JP6597078B2 - Steel pipe for machine structural members with excellent machinability and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、機械構造部材、特に、シリンダ、シャフト等の中空の駆動系機械構造部材に好適な被削性に優れた機械構造部材用鋼管とその製造方法に関する。 The present invention relates to a steel pipe for machine structural members excellent in machinability suitable for machine structural members, particularly hollow drive system mechanical structural members such as cylinders and shafts, and a method for producing the same.
自動車、産業機械、及び、建産機に使用する機械部品は、多くの場合、棒鋼素材を鍛造や切削で所定の形状に加工し、その後、調質熱処理で所要の機械特性を付与して使用する。一方、機械部品のコストダウンのため、中空形状の機械部品には、必要な機械特性を既に有する鋼管素材を用い、鍛造工程及び／又は熱処理工程の短縮又は省略を図る試みがなされている。 Machine parts used in automobiles, industrial machinery, and construction machinery are often used by processing the steel bar material into a predetermined shape by forging or cutting, and then applying the required mechanical properties by tempering heat treatment. To do. On the other hand, in order to reduce the cost of mechanical parts, attempts have been made to shorten or omit the forging process and / or the heat treatment process by using a steel pipe material that already has the necessary mechanical characteristics for the hollow mechanical parts.
しかし、一般に、鋼管素材は、棒鋼素材より高価であるので、鋼管素材を中空形状の機械部品の製造に用いても、工程の短縮・省略によるコストダウン効果が得られない場合がある。 However, since the steel pipe material is generally more expensive than the steel bar material, even if the steel pipe material is used for manufacturing a hollow mechanical part, the cost reduction effect due to the shortening or omission of the process may not be obtained.
例えば、特許文献１には、鋼管製造コストのさらなる低減のため、熱間製管後の調質熱処理を省略した、機械構造用の非調質型継目無鋼管が提案されているが、強度の確保のために所要量の合金元素を添加するので、必然的にコストの上昇は避けらず、また、製鋼プロセス上の困難を伴う場合がある。 For example, Patent Document 1 proposes a non-tempered seamless steel pipe for machine structures that omits the tempering heat treatment after hot pipe making in order to further reduce the steel pipe manufacturing cost. Since a required amount of alloying elements is added for securing, an increase in cost is inevitably avoided, and there may be difficulties in the steel making process.
そこで、熱間製管の直後に加速冷却を行って、強度の向上を図る方法が提案されている。例えば、特許文献２には、最終仕上げ圧延後の鋼管の内表面を放冷し、外表面をＡr3点以上の温度から１０〜６０℃／秒で、５５０〜４００℃まで冷却し、以後放冷する高強度シームレス鋼管の製造方法が提案されている。 Therefore, a method has been proposed in which accelerated cooling is performed immediately after the hot pipe making to improve the strength. For example, in Patent Document 2, the inner surface of the steel pipe after final finish rolling is allowed to cool, and the outer surface is cooled to 550 to 400 ° C. at a temperature of 10 to 60 ° C./second from a temperature of 3 points or more. A method for producing a high-strength seamless steel pipe to be cooled has been proposed.
上記高強度シームレス鋼管では、Ｃ量が、マルテンサイトの生成抑制のため、０．３％以下に制限されているが、機械構造用鋼管の場合、部品加工の後、部品表面に高周波焼き入れを施し、疲労特性や耐摩耗性を付与する場合が多い。 In the above-mentioned high-strength seamless steel pipe, the C content is limited to 0.3% or less in order to suppress martensite formation. However, in the case of a steel pipe for machine structure, induction hardening is applied to the surface of the part after machining the part. In many cases, fatigue properties and wear resistance are imparted.
高周波焼入れで得られる表面硬さはＣ量で決まり、通常、所要の表面強度を得るためには、０．３％以上のＣ量が必要であるが、高Ｃ量の鋼管を加速冷却すると、鋼管表面が局所的に硬化して、その後の切断や機械加工が困難になり、また、焼割れが発生することがある。 The surface hardness obtained by induction hardening is determined by the amount of C. Usually, in order to obtain the required surface strength, a C amount of 0.3% or more is necessary, but when a high C amount steel pipe is accelerated and cooled, The steel pipe surface is locally hardened, which makes subsequent cutting and machining difficult, and may cause cracking.
上記背景を踏まえ、特許文献３には、Ｃ：０．３超〜０．６質量％の機械構造部材用鋼管を、高価な合金を添加せず、また、調質熱処理をせずに、安価に製造する方法が提案されている。しかし、特許文献３の機械構造部材用鋼管においては、円周方向及び長手方向において硬さのバラツキが生じ、安定した加工精度が得られず、その原因は、フェライトの不均一生成にあることが判明した。 Based on the above background, Patent Document 3 discloses that C: more than 0.3 to 0.6% by mass of a steel pipe for machine structural members is inexpensive without adding an expensive alloy and without tempering heat treatment. A manufacturing method has been proposed. However, in the steel pipe for machine structural members of Patent Document 3, hardness variation occurs in the circumferential direction and the longitudinal direction, and stable machining accuracy cannot be obtained, and the cause thereof may be non-uniform generation of ferrite. found.
そこで、特許文献４には、Ｃ：０．３〜０．６質量％の機械構造部材用鋼管と、該鋼管を、高価な合金成分の添加、及び、調質熱処理を必要とせずに、安価に製造する製造方法が提案されている。特許文献４の機械構造部材用鋼管においては、フェライト＋パーライト組織におけるフェライトの生成量を制御して、硬さのバラツキを抑制したので、安定した加工精度が得られている。 Therefore, in Patent Document 4, C: 0.3 to 0.6% by mass of a steel pipe for machine structural members, and the steel pipe are inexpensive without adding expensive alloy components and tempering heat treatment. A manufacturing method has been proposed. In the steel pipe for machine structural members of Patent Document 4, the amount of ferrite produced in the ferrite + pearlite structure is controlled to suppress the hardness variation, so that stable machining accuracy is obtained.
しかし、近年、建産械などに使用される機械構造部材の軽量化が志向され、従来よりも高硬度の、具体的には、２５０Ｈｖ以上の機械構造部材用鋼管が求められるようになった。これまで、焼入れ・焼戻し処理で高硬度を達成してきたが、切削加工時に発生する切削粉が細かく分断せず、切削効率が低下するという問題が顕在化した。その結果、所要の硬度とともに、良好な被削性を有する機械構造部材用鋼管が求められるようになった。 However, in recent years, weight reduction of mechanical structural members used for construction machinery and the like has been aimed at, and steel pipes for mechanical structural members having a higher hardness than conventional ones, specifically 250 Hv or more, have been demanded. Up to now, high hardness has been achieved by quenching and tempering treatment, but the problem that the cutting powder generated at the time of cutting is not finely divided and the cutting efficiency is lowered has become apparent. As a result, steel pipes for machine structural members that have good machinability as well as required hardness have been demanded.
本発明は、上記要望を踏まえ、機械構造部材用鋼管の被削性を、所要の硬度の下で高めることを課題とし、該課題を解決する機械構造部材用鋼管と、その製造方法を提供することを目的とする。 Based on the above-mentioned demand, the present invention aims to increase the machinability of a steel pipe for machine structural members under a required hardness, and provides a steel pipe for machine structural members that solves the problem, and a method for manufacturing the steel pipe. For the purpose.
本発明者らは、上記課題を解決する手法について鋭意検討した。その結果、金属組織がマルテンサイト又は焼戻しマルテンサイトを含む場合、切削粉が長くなって、切削効率が低下するのに対して、金属組織がパーライト主体の場合、切削粉が短く分断されて、切削効率が向上することを知見した。 The present inventors diligently studied a method for solving the above problems. As a result, when the metal structure contains martensite or tempered martensite, the cutting powder becomes long and the cutting efficiency is lowered, whereas when the metal structure is mainly pearlite, the cutting powder is cut into short pieces and cut. It was found that efficiency was improved.
