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JP2021105203A - Steel for carburized steel components - Google Patents

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JP2021105203A JP2019237585A JP2019237585A JP2021105203A JP 2021105203 A JP2021105203 A JP 2021105203A JP 2019237585 A JP2019237585 A JP 2019237585A JP 2019237585 A JP2019237585 A JP 2019237585A JP 2021105203 A JP2021105203 A JP 2021105203A
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Abstract

【課題】優れた冷間鍛造性を有し、浸炭鋼部品とした場合に、優れた面疲労強度及び優れた耐水素脆化特性が得られる、浸炭鋼部品用鋼材を提供する。【解決手段】本開示の浸炭鋼部品用鋼材は、化学組成が、質量%で、C:0.05〜0.10%未満、Si:0.50〜0.75%、Mn:0.20〜0.55%、S:0.005〜0.050%、Cr:1.30〜2.00%未満、Mo:0.20〜0.40%、B:0.0005〜0.0100%、Al:0.100〜0.150%、Ca:0.0002〜0.0030%、Ti:0.0200%未満、N:0.0080%以下、P:0.050%以下、及び、O:0.0030%以下を含有し、残部はFe及び不純物からなり、明細書中に記載の式(1)〜式(4)を満たす。【選択図】なしPROBLEM TO BE SOLVED: To provide a steel material for a carburized steel part, which has excellent cold forging property and can obtain excellent surface fatigue strength and excellent hydrogen embrittlement resistance when it is used as a carburized steel part. SOLUTION: The steel material for carbonized steel parts of the present disclosure has a chemical composition of mass%, C: 0.05 to less than 0.10%, Si: 0.50 to 0.75%, Mn: 0.20. ~ 0.55%, S: 0.005 to 0.050%, Cr: 1.30 to less than 2.00%, Mo: 0.25 to 0.40%, B: 0.0005 to 0.0100% , Al: 0.100 to 0.150%, Ca: 0.0002 to 0.0030%, Ti: less than 0.0200%, N: 0.0080% or less, P: 0.050% or less, and O : Contains 0.0030% or less, the balance is composed of Fe and impurities, and satisfies the formulas (1) to (4) described in the specification. [Selection diagram] None

Description

本発明は、浸炭鋼部品に用いられる鋼材である浸炭鋼部品用鋼材に関する。 The present invention relates to a steel material for carburized steel parts, which is a steel material used for carburized steel parts.

自動車、建設機械、鉱山機械等には、機械構造用部品が用いられる。機械構造用部品はたとえば、歯車、シャフト、プーリー等である。これらの機械構造用部品には、高い曲げ疲労強度及び高い面疲労強度が求められる。高い曲げ疲労強度及び高い面疲労強度を得るために、機械構造用部品には浸炭鋼部品が使用される場合が多い。 Machine structural parts are used in automobiles, construction machinery, mining machinery, etc. Mechanical structural parts are, for example, gears, shafts, pulleys and the like. These mechanical structural parts are required to have high bending fatigue strength and high surface fatigue strength. In order to obtain high bending fatigue strength and high surface fatigue strength, carburized steel parts are often used as mechanical structural parts.

上述のとおり、機械構造用部品には高い曲げ疲労強度及び高い面疲労強度が要求される。また、機械構造用部品はエンジンオイルや潤滑油等と接触する場合がある。これらの油から機械構造用部品に水素が侵入する場合もある。そこで、機械構造用部品として利用される浸炭鋼部品には、高い面疲労強度だけでなく、高い耐水素脆化特性も求められる場合がある。 As described above, mechanical structural parts are required to have high bending fatigue strength and high surface fatigue strength. In addition, mechanical structural parts may come into contact with engine oil, lubricating oil, or the like. Hydrogen may enter the machine structural parts from these oils. Therefore, carburized steel parts used as machine structural parts may be required to have not only high surface fatigue strength but also high hydrogen embrittlement resistance.

ところで、浸炭鋼部品は、次の工程により製造される。浸炭鋼部品用鋼材に対して、冷間鍛造を実施して、中間部材を製造する。中間部材に対して浸炭処理を実施する。以上の工程により、浸炭鋼部品が製造される。浸炭鋼部品は、表層に形成される浸炭層と、浸炭層よりも内部の芯部とを備える。上述のとおり、浸炭鋼部品の製造工程では、浸炭鋼部品用鋼材に対して冷間鍛造を実施する。そのため、浸炭鋼部品用鋼材には、優れた冷間鍛造性が求められる。 By the way, the carburized steel parts are manufactured by the following steps. Cold forging is performed on the steel material for carburized steel parts to manufacture intermediate members. Carburize the intermediate members. Carburized steel parts are manufactured by the above steps. The carburized steel component includes a carburized layer formed on the surface layer and a core portion inside the carburized layer. As described above, in the manufacturing process of carburized steel parts, cold forging is carried out on the steel material for carburized steel parts. Therefore, the steel material for carburized steel parts is required to have excellent cold forging property.

