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JPWO2016148206A1 - Age-hardening steel and method for producing parts using age-hardening steel - Google Patents

Age-hardening steel and method for producing parts using age-hardening steel Download PDF

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JPWO2016148206A1
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Abstract

熱間鍛造後の硬さが低く、時効処理によって機械部品に所望の疲労強度と降伏強度を具備させ、且つ、時効処理後の靱性が高い時効硬化性鋼を提供する。C:0.09〜0.20%、Si:0.01〜0.40%、Mn:1.5〜2.5%、S:0.001〜0.045%、Cr:1.00%を超えて2.00%以下、Al:0.001〜0.060%、V:0.22〜0.55%及び、N:0.0080を超えて0.0170%以下と、残部がFe及び不純物とからなる。ベイナイト組織の面積率が80%以上である。有効V割合(V固溶量/V総量)が0.9以上である。不純物中のP及びTiが、P:0.03%以下及びTi:0.005%未満である。下記F1が1.00以下、かつ下記F2が0.30以上である化学組成を有する。F1=C+0.1×Si+0.2×Mn+0.15×Cr+0.35×VF2=−4.5×C+Mn+Cr−3.5×VProvided is an age-hardenable steel having a low hardness after hot forging, providing machine parts with desired fatigue strength and yield strength by aging treatment, and having high toughness after aging treatment. C: 0.09-0.20%, Si: 0.01-0.40%, Mn: 1.5-2.5%, S: 0.001-0.045%, Cr: 1.00% Over 2.00% or less, Al: 0.001 to 0.060%, V: 0.22 to 0.55%, and N: over 0.0080 to 0.0170% or less, with the balance being Fe And impurities. The area ratio of the bainite structure is 80% or more. The effective V ratio (V solid solution amount / V total amount) is 0.9 or more. P and Ti in the impurities are P: 0.03% or less and Ti: less than 0.005%. The chemical composition has the following F1 of 1.00 or less and the following F2 of 0.30 or more. F1 = C + 0.1 × Si + 0.2 × Mn + 0.15 × Cr + 0.35 × VF2 = −4.5 × C + Mn + Cr−3.5 × V

Description

本発明は、時効硬化性鋼に関する。より詳しくは、熱間鍛造と切削加工によって所定の形状に加工された後、時効硬化処理(以下、単に「時効処理」という)が施され、当該時効処理によって所望の強度と靱性が確保される、自動車、産業機械、建設機械用の機械部品を製造するための鋼に関する。また、本発明は、このような時効硬化性鋼を用いた部品の製造方法に関する。   The present invention relates to age hardenable steel. More specifically, after being processed into a predetermined shape by hot forging and cutting, an age hardening treatment (hereinafter simply referred to as “aging treatment”) is performed, and desired strength and toughness are ensured by the aging treatment. It relates to steel for manufacturing machine parts for automobiles, industrial machinery and construction machinery. The present invention also relates to a method for manufacturing a part using such age-hardening steel.

エンジンの高出力化、燃費向上を目指した軽量化などの観点から、自動車、産業機械、建設機械などの機械部品には、高い疲労強度が要求されている。鋼に高い疲労強度を具備させるだけであれば、合金元素及び/又は熱処理を利用して鋼の硬さを上げることで容易に達成できる。しかしながら、一般に、機械部品は、熱間鍛造により成形され、その後、切削加工によって所定の製品形状に仕上げられる。このため、機械部品の素材となる鋼は高い疲労強度とともに十分な被削性を同時に備えていなければならない。   High fatigue strength is required for machine parts such as automobiles, industrial machines, and construction machines from the viewpoints of higher engine output and lighter weight aimed at improving fuel efficiency. If the steel only has a high fatigue strength, it can be easily achieved by increasing the hardness of the steel using an alloy element and / or heat treatment. However, in general, a machine part is formed by hot forging and then finished into a predetermined product shape by cutting. For this reason, the steel used as the material for the machine parts must have sufficient machinability as well as high fatigue strength.

一般的には、疲労強度は素材の硬さが高いものほど優れる。一方で、被削性のうち、切削抵抗と工具寿命は、素材の硬さが高いものほど劣る傾向にある。さらに、エンジンを構成する部品のうち、精密な形状の機械部品は、使用中に寸法が変化しないことが必要である。これらの精密な形状の機械部品には、使用環境によっては通常使用される程度の負荷と比べて高い負荷が瞬間的に加わることがあり得ることから、このような負荷に対しても寸法を不変とするために降伏強度も必要である。   In general, the higher the hardness of the material, the better the fatigue strength. On the other hand, among the machinability, cutting resistance and tool life tend to be inferior as the hardness of the material increases. Furthermore, among the components that make up the engine, it is necessary that the precision-shaped mechanical components do not change dimensions during use. These precision-shaped machine parts may be momentarily subjected to a higher load than that normally used depending on the usage environment. Therefore, the yield strength is also necessary.

そこで、疲労強度、降伏強度、及び被削性を兼ね備えるために、良好な被削性が要求される成形段階では硬さを低く抑えることができ、一方、その後に時効処理を施して強度が要求される最終の製品段階では硬さを高くすることができる、種々の技術が開示されている。   Therefore, in order to combine fatigue strength, yield strength, and machinability, hardness can be kept low at the molding stage where good machinability is required, while strength is required by applying an aging treatment thereafter. Various techniques have been disclosed that can increase the hardness in the final product stage.

例えば、特開2006−37177号公報(特許文献1)には、析出強化元素であるMoとVが特定の関係式で限定される量を含有される鋼を圧延、鍛造、又は溶体化処理後に、温度800℃から300℃の間は0.05〜10℃/秒の平均冷却速度で冷却され、時効処理前においては、ベイナイト組織の面積率が50%以上で、かつ硬さは40HRC以下であり、時効処理によって、硬さが時効処理前の硬さよりも7HRC以上高くなることを特徴とする「時効硬化鋼」が開示されている。   For example, in JP-A-2006-37177 (Patent Document 1), after rolling, forging, or solution treatment, steel containing an amount in which Mo and V, which are precipitation strengthening elements, are limited by a specific relational expression is disclosed. The temperature is between 800 ° C. and 300 ° C., and is cooled at an average cooling rate of 0.05 to 10 ° C./second. Before the aging treatment, the area ratio of the bainite structure is 50% or more and the hardness is 40 HRC or less. There is disclosed “age-hardening steel” characterized in that the aging treatment increases the hardness by 7 HRC or more than the hardness before the aging treatment.

特開2011−236452号公報(特許文献2)には、熱間鍛造性、熱間鍛造後の被削性に優れ、被削後に時効硬化によって高強度化を図ることが可能な鋼として、析出強化元素としてMo、Vを特定量含有するベイナイト鋼が開示されている。   In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-236451 (Patent Document 2), as steel that is excellent in hot forgeability and machinability after hot forging and can be strengthened by age hardening after machining, Bainite steel containing specific amounts of Mo and V as strengthening elements is disclosed.

特開2000−17374号公報(特許文献3)には、熱間鍛造用の時効硬化型高強度ベイナイト鋼として、Mo、Vを含有する鋼を熱間圧延又は熱間鍛造後、鋼成分に応じた冷却を行い、硬さを400HV以下、組織をベイナイト率70%以上で、かつ旧オ−ステナイト結晶粒径80μm以下とし、その後必要に応じて切削加工ないし塑性加工を加え、さらに時効処理を施すことにより、降伏点又は0.2%耐力を900MPa以上とすることを特徴とする時効硬化型高強度ベイナイト鋼が提案されている。   In JP 2000-17374 A (Patent Document 3), as an age-hardening type high-strength bainitic steel for hot forging, steel containing Mo and V is hot-rolled or hot forged, and then according to the steel components. Cooling is performed, the hardness is 400 HV or less, the structure is 70% or more of the bainite ratio, and the prior austenite crystal grain size is 80 μm or less. Then, cutting or plastic working is added as necessary, and further aging treatment is performed. Therefore, an age-hardening type high-strength bainitic steel has been proposed in which the yield point or 0.2% proof stress is 900 MPa or more.

特開2013−245363号公報(特許文献4)には、合金元素の含有量を、特定のパラメータ式を満たすように調整することで、Moの含有量を比較的少なくしつつ、熱間鍛造後で時効処理前の硬さが290HV以下で、時効処理後の硬さが325HV以上となる、高い被削性と高い疲労強度の両立が期待できる鋼が記載されている。   In JP 2013-245363 A (Patent Document 4), after the hot forging, the content of the alloy element is adjusted so as to satisfy a specific parameter formula, so that the content of Mo is relatively reduced. In the steel, the hardness before the aging treatment is 290 HV or less and the hardness after the aging treatment is 325 HV or more, which can be expected to satisfy both high machinability and high fatigue strength.

国際公開第2012/161323号(特許文献5)には、熱間鍛造後の冷却と熱処理によって、析出強化能を有するV炭窒化物の形状とベイナイト組織の形状を最適化し、被削性、疲労強度及び靭性を兼ね備える機械構造用鋼部品が開示されている。   International Publication No. 2012/161323 (Patent Document 5) optimizes the shape of V carbonitride having precipitation strengthening ability and the shape of bainite structure by cooling and heat treatment after hot forging, machinability, fatigue A machine structural steel component having both strength and toughness is disclosed.

特開2013−213254号公報(特許文献6)には、冷間鍛造性及び冷間鍛造後の切屑処理性に優れ、冷鍛窒化部品に高い芯部硬さ、高い表面硬さ及び深い有効硬化層深さを具備できる冷鍛窒化用鋼が開示されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 2013-213254 (Patent Document 6) is excellent in cold forgeability and chip disposal after cold forging, and has high core hardness, high surface hardness and deep effective hardening in cold forged and nitrided parts. A steel for cold forging and nitriding that can have a layer depth is disclosed.

時効処理によって鋼中に微細な二次相を析出させることで高い疲労強度と降伏強度を得ることができる。ところが、時効処理によって強化された鋼は靱性が劣化する。   High fatigue strength and yield strength can be obtained by precipitating fine secondary phases in steel by aging treatment. However, the toughness of steel strengthened by aging treatment deteriorates.

靱性が劣化した鋼は切欠感受性が高まる。切欠感受性が高くなると、鋼の疲労強度は微細な表面傷の影響を受け易くなる。   Steel with degraded toughness is more susceptible to notches. As the notch sensitivity increases, the fatigue strength of steel is more susceptible to fine surface flaws.

