JP5459062B2 - Rolled steel for induction hardening and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、高周波焼入れ用圧延鋼材、すなわち、高周波焼入れを行って用いられる圧延鋼材、およびその製造方法に関し、詳しくは、必ずしも高価な元素を含有させずとも、さらに、焼入れ−焼戻しのいわゆる「調質処理」を行わずとも、高い強度および母材靱性を確保でき、高周波焼入れで生成する硬化層の靱性にも優れる高周波焼入れ用圧延鋼材とその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a rolled steel for induction hardening, that is, a rolled steel used by induction hardening, and a method for producing the same, and more specifically, it does not necessarily contain an expensive element and further includes a so-called “control” of quenching and tempering. The present invention relates to an induction-quenched rolled steel material that can ensure high strength and base material toughness without performing quality treatment, and is excellent in toughness of a hardened layer produced by induction hardening, and a method for producing the same.
自動車部品のうちで、ステアリング装置に用いられるラックバーは、自動車の進行方向を操舵するとともに左右両輪を繋ぐ骨組み的な役割を示す重要部品であり、これが破損した場合にはハンドル操作が不可能となってしまう。このため、ラックバーに用いられる鋼材には、高い信頼性が要求される。 Among automotive parts, the rack bar used in the steering device is an important part that shows the role of the framework that steers the direction of travel of the automobile and connects both the left and right wheels. turn into. For this reason, high reliability is requested | required of the steel materials used for a rack bar.
なお、ラックバーは、従来、中炭素鋼材の圧延鋼材を用いて、焼入れ焼戻しの調質処理を行った後に、切削加工によって歯型部を形成し、その歯型部に高周波焼入れ、つまり、高周波電流による誘導加熱作用で急速短時間加熱(以下、「高周波加熱」という。)してその後直ちに、またはその加熱した温度で短時間の保持を行った後、焼入れをして製造されてきた。 In addition, the rack bar conventionally uses a rolled steel material of medium carbon steel material, and after performing tempering treatment for quenching and tempering, a tooth mold part is formed by cutting and induction hardening is performed on the tooth mold part, that is, a high frequency It has been manufactured by rapid and short-time heating (hereinafter referred to as “high-frequency heating”) by induction heating with electric current, and then immediately or immediately after holding at the heated temperature, followed by quenching.
そして、高周波焼入れを行って用いられるラックバーには、上述のとおり破損を防止する必要があるため、曲げ強度と衝撃特性に優れていることが要求される。すなわち、高周波焼入れ層にき裂が発生しにくいことも必要な条件であるものの、たとえ高周波焼入れ層にき裂が発生した場合であっても、き裂が母材を進展して破断に至らないことが要求される。 And since it is necessary to prevent damage as mentioned above, the rack bar used by induction hardening is required to have excellent bending strength and impact characteristics. That is, although it is a necessary condition that the induction-hardened layer is less likely to crack, even if a crack occurs in the induction-hardened layer, the crack does not propagate to the base material and lead to breakage. Is required.
したがって、ラックバーの素材として用いられる鋼材には、
・高い強度、
・高い母材靱性、
・高周波焼入れで生成する硬化層の靱性、
の全てに優れることが要求される。
Therefore, the steel used as the rack bar material is
・ High strength,
・ High base material toughness,
・ Toughness of hardened layer generated by induction hardening,
It is required to be superior to all of the above.
このようなラックバーに用いられる鋼材として、例えば次のような鋼材が提案されている。 As steel materials used for such rack bars, for example, the following steel materials have been proposed.
すなわち、特許文献1に、質量%で、C:0.40〜0.60%、Si:0.05〜0.50%、Mn:0.05〜1.50%、およびS:0.004〜0.100%を含有し、さらに他の元素として、Cr:1.5%以下(0%を含まず)、Al:0.0005〜0.10%、およびN:0.002〜0.020%よりなる群から選択される少なくとも1種の元素を含有し、さらに必要に応じて、B:0.0005〜0.0020%を、単独でまたはTi:0.005〜0.050%と共に含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる棒鋼であって、焼入れおよび短時間焼戻しによって、棒鋼の表面から深さD/4(Dは棒鋼の直径を示す)の部分の焼入れ・焼戻し組織が、「焼戻しベイナイト組織と焼戻しマルテンサイト組織が合計で20〜100%(面積百分率)」および「再生パーライト組織が0〜50%(面積百分率)」に調整されている曲げ特性に優れたステアリングラック用鋼が提案されている。このステアリングラック用鋼は、上記化学組成を有する鋼材を圧延し、得られる棒鋼を温度820℃以上に加熱し、水冷にて室温まで制御冷却した後、温度680℃以上の雰囲気温度に加熱した炉に入れて20分以下の短時間焼戻し処理を行い室温まで空冷することによって得ることができるものである。 That is, in Patent Document 1, in mass%, C: 0.40 to 0.60%, Si: 0.05 to 0.50%, Mn: 0.05 to 1.50%, and S: 0.004. Further, as other elements, Cr: 1.5% or less (excluding 0%), Al: 0.0005-0.10%, and N: 0.002-0. Containing at least one element selected from the group consisting of 020%, and further, if necessary, B: 0.0005-0.0020% alone or with Ti: 0.005-0.050% The balance is a steel bar composed of Fe and inevitable impurities, and by quenching and short-time tempering, the quenching and tempering structure of a portion of the depth D / 4 (D indicates the diameter of the steel bar) from the surface of the steel bar is obtained. "The tempered bainite structure and the tempered martensite structure In 20-100% (area percentage) "and" Play pearlite structure 0-50% (area percentage) "excellent bending properties are adjusted to the steel steering rack is proposed. This steel for steering racks is a furnace in which a steel material having the above-mentioned chemical composition is rolled, the obtained bar steel is heated to a temperature of 820 ° C. or higher, controlled and cooled to room temperature by water cooling, and then heated to an ambient temperature of 680 ° C. or higher. And tempering for 20 minutes or less for a short time and air cooling to room temperature.
しかしながら、調質処理はコストアップの原因になる。このため、従来から調質処理を省略することにより、消費エネルギーと製造工数の削減を図ろうとする動きがあり、熱間圧延のままで調質処理した鋼材と同等の強度・靱性を備えた鋼材やその製造方法が種々提案されている。 However, the tempering process increases costs. For this reason, there is a movement to reduce energy consumption and manufacturing man-hours by omitting the tempering treatment from the past. Steel with the same strength and toughness as steel tempered with hot rolling. Various manufacturing methods have been proposed.
例えば、特許文献2には、質量%で、C:0.30〜0.50%、Si:0.15〜0.50%、Mn:1.0〜1.65%、S:0.04〜0.1%、V:0.08〜0.2%、Al:0.015〜0.05%、残部が実質的に鉄及び不可避的不純物よりなる鋼材を850〜1000℃の温度に加熱し、800〜950℃の仕上げ温度にて熱間圧延を行った後、この圧延棒鋼を850〜1000℃の温度に再加熱し、800〜950℃の仕上げ温度にて熱間鍛造を行ない、次いで、A3変態点から550℃の間を0.3〜10℃/秒の冷却速度にて冷却することを特徴とする高強度非調質棒鋼の製造方法が提案されている。 For example, in Patent Document 2, in mass%, C: 0.30 to 0.50%, Si: 0.15 to 0.50%, Mn: 1.0 to 1.65%, S: 0.04 -0.1%, V: 0.08-0.2%, Al: 0.015-0.05%, the steel material which the remainder substantially consists of iron and an unavoidable impurity is heated to the temperature of 850-1000 degreeC And after hot rolling at a finishing temperature of 800 to 950 ° C., the rolled steel bar is reheated to a temperature of 850 to 1000 ° C., hot forged at a finishing temperature of 800 to 950 ° C., and then high strength method for producing a non-heat treated steel bar, characterized by cooling at a cooling rate of 0.3 to 10 ° C. / sec between 550 ° C. from a 3 transformation point are proposed.
特許文献3には、質量%で、C:0.35〜0.70%、Si:0.1〜1.5%、Mn:0.5〜2.0%、Cr:1.5%以下、V:0.2〜1.0%、Al:0.005〜0.05%を含み、さらに必要に応じて、Nb:0.002〜0.05%、Ni:0.2〜1.0%、Cu:0.2〜1.0%、Mo:0.1〜0.5%の1種以上を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなり、フェライト−パーライト組織を備え、10nm超の析出物個数をA、10nm以下の析出物個数をBとしたとき、A/Bが1/20以上である高強度・高靱性非調質鋼が提案されている。この高強度・高靱性非調質鋼は、特許文献3の段落〔0019〕に説明されているとおり、鋼片の加熱温度を800〜930℃、粗圧延後、仕上げ圧延開始温度を780〜930℃とし、圧延後、700〜400℃における平均冷却速度を0.3〜5.0℃/sとして冷却することによって得られるものである。 In Patent Document 3, in mass%, C: 0.35 to 0.70%, Si: 0.1 to 1.5%, Mn: 0.5 to 2.0%, Cr: 1.5% or less , V: 0.2 to 1.0%, Al: 0.005 to 0.05%, and Nb: 0.002 to 0.05%, Ni: 0.2 to 1.% if necessary. 1% or more of 0%, Cu: 0.2-1.0%, Mo: 0.1-0.5%, consisting of the balance Fe and inevitable impurities, with ferrite-pearlite structure, and more than 10 nm A high-strength and high-toughness non-tempered steel having A / B of 1/20 or more, where A is the number of precipitates of 10 nm or less and B is the number of precipitates, has been proposed. As described in paragraph [0019] of Patent Document 3, this high-strength and high-toughness non-heat treated steel has a steel slab heating temperature of 800 to 930 ° C., rough rolling, and a finish rolling start temperature of 780 to 930. It is obtained by cooling at an average cooling rate at 700 to 400 ° C. at 0.3 to 5.0 ° C./s after rolling.
特許文献4には、セメンタイトを含めた炭化物の体積率が20%以下となる炭素(C)量と、質量%で、Si:0.80%以下、Mn:0.05〜3.0%、Al:0.10%以下を包含する鋼材であり、直径または短辺の長さが5mm以上で、T断面全体において、炭化物とともに平均粒径2μm以下のフェライト粒組織を有することを特徴とする高強度・高靱性棒材が提案されている。この棒材は、さらに、Cu、Ni、Ti、Nb、V、Cr、Mo、W、Ca、REM、Bのうち1種または2種以上を包含することができるものであり、400℃以上Ac3以下の温度域において、鋼材を多パス穴型圧延することによって得られるものである。 In Patent Document 4, the amount of carbon (C) in which the volume fraction of carbide including cementite is 20% or less, and mass%, Si: 0.80% or less, Mn: 0.05 to 3.0%, Al: a steel material including 0.10% or less, a diameter or a short side length of 5 mm or more, and a ferrite grain structure having an average grain size of 2 μm or less together with carbides in the entire T section Strength and high toughness bars have been proposed. This bar can further include one or more of Cu, Ni, Ti, Nb, V, Cr, Mo, W, Ca, REM, and B, and is 400 ° C. or higher Ac. In a temperature range of 3 or less, the steel material is obtained by multi-pass hole rolling.
特許文献5には、成分組成が、質量%で、0.4<C<2.0%、0.1<Si<1.0%、0.1<Mn<2.0%、P≦0.1%、S≦0.5%、残部がFeおよび不純物元素からなる鋼材を、900℃〜1200℃の温度で30秒以上保持した後、500℃〜700℃に冷却し、この温度で30秒以上保持した後に温間加工を施すことを特徴とする非調質鋼材の製造方法が提案されている。この製造方法によると、フェライトの平均粒径が2.0μm以下、セメンタイトの平均粒径が0.5μm以下、降伏比が0.75以上、シャルピー衝撃値が150J/cm2以上であり、かつ、フェライト・セメンタイトを主とする組織からなる非調質鋼材を得ることができる。 In Patent Document 5, the component composition is, by mass%, 0.4 <C <2.0%, 0.1 <Si <1.0%, 0.1 <Mn <2.0%, P ≦ 0. .1%, S ≦ 0.5%, and the balance of Fe and impurity elements are kept at 900 ° C. to 1200 ° C. for 30 seconds or more, then cooled to 500 ° C. to 700 ° C. and 30% at this temperature. There has been proposed a method for producing a non-tempered steel material characterized by performing warm working after holding for at least 2 seconds. According to this production method, the average particle size of ferrite is 2.0 μm or less, the average particle size of cementite is 0.5 μm or less, the yield ratio is 0.75 or more, the Charpy impact value is 150 J / cm 2 or more, and A non-tempered steel material composed mainly of ferrite and cementite can be obtained.
特許文献6には、2%以下のCを含有する鋼をAc1点以上に加熱した後、変形を加える熱間加工において、圧延途中でAr1点以下Ar1−200℃以上の温度域まで冷却し、その後引き続いて圧延で15%以上の塑性変形を加え、それによって発生する変形熱によりAc1点以上Ac3点以下の温度域に到達させる制御圧延パターンを少なくとも2回以上繰り返し球状化組織を得ることを特徴とする棒鋼および線材の製造方法が開示されている。 In Patent Document 6, a steel containing 2% or less of C is heated to Ac 1 point or higher, and then in hot working in which deformation is applied, during the rolling, to a temperature range of Ar 1 point or less and Ar 1 -200 ° C. or higher. cooling, followed by plastic deformation of 15% or more was added at rolling Thereafter, whereby at least two or more times spheroidized structure controlled rolling pattern to reach a temperature range of less than 1 point or more Ac 3 point Ac by deformation heat generated A method of manufacturing a steel bar and a wire rod is disclosed.
特許文献7には、2%以下のCを含有する鋼をAc1点以上に加熱した後、変形を加える熱間加工において、圧延途中でAe1点以下であり且つAr1点を超える温度域まで冷却し、その後引き続いて仕上げ圧延により15%以上の塑性変形を加え、それによってパーライトないしはベイナイト変態を促進せしめることにより、これら組織を生成させると同時に、変形熱により再びAc1点以上、Ac3点あるいはAccm点以下の温度域に到達せしめる制御圧延パターンを少なくとも2回繰り返すことを特徴とする球状化組織を有する棒鋼と線材の製造方法が開示されている。 In Patent Document 7, a steel containing 2% or less of C is heated to an Ac 1 point or higher, and then in a hot working in which deformation is performed, a temperature range of Ae 1 point or less and exceeding an Ar 1 point during rolling. Then, plastic deformation of 15% or more is subsequently applied by finish rolling, thereby accelerating pearlite or bainite transformation, thereby generating these structures, and at the same time, ac 1 point or more again by deformation heat, Ac 3 A method for producing a steel bar and a wire having a spheroidized structure, characterized by repeating a controlled rolling pattern that reaches a temperature range of a point or an Ac cm point at least twice.
特許文献8には、質量%で、C:0.35〜0.50%、Si:0.1〜0.6%、Mn:0.5〜1.5%、Al:0.005〜0.02%、V:0.05〜0.50%を含み、さらに必要に応じて、Cr:0.60%以下、Mo:0.5%以下、Ni:1%以下、Cu:1%以下、Ti:0.2%以下、Nb:0.10%以下の1種以上を含有し、残部鉄及び不可避的不純物からなり、鋼組織における、フェライト分率が20〜40%、パーライトの平均ラメラー間隔が0.05〜0.20μm、結晶方位差が15°以上の大角粒界で囲まれたフェライトの平均粒径が2〜10μmであるフェライト−パーライト複相組織からなることを特徴とする高強度高靱性非調質棒鋼が提案されている。この非調質棒鋼は、上述の量のCからVまでを含む鋼を、750〜900℃の開始温度で仕上げ圧延し、仕上げ圧延終了後10秒以内に平均冷却速度が10℃/秒以上で急冷を開始して500〜700℃の温度まで冷却し、その後、200℃まで平均冷却速度が0.1〜5℃/秒で冷却することによって得られる。 In Patent Document 8, in mass%, C: 0.35 to 0.50%, Si: 0.1 to 0.6%, Mn: 0.5 to 1.5%, Al: 0.005 to 0 0.02%, V: 0.05 to 0.50%, and if necessary, Cr: 0.60% or less, Mo: 0.5% or less, Ni: 1% or less, Cu: 1% or less , Ti: 0.2% or less, Nb: 0.10% or less, consisting of balance iron and inevitable impurities, ferrite fraction in steel structure is 20-40%, average pearlite lamellar A ferrite-pearlite multiphase structure in which the average grain size of ferrite surrounded by a large-angle grain boundary with an interval of 0.05 to 0.20 μm and a crystal orientation difference of 15 ° or more is 2 to 10 μm. High strength, high toughness non-heat treated steel bars have been proposed. This non-tempered steel bar is obtained by finish rolling a steel containing the above-mentioned amounts of C to V at a starting temperature of 750 to 900 ° C., and an average cooling rate of 10 ° C./second or more within 10 seconds after finishing rolling. It is obtained by starting quenching and cooling to a temperature of 500 to 700 ° C., and then cooling to 200 ° C. at an average cooling rate of 0.1 to 5 ° C./second.
