、結晶粒度の微細化を助ける働きがある。このような効果を有効に発揮させるには、例えば0.01%以上(好ましくは0.02%以上、より好ましくは0.03%以上)含有させる。一方、0.1%を超えてNbを添加しても、その効果は飽和する。従って、Nb量は0.1%以下(好ましくは0.08%以下、より好ましくは0.06%以下)とする。
(Nb: 0.01 to 0.1%)
Nb also has a function to help refine the crystal grain size. In order to effectively exhibit such an effect, for example, 0.01% or more (preferably 0.02% or more, more preferably 0.03% or more) is contained. On the other hand, even if Nb exceeds 0.1%, the effect is saturated. Therefore, the Nb content is 0.1% or less (preferably 0.08% or less, more preferably 0.06% or less).

本発明で用いる機械構造用鋼には、被削性向上のため、Pb、Bi、Mg、Ca、Se、希土類元素(REM)よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含有していても良い。各元素の好ましい添加量は以下の通りである。   The steel for mechanical structure used in the present invention may contain at least one selected from the group consisting of Pb, Bi, Mg, Ca, Se, and rare earth elements (REM) for improving machinability. The preferable addition amount of each element is as follows.

(Pb:0.01〜0.35%)
Pbは、単独で或いは硫化物の外周部に付着するような形態で存在し、機械構造用鋼の被削性を向上させる元素である。このような効果を有効に発揮させるには、例えば0.01%以上(好ましくは0.02%以上、より好ましくは0.03%以上)含有させる。一方、0.35%を超えて含有させた場合には、凝集・沈殿して鋼中の欠陥となりやすいので、0.35%以下(好ましくは0.30%以下、より好ましくは0.25%以下)とする。
(Pb: 0.01 to 0.35%)
Pb exists alone or in a form that adheres to the outer peripheral portion of sulfide, and is an element that improves the machinability of steel for machine structure. In order to effectively exhibit such an effect, for example, 0.01% or more (preferably 0.02% or more, more preferably 0.03% or more) is contained. On the other hand, if the content exceeds 0.35%, it tends to agglomerate and precipitate to form defects in the steel, so it is 0.35% or less (preferably 0.30% or less, more preferably 0.25%). The following.

(Bi:0.01〜0.2%)
Biは、Pbと類似した性質を有し、機械構造用鋼の被削性を向上させる元素である。このような効果を有効に発揮させるには、例えば0.01%以上(好ましくは0.02%以上、より好ましくは0.03%以上)含有させる。含有量の上限についてもPbの場合と同じ理由で、0.2%以下(好ましくは0.15%以下、より好ましくは0.1%以下)とする。
(Bi: 0.01-0.2%)
Bi is an element having properties similar to Pb and improving the machinability of steel for machine structural use. In order to effectively exhibit such an effect, for example, 0.01% or more (preferably 0.02% or more, more preferably 0.03% or more) is contained. The upper limit of the content is also set to 0.2% or less (preferably 0.15% or less, more preferably 0.1% or less) for the same reason as in the case of Pb.

(Mg:0.0001〜0.005%)
Mgは、微細な酸化物MgOを形成することによりMnSを微細に分散させるため、機械構造用鋼の被削性の改善や異方性の改善に寄与する。Mgのこのような効果を有効に発揮させるには、例えば0.0001%以上(好ましくは0.0002%以上、より好ましくは0.0003%以上)含有させる。一方、0.005%を超えて添加してもその効果が飽和するため、0.005%以下(好ましくは0.004%以下、より好ましくは0.003%以下)とする。
(Mg: 0.0001 to 0.005%)
Mg contributes to the improvement of machinability and anisotropy of mechanical structural steel because MnS is finely dispersed by forming fine oxide MgO. In order to effectively exhibit such an effect of Mg, for example, 0.0001% or more (preferably 0.0002% or more, more preferably 0.0003% or more) is contained. On the other hand, even if added over 0.005%, the effect is saturated, so 0.005% or less (preferably 0.004% or less, more preferably 0.003% or less).