また、靱性が低い鋼は一旦疲労き裂が発生すると、き裂の進展が速くなり、かつ破壊も大規模なものとなる。   Moreover, once a fatigue crack occurs in steel with low toughness, the crack progresses quickly and the fracture becomes large.

さらに、鋼の靱性が低くなりすぎると、熱間鍛造で生じた歪を冷間で矯正することが困難になる。   Furthermore, if the toughness of the steel becomes too low, it becomes difficult to correct the strain caused by hot forging cold.

特許文献1で開示された鋼は、合金元素の含有量を、特定のパラメータ式を満たすように調整することで、高い時効硬化能を得ることができているが、靱性が全く考慮されていない。   The steel disclosed in Patent Document 1 can obtain high age-hardening ability by adjusting the content of the alloy element so as to satisfy a specific parameter formula, but the toughness is not considered at all. .

特許文献2で開示された鋼は、合金元素の含有量を、特定のパラメータ式を満たすように調整することで、Moの含有量を比較的少なくしつつ、熱間鍛造後で時効処理前の硬さが300HV以下で、時効処理後の硬さが300HV以上となっている。ところが、時効処理後の靱性を高める工夫が十分にはなされていない。   The steel disclosed in Patent Document 2 adjusts the content of the alloy element so as to satisfy a specific parameter formula, so that the content of Mo is relatively low, and after aging treatment after hot forging and before aging treatment. The hardness is 300 HV or less, and the hardness after aging treatment is 300 HV or more. However, there has not been a sufficient effort to increase toughness after aging treatment.

特許文献3で開示された鋼は、C含有量が0.06〜0.20%と低く抑えられているが、V含有量が0.51〜1.00%と非常に高いため、時効硬化によって著しく強化される反面、靱性に優れるものではない。   The steel disclosed in Patent Document 3 has a C content as low as 0.06 to 0.20%, but because the V content is very high as 0.51 to 1.00%, it is age hardened. However, it is not excellent in toughness.

特許文献4で開示された鋼は、時効処理後の靱性及び降伏強度を高める工夫が十分になされていない。   The steel disclosed in Patent Document 4 is not sufficiently devised to increase the toughness and yield strength after aging treatment.

特許文献5で開示された鋼は、時効処理後の降伏強度を高める工夫が十分にはなされていない。   The steel disclosed in Patent Document 5 is not sufficiently devised to increase the yield strength after aging treatment.

特許文献6に開示された鋼は、N含有量が低いため、窒化物の生成が不十分であり、その結果、優れた降伏強度を得るには至っていない。   Since the steel disclosed in Patent Document 6 has a low N content, the formation of nitrides is insufficient, and as a result, excellent yield strength has not been obtained.

そこで、本発明の目的は、下記の<1>〜<3>を満たす時効硬化性鋼を提供することにある。
<1>切削抵抗及び工具寿命と関係する熱間鍛造後の硬さが低いこと。なお、以下の説明においては、上記の熱間鍛造後の硬さを、「時効処理前の硬さ」という。
<2>時効処理によって機械部品に所望の疲労強度と降伏強度を具備させることができること。
<3>時効処理後の靱性が高いこと。
Accordingly, an object of the present invention is to provide an age-hardening steel that satisfies the following <1> to <3>.
<1> Hardness after hot forging related to cutting resistance and tool life is low. In the following description, the hardness after hot forging is referred to as “hardness before aging treatment”.
<2> A machine part can have desired fatigue strength and yield strength by aging treatment.
<3> High toughness after aging treatment.

具体的には、本発明の目的は、時効処理前の硬さが340HV以下であり、時効処理後の後述する疲労強度が480MPa以上であり、φ6の平行部を持つJISの14A号の引張試験片を用いた引張試験を行い、規定の塑性ひずみ量を0.2%としてオフセット法にて求めた0.2%耐力が800MPa以上であり、さらにJIS Z 2242に記載の、ノッチ深さ2mm及びノッチ底半径1mmのUノッチ付きの標準試験片を用いて実施したシャルピー衝撃試験で評価した時効処理後の20℃での吸収エネルギーが25J以上となる時効硬化性鋼を提供することである。   Specifically, the object of the present invention is to provide a JIS No. 14A tensile test having a hardness before aging treatment of 340 HV or less, a fatigue strength described later after aging treatment of 480 MPa or more, and a φ6 parallel portion. A tensile test using a piece was performed, the 0.2% proof stress obtained by the offset method with the specified plastic strain amount being 0.2% was 800 MPa or more, and a notch depth of 2 mm described in JIS Z 2242 and It is to provide an age-hardening steel in which the absorbed energy at 20 ° C. after aging treatment evaluated by a Charpy impact test performed using a standard test piece with a U-notch having a notch bottom radius of 1 mm is 25 J or more.

[知見(a)〜(d)]
本発明者らは、上記課題を解決するために、化学組成、組織、及び有効V割合(V固溶量/V総量)、並びに特定の元素の含有量を用いた数式により算出される値に関し調査検討を行った。具体的には、時効によって鋼中に微細な二次相を析出させることで、高い疲労強度と降伏強度を得た鋼であっても、良好な靭性を得るための条件を調査した。その結果、下記(a)〜(d)の知見を得た。
[Knowledge (a) to (d)]
In order to solve the above problems, the present inventors relate to a value calculated by an equation using a chemical composition, a structure, an effective V ratio (V solid solution amount / V total amount), and a specific element content. A survey was conducted. Specifically, the conditions for obtaining good toughness were investigated even in a steel having high fatigue strength and yield strength by precipitating a fine secondary phase in the steel by aging. As a result, the following findings (a) to (d) were obtained.

(a)化学組成(C、V、Mo、Ti)の限定
時効処理後の靱性を劣化させる元素はC、V、Mo及びTiである。このうち、Tiは、N及び/又はCと結合することで、TiN及び/又はTiCを形成する。TiN及び/又はTiCが析出すると、疲労強度は高くなることもあるが、靱性を大幅に低下させる。Tiの靱性を劣化させる作用の強さは、同じ析出強化元素であるV及びMoと比較すると、極めて大きい。そのため、Tiは極力制限しなければならない。
(A) Limitation of chemical composition (C, V, Mo, Ti) Elements that degrade toughness after aging treatment are C, V, Mo, and Ti. Among these, Ti combines with N and / or C to form TiN and / or TiC. When TiN and / or TiC is precipitated, the fatigue strength may be increased, but the toughness is greatly reduced. Compared with the same precipitation strengthening elements V and Mo, the strength of the effect of deteriorating the toughness of Ti is extremely large. Therefore, Ti must be limited as much as possible.

Cは、鋼中でセメンタイトを形成し、へき開破壊の起点となり得る。C量に対して過剰な量のVやMoを含有した鋼を時効処理した場合であっても、一部のセメンタイトは残存する。VとMoも、時効処理によってマトリックスの同一の結晶面に炭化物を析出することで、へき開破壊の進展を助長して靱性を劣化させる。したがって、靱性を高めるためには、C、V及びMoの含有量を少なくする必要がある。   C forms cementite in steel and can be a starting point of cleavage fracture. Even when steel containing an excessive amount of V or Mo with respect to the amount of C is aged, some cementite remains. V and Mo also precipitate the carbides on the same crystal plane of the matrix by aging treatment, thereby promoting the progress of cleavage fracture and degrading toughness. Therefore, in order to improve toughness, it is necessary to reduce the contents of C, V and Mo.

(b)組織の限定
靱性を高めるためには、組織の大半を微細なベイナイトとする必要がある。さらには、ベイナイトを構成するブロック間の方位差を大きくすることも靱性の向上に不可欠である。ブロック間の方位差が小さければ、ブロックの粒径が微細化しても、靭性を高める効果は十分に得られない。ブロック間の方位差を大きくするためには、ベイナイト変態時の駆動力を大きくし、方位差の大きなブロックの核生成を促進させる必要がある。これらの効果を得るためには、C、Mn、Cr、Moの含有量を多くすればよい。
(B) Structure limitation In order to increase toughness, it is necessary to make most of the structure fine bainite. Furthermore, it is indispensable to improve the toughness to increase the orientation difference between the blocks constituting the bainite. If the azimuth difference between the blocks is small, the effect of increasing toughness cannot be sufficiently obtained even if the block particle size is reduced. In order to increase the misorientation between blocks, it is necessary to increase the driving force during the bainite transformation and promote the nucleation of blocks with a large misorientation. In order to obtain these effects, the content of C, Mn, Cr, and Mo may be increased.

ただし、CとMoは、組織を微細化させ靭性を高める効果と、セメンタイト又は炭化物として析出することで靭性を劣化させる作用を持つ。総合的には、Cは靭性を大きく劣化させ、Moは靭性を僅かに劣化させる。   However, C and Mo have the effect of reducing the toughness by refining the structure and increasing the toughness and by precipitating as cementite or carbide. Overall, C greatly deteriorates toughness, and Mo slightly deteriorates toughness.

(c)有効V割合の限定
Vによる析出強化を最大限に活用するためには、V総量に対するV固溶量として定義される有効V割合を限定する必要がある。有効V割合が小さいということは、析出強化に寄与するV量の割合が小さく、強化能が小さいことを意味しており、好ましくない。有効V割合に上限は無く、1に近ければ近いほど好ましい。
(C) Limitation of effective V ratio In order to make maximum use of precipitation strengthening by V, it is necessary to limit the effective V ratio defined as the amount of V solid solution with respect to the total amount of V. A small effective V ratio means that the ratio of the amount of V contributing to precipitation strengthening is small and the strengthening ability is small, which is not preferable. There is no upper limit to the effective V ratio, and the closer to 1, the better.

(d)特定の元素の含有量を用いた数式により算出される値の限定、及びTi量の限定
高い強度を持つ時効硬化性鋼に十分な靱性を付与するためには、C、Mn、Cr、V及びMoの含有量について、後述する時効処理後の靱性の指標を示す(2)又は(2’)式で表される値が特定の値以上となるように制御する必要があり、さらに、鋼中に靱性に有害な介在物及び析出物が含まれないように、Tiの含有量を特定の値以下にする必要がある。
(D) Limitation of values calculated by mathematical formulas using specific element contents, and limitation of Ti amount In order to impart sufficient toughness to age-hardenable steel having high strength, C, Mn, Cr It is necessary to control the content of V and Mo so that the value represented by the formula (2) or (2 ′) indicating the toughness index after aging treatment described later is a specific value or more. In order to prevent inclusions and precipitates harmful to toughness from being contained in the steel, it is necessary to make the Ti content below a specific value.