さらに、本発明者らは、目標硬度を達成するために必要な金属組織と、該金属組織を形成するために必要な製造条件について検討した。その結果、所要の温度以上の鋼管を、所要の冷却速度で冷却すれば、旧オーステナイト粒界に不連続に析出するフェライトの量と、さらには、パーライトのラメラー間隔を適切に制御することができ、目標硬度を容易に達成できることを知見した。 Furthermore, the present inventors examined the metal structure necessary for achieving the target hardness and the production conditions necessary for forming the metal structure. As a result, if the steel pipe above the required temperature is cooled at the required cooling rate, the amount of ferrite that discontinuously precipitates on the prior austenite grain boundaries and the pearlite lamellar spacing can be controlled appropriately. It was found that the target hardness can be easily achieved.
即ち、本発明者らは、被削性及び硬度に及ぼす金属組織と、所要の被削性及び硬度を達成する金属組織を形成するための成分組成と製造条件を検討し、上記課題を解決できる上記知見を見いだした。 That is, the inventors can solve the above problems by examining the metal structure affecting machinability and hardness and the component composition and manufacturing conditions for forming the metal structure that achieves the required machinability and hardness. The above findings were found.
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。 This invention was made | formed based on the said knowledge, and the summary is as follows.
（１）質量％で、Ｃ：０．３０〜０．６０％、Ｓｉ：０．０５〜０．４０％、Ｍｎ：０．５０〜１．００％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．００５〜０．０３％、Ａｌ：０．０１〜０．０８％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなるシームレス鋼管であって、
（ｉ）上記鋼管の金属組織が、マルテンサイトを含まず、（a）微細パーライト、又は、ベイナイトを含む微細パーライト、及び、（b）旧オーステナイト粒界に不連続に析出した、面積率で１５％未満のフェライトからなり、
（ii）上記鋼管の肉厚ｔ（ｍｍ）の中心から、肉厚方向に±０．４５ｔの範囲の硬度が、２５０〜３００Ｈｖである
ことを特徴とする被削性に優れた機械構造部材用鋼管。
(1) By mass%, C: 0.30 to 0.60%, Si: 0.05 to 0.40%, Mn: 0.50 to 1.00%, P: 0.03% or less, S: A seamless steel pipe containing 0.005 to 0.03%, Al: 0.01 to 0.08%, comprising the balance Fe and inevitable impurities,
(I) The metal structure of the steel pipe does not contain martensite, (a) fine pearlite or fine pearlite containing bainite, and (b) discontinuously precipitated at the prior austenite grain boundaries, with an area ratio of 15 % Of ferrite,
(Ii) For machine structural members with excellent machinability, wherein the hardness in the range of ± 0.45 t in the thickness direction from the center of the thickness t (mm) of the steel pipe is 250 to 300 Hv Steel pipe.
（２）前記シームレス鋼管が、さらに、質量％で、Ｎ：０．００６０％以下を含有することを特徴とする前記（１）に記載の被削性に優れた機械構造部材用鋼管。 (2) The steel pipe for machine structural members excellent in machinability according to (1), wherein the seamless steel pipe further contains N: 0.0060% or less in mass%.
（３）前記シームレス鋼管が、さらに、質量％で、Ｏ：０．００６０％以下を含有することを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の被削性に優れた機械構造部材用鋼管。 (3) The seamless steel pipe further contains, by mass%, O: 0.0060% or less. For machine structural members having excellent machinability according to (1) or (2), Steel pipe.
（４）前記シームレス鋼管が、さらに、質量％で、Ｔｉ：０．００２〜０．０５％、Ｃｒ：０．０５〜０．５０％、Ｎｉ：０．０５〜１．００％、Ｃｕ：０．０５〜１．００％、Ｍｏ：０．０５〜０．５０％、及び、Ｎｂ：０．００１〜０．１０％の１種又は２種以上を含有することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の被削性に優れた機械構造部材用鋼管。 (4) The seamless steel pipe is further mass%, Ti: 0.002-0.05%, Cr: 0.05-0.50%, Ni: 0.05-1.00%, Cu: 0 0.05 to 1.00%, Mo: 0.05 to 0.50%, and Nb: 0.001 to 0.10%, or one or more of the above (1) The steel pipe for machine structural members excellent in the machinability in any one of-(3).
（５）前記シームレス鋼管の肉厚が５〜３０ｍｍであることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の被削性に優れた機械構造部材用鋼管。 (5) The steel pipe for machine structural members having excellent machinability according to any one of (1) to (4), wherein the seamless steel pipe has a thickness of 5 to 30 mm.
（６）前記金属組織における微細パーライトのラメラー間隔が０．０５〜３．００μｍであることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の被削性に優れた機械構造部材用鋼管。 (6) The mechanical structure member having excellent machinability according to any one of (1) to (5), wherein a lamellar interval of fine pearlite in the metal structure is 0.05 to 3.00 μm. Steel pipe.
（７）前記金属組織における微細パーライトのラメラー間隔が、前記シームレス鋼管の肉厚ｔ（ｍｍ）の中心から、肉厚方向に±０．４５ｔの範囲で、０．０５〜３．００μｍであることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の被削性に優れた機械構造部材用鋼管。 (7) The lamellar spacing of fine pearlite in the metal structure is 0.05 to 3.00 μm in the range of ± 0.45 t in the thickness direction from the center of the thickness t (mm) of the seamless steel pipe. The steel pipe for machine structural members excellent in machinability according to any one of the above (1) to (5).
（８）前記金属組織の引張強度が、７４０〜９００ＭＰａであることを特徴とする前記（１）〜（７）のいずれかに記載の被削性に優れた機械構造部材用鋼管。 (8) The steel pipe for machine structural members excellent in machinability according to any one of (1) to (7), wherein the tensile strength of the metal structure is 740 to 900 MPa.
（９）前記（１）〜（４）のいずれかに記載のシームレス鋼管を９５０〜１１００℃に加熱し、次いで、８４０℃以上から、冷却速度５０℃／秒以上で加速冷却を開始し、３５０〜５５０℃で加速冷却を停止する
ことを特徴とする被削性に優れた機械構造部材用鋼管の製造方法。
(9) The seamless steel pipe according to any one of (1) to (4) is heated to 950 to 1100 ° C., and then accelerated cooling is started from 840 ° C. or higher at a cooling rate of 50 ° C./second or higher. A method for producing a steel pipe for a machine structural member excellent in machinability, wherein accelerated cooling is stopped at ˜550 ° C.
（１０）前記加速冷却を、シームレス鋼管を円周方向に回転して行うことを特徴とする前記（９）に記載の被削性に優れた機械構造部材用鋼管の製造方法。 (10) The method for producing a steel pipe for machine structural members having excellent machinability according to (9), wherein the accelerated cooling is performed by rotating a seamless steel pipe in a circumferential direction.
（１１）前記加速冷却の停止後、放冷することを特徴とする前記（９）又は（１０）に記載の被削性に優れた機械構造部材用鋼管の製造方法。 (11) The method for producing a steel pipe for machine structural members having excellent machinability according to the above (9) or (10), wherein the cooling is performed after the accelerated cooling is stopped.
（１２）前記シームレス鋼管の肉厚が５〜３０ｍｍであることを特徴とする前記（９）〜（１１）のいずれかに記載の被削性に優れた機械構造部材用鋼管の製造方法。 (12) The method for producing a steel pipe for machine structural members having excellent machinability according to any one of (9) to (11), wherein the seamless steel pipe has a thickness of 5 to 30 mm.