(Ca:0.0001〜0.005%)
Caは、MnS中に固溶して、MnSの球状化を促進させる作用を有し、その結果、被削性(特に工具寿命)を向上させる元素である。Caこのような効果を有効に発揮させるためには、例えば0.0001%以上(好ましくは0.0002%以上、より好ましくは0.0003%以上)含有させる。一方、0.005%を超えて添加すると粗大なCaSを形成して鋳造欠陥の原因となるので、0.005%以下(好ましくは0.004%以下、より好ましくは0.003%以下)とする。
(Ca: 0.0001 to 0.005%)
Ca is an element that dissolves in MnS and has an action of promoting spheroidization of MnS, and as a result, improves machinability (particularly tool life). In order to effectively exhibit such effects, for example, 0.0001% or more (preferably 0.0002% or more, more preferably 0.0003% or more) is contained. On the other hand, if added over 0.005%, coarse CaS is formed and causes casting defects, so 0.005% or less (preferably 0.004% or less, more preferably 0.003% or less). To do.

(Se:0.01〜0.5%)
Seも、良く知られた被削性向上元素である。Seのこのような効果を有効に発揮させるには、例えば0.01%以上(好ましくは0.015%以上、より好ましくは0.02%以上)含有させる。一方、0.5%を超えて含有させた場合には、機械構造用鋼の熱間加工性を悪化させて割れを発生しやすくなるため、0.5%以下(好ましくは0.4%以下、より好ましくは0.3%以下)とする。
(Se: 0.01-0.5%)
Se is also a well-known machinability improving element. In order to effectively exhibit such effects of Se, for example, 0.01% or more (preferably 0.015% or more, more preferably 0.02% or more) is contained. On the other hand, if the content exceeds 0.5%, the hot workability of the steel for machine structural use is deteriorated and cracking tends to occur. Therefore, it is 0.5% or less (preferably 0.4% or less). , More preferably 0.3% or less).

(REM:0.001〜0.2%)
REMは、Sc、Yおよびランタノイドの15元素を含む。工業的にはREMとして、ミッシュメタルを用いる。MnSを微細分散させる効果があり、機械構造用鋼の被削性を改善させる。REMのこのような効果を有効に発揮させるには、例えば0.001%以上(好ましくは0.005%以上、より好ましくは0.01%以上)含有させる。一方、0.2%を超えて添加しても、その効果が飽和するため、0.2%以下(好ましくは0.15%以下、より好ましくは0.1%以下)とする。
(REM: 0.001-0.2%)
REM contains 15 elements of Sc, Y and lanthanoids. Industrially, misch metal is used as REM. It has the effect of finely dispersing MnS, and improves the machinability of steel for mechanical structures. In order to effectively exhibit such an effect of REM, for example, 0.001% or more (preferably 0.005% or more, more preferably 0.01% or more) is contained. On the other hand, even if added over 0.2%, the effect is saturated, so the content is made 0.2% or less (preferably 0.15% or less, more preferably 0.1% or less).

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前記・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, and appropriate modifications are made within a range that can be adapted to the above-described purpose. Of course, it is possible to implement them, and they are all included in the technical scope of the present invention.

1.供試鋼の製造
まず、下記表1及び表2に示す様々な化学成分を有する鋼材を真空溶製し、熱間圧延し、50mmφ×長さ100mmの円柱状の鋼材を得た。そしてこれらの鋼材を表3及び表4に示す温度に加熱して鋼材の温度を測定し、これを熱間加工前の加熱温度とした。加熱温度は、1250℃以下とすることが推奨される。加熱温度が高すぎると、オーステナイト結晶粒が粗大化してしまうからである。
1. Production of Test Steel First, steel materials having various chemical components shown in Table 1 and Table 2 below were vacuum-melted and hot-rolled to obtain a columnar steel material having a diameter of 50 mmφ × 100 mm in length. And these steel materials were heated to the temperature shown in Table 3 and Table 4, the temperature of steel materials was measured, and this was made into the heating temperature before hot processing. It is recommended that the heating temperature be 1250 ° C. or lower. This is because if the heating temperature is too high, the austenite crystal grains become coarse.

