JP2000160286A - High-strength and high-toughness non-heat treated steel excellent in drilling machinability - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-strength and high-toughness non-heat treated steel having high toughness as well as high strength of >=850 MPa tensile strength in as-rolled state and also excellent in drilling machinability. SOLUTION: This non-heat treated steel has a composition containing, by weight, 0.30-0.60% C, 0.01-1.0% Si, 0.1-2.0% Mn, 0.050<0.50% S, 0.5-5.00% Ni, >1.0-3.0% Cu, 0.0010-0.020% N, 0.0010-0.0050% O, and one or >=2 kinds selected from 0.01-0.50% V, 0.01-0.50% Nb, and 0.01-0.50% Ti and also has a structure composed of ferrite + pearlite structure of 20-80% ferrite volume ratio in as- rolled state.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ドリル切削加工を
経て製品とされる自動車部品、機械構造部品等に好適な
機械構造用合金鋼材に係り、とくに焼入れ焼戻しの調質
処理を必要としない、非調質機械構造用合金鋼材に関す
る。本発明における鋼材は、棒鋼、線材を含むものとす
る。The present invention relates to an alloy steel material for a machine structure suitable for an automobile part, a machine structural part, etc., which is made into a product after drill cutting, and which does not particularly require a quenching and tempering refining treatment. The present invention relates to an alloy steel material for a non-heat-treated machine structure. The steel material in the present invention includes a bar and a wire.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来から、とくに高強度、高靱性が要求
される部位に使用される機械構造部品や自動車部品に
は、JIS G 4105に規定されるSCM 435 、SCM 440 鋼材が
適用されている。これら鋼材は、通常、圧延および必要
に応じ鍛造等の熱間加工を施されて所定の形状に成形さ
れたのち、焼入れ焼戻しの調質処理を施され、ついでド
リル切削等の切削加工により所定の寸法形状の部品とさ
れる。しかし、調質処理は、製造工程を複雑にし製造期
間を長時間としさらに熱処理費用が高価であるなど、生
産能率の向上やコスト低減に対し不利な要因となってい
た。このような問題に対し、調質処理を必要としない種
々の非調質鋼材が提案されている。2. Description of the Related Art Conventionally, SCM 435 and SCM 440 steels specified in JIS G 4105 have been applied to mechanical structural parts and automobile parts used particularly in parts requiring high strength and high toughness. . These steel materials are usually subjected to hot working such as rolling and forging as required and formed into a predetermined shape, then subjected to a tempering treatment such as quenching and tempering, and then to a predetermined process by cutting such as drill cutting. It is a part with dimensions and shape. However, the refining process is a disadvantageous factor for improving the production efficiency and reducing the cost, for example, the production process is complicated, the production period is lengthened, and the heat treatment cost is expensive. In order to solve such a problem, various non-heat treated steel materials that do not require the heat treatment have been proposed.

【０００３】例えば、特公昭58-9813 号公報には、非調
質の鍛鋼品の製造方法が提案されている。この製造方法
は、0.3 〜0.6wt ％Ｃの中炭素Mn鋼にＶ：0.03〜0.20wt
％を添加し、熱間鍛造後、調整冷却を施してオーステナ
イト粒成長を阻止し、変態時に炭窒化物を析出させて、
組織の微細化と高強度化を図ろうとするものである。し
かしながら、特公昭58-9813 号公報に記載された製造方
法で得られる非調質鍛鋼品は、衝撃値が最大で60Ｊ/cm²
程度と低靱性であり、さらにＳ、Pb、Bi、Te、Se、Ce、
Ca等の快削元素を多量に添加しないと被削性に劣るとい
う問題があった。[0003] For example, Japanese Patent Publication No. 58-9813 proposes a method for producing a non-heat treated forged steel product. This production method is applied to a medium carbon Mn steel of 0.3 to 0.6 wt% C: V: 0.03 to 0.20 wt%.
%, And after hot forging, adjust cooling to prevent austenite grain growth, and to precipitate carbonitride during transformation,
It is intended to achieve a finer structure and higher strength. However, the non-heat treated forged steel obtained by the manufacturing method described in Japanese Patent Publication No. 58-9813 has an impact value of 60 J / cm ^{2 at the} maximum.
And low toughness, and S, Pb, Bi, Te, Se, Ce,
Unless a large amount of free-cutting elements such as Ca are added, there is a problem that the machinability is poor.

【０００４】また、特開昭61-177318 号公報には、Ｖ含
有鋼素材を900 ℃以上の温度で加熱し、熱間加工を施し
たのち、Ａr₃変態点とＡr₁変態点の間の温度域を調整冷
却して室温まで冷却し、微細なＶ炭窒化物を均一に析出
させ、ついで切削等の加工を施し、加工後時効処理を施
して、製品強度の高い非調質鋼製品を得る方法が開示さ
れている。Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-177318 discloses that a V-containing steel material is heated at a temperature of 900 ° C. or more, subjected to hot working, and then to a temperature between an Ar ₃ transformation point and an Ar ₁ transformation point. Adjust the temperature range and cool down to room temperature to deposit fine V carbonitrides uniformly, then apply cutting and other processing, and then apply aging treatment after processing to obtain non-heat treated steel products with high product strength. A method of obtaining is disclosed.