浸炭鋼部品に関する技術が、国際公開第2012/108460号(特許文献1)、国際公開第2012/108461号(特許文献2)、及び、特開2006−307273号公報(特許文献3)に開示されている。 Techniques related to carburized steel parts are disclosed in International Publication No. 2012/108460 (Patent Document 1), International Publication No. 2012/108461 (Patent Document 2), and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-307273 (Patent Document 3). ing.

特許文献1に開示された浸炭用鋼は、化学成分が、質量%で、C:0.07%〜0.13%、Si:0.0001%〜0.50%、Mn:0.0001%〜0.80%、S:0.0001%〜0.100%、Cr:1.30%超〜5.00%、B:0.0005%〜0.0100%、Al:0.0001%〜1.0%、Ti:0.010%〜0.10%を含有し、N:0.0080%以下、P:0.050%以下、O:0.0030%以下に制限し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、化学成分中の各元素の質量%で示した含有量が、式(1)〜式(3)を満たす。ここで、式(1)〜式(3)は次のとおりである。式(1):0.10<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.078×Al<0.235、式(2):7.5<(0.7×Si+1)×(5.1×Mn+1)×(2.16×Cr+1)<44、式(3):0.004<Ti−N×(48/14)<0.030。この浸炭用鋼は、上述の化学組成を有することにより、冷間鍛造時の限界加工率を高めることができ、さらに、浸炭処理後において、従来鋼と同等の硬化層及び芯部硬さが得られる、と特許文献1には記載されている。 The carbonized steel disclosed in Patent Document 1 has a chemical composition of mass%, C: 0.07% to 0.13%, Si: 0.0001% to 0.50%, Mn: 0.0001%. ~ 0.80%, S: 0.0001% ~ 0.100%, Cr: Over 1.30% ~ 5.00%, B: 0.0005% ~ 0.0100%, Al: 0.0001% ~ It contains 1.0%, Ti: 0.010% to 0.10%, N: 0.0080% or less, P: 0.050% or less, O: 0.0030% or less, and the balance is Fe. And unavoidable impurities, and the content represented by mass% of each element in the chemical component satisfies the formulas (1) to (3). Here, the equations (1) to (3) are as follows. Equation (1): 0.10 <C + 0.194 × Si + 0.065 × Mn + 0.012 × Cr + 0.078 × Al <0.235, Equation (2): 7.5 <(0.7 × Si + 1) × (5) .1 x Mn + 1) x (2.16 x Cr + 1) <44, formula (3): 0.004 <Ti-N x (48/14) <0.030. By having the above-mentioned chemical composition, this carburizing steel can increase the limit processing rate at the time of cold forging, and further, after the carburizing treatment, a hardened layer and core hardness equivalent to those of the conventional steel can be obtained. It is described in Patent Document 1.

特許文献2に開示された浸炭用鋼は、化学成分が、質量%で、C:0.07%〜0.13%、Si:0.0001%〜0.50%、Mn:0.0001%〜0.80%、S:0.0001%〜0.100%、Cr:1.30%超〜5.00%、B:0.0005%〜0.0100%、Al:0.070%〜0.200%、N:0.0030%〜0.0100%を含有し、Ti:0.020%以下、P:0.050%以下、O:0.0030%以下に制限し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、式(1)〜式(3)を満たす。ここで、式(1)〜式(3)は次のとおりである。式(1):0.10<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.078×Al<0.235、式(2):7.5<(0.7×Si+1)×(5.1×Mn+1)×(2.16×Cr+1)<44、式(3)0.0003<Al×(N−Ti×(14/48))<0.0011。この浸炭用鋼は、上述の化学組成を有することにより、冷間鍛造時の限界加工率を高めることができ、さらに、浸炭処理後において、従来鋼と同等の硬化層及び芯部硬さが得られる、と特許文献2には記載されている。 The carbonizing steel disclosed in Patent Document 2 has a chemical composition of mass%, C: 0.07% to 0.13%, Si: 0.0001% to 0.50%, Mn: 0.0001%. ~ 0.80%, S: 0.0001% ~ 0.100%, Cr: Over 1.30% ~ 5.00%, B: 0.0005% ~ 0.0100%, Al: 0.070% ~ It contains 0.200%, N: 0.0030% to 0.0100%, is limited to Ti: 0.020% or less, P: 0.050% or less, O: 0.0030% or less, and the balance is Fe. And unavoidable impurities, satisfying equations (1) to (3). Here, the equations (1) to (3) are as follows. Equation (1): 0.10 <C + 0.194 × Si + 0.065 × Mn + 0.012 × Cr + 0.078 × Al <0.235, Equation (2): 7.5 <(0.7 × Si + 1) × (5) .1 x Mn + 1) x (2.16 x Cr + 1) <44, formula (3) 0.0003 <Al x (N-Ti x (14/48)) <0.0011. By having the above-mentioned chemical composition, this carburizing steel can increase the limit processing rate at the time of cold forging, and further, after the carburizing treatment, a hardened layer and core hardness equivalent to those of the conventional steel can be obtained. It is described in Patent Document 2.

