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JP2002212665A - High strength and high toughness steel - Google Patents

High strength and high toughness steel

Info

Publication number
JP2002212665A
JP2002212665A JP2001003375A JP2001003375A JP2002212665A JP 2002212665 A JP2002212665 A JP 2002212665A JP 2001003375 A JP2001003375 A JP 2001003375A JP 2001003375 A JP2001003375 A JP 2001003375A JP 2002212665 A JP2002212665 A JP 2002212665A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
steel
toughness
strength
present
carbide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001003375A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mamoru Nagao
護 長尾
Takuya Kochi
琢哉 高知
Hiroshi Kako
浩 家口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
Priority to JP2001003375A priority Critical patent/JP2002212665A/en
Publication of JP2002212665A publication Critical patent/JP2002212665A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high strength and high toughness steel which is suitable as a bar steel stock for a bolt, a spring or the like without requiring the addition of large quantities of Ni and Cr and special thermomechanical treatment. SOLUTION: The steel contains, by mass, 0.2 to 2.0% Mn and <=3.0% Cr also so as to satisfy Cr/Mn<=2.5%, (0.77-0.12Cr-0.02Mn)% to 0.8% C, <=3.0% Si, <=0.1% Al, <=0.01% P and <=0.03% S, and the balance Fe as essential components. The steel has a structure essentially consisting of tempered martensite, and the balance retained austenite. The average particle size of the old austenite particles is <=15 μm, and, in the structure, undissolved carbides whose aspect ratio expressed by a minor axis/a major axis is >=0.8, and having a particle size of 0.3 to 0.6 μm are contained by >=50 pieces in the field of 2,300 μm2.

Description

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

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明は、ばね用鋼材、ボル
ト用鋼材等の条鋼材として好適な高強度高強靱鋼に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-strength high-strength steel suitable as a steel strip for springs and bolts.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、自動車の燃費改善のために使用鋼
材の軽量化ニーズが高まり、ばね用鋼材、ボルト用鋼材
などの条鋼材に対してもますます高強度化が望まれてい
る。例えば、ボルト用鋼材では引張強さ1200〜20
00MPa(ロックウェルC硬さ換算でHRC39〜5
4)、ばね鋼材では1600〜2200MPa(HRC
換算でHRC47〜58)の強度が望まれている。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been an increasing need to reduce the weight of steel materials used in automobiles in order to improve fuel efficiency of automobiles, and it is desired to increase the strength of strip steel materials such as spring steel materials and bolt steel materials. For example, in the case of steel for bolts, the tensile strength is 1200 to 20
00MPa (HRC39-5 in Rockwell C hardness conversion)
4) For spring steel materials, 1600-2200 MPa (HRC)
The strength of HRC 47 to 58) in conversion is desired.

【0003】高強度鋼としてマルテンサイト鋼が利用さ
れるが、高強度化の弊害として遅れ破壊感受性や、腐食
疲労特性が劣化するため、これらの特性の向上が必要で
あり、鋼材自体の靭性を高めることが根本的な技術課題
である。前記ボルト用鋼材、ばね用鋼材の靭性について
は、規格化された評価基準がある訳ではないが、(社)
日本鉄鋼協会講演大会概要集CAMP−ISIJ Vo
l.11(1988)−p495に示される陰極チャー
ジ寿命試験によって破壊靭性値KICを代用評価する手法
では、1000秒以上の寿命を確保することが望まれて
いる。
[0003] Martensitic steel is used as a high-strength steel. However, the adverse effects of the high strength are delayed fracture susceptibility and corrosion fatigue properties. Therefore, it is necessary to improve these properties. Enhancing is a fundamental technical issue. Although there is no standardized evaluation standard for the toughness of the steel for bolts and steel for springs,
Summary of the Iron and Steel Institute of Japan Lecture Meeting CAMP-ISIJ Vo
l. 11 (1988) -p495, the method of substituting and evaluating the fracture toughness value K IC by the cathode charge life test, it is desired to secure a life of 1000 seconds or more.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】マルテンサイト鋼の靭
性を高める方策として、例えば、特公昭60−3073
6号公報には高周波加熱焼入れによって微細マルテンサ
イトを形成する冷間成形コイルばねの製造方法が開示さ
れている。この高周波加熱処理はオーステナイト粒を微
細化することで、間接的にマルテンサイトを微細化する
技術である。しかし、オーステナイト粒の微細化による
靭性向上にも限界があり、さらなる高靭性化技術の開発
が望まれている。
As a measure for increasing the toughness of martensitic steel, for example, Japanese Patent Publication No. 60-3073 is disclosed.
No. 6 discloses a method for manufacturing a cold-formed coil spring that forms fine martensite by induction hardening. This high-frequency heating treatment is a technique for indirectly refining martensite by refining austenite grains. However, there is a limit to improvement in toughness due to refinement of austenite grains, and development of a technique for further increasing toughness is desired.

【0005】他のマルテンサイト鋼の靭性向上技術とし
て、転位密度の高い未変態オーステナイトから焼き入れ
る技術が提唱されている。例えば、特開平6−1166
37号公報には、Niを多量添加した成分系の鋼を用
い、昇温中にせん断型逆変態オーステナイト相を生成さ
せ、これを活用した技術が開示されている。しかし、N
iは積極的に利用するには高価な元素であるという問題
点がある。また、特開平11−229075号公報に
は、上記問題を解決する手段として鋼成分を限定し、昇
温速度、冷却速度をさらに制限する厚鋼板の製造方法が
開示されている。しかし、この技術は利用範囲が厚板に
限られ、到達強度がTS(引張強さ)で1551MP
a、靭性を示す破断応力で945MPa止まりであるた
め、自動車部品に使用される高強度高靭性鋼としては強
度、靭性が不足している。
As another technique for improving the toughness of martensite steel, a technique of quenching untransformed austenite having a high dislocation density has been proposed. For example, JP-A-6-1166
No. 37 discloses a technique using a component steel to which a large amount of Ni is added, generating a shear-type reverse transformed austenite phase during heating, and utilizing this. But N
There is a problem that i is an expensive element to use positively. Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-229075 discloses a method for solving the above-mentioned problem by manufacturing a thick steel plate in which the steel composition is limited and the rate of temperature rise and the rate of cooling are further limited. However, this technology has a limited use range for thick plates, and the ultimate strength is 1551MP in TS (tensile strength).
a) Since the breaking stress indicating toughness stops at 945 MPa, the strength and toughness of the high-strength high-toughness steel used for automobile parts are insufficient.

【0006】また、特開平8−67950号公報には、
マルテンサイト系ステンレス鋼の靭性改善手段としてマ
トリックス中に粒径2μm 以下のCr炭化物(M
236 )を分布させ、旧オーステナイト粒径を15〜3
0μm にまで微細化することによって、靭性を改善する
技術が開示きれている。しかし、この技術は多量のCr
添加が必須であるため、ばね、ボルト用鋼材の高強度化
に寄与する鉄系の焼き戻し炭化物が析出成長せず、Cr
系炭化物が主体となるため、効果的に高強度化すること
が困難である。また、この技術によって向上する靭性
は、低温靭性であって、ばねやボルトに要求される遅れ
破壊感受性に寄与する靭性とは技術的特性が別異であ
る。
[0006] Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-67950 discloses that
As a means of improving the toughness of martensitic stainless steel, Cr carbide (M
23 C 6 ) to reduce the prior austenite grain size from 15 to 3
A technique for improving toughness by reducing the size to 0 μm has been disclosed. However, this technology is
Since the addition is indispensable, the tempered carbide of iron which contributes to the strengthening of the steel material for springs and bolts does not precipitate and grows.
Since the base carbide is mainly used, it is difficult to effectively increase the strength. The toughness improved by this technique is low-temperature toughness, and has different technical characteristics from toughness that contributes to delayed fracture susceptibility required for springs and bolts.