上記の特許文献1で提案された技術は、調質処理を施すものであり、前述のようにエネルギーおよび製造工数からコスト面で望ましいものではない。さらに、昨今の地球温暖化対策上の重要な課題である二酸化炭素削減の点からも、調質処理のような熱処理を行うことは望ましいものではない。 The technique proposed in the above-mentioned Patent Document 1 performs a tempering process, and is not desirable in terms of cost from the viewpoint of energy and manufacturing man-hours as described above. Furthermore, it is not desirable to perform a heat treatment such as a tempering treatment from the viewpoint of carbon dioxide reduction, which is an important issue in recent global warming countermeasures.
特許文献2の非調質棒鋼は0.08%以上のVを、また、特許文献3の非調質鋼は0.2%以上のVを、いずれも必須元素として含有させる必要があるため、昨今の原料価格高騰下の状況においては、高価な元素であるVを用いることからコスト面で望ましい鋼材ではない。さらに、特許文献2の非調質棒鋼および特許文献3の非調質鋼はいずれも、高周波加熱を行った場合には、硬化層の結晶粒の粗大化が生じやすく硬化層の靱性が十分といえるものではない。 Since the non-tempered steel bar of Patent Document 2 must contain 0.08% or more of V, and the non-tempered steel of Patent Document 3 must contain 0.2% or more of V as an essential element, In the current situation where raw material prices are soaring, the use of V, which is an expensive element, is not a desirable steel material in terms of cost. Furthermore, both the non-tempered steel bar of Patent Document 2 and the non-tempered steel of Patent Document 3 tend to cause coarsening of crystal grains in the hardened layer when the high-frequency heating is performed, and the toughness of the hardened layer is sufficient. I can't say that.
特許文献4の実施例には、質量%で、C:0.42%、Si:0.18%、Mn:0.68%、P:0.013%、S:0.006%等のC、Si、Mn、P、Sからなる鋼材を640℃での加熱を繰り返しながら圧延したものが強度と靱性に優れていることが記載されている。しかしながら、このような化学成分の鋼材では、焼入れのために高周波加熱を行った場合であっても、鋼材中の炭化物はマトリックスに容易に固溶してしまうので、硬化層の結晶粒には粗大化が生じやすく、したがって、硬化層に十分な靱性が得られるといえるものではない。 In Examples of Patent Document 4, C: 0.42%, Si: 0.18%, Mn: 0.68%, P: 0.013%, S: 0.006%, etc. , Si, Mn, P, and S are rolled with repeated heating at 640 ° C., and are excellent in strength and toughness. However, in steel materials having such chemical components, even when high-frequency heating is performed for quenching, carbides in the steel materials easily dissolve in the matrix, so the crystal grains of the hardened layer are coarse. Therefore, it cannot be said that sufficient toughness is obtained in the cured layer.
また、特許文献5の実施例には、質量%で、C:0.40%、Si:0.25%、Mn:0.76%、P:0.02%、S:0.03%等のC、Si、Mn、P、Sからなる鋼材を900〜1200℃の温度に加熱し、組織をオーステナイト化した後、500〜700℃に冷却して「フェライトパーライト組織」にした後、温間加工を行ったものが高い降伏比と靱性を有することが記載されている。しかしながら、上記特許文献4におけると同様、このような化学成分の鋼材では、焼入れのために高周波加熱を行った場合であっても、鋼材中のセメンタイトはマトリックスに容易に固溶してしまう。このため、硬化層の結晶粒には粗大化が生じやすく、したがって、硬化層に十分な靱性が得られるといえるものではない。 Moreover, in the Example of patent document 5, by mass%, C: 0.40%, Si: 0.25%, Mn: 0.76%, P: 0.02%, S: 0.03%, etc. After heating the steel material consisting of C, Si, Mn, P, and S to a temperature of 900 to 1200 ° C. and austenitizing the structure, cooling to 500 to 700 ° C. to make a “ferrite pearlite structure”, warm It is described that what has been processed has a high yield ratio and toughness. However, as in Patent Document 4, in the steel material having such a chemical component, cementite in the steel material easily dissolves in the matrix even when high-frequency heating is performed for quenching. For this reason, the crystal grains of the hardened layer are likely to be coarsened. Therefore, it cannot be said that sufficient toughness is obtained in the hardened layer.
特許文献6で提案された技術は、冷間鍛造用鋼材の変形抵抗を下げるために行っていた球状化焼鈍の処理時間を大幅に短縮すること、すなわち、軟質な棒鋼や線材の製造方法を提供することを目的としたものである。したがって、特許文献6の方法で製造された棒鋼と線材はいずれも、ラックバーのように熱間圧延鋼材の形状をほぼ保ちながら高周波焼入れして使用するものではないし、特許文献6の発明自体がそもそも、高い強度と母材靱性、さらには、高周波焼入れで生成される硬化層の靱性にも優れる圧延鋼材を得ることを目的とするものではない。 The technology proposed in Patent Document 6 provides a method for producing a soft steel bar or wire material, which significantly shortens the spheroidizing annealing time used to reduce the deformation resistance of steel for cold forging. It is intended to do. Therefore, neither the steel bar nor the wire manufactured by the method of Patent Document 6 is used by induction hardening while maintaining the shape of the hot-rolled steel material almost like a rack bar. In the first place, it is not intended to obtain a rolled steel material that is excellent in high strength and base material toughness, and also in the toughness of a hardened layer produced by induction hardening.
特許文献7で提案された技術も特許文献6の発明と同様に、冷間鍛造用鋼材の変形抵抗を下げるために行っていた球状化焼鈍の処理時間を大幅に短縮すること、すなわち、軟質な棒鋼や線材の製造方法を提供することを目的としたものである。したがって、特許文献7の方法で製造された棒鋼と線材に関しても、ラックバーのように熱間圧延鋼材の形状をほぼ保ちながら高周波焼入れして使用するものではないし、特許文献7の発明自体がそもそも、高い強度と母材靱性、さらには、高周波焼入れで生成される硬化層の靱性にも優れる圧延鋼材を得ることを目的とするものではない。 Similar to the invention of Patent Document 6, the technique proposed in Patent Document 7 also significantly reduces the processing time of spheroidizing annealing performed to reduce the deformation resistance of the steel for cold forging, It aims at providing the manufacturing method of a steel bar and a wire. Therefore, the steel bar and wire manufactured by the method of Patent Document 7 are not used by induction hardening while maintaining the shape of the hot-rolled steel material almost like a rack bar, and the invention itself of Patent Document 7 is originally used. It is not intended to obtain a rolled steel material that is excellent in high strength and base material toughness, and also in the toughness of a hardened layer produced by induction hardening.
特許文献8で提案された技術は、パーライトのラメラー間隔を0.05〜0.20μmにすることで高い強度と高い靱性を有することが記載されている。しかし、0.05%以上のVを必須元素として含有させる必要があるため、昨今の原料価格高騰下の状況においては、高価な元素であるVを用いることからコスト面で望ましい鋼材ではない。さらに、このような化学成分の鋼材では、焼入れのために高周波加熱を行った場合、鋼材中の炭化物はマトリックスに容易に固溶してしまうので、硬化層の結晶粒には粗大化が生じやすく、したがって、硬化層に十分な靱性が得られるといえるものではない。 It is described that the technique proposed in Patent Document 8 has high strength and high toughness by setting the pearlite lamellar spacing to 0.05 to 0.20 μm. However, since it is necessary to contain 0.05% or more of V as an essential element, it is not a desirable steel material in terms of cost since V, which is an expensive element, is used in the current situation of rising raw material prices. Further, in steel materials having such chemical components, when high-frequency heating is performed for quenching, carbides in the steel materials are easily dissolved in the matrix, so that the crystal grains of the hardened layer are likely to be coarsened. Therefore, it cannot be said that sufficient toughness is obtained in the cured layer.
本発明は、上記現状に鑑みてなされたもので、ラックバーの素材のように高周波焼入れを行って用いられる圧延鋼材とその製造方法を提供すること、より詳しくは、特に高価な元素を必ずしも必要とせず、さらに、調質処理を行わずとも、高い強度および母材靱性が得られ、しかも、高周波焼入れで生成する硬化層の靱性にも優れる高周波焼入れ用圧延鋼材とその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described situation, and provides a rolled steel material that is used by induction hardening like a material of a rack bar and a manufacturing method thereof, and more specifically, a particularly expensive element is necessarily required. In addition, the present invention provides a rolled steel material for induction hardening and a method for producing the same, which can obtain high strength and base material toughness without performing tempering treatment, and is excellent in toughness of a hardened layer generated by induction hardening. With the goal.
なお、本発明の目的とする高い強度および母材靱性とは、それぞれ、圧延鋼材の状態で引張強度が760MPa以上、およびJIS Z 2242(2005)に規定の、ノッチ底半径1mm、ノッチ幅2mmのUノッチ試験片のうちでノッチ深さ2mm(つまり、ノッチ下高さ8mm)の試験片(以下、「2mmUノッチシャルピー衝撃試験片」という。)を用いたシャルピー衝撃試験における試験温度25℃での衝撃値が200J/cm2以上であることを意味し、また、優れた硬化層の靱性とは後述する試験方法による硬化層のき裂発生強度が、3点曲げ試験で荷重20kN以上であることを意味する。 The high strength and the base material toughness which are the objects of the present invention are a rolled steel material having a tensile strength of 760 MPa or more and a notch bottom radius of 1 mm and a notch width of 2 mm as defined in JIS Z 2242 (2005), respectively. Among the U-notch test pieces, a test piece having a notch depth of 2 mm (that is, a height under the notch of 8 mm) (hereinafter referred to as “2 mm U-notch Charpy impact test piece”) at a test temperature of 25 ° C. in a Charpy impact test. It means that the impact value is 200 J / cm 2 or more, and the excellent toughness of the hardened layer means that the crack initiation strength of the hardened layer by a test method described later is a load of 20 kN or more in a three-point bending test. Means.
本発明者らは、前記した課題を解決するために、中炭素鋼材において調質処理を行うことなく高い強度と靱性を得るための手段について種々の実験室的な検討を行った結果、下記の知見を得た。 In order to solve the above-described problems, the present inventors have conducted various laboratory studies on means for obtaining high strength and toughness without performing tempering treatment in a medium carbon steel material. Obtained knowledge.
(A)一般に、強度と靱性とはトレードオフの関係を示し、強度を高く設定しすぎると、靱性の低下が顕著となり、所望の特性が得られない。 (A) Generally, strength and toughness show a trade-off relationship, and if the strength is set too high, the toughness is significantly lowered and desired characteristics cannot be obtained.
(B)フェライトとパーライトとの混合組織において、いわゆる「強度−靱性バランス」を良好にする手段としては、フェライトの微細化が有効であることが知られている。そして、微細フェライト組織を得る方法としては、オーステナイトとフェライトの2相温度領域で熱間圧延を行い、圧延による加工歪によりオーステナイトからの微細なフェライトの析出を促進するとともに、加工歪によりフェライトを動的再結晶させて、フェライトを微細化すればよい。しかし、単にオーステナイトとフェライトの2相温度領域で熱間圧延しただけでは、熱間圧延終了時点で残存したオーステナイトが、冷却中にパーライト変態し、靱性の低いラメラー間隔の大きな層状セメンタイトを形成してしまう。このため、目標とする靱性レベルが得られない。 (B) In a mixed structure of ferrite and pearlite, it is known that refinement of ferrite is effective as a means for improving the so-called “strength-toughness balance”. As a method for obtaining a fine ferrite structure, hot rolling is performed in a two-phase temperature range of austenite and ferrite, and the precipitation of fine ferrite from austenite is promoted by the work strain caused by rolling, and the ferrite is moved by the work strain. The ferrite can be refined by subjecting it to recrystallization. However, simply by hot rolling in the two-phase temperature range of austenite and ferrite, the austenite remaining at the end of hot rolling undergoes pearlite transformation during cooling, forming lamellar cementite with low lamellar spacing and low toughness. End up. For this reason, the target toughness level cannot be obtained.
(C)一方、層状セメンタイトであっても、そのラメラー間隔を十分に小さく、具体的には200nm以下とすれば、目標とする靱性レベルが得られる。そのためには、熱間圧延終了後5s以内に鋼材表面温度を600℃以下でMs点を超える温度とする、すなわちオーステナイトを過冷すれば、Cの拡散距離を小さくでき、ラメラー間隔を十分に小さくすることができる。 (C) On the other hand, even if it is layered cementite, the target toughness level can be obtained if the lamellar spacing is sufficiently small, specifically 200 nm or less. For this purpose, if the steel surface temperature is set to a temperature exceeding 600 ° C. and exceeding the Ms point within 5 s after the end of hot rolling, that is, if the austenite is supercooled, the diffusion distance of C can be reduced and the lamellar spacing can be sufficiently reduced. can do.
(D)さらに、パーライト中の一部のセメンタイトを球状に析出させることができれば、靱性を一層高めることができる。なお、オーステナイトとフェライトの2相温度域での熱間圧延でオーステナイト中に加工による歪を多数導入した後、過冷することによってそれらを球状セメンタイトの析出サイトとして働かせることで、球状セメンタイトを多数析出させることができる。 (D) Furthermore, if some cementite in pearlite can be precipitated in a spherical shape, toughness can be further enhanced. In addition, after introducing a large number of processing strains into austenite by hot rolling in the two-phase temperature range of austenite and ferrite, a large amount of spherical cementite precipitates by allowing them to act as precipitation sites for spherical cementite by supercooling. Can be made.
(E)ただし、過冷によってベイナイトおよび/またはマルテンサイトが生成すると、逆に靱性を低下させてしまうので、上記の過冷は、熱間圧延終了後5s以内に鋼材表面温度を600℃以下でMs点を超える温度とし、その後、復熱により鋼材表面温度が500〜700℃の範囲となるように行う必要がある。 (E) However, if bainite and / or martensite is generated by overcooling, the toughness is reduced, so the above-described overcooling is performed at a steel surface temperature of 600 ° C. or less within 5 s after the end of hot rolling. It is necessary to set the temperature to exceed the Ms point and then perform reheating so that the steel surface temperature is in the range of 500 to 700 ° C.
(F)鋼材の組織が、微細なフェライト、ラメラー間隔が200nm以下のラメラーパーライトおよび球状セメンタイトを主体とする場合には、高い強度と優れた靱性を両立させることができる。 (F) When the structure of the steel material is mainly composed of fine ferrite, lamellar pearlite having a lamellar spacing of 200 nm or less, and spherical cementite, both high strength and excellent toughness can be achieved.
(G)Crは、球状セメンタイトを均一微細化させる作用を有するので、Cr含有量を調整した鋼材を、熱間圧延終了後5s以内に鋼材表面温度を600℃以下でMs点を超える温度とし、その後、復熱により鋼材表面温度が500〜700℃の範囲となるように冷却すると、Crを含有する球状セメンタイトが多数析出する。高周波加熱のような短時間の加熱の場合では、このCrを含有する球状セメンタイトはオーステナイト中に固溶しにくい。このため、上述の球状セメンタイトはTiNとともにピンニング粒子として、高周波加熱時のオーステナイト粒の粒成長を抑制する結果、高周波焼入れ層の靱性が高まり、高周波焼入れ層におけるき裂の発生をも抑制することができる。 (G) Since Cr has the effect of uniformly refining spherical cementite, the steel material whose Cr content is adjusted is adjusted to a temperature exceeding the Ms point at a steel material surface temperature of 600 ° C. or less within 5 s after the hot rolling is completed, Thereafter, when cooling is performed so that the surface temperature of the steel material is in a range of 500 to 700 ° C. by recuperation, a large amount of spherical cementite containing Cr is precipitated. In the case of heating for a short time such as high-frequency heating, the spherical cementite containing Cr is hardly dissolved in austenite. For this reason, the above-mentioned spherical cementite, as TiN and pinning particles, suppresses the growth of austenite grains during induction heating, and as a result, the toughness of the induction hardening layer increases and also suppresses the occurrence of cracks in the induction hardening layer. it can.
(H)鋼材にBを含有することで、高周波焼入れ時の焼入れ性を向上させ、かつ高周波加熱時のオーステナイトの粒界にPおよびSが偏析することを抑制することができる。その結果として高周波焼入れ層の靱性が一層高まり、高周波焼入れ層におけるき裂の発生をさらに抑制することができる。 (H) By containing B in the steel material, it is possible to improve hardenability during induction hardening and to suppress segregation of P and S at the grain boundaries of austenite during induction heating. As a result, the toughness of the induction hardened layer is further increased, and the generation of cracks in the induction hardened layer can be further suppressed.