特許文献3に開示された肌焼き用鋼は、質量%で、C:0.05〜0.30%、Si:0.05〜2.0%、Mn:0.2〜2.0%、S:0.002〜0.2%、N:0.003〜0.030%、Al:0.01〜0.12%、Nb:0.01〜0.20%、Ti:0.005〜0.12%、を含み、残部は実質的にFeよりなる鋼からなり、横断面内におけるビッカース硬さの平均値が180以下で、且つビッカース硬さの標準偏差の最大値が5以下である。この肌焼き用鋼は、耐結晶粒粗大化特性と冷間加工性とに優れる、と特許文献3には記載されている。 The skin-baking steel disclosed in Patent Document 3 has a mass% of C: 0.05 to 0.30%, Si: 0.05 to 2.0%, Mn: 0.2 to 2.0%, S: 0.002-0.2%, N: 0.003 to 0.030%, Al: 0.01 to 0.12%, Nb: 0.01 to 0.20%, Ti: 0.005 to It contains 0.12%, the balance is made of steel substantially composed of Fe, the average value of Vickers hardness in the cross section is 180 or less, and the maximum value of the standard deviation of Vickers hardness is 5 or less. .. Patent Document 3 describes that this skin-baking steel is excellent in grain coarsening resistance and cold workability.

国際公開第2012/108460号International Publication No. 2012/108460 国際公開第2012/108461号International Publication No. 2012/108461 特開2006−307273号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-307273

ところで、上述のとおり、浸炭鋼部品には、高い曲げ疲労強度及び面疲労強度が求められる。曲げ疲労強度は、芯部硬さに代替できることが知られている。浸炭鋼部品の芯部硬さが高ければ、曲げ疲労強度が高まる。浸炭鋼部品はさらに、高い芯部硬さ及び面疲労強度だけでなく、耐水素脆化特性も求められる場合がある。特許文献1〜特許文献3では、優れた冷間鍛造性を有し、かつ、浸炭鋼部品とした場合に芯部硬さが高く、優れた面疲労強度が得られ、かつ、優れた耐水素脆化特性が得られる鋼材については、検討されていない。 By the way, as described above, carburized steel parts are required to have high bending fatigue strength and surface fatigue strength. It is known that bending fatigue strength can be replaced by core hardness. The higher the core hardness of the carburized steel part, the higher the bending fatigue strength. Carburized steel parts may also be required to have hydrogen embrittlement resistance as well as high core hardness and surface fatigue strength. In Patent Documents 1 to 3, patent documents 1 to 3 have excellent cold forging properties, high core hardness when carburized steel parts are used, excellent surface fatigue strength, and excellent hydrogen embrittlement resistance. Steel materials that can obtain brittle properties have not been studied.

本開示の目的は、優れた冷間鍛造性を有し、浸炭鋼部品とした場合に芯部硬さが高く、優れた面疲労強度が得られ、かつ、優れた耐水素脆化特性が得られる、浸炭鋼部品用鋼材を提供することである。 An object of the present disclosure is to have excellent cold forging property, high core hardness when used as a carburized steel part, excellent surface fatigue strength, and excellent hydrogen embrittlement resistance. Is to provide steel materials for carburized steel parts.