次にプレス機を用い、上記円柱鋼材の円直径方向に複数回にわたり熱間で鍛圧することにより、厚さ20mmの板状鋼材を得た。この時点で、再度鋼材の温度を測定し、これを熱間加工後の最終加工温度とした。最終加工温度は、Vの強度向上効果を維持するため、900℃以上とすることが推奨される。最終加工温度は必要に応じて鍛造前に鋼材を適当な時間放冷することで調整した。さらに最終加工温度から600℃までの冷却に必要な時間を測定し、平均冷却速度を算出した。冷却速度は鍛造品への風冷の強さにより調整した。このような工程によって得られた鋼材が、それぞれ表3及び表4の供試鋼A1〜A7、B1〜B5、C1〜C5、D1〜D55である。   Next, a plate-shaped steel material having a thickness of 20 mm was obtained by hot forging a plurality of times in the circular diameter direction of the cylindrical steel material using a press machine. At this time, the temperature of the steel material was measured again, and this was taken as the final processing temperature after hot working. The final processing temperature is recommended to be 900 ° C. or higher in order to maintain the V strength improvement effect. The final processing temperature was adjusted by allowing the steel material to cool for an appropriate time before forging as required. Further, the time required for cooling from the final processing temperature to 600 ° C. was measured, and the average cooling rate was calculated. The cooling rate was adjusted by the strength of air cooling to the forged product. The steel materials obtained by such a process are the test steels A1 to A7, B1 to B5, C1 to C5, and D1 to D55 of Table 3 and Table 4, respectively.

2.製造された供試鋼の観察
(1)供試鋼の組織
光学顕微鏡を100倍で用い、供試鋼の組織を観察することにより行った。この結果を下記表3及び表4に示す。フェライトとパーライトの合計組織分率が面積率で95%以上のものを(F+P)と記載した。中には、供試鋼C5のように、フェライト−パーライト以外に、ベイナイト組織が5%を超えて観察されるフェライト−パーライト−ベイナイト組織(F+P+B)も存在した。
2. Observation of manufactured test steel (1) Microstructure of test steel An optical microscope was used at a magnification of 100 to observe the microstructure of the test steel. The results are shown in Tables 3 and 4 below. (F + P) was described in which the total structural fraction of ferrite and pearlite was 95% or more in terms of area ratio. Among them, in addition to ferrite-pearlite, ferrite-pearlite-bainite structure (F + P + B) in which the bainite structure was observed in excess of 5% was also present as in test steel C5.

(2)Gf粒度番号
Gf粒度番号は、既に述べた通り、JIS G0551に準拠している。旧オーステナイト粒界の現出はJIS G0551の付属書1の「a)徐冷法」に従った。組織中に初析フェライトが観察されるのでそれが旧オーステナイト粒界上にあったとしてGf粒度を測定した。この結果は、上記表3及び表4に示している。
(2) Gf particle size number The Gf particle size number is based on JIS G0551 as already stated. Appearance of the former austenite grain boundary was in accordance with “a) slow cooling method” in Appendix 1 of JIS G0551. Since pro-eutectoid ferrite was observed in the structure, the Gf particle size was measured on the assumption that it was on the prior austenite grain boundary. The results are shown in Tables 3 and 4 above.

3.供試鋼の評価
(1)疲労限度比
供試鋼からJIS Z2201記載の14A号試験片を作製し引張試験を実施して引張強さを測定した。疲労限度はJIS Z2274に準じて回転曲げ試験により測定した。試験片は引張試験と同じ方向にJIS Z2274記載の1号試験片を作製した。疲労限度比は、疲労限度を引張強さで割った値である。この結果は、上記表3及び表4に示している。
3. Evaluation of test steel (1) Fatigue limit ratio A 14A test piece described in JIS Z2201 was prepared from the test steel, and a tensile test was performed to measure the tensile strength. The fatigue limit was measured by a rotating bending test according to JIS Z2274. As a test piece, No. 1 test piece described in JIS Z2274 was produced in the same direction as the tensile test. The fatigue limit ratio is a value obtained by dividing the fatigue limit by the tensile strength. The results are shown in Tables 3 and 4 above.