(I)上記のような組織を有する鋼材において、固溶強化と析出強化によって適度な強化を図ることにより、引張強度が760MPa以上で、2mmUノッチシャルピー衝撃試験片を用いたシャルピー衝撃試験における試験温度25℃での衝撃値が200J/cm2以上で、後述する試験方法による硬化層のき裂発生強度が、3点曲げ試験で荷重20kN以上という目標特性を達成することができる。 (I) In a steel material having the above-described structure, a test temperature in a Charpy impact test using a 2 mm U-notch Charpy impact test piece with a tensile strength of 760 MPa or more by achieving appropriate strengthening by solid solution strengthening and precipitation strengthening. The target characteristic that the impact value at 25 ° C. is 200 J / cm 2 or more and the crack generation strength of the hardened layer by the test method described later is a load of 20 kN or more in a three-point bending test can be achieved.
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記[1]〜[3]に示す高周波焼入れ用圧延鋼材および[4]に示す高周波焼入れ用圧延鋼材の製造方法にある。 The present invention has been completed based on the above findings, and the gist of the present invention is a rolled steel for induction hardening shown in the following [1] to [3] and a method for producing a rolled steel for induction hardening shown in [4]. It is in.
[1]質量%で、C:0.38〜0.55%、Si:1.0%以下、Mn:0.20〜2.0%、P:0.020%以下、S:0.10%以下、Cr:0.10〜2.0%、Al:0.10%以下、B:0.0005〜0.0030%、N:0.008%以下およびTi:0.047%以下(但し、3.4N≦Ti≦3.4N+0.02%)を含有し、残部はFeおよび不純物からなり、下記の(1)式で表されるfn1の値が1.20以下である化学成分を有し、ミクロ組織がフェライト、ラメラーパーライトおよび球状セメンタイトからなり、フェライトの平均結晶粒径が10μm以下であり、ラメラーパーライトのうちのラメラー間隔が200nm以下のラメラーパーライトのミクロ組織に占める面積割合が20〜50%であり、かつ、球状セメンタイトの個数が4×105個/mm2以上であることを特徴とする高周波焼入れ用圧延鋼材。
fn1=C+(1/10)Si+(1/5)Mn+(5/22)Cr+1.65V−(5/7)S・・・(1)
ただし、上記(1)式中の、C、Si、Mn、Cr、V、Sは、それぞれの元素の質量%での含有量を表す。また、上記球状セメンタイトとは、長径Lと短径Wの比(L/W)が2.0以下であるセメンタイトを指す。
[1] By mass%, C: 0.38 to 0.55%, Si: 1.0% or less, Mn: 0.20 to 2.0%, P: 0.020% or less, S: 0.10 %: Cr: 0.10 to 2.0%, Al: 0.10% or less, B: 0.0005 to 0.0030%, N: 0.008% or less, and Ti: 0.047% or less (provided that 3.4N ≦ Ti ≦ 3.4N + 0.02%), the balance is composed of Fe and impurities, and has a chemical component in which the value of fn1 represented by the following formula (1) is 1.20 or less. In addition, the microstructure is composed of ferrite, lamellar pearlite and spherical cementite, the average crystal grain size of ferrite is 10 μm or less , and the area ratio of the lamellar pearlite in the lamellar pearlite whose lamellar spacing is 200 nm or less is 20 to It is 50%, and Induction hardening rolled steel for, wherein the number of spheroidal cementite is 4 × 10 5 cells / mm 2 or more.
fn1 = C + (1/10) Si + (1/5) Mn + (5/22) Cr + 1.65V− (5/7) S (1)
However, C, Si, Mn, Cr, V, and S in the above formula (1) represent the content of each element in mass%. Moreover, the said spherical cementite refers to the cementite whose ratio (L / W) of the major axis L and the minor axis W is 2.0 or less.
[2]化学成分が、Feの一部に代えて、質量%で、Cu:1.0%以下、Ni:3.0%以下およびMo:0.50%以下のうちの1種以上の元素を含有することを特徴とする上記[1]に記載の高周波焼入れ用圧延鋼材。 [2] One or more elements selected from Cu: 1.0% or less, Ni: 3.0% or less, and Mo: 0.50% or less in mass% instead of a part of Fe The rolled steel material for induction hardening as described in [1] above, comprising:
[3]化学成分が、Feの一部に代えて、質量%で、Nb:0.10%以下およびV:0.30%以下のうちの1種以上の元素を含有することを特徴とする上記[1]または[2]に記載の高周波焼入れ用圧延鋼材。 [3] The chemical component may contain one or more elements of Nb: 0.10% or less and V: 0.30% or less in mass% instead of a part of Fe. Rolled steel for induction hardening according to the above [1] or [2].
[4]上記[1]から[3]までのいずれかに記載の化学成分を有する被圧延材を、670〜850℃の温度域に加熱した後、2以上の圧延工程を備える全連続式熱間圧延方法により圧延し、さらに、最終圧延工程における圧延を終了した後、5s以内に鋼材表面温度を600℃以下でMs点を超える温度とし、その後、復熱により鋼材表面温度が500〜700℃の範囲となるように冷却して、
フェライト、ラメラーパーライトおよび球状セメンタイトからなり、フェライトの平均結晶粒径が10μm以下であり、ラメラーパーライトのうちのラメラー間隔が200nm以下のラメラーパーライトのミクロ組織に占める面積割合が20〜50%であり、かつ、球状セメンタイトの個数が4×10 5 個/mm 2 以上であるミクロ組織を有する高周波焼入れ用圧延鋼材を製造する方法であって、
該全連続式熱間圧延方法が、下記の〔1〕および〔2〕を満足することを特徴とする高周波焼入れ用圧延鋼材の製造方法。
〔1〕各圧延工程中の被圧延材の表面温度が、650〜820℃の温度範囲内であること、
〔2〕総減面率が30%以上であること。
[4] Fully continuous heat comprising two or more rolling steps after heating the rolled material having the chemical component according to any one of [1] to [3] to a temperature range of 670 to 850 ° C. After rolling in the intermediate rolling method, and after finishing the rolling in the final rolling step, the steel surface temperature is set to a temperature exceeding 600 ° C. and exceeding the Ms point within 5 s, and then the steel surface temperature is 500 to 700 ° C. by reheating. Cool to the range of
It consists of ferrite, lamellar pearlite and spherical cementite, the average grain size of ferrite is 10 μm or less, and the area ratio of the lamellar pearlite in the lamellar pearlite whose lamellar spacing is 200 nm or less is 20 to 50%, and a method for producing a rolled steel for induction hardening which has a microstructure number of spherical cementite is 4 × 10 5 cells / mm 2 or more,
The all-continuous hot rolling method satisfies the following [1] and [2]: A method for producing a rolled steel material for induction hardening.
[1] The surface temperature of the material to be rolled during each rolling step is within a temperature range of 650 to 820 ° C.
[2] The total area reduction rate is 30% or more.
なお、「3.4N」は質量%でのN含有量の3.4倍を示す。 Note that “3.4N” indicates 3.4 times the N content in mass%.
残部としての「Feおよび不純物」における「不純物」とは、鉄鋼材料を工業的に製造する際に、鉱石あるいはスクラップ等のような原料を始めとして、製造工程の種々の要因によって混入するものを指す。 The “impurities” in the remaining “Fe and impurities” refers to those that are mixed due to various factors in the manufacturing process, including raw materials such as ore or scrap, when industrially producing steel materials. .
「球状セメンタイト」とは、長径Lと短径Wの比(L/W)が2.0以下であるセメンタイトを指す。 “Spherical cementite” refers to cementite having a ratio of the major axis L to the minor axis W (L / W) of 2.0 or less.
「全連続式熱間圧延方法」とは、例えば、「粗圧延機列−仕上げ圧延機列」や「粗圧延機列−中間圧延機列−仕上げ圧延機列」のような、2以上の圧延機列からなるタンデムミルを用いた圧延ラインにおいて、圧延機列間で被圧延材を放置することができない方法を指す。なお、上記において各圧延機列は複数台の圧延機から構成される場合だけではなく、1台の圧延機で構成されているものをも含む。 “Fully continuous hot rolling method” means, for example, “rough rolling mill train—finish rolling mill train” or “rough rolling mill train—intermediate rolling mill train—finish rolling mill train”. In a rolling line using a tandem mill consisting of machine rows, it refers to a method in which a material to be rolled cannot be left between rolling machine rows. In addition, in the above, each rolling mill row | line includes not only the case where it is comprised from several rolling mills but what is comprised by one rolling mill.
「総減面率」とは、全連続式熱間圧延方法における被圧延材の圧延前の断面積をA0、最終の圧延機を出た後の面積をAfとした場合に、{(A0−Af)/A0}×100で求められる値(%)を指す。 The “total area reduction ratio” means that when the cross-sectional area before rolling of the material to be rolled in the all continuous hot rolling method is A 0 and the area after leaving the final rolling mill is A f , {( A 0 -A f ) / A 0 } × 100 (%).
なお、以下、ラメラー間隔が200nm以下のラメラーパーライトを「微細ラメラーパーライト」、またラメラー間隔が200nmを超えるラメラーパーライトを「粗大ラメラーパーライト」という場合がある。 Hereinafter, a lamellar pearlite having a lamellar spacing of 200 nm or less may be referred to as “fine lamellar pearlite”, and a lamellar pearlite having a lamellar spacing exceeding 200 nm may be referred to as “coarse lamellar pearlite”.
本発明の高周波焼入れ用圧延鋼材は、必ずしも高価なVを含有させる必要がなく、しかも、調質処理を行わずとも、圧延鋼材の状態で引張強度が760MPa以上、および2mmUノッチシャルピー衝撃試験片を用いたシャルピー衝撃試験における試験温度25℃での衝撃値が200J/cm2以上という特性を有し、さらに、高周波焼入れの際に粒成長が起こりにくいため硬化層の靱性にも優れるので、高周波焼入れを行って用いられる曲げ強度および衝撃特性が要求されるラックバー等の部品の素材として用いるのに好適である。この高周波焼入れ用圧延鋼材は、本発明の方法によって製造することができる。 The rolled steel material for induction hardening according to the present invention does not necessarily contain expensive V, and the tensile strength is not less than 760 MPa and a 2 mm U notch Charpy impact test piece in the state of the rolled steel material without performing tempering treatment. In the Charpy impact test used, the impact value at a test temperature of 25 ° C. is 200 J / cm 2 or more. Further, since the grain growth hardly occurs during induction hardening, the hardened layer has excellent toughness. It is suitable for use as a material for parts such as rack bars that require bending strength and impact characteristics. This induction-quenched rolled steel can be produced by the method of the present invention.
以下、本発明の各要件について詳しく説明する。なお、以下の説明における各元素の含有量の「%」表示は「質量%」を意味する。 Hereinafter, each requirement of the present invention will be described in detail. In the following description, “%” of the content of each element means “mass%”.
1.化学成分:
C:0.38〜0.55%
Cは、鋼の強度、高周波焼入れ性および高周波焼入れで形成された硬化層の強度を向上させる作用を有する。しかしながら、その含有量が0.38%未満では、所望の効果が得られない。一方、Cの含有量が0.55%を超えると、母材靱性が低下するとともに、高周波焼入れで形成された硬化層が脆化する。したがって、Cの含有量を0.38〜0.55%とした。なお、前記の効果を安定して得るために、Cの含有量は0.40%以上、0.50%以下とすることが好ましい。
1. Chemical composition:
C: 0.38 to 0.55%
C has the effect of improving the strength of steel, induction hardenability, and the strength of a hardened layer formed by induction hardening. However, if the content is less than 0.38%, the desired effect cannot be obtained. On the other hand, if the C content exceeds 0.55%, the toughness of the base material decreases and the hardened layer formed by induction hardening becomes brittle. Therefore, the content of C is set to 0.38 to 0.55%. In addition, in order to acquire the said effect stably, it is preferable that content of C shall be 0.40% or more and 0.50% or less.
Si:1.0%以下
Siは、脱酸元素であり、さらに、固溶強化によってフェライトの強度を向上させる元素である。一方、Siは、含有量の増加に伴ってA3変態点を上昇させ、高周波焼入れ性および高周波焼入れで形成された硬化層の強度を低下させる元素でもある。そして、含有量の増加に伴ってA3変態点が上昇するため、加熱あるいは熱間圧延後の冷却過程で脱炭が生じやすいオーステナイトとフェライトが主たる構成相となる温度領域が広がるため、Siの含有量が高い鋼材では脱炭が生じやすくなる。特に、Siの含有量が1.0%を超える場合には、脱酸効果および固溶強化は期待できるものの、熱間圧延後の脱炭が生じやすくなって、高周波焼入れで生成する硬化層の靱性が低下する。したがって、Siの含有量を1.0%以下とした。なお、Si含有量は0.8%以下とすることが好ましい。一方、前記したSiの固溶強化作用を利用して強度確保を確実に行うためには、Siの含有量は0.03%以上とすることが好ましく、0.10%以上とすれば一層好ましい。
Si: 1.0% or less Si is a deoxidizing element and is an element that improves the strength of ferrite by solid solution strengthening. Meanwhile, Si raises the A 3 transformation point with increasing content is also an element to lower the strength of the induction hardening and curing layer formed by induction hardening. Then, with increasing content for A 3 transformation point rises, the temperature region where the decarburization easily occurs austenite and ferrite in the cooling process after heating or hot rolling is the primary constituent phase spreads, the Si A steel material with a high content tends to cause decarburization. In particular, when the Si content exceeds 1.0%, a deoxidation effect and solid solution strengthening can be expected, but decarburization after hot rolling is likely to occur, and a hardened layer generated by induction quenching is generated. Toughness decreases. Therefore, the Si content is set to 1.0% or less. In addition, it is preferable that Si content shall be 0.8% or less. On the other hand, the content of Si is preferably 0.03% or more and more preferably 0.10% or more in order to ensure the strength by utilizing the above-described solid solution strengthening effect of Si. .
Mn:0.20〜2.0%
Mnは、高周波焼入れ性および高周波焼入れで形成された硬化層の靱性を向上させるのに有効な元素であるとともに、固溶強化によってフェライトの強度を向上させる元素である。しかしながら、Mnの含有量が0.20%未満の場合、所望の効果が得られない。一方、2.0%を超えてMnを含有させると、最終圧延後の冷却時にベイナイトを生成しやすくなり、靱性の劣化を招く。したがって、Mnの含有量を0.20〜2.0%とした。なお、合金コストを低く抑えたうえで前記の効果を安定して得るために、Mnの含有量は0.40%以上、1.50%以下とすることが好ましい。
Mn: 0.20 to 2.0%
Mn is an element effective for improving the induction hardenability and the toughness of the hardened layer formed by induction hardening, and is an element for improving the strength of the ferrite by solid solution strengthening. However, when the Mn content is less than 0.20%, the desired effect cannot be obtained. On the other hand, when Mn is contained exceeding 2.0%, it becomes easy to produce bainite at the time of cooling after final rolling, resulting in deterioration of toughness. Therefore, the content of Mn is set to 0.20 to 2.0%. In order to stably obtain the above effect while keeping the alloy cost low, the Mn content is preferably 0.40% or more and 1.50% or less.
P:0.020%以下
Pは、不純物として含有され、粒界偏析および中心偏析を起こし、母材靱性および高周波焼入れで生成する硬化層の靱性の低下を招き、特に、その含有量が0.020%を超えると、母材靱性および高周波焼入れで生成する硬化層の靱性低下が著しくなる。したがって、Pの含有量を、0.020%以下とした。なお、Pの含有量は、0.010%以下にするのが好ましい。
P: 0.020% or less P is contained as an impurity and causes grain boundary segregation and center segregation, leading to a decrease in base material toughness and toughness of a hardened layer generated by induction quenching. If it exceeds 020%, the base material toughness and the toughness reduction of the hardened layer produced by induction quenching become significant. Therefore, the content of P is set to 0.020% or less. The P content is preferably 0.010% or less.
S:0.10%以下
Sは、不純物として含有される。なお、Sを積極的に含有させるとMnと結合してMnSを形成し、被削性、なかでも切り屑処理性を高める作用を有するが、MnSを多く形成しすぎると、被削性は改善できても、母材靱性および高周波焼入れで生成する硬化層の靱性の低下を招き、特に、Sの含有量が0.10%を超えると、母材靱性および高周波焼入れで生成する硬化層の靱性低下が著しくなる。したがって、Sの含有量を、0.10%以下とした。なお、Sの含有量は0.08%以下とすることが好ましい。一方、被削性を高める観点からは、Sは0.010%以上を含有させることが好ましく、0.015%以上含有させればより好ましい。
S: 0.10% or less S is contained as an impurity. In addition, when S is positively contained, it combines with Mn to form MnS and has an effect of improving machinability, in particular, chip disposal, but if too much MnS is formed, machinability is improved. Even if it can, the toughness of the base material toughness and the toughness of the hardened layer generated by induction quenching will be reduced. Especially when the S content exceeds 0.10%, the toughness of the base material toughness and the hardened layer generated by induction hardening is tough. The decline is significant. Therefore, the content of S is set to 0.10% or less. The S content is preferably 0.08% or less. On the other hand, from the viewpoint of improving machinability, S is preferably contained in an amount of 0.010% or more, and more preferably 0.015% or more.