【0007】本発明は上記問題点を解決すべくなされた
ものであり、NiやCrなどの合金元素の多量添加や特
殊な加工熱処理を必要とすることなく、ばね、ボルトな
どの素材に供される条鋼材として好適な、環境脆化特性
に優れた高強度高靭性鋼を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and can be applied to materials such as springs and bolts without requiring a large amount of alloying elements such as Ni and Cr and special working heat treatment. It is an object of the present invention to provide a high-strength high-toughness steel excellent in environmental embrittlement characteristics, which is suitable as a strip steel material.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者がマルテンサイ
ト鋼の靭性を改善する方策について、鋭意研究した結
果、高強度化と高靭性化を両立する根本原理はオーステ
ナイト結晶粒の微細化ではなく、その下部構造であるマ
ルテンサイト組織の下部組織を微細化することが有効で
あり、さらに特殊な熱処理を必要とせずにマルテンサイ
ト下部組織を微細化するには、マルテンサイト下部組織
の成長を抑制する障害物を鋼中に分散させることが重要
であるとの知見を得て、本発明を完成するに至った。上
記知見を基に完成された本発明の特徴は、C量を亜共析
組成と呼ばれる0.8%以下に押さえて鋼の脆化を防止
しつつ、しかもC量を押さえたにもかかわらず、Mn、
Cr含有量を制御して、過共析組成のようにオーステナ
イト中に微細炭化物を分散析出させ、これによってマル
テンサイトの下部組織を微細化し、靭性を著しく向上さ
せたところにある。過共析とは、高温加熱時のオーステ
ナイト相から冷却したときに、熱力学的に平衡析出する
相がフェライトではなく炭化物である成分系を意味す
る。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies by the present inventor on measures to improve the toughness of martensitic steel, the fundamental principle that achieves both high strength and high toughness is not austenitic crystal grain refinement. It is effective to refine the underlying structure of the martensitic structure, which is the underlying structure, and further suppress the growth of the martensitic underlying structure to refine the martensitic underlying structure without requiring special heat treatment. The present inventors have found that it is important to disperse obstacles in steel, and have completed the present invention. The feature of the present invention completed on the basis of the above findings is that the amount of C is suppressed to 0.8% or less, which is called a hypoeutectoid composition, to prevent the steel from being embrittled. , Mn,
By controlling the Cr content, fine carbides are dispersed and precipitated in austenite as in the hypereutectoid composition, whereby the substructure of martensite is refined and the toughness is significantly improved. Hypereutectoid means a component system in which, when cooled from the austenite phase at the time of high temperature heating, the phase which is thermodynamically equilibrium precipitated is not ferrite but carbide.

【0009】すなわち、本発明の高強度高靭性鋼は、
0.8%C以下であるにもかかわらず、オーステナイト
相に炭化物が分散する状態を比較的容易に得ることがで
きる成分系を有するものであり、mass%で、 Mn:0.2%≦Mn≦2.0%、 Cr:Cr≦3.0%かつCr/Mn≦2.5、 C:(0.77−0.12Cr−0.02Mn)%≦C
≦0.8%、 Si:Si≦3.0%、 Al:Al≦0.1%、 P :P≦0.01%、 S :S≦0.03%、 および残部Feを本質的成分として含有し、焼き戻しマ
ルテンサイトを主体とし、残部が残留オーステナイトに
よって構成される組織を有し、旧オーステナイト粒の平
均粒径が15μm 以下であり、かつ組織中に短径/長径
で表されるアスペクト比が0.8以上で粒径0.3〜
0.6μm の未溶解炭化物を視野2300μm2中に50
個以上有する。
That is, the high-strength and high-toughness steel of the present invention comprises:
Despite being 0.8% C or less, it has a component system that can relatively easily obtain a state in which carbides are dispersed in the austenite phase. In mass%, Mn: 0.2% ≦ Mn ≦ 2.0%, Cr: Cr ≦ 3.0% and Cr / Mn ≦ 2.5, C: (0.77-0.12Cr-0.02Mn)% ≦ C
≦ 0.8%, Si: Si ≦ 3.0%, Al: Al ≦ 0.1%, P: P ≦ 0.01%, S: S ≦ 0.03%, and the balance Fe as an essential component Containing, having a structure mainly composed of tempered martensite and a balance of retained austenite, an average particle size of prior austenite grains of 15 μm or less, and an aspect expressed by a minor axis / major axis in the organization When the ratio is 0.8 or more, the particle size is 0.3 ~
Undissolved carbides of 0.6μm to in the field of view 2300μm 2 50
Have more than one.

【0010】鋼成分として、さらにNi≦2.0%、M
o≦1.0%、Cu≦1.0%、W≦1.0を満足する
Ni、Mo、CuおよびWの内の1種以上、あるいはさ
らにV≦0.01%、Ti≦0.01%、Nb≦0.0
1%、Hf≦0.01%、Zr≦0.01%、Ta≦
0.01%を満足するV、Ti、Nb、Hf、Zrおよ
びTaの内の1種以上、あるいはさらに(Ca+Mg+
REM)≦0.01%を満足するCa、Mg、REMの
内の1種以上を含有することができる。本発明鋼は、高
強度のみならず高靭性を有するので、ボルト用鋼材、ば
ね用鋼材として好適に利用される。
[0010] As steel components, Ni ≦ 2.0%, M
at least one of Ni, Mo, Cu and W satisfying o ≦ 1.0%, Cu ≦ 1.0% and W ≦ 1.0, or further V ≦ 0.01%, Ti ≦ 0.01 %, Nb ≦ 0.0
1%, Hf ≦ 0.01%, Zr ≦ 0.01%, Ta ≦
At least one of V, Ti, Nb, Hf, Zr and Ta satisfying 0.01%, or (Ca + Mg +
REM) At least one of Ca, Mg, and REM satisfying 0.01% can be contained. Since the steel of the present invention has not only high strength but also high toughness, it is suitably used as a steel material for bolts and a steel material for springs.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】まず、本発明鋼の成分限定理由に
ついて説明する。単位は全てmass%である。 Mn:0.2%≦Mn≦2.0% Mnは焼入性を高める元素であるとともに、添加するこ
とで共析組成を低炭素側に移動させる元素である。0.
2%未満では高強度化に必要な焼入性を確保することが
できない。一方、2.0%超の添加は靭性の高いマルテ
ンサイト組織であるラスマルテンサイトを減じ、靭性向
上に好ましくない双晶マルテンサイトの分率を高め、靭
性を低下させる。このため、Mn量の下限を0.2%、
好ましくは0.3%とし、その上限を2.0%、好まし
くは1.5%とする。
First, the reasons for limiting the components of the steel of the present invention will be described. All units are mass%. Mn: 0.2% ≦ Mn ≦ 2.0% Mn is an element that enhances the hardenability and, when added, moves the eutectoid composition to the low carbon side. 0.
If it is less than 2%, hardenability required for high strength cannot be secured. On the other hand, the addition of more than 2.0% reduces lath martensite, which is a martensite structure having high toughness, increases the fraction of twin martensite which is not preferable for improving toughness, and lowers toughness. Therefore, the lower limit of the amount of Mn is 0.2%,
It is preferably 0.3%, and the upper limit is 2.0%, preferably 1.5%.