[知見(e)〜(g)]
次に、本発明者らは、化学組成、及び特定の元素の含有量を用いた数式により算出される値に関しさらに調査検討を行った。具体的には、時効後の靭性を確保可能な鋼の成分を種々に調整し、時効前の硬さと時効後の硬さ、及びそれらの差で表される時効硬化能に関する、条件を調査した。その結果、下記(e)〜(g)の知見を得た。
[Knowledge (e) to (g)]
Next, the present inventors further investigated and examined the values calculated by the mathematical composition using the chemical composition and the content of a specific element. Specifically, various components of the steel that can secure toughness after aging were adjusted, and the conditions related to the age-hardening ability represented by the hardness before aging and the hardness after aging, and the difference between them were investigated. . As a result, the following findings (e) to (g) were obtained.

(e)特定の元素の含有量を用いた数式により算出される値の限定
C、Si、Mn、Cr、V及びMoの含有量が、後述する(1)式又は(1’)式で表される値が特定の範囲となるように制御されていれば、上記時効処理前の硬さが過剰に高くなるのを抑制することができる。そのため、様々な条件で切削加工される際に、工業的大量生産が可能な被削性が期待できる。
(E) Limitation of value calculated by mathematical formula using content of specific element The content of C, Si, Mn, Cr, V and Mo is expressed by formula (1) or formula (1 ′) described later. If the value to be controlled is controlled to be in a specific range, it is possible to prevent the hardness before the aging treatment from becoming excessively high. Therefore, machinability capable of industrial mass production can be expected when cutting is performed under various conditions.

(f)化学組成(M、V、C)の限定
時効後の靭性を高めるためにMo、V、Cの含有量を減らすと、時効時のV炭窒化物の析出の駆動力が小さくなる。そのため、時効によって生成する微細な析出物が少なくなり、時効後の硬さ及び降伏強度が低くなる。
(F) Limitation of chemical composition (M, V, C) When the contents of Mo, V, and C are reduced in order to increase the toughness after aging, the driving force for precipitation of V carbonitride during aging is reduced. Therefore, the fine precipitate produced | generated by aging decreases, and the hardness and yield strength after aging become low.

(g)化学組成(Mn、Cr)の限定
時効後の靭性を高めるためにMn及びCrの含有量を多くすると、焼入れ性が高くなることで時効前の硬さが硬くなる。このような組織は、時効によって組織の回復が進行しやすいため、時効による硬さの増加代が小さくなりやすい。焼入れ性が高くなると、時効後の母材に残存する可動転位密度も大きくなりやすいため、高い降伏強度を得ることが困難になる。
(G) Limitation of chemical composition (Mn, Cr) When the contents of Mn and Cr are increased in order to increase the toughness after aging, the hardenability increases and the hardness before aging becomes harder. In such a structure, the recovery of the structure is likely to proceed by aging, so that the increase in hardness due to aging tends to be small. When the hardenability is increased, the movable dislocation density remaining in the base material after aging is likely to increase, so that it is difficult to obtain a high yield strength.

[知見(h)〜(j)]
続いて、本発明者らは、化学組成に関しさらに調査検討を行った。具体的には、時効後の靭性を高めるべくC、V及びMoの含有量を少なくし、Mn及びCrの含有量を多くしても十分な量の析出強化粒子を析出させ、十分な時効硬化能と高い降伏強度を得るためには、単位V量当たりの析出強化能を大きくする必要があることに着目した。そして、本発明者らは、Vによる析出強化能を大きくするための手法について種々検討し、下記(h)〜(j)の知見を得た。
[Knowledge (h) to (j)]
Subsequently, the inventors further investigated and investigated the chemical composition. Specifically, in order to increase the toughness after aging, the content of C, V and Mo is decreased, and even if the content of Mn and Cr is increased, a sufficient amount of precipitation strengthening particles are precipitated, and sufficient age hardening is achieved. In order to obtain high performance and high yield strength, it was noted that the precipitation strengthening ability per unit V amount needs to be increased. And the present inventors examined various methods for increasing the precipitation strengthening ability by V, and obtained the following knowledge (h) to (j).

(h)化学組成(C、N)の限定
Vによる析出強化を最大限に活用するためには、V炭窒化物の析出の駆動力を高めれば良い。そのためには、V炭窒化物の析出に利用できるC量とN量を、靭性を阻害しない範囲で十分に確保する必要がある。
(H) Limitation of chemical composition (C, N) In order to make maximum use of precipitation strengthening by V, the driving force for precipitation of V carbonitride may be increased. For that purpose, it is necessary to sufficiently secure the amount of C and N that can be used for the precipitation of V carbonitride within a range that does not impair toughness.

(i)化学組成(N)の限定
NとVとの結合力はCとVとの結合力よりも大きいので、V炭窒化物の析出を促進する効果はNの方がCよりも大きい。
(I) Limitation of chemical composition (N) Since the bonding force between N and V is larger than the bonding force between C and V, the effect of promoting the precipitation of V carbonitride is greater in N than in C.

(j)化学組成(C、N)の限定
CとNの含有量が多くなりすぎると、熱間鍛造の際の加熱によってもVが溶体化しなかったり、鍛造中にオーステナイト域で析出してしまったりする。そのため、CとNの含有量を多くしすぎると、逆に、析出強化能は低下する。
(J) Limitation of chemical composition (C, N) When the contents of C and N are excessive, V does not form a solution even by heating during hot forging, or precipitates in the austenite region during forging. I'll be relaxed. Therefore, if the contents of C and N are excessively increased, the precipitation strengthening ability is conversely reduced.

本発明は、上記の知見(a)から(j)を基にしてなされたもので、その要旨は、以下のとおりである。   The present invention has been made on the basis of the above findings (a) to (j), and the gist thereof is as follows.

[1]質量%で、C:0.09〜0.20%、Si:0.01〜0.40%、Mn:1.5〜2.5%、S:0.001〜0.045%、Cr:1.00%を超えて2.00%以下、Al:0.001〜0.060%、V:0.22〜0.55%及び、N:0.0080を超えて0.0170%以下と、残部がFe及び不純物とからなり、不純物中のP及びTiが、P:0.03%以下及びTi:0.005%未満であり、
ベイナイト組織の面積率が80%以上であり、
有効V割合(V固溶量/V総量)が0.9以上であり、
さらに、下記の、(1)式で表わされるF1が1.00以下、かつ(2)式で表わされるF2が0.30以上である化学組成を有することを特徴とする、時効硬化性鋼。
F1=C+0.1×Si+0.2×Mn+0.15×Cr+0.35×V・・・(1)
F2=−4.5×C+Mn+Cr−3.5×V・・・・・(2)
上記の(1)、(2)式中の元素記号は、その元素の質量%での含有量を意味する。
[1] By mass%, C: 0.09 to 0.20%, Si: 0.01 to 0.40%, Mn: 1.5 to 2.5%, S: 0.001 to 0.045% Cr: more than 1.00% and 2.00% or less, Al: 0.001 to 0.060%, V: 0.22 to 0.55%, and N: more than 0.0080 to 0.0170 % And the balance consists of Fe and impurities, P and Ti in the impurities are P: 0.03% or less and Ti: less than 0.005%,
The area ratio of the bainite structure is 80% or more,
The effective V ratio (V solid solution amount / V total amount) is 0.9 or more,
Furthermore, the age-hardenable steel has a chemical composition in which F1 represented by the following formula (1) is 1.00 or less and F2 represented by the formula (2) is 0.30 or more.
F1 = C + 0.1 × Si + 0.2 × Mn + 0.15 × Cr + 0.35 × V (1)
F2 = −4.5 × C + Mn + Cr−3.5 × V (2)
The element symbols in the above formulas (1) and (2) mean the content in mass% of the element.

[2]質量%で、C:0.09〜0.20%、Si:0.01〜0.40%、Mn:1.5〜2.5%、S:0.001〜0.045%、Cr:1.00%を超えて2.00%以下、Al:0.001〜0.060%、V:0.22〜0.55%、Mo:0.9%以下、及び、N:0.0080を超えて0.0170%以下と、残部がFe及び不純物とからなり、不純物中のP及びTiが、P:0.03%以下及びTi:0.005%未満であり、
ベイナイト組織の面積率が80%以上であり、
有効V割合(V固溶量/V総量)が0.9以上であり、
さらに、下記の、(1’)式で表わされるF1’が1.00以下、かつ(2’)式で表わされるF2’が0.30以上である化学組成を有することを特徴とする、時効硬化性鋼。
F1’=C+0.1×Si+0.2×Mn+0.15×Cr+0.35×V+0.2×Mo・・・・・(1’)
F2’=−4.5×C+Mn+Cr−3.5×V−0.8×Mo・・・・・(2’)
上記の(1’)、(2’)式中の元素記号は、その元素の質量%での含有量を意味する。
[2] By mass%, C: 0.09 to 0.20%, Si: 0.01 to 0.40%, Mn: 1.5 to 2.5%, S: 0.001 to 0.045% Cr: more than 1.00% and 2.00% or less, Al: 0.001-0.060%, V: 0.22-0.55%, Mo: 0.9% or less, and N: More than 0.0080 and 0.0170% or less, the balance consists of Fe and impurities, P and Ti in the impurities are P: 0.03% or less and Ti: less than 0.005%,
The area ratio of the bainite structure is 80% or more,
The effective V ratio (V solid solution amount / V total amount) is 0.9 or more,
Further, the aging is characterized by having a chemical composition in which F1 ′ represented by the formula (1 ′) is 1.00 or less and F2 ′ represented by the formula (2 ′) is 0.30 or more. Hardenable steel.
F1 ′ = C + 0.1 × Si + 0.2 × Mn + 0.15 × Cr + 0.35 × V + 0.2 × Mo (1 ′)
F2 ′ = − 4.5 × C + Mn + Cr−3.5 × V−0.8 × Mo (2 ′)
The element symbols in the above formulas (1 ′) and (2 ′) mean the content of the element in mass%.