Cr:0.10〜2.0%
Crは、熱間圧延鋼材において球状セメンタイトを均一微細化させるために必要不可欠な元素である。さらに、Crは高周波焼入れ性を向上させる作用も有する。これらの効果はCrの含有量が0.10%以上で発揮される。しかしながら、Crの含有量が2.0%を超えると、前記した球状セメンタイトの均一微細化および高周波焼入れ性向上効果が飽和するうえに、母材靱性の低下が生じる。したがって、Crの含有量を0.10〜2.0%とした。なお、Crの含有量は0.20%以上、1.8%以下とすることが好ましい。
Cr: 0.10 to 2.0%
Cr is an indispensable element for uniform refinement of spherical cementite in hot rolled steel. Furthermore, Cr also has an effect of improving induction hardenability. These effects are exhibited when the Cr content is 0.10% or more. However, if the Cr content exceeds 2.0%, the effect of improving the uniform refinement of the spherical cementite and the induction hardenability is saturated, and the toughness of the base material is lowered. Therefore, the content of Cr is set to 0.10 to 2.0%. The Cr content is preferably 0.20% or more and 1.8% or less.
Al:0.10%以下
Alは、不純物として混入する元素である。また、Alは、脱酸のために添加する場合がある。しかしながら、Alは、A3変態点を上昇させ、高周波焼入れ性の低下を招く。特に、Alの含有量が0.10%を超える場合には、高周波焼入れ性の低下が著しくなり、さらに、母材靱性の劣化も招く。したがって、Alの含有量の上限を0.10%とした。なお、Alの含有量は0.08%以下とすることが好ましい。一方、AlNの脱酸効果を得るためにはAlの含有量は0.005%以上とすることが好ましい。
Al: 0.10% or less Al is an element mixed as an impurity. Al may be added for deoxidation. However, Al raises the A 3 transformation point, lowering the induction hardening properties. In particular, when the Al content exceeds 0.10%, the induction hardenability is significantly lowered, and further, the base material toughness is deteriorated. Therefore, the upper limit of the Al content is set to 0.10%. The Al content is preferably 0.08% or less. On the other hand, in order to obtain the deoxidizing effect of AlN, the Al content is preferably 0.005% or more.
B:0.0005〜0.0030%
Bは、オーステナイトとフェライトが主たる構成相となる温度領域について、その上限値を高温側にシフトさせ、かつ、高周波焼入れ性を向上させる作用、さらには高周波焼入れ時のオーステナイト粒界におけるPおよびSの偏析を抑制する作用を有する。上記の効果はBの含有量が0.0005%以上で顕著である。しかしながら、0.0030%を超えてBを含有させても前記の効果は飽和し、コストが嵩むばかりである。したがって、Bの含有量を0.0005〜0.0030%とした。Bの含有量は0.0010%以上、0.0020%以下とすることが好ましい。
B: 0.0005 to 0.0030%
B is a temperature region in which austenite and ferrite are the main constituent phases. The upper limit value is shifted to a high temperature side, and the effect of improving induction hardenability. Furthermore, P and S in the austenite grain boundary during induction hardening Has the effect of suppressing segregation. The above effect is remarkable when the B content is 0.0005% or more. However, even if it contains B exceeding 0.0030%, the above-mentioned effect is saturated and the cost is increased. Therefore, the content of B is set to 0.0005 to 0.0030%. The B content is preferably 0.0010% or more and 0.0020% or less.
なお、上記した範囲の量のBを含有する場合であっても、Bが鋼中のNと結合してBNを形成し、いわゆる「固溶B」として存在しない場合には、上述した効果が期待できない。したがって、Bの高周波焼入れ性を向上する効果、ならびに高周波焼入れ時のオーステナイト粒界におけるPおよびSの偏析を抑制する効果を発揮させるためには、鋼中のN量を低減する必要がある。 Even in the case of containing B in an amount in the above range, when B is combined with N in steel to form BN and does not exist as so-called “solid solution B”, the above-described effects are obtained. I can't expect it. Therefore, in order to exhibit the effect of improving the induction hardenability of B and the effect of suppressing the segregation of P and S at the austenite grain boundaries during induction hardening, it is necessary to reduce the amount of N in the steel.
N:0.008%以下
Nは、Bとの親和力が大きく、鋼中のBと結合してBNを形成した場合には、Bを含有させたことによる、オーステナイトとフェライトが主たる構成相となる温度領域の上限値を高温側にシフトさせる効果、高周波焼入れ性の向上効果、ならびに高周波焼入れ時のオーステナイト粒界におけるPおよびSの偏析を抑制する効果が期待できない。特に、Nの含有量が多くなって0.008%を超えると、上記効果が得られない。したがって、Nの含有量を、0.008%以下とした。なお、鋼中のNの含有量は可能な限り低減することが好ましい。
N: 0.008% or less N has a large affinity with B, and when it binds to B in steel to form BN, austenite and ferrite are the main constituent phases due to the inclusion of B. The effect of shifting the upper limit of the temperature region to the high temperature side, the effect of improving the induction hardenability, and the effect of suppressing the segregation of P and S at the austenite grain boundary during induction hardening cannot be expected. In particular, when the N content is increased and exceeds 0.008%, the above effect cannot be obtained. Therefore, the N content is set to 0.008% or less. In addition, it is preferable to reduce N content in steel as much as possible.
Ti:0.047%以下
Tiは、鋼中のNと優先的に結合することでBNの形成を抑制し、Bを固溶Bとして存在させて、Bのオーステナイトとフェライトが主たる構成相となる温度領域の上限値を高温側にシフトさせる効果、Bの高周波焼入れ性向上効果ならびに高周波焼入れ時のオーステナイト粒界におけるPおよびSの偏析抑制効果を確保するのに有効な元素である。しかしながら、Tiの含有量が多すぎる場合、Tiが鋼中のCと結合して炭化物を形成して鋼中の固溶C量が減少しフェライトの割合が多くなるので、却って高周波焼入れ性の低下を招き、さらに、高周波焼入れされた硬化層の靱性の低下をも招く。特に、Tiの含有量が多くなって、0.047%を超えると、高周波焼入れ性の低下および上記硬化層の靱性の著しい低下をきたす。したがって、Tiの含有量を、0.047%以下とした。
Ti: 0.047% or less Ti suppresses formation of BN by preferentially bonding with N in the steel, and B is present as a solid solution B, so that austenite and ferrite of B are the main constituent phases. It is an element effective for ensuring the effect of shifting the upper limit of the temperature region to the high temperature side, the effect of improving the induction hardenability of B, and the effect of suppressing the segregation of P and S at the austenite grain boundaries during induction hardening. However, if the Ti content is too high, Ti combines with C in the steel to form carbides, reducing the amount of solute C in the steel and increasing the proportion of ferrite. In addition, the toughness of the induction-hardened hardened layer is also reduced. In particular, when the Ti content increases and exceeds 0.047%, the induction hardenability is lowered and the toughness of the hardened layer is significantly lowered. Therefore, the Ti content is set to 0.047% or less.
3.4N≦Ti≦3.4N+0.02%
NおよびTiの含有量がたとえ上述した範囲にあっても、Tiの含有量が〔3.4N〕未満の場合には、鋼中のNの固定が不十分となってNがBと結合してBNを形成するので、上記したBの効果を十分に発現することができない。一方、Tiの含有量が〔3.4N+0.02%〕を超えると、高周波焼入れ性の低下および高周波焼入れされた硬化層の靱性低下が避けられない。したがって、TiとNの含有量について、3.4N≦Ti≦3.4N+0.02%とした。
3.4N ≦ Ti ≦ 3.4N + 0.02%
Even if the content of N and Ti is in the above-mentioned range, if the content of Ti is less than [3.4N], the fixation of N in the steel is insufficient and N binds to B. Therefore, the above-mentioned effect of B cannot be fully expressed. On the other hand, if the Ti content exceeds [3.4N + 0.02%], a reduction in induction hardenability and a reduction in toughness of the induction hardened layer are inevitable. Therefore, the Ti and N contents are set to 3.4N ≦ Ti ≦ 3.4N + 0.02%.
fn1の値:1.20以下
本発明においては、fn1の値、つまり、
fn1=C+(1/10)Si+(1/5)Mn+(5/22)Cr+1.65V−(5/7)S・・・(1)
の式で表される値が大きくなりすぎると、過度に強化されるため、母材靱性の低下を招くことになる。本発明の高周波焼入れ用圧延鋼材は、後述するように「微細なフェライト、ミクロ組織に占める面積割合が20〜50%の微細ラメラーパーライト(つまり、ラメラー間隔が200nm以下であるラメラーパーライト)を含むラメラーパーライトおよび球状セメンタイト」で構成されるミクロ組織にすることで優れた「強度−靱性バランス」を確保するが、たとえこのようなミクロ組織を得ることができた場合でも、fn1の値が1.20を超えると目標とする母材靱性(2mmUノッチシャルピー衝撃試験片を用いたシャルピー衝撃試験における試験温度25℃での衝撃値が200J/cm2以上)を得ることができない。したがって、上記(1)で表わされるfn1の値を1.20以下とした。
fn1 value: 1.20 or less In the present invention, the value of fn1, that is,
fn1 = C + (1/10) Si + (1/5) Mn + (5/22) Cr + 1.65V− (5/7) S (1)
If the value represented by the formula is too large, it is strengthened excessively, leading to a decrease in the base material toughness. As will be described later, the rolled steel for induction hardening according to the present invention includes “fine ferrite, fine lamellar pearlite having an area ratio of 20 to 50% in the microstructure (that is, lamellar pearlite having a lamellar spacing of 200 nm or less). An excellent “strength-toughness balance” is ensured by forming a microstructure composed of “pearlite and spherical cementite”. Even when such a microstructure can be obtained, the value of fn1 is 1.20. Exceeding the target, the target base material toughness (impact value at a test temperature of 25 ° C. in a Charpy impact test using a 2 mmU notch Charpy impact test piece is 200 J / cm 2 or more) cannot be obtained. Therefore, the value of fn1 represented by the above (1) is set to 1.20 or less.
fn1の値は1.10以下とすることが好ましい。また、fn1の値は、強度を確保する点から、0.65以上とすることが好ましい。 The value of fn1 is preferably 1.10 or less. The value of fn1 is preferably 0.65 or more from the viewpoint of securing strength.
本発明の高周波焼入れ用圧延鋼材の一つは、上記元素のほか、残部がFeおよび不純物からなる化学成分を有するものである。なお、既に述べたように、「Feおよび不純物」における「不純物」とは、鉄鋼材料を工業的に製造する際に原料としての鉱石もしくはスクラップまたは環境等から混入するものを指す。 One of the rolled steel materials for induction hardening according to the present invention has a chemical component whose balance is Fe and impurities in addition to the above elements. As already described, “impurities” in “Fe and impurities” refers to those mixed from ore or scrap as a raw material or the environment when steel materials are industrially produced.
本発明の高周波焼入れ用圧延鋼材の化学成分の別の一つは、Feの一部に代えて、下記第1群および第2群の中から選ばれた1種以上の元素、すなわち、下記第1群および第2群のグループのうちの元素の1種以上を任意元素として含有する化学成分であってもよい。 Another chemical component of the induction-hardened rolled steel of the present invention is one or more elements selected from the following first group and second group instead of a part of Fe, that is, It may be a chemical component containing one or more elements of the first group and the second group as optional elements.
第1群:Cu:1.0%以下、Ni:3.0%以下およびMo:0.50%以下
第1群の元素であるCu、NiおよびMoは、高周波焼入れ性を向上させ、強度を高める作用を有するので、この効果を得るために、それぞれ、上記の範囲で含有させてもよい。以下、第1群の元素について詳しく説明する。
Group 1: Cu: 1.0% or less, Ni: 3.0% or less and Mo: 0.50% or less The elements of the first group, Cu, Ni and Mo, improve the induction hardenability and increase the strength. Since it has the effect | action which raises, in order to acquire this effect, you may make it contain in said range, respectively. Hereinafter, the elements of the first group will be described in detail.
Cu:1.0%以下
Cuは、CおよびMnと同様に、高周波焼入れ性を向上させ、強度を高める作用を有するので、高強度化のためにCuを含有してもよい。しかしながら、Cuの含有量が1.0%を超えると熱間加工性を劣化させる。したがって、含有させる場合のCuの量を1.0%以下とした。なお、含有させる場合のCuの量は0.80%以下とすることが好ましい。
Cu: 1.0% or less Cu, like C and Mn, has the effect of improving the induction hardenability and increasing the strength, and therefore may contain Cu for increasing the strength. However, when the Cu content exceeds 1.0%, the hot workability is deteriorated. Therefore, the amount of Cu in the case of inclusion is set to 1.0% or less. In addition, it is preferable that the amount of Cu in the case of containing is 0.80% or less.
一方、前記したCuの強度向上効果を確実に得るためには、Cuの含有量は0.05%以上とすることが好ましく、0.10%以上とすれば一層好ましい。 On the other hand, in order to surely obtain the above-described Cu strength improvement effect, the Cu content is preferably 0.05% or more, and more preferably 0.10% or more.
Ni:3.0%以下
Niは、CおよびMnと同様に、高周波焼入れ性を向上させ、強度を高める作用を有するので、高強度化のためにNiを含有してもよい。しかしながら、Niの含有量が3.0%を超えるとその効果が飽和するので、コストが嵩むばかりである。したがって、含有させる場合のNiの量を3.0%以下とした。なお、含有させる場合のNiの量は2.0%以下とすることが好ましい。
Ni: 3.0% or less Ni, like C and Mn, has the effect of improving the induction hardenability and increasing the strength, so Ni may be included for increasing the strength. However, when the Ni content exceeds 3.0%, the effect is saturated, and the cost is increased. Therefore, the amount of Ni in the case of inclusion is set to 3.0% or less. In addition, when Ni is contained, the amount of Ni is preferably set to 2.0% or less.
一方、前記したNiの強度向上効果を確実に得るためには、Niの含有量は0.05%以上とすることが好ましく、0.10%以上とすれば一層好ましい。 On the other hand, in order to reliably obtain the above-described effect of improving Ni strength, the Ni content is preferably 0.05% or more, and more preferably 0.10% or more.
Mo:0.50%以下
Moは、CおよびMnと同様に、高周波焼入れ性を向上させ、強度を高める作用を有するので、高強度化のためにMoを含有してもよい。しかしながら、Moの含有量が0.50%を超えた場合、前記の効果は飽和し、コストが嵩むばかりである。したがって、含有させる場合のMoの量を0.50%以下とした。なお、含有させる場合のMoの量は0.40%以下とすることが好ましい。
Mo: 0.50% or less Mo, like C and Mn, has the effect of improving the induction hardenability and increasing the strength, so Mo may be contained for increasing the strength. However, when the Mo content exceeds 0.50%, the above effect is saturated and the cost is increased. Therefore, the amount of Mo in the case of inclusion is set to 0.50% or less. In addition, it is preferable that the quantity of Mo in the case of making it contain is 0.40% or less.
一方、前記したMoの強度向上効果を安定して得るためには、Moの含有量は0.05%以上とすることが好ましく、0.10%以上とすれば一層好ましい。 On the other hand, in order to stably obtain the above-described effect of improving the strength of Mo, the Mo content is preferably 0.05% or more, and more preferably 0.10% or more.
上記のCu、NiおよびMoは、そのうちのいずれか1種のみ、または、2種以上の複合で含有させることができる。なお、含有させる場合のこれらの元素の合計量は4.50%以下であってもよいが、3.20%以下とすることが好ましい。 Said Cu, Ni, and Mo can be contained only in any one of them, or 2 or more types of composites. The total amount of these elements in the case of inclusion may be 4.50% or less, but is preferably 3.20% or less.
第2群:Nb:0.10%以下およびV:0.30%以下
第2群の元素であるNbおよびVは、結晶粒微細化作用を有するので、この効果を得るために、それぞれ、上記の範囲で含有させてもよい。以下、第2群の元素について詳しく説明する。
Group 2: Nb: 0.10% or less and V: 0.30% or less Nb and V, which are elements of Group 2, have a crystal grain refining action. You may make it contain in the range. Hereinafter, the second group of elements will be described in detail.
Nb:0.10%以下
Nbは、鋼中に析出物を形成し、結晶粒を微細化する作用を有する。また、Nbには、鋼の強度を向上させる作用もある。しかしながら、Nbの含有量が0.10%を超えるとその効果が飽和し、コストが嵩むのみならず、靱性の低下を招く。このため、含有させる場合のNbの量を0.10%以下とした。なお、含有させる場合のNbの量は0.08%以下とすることが好ましい。
Nb: 0.10% or less Nb has a function of forming precipitates in steel and refining crystal grains. Nb also has the effect of improving the strength of steel. However, when the content of Nb exceeds 0.10%, the effect is saturated, the cost increases, and the toughness is reduced. For this reason, the amount of Nb in the case of inclusion is set to 0.10% or less. In addition, it is preferable that the quantity of Nb in the case of making it contain is 0.08% or less.