【0012】 Cr:Cr≦3.0%、かつCr/Mn≦2.5 Crは共析組成を低炭素側に大きく移動させる元素であ
り、好ましくは0.1%以上添加するのがよい。しか
し、Cr量が3.0%を超えると冷間加工性に著しい悪
影響が生じるので、Crの上限を3.0%、好ましくは
2.0%とする。一方、Cr/Mn比が2.5を超える
と、未溶解炭化物の分布状況を本発明のごとく制御して
も靭性を向上する効果を失うので、Cr/Mnの比を
2.5以下に規定し、母相マルテンサイトの靭性を確保
する。
Cr: Cr ≦ 3.0%, and Cr / Mn ≦ 2.5 Cr is an element that largely shifts the eutectoid composition toward the low carbon side, and is preferably added in an amount of 0.1% or more. However, if the amount of Cr exceeds 3.0%, a remarkable adverse effect is exerted on the cold workability. Therefore, the upper limit of Cr is set to 3.0%, preferably 2.0%. On the other hand, if the Cr / Mn ratio exceeds 2.5, the effect of improving toughness is lost even if the distribution of undissolved carbides is controlled as in the present invention, so the Cr / Mn ratio is specified to be 2.5 or less. To ensure the toughness of the parent martensite.

【0013】C:(0.77−0.12Cr−0.02
Mn)%≦C≦0.8% C量は靭性を確保するためには0.8%以下にすること
が必要であり、好ましくは0.77%以下とするのがよ
い。一方、オーステナイト中に微細炭化物を析出させて
マルテンサイトを高靭性化するには、共析C量を示すC
パラメータf(Mn,Cr)=(0.77−0.12C
r−0.02Mn)の値以上にすることが重要である。
このため、C量を上記範囲に規定する。
C: (0.77-0.12Cr-0.02)
Mn)% ≦ C ≦ 0.8% In order to secure toughness, the C content needs to be 0.8% or less, and preferably 0.77% or less. On the other hand, in order to increase the toughness of martensite by precipitating fine carbides in austenite, it is necessary to increase the eutectoid C content.
Parameter f (Mn, Cr) = (0.77−0.12C)
(r-0.02Mn) is important.
For this reason, the C content is defined in the above range.

【0014】Si:Si≦3.0% Siは脱酸のために有効な元素であるが、過剰の添加は
表層脱炭などの悪影響が現れるため、3.0%以下に止
める。
Si: Si ≦ 3.0% Si is an effective element for deoxidation, but excessive addition has an adverse effect such as decarburization on the surface layer, so that it is limited to 3.0% or less.

【0015】Al:Al≦0.1% AlもSiと同様、脱酸のために有効な元素であるが、
過剰の添加は表層脱炭などの悪影響が現れるため、0.
1%以下に止める。
Al: Al ≦ 0.1% Al is also an effective element for deoxidation like Si,
Excessive addition has an adverse effect such as decarburization on the surface layer.
Keep it below 1%.

【0016】P:P≦0.01%、S:S≦0.03% これらの元素は不純物であり、少ない程よい。過多に含
有されると、粒界脆化などを引き起こすため、P:0.
01%以下、S:0.03%以下に止める。なお、Sは
被削性向上作用があるので、被削性が必要な場合には上
記範囲内で添加することができる。
P: P ≦ 0.01%, S: S ≦ 0.03% These elements are impurities, and the smaller, the better. If contained excessively, it causes grain boundary embrittlement and the like.
01% or less, S: 0.03% or less. Since S has an effect of improving machinability, S can be added within the above range when machinability is required.

【0017】本発明の鋼は上記成分および残部Feを本
質的成分として含有するが、その他、不可避的不純物の
ほか、本発明鋼の特性を妨げない範囲で他の元素を添加
することができる。例えば、Nは脆化の原因になり易い
が、0.015%程度以下なら差し支えない。さらに、
本発明鋼の機械的性質をより向上させるため、例えば、
下記範囲でNi、Mo、Cu、Wの内から1種以上、あ
るいはさらにV、Ti、Nb、Hf、Zr、Taの1種
以上、あるいはさらにCa、Mg、REM(希土類元
素)の内から1種以上を添加することができる。REM
としては、La,Ce,Pr,Nd,Yを例として挙げ
ることができる。
The steel of the present invention contains the above components and the balance of Fe as essential components. In addition to the unavoidable impurities, other elements can be added as long as the characteristics of the steel of the present invention are not impaired. For example, N tends to cause embrittlement, but may be up to about 0.015%. further,
In order to further improve the mechanical properties of the steel of the present invention, for example,
One or more of Ni, Mo, Cu, and W in the following range, or one or more of V, Ti, Nb, Hf, Zr, and Ta, or one or more of Ca, Mg, and REM (rare earth element). More than one species can be added. REM
As examples, La, Ce, Pr, Nd, and Y can be given.

【0018】Ni≦2.0%、Mo≦1.0%、Cu≦
1.0%、W≦1.0% これらの元素は、鋼の焼入性を左右する元素である。強
度調整を目的として添加することができる。しかし、過
剰の添加は熱間加工性等に悪影響を及ぼすので、各元素
の上限を上記のように定める。
Ni ≦ 2.0%, Mo ≦ 1.0%, Cu ≦
1.0%, W ≦ 1.0% These elements are elements that affect the hardenability of steel. It can be added for the purpose of adjusting the strength. However, excessive addition has an adverse effect on hot workability and the like, so the upper limit of each element is determined as described above.

【0019】V≦0.01%、Ti≦0.01%、Nb
≦0.01%、Hf≦0.01%、Zr≦0.01%、
Ta≦0.01% これらの元素は微細炭窒化物を生成し、水素トラップサ
イトとして作用するため、耐水素脆性を改善する目的で
添加することができる。しかし、各々の元素に付き、
0.01%超の添加は析出強化が過剰となって靭性を低
下させるので、各々0.01%以下に止める。
V ≦ 0.01%, Ti ≦ 0.01%, Nb
≦ 0.01%, Hf ≦ 0.01%, Zr ≦ 0.01%,
Ta ≦ 0.01% These elements form fine carbonitrides and act as hydrogen trap sites, and therefore can be added for the purpose of improving hydrogen embrittlement resistance. However, for each element,
Since the addition of more than 0.01% causes excessive precipitation strengthening and lowers the toughness, each is limited to 0.01% or less.