（１３）前記シームレス鋼管が、前記（１）〜（４）のいずれかに記載のシームレス鋼管と成分組成が同じ円筒状ビレットを圧延及び延伸して製造したものであることを特徴とする前記（９）〜（１２）のいずれかに記載の被削性に優れた機械構造部材用鋼管の製造方法。 (13) The seamless steel pipe is manufactured by rolling and stretching a cylindrical billet having the same composition as that of the seamless steel pipe according to any one of (1) to (4). The manufacturing method of the steel pipe for machine structural members excellent in the machinability in any one of 9)-(12).
（１４）前記円筒状ビレットの直径が、１００〜１８０ｍｍであることを特徴とする前記（１３）に記載の被削性に優れた機械構造部材用鋼管の製造方法。 (14) The method for manufacturing a steel pipe for machine structural members having excellent machinability according to (13), wherein the cylindrical billet has a diameter of 100 to 180 mm.
本発明によれば、機械構造部材、特に、シリンダ、シャフト等の中空の駆動系機械構造部材に好適な、被削性に優れた機械構造部材用鋼管とその製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the steel pipe for machine structure members excellent in machinability suitable for machine structure members, especially hollow drive-system machine structure members, such as a cylinder and a shaft, and its manufacturing method can be provided.
本発明の被削性に優れた機械構造部材用鋼管（以下「本発明鋼管」ということがある。）は、質量％で、Ｃ：０．３０〜０．６０％、Ｓｉ：０．０５〜０．４０％、Ｍｎ：０．５０〜１．００％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．００５〜０．０３％、Ａｌ：０．０１〜０．０８％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなるシームレス鋼管であって、
（ｉ）上記鋼管の金属組織が、マルテンサイトを含まず、（a）微細パーライト、又は、ベイナイトを含む微細パーライト、及び、（b）旧オーステナイト粒界に不連続に析出した、面積率で１５％未満のフェライトからなり、
（ii）上記鋼管の肉厚ｔ（ｍｍ）の中心から、肉厚方向に±０．４５ｔの範囲の硬度が、２５０〜３００Ｈｖである
ことを特徴とする。
The steel pipe for machine structural members excellent in machinability of the present invention (hereinafter sometimes referred to as “the present steel pipe”) is mass%, C: 0.30 to 0.60%, Si: 0.05 to Contains 0.40%, Mn: 0.50-1.00%, P: 0.03% or less, S: 0.005-0.03%, Al: 0.01-0.08%, the balance A seamless steel pipe made of Fe and inevitable impurities,
(I) The metal structure of the steel pipe does not contain martensite, (a) fine pearlite or fine pearlite containing bainite, and (b) discontinuously precipitated at the prior austenite grain boundaries, with an area ratio of 15 % Of ferrite,
(Ii) The hardness in the range of ± 0.45 t in the thickness direction from the center of the thickness t (mm) of the steel pipe is 250 to 300 Hv.
本発明の被削性に優れた機械構造部材用鋼管の製造方法（以下「本発明製造方法」ということがある。）は、質量％で、Ｃ：０．３０〜０．６０％、Ｓｉ：０．０５〜０．４０％、Ｍｎ：０．５０〜１．００％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．００５〜０．０３％、Ａｌ：０．０１〜０．０８％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなるシームレス鋼管を９５０〜１１００℃に加熱し、次いで、８４０℃以上から、冷却速度５０℃／秒以上で加速冷却を開始し、３５０〜５５０℃で加速冷却を停止する
ことを特徴とする。
The manufacturing method of the steel pipe for machine structural members excellent in machinability of the present invention (hereinafter sometimes referred to as “the manufacturing method of the present invention”) is mass%, C: 0.30 to 0.60%, Si: 0.05-0.40%, Mn: 0.50-1.00%, P: 0.03% or less, S: 0.005-0.03%, Al: 0.01-0.08% A seamless steel pipe containing the remaining Fe and inevitable impurities is heated to 950 to 1100 ° C., then accelerated cooling is started at 840 ° C. or higher at a cooling rate of 50 ° C./second or higher, and accelerated cooling is performed at 350 to 550 ° C. It is characterized by stopping.
以下、本発明鋼管と本発明製造方法について説明する。 Hereinafter, the steel pipe of the present invention and the manufacturing method of the present invention will be described.
（１）本発明鋼管
本発明鋼管の成分組成、即ち、素材鋼管であるシームレス鋼管（以下「本発明シームレス鋼管」ということがある。）の成分組成を限定する理由について説明する。以下、％は、質量％を意味する。
(1) Steel Pipe of the Present Invention The reason for limiting the component composition of the steel pipe of the present invention, that is, the component composition of a seamless steel pipe (hereinafter sometimes referred to as “the present seamless steel pipe”) that is a material steel pipe will be described. Hereinafter,% means mass%.
Ｃ：０．３０〜０．６０％
Ｃは、鋼の焼入性を高め所要の強度と硬度を確保するのに有効な元素である。０．３０％未満では、２５０〜３００Ｈｖの鋼管硬度を得ることができず、また、高周波焼入れで５５０Ｈｖ以上の表面硬度を得ることができないので、Ｃは０．３０％以上とする。安定的に硬度を確保する点で、０．３５％以上が好ましい。
C: 0.30 to 0.60%
C is an element effective for increasing the hardenability of steel and ensuring the required strength and hardness. If it is less than 0.30%, a steel pipe hardness of 250 to 300 Hv cannot be obtained, and a surface hardness of 550 Hv or more cannot be obtained by induction hardening, so C is 0.30% or more. In terms of ensuring hardness stably, 0.35% or more is preferable.
一方、０．６０％を超えると、硬度が上昇しすぎて、靭性及び切削性が低下するので、Ｃは０．６０％以下とする。好ましくは０．５５％以下である。 On the other hand, if it exceeds 0.60%, the hardness will increase too much, and the toughness and machinability will decrease, so C is made 0.60% or less. Preferably it is 0.55% or less.
Ｓｉ：０．０５〜０．４０％
Ｓｉは、脱酸と、フェライトの固溶強化に有効な元素である。０．０５％未満では、添加効果が充分に発現しないので、Ｓｉは０．０５％以上とする。好ましくは０．１０％以上である。一方、０．４０％を超えると、靭性を損なうので、Ｓｉは０．４０％以下とする。好ましくは０．３５％以下である。
Si: 0.05-0.40%
Si is an element effective for deoxidation and solid solution strengthening of ferrite. If it is less than 0.05%, the effect of addition is not sufficiently exhibited, so Si is made 0.05% or more. Preferably it is 0.10% or more. On the other hand, if it exceeds 0.40%, the toughness is impaired, so Si is made 0.40% or less. Preferably it is 0.35% or less.
Ｍｎ：０．５０〜１．００％
Ｍｎは、オーステナイト域を拡大して、初析フェライトを減らし、パーライト分率を高めるとともに、パーライト変態開始温度を低下させて、パーライトのラメラー間隔を狭くし、金属組織の強度向上に寄与する元素である。０．５０％未満では、添加効果が充分に発現しないので、Ｍｎは０．５０％以上とする。好ましくは０．５５％以上である。
Mn: 0.50 to 1.00%
Mn is an element that expands the austenite region, reduces proeutectoid ferrite, increases the pearlite fraction, lowers the pearlite transformation start temperature, narrows the pearlite lamellar spacing, and contributes to improving the strength of the metal structure. is there. If it is less than 0.50%, the effect of addition is not sufficiently exhibited, so Mn is 0.50% or more. Preferably it is 0.55% or more.