[3] さらに、Cu:0.3%以下及びNi:0.3%以下のうちの1種以上を含有することを特徴とする上記[1]又は[2]に記載の時効硬化性鋼。 [3] The age-hardening steel according to [1] or [2], further containing one or more of Cu: 0.3% or less and Ni: 0.3% or less.

[4] さらに、Ca:0.005%以下及びBi:0.4%以下のうちの1種以上を含有することを特徴とする上記[1]から[3]のいずれか1つに記載の時効硬化性鋼。 [4] The method according to any one of [1] to [3], further including at least one of Ca: 0.005% or less and Bi: 0.4% or less Age hardenable steel.

[5] 上記[1]から[4]のいずれか1つに記載の時効硬化性鋼を1100〜1350℃で0.1〜300分加熱した後、仕上げ鍛造後の表面温度が900℃以上となるようにして鍛造を行い、その後、800〜400℃までの温度領域の平均冷却速度を10〜90℃/分として室温まで冷却する鍛造工程と、
鍛造後の鋼を切削加工する、切削加工工程と、
切削加工後の鋼を、540〜700℃の温度域で30〜1000分保持する、時効処理工程と、
を含むことを特徴とする、時効硬化性鋼を用いた部品の製造方法。
[5] After the age-hardening steel according to any one of [1] to [4] is heated at 1100 to 1350 ° C. for 0.1 to 300 minutes, the surface temperature after finish forging is 900 ° C. or higher. Forging, and then cooling to room temperature with an average cooling rate in the temperature range of 800 to 400 ° C. being 10 to 90 ° C./min, and
A cutting process for cutting the forged steel; and
An aging treatment step of holding the steel after cutting in a temperature range of 540 to 700 ° C. for 30 to 1000 minutes;
A method for producing a part using age-hardening steel, comprising:

本発明の時効硬化性鋼は、時効処理前の硬さが340HV以下となる。しかも、本発明の時効硬化性鋼を用いた機械部品は、切削加工の後に施される時効処理によって、疲労強度が490MPa以上となる。また、当該機械部品は、靱性(ノッチ深さ2mm及びノッチ底半径1mmのUノッチ付きの標準試験片を用いて実施するシャルピー衝撃試験で評価した時効処理後の20℃での吸収エネルギー)が25J以上となる。さらに、当該機械部品は、降伏強度が800MPa以上となる。このため、本発明の時効硬化性鋼は、自動車、産業機械、建設機械などの機械部品の素材として極めて好適に用いることができる。   The age-hardening steel of the present invention has a hardness before aging treatment of 340 HV or less. In addition, the mechanical parts using the age-hardening steel of the present invention have a fatigue strength of 490 MPa or more due to the aging treatment performed after the cutting process. Further, the mechanical part has a toughness (absorbed energy at 20 ° C. after aging treatment evaluated by a Charpy impact test performed using a standard test piece with a U-notch having a notch depth of 2 mm and a notch bottom radius of 1 mm) of 25 J. That's it. Further, the mechanical part has a yield strength of 800 MPa or more. For this reason, the age-hardening steel of the present invention can be used very suitably as a material for machine parts such as automobiles, industrial machines, and construction machines.

時効前の鋼材硬さとF1値との相関を示す図である。It is a figure which shows the correlation with the steel material hardness before aging, and F1 value. 時効後の鋼材シャルピー衝撃値とF2値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the steel material Charpy impact value after aging, and F2 value.

以下、本発明の各要件について詳しく説明する。なお、各元素の含有量の「%」は「質量%」を意味する。   Hereinafter, each requirement of the present invention will be described in detail. In addition, “%” of the content of each element means “mass%”.

<時効硬化性鋼>
(必須成分)
C:0.09〜0.20%
Cは、本発明において重要な元素である。Cは、Vと結合して炭化物を形成し、鋼を強化する。しかしながら、Cの含有量が0.09%未満では、Vの炭化物が析出し難くなるため、所望の強化効果が得られない。一方、Cの含有量が多くなりすぎると、VやMoと結合しないCがFeと炭化物(セメンタイト)を形成する量が増えるため、靱性を劣化させてしまう。したがって、Cの含有量を0.09〜0.20%とした。Cの含有量は、0.10%以上とすることが好ましく、0.11%以上とすることが一層好ましい。また、Cの含有量は0.18%以下とすることが好ましく、0.16%以下とすることが一層好ましい。
<Age-hardening steel>
(Essential ingredients)
C: 0.09 to 0.20%
C is an important element in the present invention. C combines with V to form carbides and strengthens the steel. However, if the C content is less than 0.09%, V carbides are difficult to precipitate, and thus a desired strengthening effect cannot be obtained. On the other hand, if the C content is too high, the amount of C that does not bond to V or Mo forms Fe and carbide (cementite) increases, so that the toughness is deteriorated. Therefore, the content of C is set to 0.09 to 0.20%. The C content is preferably 0.10% or more, and more preferably 0.11% or more. The C content is preferably 0.18% or less, and more preferably 0.16% or less.

Si:0.01〜0.40%
Siは、製鋼時の脱酸元素として有用であると同時に、マトリックスに固溶して鋼の強度を向上させる作用を有する。これらの効果を十分に得るためには、Siは0.01%以上の含有量とする必要がある。しかしながら、Mn、Crを多量に含む鋼においては、Siの含有量が過剰になると、熱間鍛造後の組織の残留オーステナイト量が多くなりすぎ、時効処理中の変形が大きくなる場合がある。したがって、Siの含有量を0.01〜0.40%とした。Siの含有量は、0.05%以上とすることが好ましい。また、Siの含有量は、0.35%以下とすることが好ましく、0.30%以下とすることが一層好ましい。
Si: 0.01-0.40%
Si is useful as a deoxidizing element at the time of steel making, and at the same time, has an action of improving the strength of the steel by dissolving in a matrix. In order to sufficiently obtain these effects, Si needs to be contained in an amount of 0.01% or more. However, in steel containing a large amount of Mn and Cr, if the Si content is excessive, the amount of retained austenite in the structure after hot forging becomes too large, and deformation during aging treatment may increase. Therefore, the Si content is set to 0.01 to 0.40%. The Si content is preferably 0.05% or more. Further, the Si content is preferably 0.35% or less, and more preferably 0.30% or less.

Mn:1.5〜2.5%
Mnは、焼入れ性を向上させ、組織をベイナイトにする効果を持つ。さらに、ベイナイト変態温度を低下させることで、ベイナイト組織を微細化させてマトリックスの靱性を高める効果も持つ。また、Mnは、鋼中でMnSを形成して切削時の切り屑処理性を向上させる作用を有する。これらの効果を十分に得るためには、Mnは少なくとも1.5%の含有量とする必要がある。しかしながら、Mnは鋼の凝固時に偏析しやすい元素であるため、含有量が多くなりすぎると、熱間鍛造後の部品内の硬さのバラツキが大きくなることを避けられない。したがって、Mnの含有量を1.5〜2.5%とした。Mnの含有量は、1.6%以上とすることが好ましく、1.7%以上とすることが一層好ましい。また、Mnの含有量は、2.3%以下とすることが好ましく、2.1%以下とすることが一層好ましい。
Mn: 1.5 to 2.5%
Mn has the effect of improving hardenability and making the structure bainite. Furthermore, by lowering the bainite transformation temperature, the bainite structure can be refined to increase the toughness of the matrix. Moreover, Mn has the effect | action which forms MnS in steel and improves the chip disposal property at the time of cutting. In order to obtain these effects sufficiently, the Mn content must be at least 1.5%. However, since Mn is an element that is easily segregated during solidification of steel, if the content is too large, it is inevitable that the variation in hardness in the part after hot forging becomes large. Therefore, the Mn content is set to 1.5 to 2.5%. The Mn content is preferably 1.6% or more, and more preferably 1.7% or more. Further, the Mn content is preferably 2.3% or less, and more preferably 2.1% or less.

S:0.001〜0.045%
Sは、鋼中でMnと結合してMnSを形成し、切削時の切り屑処理性を向上させるので、0.001%以上含有させる必要がある。しかしながら、Sの含有量が多くなると、粗大なMnSが増加して靱性と疲労強度を劣化させ、特に、Sの含有量が0.045%を超えると、靱性と疲労強度の低下が著しくなる。したがって、Sの含有量を0.001〜0.045%とした。Sの含有量は、0.005%以上とすることが好ましく、0.010%以上とすることが一層好ましい。また、Sの含有量は、0.040%以下とすることが好ましく、0.035%以下とすることが一層好ましい。
S: 0.001 to 0.045%
Since S combines with Mn in steel to form MnS and improves chip disposability during cutting, it is necessary to contain 0.001% or more. However, when the S content increases, coarse MnS increases and deteriorates toughness and fatigue strength. In particular, when the S content exceeds 0.045%, the toughness and fatigue strength decrease remarkably. Therefore, the content of S is set to 0.001 to 0.045%. The S content is preferably 0.005% or more, and more preferably 0.010% or more. Further, the S content is preferably 0.040% or less, and more preferably 0.035% or less.

Cr:1.00%を超えて2.00%以下
Crは、Mnと同様に焼入れ性を高め、組織をベイナイトにする効果を持つ。さらに、ベイナイト変態温度を低下させることで、ベイナイト組織を微細化させる。さらに、粒界の易動度を低下させて、熱間鍛造時のオーステナイト粒径を微細化させ、その結果として、変態後のベイナイト組織を微細化する効果も持つ。Crはこれらのベイナイト組織を微細化させる効果を介して、母材の靭性を高める効果を持つ。これらの効果を十分に得るためには、1.00%を超えて含有させる必要がある。しかしながら、Crの含有量が2.0%を超えると、焼入れ性が大きくなって、時効処理前の硬さが340HVを超えることがある。したがって、Crの含有量をCr:1.00%を超えて2.00%以下とした。Crの含有量は、1.10%以上とすることが好ましい。また、Crの含有量は、1.80%以下とすることが好ましく、1.60%以下とすることが一層好ましい。
Cr: More than 1.00% and 2.00% or less Cr, like Mn, has an effect of improving hardenability and making the structure bainite. Furthermore, the bainite structure is refined by lowering the bainite transformation temperature. Furthermore, the mobility of the grain boundary is lowered, the austenite grain size at the time of hot forging is refined, and as a result, the bainite structure after transformation is refined. Cr has the effect of increasing the toughness of the base material through the effect of refining these bainite structures. In order to obtain these effects sufficiently, it is necessary to contain more than 1.00%. However, if the Cr content exceeds 2.0%, the hardenability increases and the hardness before aging treatment may exceed 340 HV. Therefore, the Cr content is set to exceed Cr: 1.00% and not more than 2.00%. The Cr content is preferably 1.10% or more. The Cr content is preferably 1.80% or less, and more preferably 1.60% or less.