【0020】 Ca、Mg、REMの1種以上の合計で0.01%以下 Ca、Mg、REMは介在物の形態制御が可能な脱酸元
素であり、被削性を改善する効果を有するため、0.0
1%を上限として添加することができる。
0.01% or less in total of at least one of Ca, Mg, and REM Ca, Mg, and REM are deoxidizing elements that can control the form of inclusions and have an effect of improving machinability. , 0.0
It can be added up to 1%.

【0021】次に、本発明鋼の組織について説明する。
本発明鋼は、組織が焼き戻しマルテンサイトを主体とす
る組織によって構成される。焼き戻しマルテンサイト
は、組織全体を占めることが望ましいが、10体積%以
下、好ましくは5体積%以下の残留オーステナイトを含
んでいても実用上問題はない。一方、フェライト、パー
ライトは強度を劣化させるため、組織中に含まないよう
にする。
Next, the structure of the steel of the present invention will be described.
The steel of the present invention has a structure mainly composed of tempered martensite. The tempered martensite desirably occupies the entire structure, but there is no practical problem even if it contains residual austenite of 10% by volume or less, preferably 5% by volume or less. On the other hand, since ferrite and pearlite deteriorate the strength, they are not contained in the structure.

【0022】本発明鋼は、上記のとおり、焼き戻しマル
テンサイトを主体とし、少なくとも組織中で90体積
%、好ましくは95体積%を占めるようにして高強度を
確保するものであるが、靭性向上の観点から、旧オース
テナイトの平均粒径を15μm以下、好ましくは10μm
以下とする。旧オーステナイト平均粒径が15μm 超
になると、いわゆる粒界割れが破壊の機構として働くよ
うになり、靭性を著しく低下させるようになる。
As described above, the steel of the present invention is mainly made of tempered martensite and occupies at least 90% by volume, preferably 95% by volume in the structure, thereby ensuring high strength. In view of the above, the average particle size of the prior austenite is 15 μm or less, preferably 10 μm
The following is assumed. If the prior austenite average particle size exceeds 15 μm, so-called intergranular cracks will act as a fracture mechanism, and the toughness will be significantly reduced.

【0023】さらに、本発明鋼は、靭性をより向上させ
るため、マルテンサイト主体の組織中に未溶解炭化物を
分散させた組織とする。未溶解炭化物の平均粒径は、
0.3μm 以上、0.6μm 以下とする。マルテンサイ
トの下部組織の成長を抑制する障害物となるには、マル
テンサイトの下部組織の最小単位である「ラス」の幅よ
りも広い炭化物でなければならない。0.3μm より小
さい炭化物は、「ラス」の成長を抑制することができな
いため、平均粒径の下限を0.3μm とする。一方、
0.6μm 以上の粗大炭化物は、クラックの起点となっ
て靭性を低下させる。このため、未溶解炭化物の平均粒
径の下限を0.3μm 、好ましくは0.35μm とし、
その上限を0.6μm 、好ましくは0.55μm とす
る。
Further, in order to further improve the toughness, the steel of the present invention has a structure in which undissolved carbides are dispersed in a structure mainly composed of martensite. The average particle size of undissolved carbide is
0.3 μm or more and 0.6 μm or less. In order to be an obstacle that suppresses the growth of the martensite substructure, the carbide must be wider than the width of the “las”, which is the minimum unit of the martensite substructure. Since the carbide smaller than 0.3 μm cannot suppress the growth of “lath”, the lower limit of the average particle size is set to 0.3 μm. on the other hand,
Coarse carbides of 0.6 μm or more serve as starting points for cracks and reduce toughness. For this reason, the lower limit of the average particle size of the undissolved carbide is set to 0.3 μm, preferably 0.35 μm,
The upper limit is set to 0.6 μm, preferably 0.55 μm.

【0024】さらに、前記未溶解炭化物である基準とし
て、炭化物のアスぺクト比を0.8以上とする。マルテ
ンサイトの下部組織の微細化に有効に作用する炭化物
は、焼き入れ前に存在するいわゆる未溶解炭化物であ
り、強度調整、靭性確保のために行われる焼き戻し中に
析出する炭化物ではない。両者は原則的に同一組成の炭
化物であるため、判別が困難とされてきたが、本発明者
の研究により、析出形態の特徴から粒状の炭化物は未溶
解炭化物であると判断できることを突き止めた。未溶解
炭化物と判断できる炭化物形態の基準として、本発明で
は炭化物のアスヘクト比を0.8以上とするものであ
る。なお、アスペクト比は、炭化物の短径/長径で求め
られる値であり、アスペクト比が1に近い程、炭化物は
真円に近い形態を取る。
Further, as an criterion of the undissolved carbide, an aspect ratio of the carbide is set to 0.8 or more. The carbide effectively acting on the refinement of the substructure of martensite is a so-called undissolved carbide existing before quenching, and is not a carbide that precipitates during tempering performed for strength adjustment and ensuring toughness. Since the two are basically carbides having the same composition, it has been difficult to discriminate them. However, the present inventors have found that the granular carbide can be determined to be undissolved carbides from the characteristics of the precipitation form. As a standard of the carbide form that can be determined as undissolved carbide, in the present invention, the aspect ratio of the carbide is set to 0.8 or more. The aspect ratio is a value determined by the ratio of the minor axis / major axis of the carbide. As the aspect ratio approaches 1, the carbide takes a form closer to a perfect circle.

【0025】さらに、前記未溶解炭化物の個数として、
本発明では視野2300μm2中の炭化物の個数が50個
以上であることを必要とする。前記未溶解炭化物はオー
ステナイト粒内に存在して初めて効果を発揮する。23
00μm2に50個以上、好ましくは100個以上の炭化
物を存在させることにより、オーステナイト粒内で下部
組織を分断する、すなわち一つのオーステナイト粒内で
種々の方位を持ったマルテンサイトを生成させるのに有
効に働く。50個未満では下部組織微細化の効果が小さ
く、更なる靭性向上効果を期待することができない。
Further, as the number of the undissolved carbides,
In the present invention, the number of carbides in the visual field of 2300 μm 2 needs to be 50 or more. The undissolved carbides exhibit their effects only when present in the austenite grains. 23
The presence of 50 or more, preferably 100 or more carbides in 00 μm 2 divides the substructure in austenite grains, that is, forms martensite having various orientations in one austenite grain. Work effectively. If it is less than 50, the effect of refinement of the lower structure is small, and a further improvement in toughness cannot be expected.

【0026】次に本発明鋼の推奨される製造条件につい
て説明する。本発明鋼は、前記組成の鋼材を後述する条
件で焼き入れ、焼き戻すことによって製造される。焼き
入れ処理を行う前の鋼材(素材)の組織については特に
制限されない。例えば、所定組成のビレットを常法に従
って熱間圧延した条鋼材を素材として適宜使用すること
ができる。
Next, the recommended manufacturing conditions of the steel of the present invention will be described. The steel of the present invention is manufactured by quenching and tempering a steel material having the above composition under the conditions described below. The structure of the steel material (raw material) before the quenching treatment is not particularly limited. For example, a strip steel material obtained by hot rolling a billet having a predetermined composition according to a conventional method can be used as a material as appropriate.