一方、Nbの結晶粒微細化効果を安定して得るためには、Nbの含有量は0.01%以上とすることが好ましく、0.015%以上とすれば一層好ましい。 On the other hand, in order to stably obtain the Nb crystal grain refining effect, the Nb content is preferably 0.01% or more, and more preferably 0.015% or more.
V:0.30%以下
Vは、鋼中に析出物を形成し、結晶粒を微細化する作用を有する。また、Vには、鋼の強度を向上させる作用もある。しかしながら、Vの含有量が0.30%を超えるとその効果が飽和し、コストが嵩むのみならず、靱性の低下を招く。このため、含有させる場合のVの量を0.30%以下とした。なお、含有させる場合のVの量は0.25%以下とすることが好ましい。
V: 0.30% or less V has an action of forming precipitates in the steel and refining crystal grains. V also has the effect of improving the strength of the steel. However, if the content of V exceeds 0.30%, the effect is saturated, the cost increases, and the toughness is reduced. For this reason, the V amount in the case of inclusion is set to 0.30% or less. In addition, it is preferable that the amount of V in the case of containing is 0.25% or less.
一方、Vの結晶粒微細化効果を安定して得るためには、Vの含有量は0.01%以上とすることが好ましく、0.02%以上とすれば一層好ましい。 On the other hand, in order to stably obtain the V crystal grain refining effect, the V content is preferably 0.01% or more, and more preferably 0.02% or more.
上記のNbおよびVは、そのうちのいずれか1種のみ、または、2種の複合で含有させることができる。なお、含有させる場合のこれらの元素の合計量は0.40%以下であってもよいが、0.33%以下とすることが好ましい。 Said Nb and V can be contained only in any 1 type or 2 types of composites. The total amount of these elements in the case of inclusion may be 0.40% or less, but is preferably 0.33% or less.
上記CuからVまでの任意元素を含有する化学成分の鋼材においても、前記の(1)式で表されるfn1の値が1.20以下である必要がある。 Also in the steel material of the chemical component containing the said arbitrary elements from Cu to V, the value of fn1 represented by said (1) formula needs to be 1.20 or less.
2.ミクロ組織:
前項で述べた化学成分を有する本発明の高周波焼入れ用圧延鋼材のミクロ組織は、フェライト、ラメラーパーライトおよび球状セメンタイトからなり、フェライトの平均結晶粒径が10μm以下、ラメラーパーライトのうちのラメラー間隔が200nm以下のラメラーパーライト(すなわち、微細ラメラーパーライト)のミクロ組織に占める面積割合が20〜50%および球状セメンタイトの個数が4×105個/mm2以上でなければならない。
2. Microstructure:
The microstructure of the induction-hardened rolled steel material of the present invention having the chemical components described in the previous section is composed of ferrite, lamellar pearlite and spherical cementite, and the ferrite has an average crystal grain size of 10 μm or less, and the lamellar spacing of lamellar pearlite is 200 nm. The area ratio of the following lamellar pearlite (that is, fine lamellar pearlite) in the microstructure should be 20 to 50%, and the number of spherical cementite should be 4 × 10 5 / mm 2 or more.
これは、化学成分に加えて、鋼材のミクロ組織を上記のものとすることによって、調質処理を行わずとも、高い強度と母材靱性を有し、高周波焼入れで生成する硬化層の靱性をも向上することができるからである。 In addition to the chemical components, the steel has the above-mentioned microstructure of the steel material, so that it has high strength and base material toughness without any tempering treatment, and the toughness of the hardened layer generated by induction hardening is reduced. It is because it can also improve.
本発明の高周波焼入れ用圧延鋼材においては、ラメラーパーライトのうちの微細ラメラーパーライトのミクロ組織に占める面積割合が20%を下回る場合には、目標とする強度が得られない。一方、上記微細ラメラーパーライトのミクロ組織に占める面積割合が50%を超えた場合には、母材靱性の低下を招く。したがって、ラメラーパーライトのうちの微細ラメラーパーライトのミクロ組織に占める面積割合が20〜50%と規定した。 In the rolled steel material for induction hardening of the present invention, when the area ratio of the fine lamellar pearlite in the microstructure of the lamellar pearlite is less than 20%, the target strength cannot be obtained. On the other hand, when the area ratio of the fine lamellar pearlite in the microstructure exceeds 50%, the toughness of the base material is lowered. Accordingly, the area ratio of the fine lamellar pearlite in the microstructure of the lamellar pearlite is defined as 20 to 50%.
なお、ラメラーパーライトのうちのラメラー間隔が200nmを超えるラメラーパーライト、すなわち、粗大ラメラーパーライトは強度および母材靱性の劣化を招くおそれがある。このため、ラメラーパーライトのうちのラメラー間隔が200nmを超えるラメラーパーライトがミクロ組織に占める面積割合は20%以下であることが望ましい。 Of the lamellar pearlite, lamellar pearlite having a lamellar spacing exceeding 200 nm, that is, coarse lamellar pearlite may cause deterioration in strength and base material toughness. For this reason, it is desirable that the area ratio of the lamellar pearlite in the lamellar pearlite with the lamellar spacing exceeding 200 nm in the microstructure is 20% or less.
また、ラメラー間隔を問わず、ラメラーパーライトがミクロ組織に占める面積割合は、50%以下であることが望ましい。なお、ラメラー間隔は小さいほどよいが、パーライト変態により得られる限界のラメラー間隔は50nm程度である。 In addition, regardless of the lamellar spacing, the area ratio of lamellar pearlite in the microstructure is desirably 50% or less. The smaller lamellar spacing is better, but the limit lamellar spacing obtained by pearlite transformation is about 50 nm.
さらに、フェライトの平均結晶粒径が10μmを超えた場合には、目標とする強度と母材靱性を得ることが困難である。したがって、フェライトの平均結晶粒径を10μm以下とした。なお、フェライトの平均結晶粒径は、極力小さい方が結晶粒微細化による強化を図るうえで好ましいが、サブミクロンオーダーの結晶粒を形成するには、特殊な加工条件あるいは設備が必要となり工業的に実現することが困難である。したがって、工業上実現しうるサイズとして、フェライトの平均結晶粒径は1μm程度である。 Furthermore, when the average crystal grain size of ferrite exceeds 10 μm, it is difficult to obtain target strength and base material toughness. Therefore, the average crystal grain size of ferrite is set to 10 μm or less. The average grain size of ferrite is preferably as small as possible for strengthening by grain refinement. However, in order to form submicron-order crystal grains, special processing conditions or equipment are required, which is industrial. It is difficult to realize. Therefore, as an industrially realizable size, the average crystal grain size of ferrite is about 1 μm.
一方、ラメラーパーライトのうちのラメラー間隔が200nm以下のラメラーパーライトのミクロ組織に占める面積割合およびフェライトの平均結晶粒径が上記の条件を満たす場合、単位面積あたりの球状セメンタイトが高周波焼入れ時の硬化層部の靱性に影響を及ぼす。 On the other hand, when the area ratio of the lamellar pearlite of the lamellar pearlite in the microstructure of the lamellar pearlite occupying the microstructure and the average crystal grain size of the ferrite satisfy the above conditions, the spherical cementite per unit area is a hardened layer during induction hardening. It affects the toughness of the part.
つまり、本発明の高周波焼入れ用圧延鋼材はCrを含有しており、セメンタイト中には0.5%程度のCrが固溶しており、このようなCrを固溶するセメンタイトは高周波焼入れ時の短時間の加熱ではマトリックスに固溶しにくく、結晶粒成長のピンニング効果を有する。しかしながら、球状セメンタイトの個数が4×105個/mm2より少ない場合には、高周波焼入れ時の硬化層における結晶粒成長の抑制効果が十分発揮できず、目標とする硬化層の靱性が得られない。したがって、球状セメンタイトの個数を4×105個/mm2以上と規定した。なお、球状セメンタイトの個数は多いほど好ましいが、実質的には5×107個/mm2程度である。 That is, the rolled steel material for induction hardening according to the present invention contains Cr, and about 0.5% of Cr is solid-solved in the cementite, and the cementite that dissolves such Cr at the time of induction hardening. When heated for a short time, it hardly dissolves in the matrix and has a pinning effect of crystal grain growth. However, when the number of spherical cementite is less than 4 × 10 5 pieces / mm 2 , the effect of suppressing crystal grain growth in the hardened layer during induction hardening cannot be sufficiently exerted, and the target toughness of the hardened layer can be obtained. Absent. Therefore, the number of spherical cementite was specified to be 4 × 10 5 pieces / mm 2 or more. The larger the number of spherical cementite, the better. However, it is substantially about 5 × 10 7 pieces / mm 2 .
既に述べたように、「球状セメンタイト」とは、長径Lと短径Wの比(L/W)が2.0以下であるセメンタイトを指し、単位面積あたりの球状セメンタイトの個数については、以下の方法によって算出することができる。 As described above, “spherical cementite” refers to cementite having a ratio of the major axis L to the minor axis W (L / W) of 2.0 or less. The number of spherical cementites per unit area is as follows. It can be calculated by a method.
先ず、圧延鋼材の中心軸を通り、圧延方向に平行に切り出した断面(以下、「縦断面」という。)が被検面になるように樹脂に埋め込み、鏡面研磨した後、ピクリン酸アルコール(ピクラル液)で腐食して、倍率を5000倍として走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて10視野についてミクロ組織画像を撮影する。このとき、各視野の面積は25μm×20μmである。 First, a cross section cut through the central axis of the rolled steel material and parallel to the rolling direction (hereinafter referred to as a “longitudinal section”) is embedded in a resin so that it becomes a test surface, mirror-polished, and then picric alcohol (picral) The microstructure is corroded with a liquid, and a microstructure image is taken for 10 fields of view using a scanning electron microscope (SEM) at a magnification of 5000 times. At this time, the area of each visual field is 25 μm × 20 μm.
そして次に、上記の撮影画像を用いて、画像処理ソフトによって各セメンタイトの長径Lと短径Wとを個々に測定し、L/Wが2.0を超えるものはラメラーを形成しているため、L/Wが2.0以下であるセメンタイト、つまり、球状セメンタイトの個数をカウントして、最終的に面積1mm2あたりの球状セメンタイトの個数(個/mm2)として算出する。 Then, using the above-mentioned photographed image, the major axis L and the minor axis W of each cementite are individually measured by image processing software, and those having L / W exceeding 2.0 form lamellar. , Count the number of cementite having L / W of 2.0 or less, that is, spherical cementite, and finally calculate the number of spherical cementite per 1 mm 2 (pieces / mm 2 ).
なお、セメンタイト中に固溶しているCr量は、電解抽出残渣から算出することができる。例えば、10%AA系電解液(10%アセチルアセトン、1%テトラアンモニウムクロライド−メタノール)を用いて電解し、0.2μmのフィルターで残渣を採取し、次に、採取された残渣の質量を測定するとともに、酸分解処理後、ICP−AES(高周波誘導結合プラズマ原子分光分析)を行って、残渣中のFe、Cr、Mnの質量を測定する。そして、残渣がすべてM3C型の炭化物、つまり、セメンタイトであると仮定してセメンタイト中の質量を算出すれば、最終的にセメンタイト中に固溶しているCr量を算出することができる。この方法で本発明の高周波焼入れ用圧延鋼材のセメンタイト中には前述した0.5%程度のCrが固溶していることが判明した。 The amount of Cr dissolved in the cementite can be calculated from the electrolytic extraction residue. For example, electrolysis is performed using a 10% AA-based electrolytic solution (10% acetylacetone, 1% tetraammonium chloride-methanol), a residue is collected with a 0.2 μm filter, and then the mass of the collected residue is measured. At the same time, after the acid decomposition treatment, ICP-AES (High Frequency Inductively Coupled Plasma Atomic Spectroscopy) is performed to measure the mass of Fe, Cr, and Mn in the residue. Then, if it is assumed that all the residues are M 3 C-type carbides, that is, cementite, and the mass in the cementite is calculated, the amount of Cr finally dissolved in the cementite can be calculated. By this method, it was found that about 0.5% of the above-described Cr was dissolved in the cementite of the induction hardening rolled steel of the present invention.
3.高周波焼入れ用圧延鋼材の製造方法:
前項で述べた本発明の高周波焼入れ用圧延鋼材のミクロ組織は、例えば、既に述べた化学成分を有する被圧延材を、次に述べる圧延方法で熱間圧延し、冷却することによって容易に得ることができる。
3. Production method of induction hardening rolled steel:
The microstructure of the rolled steel for induction hardening according to the present invention described in the previous section can be easily obtained by, for example, hot rolling the material having the chemical components already described by the following rolling method and cooling. Can do.
なお、熱間圧延方法としては、2以上の圧延工程を備える全連続式熱間圧延方法が、本発明の高周波焼入れ用圧延鋼材を工業的に製造するのに適している。このため、以下の説明は、上述した全連続式熱間圧延方法による圧延(以下、「全連続式熱間圧延」ということがある。)をベースにして行うこととする。 In addition, as a hot rolling method, the all-continuous hot rolling method provided with two or more rolling processes is suitable for manufacturing the rolled steel materials for induction hardening of this invention industrially. For this reason, the following description will be based on rolling by the above-described all-continuous hot rolling method (hereinafter sometimes referred to as “all-continuous hot rolling”).
3.1.加熱条件:
既に述べた化学成分を有する被圧延材を、オーステナイトとフェライトが主たる構成相となる670〜850℃の温度域に加熱した後、全連続式熱間圧延を開始する。
3.1. Heating conditions:
The material to be rolled having the chemical components already described is heated to a temperature range of 670 to 850 ° C. in which austenite and ferrite are the main constituent phases, and then all continuous hot rolling is started.
上記の加熱により、被圧延材中、すなわち全連続式熱間圧延により所定の形状に加工する前の鋼材中に存在していたパーライトを構成するセメンタイト中のCr濃度を高めることができ、オーステナイトのマトリックス中に安定なセメンタイトを一部残存させることができる。さらに、このような初期組織にすることにより、圧延による加工歪によりオーステナイトからの微細なフェライトの析出を促進するとともに、加工歪によりフェライトを動的再結晶させて、フェライトを微細化させることができる。 By the above heating, the Cr concentration in the cementite constituting the pearlite existing in the material to be rolled, that is, in the steel material before being processed into a predetermined shape by all-continuous hot rolling, can be increased. A part of stable cementite can remain in the matrix. Furthermore, by using such an initial structure, precipitation of fine ferrite from austenite is promoted by processing strain due to rolling, and ferrite can be dynamically recrystallized by processing strain to refine the ferrite. .
上記のオーステナイト中に残存したセメンタイトは、全連続式熱間圧延過程で、加工誘起セメンタイトの析出サイトとなるため、球状セメンタイトの析出を促進させることができる。 The cementite remaining in the austenite becomes a precipitation site for work-induced cementite during the all-continuous hot rolling process, so that the precipitation of spherical cementite can be promoted.
なお、熱間圧延前に行う、上記の670〜850℃という温度域での加熱においては、被圧延材(素材)の温度を所定の領域まで上昇させるだけではなく、素材の断面内温度を均一にするために、長時間にわたる加熱処理が行われることがあり、この場合には、素材表面にフェライト脱炭が生じることがある。したがって、上記フェライト脱炭を抑止するために、上記温度域での加熱時間は3時間以下とすることが好ましい。 In addition, in the heating in the temperature range of 670 to 850 ° C. performed before hot rolling, not only the temperature of the material to be rolled (raw material) is raised to a predetermined area but also the temperature in the cross section of the raw material is uniform. In order to achieve this, heat treatment for a long time may be performed, and in this case, ferrite decarburization may occur on the surface of the material. Therefore, in order to suppress the ferrite decarburization, the heating time in the temperature range is preferably 3 hours or less.
3.2.加熱後の全連続式熱間圧延条件:
高周波焼入れ用圧延鋼材のミクロ組織を所望のものとするためには、既に述べた化学成分を有する被圧延材を、前記「3.1.」項に記載した条件で加熱した後、2以上の圧延工程を備える全連続式熱間圧延方法により圧延を行うに際して、当該全連続式熱間圧延方法が、下記の条件〔1〕および〔2〕を満たすようにするのがよい。
3.2. Full continuous hot rolling conditions after heating:
In order to obtain the desired microstructure of the induction-strengthened rolled steel, the material to be rolled having the chemical components described above is heated under the conditions described in the above section “3.1.”, And then two or more When performing rolling by a fully continuous hot rolling method including a rolling process, the fully continuous hot rolling method preferably satisfies the following conditions [1] and [2].
〔1〕各圧延工程中の被圧延材の表面温度が、650〜820℃の温度範囲内であること、
〔2〕総減面率が30%以上であること。
[1] The surface temperature of the material to be rolled during each rolling step is within a temperature range of 650 to 820 ° C.
[2] The total area reduction rate is 30% or more.