Al:0.001〜0.060%
Alは脱酸作用を有する元素であり、この効果を得るために0.001%以上の含有量とする必要がある。しかしながら、Alが過剰に含有すると、粗大な酸化物が生成するようになり、靱性が低下する。したがって、Alの含有量を0.001〜0.060%とした。Alの含有量は、0.050%以下とすることが好ましい。
Al: 0.001 to 0.060%
Al is an element having a deoxidizing action, and in order to obtain this effect, the content needs to be 0.001% or more. However, when Al is contained excessively, a coarse oxide is generated, and the toughness is lowered. Therefore, the content of Al is set to 0.001 to 0.060%. The Al content is preferably 0.050% or less.

V:0.22〜0.55%
Vは、本発明の鋼において最も重要な元素である。Vは、時効処理の際にCと結合して微細な炭化物を形成することで、疲労強度を高める作用がある。また、鋼中にMoを含有した場合、Vには、時効処理によって、Moと複合して析出し、時効硬化能を一層高める効果もある。これらの効果を十分に得るためには、Vは0.22%以上の含有量とする必要がある。しかしながら、Vの含有量が過剰になると、熱間鍛造時の加熱においても未固溶の炭窒化物が残りやすくなって靱性の低下を招く。しかも、Vの含有量が過剰になると時効処理前の硬さが高くなってしまう場合がある。したがって、Vの含有量を0.22〜0.55%とした。Vの含有量は、0.45%を下回ることが好ましく、0.40%以下とすることが一層好ましい。また、Vの含有量は、0.25%以上とすることが好ましく、0.27%以上とすることが一層好ましい。
V: 0.22-0.55%
V is the most important element in the steel of the present invention. V combines with C during the aging treatment to form fine carbides, thereby increasing the fatigue strength. In addition, when Mo is contained in the steel, V has an effect of further aging hardening ability by being combined with Mo and precipitated by aging treatment. In order to obtain these effects sufficiently, V needs to be 0.22% or more. However, if the V content is excessive, undissolved carbonitrides are likely to remain even during heating during hot forging, leading to a decrease in toughness. Moreover, if the V content is excessive, the hardness before aging treatment may increase. Therefore, the content of V is set to 0.22 to 0.55%. The V content is preferably less than 0.45%, and more preferably 0.40% or less. Further, the V content is preferably 0.25% or more, and more preferably 0.27% or more.

N:0.0080を超えて0.0170%以下
Nは、時効時のV炭窒化物の析出を促進させ降伏強度を高める効果を持つ。この効果を十分に得るためにはNの含有量をで、0.0080%超とする必要がある。しかしながら、Nの含有量が0.0170%を越えると、熱間鍛造時にV炭窒化物が溶体化せず、続く時効時に十分な量の微細なV炭窒化物を析出することが困難になるため降伏強度が低下する。したがって、Nの含有量を0.0080を超えて0.0170%以下とした。Nの含有量は、0.0090%以上とすることが好ましく、0.0100%以上とすることが一層好ましい。また、Nの含有量は、0.0160%以下とすることが好ましく、0.0150%以下とすることが一層好ましい。
N: more than 0.0080 and 0.0170% or less N has the effect of promoting the precipitation of V carbonitride during aging and increasing the yield strength. In order to sufficiently obtain this effect, the N content needs to be more than 0.0080%. However, if the N content exceeds 0.0170%, the V carbonitride does not form a solution during hot forging, and it becomes difficult to precipitate a sufficient amount of fine V carbonitride during subsequent aging. Therefore, the yield strength decreases. Therefore, the N content is set to more than 0.0080 and 0.0170% or less. The N content is preferably 0.0090% or more, and more preferably 0.0100% or more. The N content is preferably 0.0160% or less, and more preferably 0.0150% or less.

本発明の時効硬化性鋼は、上述のCからNまでの元素と、残部のFe及び不純物とからなり、不純物中のP及びTiが、P:0.03%以下及びTi:0.005%未満であり、ベイナイト組織の面積率が80%以上であり、有効V割合(V固溶量/V総量)が0.9以上である。   The age-hardenable steel of the present invention comprises the above-described elements from C to N, the balance Fe and impurities, and P and Ti in the impurities are P: 0.03% or less and Ti: 0.005% The area ratio of the bainite structure is 80% or more, and the effective V ratio (V solid solution amount / V total amount) is 0.9 or more.

(不純物)
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、スクラップ又は製造環境などから混入するものを指す。
(impurities)
An impurity refers to what is mixed from ore as a raw material, scrap, a manufacturing environment, etc. when manufacturing steel materials industrially.

P:0.03%以下
Pは、不純物として含有され、本発明において好ましくない元素である。即ち、Pは、粒界に偏析することで靱性を低下させる。したがって、Pの含有量を0.03%以下とした。Pの含有量は、0.025%以下とすることが好ましい。
P: 0.03% or less P is an element which is contained as an impurity and is not preferable in the present invention. That is, P reduces toughness by segregating at the grain boundaries. Therefore, the content of P is set to 0.03% or less. The P content is preferably 0.025% or less.

Ti:0.005%未満
Tiは、不純物として含有され、本発明において特に好ましくない元素である。即ち、Tiは、N及び/又はCと結合することで、TiN及び/又はTiCを形成して靱性の低下を招き、特にその含有量が0.005%以上になると、大きく靱性を劣化させる。したがって、Tiの含有量を0.005%未満とした。良好な靱性を確保するためには、Tiの含有量は、0.0035%以下とすることが好ましい。
Ti: Less than 0.005% Ti is contained as an impurity and is an element that is not particularly preferable in the present invention. That is, Ti combines with N and / or C to form TiN and / or TiC, leading to a decrease in toughness. In particular, when the content is 0.005% or more, the toughness is greatly deteriorated. Therefore, the Ti content is less than 0.005%. In order to ensure good toughness, the Ti content is preferably 0.0035% or less.

(組織)
本発明の時効硬化性鋼においては、ベイナイト組織の面積率が80%以上である。ここで、ベイナイト組織の面積率とは、鋼材の表面から厚みの1/3深さから1/2の深さまでの位置における金属組織を、光学顕微鏡で観察した場合の面積率を意味する。ベイナイト組織の面積率を80%以上とすれば、Vの析出が抑制され、有効V割合が大きくなり、高い疲労強度と0.2%耐力を得ることができる。
(Organization)
In the age-hardenable steel of the present invention, the area ratio of the bainite structure is 80% or more. Here, the area ratio of the bainite structure means an area ratio when the metal structure at a position from the depth of 1/3 to 1/2 of the thickness from the surface of the steel material is observed with an optical microscope. If the area ratio of the bainite structure is 80% or more, precipitation of V is suppressed, the effective V ratio is increased, and high fatigue strength and 0.2% yield strength can be obtained.

(有効V割合)
有効V割合(V固溶量/V総量)が0.9以上である。ここで、有効V割合とは、鋼中に含まれるV総量中の固溶量を意味する。有効V割合が0.9以上であれば、時効処理によって析出するV炭窒化物量が多くなり、高い疲労強度と0.2%耐力を得ることができる。
(Effective V ratio)
The effective V ratio (V solid solution amount / V total amount) is 0.9 or more. Here, the effective V ratio means the amount of solid solution in the total amount of V contained in the steel. If the effective V ratio is 0.9 or more, the amount of V carbonitride precipitated by aging treatment increases, and high fatigue strength and 0.2% yield strength can be obtained.

(任意選択的成分)
次に、本発明の時効硬化性鋼に含まれ得る、任意選択的成分について言及する。
(Optional ingredient)
Reference will now be made to optional ingredients that may be included in the age hardenable steel of the present invention.

Mo:0.9%以下
MoはVと同様に、炭化物の析出温度が比較的低く、時効硬化に適した元素である。Moは、焼入れ性を高め、熱間鍛造後の組織をベイナイトとするとともに、その面積率を大きくする作用を有する。Moは、0.22%以上のVを含有する鋼において、Vと複合的に炭化物を形成して、時効硬化能を大きくする作用も有する。このため、必要に応じてMoを含有させてもよい。しかしながら、Moは非常に高価な元素であるため、含有量が多くなると鋼の製造コストが増大し、さらには靱性も低下する。したがって、含有させる場合のMoの量を0.9%以下とした。含有させる場合のMoの量は、0.75%以下とすることが好ましく、0.60%以下とすれば一層好ましく、0.50%を下回ることがより一層好ましい。一方、上記のMoの効果を安定して得るためには、含有させる場合のMoの量は、0.05%以上とすることが望ましく、0.10%以上とすることが一層望ましい。
Mo: 0.9% or less Mo, like V, has a relatively low carbide precipitation temperature and is an element suitable for age hardening. Mo enhances hardenability, has the effect of increasing the area ratio while making the structure after hot forging bainite. Mo has a function of increasing age-hardening ability by forming carbides in combination with V in steel containing 0.22% or more of V. For this reason, you may contain Mo as needed. However, since Mo is a very expensive element, when the content increases, the manufacturing cost of steel increases and the toughness also decreases. Therefore, the Mo content in the case of inclusion is set to 0.9% or less. When Mo is contained, the amount of Mo is preferably 0.75% or less, more preferably 0.60% or less, and even more preferably less than 0.50%. On the other hand, in order to stably obtain the effect of Mo described above, the amount of Mo in the case of inclusion is desirably 0.05% or more, and more desirably 0.10% or more.

Cu:0.3%以下
Cuは、疲労強度を向上させる作用を有する。このため、必要に応じてCuを含有させてもよい。しかしながら、Cuの含有量が多くなると、熱間加工性が低下する。したがって、含有させる場合のCuの量を0.3%以下とした。含有させる場合のCuの量は、0.25%以下とすることが好ましい。一方、上記のCuの疲労強度を高める効果を安定して得るためには、含有させる場合のCuの量は、0.1%以上とすることが望ましい。
Cu: 0.3% or less Cu has an effect of improving fatigue strength. For this reason, you may contain Cu as needed. However, when the Cu content increases, hot workability decreases. Therefore, the amount of Cu in the case of inclusion is set to 0.3% or less. When Cu is contained, the amount of Cu is preferably 0.25% or less. On the other hand, in order to stably obtain the effect of increasing the fatigue strength of Cu, the amount of Cu in the case of inclusion is preferably 0.1% or more.