【０００５】また、特公平6-63025 号公報には、時効処
理を実施する高強度高靱性の熱間鍛造用鋼の製造方法が
記載されている。この製造方法では、ベイナイトを主体
とし少量のマルテンサイト、残留オーステナイトを混在
させた組織とし、時効処理でマルテンサイト中の転位の
易動度を低減し、高降伏強さを得ようとするものであ
る。Further, Japanese Patent Publication No. 6-63025 describes a method for producing a high-strength, high-toughness hot forging steel which is subjected to aging treatment. In this manufacturing method, bainite is mainly used, a small amount of martensite, and a structure in which residual austenite is mixed, the mobility of dislocations in martensite is reduced by aging treatment, and high yield strength is obtained. is there.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】特開昭61-177318 号公
報に記載された方法、あるいは特公平6-63025 号公報に
記載された方法で製造された製品は、高強度は得られる
ものの、靱性は低く、調質処理材並の靱性も得られてお
らず、高強度高靱性を要求される部品への適用は困難で
あった。また、調質処理は省略されるが時効処理を必要
とするため、熱処理省略とはならず、コストの低減は少
ない。また、被削性を向上させるためには、多量の快削
元素を添加する必要があり、靱性の低下要因となってい
た。A product manufactured by the method described in JP-A-61-177318 or the method described in Japanese Patent Publication No. 6-63025, although high strength is obtained, The toughness was low, and the toughness equivalent to that of the temper-treated material was not obtained, and it was difficult to apply to parts requiring high strength and high toughness. Further, the tempering treatment is omitted, but the aging treatment is required, so that the heat treatment is not omitted, and the cost reduction is small. Further, in order to improve the machinability, it is necessary to add a large amount of free-cutting elements, which has been a factor of reducing toughness.

【０００７】本発明は、調質処理を必要とせずに、製品
の寸法によらず圧延のままで850MPa以上の引張強さの高
強度と高靱性を有し、しかもドリル被削性にも優れた非
調質鋼材を提供することを目的とする。The present invention has a high strength and high toughness with a tensile strength of 850 MPa or more as rolled irrespective of the dimensions of the product, without the need for temper treatment, and has excellent drill machinability. The purpose is to provide a non-heat treated steel material.

【０００８】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、大物部品
においても、圧延のままで高強度、高靱性を確保でき、
しかもドリル被削性に優れた製品を得ることができる鋼
組成、組織について鋭意研究した。まず、本発明者ら
は、大物部品のような肉厚が厚く、熱間加工後の冷却速
度が遅い製品までも対象とする場合には、マルテンサイ
ト、ベイナイトなどの低温変態組織を利用するよりフェ
ライト＋パーライト組織を基本組織とするのが好適であ
ると判断し、フェライト＋パーライト組織において、高
強度高靱性および優れたドリル被削性を得るための方法
について検討した。Means for Solving the Problems The present inventors can secure high strength and high toughness as they are rolled even for large parts,
In addition, the intense research was conducted on the steel composition and structure that can obtain a product with excellent drill machinability. First, the present inventors have found that even thick parts such as large parts and products with a low cooling rate after hot working are targeted, martensite, bainite and other low-temperature transformation structures are used. It was determined that it was preferable to use a ferrite + pearlite structure as the basic structure, and a method for obtaining high strength, high toughness and excellent drill machinability in the ferrite + pearlite structure was examined.

【０００９】その結果、ドリル被削性向上のため、快削
元素としてＳを添加し、さらに強度増加のために、炭窒
化物を用いるフェライト地の析出強化に加えてCuの析出
強化を利用することにより、フェライトおよびパーライ
ト両方の強化が可能となり、炭窒化物のみによる強化に
くらべ、靱性が劣化することなくさらに強度増加が可能
となり、また被削性も向上することを見いだした。Cu
は、熱間加工後の冷却過程で、オーステナイトがフェラ
イト、パーライトに変態する際に、フェライトおよびパ
ーライト中に析出する。このため、析出のための特別な
処理、たとえば時効処理などの熱処理は必要がない。ま
た、Cu析出物は、切削時の発熱により溶融し潤滑剤とし
て作用する。とくにパーライト中に析出した場合には硬
質なセメンタイトを切削する際の潤滑剤として作用する
ため、従来の快削元素としてＳのみを添加したフェライ
ト＋パーライト組織にくらべ大幅なドリル被削性の改善
が可能となるという知見を得た。また、Cuを添加するこ
とにより鋼中に形成されるCu硫化物、Cu酸化物は、適度
に分散させることにより、切削時のミクロ亀裂発生源と
なりドリル切削抵抗が低減し、切屑も細かく分断すると
いう知見も得た。As a result, S is added as a free-cutting element in order to improve the drill machinability, and in order to further increase the strength, the precipitation strengthening of Cu is utilized in addition to the precipitation strengthening of ferrite ground using carbonitride. As a result, it has been found that both ferrite and pearlite can be strengthened, the strength can be further increased without deterioration in toughness, and the machinability is also improved, as compared with the strengthening using only carbonitride. Cu
Is precipitated in ferrite and pearlite when austenite transforms into ferrite and pearlite in a cooling process after hot working. Therefore, a special treatment for precipitation, for example, heat treatment such as aging treatment is not required. Further, the Cu precipitate is melted by heat generated during cutting and acts as a lubricant. Particularly when precipitated in pearlite, it acts as a lubricant when cutting hard cementite, so the drill machinability is greatly improved compared to the conventional ferrite + pearlite structure containing only S as a free-cutting element. We have learned that it is possible. In addition, by adding Cu, Cu sulfides and Cu oxides formed in steel are appropriately dispersed to become micro-crack sources during cutting, reducing drill cutting resistance and finely cutting chips. The knowledge that was obtained.