一方、１．００％を超えると、マルテンサイトが生成し易くなり、マルテンサイトを含まない所要の組織（（a1）微細パーライト、又は、ベイナイトを含む微細パーライト、及び、（ｂ）旧オーステナイト粒界に不連続に析出した、面積率で１５％未満のフェライト）が安定的に生成し難くなるので、Ｍｎは１．００％以下とする。好ましくは０．９０％以下である。 On the other hand, if it exceeds 1.00%, martensite is likely to be formed, and a required structure not containing martensite ((a1) fine pearlite or fine pearlite containing bainite, and (b) prior austenite grain boundaries. Therefore, Mn is set to 1.00% or less. Preferably it is 0.90% or less.
Ｐ：０．０３％以下
Ｐは、伸びや靱性を阻害するので、少ないほど好ましい元素である。０．０３％を超えると、伸びや靭性が著しく低下するので、Ｐは０．０３％以下とする。好ましくは０．０１％以下である。下限は０％を含むが、Ｐを０．００１％程度以下に低減すると、製造コストが大幅に上昇するので、実用鋼管上、０．００１％が実質的な下限である。
P: 0.03% or less P is a more preferable element because it inhibits elongation and toughness. If it exceeds 0.03%, the elongation and toughness are remarkably lowered, so P is set to 0.03% or less. Preferably it is 0.01% or less. The lower limit includes 0%, but if P is reduced to about 0.001% or less, the manufacturing cost increases significantly, so 0.001% is a practical lower limit on a practical steel pipe.
Ｓ：０．００５〜０．０３％
Ｓは、切削性の向上に寄与する元素である。０．００５％未満では、添加効果が充分に発現しないので、Ｓは０．００５％以上とする。好ましくは０．０１０％以上である。一方、０．０３％を超えると、伸びや靭性が低下するので、Ｓは０．０３％以下とする。好ましくは０．０２％以下である。
S: 0.005 to 0.03%
S is an element that contributes to improvement in machinability. If it is less than 0.005%, the effect of addition is not sufficiently exhibited, so S is made 0.005% or more. Preferably it is 0.010% or more. On the other hand, if it exceeds 0.03%, elongation and toughness are reduced, so S is made 0.03% or less. Preferably it is 0.02% or less.
Ａｌ：０．０１〜０．０８％
Ａｌは、脱酸に有効な元素である。０．０１％未満では、添加効果が充分に発現しないので、Ａｌは０．０１％以上とする。好ましくは０．０２％以上である。一方、０．０８％を超えると、粗大なＡｌ酸化物が生成し、伸びや靭性が低下するので、Ａｌは０．０８％以下とする。好ましくは０．０７％以下である。
Al: 0.01 to 0.08%
Al is an element effective for deoxidation. If it is less than 0.01%, the effect of addition is not sufficiently exhibited, so Al is made 0.01% or more. Preferably it is 0.02% or more. On the other hand, if it exceeds 0.08%, coarse Al oxide is generated and elongation and toughness are lowered, so Al is made 0.08% or less. Preferably it is 0.07% or less.
本発明シームレス鋼管は、上記元素の他、Ｎ：０．００６０％以下、及び／又は、Ｏ：０．００６０％以下を含有してもよい。 The seamless steel pipe of the present invention may contain N: 0.0060% or less and / or O: 0.0060% or less in addition to the above elements.
Ｎ：０．００６０％以下
Ｎは、微細な窒化物を形成し、組織の微細化に寄与する元素である。しかし、０．００６０％を超えると、粗大な窒化物（ＡｌＮやＴｉＮ）が生成し、伸びや靭性を阻害するので、Ｎは０．００６０％以下とする。下限は、０％を含むが、０．０００５％程度以下に低減すると、製造コストが大幅に上昇するので、実用鋼管上、０．０００５％が実質的な下限である。
N: 0.0060% or less N is an element that forms fine nitrides and contributes to refinement of the structure. However, if it exceeds 0.0060%, coarse nitrides (AlN and TiN) are generated, which hinders elongation and toughness, so N is made 0.0060% or less. The lower limit includes 0%, but if it is reduced to about 0.0005% or less, the manufacturing cost increases significantly. Therefore, 0.0005% is a practical lower limit on a practical steel pipe.
Ｏ：０．００６０％以下
Ｏは、脱酸後、不可避的に残留し、粒内変態の核として機能する酸化物を生成する元素である。Ｏが０．００６０％を超えると、粗大な酸化物が生成し、伸びや靭性が低下するので、０．００６０％以下とする。下限は、０％を含むが、０．０００５％程度以下に低減すると、製造コストが大幅に上昇するので、実用鋼管上、０．０００５％が実質的な下限である。
O: 0.0060% or less O is an element that inevitably remains after deoxidation and generates an oxide that functions as a nucleus of intragranular transformation. If O exceeds 0.0060%, a coarse oxide is generated, and elongation and toughness are lowered. Therefore, the content is made 0.0060% or less. The lower limit includes 0%, but if it is reduced to about 0.0005% or less, the manufacturing cost increases significantly. Therefore, 0.0005% is a practical lower limit on a practical steel pipe.
本発明シームレス鋼管は、さらに、他の特性の向上のため、Ｔｉ：０．００２〜０．０５％、Ｃｒ：０．０５〜０．５０％、Ｎｉ：０．０５〜１．００％、Ｃｕ：０．０５〜１．００％、Ｍｏ：０．０５〜０．５０％、及び、Ｎｂ：０．００１〜０．１０％の１種又は２種以上を含有してもよい。 The seamless steel pipe of the present invention is further made of Ti: 0.002 to 0.05%, Cr: 0.05 to 0.50%, Ni: 0.05 to 1.00%, Cu for improving other characteristics. : 0.05 to 1.00%, Mo: 0.05 to 0.50%, and Nb: 0.001 to 0.10%, or one or more of them may be contained.
Ｔｉ：０．００２〜０．０５％
Ｔｉは、ＴｉＮを形成し、オーステナイト粒の成長抑制に寄与する元素である。オーステナイト粒が粗大化すると、焼入れ性が過剰となり、マルテンサイトが混じる可能性が高まる。０．００２％未満では、添加効果が充分に発現しないので、Ｔｉは０．００２％以上とする。好ましくは０．００４％以上である。
Ti: 0.002 to 0.05%
Ti is an element that forms TiN and contributes to the suppression of the growth of austenite grains. When the austenite grains become coarse, the hardenability becomes excessive and the possibility of martensite mixing increases. If it is less than 0.002%, the effect of addition is not sufficiently exhibited, so Ti is made 0.002% or more. Preferably it is 0.004% or more.
一方、０．０５０％を超えると、粗大なＴｉＣやＴｉＮが析出して、低温靭性が低下するので、Ｔｉは０．０５０％以下とする。好ましくは０．０２０％以下である。 On the other hand, if it exceeds 0.050%, coarse TiC or TiN precipitates and the low-temperature toughness decreases, so Ti is made 0.050% or less. Preferably it is 0.020% or less.
Ｃｒ：０．０５〜０．５０％
Ｃｒは、強度の向上に寄与する元素である。０．０５％未満では、添加効果が充分に発現しないので、Ｃｒは０．０５％以上とする。好ましくは０．０８％以上である。一方、０．５０％を超えると、Ｃｒ化合物が析出し、伸びや靭性が低下するので、Ｃｒは０．５０％以下とする。好ましくは０．４５％以下である。
Cr: 0.05 to 0.50%
Cr is an element that contributes to improvement in strength. If it is less than 0.05%, the effect of addition is not sufficiently exhibited, so Cr is made 0.05% or more. Preferably it is 0.08% or more. On the other hand, if it exceeds 0.50%, a Cr compound precipitates and elongation and toughness are lowered, so Cr is made 0.50% or less. Preferably it is 0.45% or less.