【0027】もっとも、未溶解炭化物の分布状況をより
容易に制御するためには、素材の組織を焼き戻しマルテ
ンサイト、あるいは球状化炭化物組織とすることが望ま
しい。焼き戻しマルテンサイトは、焼き入れ後の素材を
(Acm点+100)℃以上の温度で30分から1時間
程度加熱した後、臨界冷却速度以上で冷却し、さらに焼
き戻し温度を300℃以上、望ましくは450℃以上、
600℃以下とすることによって得ることができる。こ
のような条件にて素材を焼き戻し組織とすることで、後
段の焼き入れ処理の際の加熱時間を30分程度以内に短
縮することが可能となる。一方、球状化組織を得る方法
としては、常法として知られているように、A1点温度
直下まで徐熱、保持し、その後に徐冷する方法を挙げる
ことができる。
However, in order to more easily control the distribution state of undissolved carbide, it is desirable that the structure of the material is tempered martensite or spheroidized carbide structure. The tempered martensite is obtained by heating the material after quenching at a temperature of (Acm point + 100) ° C. or higher for about 30 minutes to 1 hour, then cooling at a critical cooling rate or higher, and further reducing the tempering temperature to 300 ° C. or higher, desirably. 450 ° C or higher,
It can be obtained by setting the temperature to 600 ° C. or lower. By making the material have a tempered structure under such conditions, it is possible to shorten the heating time in the subsequent quenching process to about 30 minutes or less. On the other hand, as a method of obtaining a spheroidized structure, a method of gradually heating and maintaining the temperature to just below the A1 point temperature, and then slowly cooling, which is known as an ordinary method, can be mentioned.

【0028】前記規定した所定粒径、アスペクト比、個
数の未溶解炭化物を含むマルテンサイト主体組織を得る
ためには、少なくとも一部に前記未溶解炭化物が残存す
るオーステナイト相から、臨界冷却速度以上でMs点以
下まで冷却することが必要である。加熱温度の上限は特
に定めないが、炭化物が固溶する温度Acm点以上に長
時間加熱すると本発明の重要因子である未溶解炭化物が
保持時間を経て完全に消失することになる。このため、
Acm点以上に加熱する場合は未溶解炭化物が完全に固
溶しない温度および時間以内で加熱することが必要であ
る。具体的には、Acm点以上に加熱する場合、(Ac
m点+80)℃以下、望ましくは(Acm点+40)℃
以下の範囲で加熱することにより保持時間の長短による
未溶解炭化物数のばらつきを少なくすることが出来る。
Acm点以下に加熱する場合には、長時間の加熱を行っ
ても、炭化物が完全に固溶することがないので、安定し
て本発明の意図する組織を得ることが出来る。加熱時間
は旧オーステナイト粒径の制御とも関連するので、Ac
m点以上、あるいはそれ以下のいずれの場合でも、1h
r以内、好ましくは30分以内とすることが望ましい。
In order to obtain a martensite-based structure containing the undissolved carbide having the specified particle size, aspect ratio, and number as defined above, at least a part of the austenite phase in which the undissolved carbide remains remains at a critical cooling rate or higher. It is necessary to cool to below the Ms point. The upper limit of the heating temperature is not particularly defined, but if the heating is carried out for a long time at a temperature higher than the temperature at which the carbide forms a solid solution, the undissolved carbide, which is an important factor of the present invention, will completely disappear after a holding time. For this reason,
When heating above the Acm point, it is necessary to heat at a temperature and within a time at which undissolved carbide is not completely dissolved. Specifically, when heating above the Acm point, (Ac
m point +80) ° C or less, desirably (Acm point +40) ° C
By heating in the following range, variation in the number of undissolved carbides due to the length of the holding time can be reduced.
When the heating is performed to the Acm point or less, even if the heating is performed for a long time, the carbide does not completely form a solid solution, so that the structure intended by the present invention can be stably obtained. Since the heating time is related to the control of the prior austenite grain size, Ac
1h regardless of whether it is above or below the m point
r, preferably within 30 minutes.

【0029】加熱後の焼き入れの際の冷却速度は、フェ
ライト変態やパーライト変態をさせないために臨界冷却
速度以上とすることが必要である。臨界冷却速度未満で
は、フェライトやパーライトが主体となる組織となって
必要な強度を確保することができない。冷却速度の上限
は特に定めないが、工業的に得られる水冷などの冷却速
度範囲であれば特に問題はない。また、マルテンサイト
組織を得るためには、Ms点として定められるマルテン
サイト変態が開始する温度より低温まで臨界冷却速度以
上で冷却することが重要である。もっとも、鋼成分、冷
却条件によっては、鋼中に残留オーステナイトが残留す
る場合があるが、既述のように、本発明では10体積%
以下の残留オーステナイトは許容される。Ms点は実験
室的な測定によっても求めることができるが、通常、下
記式によって近似計算しても実用上問題はない。 Ms(℃)=550−361×C−39Mn−35V−20Cr−17Ni-10Cu
−5(Mo+W)
The cooling rate at the time of quenching after heating must be higher than the critical cooling rate in order to prevent ferrite transformation or pearlite transformation. If the cooling rate is lower than the critical cooling rate, the structure becomes mainly composed of ferrite or pearlite, and the required strength cannot be secured. Although the upper limit of the cooling rate is not particularly defined, there is no particular problem as long as it is in a cooling rate range such as water cooling which can be obtained industrially. Further, in order to obtain a martensite structure, it is important to cool to a temperature lower than the temperature at which martensitic transformation defined as the Ms point starts, at a critical cooling rate or higher. However, depending on the steel composition and cooling conditions, retained austenite may remain in the steel, but as described above, 10% by volume is used in the present invention.
The following retained austenite is acceptable. Although the Ms point can be determined by laboratory measurement, there is usually no practical problem even if the approximate calculation is performed by the following equation. Ms (℃) = 550-361 × C-39Mn-35V-20Cr-17Ni-10Cu
-5 (Mo + W)

【0030】焼き入れ処理後、1200〜2300MP
a程度の強度を得るように、強度調整を目的として焼き
戻し処理を実施する。焼き戻し処理での最高到達温度T
(絶対温度K)、加熱開始から冷却開始までの時間を示
す加熱時間t(hr)については、常法のように、T=
573〜873の範囲で、λ=T×(20+log t)が
概ね下記式を満足するように設定すればよい。1000
0≦λ≦18000
After the quenching treatment, 1200 to 2300MP
A tempering process is performed for the purpose of strength adjustment so as to obtain a strength of about a. Maximum temperature T during tempering
(Absolute temperature K) and heating time t (hr) indicating the time from the start of heating to the start of cooling, as in a conventional method, T =
In the range of 573 to 873, λ = T × (20 + log t) may be set so as to substantially satisfy the following expression. 1000
0 ≦ λ ≦ 18000

【0031】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明するが、本発明はかかる実施例によって限定的に
解釈されるものではない。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not construed as being limited to such examples.