【００１０】本発明は、上記した知見に基づき、構成さ
れたものである。すなわち、本発明は、重量％で、Ｃ：
0.30〜0.60％、Si：0.01〜1.0 ％、Mn：0.1 〜2.0 ％、
Ｓ：0.050 ％以上0.50％未満、Ni：0.5 〜5.0 ％、Cu：
1.0 超〜3.0 ％、Ｎ：0.0010〜0.020 ％、Ｏ：0.0010〜
0.0050％を含み、さらにＶ：0.01〜0.50％、Nb：0.01〜
0.50％、Ti：0.01〜0.50％のうちから選ばれた１種また
は２種以上を含有し、残部Feおよび不可避的不純物から
なる組成を有し、かつ組織がフェライトの体積率を20〜
80％とするフェライト＋パーライト組織であり、引張強
さが850 MPa 以上を有することを特徴とするドリル被削
性に優れた高強度高靱性非調質鋼材である。The present invention has been made based on the above findings. That is, the present invention provides a method for preparing C:
0.30 ~ 0.60%, Si: 0.01 ~ 1.0%, Mn: 0.1 ~ 2.0%,
S: 0.050% or more and less than 0.50%, Ni: 0.5 to 5.0%, Cu:
1.0-3.0%, N: 0.0010-0.020%, O: 0.0010-
0.0050%, V: 0.01-0.50%, Nb: 0.01-
0.50%, Ti: contains one or more selected from 0.01 to 0.50%, has a composition consisting of the balance Fe and unavoidable impurities, and has a structure in which the volume fraction of ferrite is 20 to
It is a high-strength, high-toughness non-heat treated steel material with excellent drill machinability characterized by a ferrite + pearlite structure of 80% and a tensile strength of 850 MPa or more.

【００１１】また、本発明では、前記組成に加え、さら
に、重量％で、Cr：1.0 ％以下、Mo：1.0 ％以下、Ｂ：
0.03％以下のうちの１種または２種以上を含有する組成
とするのが好ましく、また、本発明では、前記各組成に
加え、さらに、重量％で、Ｐ：0.10％以下、Pb：0.30％
以下、Co：0.10％以下、Ca：0.02％以下、Te：0.05％以
下、Se：0.10％以下、Sb：0.05％以下、Bi：0.30％以下
のうちの１種または２種以上を含有する組成とするのが
好ましい。Further, in the present invention, in addition to the above composition, Cr: 1.0% or less, Mo: 1.0% or less, B:
Preferably, the composition contains one or more of 0.03% or less. In the present invention, in addition to the above-mentioned compositions, P: 0.10% or less, Pb: 0.30%
Hereinafter, a composition containing one or more of Co: 0.10% or less, Ca: 0.02% or less, Te: 0.05% or less, Se: 0.10% or less, Sb: 0.05% or less, Bi: 0.30% or less It is preferred that

【００１２】[0012]

【発明の実施の形態】本発明の非調質鋼材は、引張強さ
が850 MPa 以上を有するドリル被削性に優れた高強度高
靱性非調質鋼材である。まず、化学組成についてその限
定理由を説明する。 Ｃ：0.30〜0.60％ Ｃは、鋼を強化する元素であり、所望の強度に応じ含有
する。また、Ｖ、Ti、Nb等の炭窒化物形成元素と結合し
炭化物あるいは炭窒化物を形成し基地組織を強化する。
基地組織を強化し、圧延のままで引張強さ：850MPa以上
を確保するためには、0.30％以上の含有を必要とする
が、0.60％を超える含有は、炭化物の過剰な析出を招く
とともに、フェライト分率を低下させ靱性を劣化させ
る。このようなことから、Ｃは0.30〜0.60％の範囲に限
定した。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The non-heat-treated steel material of the present invention is a high-strength and high-toughness non-heat-treated steel material having a tensile strength of 850 MPa or more and excellent in drill machinability. First, the reasons for limiting the chemical composition will be described. C: 0.30 to 0.60% C is an element that strengthens steel and is contained according to desired strength. In addition, it combines with carbonitride forming elements such as V, Ti, and Nb to form carbide or carbonitride, thereby strengthening the base structure.
In order to strengthen the base structure and ensure tensile strength of 850 MPa or more as rolled, a content of 0.30% or more is required, but a content of more than 0.60% causes excessive precipitation of carbides, Decreases ferrite fraction and deteriorates toughness. For these reasons, C is limited to the range of 0.30 to 0.60%.

【００１３】Si：0.01〜1.0 ％ Siは、脱酸剤として作用するとともに、基地に固溶し鋼
を強化する。このような作用は、0.01％以上の含有で認
められるが、一方、1.0 ％を超える含有は靱性を低下さ
せる。このため、Siは0.01〜1.0 ％の範囲に限定した。
なお、好ましくは0.1 〜 0.8％である。Si: 0.01-1.0% Si acts as a deoxidizing agent and forms a solid solution in the matrix to strengthen the steel. Such an effect is observed at a content of 0.01% or more, while a content exceeding 1.0% reduces toughness. For this reason, Si was limited to the range of 0.01 to 1.0%.
Incidentally, the content is preferably 0.1 to 0.8%.

【００１４】Mn：0.1 〜2.0 ％ Mnは、鋼を強化する元素であり、本発明では強度確保の
観点から0.1 ％以上の含有を必要とする。一方、2.0 ％
を超える含有は靱性、被削性を劣化させ。このため、Mn
は0.1 〜2.0 ％の範囲に限定した。なお、好ましくは0.
2 〜 1.0％である。Mn: 0.1 to 2.0% Mn is an element for strengthening steel. In the present invention, the content of 0.1% or more is required from the viewpoint of securing strength. Meanwhile, 2.0%
If the content exceeds 3, the toughness and machinability deteriorate. For this reason, Mn
Was limited to the range of 0.1 to 2.0%. Incidentally, preferably 0.
It is 2 to 1.0%.