Ni:0.3%以下
Niは、疲労強度を向上させる作用を有する。さらに、Niは、Cuによる熱間加工性の低下を抑制する作用も有する。このため、必要に応じてNiを含有させてもよい。しかしながら、Niの含有量が多くなると、コストが嵩むことに加えて、上記の効果も飽和する。したがって、含有させる場合のNiの量を0.3%以下とした。含有させる場合のNiの量は、0.25%以下とすることが好ましい。一方、上記のNiの効果を安定して得るためには、含有させる場合のNiの量は、0.1%以上とすることが望ましい。
Ni: 0.3% or less Ni has an effect of improving fatigue strength. Furthermore, Ni also has the effect | action which suppresses the fall of the hot workability by Cu. For this reason, you may contain Ni as needed. However, when the content of Ni increases, the above effect is saturated in addition to the increase in cost. Therefore, the amount of Ni in the case of inclusion is set to 0.3% or less. When Ni is contained, the amount of Ni is preferably 0.25% or less. On the other hand, in order to stably obtain the effect of Ni described above, the amount of Ni in the case of inclusion is preferably 0.1% or more.

上記のCu及びNiは、そのうちのいずれか1種のみ、又は、2種の複合で含有させることができる。含有させる場合の上記元素の合計含有量は、Cu及びNiの含有量がそれぞれの上限値である場合の0.6%とすることができる。   Said Cu and Ni can be contained only in any 1 type or 2 types of composites. The total content of the above elements in the case of inclusion can be 0.6% in the case where the contents of Cu and Ni are the respective upper limit values.

Ca:0.005%以下
Caは、工具寿命を長寿命化する作用を有する。このため、必要に応じてCaを含有させてもよい。しかしながら、Caの含有量が多くなると、粗大な酸化物を形成し、靱性を劣化させる。したがって、含有させる場合のCaの量を0.005%以下とした。含有させる場合のCaの量は、0.0035%以下とすることが好ましい。一方、上記のCaの工具を長寿命化する効果を安定して得るためには、含有させる場合のCaの量は、0.0005%以上とすることが望ましい。
Ca: 0.005% or less Ca has an action of extending the tool life. For this reason, you may contain Ca as needed. However, when the content of Ca increases, a coarse oxide is formed and the toughness is deteriorated. Therefore, the Ca content in the case of inclusion is set to 0.005% or less. When Ca is contained, the amount of Ca is preferably 0.0035% or less. On the other hand, in order to stably obtain the effect of extending the life of the above-mentioned Ca tool, the Ca content in the case of inclusion is preferably 0.0005% or more.

Bi:0.4%以下
Biは、切削抵抗を低下させて工具寿命を長寿命化させる作用を有する。このため、必要に応じてBiを含有させてもよい。しかしながら、Biの含有量が多くなると、熱間加工性の低下をきたす。したがって、含有させる場合のBiの量を0.4%以下とした。含有させる場合のBiの量は、0.3%以下とすることが好ましい。一方、上記のBiの工具を長寿命化する効果を安定して得るためには、含有させる場合のBiの量は、0.03%以上とすることが望ましい。
Bi: 0.4% or less Bi has the effect of reducing the cutting resistance and extending the tool life. For this reason, you may contain Bi as needed. However, when the Bi content is increased, the hot workability is lowered. Therefore, the amount of Bi when contained is set to 0.4% or less. When Bi is contained, the amount of Bi is preferably 0.3% or less. On the other hand, in order to stably obtain the effect of extending the life of the Bi tool, the amount of Bi in the case of inclusion is preferably 0.03% or more.

上記のCa及びBiは、そのうちのいずれか1種のみ、又は、2種の複合で含有させることができる。含有させる場合のこれらの元素の合計含有量は、Ca及びBiの含有量がそれぞれの上限値である場合の0.405%であっても構わないが、0.3%以下とすることが好ましい。   Said Ca and Bi can be contained only in any 1 type in them, or 2 types of composites. The total content of these elements in the case of inclusion may be 0.405% in the case where the Ca and Bi contents are the respective upper limit values, but is preferably 0.3% or less. .

(特定の元素の含有量を用いた数式により算出される値:F1(F1’)、F2(F2’))
本発明の事項硬化性鋼は、上述の化学組成(必須成分及び任意選択的成分)、組織、及び有効V割合に関する条件を満たし、さらに特定の元素の含有量を用いた数式により算出される値F1(F1’)が及びF2(F2’)それぞれ、1.00以下、0.30以上である。
(Values calculated by mathematical formulas using specific element content: F1 (F1 ′), F2 (F2 ′))
Matters of the present invention Hardening steel satisfies the above-mentioned conditions regarding chemical composition (essential and optional components), structure, and effective V ratio, and further is a value calculated by a mathematical formula using the content of a specific element. F1 (F1 ′) and F2 (F2 ′) are 1.00 or less and 0.30 or more, respectively.

まず、特定の元素の含有量を用いた数式により算出される値F1(F1’)について説明する。
即ち、上記MoからBiまでの任意選択的元素を含まない場合には、
F1=C+0.1×Si+0.2×Mn+0.15×Cr+0.35×V・・・(1)
で表されるF1が、
上記MoからBiまでの任意元素を1種以上含む場合には、
F1’=C+0.1×Si+0.2×Mn+0.15×Cr+0.35×V+0.2×Mo・・・・・(1')
で表されるF1’が、
それぞれ、1.00以下である。
First, the value F1 (F1 ′) calculated by a mathematical formula using the content of a specific element will be described.
That is, when the optional element from Mo to Bi is not included,
F1 = C + 0.1 × Si + 0.2 × Mn + 0.15 × Cr + 0.35 × V (1)
F1 represented by
When containing one or more optional elements from Mo to Bi,
F1 ′ = C + 0.1 × Si + 0.2 × Mn + 0.15 × Cr + 0.35 × V + 0.2 × Mo (1 ′)
F1 ′ represented by
Each is 1.00 or less.

なお、上記の(1)式及び(1’)式中の元素記号は、その元素の質量%での含有量を意味する。   In addition, the element symbol in said (1) Formula and (1 ') Formula means content in the mass% of the element.

F1とF1’は、時効処理前の硬さを示す指標である。本発明の時効硬化性鋼が、上記のF1又はF1’に関する条件を満たせば、時効処理前の硬さが高くなりすぎることなく、切削加工時の切削抵抗が大きくならず、工具の長寿命化も実現される。   F1 and F1 'are indices indicating the hardness before aging treatment. If the age-hardenable steel of the present invention satisfies the above-mentioned conditions regarding F1 or F1 ′, the hardness before aging treatment does not become too high, the cutting resistance at the time of cutting does not increase, and the tool life is increased. Is also realized.

F1とF1’は、0.97以下であることが好ましく、0.95以下であることが一層好ましい。また、F1とF1’は、0.60以上であることが好ましく、0.65以上であれば一層好ましい。   F1 and F1 'are preferably 0.97 or less, and more preferably 0.95 or less. Further, F1 and F1 'are preferably 0.60 or more, and more preferably 0.65 or more.

図1は、時効前硬さ(縦軸;HV)と、さまざまな鋼種のF1値(横軸)との関係を示すグラフである。図1のグラフから明らかなように、両者の間には、強い1次の正の相関が認められ、F1≦1.00以下であれば、時効前硬さ≦340HVを満足していることが判る。   FIG. 1 is a graph showing the relationship between pre-aging hardness (vertical axis; HV) and F1 values (horizontal axis) of various steel types. As is clear from the graph of FIG. 1, a strong first-order positive correlation is recognized between the two, and if F1 ≦ 1.00 or less, the pre-aging hardness ≦ 340 HV is satisfied. I understand.

次に、特定の元素の含有量を用いた数式により算出される値F2(F2’)について説明する。
即ち、上記MoからBiまでの任意元素を含まない場合には、
F2=−4.5×C+Mn+Cr−3.5×V・・・・・(2)
で表されるF2が、
上記MoからBiまでの任意元素を1種以上含む場合には、
F2’=−4.5×C+Mn+Cr−3.5×V−0.8×Mo・・・・・(2’)
で表されるF2’が、
それぞれ、0.30以上である。
Next, the value F2 (F2 ′) calculated by a mathematical formula using the content of a specific element will be described.
That is, in the case where any element from Mo to Bi is not included,
F2 = −4.5 × C + Mn + Cr−3.5 × V (2)
F2 represented by
When containing one or more optional elements from Mo to Bi,
F2 ′ = − 4.5 × C + Mn + Cr−3.5 × V−0.8 × Mo (2 ′)
F2 ′ represented by
Each is 0.30 or more.

なお、上記の(2)式及び(2’)式中の元素記号は、その元素の質量%での含有量を意味する。   In addition, the element symbol in said (2) Formula and (2 ') Formula means content in the mass% of the element.

F2及びF2’は、時効処理後の靱性を示す指標である。即ち、F1又はF1’の条件を満たすだけでは、時効処理後の靱性が低下して目標とする靱性を確保できない場合があるため、F2及びF2’を別途規定する必要がある。   F2 and F2 'are indices indicating toughness after aging treatment. That is, if the condition of F1 or F1 'is satisfied, the toughness after the aging treatment may be lowered and the target toughness may not be ensured. Therefore, it is necessary to separately define F2 and F2'.

図2は時効後の鋼材シャルピー衝撃値とF2値との関係を示す図である。同図に示すように、時効処理後のシャルピー衝撃値(J)とF2値(横軸)との間にも、正の相関関係が認められ、F2又はF2’が0.30未満の場合、時効処理後の靭性が十分に得られない。800MPa以上の降伏強度を得つつ、目標とする靱性を確保するためには、上記した各合金元素の含有量を規定した範囲内とし、かつ、F1又はF1’の条件を満たした上で、F2又はF2’の条件を満たす必要がある。   FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the steel Charpy impact value after aging and the F2 value. As shown in the figure, there is also a positive correlation between the Charpy impact value (J) after aging treatment and the F2 value (horizontal axis), and when F2 or F2 ′ is less than 0.30, The toughness after the aging treatment cannot be obtained sufficiently. In order to ensure the target toughness while obtaining a yield strength of 800 MPa or more, the content of each alloy element is within the specified range, and F1 or F1 ′ is satisfied. Alternatively, it is necessary to satisfy the condition of F2 ′.