Ｎｉ：０．０５〜１．００％
Ｎｉは、強度の向上に寄与する元素である。０．０５％未満では、添加効果が充分に発現しないので、Ｎｉは０．０５％以上とする。好ましくは０．０８％以上である。一方、１．００％を超えると、偏析して組織が不均一になり、伸びや靭性が低下するので、Ｎｉは１．００％以下とする。好ましくは０．９０％以下である。
Ni: 0.05-1.00%
Ni is an element that contributes to the improvement of strength. If it is less than 0.05%, the effect of addition is not sufficiently exhibited, so Ni is made 0.05% or more. Preferably it is 0.08% or more. On the other hand, if it exceeds 1.00%, it segregates and the structure becomes non-uniform, and the elongation and toughness decrease. Therefore, Ni is made 1.00% or less. Preferably it is 0.90% or less.
Ｃｕ：０．０５〜１．００％
Ｃｕは、強度の向上に寄与する元素である。０．０５％未満では、添加効果が充分に発現しないので、Ｃｕは０．０５％以上とする。好ましくは０．０８％以上である。一方、１．００％を超えると、溶接性が低下するので、Ｃｕは１．００％以下とする。好ましくは０．９０％以下である。
Cu: 0.05-1.00%
Cu is an element that contributes to improvement in strength. If it is less than 0.05%, the effect of addition is not sufficiently exhibited, so Cu is made 0.05% or more. Preferably it is 0.08% or more. On the other hand, if it exceeds 1.00%, weldability deteriorates, so Cu is made 1.00% or less. Preferably it is 0.90% or less.
Ｍｏ：０．０５〜０．５０％
Ｍｏは、強度の向上に寄与する元素である。０．０５％未満では、添加効果が充分に発現しないので、Ｍｏは０．０５％以上とする。好ましくは０．０８％以上である。一方、０．５０％を超えると、溶接性が低下するので、Ｍｏは０．５０％以下とする。好ましくは０．４０％以下である。
Mo: 0.05 to 0.50%
Mo is an element that contributes to the improvement of strength. If it is less than 0.05%, the effect of addition is not sufficiently exhibited, so Mo is made 0.05% or more. Preferably it is 0.08% or more. On the other hand, if it exceeds 0.50%, weldability deteriorates, so Mo is made 0.50% or less. Preferably it is 0.40% or less.
Ｎｂ：０．００１〜０．１０％
Ｎｂは、組織の微細化と、靭性の向上に寄与する元素である。０．００１％未満では、添加効果が充分に発現しないので、Ｎｂは０．００１％以上とする。好ましくは０．００５％以上である。一方、０．１０％を超えると、粗大なＮｂ化合物が生成し、伸びや靭性が低下するので、Ｎｂは０．１０％以下とする。好ましくは０．０６％以下である。
Nb: 0.001 to 0.10%
Nb is an element that contributes to refinement of the structure and improvement of toughness. If it is less than 0.001%, the effect of addition is not sufficiently exhibited, so Nb is made 0.001% or more. Preferably it is 0.005% or more. On the other hand, if it exceeds 0.10%, a coarse Nb compound is produced and elongation and toughness are lowered, so Nb is made 0.10% or less. Preferably it is 0.06% or less.
次に、本発明鋼管の金属組織と硬度について説明する。 Next, the metal structure and hardness of the steel pipe of the present invention will be described.
本発明鋼管は、上記成分組成の他、（ｉ）鋼管の金属組織が、マルテンサイトを含まず、（a）微細パーライト、又は、ベイナイトを含む微細パーライト、及び、（b）旧オーステナイト粒界に不連続に析出した、面積率で１５％未満のフェライトからなり、（ii）鋼管の肉厚ｔ（ｍｍ）の中心から、肉厚方向に±０．４５ｔの範囲の硬度が、２５０〜３００Ｈｖであることを特徴とする。ここで、マルテンサイトとは、焼戻しマルテンサイトも含むこととする。 In the steel pipe of the present invention, in addition to the above composition, (i) the metal structure of the steel pipe does not contain martensite, (a) fine pearlite or fine pearlite containing bainite, and (b) at the prior austenite grain boundaries It consists of ferrite that is discontinuously deposited and less than 15% in area ratio. (Ii) The hardness in the range of ± 0.45 t in the thickness direction from the center of the thickness t (mm) of the steel pipe is 250 to 300 Hv. It is characterized by being. Here, martensite includes tempered martensite.
金属組織：微細パーライト、又は、ベイナイトを含む微細パーライト
本発明鋼管の金属組織は、基本的には、マルテンサイトを含まない、（a1）微細パーライト、又は、（a2）ベイナイトを含む微細パーライトからなる組織において、（ｂ）フェライトが、旧オーステナイト粒界に、面積率で１５％未満、不連続に析出した金属組織である。
Metal structure: Fine pearlite containing fine pearlite or bainite The metal structure of the steel pipe of the present invention basically comprises (a1) fine pearlite or (a2) fine pearlite containing bainite, which does not contain martensite. In the structure, (b) a metal structure in which ferrite precipitates discontinuously at an area ratio of less than 15% at the prior austenite grain boundaries.
前述したように、金属組織がマルテンサイトを含む場合、切削粉が長くなって、切削効率が低下するのに対して、金属組織がパーライト主体の場合、切削粉が短く分断されて、切削効率が向上する。このことは、本発明者らが見いだした知見である。 As described above, when the metal structure contains martensite, the cutting powder becomes long and the cutting efficiency is lowered.On the other hand, when the metal structure is mainly pearlite, the cutting powder is divided into short pieces and the cutting efficiency is reduced. improves. This is a finding discovered by the present inventors.
図１に、Ｓ４５材の切削粉の形状を示す。図１（ａ）に、パーライト主体の金属組織の切削粉の形状を示し、図１（ｂ）に、マルテンサイトを含む金属組織の切削粉の形状を示す。パーライト主体の金属組織の切削粉は、短く分断されているのに対し、マルテンサイトを含む金属組織の切削粉は、分断されずに長いままなので、該金属組織の被削性は悪く、切削効率は低い。 In FIG. 1, the shape of the cutting powder of S45 material is shown. FIG. 1A shows the shape of the cutting powder of the metal structure mainly composed of pearlite, and FIG. 1B shows the shape of the cutting powder of the metal structure containing martensite. The cutting powder of the pearlite-based metal structure is divided into short pieces, whereas the cutting powder of the metal structure containing martensite remains long without being divided, so the machinability of the metal structure is poor and the cutting efficiency Is low.
金属組織中にマルテンサイトが存在すると、被削性が劣化し、切削効率が低下するので、本発明鋼管の金属組織は、基本的には、マルテンサイトを含まない、（a1）微細パーライト、又は、（a2）ベイナイトを含む微細パーライト、及び、（ｂ）フェライトからなる組織とする。 If martensite is present in the metal structure, the machinability deteriorates and the cutting efficiency decreases. Therefore, the metal structure of the steel pipe of the present invention basically does not contain martensite, (a1) fine pearlite, or And (a2) a fine pearlite containing bainite, and (b) a structure made of ferrite.
また、前述したように、所要の温度以上の鋼管を、所要の冷却速度で冷却すれば、旧オーステナイト粒界に不連続に析出するフェライトの量と、さらには、パーライトのラメラー間隔を適切に制御することができ、目標硬度を容易に達成することができる。このことも、本発明者らが見いだした知見である。 In addition, as described above, if a steel pipe at a required temperature or higher is cooled at a required cooling rate, the amount of ferrite that discontinuously precipitates at the prior austenite grain boundaries, and further the lamellar spacing of pearlite is appropriately controlled. The target hardness can be easily achieved. This is also a finding found by the present inventors.