【００１５】Ｓ：0.050 ％以上0.50％未満 Ｓは、Cu等と硫化物を形成しドリル被削性を向上させる
元素であり、本発明では積極的に含有させる。優れたド
リル被削性を付与させるために、Ｓは0.050 ％以上含有
させる。しかし、0.50％以上含有すると、靱性が大幅に
劣化する。このため、Ｓは0.050 ％以上0.50％未満に限
定した。なお、好ましくは0.060 〜0.40％である。S: 0.050% or more and less than 0.50% S is an element that forms a sulfide with Cu or the like to improve drill machinability, and is positively contained in the present invention. In order to impart excellent drill machinability, S is contained in an amount of 0.050% or more. However, when the content is 0.50% or more, the toughness is significantly deteriorated. Therefore, S is limited to 0.050% or more and less than 0.50%. Incidentally, the content is preferably 0.060 to 0.40%.

【００１６】Ni：0.5 〜5.0 ％ Niは、強度と靱性をともに向上させる有効な元素であ
り、さらにCuと共存する場合にはCuによる熱間脆性を防
止するのに有効に作用する。このような効果は含有量が
0.5 ％以上で認められる。一方、5.0 ％を超える含有
は、効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できな
い。このため、Niは0.5 〜5.0 ％の範囲に限定した。な
お、好ましくは0.8 〜 2.5％である。Ni: 0.5-5.0% Ni is an effective element for improving both strength and toughness, and when coexisting with Cu, Ni effectively acts to prevent hot embrittlement due to Cu. Such an effect is
Approved at 0.5% or more. On the other hand, if the content exceeds 5.0%, the effect saturates and an effect commensurate with the content cannot be expected. For this reason, Ni was limited to the range of 0.5 to 5.0%. Incidentally, the content is preferably 0.8 to 2.5%.

【００１７】Cu：1.0 超〜3.0 ％ Cuは、熱間加工後の冷却過程で析出し、フェライトおよ
びパーライトを強化する。炭窒化物はフェライトのみを
強化するのに対し、Cuはフェライトおよびパーライトを
強化する。また、Cuは、Ｓ、Ｏと硫化物、酸化物を形成
し、ドリル切削時のミクロ亀裂発生源として作用し切削
抵抗を低減する。さらに、フェライトおよびパーライト
中に析出したCuは、切削時の発熱で溶融し、潤滑剤とし
て作用するため、ドリル被削性が向上するとともに、切
削工具の寿命を延長するという効果も有している。これ
らの効果は1.0 ％超えの含有で認められるが、3.0 ％を
超える含有は靱性を劣化させる。このため、Cuは1.0 超
〜3.0 ％の範囲に限定した。Cu: more than 1.0 to 3.0% Cu precipitates during the cooling process after hot working and strengthens ferrite and pearlite. Carbonitride strengthens ferrite only, whereas Cu strengthens ferrite and pearlite. Further, Cu forms sulfides and oxides with S and O, and acts as a micro-crack generation source during drill cutting to reduce cutting resistance. In addition, Cu precipitated in ferrite and pearlite melts due to heat generated during cutting and acts as a lubricant, improving drill machinability and extending the life of cutting tools. . These effects are observed at contents exceeding 1.0%, but contents exceeding 3.0% deteriorate toughness. For this reason, Cu was limited to the range of more than 1.0 to 3.0%.

【００１８】Ｎ：0.0010〜0.020 ％ Ｎは、Ｖ、Ti、Nb等と窒化物あるいは炭窒化物を形成し
フェライトの強化に寄与する。このためには、Ｎは0.00
10％以上の含有が必要であるが、0.020 ％を超える含有
は、フェライトを強化する効果は飽和し、含有量に見合
う効果が期待できないうえ、固溶Ｎが増加し靱性が劣化
する。このようなことから、Ｎは0.0010〜0.020 ％の範
囲に限定した。なお、好ましくは0.0015〜0.0080％であ
る。N: 0.0010 to 0.020% N forms nitrides or carbonitrides with V, Ti, Nb, etc. and contributes to the strengthening of ferrite. For this, N is 0.00
A content of 10% or more is necessary, but if the content exceeds 0.020%, the effect of strengthening ferrite is saturated, an effect corresponding to the content cannot be expected, and solute N increases and toughness deteriorates. For these reasons, N is limited to the range of 0.0010 to 0.020%. In addition, it is preferably 0.0015 to 0.0080%.

【００１９】Ｏ：0.0010〜0.0050％ Ｏは、Cu等の元素と結合し酸化物を生成し、ドリル被削
性を向上させる。このためには、Ｏは0.0010％以上の含
有が必要となる。一方、0.0050％を超える含有は、靱性
と耐疲労特性が劣化する。このため、Ｏは0.0010〜0.00
50％の範囲に限定した。なお、好ましくは0.0015〜0.00
30％である。O: 0.0010 to 0.0050% O combines with an element such as Cu to form an oxide, thereby improving drill machinability. For this purpose, O must be contained at 0.0010% or more. On the other hand, when the content exceeds 0.0050%, toughness and fatigue resistance are deteriorated. Therefore, O is 0.0010 to 0.00
Limited to 50% range. In addition, preferably 0.0015 to 0.00
30%.