F2とF2’は、0.45以上であることが好ましく、0.60以上であることが一層好ましい。   F2 and F2 'are preferably 0.45 or more, and more preferably 0.60 or more.

なお、F2が大きくなると、時効前の硬さも大きくなることが多い。ただし、F1が1.00以下に制御されていさえすれば、F2が大きくとも、時効前の硬さが大きくなりすぎて被削性が劣化することが無い。よって、F2の上限について特に限定を設ける必要はない。同様に、F1’が1.00以下であれば、F2’の上限について特に限定を設ける必要はない。   In addition, when F2 becomes large, the hardness before aging often becomes large. However, as long as F1 is controlled to 1.00 or less, even if F2 is large, the hardness before aging becomes too large and machinability does not deteriorate. Therefore, there is no need to particularly limit the upper limit of F2. Similarly, if F1 'is 1.00 or less, there is no need to particularly limit the upper limit of F2'.

<時効硬化性鋼の製造方法>
本発明の時効硬化性鋼の製造方法は特に限定するものではなく、一般的な方法で溶製して化学組成を調整すればよい。
<Method for producing age-hardening steel>
The method for producing the age-hardening steel of the present invention is not particularly limited, and the chemical composition may be adjusted by melting by a general method.

<時効硬化性鋼を用いた部品の製造方法>
以下に、上記のようにして製造した本発明の時効硬化性鋼を素材として、自動車、産業機械、建設機械などの機械部品を製造する方法の一例を示す。
<Manufacturing method of parts using age-hardening steel>
Below, an example of the method of manufacturing machine parts, such as a motor vehicle, an industrial machine, a construction machine, is shown using the age hardening steel of the present invention manufactured as mentioned above as a raw material.

まず、化学組成を前述の範囲に調整した鋼から、熱間鍛造に供する材料(以下、「熱間鍛造用素材」という)を作製する。熱間鍛造用素材としては、インゴットを分塊圧延したビレット、連続鋳造材を分塊圧延したビレット、或いはこれらのビレットを熱間圧延又は熱間鍛造した棒鋼などを適用することができる。   First, a material subjected to hot forging (hereinafter referred to as “hot forging material”) is produced from steel whose chemical composition is adjusted to the above-described range. As the material for hot forging, billets obtained by performing ingot rolling on ingots, billets obtained by performing ingot rolling on continuous cast materials, or steel bars obtained by hot rolling or hot forging these billets can be used.

次いで、上記の熱間鍛造用素材を熱間鍛造し、さらに切削加工して被加工材を所定の部品形状に仕上げる。なお、熱間鍛造は、例えば、熱間鍛造用素材を1100〜1350℃で0.1〜300分加熱した後、仕上げ鍛造後の表面温度が900℃以上となるようにして行い、その後、800〜400℃までの温度領域の平均冷却速度を10〜90℃/分として室温まで冷却する。   Next, the above hot forging material is hot forged and further cut to finish the workpiece into a predetermined part shape. The hot forging is performed, for example, by heating the hot forging material at 1100 to 1350 ° C. for 0.1 to 300 minutes, and then the surface temperature after finish forging becomes 900 ° C. or higher, and then 800 It cools to room temperature by making the average cooling rate of the temperature range to -400 degreeC into 10-90 degreeC / min.

さらに、上記のように冷却した被加工材を、さらに切削加工して、所定の部品形状に仕上げる。   Further, the workpiece cooled as described above is further cut to finish a predetermined part shape.

最後に、被加工材を時効処理に供して、所望の特性を具備する自動車、産業機械、建設機械などの機械部品を得る。時効処理は、例えば、540〜700℃の温度域、好ましくは560〜680℃の温度域で行う。この時効処理の保持時間は、均熱のため機械部品のサイズ(質量)によって調整するが、30〜1000分とすることができる。   Finally, the workpiece is subjected to an aging treatment to obtain machine parts such as automobiles, industrial machines, and construction machines having desired characteristics. The aging treatment is performed, for example, in a temperature range of 540 to 700 ° C, preferably in a temperature range of 560 to 680 ° C. The retention time of this aging treatment is adjusted by the size (mass) of the machine part for soaking, but can be 30 to 1000 minutes.

表1に示す化学組成の鋼1〜27を50kg真空溶解炉によって溶製した。表1における鋼1〜17は、化学組成が本発明で規定する範囲内にある鋼である。一方、表1における鋼18〜27は、化学組成が本発明で規定する条件から外れた鋼である。   Steels 1-27 having chemical compositions shown in Table 1 were melted in a 50 kg vacuum melting furnace. Steels 1 to 17 in Table 1 are steels whose chemical compositions are within the range defined by the present invention. On the other hand, steels 18 to 27 in Table 1 are steels whose chemical compositions deviate from the conditions specified in the present invention.

Figure 2016148206
Figure 2016148206

各鋼種のインゴットは、1250℃で加熱した後、直径60mmの棒鋼に熱間鍛造した。熱間鍛造した各棒鋼は、一旦大気中で放冷して室温まで冷却した。その後、1250℃で30分加熱し、部品形状への鍛造を想定し、仕上げ時の鍛造材の表面温度を950〜1100℃として、直径35mmの棒鋼に熱間鍛造した。熱間鍛造後は、いずれも大気中で放冷して室温まで冷却した。大気中で放冷した際の冷却速度は、上記の条件で熱間鍛造した棒鋼のR/2付近(「R」は棒鋼の半径を表す。)に熱電対を埋め込んで、再度熱間鍛造の仕上げ温度付近の温度まで昇温してから、大気中で放冷して測定した。このようにして測定した鍛造後の800〜400℃までの温度領域の平均冷却速度は約40℃/分であった。   Each steel type ingot was heated at 1250 ° C. and then hot forged into a steel bar having a diameter of 60 mm. Each hot forged steel bar was once allowed to cool in the atmosphere and cooled to room temperature. Then, it heated at 1250 degreeC for 30 minutes, the forging to a component shape was assumed, the surface temperature of the forging material at the time of finishing was 950-1100 degreeC, and it hot-forged to the steel bar of diameter 35mm. After hot forging, all were allowed to cool in air and cooled to room temperature. The cooling rate when allowed to cool in the atmosphere is that of hot forging again by embedding a thermocouple in the vicinity of R / 2 of the steel bar hot-forged under the above conditions ("R" represents the radius of the steel bar). The temperature was raised to a temperature close to the finishing temperature and then allowed to cool in the air for measurement. The average cooling rate in the temperature range from 800 to 400 ° C. after forging measured in this way was about 40 ° C./min.

各鋼種について、熱間鍛造で直径35mmに仕上げた後に室温まで冷却した棒鋼のうちの一部は、時効処理を施さない状態(即ち、冷却ままの状態)で、棒鋼の両端部を100mmずつ切り落とした後、残る中央部から試験片を切り出し、時効処理前の硬さの調査を行った。   For each steel type, a part of the steel bar cooled to room temperature after finishing to a diameter of 35 mm by hot forging is cut off by 100 mm at both ends of the steel bar without being subjected to an aging treatment (that is, in a cooled state). After that, a test piece was cut out from the remaining central portion, and the hardness before aging treatment was investigated.

一方、各鋼種について、熱間鍛造した棒鋼の残りは、600〜630℃で60〜180分保持する時効処理を施し、棒鋼の両端部を100mmずつ切り落とした後、残る中央部から試験片を切り出し、時効処理後の硬さの調査を行った。また、各鋼種について、棒鋼から試験片を切り出し、時効処理後のシャルピー衝撃試験における吸収エネルギーと疲労強度と降伏強度の調査を行った。   On the other hand, for each steel type, the hot-forged steel bar was subjected to aging treatment at 600 to 630 ° C. for 60 to 180 minutes. After cutting off both ends of the steel bar by 100 mm, the test piece was cut out from the remaining central part. The hardness after aging treatment was investigated. Moreover, about each steel type, the test piece was cut out from the bar steel, and the absorbed energy, fatigue strength, and yield strength in the Charpy impact test after the aging treatment were investigated.

硬さ測定は、次のようにして実施した。まず、棒鋼を横断し、切断面が被検面となるように樹脂埋めして鏡面研磨して試験片を準備した。次いで、JIS Z 2244(2009)における「ビッカース硬さ試験−試験方法」に準拠して、被検面のR/2部(「R」は半径を表す。)付近10点について、試験力を9.8Nとして硬さ測定を実施した。上記10点の値を算術平均してビッカース硬さとした。時効処理前の硬さは340HV以下の場合に、様々な条件で切削加工される部品でも工業的に大量生産が可能と判断し、これを目標とした。硬さ測定後の試験片をナイタルで腐食し、組織観察を行ったところ、いずれの鋼種の試験片もベイナイトが主体であり、一部MA組織が混在していた。   Hardness measurement was performed as follows. First, a test piece was prepared by crossing a steel bar, filling the resin so that the cut surface became the test surface, and mirror polishing. Next, in accordance with “Vickers hardness test—test method” in JIS Z 2244 (2009), the test force is set to 9 for 10 points near the R / 2 part (“R” represents a radius) of the test surface. The hardness was measured as 8N. The above 10 points were arithmetically averaged to obtain Vickers hardness. When the hardness before aging treatment was 340 HV or less, it was judged that even parts that were machined under various conditions could be industrially mass-produced, and this was the target. When the specimens after the hardness measurement were corroded with the nital and the structure was observed, the specimens of all steel types were mainly bainite and some MA structures were mixed.

時効処理後の靱性は、ノッチ深さ2mm及びノッチ底半径1mmのUノッチ付きの標準試験片を用いて実施したシャルピー衝撃試験で評価し、試験温度20℃での吸収エネルギーが25J以上の場合に、十分に高いと判断し、これを目標とした。   The toughness after the aging treatment is evaluated by a Charpy impact test conducted using a standard test piece with a U-notch having a notch depth of 2 mm and a notch bottom radius of 1 mm, and the absorbed energy at a test temperature of 20 ° C. is 25 J or more. Judged that it was high enough, and aimed this.