旧オーステナイト粒界にフェライトが連続的に析出すると、鋼管の円周方向及び／又は肉厚方向において均一に高硬度を維持できないので、鋼管の冷却速度を適宜調整して、フェライトを旧オーステナイト粒界に不連続に析出させ、その面積率を１５％未満とする。 If ferrite continuously precipitates on the prior austenite grain boundaries, it cannot maintain high hardness uniformly in the circumferential direction and / or thickness direction of the steel pipe. The area ratio is made to be less than 15%.
微細パーライトのラメラー間隔は０．０５〜３．００μｍが好ましい。特に、本発明シームレス鋼管の肉厚ｔ（ｍｍ）の中心から、肉厚方向に±０．４５ｔの範囲で、０．０５〜３．００μｍが好ましい。微細パーライトのラメラー間隔を、上記範囲で、０．０５〜３．００μｍとすることにより、２５０〜３００Ｈｖの硬度を、安定的に得ることができる。 The lamellar spacing of fine pearlite is preferably 0.05 to 3.00 μm. In particular, 0.05 to 3.00 μm is preferable in the range of ± 0.45 t in the thickness direction from the center of the thickness t (mm) of the seamless steel pipe of the present invention. By setting the lamellar spacing of the fine pearlite within the above range to 0.05 to 3.00 μm, a hardness of 250 to 300 Hv can be stably obtained.
金属組織の引張強度は７４０〜９００ＭＰａが好ましい。引張強度が７４０ＭＰａ未満であると、機械構造用部材に求められる強度を満足るrことができない。一方、引張強度が９００ＭＰａを超えると、加工工具の摩耗が著しくなる。 The tensile strength of the metal structure is preferably 740 to 900 MPa. If the tensile strength is less than 740 MPa, the strength required for the mechanical structural member cannot be satisfied. On the other hand, when the tensile strength exceeds 900 MPa, the wear of the processing tool becomes significant.
上記金属組織は、所要の温度に加熱した本発明シームレス鋼管を、所要の冷却速度で加速冷却し、所要の温度範囲で加速冷却を停止することにより得ることができる。この加速冷却については後述する。 The metal structure can be obtained by accelerating and cooling the seamless steel pipe of the present invention heated to a required temperature at a required cooling rate and stopping the accelerated cooling within a required temperature range. This accelerated cooling will be described later.
硬度：２５０〜３００Ｈｖ
硬度は、本発明シームレス鋼管の肉厚をｔ（ｍｍ）としたとき、肉厚の中心から、肉厚方向に±０．４５ｔの範囲で、２５０〜３００Ｈｖとする。機械構造部材用鋼管を機械構造部材として使用する場合、通常、表面から０．０５ｔの表層部分は研削で除去されるので、機械構造部材用鋼管として実質的に使用される範囲、即ち、肉厚の中心から、肉厚方向に±０．４５ｔの範囲を、硬度を規定する範囲とした。
Hardness: 250-300Hv
The hardness is 250 to 300 Hv within a range of ± 0.45 t from the thickness center to the thickness direction when the thickness of the seamless steel pipe of the present invention is t (mm). When using a steel pipe for a machine structural member as a machine structural member, the surface layer portion of 0.05 t from the surface is usually removed by grinding. The range of ± 0.45 t in the thickness direction from the center of the film was defined as the range defining the hardness.
上記範囲の硬度が２５０Ｈｖ未満では、機械構造部材としての強度を確保できないので、上記範囲の硬度は２５０Ｈｖ以上とする。好ましくは２６０Ｈｖ以上である。一方、上記範囲の硬度が３００Ｈｖを超えると、加工工具の摩耗が著しくなるので、上記範囲の硬度は３００Ｈｖ以下とする。好ましくは２９０Ｈｖ以下である。 If the hardness in the above range is less than 250 Hv, the strength as a mechanical structural member cannot be secured, so the hardness in the above range is set to 250 Hv or more. Preferably it is 260 Hv or more. On the other hand, when the hardness in the above range exceeds 300 Hv, wear of the processing tool becomes remarkable, so the hardness in the above range is set to 300 Hv or less. Preferably it is 290 Hv or less.
本発明シームレス鋼管の肉厚は、本発明鋼管を適用する機械構造部材の肉厚に応じて適宜設定すればよいが、肉厚が３０ｍｍを超えると、現状の冷却装置では、鋼管の外表面側と内表面側での冷却速度の差が大きくなり、所望の金属組織が均一に形成されない場合がある。それ故、現状の冷却装置を前提とすれば、本発明シームレス鋼管の肉厚は３０ｍｍ以下が好ましい。より好ましくは２５ｍｍ以下である。本発明シームレス鋼管の肉厚の下限は、特に限定しないが、実用鋼管上、５ｍｍが好ましい。 The wall thickness of the seamless steel pipe of the present invention may be appropriately set according to the thickness of the mechanical structural member to which the steel pipe of the present invention is applied. However, when the wall thickness exceeds 30 mm, in the current cooling device, the outer surface side of the steel pipe The cooling rate difference between the inner surface and the inner surface increases, and the desired metal structure may not be formed uniformly. Therefore, assuming the current cooling device, the wall thickness of the seamless steel pipe of the present invention is preferably 30 mm or less. More preferably, it is 25 mm or less. Although the minimum of the wall thickness of this invention seamless steel pipe is not specifically limited, 5 mm is preferable on a practical steel pipe.
（２）本発明製造方法
本発明製造方法は、本発明シームレス鋼管を９５０〜１１００℃に加熱し、次いで、８４０℃以上から、冷却速度５０℃／秒以上で加速冷却を開始し、３５０〜５５０℃で加速冷却を停止する。
(2) Production method of the present invention In the production method of the present invention, the seamless steel pipe of the present invention is heated to 950 to 1100 ° C, and then accelerated cooling is started from 840 ° C or higher at a cooling rate of 50 ° C / second or higher, and 350 to 550. Stop accelerated cooling at ℃.
加熱温度：９５０〜１１００℃
本発明シームレス鋼管の温度が９５０℃未満では、熱間圧延において、粒成長が進行し難く、オーステナイト粒が不均一になる。その結果、オーステナイト粒が微細な領域にて、フェライトの生成頻度が増大し、硬度が低下するので、加熱温度は９５０℃以上とする。好ましくは９８０℃以上である。
Heating temperature: 950-1100 ° C
When the temperature of the seamless steel pipe of the present invention is less than 950 ° C., grain growth hardly progresses in hot rolling, and austenite grains become non-uniform. As a result, in the region where the austenite grains are fine, the frequency of ferrite formation increases and the hardness decreases, so the heating temperature is set to 950 ° C. or higher. Preferably it is 980 degreeC or more.
通常、生産性の観点から、造管後、室温まで、一旦冷却せずに、シームレス鋼管を９５０〜１１００℃に加熱するが、室温まで冷却したシームレス鋼管を９５０〜１１００℃に加熱してもよい。 Usually, from the viewpoint of productivity, after pipe forming, the seamless steel pipe is heated to 950 to 1100 ° C. without cooling once to room temperature, but the seamless steel pipe cooled to room temperature may be heated to 950 to 1100 ° C. .
冷却開始温度：８４０℃以上
シームレス鋼管の温度が８４０℃に達する前に加速冷却を開始する。冷却開始温度が８４０℃未満では、冷却開始時の金属組織をオーステナイト単相に維持することが難しいので、冷却開始温度は８４０℃以上とする。好ましくは８７０℃以上である。シームレス鋼管の温度が８４０℃に達する前に加速冷却を開始すればよいので、冷却開始温度の上限は限定しない。
Cooling start temperature: 840 ° C or higher Accelerated cooling is started before the temperature of the seamless steel pipe reaches 840 ° C. If the cooling start temperature is less than 840 ° C., it is difficult to maintain the metal structure at the start of cooling in the austenite single phase, so the cooling start temperature is set to 840 ° C. or higher. Preferably it is 870 degreeC or more. Since accelerated cooling may be started before the temperature of the seamless steel pipe reaches 840 ° C., the upper limit of the cooling start temperature is not limited.