【００２０】Ｖ：0.01〜0.50％、Nb：0.01〜0.50％、T
i：0.01〜0.50％のうちから選ばれた１種または２種以
上 Ｖ、Nb、Tiは、いずれもオーステナイトから変態したフ
ェライト中に炭窒化物として析出しフェライトを強化す
る効果を有する。本発明は、Ｖ、Nb、Tiのうちの１種ま
たは２種以上を含有できる。このような効果は、いずれ
も0.01％以上の含有で認められるが、0.50％を超える含
有はいずれも靱性を低下させる。このため、Ｖ、Nb、Ti
は、いずれも0.01〜0.50％の範囲に限定した。なお、好
ましくは、Ｖ：0.03〜0.25％、Nb：0.03〜0.25％、Ti：
0.03〜0.25％である。V: 0.01 to 0.50%, Nb: 0.01 to 0.50%, T
i: one or more selected from 0.01 to 0.50% V, Nb, and Ti all have the effect of precipitating as carbonitride in ferrite transformed from austenite and strengthening the ferrite. The present invention can contain one or more of V, Nb, and Ti. These effects are all observed at a content of 0.01% or more, but any content exceeding 0.50% reduces the toughness. Therefore, V, Nb, Ti
Were limited to the range of 0.01 to 0.50%. Preferably, V: 0.03 to 0.25%, Nb: 0.03 to 0.25%, Ti:
0.03 to 0.25%.

【００２１】Cr：1.0 ％以下、Mo：1.0 ％以下、Ｂ：0.
03％以下のうちの１種または２種以上 Cr、Mo、Ｂは、いずれも高靱性を保ったまま強度を向上
させるに有効な元素であり、必要に応じ添加できる。Cr
は、強度増加に有効に作用するが、1.0 ％を超えて含有
すると靱性が低下する。このため、Crは1.0 ％以下に限
定するのが望ましい。Cr: 1.0% or less, Mo: 1.0% or less, B: 0.
One or two or more of 03% or less Cr, Mo, and B are effective elements for improving strength while maintaining high toughness, and can be added as necessary. Cr
Effectively acts to increase the strength, but if it exceeds 1.0%, the toughness decreases. For this reason, it is desirable to limit Cr to 1.0% or less.

【００２２】Moは、常温および高温の強度を増加させる
作用を有しているが、高価であるため1.0 ％以下に限定
するのが望ましい。Ｂは、焼入れ性を向上させて強度を
増加させる元素であるが、0.03％を超えて含有しても効
果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できない。その
ため、Ｂは0.03％以下に限定するのが望ましい。Mo has the effect of increasing the strength at room temperature and high temperature, but is expensive, so it is desirable to limit it to 1.0% or less. B is an element that increases the strength by improving the hardenability, but the effect is saturated even if it exceeds 0.03%, and the effect corresponding to the content cannot be expected. Therefore, B is desirably limited to 0.03% or less.

【００２３】Ｐ：0.10％以下、Pb：0.30％以下、Co：0.
10％以下、Ca：0.02％以下、Te：0.05％以下、Se：0.10
％以下、Sb：0.05％以下、Bi：0.30％以下のうちの１種
または２種以上 Ｐ、Pb、Co、Ca、Te、Se、Sb、Biは、いずれもドリル被
削性を向上させる快削元素であり、必要に応じこれらの
うちから１種または２種以上を添加できる。これらの元
素が添加できるのは、要求される特性が機械構造用合金
鋼レベルでなく、靱性要求が低い機械構造用炭素鋼レベ
ルの場合である。P: 0.10% or less, Pb: 0.30% or less, Co: 0.
10% or less, Ca: 0.02% or less, Te: 0.05% or less, Se: 0.10
% Or less, Sb: 0.05% or less, Bi: 0.30% or less One or more of P, Pb, Co, Ca, Te, Se, Sb and Bi all improve drill machinability. It is a cutting element, and one or more of these can be added as necessary. These elements can be added when the required properties are not at the level of alloy steel for mechanical structure, but at the level of carbon steel for mechanical structure with low toughness requirements.

【００２４】Ｐは、被削性を向上させる元素であるが、
多量に添加すると大幅に靱性が劣化するため、0.10％以
下に限定するのが好ましい。Pbは、融点が低く切削時の
鋼材の発熱で溶融し液体潤滑作用により被削性を向上さ
せる。しかし、0.30％を超えるPbの添加は大幅に靱性を
劣化させるため、0.30％以下に限定するのが好ましい。P is an element for improving machinability,
If added in a large amount, the toughness is greatly deteriorated, so it is preferable to limit the content to 0.10% or less. Pb has a low melting point and is melted by the heat generated by the steel material during cutting, and improves machinability by a liquid lubrication action. However, the addition of Pb exceeding 0.30% significantly deteriorates toughness, so that it is preferable to limit the addition to 0.30% or less.

【００２５】Coは、被削性を向上させるが、多量のCoの
添加は大幅に靱性を劣化させるため、0.10％以下に限定
するのが好ましい。Caは、非金属介在物を生成し被削性
を向上させるが、多量のCaの添加は靱性を大幅に劣化さ
せるため、0.02％以下に限定するのが好ましい。Teは、
被削性を向上させるが、多量のTeの添加は靱性を大幅に
劣化させるため、0.05％以下に限定するのが好ましい。Although Co improves the machinability, the addition of a large amount of Co greatly deteriorates the toughness. Therefore, it is preferable to limit the content to 0.10% or less. Although Ca forms nonmetallic inclusions and improves machinability, the addition of a large amount of Ca significantly deteriorates toughness, so it is preferable to limit the content to 0.02% or less. Te is
Although the machinability is improved, the addition of a large amount of Te greatly deteriorates the toughness, so that it is preferably limited to 0.05% or less.