本開示による浸炭鋼部品用鋼材は、
化学組成が、質量%で、
C:0.05〜0.10%未満、
Si:0.50〜0.75%、
Mn:0.20〜0.55%、
S:0.005〜0.050%、
Cr:1.30〜2.00%未満、
Mo:0.20〜0.40%、
B:0.0005〜0.0100%、
Al:0.100〜0.150%、
Ca:0.0002%〜0.0030%、
Ti:0.0200%未満、
N:0.0080%以下、
P:0.050%以下、及び、
O:0.0030%以下を含有し、残部はFe及び不純物からなり、式(1)〜式(4)を満たす。
0.195<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.033×Mo+0.067×Ni+0.097×Cu+0.078×Al<0.235 (1)
0.0003<Al×(N−Ti×(14/48))<0.0011 (2)
Si/Mn>1.00 (3)
0.070<C/Si<0.180 (4)
ここで、式(1)〜(4)の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
The steel materials for carburized steel parts according to the present disclosure are
The chemical composition is mass%,
C: 0.05 to less than 0.10%,
Si: 0.50 to 0.75%,
Mn: 0.25 to 0.55%,
S: 0.005 to 0.050%,
Cr: 1.30 to less than 2.00%,
Mo: 0.25 to 0.40%,
B: 0.0005 to 0.0100%,
Al: 0.1000 to 0.150%,
Ca: 0.0002% to 0.0030%,
Ti: less than 0.0200%,
N: 0.0080% or less,
P: 0.050% or less, and
O: Contains 0.0030% or less, and the balance is composed of Fe and impurities, and satisfies the formulas (1) to (4).
0.195 <C + 0.194 x Si + 0.065 x Mn + 0.012 x Cr + 0.033 x Mo + 0.067 x Ni + 0.097 x Cu + 0.078 x Al <0.235 (1)
0.0003 <Al × (N-Ti × (14/48)) <0.0011 (2)
Si / Mn> 1.00 (3)
0.070 <C / Si <0.180 (4)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol of the formulas (1) to (4).

本開示による浸炭鋼部品用鋼材は、優れた冷間鍛造性を有し、浸炭鋼部品とした場合に芯部硬さが高く、優れた面疲労強度が得られ、かつ、優れた耐水素脆化特性が得られる。 The steel material for carburized steel parts according to the present disclosure has excellent cold forging properties, has a high core hardness when used as a carburized steel part, has excellent surface fatigue strength, and has excellent hydrogen embrittlement resistance. Chemical characteristics can be obtained.

図1は、実施例におけるローラピッチング試験で使用した小ローラ試験片の側面図である。FIG. 1 is a side view of a small roller test piece used in the roller pitching test in the examples. 図2は、小ローラ試験片に実施した浸炭処理のヒートパターン図である。FIG. 2 is a heat pattern diagram of the carburizing treatment performed on the small roller test piece. 図3は、実施例におけるローラピッチング試験で使用した大ローラの正面図である。FIG. 3 is a front view of the large roller used in the roller pitching test in the embodiment. 図4は、面疲労強度試験に使用した、環状Vノッチ試験片の側面図である。FIG. 4 is a side view of the annular V-notch test piece used in the surface fatigue strength test.

本発明者らは、優れた冷間鍛造性を有し、浸炭鋼部品とした場合に優れた面疲労強度及び優れた耐水素脆化特性が得られる、浸炭鋼部品用鋼材について検討を行った。その結果、本発明者らは、次の知見を得た。 The present inventors have studied a steel material for carburized steel parts, which has excellent cold forging properties and can obtain excellent surface fatigue strength and excellent hydrogen embrittlement resistance when used as carburized steel parts. .. As a result, the present inventors obtained the following findings.