(2)被削性
得られた機械構造用鋼の被削性を評価するため、ドリル試験を実施した。ドリル試験では、10mmφのストレートドリル(SKH51、表面コーティングなし)を用い、切削速度:20m/min、送り:0.2mm/rev、穴深さ:20mm(円盤状の上記供試鋼を貫通)、切削油:なし(乾式)の条件で行った。この要領にて、供試鋼に貫通穴を次々と開けてゆき、ドリルが焼き付いて穴が開けられなくなるまでのドリル穴の総長さ(以下、単に「ドリル穴長さ」と記載する。単位はcmである。)を測定し、このドリル穴長さを工具寿命の指標とした。この結果は、上記表3及び表4に示している。
(2) Machinability In order to evaluate the machinability of the obtained machine structural steel, a drill test was conducted. In the drill test, a 10 mmφ straight drill (SKH51, no surface coating) was used, cutting speed: 20 m / min, feed: 0.2 mm / rev, hole depth: 20 mm (through the above-mentioned test steel in a disk shape), Cutting oil: None (dry type). In this way, drill through holes in the test steel one after another, and describe the total length of the drill hole until the drill is seized and cannot be drilled (hereinafter simply referred to as “drill hole length”. The unit is cm), and this drill hole length was used as an index of tool life. The results are shown in Tables 3 and 4 above.

4.考察
供試鋼A1〜A6は、Al量と酸素量を変化させたものである。機械構造用鋼の被削性は、ドリル穴長さ(cm)で評価したが、供試鋼A1のようにAl(アルミ)量が少ない場合に38(cm)と高いが、供試鋼A3、A7のように、Al量が多い場合は、ドリル穴長さが20cm未満となっている。この供試鋼A3、A7を除けば、酸素量が0.001%未満である供試鋼A6ではGf粒度番号が5.0未満となって疲労限度が0.40未満となっている。一方、酸素量が0.001%以上の供試鋼では、Gf粒度番号が5.0以上になっており、疲労限度比も0.40以上と優れている。
4). Discussion The test steels A1 to A6 have different amounts of Al and oxygen. The machinability of the machine structural steel was evaluated by the drill hole length (cm). When the amount of Al (aluminum) is small like the test steel A1, it is as high as 38 (cm), but the test steel A3 When the amount of Al is large like A7, the drill hole length is less than 20 cm. Except for the test steels A3 and A7, the test steel A6 having an oxygen content of less than 0.001% has a Gf particle size number of less than 5.0 and a fatigue limit of less than 0.40. On the other hand, in the test steel having an oxygen content of 0.001% or more, the Gf particle size number is 5.0 or more, and the fatigue limit ratio is also excellent at 0.40 or more.

供試鋼B1〜B5の供試鋼は、鋼の化学成分は本発明の規定を満たすものであるが、鍛造加工前の加熱温度を変えることによってGf粒度番号を変化させたものである。加熱温度が1250℃を超えた供試鋼B5では、酸素量は本発明の規定を満たすものの、Gf粒度番号が5未満となり、疲労限度比が0.40未満となっている。   In the test steels of the test steels B1 to B5, the chemical composition of the steel satisfies the provisions of the present invention, but the Gf particle size number is changed by changing the heating temperature before forging. In the test steel B5 having a heating temperature exceeding 1250 ° C., the oxygen content satisfies the provisions of the present invention, but the Gf particle size number is less than 5 and the fatigue limit ratio is less than 0.40.

供試鋼C1〜C5の供試鋼も、鋼の化学成分は本発明の規定を満たすものであるが、最終加工を終了した後の冷却速度を変えることによって鋼の組織を変化させたものである。冷却速度が0.5℃/sec未満の供試鋼C1では、Gf粒度番号が5未満となり疲労限度比が0.40未満になっている。一方、供試鋼C5のように冷却速度を高くし過ぎるとベイナイトが5%を超えて生成してしまい、やはり疲労限度比は0.40未満になっている。   In the test steels C1 to C5, the chemical composition of the steel also satisfies the provisions of the present invention, but the steel structure is changed by changing the cooling rate after finishing the final processing. is there. In the test steel C1 having a cooling rate of less than 0.5 ° C./sec, the Gf particle size number is less than 5, and the fatigue limit ratio is less than 0.40. On the other hand, when the cooling rate is too high as in the case of the test steel C5, bainite is generated in excess of 5%, and the fatigue limit ratio is still less than 0.40.