【0032】[0032]

【実施例】実施例1 表1および表2に示す成分の鋼を実験的に溶製し、その
鋳造片に熱間加工を施して直径16mm、長さ150m
mの丸棒材を得た。これらの試験材に表3に示す条件に
て熱処理を施した。加熱は大気炉で行い、焼入れは油冷
(70℃)とした。焼き戻しにはソルトバスを用いた。
焼き戻しの処理時間(試験材をソルトバスに投入してか
らから取り出すまでの時間)は全て1hrとした。な
お、表1および2には各鋼のMs点、A1点、Acm点
を、表2にはフェライト、パーライトが生成しない臨界
冷却速度も併せて示した。
EXAMPLES Example 1 Steels having the components shown in Tables 1 and 2 were experimentally melted, and the cast pieces were subjected to hot working to obtain a diameter of 16 mm and a length of 150 m.
m round bar material was obtained. These test materials were heat-treated under the conditions shown in Table 3. Heating was performed in an air furnace, and quenching was oil-cooled (70 ° C.). A salt bath was used for tempering.
The tempering processing time (the time from when the test material was put into the salt bath until it was taken out) was all set to 1 hr. Tables 1 and 2 also show the Ms point, A1 point, and Acm point of each steel, and Table 2 also shows the critical cooling rate at which ferrite and pearlite are not formed.

【0033】得られた試料の一部を組織観察用試験片
に、一部を靭性評価用の試験片に加工した。組織観察用
試験片を用いて旧オーステナイト粒径および未溶解炭化
物個数の測定を行うと共に組織の全体観察を行い、残留
オーステナイト量を測定した。一方、靭性評価用試験片
を用いて、強度の指標となるロックウェルCスケール硬
さ(HRC)および靭性評価特性値として陰極チャージ
寿命(陰極CH寿命)を測定した。陰極CH寿命は4点
曲げ−陰極チャージ試験における破断寿命を意味する。
A part of the obtained sample was processed into a test piece for structure observation, and a part was processed into a test piece for evaluating toughness. The grain size of the prior austenite and the number of undissolved carbides were measured using the test piece for structure observation, and the entire structure was observed to measure the amount of retained austenite. On the other hand, using a test piece for evaluating toughness, a Rockwell C scale hardness (HRC) as an index of strength and a cathode charge life (cathode CH life) as a toughness evaluation characteristic value were measured. Cathode CH life means the rupture life in a 4-point bending-cathode charge test.

【0034】前記旧オーステナイト粒径の測定は、JI
S G0551に規定される「鋼のオーステナイト結晶
粒度試験方法」を参考として、焼き戻し処理後の試料の
表面を鏡面研磨した後、ピクリン酸アルコール溶液を塗
布して組織を現出させた後、光学顕微鏡にて倍率400
倍で任意の位置から4枚の組織写真を撮影し、各写真と
もJIS G0551附属書4に示された直線交差線分
法によって平均切片長さを求め、これを旧オーステナイ
ト粒径とした。
The measurement of the prior austenite grain size is performed according to JI
With reference to “Austenitic grain size test method of steel” specified in SG0551, the surface of the sample after tempering was mirror-polished, and a picric acid alcohol solution was applied to make the structure appear, and Magnification 400 under microscope
Four tissue photographs were taken from an arbitrary position at a magnification of 2, and the average section length of each photograph was determined by the linear intersection line segmentation method shown in Appendix 4 of JIS G0551, and this was taken as the prior austenite grain size.

【0035】前記未溶解炭化物個数の測定は、焼き戻し
処理後の試料の表面を湿式研磨にて鏡面研磨した後、酸
化皮膜が形成されないように乾燥させることなくそのま
ま5%ナイタールに2秒間浸漬し、得られた被顕組織面
をSEM(使用機種:日立製FE−SEM、機種名S−
4500)にて加速電圧20kV、倍率5000倍で自
動露光にてポラロイド(登録商標)写真を撮影し、得ら
れた写真(視野2300μm2 )をスキャナーにて取り
込み(使用機種:EPSON社製EP2000、メージ
取り込み用ソフト:EP Scan! II32、取り
込み条件:256色グレー,中間調なし,ドロップアウ
トなし,高品位品質,解像度120dpi)、取り込ん
だ画像を画像解析ソフト(The Proven Solution社製、I
mage Pro Plus ver. 4.0.0.11)にてSEM写真上にて
白い粒子として認識される炭化物をカウントさせ、アス
ペクト比として楕円長短軸比の逆数が0.8以上かつ粒径
として直径(平均)が0.3〜0.6μm のものをカウ
ントした。 なお、個数測定に供した組織写真(試料No.
5)の一例を図3に示す。
The number of undissolved carbides was measured by subjecting the surface of the tempered sample to mirror polishing by wet polishing, and then immersing the sample in 5% nital for 2 seconds without drying so as not to form an oxide film. The obtained tissue surface to be exposed is SEM (model used: Hitachi FE-SEM, model name S-
4500), a Polaroid (registered trademark) photograph was taken by an automatic exposure at an acceleration voltage of 20 kV and a magnification of 5,000 times, and the obtained photograph (field of view: 2300 μm 2 ) was taken in with a scanner (model used: EP2000, manufactured by EPSON, Inc.) Capture software: EP Scan! II32, capture conditions: 256 color gray, no halftone, no dropout, high quality, resolution 120 dpi), and captured image analysis software (The Proven Solution, I
With mage Pro Plus ver. 4.0.0.11), the carbides recognized as white particles on the SEM photograph were counted, and the reciprocal of the ratio of the major axis to the minor axis was 0.8 or more as the aspect ratio, and the diameter (average) was 0. Those having a size of 3 to 0.6 μm were counted. In addition, the structure photograph (sample No.
FIG. 3 shows an example of 5).

【0036】残留オーステナイト量の測定は、X線回折
によって求めた。X線回折装置としてRAD−RU30
0(理学電機製)を用い、X線源としてCoKαを用
い、強度を40kV−200mAとして測定した。定量
にはお互い重なりのないピークとして、α−Feに(2
00)、γ−Feに(200)の各ピークを選択した。
また、配向を除くため、試料に回転と揺動をかけて測定
した。定量用に測定したそれぞれのデータを用いて積分
強度計算を行い、ピークの積分強度を求めた。求めたピ
ーク強度を用いて下記式により残留γ量を計算した。 Vγ=1/((Iα/Iγ)×K+1)×100(vol
%) ここに、Vγ はγ−Feの体積濃度( vol%)、Iα
はα−Fe(200)のピーク強度、Iγ はγ−Fe
(200)のピーク強度である。また、Kは組み合わせ
たピークに対する定数で、K=2.3616である。
The amount of retained austenite was measured by X-ray diffraction. RAD-RU30 as X-ray diffractometer
0 (manufactured by Rigaku Denki), CoKα was used as the X-ray source, and the intensity was measured at 40 kV-200 mA. For the quantification, α-Fe (2
00) and each peak of (200) was selected for γ-Fe.
In addition, in order to remove the orientation, the measurement was performed while rotating and rocking the sample. The integrated intensity was calculated using each data measured for quantification, and the integrated intensity of the peak was determined. Using the obtained peak intensity, the residual γ amount was calculated by the following equation. = 1 / (( / ) × K + 1) × 100 (vol
%) Where is the volume concentration of γ-Fe (vol%),
Is the peak intensity of α-Fe (200), and I γ is γ-Fe
(200) is the peak intensity. K is a constant for the combined peak, and K = 2.3616.