[化学組成について]
C含有量が低いほど、浸炭鋼部品用鋼材の冷間鍛造性を高めることができる。しかしながら、C含有量が低すぎれば、冷間鍛造及び浸炭処理を実施して製造された浸炭鋼部品の芯部硬さが低下する。さらに、Bは、鋼材中に固溶して鋼材の焼入れ性を高め、浸炭鋼部品の芯部の硬さを高める。さらに、Siは、浸炭鋼部品の芯部硬さを高め、かつ、焼き戻し軟化抵抗を高めて、面疲労強度を高める。そこで、浸炭鋼部品用鋼材の化学組成を、質量%で、C:0.05〜0.10%未満、Si:0.50〜0.75%、Mn:0.20〜0.55%、S:0.005〜0.050%、Cr:1.30〜2.00%未満、Mo:0.20〜0.40%、B:0.0005〜0.0100%、Al:0.100〜0.150%、Ca:0.0002%〜0.0030%、Ti:0.0200%未満、N:0.0080%以下、P:0.050%以下、及び、O:0.0030%以下を含有し、残部はFe及び不純物からなる化学組成とすれば、十分な冷間鍛造性が得られ、かつ、浸炭鋼部品とした場合、高い芯部硬さが得られ、かつ、高い面疲労強度が得られる可能性がある。
[Chemical composition]
The lower the C content, the higher the cold forging property of the steel material for carburized steel parts. However, if the C content is too low, the core hardness of the carburized steel parts manufactured by performing cold forging and carburizing treatment will decrease. Further, B dissolves in the steel material to improve the hardenability of the steel material and enhances the hardness of the core portion of the carburized steel part. Further, Si increases the hardness of the core of the carburized steel part, increases the temper softening resistance, and enhances the surface fatigue strength. Therefore, the chemical composition of the steel material for carburized steel parts is determined by mass%, C: 0.05 to less than 0.10%, Si: 0.50 to 0.75%, Mn: 0.25 to 0.55%. S: 0.005 to 0.050%, Cr: 1.30 to less than 2.00%, Mo: 0.25 to 0.40%, B: 0.0005 to 0.0100%, Al: 0.100 ~ 0.150%, Ca: 0.0002% ~ 0.0030%, Ti: less than 0.0200%, N: 0.0080% or less, P: 0.050% or less, and O: 0.0030% If the chemical composition contains the following and the balance is composed of Fe and impurities, sufficient cold forging property can be obtained, and in the case of carburized steel parts, high core hardness can be obtained and a high surface can be obtained. Fatigue strength may be obtained.

[式(1)について]
しかしながら、化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であっても、依然として冷間鍛造性が低かったり、芯部硬さが低かったりする場合があった。そこで、本発明者らがさらに検討した結果、上述の化学組成においてさらに、次の式(1)を満たせば、冷間鍛造性の低下を抑制しつつ、浸炭処理後の浸炭鋼部品において、十分な芯部硬さを得ることができることが判明した。
0.195<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.033×Mo+0.067×Ni+0.097×Cu+0.078×Al<0.235 (1)
ここで、式(1)の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
[About equation (1)]
However, even if the content of each element in the chemical composition is within the above range, the cold forging property may still be low or the core hardness may be low. Therefore, as a result of further studies by the present inventors, if the above-mentioned chemical composition further satisfies the following formula (1), it is sufficient for the carburized steel parts after the carburizing treatment while suppressing the deterioration of the cold forging property. It was found that a good core hardness can be obtained.
0.195 <C + 0.194 x Si + 0.065 x Mn + 0.012 x Cr + 0.033 x Mo + 0.067 x Ni + 0.097 x Cu + 0.078 x Al <0.235 (1)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol of the formula (1).

[式(2)について]
面疲労強度を高めるためにはさらに、浸炭処理の加熱時におけるオーステナイト結晶粒の粗大化を抑制することが有効である。鋼材中にAlNが微細に分散析出すれば、ピンニング効果により、浸炭処理の加熱時のオーステナイト結晶粒の粗大化を十分に抑制できる。そこで、本発明者らは、Nと結合する元素であるTi及びAlを考慮して、化学量論的観点から、オーステナイト結晶粒の粗大化を有効に抑制する方法を検討した。その結果、浸炭鋼部品用鋼材中のAl含有量、N含有量及びTi含有量が、式(2)を満たせば、面疲労強度がさらに高まることが判明した。
0.0003<Al×(N−Ti×(14/48))<0.0011 (2)
ここで、式(2)の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
[About equation (2)]
In order to increase the surface fatigue strength, it is further effective to suppress the coarsening of austenite crystal grains during heating of the carburizing treatment. If AlN is finely dispersed and precipitated in the steel material, coarsening of austenite crystal grains during heating in the carburizing treatment can be sufficiently suppressed due to the pinning effect. Therefore, the present inventors have investigated a method for effectively suppressing the coarsening of austenite crystal grains from a stoichiometric point of view, considering Ti and Al, which are elements that bind to N. As a result, it was found that the surface fatigue strength is further increased if the Al content, N content and Ti content in the steel material for carburized steel parts satisfy the formula (2).
0.0003 <Al × (N-Ti × (14/48)) <0.0011 (2)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol of the formula (2).