【００２６】Seは、Mnと結合しMnSeを形成し、チップブ
レーカとして作用することにより被削性を向上させる
が、多量のSeの添加は靱性を大幅に劣化させるため、0.
10％以下に限定するのが好ましい。Sbは、被削性を向上
させるが、多量のSbの添加は靱性を大幅に劣化させるた
め、0.05％以下に限定するのが好ましい。Se combines with Mn to form MnSe and acts as a chip breaker to improve machinability.However, the addition of a large amount of Se significantly deteriorates toughness.
Preferably, it is limited to 10% or less. Sb improves machinability, but addition of a large amount of Sb greatly deteriorates toughness, so it is preferable to limit the content to 0.05% or less.

【００２７】Biは、被削性を向上させるが、多量のBiの
添加は靱性を大幅に劣化させるため、0.30％以下に限定
するのが好ましい。なお、本発明の非調質鋼材は上記し
た成分以外は残部Feおよび不可避的不純物である。本発
明の非調質鋼材は、フェライト＋パーライト組織を有す
る。Although Bi improves the machinability, the addition of a large amount of Bi greatly deteriorates the toughness. Therefore, the content of Bi is preferably limited to 0.30% or less. The non-heat-treated steel material of the present invention is a balance of Fe and inevitable impurities other than the above components. The non-heat treated steel material of the present invention has a ferrite + pearlite structure.

【００２８】組織が、フェライト＋パーライト以外のマ
ルテンサイト、ベイナイトあるいはそれらの混合組織な
どの低温変態組織では、圧延のままで、炭窒化物の析出
強化を効果的に利用することはできない。またさらに、
直径100mm φを超えるのような大径棒鋼における場合で
は、基地組織として低温変態組織を利用すると、断面内
の組織を均一な組織とすることが困難となるうえ、冷却
中に発生する熱応力と変態に伴い発生する変態応力の影
響で、内部割れが発生しやすくなる。このようなことか
ら、本発明では、基地組織をフェライト＋パーライト組
織とした。If the structure is a low-temperature transformed structure such as martensite, bainite, or a mixed structure thereof other than ferrite + pearlite, it is impossible to effectively utilize the precipitation strengthening of carbonitride as it is as rolled. In addition,
In the case of large-diameter steel bars exceeding 100 mm in diameter, if a low-temperature transformation structure is used as the base structure, it is difficult to make the structure in the cross section uniform and the thermal stress generated during cooling Internal cracks tend to occur due to the effect of transformation stress generated during transformation. For this reason, in the present invention, the base structure is a ferrite + pearlite structure.

【００２９】また、本発明では、フェライト＋パーライ
ト組織のフェライト体積率を20〜80％とする。フェライ
ト体積率が20％未満では、調質処理を施した合金鋼材と
同等以上の靱性を確保することができない。また、フェ
ライト体積率が80％を超えると、強度が低下し目標の引
張強さ850MPa以上を満足しなくなる。このようなことか
ら、フェライト体積率を20〜80％の範囲に限定した。In the present invention, the ferrite volume ratio of the ferrite + pearlite structure is set to 20 to 80%. If the ferrite volume ratio is less than 20%, it is not possible to secure toughness equal to or higher than that of a tempered alloy steel material. On the other hand, when the ferrite volume ratio exceeds 80%, the strength is reduced, and the target tensile strength of 850 MPa or more is not satisfied. For these reasons, the ferrite volume ratio is limited to the range of 20 to 80%.

【００３０】本発明の非調質鋼材の製造方法について説
明する。上記した組成の溶鋼を、通常公知の転炉、電気
炉等の溶製炉で溶製し、連続鋳造法あるいは造塊−分塊
法で所定の寸法形状のブルーム等の圧延素材とする。つ
いで、好ましくは1000〜1300℃に再加熱し、あるいは加
熱することなく、熱間圧延により所定の寸法形状の鋼材
とする。熱間圧延条件についてはとくに限定する必要は
ないが、圧延終了温度は 750℃以上とするのが、組織を
フェライト＋パーライトとする観点から望ましい。圧延
終了後、750 〜 400℃の温度域を冷却速度0.01〜 0.5℃
／ｓで冷却するのが望ましい。 0.5℃／ｓを超える冷却
速度では、基地組織をフェライト＋パーライト組織とす
ることが困難となる。また、冷却速度が0.01℃／ｓ未満
では、フェライト体積率が大きくなりすぎ強度が低下
し、また結晶粒が粗大化し、靱性が低下する。The method for producing a non-heat treated steel material of the present invention will be described. The molten steel having the above-described composition is smelted in a smelting furnace such as a converter or an electric furnace, and is rolled into a rolled material such as a bloom having a predetermined size and shape by a continuous casting method or an ingot-bulking method. Then, it is preferably re-heated to 1000 to 1300 ° C. or hot-rolled without heating to obtain a steel material having a predetermined size and shape. It is not necessary to particularly limit the hot rolling conditions, but it is desirable that the rolling end temperature be 750 ° C. or higher from the viewpoint of making the structure ferrite + pearlite. After rolling, the cooling rate is 0.01 to 0.5 ° C in the temperature range of 750 to 400 ° C.
/ S is desirable. At a cooling rate exceeding 0.5 ° C./s, it is difficult to make the base structure a ferrite + pearlite structure. On the other hand, if the cooling rate is less than 0.01 ° C./s, the volume ratio of ferrite becomes too large, the strength is reduced, and the crystal grains are coarsened, and the toughness is reduced.