【0037】硬度HRCの測定は、試料表面を湿式機械
研磨した後、4点を測定し、その平均を求めた。
The hardness HRC was measured at four points after wet mechanical polishing of the sample surface, and the average was determined.

【0038】前記4点曲げ−陰極チャージ試験は以下の
要領によって実施された。先ず、焼き戻し後の試料か
ら、放電加工により長さ60mm、幅15mm、厚さ
1.5mmの板状試験片を切出し、図1に示すように、
治具1にて試験片2を曲げ応力1400MPaで4点に
て拘束する。この試験片2を装着した治具1を0.5m
ol/リットルの硫酸と0.01mol/リットルのK
SCNとの混合液に浸し、陽極に白金電極を用い、陰極
電位−700mVを付加することで、試験片に電気化学
的に水素を供給する。電位付与後、曲げ応力を与えた試
験片が破断するまでの時間を測定する。寿命1000s
ecを超えるものが、高強度高靭性鋼として実用に適す
ることから、寿命1000secを合否判定基準とし
た。なお、靭性の評価は、ばね用鋼材、ボルト用鋼材の
場合、シャルピ衝撃試験のような動的な靭性や、薄板に
みられるTS(引張強さ)×EL(伸び)で示される靭
性ではなく、破壊靭性値KIC、JICが評価に適してい
る。しかし、寸法効果があるため正確なKIC、JICを測
定することは困難であるので、本実施例においても、靭
性の評価として、(社)日本鉄鋼協会講演大会概要集C
AMP−ISIJ Vol.11(1988)−p.4
95に記載されているように、4点曲げ−陰極CH寿命
によって靭性を評価することとした。
The four-point bending-cathode charge test was performed as follows. First, a plate-shaped test piece having a length of 60 mm, a width of 15 mm, and a thickness of 1.5 mm was cut out from the tempered sample by electric discharge machining, and as shown in FIG.
The test piece 2 is restrained at four points by a jig 1 at a bending stress of 1400 MPa. The jig 1 to which the test piece 2 is attached is 0.5 m
ol / liter sulfuric acid and 0.01 mol / liter K
The test piece is electrochemically supplied with hydrogen by immersing it in a mixed solution with SCN, using a platinum electrode as the anode, and applying a cathode potential of -700 mV. After the potential is applied, the time until the test piece subjected to bending stress is broken is measured. Life 1000s
Since those exceeding ec are suitable for practical use as high-strength and high-toughness steel, a life of 1000 sec was determined as a pass / fail judgment criterion. In the case of steel for springs and steel for bolts, the evaluation of toughness is not the dynamic toughness such as the Charpy impact test, nor the toughness shown by TS (tensile strength) × EL (elongation) found in thin plates. , Fracture toughness values K IC and J IC are suitable for evaluation. However, the exact K IC because there is a size effect, since it is difficult to measure the J IC, also in the present embodiment, as the evaluation of the toughness, the Japan Iron and Steel Institute lecture tournament Overview Collection C
AMP-ISIJ Vol. 11 (1988) -p. 4
As described in No. 95, toughness was determined by four-point bending-cathode CH life.

【0039】これらの測定結果を表3に併せて示す。ま
た、硬度HRC(強度の代用)と陰極CH寿命との関係
を整理したグラフを図2に示す。組織の全体観察による
組織構成については、本発明の試料No. 1〜14につい
て、No. 1〜12は組織全体がほぼ焼き戻しマルテンサ
イトで占められたが、No. 13は焼き戻しマルテンサイ
トの他、体積率で残留オーステナイトが8%程度、No.
14は残留オーステナイトが3%程度観察された。ま
た、No. 15は残留オーステナイトが14%程度観察さ
れた比較例である。
Table 3 also shows the results of these measurements. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the hardness HRC (a substitute for strength) and the cathode CH life. Regarding the structure of the sample by the whole observation of the structure, with respect to the samples Nos. 1 to 14 of the present invention, in Nos. 1 to 12, the whole structure was almost entirely occupied by tempered martensite, while in No. 13 was the tempered martensite. In addition, retained austenite is about 8% by volume,
In No. 14, about 3% of retained austenite was observed. No. 15 is a comparative example in which about 14% of retained austenite was observed.

【0040】[0040]

【表1】 [Table 1]

【0041】[0041]

【表2】 [Table 2]

【0042】[0042]

【表3】 [Table 3]

【0043】表3および図2より、本発明の成分系の鋼
を用い、かつ旧オーステナイト粒径、未溶解炭化物個数
が本発明条件に合致するNo. 1〜No. 14の試料は、靭
性の指標となる陰極CH寿命が1000秒を超える良好
な靭性を有することがわかる。しかし、本発明の組織、
成分から外れる鋼材(鋼No. 15〜41)を用いた鋼で
は最長でも540秒未満であり、高靭性が得られていな
い。
As shown in Table 3 and FIG. 2, the samples of No. 1 to No. 14 using the steel of the component system of the present invention and having a prior austenite grain size and the number of undissolved carbides satisfying the conditions of the present invention have the toughness. It can be seen that the cathode CH life as an index has good toughness exceeding 1000 seconds. However, the organization of the present invention,
In the case of steel using steel materials (steel Nos. 15 to 41) deviating from the components, the maximum is less than 540 seconds, and high toughness is not obtained.

【0044】実施例2 下記の本発明成分を満足する鋼を実施例1と同様の手法
で溶製し、その鋳造片を丸棒材に熱間加工し、得られた
丸棒材に対して表4に示す種々の条件にて焼き入れ、焼
き戻し処理(処理時間1hr)を行い、実施例1と同様
にして、旧オーステナイト粒径、未溶解炭化物個数、H
RC、陰極CH寿命を調べた。得られた結果を表4に併
せて示す。また、HRCと陰極CH寿命との関係を図4
に示す。なお、各試料の組織は焼き戻しマルテンサイト
がほぼ100%であった。 ・鋼成分(mass%、残部Fe) C:0.55%、Si:0.19%、Mn:1.61
%、P:0.008%、S:0.007%、Cr:3.
0%、Al:0.031%、N:0.006%。Ms=2
28.7℃、A1=762℃、Acm=850℃、臨界冷却
速度=3℃/s。
Example 2 A steel satisfying the following components of the present invention was melted in the same manner as in Example 1, and the cast piece was hot-worked into a round bar. Quenching and tempering (treatment time: 1 hr) were performed under various conditions shown in Table 4, and in the same manner as in Example 1, the prior austenite particle size, the number of undissolved carbides, H
The RC and cathode CH lifetimes were examined. Table 4 also shows the obtained results. FIG. 4 shows the relationship between HRC and cathode CH life.
Shown in The structure of each sample was almost 100% of tempered martensite. -Steel component (mass%, balance Fe) C: 0.55%, Si: 0.19%, Mn: 1.61
%, P: 0.008%, S: 0.007%, Cr: 3.%
0%, Al: 0.031%, N: 0.006%. Ms = 2
28.7 ° C., A1 = 762 ° C., Acm = 850 ° C., critical cooling rate = 3 ° C./s.