冷却速度：５０℃／秒以上
シームレス鋼管を、冷却開始温度８４０℃以上の温度から、冷却速度：５０℃／秒以上で、冷却停止温度：３５０〜５５０℃まで加速冷却する。冷却速度が５０℃／秒未満では、フェライト分率が過大となり、硬度が低下するので、冷却速度は５０℃／秒以上とする。好ましくは５５℃／秒以上である。
Cooling rate: 50 ° C./second or more The seamless steel pipe is accelerated and cooled from a temperature at a cooling start temperature of 840 ° C. or more to a cooling stop temperature: 350 to 550 ° C. at a cooling rate of 50 ° C./second or more. When the cooling rate is less than 50 ° C./second, the ferrite fraction becomes excessive and the hardness decreases, so the cooling rate is set to 50 ° C./second or more. Preferably, it is 55 ° C./second or more.
冷却速度の上限は、特に限定しないが、現状の冷却装置の冷却限界が、実質的な上限である。 The upper limit of the cooling rate is not particularly limited, but the cooling limit of the current cooling device is a substantial upper limit.
冷却停止温度：３５０〜５５０℃
所要の金属組織を得るため、冷却速度５０℃／秒以上で、冷却停止温度：３５０〜５５０℃まで加速冷却する。冷却停止温度が３５０℃未満であると、金属組織中にマルテンサイトが混在し、被削性が低下するので、冷却停止温度は３５０℃以上とする。好ましくは３７０℃以上である。
Cooling stop temperature: 350-550 ° C
In order to obtain a required metal structure, accelerated cooling is performed to a cooling stop temperature of 350 to 550 ° C. at a cooling rate of 50 ° C./second or more. When the cooling stop temperature is less than 350 ° C., martensite is mixed in the metal structure, and the machinability is lowered. Therefore, the cooling stop temperature is set to 350 ° C. or more. Preferably it is 370 degreeC or more.
一方、冷却停止温度が５５０℃を超えると、パーライトのラメラー間隔が粗大となるので、冷却停止温度は５５０℃以下とする。好ましくは５００℃以下である。加速冷却の停止後は、放冷が好ましい。 On the other hand, when the cooling stop temperature exceeds 550 ° C., the pearlite lamellar spacing becomes coarse, so the cooling stop temperature is set to 550 ° C. or less. Preferably it is 500 degrees C or less. After accelerating cooling is stopped, cooling is preferable.
シームレス鋼管を加速冷却する冷却方法は、鋼管の表面部及び中心部で５０℃／秒以上の冷却速度を達成し得る冷却方法であればよく、特定の冷却方法に限定されないが、鋼管の円周方向、長手方向、及び、肉厚方向において均一に冷却することができ、所要の金属組織を均一に安定して形成することができる点で、シームレス鋼管を円周方向に回転して行う冷却方法が好ましい。 The cooling method for accelerating and cooling the seamless steel pipe is not limited to a specific cooling method as long as it can achieve a cooling rate of 50 ° C./second or more at the surface and center of the steel pipe. Cooling method in which the seamless steel pipe is rotated in the circumferential direction in that it can be uniformly cooled in the direction, the longitudinal direction, and the thickness direction, and the required metal structure can be uniformly and stably formed. Is preferred.
本発明シームレス鋼管は、本発明シームレス鋼管と成分組成が同じ溶鋼を、通常の方法で鋳造し、円筒状ビレットを製造し、次いで、該ビレットを、通常の条件で圧延及び延伸して製造する。円筒状ビレットの大きさは、特に限定されず、製造する機械構造用部材に応じて適宜選択するが、生産性の点から、直径１００〜１８０ｍｍの円筒状ビレットが好ましい。 The seamless steel pipe of the present invention is manufactured by casting molten steel having the same composition as that of the seamless steel pipe of the present invention by an ordinary method to produce a cylindrical billet, and then rolling and stretching the billet under ordinary conditions. The magnitude | size of a cylindrical billet is not specifically limited, Although it selects suitably according to the member for machine structures to manufacture, A cylindrical billet with a diameter of 100-180 mm is preferable from the point of productivity.
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。 Next, examples of the present invention will be described. The conditions in the examples are one example of conditions used for confirming the feasibility and effects of the present invention, and the present invention is based on this one example of conditions. It is not limited. The present invention can adopt various conditions as long as the object of the present invention is achieved without departing from the gist of the present invention.
（実施例１）
表１に示す成分組成の溶鋼を、転炉−連続鋳造プロセスにより鋳造し、直径１７０ｍｍの円筒状ビレットを製造した。このビレットを１２３０℃に加熱し、マンネスマン−プラグミル方式で穿孔−圧延して、シームレス素鋼管を製造した。
Example 1
Molten steel having the composition shown in Table 1 was cast by a converter-continuous casting process to produce a cylindrical billet having a diameter of 170 mm. The billet was heated to 1230 ° C. and pierced and rolled by a Mannesmann-plug mill method to produce a seamless steel pipe.
シームレス素鋼管を９００〜１０５０℃に再加熱し、縮径圧延して、肉厚：５〜２８ｍｍのシームレス鋼管を製造し、リング冷却により、鋼管外表面側から水冷した。表２に、冷却条件を示す。 The seamless steel pipe was reheated to 900 to 1050 ° C., and reduced in diameter to produce a seamless steel pipe having a wall thickness of 5 to 28 mm, and water-cooled from the outer surface side of the steel pipe by ring cooling. Table 2 shows the cooling conditions.
製造したシームレス鋼管においては、肉厚ｔ（ｍｍ）の中心から、肉厚方向に±０．４５ｔの範囲の金属組織を、走査型電子顕微鏡及び光学顕微鏡を用いて観察するとともに、ＪＩＳ Ｚ ２２４４の規定に準拠して、試験力１０ｋｇｆにてビッカース硬度（Ｈｖ）を測定した。また、ＪＩＳ Ｚ ２２４１の規定に準拠して、引張強度を測定した。 In the manufactured seamless steel pipe, a metal structure in a range of ± 0.45 t in the thickness direction from the center of the thickness t (mm) is observed using a scanning electron microscope and an optical microscope, and JIS Z 2244 In accordance with the regulations, the Vickers hardness (Hv) was measured at a test force of 10 kgf. Moreover, the tensile strength was measured based on the prescription | regulation of JISZ2241.
フェライト分率は、３９０μｍ×３１８μｍの領域のナイタールエッチング組織を光学顕微鏡にて３視野撮影し、画像解析によって算出した。また、ラメラー間隔は、１０μｍ×９．４μｍの領域のピクラールエッチング組織を走査電子顕微鏡にて３視野撮影し、画像解析によって算出した。 The ferrite fraction was calculated by image analysis of a 390 μm × 318 μm region of the nital etching structure taken with an optical microscope for three fields of view. The lamellar spacing was calculated by image analysis of three fields of picral etching structures in a 10 μm × 9.4 μm region taken with a scanning electron microscope.
被削性は、鋼管表面を、ＮＣ旋盤にて、次の切削条件で切削し、切削粉の平均長さが１５ｍｍ以下の場合を、被削性が良好（表３中、○）と判定し、切削粉の平均長さが１５ｍｍを超える場合を、被削性が劣る（表３中、×）と判定した。 For machinability, the surface of a steel pipe was cut with an NC lathe under the following cutting conditions, and when the average length of the cutting powder was 15 mm or less, the machinability was judged as good (◯ in Table 3). When the average length of the cutting powder exceeded 15 mm, it was determined that the machinability was inferior (in Table 3, x).