【００３１】[0031]

【実施例】表１に示す組成の鋼を転炉で溶製し、連続鋳
造法でブルーム（寸法： 400×500mm ）とした。これら
ブルームを1050〜1200℃に加熱し、熱間圧延により40mm
φ、200mm φ、400mm φの棒鋼とした。なお、圧延終了
温度は760 〜 870℃であった。圧延終了後、室温まで冷
却した。なお750 〜400 ℃の温度域の冷却速度を0.008
〜0.9 ℃／ｓの範囲に調整した。EXAMPLES Steel having the composition shown in Table 1 was melted in a converter and made into a bloom (dimensions: 400 × 500 mm) by a continuous casting method. These blooms are heated to 1050-1200 ° C and hot-rolled to 40mm
φ, 200 mm φ, 400 mm φ steel bars. The rolling end temperature was 760 to 870 ° C. After the completion of the rolling, it was cooled to room temperature. The cooling rate in the temperature range of 750 to 400 ° C is 0.008
It was adjusted to a range of 0.9 ° C / s.

【００３２】なお、従来例として、棒鋼 No.32〜No.37
については、圧延後室温まで冷却したのち、880 ℃に再
加熱後、60℃の油中に焼入れし、ついで580 ℃で焼戻処
理を行った。得られた棒鋼について、引張特性、衝撃特
性、ドリル被削性について調査した。As a conventional example, steel bars No. 32 to No. 37
After cooling to room temperature after rolling, it was reheated to 880 ° C., quenched in oil at 60 ° C., and then tempered at 580 ° C. The obtained steel bars were examined for tensile properties, impact properties, and drill machinability.

【００３３】引張特性は、棒鋼径の1/4 深さ位置から採
取したJIS 4 号引張試験片を用いて、引張試験を実施
し、降伏強さ（ＹＳ）、引張強さ（ＴＳ）、伸び（Ｅ
ｌ）、絞り（ＲＡ）を求めた。衝撃特性は、棒鋼径の1/
4 深さ位置から採取したJIS 3 号シャルピー衝撃試験片
を用いて、＋20℃で衝撃試験を実施し、衝撃値（ u
Ｅ₂₀）を求めた。The tensile properties were determined by using a JIS No. 4 tensile test piece taken from a depth of 1/4 of the bar diameter, performing a tensile test, yield strength (YS), tensile strength (TS), and elongation. (E
1) The aperture (RA) was determined. The impact characteristics are 1 /
4 Using a JIS No. 3 Charpy impact test specimen taken from the depth position, perform an impact test at + 20 ° C and determine the impact value (u
E ₂₀₎ was determined.

【００３４】ドリル被削性は、各棒鋼について、ドリル
を用いて穴開けを行うドリル切削試験を実施し、ドリル
が折損するまでの総穴開け深さを求めた。ドリル切削
は、10mmφのハイスドリルを用い、ドリル回転数1000rp
m 、送り量0.2 mm/rev、穴開け深さ30mm/ 個の条件で実
施し、ドリルが折損するまでの総穴開け深さ（mm）をド
リル寿命とした。また、ドリル切削時には発生する切屑
についても評価した。ドリル切削時に発生する切屑が、
細かく分断した切屑となる場合を◎、比較的細かい切屑
となる場合を○、長さ5mm 以上の長い切屑がまれに発生
する場合を△、常に長さ5mm 以上の長い切屑が発生しド
リルに絡みつく場合を×とした。For the drill machinability, a drilling test was performed on each steel bar to make a hole with a drill, and the total drilling depth until the drill was broken was determined. For drill cutting, use a 10mmφ high-speed drill, drilling speed 1000rp
m, feed amount 0.2 mm / rev, drilling depth 30 mm / piece, and the total drilling depth (mm) until the drill was broken was defined as the drill life. Also, chips generated during drill cutting were evaluated. Chips generated during drill cutting,
◎ when the chips are finely divided, ○ when the chips are relatively fine, ○ when the long chips with a length of 5 mm or more rarely occur, and always the long chips with a length of 5 mm or more are entangled with the drill. The case was evaluated as x.

【００３５】調査結果を表２に示す。Table 2 shows the results of the investigation.

【００３６】[0036]

【表１】 [Table 1]

【００３７】[0037]

【表２】 [Table 2]

【００３８】[0038]

【表３】 [Table 3]

【００３９】[0039]

【表４】 [Table 4]

【００４０】本発明例は、40mmφから400mm φという製
品サイズの相違にもかかわらず、いずれも引張強さ850M
Pa以上の高強度と、衝撃値 uＥ₂₀ 90 Ｊ／cm² 以上の高
靱性と、さらにドリル寿命が従来例である調質合金鋼材
（棒鋼No.32 〜37）の７倍以上の高ドリル被削性を有す
ることがわかる。これに対し、本発明の範囲を外れる比
較例は、強度、靱性、ドリル被削性のいずれかが低下し
ている。The examples of the present invention have a tensile strength of 850 M, despite the difference in product size from 40 mmφ to 400 mmφ.
High strength of Pa or more, high toughness of impact value uE ₂₀ 90 J / cm ² or more, and high drilling strength of 7 times or more the tempered alloy steel material (bar steel Nos. 32 to 37) which has a conventional drill life. It can be seen that it has sharpness. On the other hand, in Comparative Examples outside the scope of the present invention, any of the strength, toughness, and drill machinability are reduced.