【0045】[0045]

【表4】 [Table 4]

【0046】表4のNo. 1〜5に示すように、焼き入れ
の際の熱処理条件を適切に制御することで、本発明に規
定する所定の組織が得られ、高強度とともに陰極CH寿
命が1000秒以上の良好な靭性が得られた。一方、本
発明の鋼成分を満足していても、No. 56では焼き入れ
の際の加熱温度が低すぎてオーステナイト化することが
できなかった。また、No. 57のように加熱温度が高す
ぎると、未溶解炭化物が溶解して、炭化物個数が不足
し、260秒程度まで靭性が劣化することがわかる。ま
た、No. 58のように、オーステナイト化の保持時間が
長すぎると、旧オーステナイト粒が粗大化し、やはり靭
性が劣化することがわかる。
As shown in Nos. 1 to 5 in Table 4, by appropriately controlling the heat treatment conditions at the time of quenching, a predetermined structure specified in the present invention can be obtained. Good toughness of 1000 seconds or more was obtained. On the other hand, even if the steel composition of the present invention was satisfied, in No. 56, the heating temperature at the time of quenching was too low to make austenite. When the heating temperature is too high as in No. 57, the undissolved carbide is dissolved, the number of carbides becomes insufficient, and the toughness is deteriorated up to about 260 seconds. Also, as shown in No. 58, when the holding time for austenitization is too long, the prior austenite grains are coarsened and the toughness is also deteriorated.

【0047】[0047]

【発明の効果】本発明の高強度高靭性鋼によれば、0.
8%C以下の所定成分の下、旧オーステナイト粒径のみ
ならず、組織中に所定粒径、個数の未溶解炭化物を分散
析出する組織としたので、焼き戻しマルテンサイトを微
細化することができ、高強度のみならず優れた靭性を備
える。このため、高強度および高靭性が要求される種々
用途の条鋼材、特にボルト用鋼材、ばね用鋼材として好
適に利用される。
According to the high-strength and high-toughness steel of the present invention, it is possible to obtain a steel having a high strength and a high toughness.
Under a predetermined component of 8% C or less, not only the prior austenite particle size but also a structure having a predetermined particle size and the number of undissolved carbides dispersed and precipitated in the structure, so that the tempered martensite can be refined. It has excellent toughness as well as high strength. For this reason, it is suitably used as a strip steel material for various uses requiring high strength and high toughness, particularly a steel material for bolts and a steel material for springs.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】4点曲げ−陰極チャージ試験に供する曲げ応力
付加用治具の断面説明図である。
FIG. 1 is a cross-sectional explanatory view of a jig for applying a bending stress used in a four-point bending-cathode charge test.

【図2】実施例1における強度指標である硬度HRC
と、陰極CH寿命(4点曲げ−陰極チャージ試験により
得られた破断寿命)との関係を示すグラフである。
FIG. 2 shows hardness HRC as a strength index in Example 1.
4 is a graph showing the relationship between the lifetime of a cathode and the lifetime of a cathode CH (rupture lifetime obtained by a four-point bending-cathode charge test).

【図3】実施例1における未溶解炭化物の個数測定に供
した金属組織写真の一例を示す図面代用写真である。
FIG. 3 is a drawing substitute photograph showing an example of a metallographic photograph used for the measurement of the number of undissolved carbides in Example 1.

【図4】実施例2における硬度HRCと陰極CH寿命と
の関係を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between hardness HRC and cathode CH life in Example 2.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 家口 浩 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 Fターム(参考) 3J059 AB20 AD06 BC02  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Hiroshi Ieguchi 1-5-5 Takatsukadai, Nishi-ku, Kobe-shi, Hyogo F-term in Kobe Steel Research Institute, Kobe Research Institute, Ltd. 3J059 AB20 AD06 BC02

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 mass%で、 Mn:0.2%≦Mn≦2.0%、 Cr:Cr≦3.0%かつCr/Mn≦2.5、 C:(0.77−0.12Cr−0.02Mn)%≦C
≦0.8%、 Si:Si≦3.0%、 Al:Al≦0.1%、 P :P≦0.01%、 S :S≦0.03%、 および残部Feを本質的成分として含有し、 焼き戻しマルテンサイトを主体とし、残部が残留オース
テナイトによって構成される組織を有し、旧オーステナ
イト粒の平均粒径が15μm 以下であり、かつ組織中に
短径/長径で表されるアスペクト比が0.8以上で粒径
0.3〜0.6μm の未溶解炭化物を視野2300μm2
中に50個以上有する、高強度高靭性鋼。
1. Mass%, Mn: 0.2% ≦ Mn ≦ 2.0%, Cr: Cr ≦ 3.0% and Cr / Mn ≦ 2.5, C: (0.77-0.12Cr) −0.02 Mn)% ≦ C
≦ 0.8%, Si: Si ≦ 3.0%, Al: Al ≦ 0.1%, P: P ≦ 0.01%, S: S ≦ 0.03%, and the balance Fe as an essential component Containing, having a structure mainly composed of tempered martensite and a balance composed of retained austenite, an average particle diameter of prior austenite grains of 15 μm or less, and an aspect expressed by a minor axis / major axis in the organization field undissolved carbides particle size 0.3~0.6μm ratio is 0.8 or more 2300Myuemu 2
High-strength, high-toughness steel with 50 or more in it.
【請求項2】 さらに、Ni≦2.0%、Mo≦1.0
%、Cu≦1.0%、W≦1.0を満足するNi、M
o、CuおよびWの内の1種以上を含有する請求項1に
記載した高強度高靭性鋼。
2. Ni ≦ 2.0%, Mo ≦ 1.0
%, Cu ≦ 1.0%, Ni, M satisfying W ≦ 1.0
The high-strength and high-toughness steel according to claim 1, containing at least one of o, Cu and W.
【請求項3】 さらに、V≦0.01%、Ti≦0.0
1%、Nb≦0.01%、Hf≦0.01%、Zr≦
0.01%、Ta≦0.01%を満足するV、Ti、N
b、Hf、ZrおよびTaの内の1種以上を含有する請
求項1または2に載した高強度高靭性鋼。
3. V ≦ 0.01%, Ti ≦ 0.0
1%, Nb ≦ 0.01%, Hf ≦ 0.01%, Zr ≦
V, Ti, N satisfying 0.01% and Ta ≦ 0.01%
The high-strength and high-toughness steel according to claim 1 or 2, containing at least one of b, Hf, Zr, and Ta.
【請求項4】 さらに、(Ca+Mg+REM)≦0.
01%を満足するCa、Mg、REMの内の1種以上を
含有する請求項1から3のいずれか1項に載した高強度
高靭性鋼。
4. The method according to claim 1, wherein (Ca + Mg + REM) ≦ 0.
The high-strength and high-toughness steel according to any one of claims 1 to 3, comprising at least one of Ca, Mg, and REM satisfying 01%.
【請求項5】 請求項1から4のいずれか1項に記載さ
れた高強度高靭性鋼によって形成されたボルト用鋼材。
5. A bolt steel material formed of the high-strength and high-toughness steel according to any one of claims 1 to 4.
【請求項6】 請求項1から4のいずれか1項に記載さ
れた高強度高靭性鋼によって形成されたばね用鋼材。
6. A spring steel material formed of the high-strength and high-toughness steel according to any one of claims 1 to 4.
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