切削条件 工具：ＣＮＭＧ１２０４０８Ｎ−ＳＵ
切込み：１ｍｍ
送り量：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切削速度：２００ｍ／分
Cutting conditions Tool: CNMG120408N-SU
Cutting depth: 1mm
Feed amount: 0.2mm / rev
Cutting speed: 200 m / min
表３に、観察、測定、算出、及び、評価の結果を示す。 Table 3 shows the results of observation, measurement, calculation, and evaluation.
発明例１〜２１では、金属組織が、マルテンサイトを含まず、（a）微細パーライト、又は、ベイナイトを含む微細パーライト、及び、（b）面積率で１５％未満のフェライトからなり、硬度が２５０〜３００Ｈｖで、被削性が良好である。 In Invention Examples 1 to 21, the metal structure does not contain martensite, and is composed of (a) fine pearlite or fine pearlite containing bainite, and (b) ferrite with an area ratio of less than 15%, and the hardness is 250. The machinability is good at ˜300 Hv.
比較例２２では、冷却停止温度が、本発明で規定する冷却停止温度の上限５５０℃を超える６００℃で、適切でないため、ラメラー間隔が粗大となり、硬度が、本発明で規定する硬度の下限２５０Ｈｖより低い。 In Comparative Example 22, since the cooling stop temperature is not appropriate at 600 ° C. exceeding the upper limit of 550 ° C. of the cooling stop temperature specified in the present invention, the lamellar interval becomes coarse, and the hardness is a lower limit of 250 Hv of the hardness specified in the present invention. Lower.
比較例２３では、加速冷却開始温度が、本発明で規定する加速冷却開始温度の下限８４０℃より低い７７０℃で、適切でないため、フェライトが過剰に生成し、硬度が、本発明で規定する硬度の下限２５０Ｈｖより低い。 In Comparative Example 23, since the accelerated cooling start temperature is not appropriate at 770 ° C., which is lower than the lower limit 840 ° C. of the accelerated cooling start temperature specified in the present invention, ferrite is excessively generated, and the hardness is determined in the present invention. Lower limit of 250 Hv.
比較例２４では、冷却停止温度が、本発明で規定する冷却停止温度の下限３５０℃より低い３００℃で、適切でないため、マルテンサイトが混入し、被削性が悪いとともに、硬度が、本発明で規定する硬度の上限３００Ｈｖを超える。 In Comparative Example 24, the cooling stop temperature is not appropriate at 300 ° C., which is lower than the lower limit 350 ° C. of the cooling stop temperature specified in the present invention, so that martensite is mixed in, the machinability is poor, and the hardness is the present invention. Exceeds the upper limit of 300 Hv of the hardness specified in.
比較例２５では、冷却速度が、本発明で規定する冷却速度の下限５０℃／秒より遅い４０℃／秒で、適切でないため、フェライトが過剰に生成し、硬度が、本発明で規定する硬度の下限２５０Ｈｖより低い。 In Comparative Example 25, since the cooling rate is not appropriate at 40 ° C./second, which is lower than the lower limit of 50 ° C./second of the cooling rate defined in the present invention, ferrite is excessively generated, and the hardness is determined in accordance with the present invention. Lower limit of 250 Hv.
比較例２６では、加熱温度が、本発明で規定する加熱温度の下限９５０℃より低い９００℃で、適切でないため、焼入れ性が低下し、フェライトが過剰に生成し、硬度が、本発明で規定する硬度の下限２５０Ｈｖより低い。 In Comparative Example 26, the heating temperature is 900 ° C., which is lower than the lower limit 950 ° C. of the heating temperature defined in the present invention, and is not appropriate. Therefore, the hardenability is reduced, ferrite is excessively generated, and the hardness is defined in the present invention. Lower than the lower limit of 250Hv.
比較例２７では、焼戻しマルテンサイト組織が形成されているため、硬度（強度）が、本発明で規定する範囲内にあっても、被削性が悪い。 In Comparative Example 27, since a tempered martensite structure is formed, the machinability is poor even if the hardness (strength) is within the range defined by the present invention.
前述したように、本発明によれば、機械構造部材、特に、シリンダ、シャフト等の中空の駆動系機械構造部材に好適な、被削性に優れた機械構造部材用鋼管とその製造方法を提供することができる。よって、本発明は、鋼管製造及び利用産業において利用可能性が高いものである。 As described above, according to the present invention, a steel pipe for machine structural members excellent in machinability suitable for machine structural members, particularly hollow drive system mechanical structural members such as cylinders and shafts, and a method for producing the same are provided. can do. Thus, the present invention has high applicability in steel pipe manufacturing and utilization industries.
Claims (13)
（ｉ）上記鋼管の金属組織が、マルテンサイトを含まず、（a）微細パーライト、又は、ベイナイトを含む微細パーライト、及び、（b）旧オーステナイト粒界に不連続に析出した、面積率で１５％未満のフェライトからなり、
（ii）上記鋼管の肉厚ｔ（ｍｍ）の中心から、肉厚方向に±０．４５ｔの範囲の硬度が、２５０〜３００Ｈｖであり、
（iii）前記金属組織における微細パーライトのラメラー間隔が、前記シームレス鋼管の肉厚ｔ（ｍｍ）の中心から、肉厚方向に±０．４５ｔの範囲で、０．０５〜３．００μｍである
ことを特徴とする被削性に優れた機械構造部材用鋼管。 In mass%, C: 0.30 to 0.60%, Si: 0.05 to 0.40%, Mn: 0.50 to 1.00%, P: 0.03% or less, S: 0.005 -0.03%, Al: 0.01-0.08%, a seamless steel pipe composed of the balance Fe and inevitable impurities,
(I) The metal structure of the steel pipe does not contain martensite, (a) fine pearlite or fine pearlite containing bainite, and (b) discontinuously precipitated at the prior austenite grain boundaries, with an area ratio of 15 % Of ferrite,
From the center of (ii) the thickness of the steel tube t (mm), the hardness in the range of ± 0.45 T in the thickness direction, Ri 250~300Hv der,
(Iii) lamellar spacing fine pearlite in the metallographic structure, from the center of the seamless steel pipe wall thickness t (mm), a range of ± 0.45 T in the thickness direction, Ru 0.05~3.00μm der A steel pipe for machine structural members excellent in machinability characterized by the above.
（ｉ）上記鋼管を、マルテンサイトを含まず、（a）微細パーライト、又は、ベイナイトを含む微細パーライト、及び、（b）旧オーステナイト粒界に不連続に析出した、面積率で１５％未満のフェライトからなる金属組織とし、
（ii）上記鋼管の肉厚ｔ（ｍｍ）の中心から、肉厚方向に±０．４５ｔの範囲の硬度を、２５０〜３００Ｈｖとする
ことを特徴とする被削性に優れた機械構造部材用鋼管の製造方法。 The seamless steel pipe according to any one of claims 1 to 4 is heated to 950 to 1100 ° C, and then accelerated cooling is started at 840 ° C or higher at a cooling rate of 50 ° C / second or higher at 350 to 550 ° C. By stopping accelerated cooling ,
(I) The steel pipe does not contain martensite, (a) fine pearlite or fine pearlite containing bainite, and (b) discontinuously deposited on the prior austenite grain boundaries, and the area ratio is less than 15%. With a metal structure made of ferrite,
(Ii) Excellent in machinability, characterized in that the hardness in the range of ± 0.45t in the thickness direction from the center of the thickness t (mm) of the steel pipe is 250 to 300 Hv . Manufacturing method of steel pipe for machine structural members.
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