【００４１】フェライト体積率が20％未満の棒鋼No.4
は、衝撃値が低下し、フェライト体積率が80％超えの棒
鋼No.5は、強度が低下している。また、Ｓ含有量が本発
明の範囲を低く外れる棒鋼No.23 は、ドリル被削性が低
下し、Ｓ含有量が本発明の範囲を高く外れる棒鋼No.24
は、延性、靱性が劣化している。また、Cu含有量が本発
明の範囲を低く外れる棒鋼No.25 は、強度、ドリル被削
性が低下し、Cu含有量が本発明の範囲を高く外れる棒鋼
No.26 は、靱性が劣化している。Ｖ含有量が本発明の範
囲を低く外れる棒鋼No.27 は、強度が低下している。ま
た、Ｏ含有量が本発明の範囲を低く外れる棒鋼No.28
は、ドリル被削性が低下し、Ｏ含有量が本発明の範囲を
高く外れる棒鋼No.29 は、靱性が低下している。No. 4 steel bar with ferrite volume fraction of less than 20%
In the steel bar No. 5 in which the impact value is reduced and the ferrite volume ratio exceeds 80%, the strength is reduced. Further, the steel bar No. 23 in which the S content is out of the range of the present invention is low, and the bar machinability is low, and the steel bar No. 24 in which the S content is out of the range of the present invention is high.
Has deteriorated ductility and toughness. In addition, the bar steel No. 25 in which the Cu content is out of the range of the present invention is low, the strength and drill machinability are reduced, and the bar steel in which the Cu content is out of the range of the present invention is high.
No. 26 has deteriorated toughness. The steel bar No. 27 whose V content is out of the range of the present invention is low in strength. Further, the steel bar No. 28 whose O content is out of the range of the present invention is low.
In the steel bar No. 29, the drill machinability is reduced, and the O content is out of the range of the present invention.

【００４２】[0042]

【発明の効果】本発明によれば、熱間加工後の調質処理
を施すことなく、圧延のままで、引張強さ850MPa以上の
高強度と、衝撃値 uＥ₂₀ 90 Ｊ／cm² 以上の高靱性と、
ドリル寿命が調質処理鋼材の７倍以上の高ドリル被削性
を有し、JIS 規格調質処理合金鋼材の特性と同等以上の
特性を有する非調質鋼材を得ることができる。本発明の
非調質鋼材は、大物部品に適用される場合にも優れた強
度と靱性バランスを有し、高強度高靱性を要求される自
動車用重要部品、シャフト類、バネ類などの各種機械部
品に適用でき、産業上格段の効果を奏する。According to the present invention, a high strength with a tensile strength of 850 MPa or more and an impact value of uE ₂₀ 90 J / cm ² or more can be obtained without being subjected to a tempering treatment after hot working and as-rolled. High toughness,
It is possible to obtain a non-heat treated steel material having high drill machinability with a drill life of at least 7 times that of the heat treated steel material and having properties equal to or better than those of the JIS standard heat treated alloy steel material. The non-heat treated steel material of the present invention has excellent strength and toughness balance even when applied to large parts, and is used in various machines such as important parts for automobiles, shafts, springs, etc., which require high strength and toughness. It can be applied to parts and has a remarkable industrial effect.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 天野 虔一 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Kenichi Amano 1-chome, Kawasaki-dori, Mizushima, Kurashiki-shi, Okayama Pref.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 重量％で、 Ｃ：0.30〜0.60％、 Si：0.01〜1.0 ％、 Mn：0.1 〜2.0 ％、 Ｓ：0.050 ％以上0.50％未満、 Ni：0.5 〜5.0 ％、 Cu：1.0 超〜3.0 ％、 Ｎ：0.0010〜0.020 ％、 Ｏ：0.0010〜0.0050％ を含み、さらにＶ：0.01〜0.50％、Nb：0.01〜0.50％、
Ti：0.01〜0.50％のうちから選ばれた１種または２種以
上を含有する組成を有し、かつ組織が、フェライトの体
積率を20〜80％とするフェライト＋パーライト組織であ
り、引張強さが850 MPa 以上を有することを特徴とする
ドリル被削性に優れた高強度高靱性非調質鋼材。C .: 0.30 to 0.60%, Si: 0.01 to 1.0%, Mn: 0.1 to 2.0%, S: 0.050% to less than 0.50%, Ni: 0.5 to 5.0%, Cu: more than 1.0% by weight. -3.0%, N: 0.0010-0.020%, O: 0.0010-0.0050%, V: 0.01-0.50%, Nb: 0.01-0.50%,
Ti: has a composition containing one or more selected from 0.01 to 0.50%, and has a ferrite + pearlite structure in which the volume ratio of ferrite is 20 to 80%, and has a tensile strength. A high-strength, high-toughness non-heat treated steel material with excellent drill machinability, characterized by having a hardness of at least 850 MPa. 【請求項２】 前記組成に加え、さらに、重量％で、C
r：1.0 ％以下、Mo：1.0 ％以下、Ｂ：0.03％以下のう
ちの１種または２種以上を含有する組成を有することを
特徴とする請求項１に記載の高強度高靱性非調質鋼材。2. The composition according to claim 1, further comprising, by weight%,
2. A high-strength, high-toughness non-tempered steel according to claim 1, having a composition containing one or more of r: 1.0% or less, Mo: 1.0% or less, and B: 0.03% or less. Steel. 【請求項３】 前記組成に加え、さらに、重量％で、
Ｐ：0.10％以下、Pb：0.30％以下、Co：0.10％以下、C
a：0.02％以下、Te：0.05％以下、Se：0.10％以下、S
b：0.05％以下、Bi：0.30％以下のうちの１種または２
種以上を含有する組成とすることを特徴とする請求項１
または２に記載の高強度高靱性非調質鋼材。3. In addition to the composition, further in weight%:
P: 0.10% or less, Pb: 0.30% or less, Co: 0.10% or less, C
a: 0.02% or less, Te: 0.05% or less, Se: 0.10% or less, S
b: one or more of 0.05% or less, Bi: 0.30% or less
2. A composition comprising at least one species.
Or a high-strength, high-toughness non-heat-treated steel material according to 2.