これは、全連続式熱間圧延における温度を制御し、加えて、該圧延による総減面率を特定の値以上にして、オーステナイトからのフェライトの加工誘起析出を促進させることによって、微細なフェライトを形成させるだけなく、フェライト中に多数の加工ひずみを導入して再結晶を促し、かつオーステナイト中に加工誘起球状セメンタイトの析出を促進させるようにするためである。 This is because the temperature in the all-continuous hot rolling is controlled, and in addition, the total area reduction by the rolling is set to a specific value or more, thereby promoting the processing-induced precipitation of ferrite from austenite. This is because a large number of processing strains are introduced into the ferrite to promote recrystallization, and precipitation of processing-induced spherical cementite is promoted into austenite.
上述の効果は、オーステナイトとフェライトが主たる構成相として保持された状態で発現でき、このためには、先ず、全連続式熱間圧延における各圧延工程中の被圧延材の表面温度を820℃以下とするのがよい。 The above-described effects can be manifested in a state in which austenite and ferrite are retained as the main constituent phases. For this purpose, first, the surface temperature of the material to be rolled during each rolling step in all-continuous hot rolling is 820 ° C. or less. It is good to do.
各圧延工程中の被圧延材の表面温度が820℃を超える場合には、該熱間圧延で導入された転位は、オーステナイトの回復再結晶に伴い容易に消失してしまうので、セメンタイトが十分に加工誘起析出できず、前記の効果が得難くなる。 When the surface temperature of the material to be rolled during each rolling process exceeds 820 ° C., the dislocations introduced in the hot rolling easily disappear with the recovery and recrystallization of austenite. Processing-induced precipitation cannot be performed, and the above effect is difficult to obtain.
一方、各圧延工程中の被圧延材の表面温度が650℃より低い場合には、多くの転位を導入できるものの、その温度で保持されることによって、オーステナイトがパーライト変態を開始してしまう。そのため後述する全連続式熱間圧延終了後の冷却により微細ラメラーパーライトを生成させることができないばかりか、変形抵抗が極めて大きい相である粗大ラメラーパーライトを加工することになるので、ミル負荷が極めて増大してしまう。したがって、各圧延工程中の被圧延材の表面温度は650℃以上とするのがよい。 On the other hand, when the surface temperature of the material to be rolled during each rolling step is lower than 650 ° C., many dislocations can be introduced, but austenite starts pearlite transformation by being held at that temperature. Therefore, not only fine lamellar pearlite cannot be generated by cooling after the end of all-continuous hot rolling, which will be described later, but also coarse lamellar pearlite, which is a phase with extremely large deformation resistance, is processed, so the mill load is extremely increased. Resulting in. Therefore, the surface temperature of the material to be rolled during each rolling step is preferably 650 ° C. or higher.
なお、全連続式熱間圧延方法の場合には、圧延に伴う加工発熱のために被圧延材の中心部の温度が上昇してしまうが、その場合であっても、最初の圧延工程から最後の圧延工程までの間に1以上の中間冷却工程を設け、連続圧延の途中段階で中間冷却を行うことによって、被圧延材の中心部温度を所望の温度に制御して、主たる構成相をオーステナイトとフェライトとなる状態を維持することができる。 In the case of the all-continuous hot rolling method, the temperature at the center of the material to be rolled rises due to processing heat generated by rolling. By providing one or more intermediate cooling steps before the rolling step, and performing intermediate cooling in the middle of continuous rolling, the central temperature of the material to be rolled is controlled to a desired temperature, and the main constituent phase is austenite. And the state which becomes a ferrite can be maintained.
一方、全連続式熱間圧延の途中段階で中間冷却を行う場合に、被圧延材の表面温度が低下しすぎると、当該冷却途中あるいは当該冷却終了後に前記の主たる構成相であるオーステナイトとフェライトにおけるオーステナイトがパーライト変態を開始し、その後の圧延で当該パーライトを加工することになってしまう。この場合には、パーライト組織を構成する層状セメンタイトの一部はわずかに分断されるものの、セメンタイトのアスペクト比はあまり小さくはならないし、パーライトの変形抵抗は極めて大きいので、ミル負荷が極めて増大してしまう。さらに、被圧延材の温度がより低下すると、前記オーステナイトがベイナイト、マルテンサイトといった硬質相に変態することとなる。硬質相への変態が生じると、該硬質相が圧延加工されることになるので、圧延途中で被圧延材の表面に割れが生じてしまう。 On the other hand, when performing intermediate cooling in the middle stage of all-continuous hot rolling, if the surface temperature of the material to be rolled is too low, in the austenite and ferrite that are the main constituent phases during the cooling or after the cooling ends Austenite starts pearlite transformation, and the pearlite is processed by subsequent rolling. In this case, although a part of the layered cementite constituting the pearlite structure is slightly divided, the aspect ratio of the cementite is not so small and the deformation resistance of the pearlite is extremely large, so the mill load is extremely increased. End up. Further, when the temperature of the material to be rolled is further lowered, the austenite is transformed into a hard phase such as bainite and martensite. When the transformation into the hard phase occurs, the hard phase is rolled, so that the surface of the material to be rolled is cracked during rolling.
しかしながら、水冷などによる中間冷却工程中に、被圧延材の表面温度が650℃を一時的に下回っても、オーステナイトは直ちにパーライト変態を開始するわけではない。中間冷却工程において、冷却開始から冷却終了後被圧延材の表面温度が650℃以上の温度に復熱するまでの時間Δtが実質的に10sを超えなければ、オーステナイトは前記変態を開始しない。そして、全連続式熱間圧延の途中段階での中間冷却によって被圧延材の表面が、「過冷状態」、すなわち温度低下した場合であっても、続く圧延工程開始時の被圧延材の表面温度が650℃以上に復熱しておれば、被圧延材の表面の組織をオーステナイトとフェライトが主たる構成相となる状態のままにすることができる。 However, even if the surface temperature of the material to be rolled temporarily falls below 650 ° C. during the intermediate cooling step such as water cooling, austenite does not immediately start the pearlite transformation. In the intermediate cooling step, the austenite does not start the transformation unless the time Δt until the surface temperature of the material to be rolled is reheated to a temperature of 650 ° C. or higher after the end of cooling does not substantially exceed 10 s. And the surface of the material to be rolled at the start of the subsequent rolling process even when the surface of the material to be rolled is "supercooled", that is, when the temperature is lowered by intermediate cooling in the middle stage of all-continuous hot rolling If the temperature is reheated to 650 ° C. or more, the surface structure of the material to be rolled can be kept in a state in which austenite and ferrite are the main constituent phases.
したがって、全連続式熱間圧延における各圧延工程中の被圧延材の表面温度は、前記の条件〔1〕、つまり、「650〜820℃の範囲内であること」を満たすようにするのがよい。 Therefore, the surface temperature of the material to be rolled during each rolling step in the full continuous hot rolling should satisfy the above condition [1], that is, “in the range of 650 to 820 ° C.”. Good.
前記各圧延工程中の被圧延材の表面温度が650〜820℃の温度範囲にあっても、圧延加工による変形が進行した場合には、主たる構成相を安定してオーステナイトとフェライトの状態に維持し難くなる場合がある。このため、2以上の圧延機列において、特に後段側の圧延機列、例えば、「粗圧延機列−仕上げ圧延機列」の場合における「仕上げ圧延機列」、あるいは、「粗圧延機列−中間圧延機列−仕上げ圧延機列」の場合における「中間圧延機列」および「仕上げ圧延機列」においては、安定かつ確実にオーステナイトとフェライトを主たる構成相として維持するために、圧延工程中の被圧延材の表面温度は、650〜800℃であることが好ましい。 Even when the surface temperature of the material to be rolled during each rolling step is in the temperature range of 650 to 820 ° C., when deformation due to rolling progresses, the main constituent phases are stably maintained in the state of austenite and ferrite. May be difficult. For this reason, in two or more rolling mill rows, in particular, in the case of “rough rolling mill row—finish rolling mill row” or “rough rolling mill row” or “rough rolling mill row— In the case of “intermediate rolling mill train—finish rolling mill train”, in the “intermediate rolling mill train” and “finish rolling mill train”, in order to stably and reliably maintain austenite and ferrite as main constituent phases, The surface temperature of the material to be rolled is preferably 650 to 800 ° C.
フェライトの結晶粒微細化、さらには、球状セメンタイトの分散と圧延工程でのパーライト変態の抑制をより安定して行うためには、上述の2以上の圧延機列における後段側の圧延機列での圧延工程中の被圧延材の表面温度は、650〜780℃であることがさらに好ましい。 In order to more stably carry out the refinement of ferrite crystal grains and further the suppression of pearlite transformation in the rolling process and the dispersion of spherical cementite, in the latter rolling mill row in the above two or more rolling mill rows The surface temperature of the material to be rolled during the rolling process is more preferably 650 to 780 ° C.
前記の条件〔1〕を満足していても、全連続式熱間圧延における総減面率が30%未満の場合には、加工に伴う転位の導入が不十分であるため、オーステナイトからの加工誘起フェライト析出させることができず、また、加工誘起球状セメンタイトを十分に析出させることができないことがある。 Even if the above condition [1] is satisfied, when the total area reduction in all-continuous hot rolling is less than 30%, the introduction of dislocations accompanying the processing is insufficient, so that processing from austenite Induced ferrite cannot be precipitated, and processing-induced spherical cementite may not be sufficiently precipitated.
上記の理由から、総減面率が前記の条件〔2〕、つまり、「30%以上」も満たすようにするのがよい。 For the above reason, it is preferable that the total area reduction rate satisfies the above condition [2], that is, “30% or more”.
なお、全連続式熱間圧延における総減面率は、加工誘起析出によりオーステナイトから安定して微細なフェライトを析出させ、かつオーステナイトに十分な加工歪を導入する理由から、60%以上であることが好ましい。全連続式熱間圧延における総減面率の上限は、総減面率を極端に大きくすると、仕上げ圧延機に近づくにつれて、圧延速度が増加し、加工発熱が生じ、加工発熱の抑制のため、冷却設備あるいは圧延レイアウトの大幅な延長、増設が必要となる理由から、99.5%程度となる。 Note that the total area reduction ratio in all-continuous hot rolling is 60% or more because the fine ferrite is stably precipitated from austenite by work-induced precipitation and sufficient work strain is introduced into the austenite. Is preferred. The upper limit of the total area reduction rate in all-continuous hot rolling is that if the total area reduction rate is extremely increased, as the finish rolling mill is approached, the rolling speed increases, processing heat is generated, and processing heat generation is suppressed. It is about 99.5% because the cooling equipment or rolling layout needs to be extended or expanded significantly.
3.3.全連続式熱間圧延終了後の最終冷却条件:
高周波焼入れ用圧延鋼材のミクロ組織を所望のものとするためには、既に述べた化学成分を有する被圧延材を、前記「3.1.」項に記載した条件で加熱した後、前記「3.2.」項に記載した条件で全連続式熱間圧延を行って所定の形状にした後、5s以内に鋼材表面温度を600℃以下でMs点を超える温度とし、その後、復熱により鋼材表面温度が500〜700℃の範囲となるように冷却するのがよい。
3.3. Final cooling conditions after completion of all continuous hot rolling:
In order to obtain the desired microstructure of the induction-strengthened rolled steel, the rolled material having the chemical components described above is heated under the conditions described in the above section “3.1.”, And then the “3. .2. "After performing all-continuous hot rolling under the conditions described in the section" 2 ", the steel surface temperature is set to a temperature exceeding 600 ° C. and exceeding the Ms point within 5 s. Cooling is preferably performed so that the surface temperature is in the range of 500 to 700 ° C.
全連続式熱間圧延終了後、つまり、最終圧延工程における圧延を終了した後、5s以内に鋼材表面温度を600℃以下でMs点を超える温度とすることで、最終圧延工程後のオーステナイトが過冷オーステナイトとなり、その後の復熱により鋼材表面温度が500〜700℃の範囲となることで、平衡状態でのA1点(約720℃)と上記復熱温度の差であるいわゆる「過冷度」により、ラメラー間隔が200nm以下の微細ラメラーパーライトを生成させることができるだけでなく、加工により歪が導入されたオーステナイトから球状セメンタイトを析出させることができる。さらに、上記復熱により鋼材表面温度が500〜700℃の範囲となるように冷却することは、ベイナイトの生成を抑制することになるとともに、球状セメンタイト中にCrが拡散して球状セメンタイトを安定にすることにもなる。 After finishing all continuous hot rolling, that is, after finishing rolling in the final rolling process, the austenite after the final rolling process is exceeded by setting the steel surface temperature to 600 ° C. or less and exceeding the Ms point within 5 s. Since it becomes cold austenite and the steel surface temperature is in the range of 500 to 700 ° C. by subsequent recuperation, the so-called “supercooling degree” which is the difference between the A 1 point (about 720 ° C.) in the equilibrium state and the above recuperation temperature. In addition to producing fine lamellar pearlite having a lamellar spacing of 200 nm or less, spherical cementite can be precipitated from austenite into which strain has been introduced by processing. Further, cooling the steel material so that the steel surface temperature is in the range of 500 to 700 ° C. by recuperation suppresses the formation of bainite, and Cr diffuses into the spherical cementite to stabilize the spherical cementite. It will also do.
上記最終圧延工程が終了した後、鋼材表面温度を600℃以下でMs点を超える温度とする時間が5sを超えた場合、すなわち、最終圧延工程が終了した後5s以内に鋼材表面温度が600℃以下にならない場合、最終圧延工程後のオーステナイトが過冷オーステナイトとならず、その後に復熱によって鋼材表面温度が500〜700℃の範囲になったとしても、微細ラメラーパーライトを生成させることができない。一方、上記最終圧延工程における圧延を終了した後、5s以内に鋼材表面温度をMs点以下にした場合には、マルテンサイトが生成することになって微細ラメラーパーライトが得られない。 After the final rolling step is completed, when the time for which the steel surface temperature is 600 ° C. or less and exceeds the Ms point exceeds 5 s, that is, the steel surface temperature is 600 ° C. within 5 s after the final rolling step is completed. When it does not become below, even if the austenite after the final rolling process does not become supercooled austenite, and the steel material surface temperature is in the range of 500 to 700 ° C. by reheating thereafter, fine lamellar pearlite cannot be generated. On the other hand, when the steel material surface temperature is set to the Ms point or less within 5 s after the rolling in the final rolling process is finished, martensite is generated and fine lamellar pearlite cannot be obtained.
なお、上記5s以内に鋼材表面温度を600℃以下でMs点を超える温度としても、その後、復熱により鋼材表面温度が500℃を下回った場合には、ベイナイトが生成するため、母材靱性の低下を生じてしまう。また、上記5s以内に鋼材表面温度を600℃以下でMs点を超える温度としても、その後、複熱により鋼材表面温度が700℃を上回った場合には、生成した微細ラメラーパーライトが逆変態してしまい、所望のミクロ組織が得られなくなる。したがって、最終圧延工程における圧延を終了した後、5s以内に鋼材表面温度を600℃以下でMs点を超える温度とし、その後、復熱により鋼材表面温度が500〜700℃の範囲となるように冷却するのがよい。 Even if the steel surface temperature is set to 600 ° C. or less and exceeds the Ms point within 5 s, bainite is generated when the steel surface temperature is below 500 ° C. due to recuperation. It will cause a decline. Moreover, even if the steel material surface temperature is set to a temperature exceeding 600 ° C. and exceeding the Ms point within 5 s, when the steel material surface temperature exceeds 700 ° C. due to double heat, the generated fine lamellar pearlite is reversely transformed. Therefore, a desired microstructure cannot be obtained. Therefore, after finishing the rolling in the final rolling step, the steel surface temperature is set to a temperature exceeding 600 ° C. and exceeding the Ms point within 5 s, and then cooled so that the steel surface temperature is in the range of 500 to 700 ° C. by reheating. It is good to do.
なお、上述の5s以内に鋼材表面温度を600℃以下でMs点を超える温度とし、その後、復熱により鋼材表面温度が500〜700℃の範囲となるように冷却した後で室温まで冷却する条件は特に規定するに及ばない。このため、製造設備、生産性等を勘案して、例えば、空冷(放冷)、強制風冷やミスト冷却などから適宜決定すればよい。 In addition, the steel material surface temperature is set to a temperature exceeding 600 ° C. and exceeding the Ms point within 5 s described above, and then cooled to room temperature after cooling so that the steel material surface temperature is in the range of 500 to 700 ° C. by reheating. Is not particularly stipulated. For this reason, it may be determined as appropriate from, for example, air cooling (cooling), forced air cooling, mist cooling, etc. in consideration of manufacturing equipment, productivity, and the like.
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
表1に示す化学成分を有する鋼A〜Vからなる角ビレット(160mm角で長さが10m)を準備した。 Square billets (160 mm square and 10 m long) made of steels A to V having chemical components shown in Table 1 were prepared.