疲労強度は、平行部の直径が8mm、長さが106mmの小野式回転曲げ疲労試験片を作製して調査した。即ち、疲労試験片の中心が棒鋼のR/2部となるように上記の試験片を採取し、試験数を8として、室温、大気中で、応力比が−1となる条件で小野式回転曲げ疲労試験を実施した。繰り返し数が1.0×107回まで破断しなかったうちでの応力振幅の最大値を疲労強度とした。疲労強度が490MPa以上の場合に、疲労強度が十分高いと判断し、これを目標とした。The fatigue strength was investigated by preparing an Ono-type rotating bending fatigue test piece having a parallel part diameter of 8 mm and a length of 106 mm. That is, the above-mentioned test piece is collected so that the center of the fatigue test piece is R / 2 part of the steel bar, the number of tests is 8, and the Ono type rotation is performed at room temperature and in the atmosphere under the condition that the stress ratio is -1. A bending fatigue test was performed. The maximum value of the stress amplitude when the number of repetitions was not broken up to 1.0 × 10 7 times was defined as the fatigue strength. When the fatigue strength was 490 MPa or more, it was judged that the fatigue strength was sufficiently high, and this was the target.

φ6の平行部を持つJISの14A号の引張試験片を用いた引張試験を行い、規定の塑性ひずみ量を0.2%としてオフセット法にて0.2%耐力を求め、降伏強度はこれに等しいとした。降伏強度が800MPa以上の場合に、十分に高いと判断し、これを目標とした。表2に、上記の各調査結果を示す。   Tensile test using a JIS No. 14A tensile test piece with a parallel part of φ6 is performed, 0.2% proof stress is obtained by the offset method with the specified plastic strain amount being 0.2%, and the yield strength is Equal to. When the yield strength was 800 MPa or more, it was judged to be sufficiently high, and this was the target. Table 2 shows the results of the above investigations.

Figure 2016148206
Figure 2016148206

表2から明らかなように、本発明で規定する化学組成、組織、及び有効V割合(V固溶量/V総量)、並びに特定の元素の含有量を用いた数式により算出される値、を有する試験番号A1〜A17の「本発明例」の場合、時効処理前の硬さが340HV以下、時効処理によって硬さが疲労強度が510MPa以上、降伏強度が815MPa以上、さらにシャルピー衝撃試験における吸収エネルギーも36J以上になっている。このため、いずれも目標値を達成していることから、時効処理後の強度と靱性が両立できており、さらに時効処理前の硬さも低いことから、切削抵抗の低下及び工具の長寿命化が期待できることがわかる。   As is apparent from Table 2, the chemical composition, structure, and effective V ratio (V solid solution amount / V total amount) specified by the present invention, and a value calculated by a mathematical formula using the content of a specific element, In the case of the “examples of the present invention” of the test numbers A1 to A17 having, the hardness before aging treatment is 340 HV or less, the hardness by the aging treatment is fatigue strength of 510 MPa or more, the yield strength is 815 MPa or more, and the absorbed energy in the Charpy impact test Is over 36J. For this reason, since both achieved the target value, both strength and toughness after aging treatment are compatible, and the hardness before aging treatment is also low, so the cutting resistance is reduced and the tool life is extended. You can see what you can expect.

これに対して、本発明の規定から外れた試験番号B1〜B10の「比較例」の場合には、目標とする性能の少なくともいずれかが得られていない。
On the other hand, in the case of “Comparative Examples” with test numbers B1 to B10 that are out of the definition of the present invention, at least one of the target performances is not obtained.

本発明の時効硬化性鋼は、好適な時効処理前の硬さ(340HV以下)を確保することができ、切削抵抗の低下と工具の長寿命化が期待できる。しかも、本発明の時効硬化性鋼を用いれば、切削加工の後に施される時効処理によって、好適な疲労強度(490MPa以上)、降伏強度(800MPa以上)、及び衝撃値(25J以上)も併せて確保することができる。このため、本発明の時効硬化性鋼は、自動車、産業機械、建設機械などの機械部品の素材として極めて好適に用いることができる。   The age-hardening steel of the present invention can ensure a suitable hardness before aging treatment (340 HV or less), and it can be expected that the cutting resistance is lowered and the tool life is extended. Moreover, if the age-hardening steel of the present invention is used, a suitable fatigue strength (490 MPa or more), yield strength (800 MPa or more), and impact value (25 J or more) are also obtained by an aging treatment performed after cutting. Can be secured. For this reason, the age-hardening steel of the present invention can be used very suitably as a material for machine parts such as automobiles, industrial machines, and construction machines.

Claims (5)

質量%で、C:0.09〜0.20%、Si:0.01〜0.40%、Mn:1.5〜2.5%、S:0.001〜0.045%、Cr:1.00%を超えて2.00%以下、Al:0.001〜0.060%、V:0.22〜0.55%及び、N:0.0080を超えて0.0170%以下と、残部がFe及び不純物とからなり、不純物中のP及びTiが、P:0.03%以下及びTi:0.005%未満であり、
ベイナイト組織の面積率が80%以上であり、
有効V割合(V固溶量/V総量)が0.9以上であり、
さらに、下記の、(1)式で表わされるF1が1.00以下、かつ(2)式で表わされるF2が0.30以上である化学組成を有することを特徴とする、時効硬化性鋼。
F1=C+0.1×Si+0.2×Mn+0.15×Cr+0.35×V・・・(1)
F2=−4.5×C+Mn+Cr−3.5×V・・・・・(2)
上記の(1)、(2)式中の元素記号は、その元素の質量%での含有量を意味する。
In mass%, C: 0.09 to 0.20%, Si: 0.01 to 0.40%, Mn: 1.5 to 2.5%, S: 0.001 to 0.045%, Cr: 1.00% to 2.00% or less, Al: 0.001 to 0.060%, V: 0.22 to 0.55%, and N: 0.0080 to 0.0170% or less The balance consists of Fe and impurities, and P and Ti in the impurities are P: 0.03% or less and Ti: less than 0.005%,
The area ratio of the bainite structure is 80% or more,
The effective V ratio (V solid solution amount / V total amount) is 0.9 or more,
Furthermore, the age-hardenable steel has a chemical composition in which F1 represented by the following formula (1) is 1.00 or less and F2 represented by the formula (2) is 0.30 or more.
F1 = C + 0.1 × Si + 0.2 × Mn + 0.15 × Cr + 0.35 × V (1)
F2 = −4.5 × C + Mn + Cr−3.5 × V (2)
The element symbols in the above formulas (1) and (2) mean the content in mass% of the element.
質量%で、C:0.09〜0.20%、Si:0.01〜0.40%、Mn:1.5〜2.5%、S:0.001〜0.045%、Cr:1.00%を超えて2.00%以下、Al:0.001〜0.060%、V:0.22〜0.55%、Mo:0.9%以下、及び、N:0.0080を超えて0.0170%以下と、残部がFe及び不純物とからなり、不純物中のP及びTiが、P:0.03%以下及びTi:0.005%未満であり、
ベイナイト組織の面積率が80%以上であり、
有効V割合(V固溶量/V総量)が0.9以上であり、
さらに、下記の、(1’)式で表わされるF1’が1.00以下、かつ(2’)式で表わされるF2’が0.30以上である化学組成を有することを特徴とする、時効硬化性鋼。
F1’=C+0.1×Si+0.2×Mn+0.15×Cr+0.35×V+0.2×Mo・・・・・(1’)
F2’=−4.5×C+Mn+Cr−3.5×V−0.8×Mo・・・・・(2’)
上記の(1’)、(2’)式中の元素記号は、その元素の質量%での含有量を意味する。
In mass%, C: 0.09 to 0.20%, Si: 0.01 to 0.40%, Mn: 1.5 to 2.5%, S: 0.001 to 0.045%, Cr: More than 1.00% and 2.00% or less, Al: 0.001 to 0.060%, V: 0.22 to 0.55%, Mo: 0.9% or less, and N: 0.0080 More than 0.0170% and the balance consists of Fe and impurities, P and Ti in the impurities are P: 0.03% or less and Ti: less than 0.005%,
The area ratio of the bainite structure is 80% or more,
The effective V ratio (V solid solution amount / V total amount) is 0.9 or more,
Further, the aging is characterized by having a chemical composition in which F1 ′ represented by the formula (1 ′) is 1.00 or less and F2 ′ represented by the formula (2 ′) is 0.30 or more. Hardenable steel.
F1 ′ = C + 0.1 × Si + 0.2 × Mn + 0.15 × Cr + 0.35 × V + 0.2 × Mo (1 ′)
F2 ′ = − 4.5 × C + Mn + Cr−3.5 × V−0.8 × Mo (2 ′)
The element symbols in the above formulas (1 ′) and (2 ′) mean the content of the element in mass%.
さらに、Cu:0.3%以下及びNi:0.3%以下のうちの1種以上を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の時効硬化性鋼。   The age-hardenable steel according to claim 1 or 2, further comprising at least one of Cu: 0.3% or less and Ni: 0.3% or less. さらに、Ca:0.005%以下及びBi:0.4%以下のうちの1種以上を含有することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の時効硬化性鋼。   The age-hardenable steel according to any one of claims 1 to 3, further comprising at least one of Ca: 0.005% or less and Bi: 0.4% or less. 請求項1から4のいずれか1項に記載の時効硬化性鋼を1100〜1350℃で0.1〜300分加熱した後、仕上げ鍛造後の表面温度が900℃以上となるようにして鍛造を行い、その後、800〜400℃までの温度領域の平均冷却速度を10〜90℃/分として室温まで冷却する鍛造工程と、
鍛造後の鋼を切削加工する、切削加工工程と、
切削加工後の鋼を、540〜700℃の温度域で30〜1000分保持する、時効処理工程と、
を含むことを特徴とする、時効硬化性鋼を用いた部品の製造方法。
The age-hardening steel according to any one of claims 1 to 4 is heated at 1100 to 1350 ° C for 0.1 to 300 minutes, and then forged so that the surface temperature after finish forging becomes 900 ° C or higher. Performing a forging step of cooling to room temperature at an average cooling rate of 10 to 90 ° C./min in the temperature region from 800 to 400 ° C.,
A cutting process for cutting the forged steel; and
An aging treatment step of holding the steel after cutting in a temperature range of 540 to 700 ° C. for 30 to 1000 minutes;
A method for producing a part using age-hardening steel, comprising:
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