供試鋼D1〜D28、D30〜D33、D35〜D55は、鋼の基本的成分、組織、Gf粒度番号を全て満たすものであり、その上で、選択的な添加元素を種々変化させたものである。いずれも、疲労限度比に優れ、かつ、被削性も良好である。これに対し、供試鋼D29のようにV量が少ない場合、疲労限度比が0.40未満となっている。一方、供試鋼D34のようにV量が多い場合も、やはり疲労限度比が0.40未満となっている。
Test steels D1 to D28, D30 to D33, D35 to D55 satisfy all of the basic components, structure, and Gf particle size number of the steel, and in addition, the selective additive elements were variously changed. is there. Both have excellent fatigue limit ratios and good machinability. On the other hand, when the amount of V is small like the test steel D29, the fatigue limit ratio is less than 0.40. On the other hand, when the amount of V is large as in the test steel D34, the fatigue limit ratio is still less than 0.40.

機械構造用鋼のAl含有量とドリル穴長さとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between Al content of machine structural steel, and a drill hole length. 機械構造用鋼のGf粒度番号と疲労限度比との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the Gf grain size number and fatigue limit ratio of machine structural steel. 機械構造用鋼のO含有量とGf粒度番号との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between O content of machine structural steel, and Gf particle size number. 機械構造用鋼の製造過程における加熱温度とGf粒度番号との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the heating temperature in the manufacturing process of steel for machine structures, and a Gf particle size number. 機械構造用鋼の製造過程における最終加工温度と疲労限度比との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the final processing temperature and the fatigue limit ratio in the manufacture process of machine structural steel. 機械構造用鋼の製造過程における冷却速度とGf粒度番号との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the cooling rate in the manufacture process of steel for machine structures, and a Gf particle size number.

Claims (4)

C:0.15〜0.55%(質量%の意味、鋼の化学成分について以下同じ)、
Si:0.01〜1.5%、
Mn:0.5〜2%、
P:0.01〜0.2%、
S:0.01〜0.2%、
Al:0.015%以下(0%を含まない)、
Cr:0.1〜1.00%、
N:0.002〜0.02%、
O:0.001〜0.005%、
V:0.03〜0.%、
を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる非調質鋼であって、
フェライトとパーライトの合計組織分率が面積率で95%以上であり、
JIS G0551に規定される旧オーステナイト結晶粒のGf粒度番号が5番以上であることを特徴とする疲労限度比と被削性に優れた機械構造用鋼。
C: 0.15-0.55% (meaning mass%, the same applies to the chemical components of steel),
Si: 0.01 to 1.5%,
Mn: 0.5-2%
P: 0.01-0.2%
S: 0.01-0.2%
Al: 0.015% or less (excluding 0%),
Cr: 0.1 to 1.00 %,
N: 0.002 to 0.02%,
O: 0.001 to 0.005%,
V: 0.03-0. 3 %,
A non-tempered steel consisting of iron and unavoidable impurities,
The total structural fraction of ferrite and pearlite is 95% or more in area ratio,
A machine structural steel excellent in fatigue limit ratio and machinability, characterized in that the Gf grain size number of the prior austenite grains defined in JIS G0551 is 5 or more.
さらに、
Cu:0.02〜0.6%、
Ni:0.02〜0.6%、
Mo:0.01〜0.5%、
よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含有する請求項1に記載の機械構造用鋼。
further,
Cu: 0.02 to 0.6%,
Ni: 0.02 to 0.6%,
Mo: 0.01 to 0.5%,
The steel for machine structure of Claim 1 containing at least 1 sort (s) chosen from the group which consists of.
さらに、
Ti:0.01〜0.2%、
Zr:0.01〜0.2%、
Nb:0.01〜0.1%、
よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含有する請求項1または2に記載の機械構造用鋼。
further,
Ti: 0.01-0.2%
Zr: 0.01 to 0.2%,
Nb: 0.01 to 0.1%,
The steel for machine structure of Claim 1 or 2 containing at least 1 sort (s) chosen from the group which consists of.
さらに、
Pb:0.01〜0.35%、
Bi:0.01〜0.2%、
Mg:0.0001〜0.005%、
Ca:0.0001〜0.005%、
Se:0.01〜0.5%、
希土類元素(REM):0.001〜0.2%、
よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含有する請求項1〜3のいずれかに記載の機械構造用鋼。
further,
Pb: 0.01 to 0.35%,
Bi: 0.01-0.2%
Mg: 0.0001 to 0.005%,
Ca: 0.0001 to 0.005%,
Se: 0.01 to 0.5%,
Rare earth element (REM): 0.001 to 0.2%,
The steel for machine structure in any one of Claims 1-3 containing at least 1 sort (s) chosen from the group which consists of.
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