上記の鋼のうち、鋼A〜Kは化学成分が本発明で規定する範囲内にある鋼である。一方、鋼L〜Vは化学成分が本発明で規定する範囲から外れた比較例の鋼である。 Among the above steels, steels A to K are steels whose chemical components are within the range defined in the present invention. On the other hand, steels L to V are steels of comparative examples whose chemical components deviate from the range defined in the present invention.
なお、表1には、各鋼についてMs点も併記した。 In Table 1, the Ms point is also shown for each steel.
前記の角ビレットを、下記の各圧延機列の間に冷却設備を備えた全連続式熱間圧延ラインによって、表2に試験番号1〜28として示した条件で「総減面率」が95.1%の熱間圧延を行い、直径40mmの棒鋼に加工した。 The above-mentioned square billet was set to 95 under the conditions shown as test numbers 1 to 28 in Table 2 by an all-continuous hot rolling line equipped with cooling equipment between the rolling mill rows below. 1% hot rolled and processed into a steel bar with a diameter of 40 mm.
・粗圧延機列:6台の圧延機で構成、
・第一中間圧延機列:2台の圧延機で構成、
・第二中間圧延機列:4台の圧延機で構成、
・仕上げ圧延機列:2台の圧延機で構成。
・ Rough rolling mill row: composed of 6 rolling mills,
-First intermediate rolling mill row: composed of two rolling mills,
-Second intermediate rolling mill row: composed of four rolling mills,
-Finish rolling mill row: Consists of two rolling mills.
なお、放射温度計を用いて圧延時の被圧延材の表面温度および連続圧延終了後の冷却過程での被圧延材の表面温度を測定した。そして、圧延および冷却の各段階での被圧延材の表面部および中心部の温度履歴について、前記の放射温度計で測定した表面温度測定値、各中間冷却設備における冷却条件、各中間冷却設備を出た後の大気中での冷却条件および圧延条件を考慮して、差分法による数値解析を行った。 In addition, the surface temperature of the to-be-rolled material at the time of rolling and the surface temperature of the to-be-rolled material in the cooling process after completion | finish of continuous rolling were measured using the radiation thermometer. And about the temperature history of the surface part and the center part of the material to be rolled at each stage of rolling and cooling, the surface temperature measurement value measured by the radiation thermometer, the cooling condition in each intermediate cooling equipment, each intermediate cooling equipment Considering the cooling conditions and rolling conditions in the air after leaving, numerical analysis was performed by the difference method.
連続圧延終了後、つまり、仕上げ圧延機列の2台目の圧延機による圧延を終了した後、水冷設備を用いて水量によって冷却速度を制御し、試験番号1〜27について、5s以内に鋼材表面温度が600℃以下でMs点を超える温度となるように冷却した。なお、試験番号27については、試験番号1〜26よりも冷却水量を増し、強冷却した。水冷設備を出た後の被圧延材は、復熱により鋼材表面温度が上昇した。試験番号28については、最終圧延後水冷せずそのまま大気中での放冷とした。 After the end of continuous rolling, that is, after finishing rolling by the second rolling mill in the finish rolling mill row, the cooling rate is controlled by the amount of water using a water cooling facility, and the steel surface within 5 s for test numbers 1 to 27 Cooling was performed so that the temperature was 600 ° C. or less and exceeded the Ms point. In addition, about the test number 27, the amount of cooling water was increased rather than the test numbers 1-26, and it cooled strongly. The material to be rolled after leaving the water-cooling facility increased the steel surface temperature due to recuperation. Test No. 28 was left as it was in the air without being cooled with water after the final rolling.
なお、表2において粗圧延機列、第一中間圧延機列、第二中間圧延機列および仕上げ圧延機列をそれぞれ、「粗列」、「第一中間列」、「第二中間列」および「仕上列」と表記し、粗圧延機列と第一中間圧延機列との間の冷却設備を「冷却設備1」、第一中間圧延機列と第二中間圧延機列との間の冷却設備を「冷却設備2」、また、第二中間圧延機列と仕上げ圧延機列の間の冷却設備を「冷却設備3」と表記した。また、試験番号1〜27における最終圧延後の「冷却終了時間」は水冷設備による水冷時間、「冷却後温度」は水冷終了直後の温度、「復熱後温度」は復熱によって到達した最高温度である。一方、最終圧延後に水冷せずそのまま大気中での放冷とした試験番号28における「冷却後温度」は放冷後5s経過後の温度である。 In Table 2, the rough rolling mill row, the first intermediate rolling mill row, the second intermediate rolling mill row and the finish rolling mill row are respectively represented as “rough row”, “first intermediate row”, “second intermediate row” and The cooling equipment between the rough rolling mill row and the first intermediate rolling mill row is denoted as “finishing row”, and the cooling facility between the first rolling mill row and the first intermediate rolling mill row is referred to as “cooling equipment 1”. The equipment was indicated as “cooling equipment 2”, and the cooling equipment between the second intermediate rolling mill row and the finishing rolling mill row was designated as “cooling equipment 3”. In addition, the “cooling end time” after the final rolling in test numbers 1 to 27 is the water cooling time by the water cooling equipment, “temperature after cooling” is the temperature immediately after the end of water cooling, and “temperature after reheating” is the highest temperature reached by reheating It is. On the other hand, the “temperature after cooling” in Test No. 28 in which the product was allowed to cool in the air as it was without water cooling after the final rolling was the temperature after 5 seconds had passed after cooling.
なお、表2に記載の圧延開始温度、入側温度、出側温度、圧延終了温度ならびに、最終圧延後の冷却後温度および復熱後温度は、放射温度計を用いて測定した被圧延材の表面温度であり、中間冷却工程において、冷却開始から冷却終了後被圧延材の表面温度が650℃以上に復熱するまでの時間Δtは、放射温度計で測定した表面温度測定値、各中間冷却設備における冷却条件、各中間冷却設備を出た後の大気中での冷却条件および圧延条件を考慮して、差分法による数値解析によって求めた被圧延材表面の温度履歴から算出して記載したものである。 It should be noted that the rolling start temperature, entry side temperature, exit side temperature, rolling end temperature, and post-cooling temperature after re-rolling and post-recuperation temperature shown in Table 2 were measured using a radiation thermometer. It is the surface temperature, and in the intermediate cooling step, the time Δt from the start of cooling until the surface temperature of the rolled material is reheated to 650 ° C. or higher after the end of cooling is the measured surface temperature measured with a radiation thermometer, each intermediate cooling Described by calculating from the temperature history of the surface of the material to be rolled obtained by numerical analysis by the differential method, considering the cooling conditions in the equipment, the cooling conditions in the air after leaving each intermediate cooling equipment, and the rolling conditions It is.
さらに、上記のようにして得た各棒鋼について、次に示す方法で、ミクロ組織、セメンタイト中に固溶しているCr量、引張特性、衝撃特性および高周波焼入れで生成した硬化層の靱性を調査した。 Furthermore, for each steel bar obtained as described above, the following methods were used to investigate the microstructure, the amount of Cr dissolved in cementite, tensile properties, impact properties, and toughness of the hardened layer generated by induction hardening. did.
ミクロ組織調査は次のようにして実施した。 The microstructure investigation was conducted as follows.
すなわち、先ず、直径40mmの各棒鋼から長さが20mmの試験片を切り出し、これらの試験片の縦断面が被検面になるように樹脂に埋め込み、鏡面研磨した後、3%硝酸アルコール(ナイタル液)で腐食してミクロ組織を現出させ、各棒鋼のR/2(「R」は棒鋼の半径を表す。)の部位を光学顕微鏡あるいはSEMで観察を行い、ミクロ組織を構成している相の識別を行った。 That is, first, a test piece having a length of 20 mm was cut out from each steel bar having a diameter of 40 mm, embedded in a resin so that the longitudinal section of these test pieces became a test surface, mirror-polished, and then 3% nitrate alcohol (Nital The microstructure is formed by corroding with a liquid) and observing the R / 2 portion of each steel bar ("R" represents the radius of the steel bar) with an optical microscope or SEM. Phase identification was performed.
ミクロ組織を構成している相が、フェライト、ラメラーパーライトおよびセメンタイトからなる場合には、再度鏡面研磨した後、ピクリン酸アルコール(ピクラル液)で腐食して、倍率を5000倍としてSEMを用いて10視野についてミクロ組織画像を撮影した。なお、各視野の面積は25μm×20μmである。 When the phase constituting the microstructure is composed of ferrite, lamellar pearlite, and cementite, it is mirror-polished again and then corroded with picric acid alcohol (picral liquid), and the magnification is set to 5000 times using an SEM. Microstructure images were taken for the field of view. The area of each visual field is 25 μm × 20 μm.
次に、上記の撮影画像を用いて、画像処理ソフトによってフェライトの平均結晶粒径を求めるとともに、各セメンタイトの長径Lと短径Wとを個々に測定し、L/Wが2.0以下であるセメンタイト、つまり、球状セメンタイトの個数をカウントして、最終的に面積1mm2あたりの球状セメンタイトの個数(個/mm2)を算出した。また、ラメラーパーライトについては、各パーライト毎に粒径とラメラー数を測定し、計算によってラメラー間隔の平均値λを求め、λが200nm以下である微細ラメラーパーライトおよびλが200nmより大きい粗大ラメラーパーライトに区分し、画像処理ソフトによって、それぞれのラメラーパーライトがミクロ組織に占める面積割合を求めた。 Next, using the above-mentioned photographed image, the average crystal grain diameter of ferrite is obtained by image processing software, and the major axis L and minor axis W of each cementite are individually measured, and the L / W is 2.0 or less. The number of certain cementite, that is, the number of spherical cementite, was counted, and finally the number of spherical cementite per 1 mm 2 area (pieces / mm 2 ) was calculated. For lamellar pearlite, the particle size and lamellar number are measured for each pearlite, the average value λ of lamellar spacing is obtained by calculation, and fine lamellar pearlite with λ of 200 nm or less and coarse lamellar pearlite with λ greater than 200 nm. The area ratio of each lamellar perlite in the microstructure was determined by image processing software.
セメンタイト中に固溶しているCr量は、10%AA系電解液を用いて電解を行い、その抽出残渣から既に述べた方法によって算出した。 The amount of Cr dissolved in cementite was calculated using the 10% AA electrolyte solution and the above-described method from the extracted residue.
引張特性は、直径40mmの各棒鋼のR/2の部位が試験片の中心軸となるように、JIS Z 2201(1998)に規定される14A号試験片(ただし、平行部直径:7mm)を採取し、標点距離を35mmとして室温で引張試験を実施し、引張強度(MPa)を求めた。 For the tensile properties, the 14A test piece (however, the diameter of the parallel part: 7 mm) defined in JIS Z 2201 (1998) is set so that the R / 2 part of each steel bar having a diameter of 40 mm is the central axis of the test piece. The sample was collected and a tensile test was performed at room temperature with a gauge distance of 35 mm to obtain a tensile strength (MPa).
衝撃特性は、引張試験片と同様に、直径40mmの各棒鋼のR/2の部位が試験片の中心軸となるように、2mmUノッチシャルピー衝撃試験片を採取し、25℃でシャルピー衝撃試験を実施して衝撃値(J/cm2)を求めた。 As with the tensile test piece, a 2 mm U-notch Charpy impact test piece was sampled so that the R / 2 part of each steel bar with a diameter of 40 mm was the central axis of the test piece, and a Charpy impact test was conducted at 25 ° C. The impact value (J / cm 2 ) was obtained by carrying out.
高周波焼入れで生成した硬化層の靱性調査は次のようにして実施した。 The toughness investigation of the hardened layer produced by induction hardening was carried out as follows.
すなわち、先ず、2mmUノッチシャルピー衝撃試験片を上述したようにして採取し、Uノッチ部における硬化層深さ(ビッカース硬さ450となる表面からの深さ)が1mmとなるように、高周波焼入れの条件を種々調整して高周波焼入れした。その後、実部品の場合と同様に、高周波焼入れ後の割れの防止を目的として、180℃で2時間の焼戻し処理を行った。 That is, first, a 2 mm U-notch Charpy impact test piece was collected as described above, and induction hardening was performed so that the hardened layer depth at the U-notch portion (depth from the surface where the Vickers hardness is 450) was 1 mm. Various conditions were adjusted and induction hardening was performed. Thereafter, as in the case of actual parts, tempering treatment was performed at 180 ° C. for 2 hours for the purpose of preventing cracking after induction hardening.
次いで、上記の高周波焼入れ後に焼戻しを行った試験片を用いて、図1に示すように、支点間距離50mm、押し込み速度0.5mm/minで3点曲げ試験を行い、「荷重−ストローク(押し込み距離)曲線」を採取し、ポップイン、すなわち、微小なき裂が生じて、荷重が変動した際の荷重を「き裂発生荷重」とし、この荷重によって高周波焼入れで生成した硬化層の靱性を評価した。 Next, using the test piece tempered after induction hardening, a three-point bending test was performed at a distance between supporting points of 50 mm and an indentation speed of 0.5 mm / min as shown in FIG. "Distance) curve" is collected, and the load when the load fluctuates due to pop-in, that is, a small crack is defined as "crack generation load", and the toughness of the hardened layer generated by induction hardening is evaluated by this load. did.
なお、既に述べたように、引張特性、衝撃特性および高周波焼入れで生成した硬化層の靱性の目標は、それぞれ、引張強度が760MPa以上、衝撃値が200J/cm2以上およびき裂発生荷重が20kN以上である。 As already described, the tensile properties, impact properties, and toughness of the hardened layer produced by induction hardening are respectively set to a tensile strength of 760 MPa or more, an impact value of 200 J / cm 2 or more, and a crack generation load of 20 kN. That's it.
表3に、上記の各調査結果を示す。なお、表3の「ミクロ組織」欄における「F」はフェライト、「LP」はラメラーパーライト、「SC」は球状セメンタイト、「B」はベイナイトを示す。「評価」欄における「○」印は上述した引張特性、衝撃特性および高周波焼入れで生成した硬化層の靱性の目標を全て満足していることを指し、一方、「×」印は上記の目標のうち一つでも満足できていないことを指す。試験番号19、23、24および27の「−」は相が「F+LP+SC」でないため調査していないことを示す。 Table 3 shows the results of the above investigations. In Table 3, “F” in the “Microstructure” column indicates ferrite, “LP” indicates lamellar pearlite, “SC” indicates spherical cementite, and “B” indicates bainite. The “○” mark in the “Evaluation” column indicates that the tensile properties, impact properties, and toughness targets of the hardened layer generated by induction hardening are all satisfied, while the “×” mark indicates the above target. It means that even one of them is not satisfied. The “−” in test numbers 19, 23, 24 and 27 indicates that the phase is not “F + LP + SC” and is not investigated.
表3から、本発明で規定する化学成分とミクロ組織の条件を満たす試験番号1〜11の棒鋼の場合、その評価は「○」であって、調質処理を行うことなく、所望の特性、すなわち、引張強度が760MPa以上、2mmUノッチシャルピー衝撃試験片を用いたシャルピー衝撃試験における試験温度25℃での衝撃値が200J/cm2以上という優れた機械的特性、さらには、高周波焼入れで生成した硬化層のき裂発生荷重が20kN以上という硬化層の靱性にも優れた圧延鋼材を安価に安定して得ることができることが明らかである。 From Table 3, in the case of the steel bars of test numbers 1 to 11 that satisfy the conditions of chemical components and microstructure defined in the present invention, the evaluation is “◯”, and the desired properties without performing the tempering treatment, That is, the tensile strength was not less than 760 MPa, and the excellent mechanical property that the impact value at a test temperature of 25 ° C. in a Charpy impact test using a 2 mm U-notch Charpy impact test piece was not less than 200 J / cm 2 , and further generated by induction hardening. It is clear that a rolled steel material excellent in the toughness of the hardened layer with a crack generation load of the hardened layer of 20 kN or more can be stably obtained at low cost.
これに対して、表3から、本発明で規定する化学成分とミクロ組織の条件の少なくともいずれかから外れた試験番号12〜28の棒鋼の場合、その評価は「×」であって、所望の特性が得られておらず、調質処理の省略化はできないことが明らかである。 On the other hand, from Table 3, in the case of steel bars with test numbers 12 to 28 that deviate from at least one of the chemical components and microstructure conditions defined in the present invention, the evaluation is “x”, and the desired It is clear that the characteristics are not obtained and the tempering process cannot be omitted.
すなわち、試験番号12の場合は、用いた鋼LのC含有量が0.32%と低く、本発明で規定する値を下回るものである。このため、圧延棒鋼の強度が低下し所望の強度を得られず、また高周波焼入れで生成した硬化層の強度が低く、き裂発生荷重が9kNと低い。 That is, in the case of test number 12, the C content of the steel L used is as low as 0.32%, which is lower than the value specified in the present invention. For this reason, the strength of the rolled steel bar is lowered and the desired strength cannot be obtained, the strength of the hardened layer produced by induction hardening is low, and the crack generation load is as low as 9 kN.
試験番号13の場合、用いた鋼MのC含有量が0.60%と高く、本発明で規定する値を上回るものである。このため、母材のシャルピー衝撃値は130J/cm2と低く、さらに、高周波焼入れで生成した硬化層の靱性が低下して、き裂発生荷重は17kNと低い。 In the case of test number 13, the C content of the steel M used is as high as 0.60%, which exceeds the value specified in the present invention. For this reason, the Charpy impact value of the base material is as low as 130 J / cm 2, and further, the toughness of the hardened layer generated by induction hardening is lowered, and the crack generation load is as low as 17 kN.
試験番号14の場合、用いた鋼NのSi含有量が1.20%と高く、本発明で規定する値を上回るものである。このため、A3変態点が上昇し、高周波焼入れで生成した硬化層内にフェライトが残存するため、強度が低下して、き裂発生荷重は11kNと低い。 In the case of test number 14, the Si content of the steel N used is as high as 1.20%, which exceeds the value specified in the present invention. For this reason, since the A 3 transformation point rises and ferrite remains in the hardened layer generated by induction hardening, the strength is lowered and the crack initiation load is as low as 11 kN.
試験番号15の場合、用いた鋼OのMn含有量が0.10%と低く、本発明で規定する値を下回るものである。このため、圧延棒鋼の強度が低下し所望の強度を得られず、また高周波焼入れ性が低く、高周波焼入れで生成した硬化層内に微細パーライト組織が存在してしまい、硬化層の靱性が低下し、き裂発生荷重が9kNと低い。 In the case of test number 15, the Mn content of the steel O used is as low as 0.10%, which is lower than the value specified in the present invention. For this reason, the strength of the rolled steel bar is reduced, the desired strength cannot be obtained, the induction hardenability is low, the fine pearlite structure exists in the hardened layer generated by the induction hardening, and the toughness of the hardened layer is reduced. The crack generation load is as low as 9 kN.
試験番号16の場合、用いた鋼PのCr含有量が0.05%と低く、本発明で規定する値を下回るものである。このため、加熱段階や圧延途中段階でセメンタイトが残存することができないため、Crが濃化した球状セメンタイトの個数が2.0×105個/mm2と少なく、母材のシャルピー衝撃値は100J/cm2と低い。さらに、高周波焼入れで生成した硬化層の靱性も低下し、き裂発生荷重が12kNと低い。 In the case of test number 16, the Cr content of the steel P used is as low as 0.05%, which is lower than the value specified in the present invention. For this reason, since cementite cannot remain in the heating stage or in the middle of rolling, the number of spherical cementite enriched with Cr is as small as 2.0 × 10 5 pieces / mm 2, and the Charpy impact value of the base material is 100 J. / Cm 2 and low. Furthermore, the toughness of the hardened layer produced by induction hardening is also reduced, and the crack initiation load is as low as 12 kN.
試験番号17の場合、用いた鋼QのCr含有量が2.20%と高く、本発明で規定する値を上回るものである。このため、球状セメンタイトを微細分散でき、高い母材強度が得られるものの、母材のシャルピー衝撃値は120J/cm2と低い。 In the case of test number 17, the Cr content of the steel Q used is as high as 2.20%, which exceeds the value specified in the present invention. For this reason, although spherical cementite can be finely dispersed and high base material strength can be obtained, the base material has a low Charpy impact value of 120 J / cm 2 .
試験番号18の場合、用いた鋼RのN含有量が0.015%と高く、本発明で規定する値を上回り、また、Ti含有量が0.030%で、本発明で規定する値を下回るものである。このため、BNを形成して、Bの高周波焼入れ性向上効果が薄れ、また、Bによる高周波焼入れ時のオーステナイト結晶粒界へのPおよびSの偏析抑制効果が乏しくなって、高周波焼入れで生成した硬化層の靱性が低下し、き裂発生荷重は9kNと低い。 In the case of test number 18, the N content of the steel R used is as high as 0.015%, which exceeds the value specified in the present invention, and the Ti content is 0.030%, the value specified in the present invention. It is below. For this reason, the effect of improving the induction hardenability of B is reduced by forming BN, and the effect of suppressing segregation of P and S to the austenite crystal grain boundary during induction hardening by B is poor, and is generated by induction hardening. The toughness of the hardened layer is lowered, and the crack initiation load is as low as 9 kN.
試験番号19の場合、用いた鋼Sには、BおよびTiが含有されておらず、本発明で規定する値を下回るものである。このため、Bのオーステナイトとフェライトが主たる構成相となる温度領域の上限値を高温側にシフトさせる効果が得られず、圧延後のミクロ組織の構成相はフェライトと粗大ラメラーパーライトとなり、球状セメンタイトを含まない組織となる。このため硬質な粗大ラメラーパーライト相の存在により目標強度は得られるものの、球状セメンタイト相が含まれないことによって、母材のシャルピー衝撃値は120J/cm2と低い。さらに、高周波焼入れ性向上効果および高周波焼入れ時のオーステナイト結晶粒界へのPおよびSの偏析抑制効果が得られず、高周波焼入れで生成した硬化層の靱性が低下し、き裂発生荷重は17kNと低い。 In the case of test number 19, the steel S used does not contain B and Ti, and is lower than the value specified in the present invention. For this reason, the effect of shifting the upper limit of the temperature range where the austenite and ferrite of B are the main constituent phases to the high temperature side cannot be obtained, and the constituent phases of the microstructure after rolling are ferrite and coarse lamellar pearlite, The organization does not include. Therefore, although the target strength can be obtained due to the presence of the hard coarse lamellar pearlite phase, the Charpy impact value of the base material is as low as 120 J / cm 2 due to the absence of the spherical cementite phase. Furthermore, the effect of improving the induction hardenability and the effect of suppressing the segregation of P and S to the austenite grain boundaries during induction hardening cannot be obtained, the toughness of the hardened layer generated by induction hardening is reduced, and the crack initiation load is 17 kN. Low.
試験番号20の場合、用いた鋼TのTi含有量が0.008%と少なく、本発明で規定する値を下回るものである。このため、Tiと結合せず鋼中に残存したNがBと結合してBNを形成する。したがって、Bが「固溶B」として存在しないため、Bの高周波焼入れ性向上効果および高周波焼入れ時のオーステナイト結晶粒界へのPおよびSの偏析抑制効果が得られず、高周波焼入れで生成した硬化層の靱性が低下し、き裂発生荷重は8kNと低い。 In the case of test number 20, the Ti content of the steel T used is as low as 0.008%, which is lower than the value specified in the present invention. For this reason, N which does not couple | bond with Ti but remains in steel couple | bonds with B, and forms BN. Therefore, since B does not exist as “solid solution B”, the effect of improving the induction hardenability of B and the effect of suppressing the segregation of P and S to the austenite grain boundaries during induction hardening cannot be obtained. The toughness of the layer is reduced and the crack initiation load is as low as 8 kN.
試験番号21の場合、用いた鋼UのTi含有量が0.060%と多く、本発明で規定する値を上回るものである。このため、過剰に残存したTiが鋼中のCと結合し、炭化物(TiC)を形成するので、鋼材中のC量が減少してフェライトの割合が多くなり、高周波焼入れ性の低下を招くとともに、高周波焼入れされた硬化層の靱性も低下し、き裂発生荷重は9kNと低い。 In the case of test number 21, the Ti content of the steel U used is as high as 0.060%, which exceeds the value specified in the present invention. For this reason, excess residual Ti combines with C in the steel to form carbide (TiC), so the amount of C in the steel decreases, the proportion of ferrite increases, and induction hardenability decreases. Further, the toughness of the induction-hardened hardened layer also decreases, and the crack initiation load is as low as 9 kN.
試験番号22の場合、用いた鋼Vのfn1の値が1.24と高く、本発明で規定する値を上回るものである。このため、母材のシャルピー衝撃値は、140J/cm2と低い。 In the case of test number 22, the value of fn1 of the steel V used is as high as 1.24, which exceeds the value specified in the present invention. For this reason, the Charpy impact value of the base material is as low as 140 J / cm 2 .
試験番号23および試験番号24の場合は、用いた鋼Aの化学成分は本発明で規定する条件を満たすものの、いずれも、ミクロ組織がフェライトとラメラーパーライトとからなるもので球状セメンタイトを含んでいない。このため、硬質な粗大ラメラーパーライト相の存在により目標強度はえられるものの、球状セメンタイト相が含まれないことによって、母材のシャルピー衝撃値はそれぞれ、110J/cm2および95J/cm2と低く、さらに、高周波焼入れで生成した硬化層の靱性が低下し、き裂発生荷重は、それぞれ16kNおよび15kNと低い。 In the case of Test No. 23 and Test No. 24, the chemical composition of Steel A used satisfies the conditions specified in the present invention, but both have a microstructure composed of ferrite and lamellar pearlite and do not contain spherical cementite. . Therefore, although the target intensity is e by the presence of the hard coarse Lamellar pearlite phase, by not contain spheroidal cementite phase, Charpy impact value of the base material, respectively, 110J / cm 2 and 95 J / cm 2 and lower, Furthermore, the toughness of the hardened layer produced by induction hardening is reduced, and the crack initiation load is as low as 16 kN and 15 kN, respectively.
試験番号25の場合も、用いた鋼Aの化学成分は本発明で規定する条件を満たすものの、微細ラメラーパーライトのミクロ組織に占める面積割合が本発明で規定する条件を上回り、一方、球状セメンタイトの個数は本発明で規定する条件を下回っている。このため、母材のシャルピー衝撃値は100J/cm2と低く、さらに、高周波焼入れで生成した硬化層の靱性が低下し、き裂発生荷重は、19kNと低い。 Also in the case of test number 25, the chemical composition of the steel A used satisfies the conditions specified in the present invention, but the area ratio of the fine lamellar pearlite in the microstructure exceeds the conditions specified in the present invention. The number is below the conditions defined in the present invention. For this reason, the Charpy impact value of the base material is as low as 100 J / cm 2 , the toughness of the hardened layer generated by induction hardening is lowered, and the crack generation load is as low as 19 kN.
試験番号26の場合も、用いた鋼Bの化学成分は本発明で規定する条件を満たすものの、微細ラメラーパーライトのミクロ組織に占める面積割合が本発明で規定する条件を上回り、一方、球状セメンタイトの個数は本発明で規定する条件を下回っている。このため、母材のシャルピー衝撃値は90J/cm2と低く、さらに、高周波焼入れで生成した硬化層の靱性が低下し、き裂発生荷重は、17kNと低い。 Also in the case of test number 26, the chemical composition of the steel B used satisfies the conditions specified in the present invention, but the area ratio of the fine lamellar pearlite in the microstructure exceeds the conditions specified in the present invention. The number is below the conditions defined in the present invention. For this reason, the Charpy impact value of the base material is as low as 90 J / cm 2 , the toughness of the hardened layer generated by induction hardening is lowered, and the crack generation load is as low as 17 kN.
試験番号27の場合も、用いた鋼Cの化学成分は本発明で規定する条件を満たすものの、パーライト変態しなかったので、ミクロ組織が硬質相のベイナイトと、フェライトおよび球状セメンタイトからなっており、本発明で規定する条件から外れている。このため、母材のシャルピー衝撃値が120kJ/cm2と低く、さらに、高周波焼入れで生成した硬化層の靱性が低下して、き裂発生荷重は10kNと低い。 Also in the case of test number 27, the chemical composition of the steel C used satisfied the conditions specified in the present invention, but did not undergo pearlite transformation. Therefore, the microstructure was composed of bainite having a hard phase, ferrite, and spherical cementite. It deviates from the conditions defined in the present invention. For this reason, the Charpy impact value of the base material is as low as 120 kJ / cm 2 , the toughness of the hardened layer generated by induction hardening is reduced, and the crack generation load is as low as 10 kN.
試験番号28の場合も、用いた鋼Cの化学成分は本発明で規定する条件を満たすものの、ラメラーパーライトのうちで微細ラメラーパーライト(つまり、ラメラー間隔が200nm以下であるラメラーパーライト)のミクロ組織に占める面積割合が5%で本発明で規定する条件を下回っている。このため、引張強度が695MPaと低い。 Even in the case of test number 28, the chemical composition of the steel C used satisfies the conditions specified in the present invention, but the microstructure of fine lamellar pearlite (that is, lamellar pearlite having a lamellar spacing of 200 nm or less) among lamellar pearlite. The area ratio occupied is 5%, which is lower than the conditions defined in the present invention. For this reason, the tensile strength is as low as 695 MPa.
本発明の高周波焼入れ用圧延鋼材は、必ずしも高価なVを含有させる必要がなく、しかも、調質処理を行わずとも、圧延鋼材の状態で引張強度が760MPa以上、および2mmUノッチシャルピー衝撃試験片を用いたシャルピー衝撃試験における試験温度25℃での衝撃値が200J/cm2以上という特性を有し、さらに、高周波焼入れの際に粒成長が起こりにくいため硬化層の靱性にも優れるので、高周波焼入れを行って用いられる曲げ強度および衝撃特性が要求されるラックバー等の部品の素材として用いるのに好適である。この高周波焼入れ用圧延鋼材は、本発明の方法によって安価に安定して製造することができる。 The rolled steel material for induction hardening according to the present invention does not necessarily contain expensive V, and the tensile strength is not less than 760 MPa and a 2 mm U notch Charpy impact test piece in the state of the rolled steel material without performing tempering treatment. In the Charpy impact test used, the impact value at a test temperature of 25 ° C. is 200 J / cm 2 or more. Further, since the grain growth hardly occurs during induction hardening, the hardened layer has excellent toughness. It is suitable for use as a material for parts such as rack bars that require bending strength and impact characteristics. This rolled steel material for induction hardening can be stably manufactured at low cost by the method of the present invention.
Claims (4)
fn1=C+(1/10)Si+(1/5)Mn+(5/22)Cr+1.65V−(5/7)S・・・(1)
ただし、上記(1)式中の、C、Si、Mn、Cr、V、Sは、それぞれの元素の質量%での含有量を表す。また、上記球状セメンタイトとは、長径Lと短径Wの比(L/W)が2.0以下であるセメンタイトを指す。 In mass%, C: 0.38 to 0.55%, Si: 1.0% or less, Mn: 0.20 to 2.0%, P: 0.020% or less, S: 0.10% or less, Cr: 0.10 to 2.0%, Al: 0.10% or less, B: 0.0005 to 0.0030%, N: 0.008% or less, and Ti: 0.047% or less (however, 3. 4N ≦ Ti ≦ 3.4N + 0.02%), with the balance being Fe and impurities, having a chemical component in which the value of fn1 represented by the following formula (1) is 1.20 or less, The structure is composed of ferrite, lamellar pearlite and spherical cementite, the average crystal grain size of ferrite is 10 μm or less , and the area ratio of the lamellar pearlite in the lamellar pearlite whose lamellar spacing is 200 nm or less is 20 to 50% . Yes, and, spherical Induction hardening rolled steel for, wherein the number of Mentaito is 4 × 10 5 cells / mm 2 or more.
fn1 = C + (1/10) Si + (1/5) Mn + (5/22) Cr + 1.65V− (5/7) S (1)
However, C, Si, Mn, Cr, V, and S in the above formula (1) represent the content of each element in mass%. Moreover, the said spherical cementite refers to the cementite whose ratio (L / W) of the major axis L and the minor axis W is 2.0 or less.
フェライト、ラメラーパーライトおよび球状セメンタイトからなり、フェライトの平均結晶粒径が10μm以下であり、ラメラーパーライトのうちのラメラー間隔が200nm以下のラメラーパーライトのミクロ組織に占める面積割合が20〜50%であり、かつ、球状セメンタイトの個数が4×10 5 個/mm 2 以上であるミクロ組織を有する高周波焼入れ用圧延鋼材を製造する方法であって、
該全連続式熱間圧延方法が、下記の〔1〕および〔2〕を満足することを特徴とする高周波焼入れ用圧延鋼材の製造方法。
〔1〕各圧延工程中の被圧延材の表面温度が、650〜820℃の温度範囲内であること
〔2〕総減面率が30%以上であること
The material to be rolled having the chemical component according to any one of claims 1 to 3 is heated to a temperature range of 670 to 850 ° C, and then rolled by an all-continuous hot rolling method including two or more rolling steps. Furthermore, after finishing the rolling in the final rolling step, the steel material surface temperature is set to a temperature exceeding 600 ° C. and exceeding the Ms point within 5 s, and then the steel material surface temperature is in the range of 500 to 700 ° C. by reheating. Cool down
It consists of ferrite, lamellar pearlite and spherical cementite, the average grain size of ferrite is 10 μm or less, and the area ratio of the lamellar pearlite in the lamellar pearlite whose lamellar spacing is 200 nm or less is 20 to 50%, and a method for producing a rolled steel for induction hardening which has a microstructure number of spherical cementite is 4 × 10 5 cells / mm 2 or more,
The all-continuous hot rolling method satisfies the following [1] and [2]: A method for producing a rolled steel material for induction hardening.
[1] The surface temperature of the material to be rolled during each rolling step is within a temperature range of 650 to 820 ° C. [2] The total area reduction is 30% or more.
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