浸炭鋼部品用鋼材の化学組成中のAl含有量、Ti含有量及びN含有量が式(2)を満たせば、浸炭鋼部品の面疲労強度が高まる。その理由として、次の理由が考えられる。式(2)を満たす場合、十分なAlNが微細分散して、ピンニング効果により、浸炭処理の加熱時のオーステナイト結晶粒の異常粒成長を抑制する。そのため、浸炭鋼部品の芯部において、十分な硬さが得られる。その結果、浸炭鋼部品において、十分な面疲労強度が得られる。 If the Al content, Ti content and N content in the chemical composition of the steel material for carburized steel parts satisfy the formula (2), the surface fatigue strength of the carburized steel parts is increased. The following reasons can be considered as the reason. When the formula (2) is satisfied, sufficient AlN is finely dispersed, and the abnormal grain growth of austenite crystal grains during heating of the carburizing treatment is suppressed by the pinning effect. Therefore, sufficient hardness can be obtained at the core of the carburized steel part. As a result, sufficient surface fatigue strength can be obtained for carburized steel parts.

[式(3)について]
本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材では、浸炭鋼部品での優れた耐水素脆化特性も求められる。そこで、本発明者らは、上記化学組成において、耐水素脆化特性をより高める方法について検討を行った。耐水素脆化特性を高めるためには、鋼材中の介在物の微細化が有効である。鋼材の外部から侵入した水素は、鋼材中の介在物にトラップされやすい。介在物が粗大であればトラップされる水素量が少なくなる。その結果、水素脆化割れが発生しやすくなる。介在物を微細化すれば、トラップされる水素量が増加する。その結果、耐水素脆化特性が高まる。
[About equation (3)]
The steel material for carburized steel parts of the present embodiment is also required to have excellent hydrogen embrittlement resistance in carburized steel parts. Therefore, the present inventors have studied a method for further enhancing the hydrogen embrittlement resistance property in the above chemical composition. In order to enhance the hydrogen embrittlement resistance, it is effective to miniaturize the inclusions in the steel material. Hydrogen that has entered from the outside of the steel material is easily trapped by inclusions in the steel material. If the inclusions are coarse, the amount of hydrogen trapped will be small. As a result, hydrogen embrittlement cracks are likely to occur. Miniaturizing inclusions increases the amount of hydrogen trapped. As a result, the hydrogen embrittlement resistance is enhanced.

そこで、本発明者らは、介在物を微細化する方法を、化学組成の観点から検討した。その結果、上記化学組成において、Mn含有量に対するSi含有量の比(=Si/Mn)が式(3)を満たせば、浸炭鋼部品の耐水素脆化特性が高まることを見出した。
Si/Mn>1.00 (3)
ここで、式(3)の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
Therefore, the present inventors have investigated a method for refining inclusions from the viewpoint of chemical composition. As a result, it was found that in the above chemical composition, if the ratio of the Si content to the Mn content (= Si / Mn) satisfies the formula (3), the hydrogen embrittlement resistance property of the carburized steel part is enhanced.
Si / Mn> 1.00 (3)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol of the formula (3).

式(3)を満たせば浸炭鋼部品の耐水素脆化特性が高まる理由は定かではないが、次の理由が考えられる。式(3)を満たせば、鋼材中の介在物として、複合介在物であるMnO−SiO2が生成しやすくなる。MnO−SiO2は軟質であり、熱間加工時に分断されて微細化される。介在物が微細化することにより、水素のトラップサイトが増加して、水素のトラップ量が増加する。その結果、浸炭鋼部品の耐水素脆化特性が高まる。 The reason why the hydrogen embrittlement resistance of carburized steel parts is enhanced if the formula (3) is satisfied is not clear, but the following reasons can be considered. If the formula (3) is satisfied, MnO-SiO 2 which is a composite inclusion is easily generated as an inclusion in the steel material. MnO-SiO 2 is soft and is divided and refined during hot working. As the inclusions become finer, the number of hydrogen trap sites increases, and the amount of hydrogen trapped increases. As a result, the hydrogen embrittlement resistance of carburized steel parts is enhanced.

[式(4)について]
上述のとおり、本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材では、C含有量を0.05〜0.10%未満に抑えて冷間鍛造性を高めつつ、Si含有量を0.50〜0.75%まで高めて、浸炭鋼部品の面疲労強度を高める。しかしながら、式(1)〜式(3)を満たす化学組成の浸炭鋼部品用鋼材であっても、依然として、面疲労強度が低下したり、十分な冷間鍛造性が得られなかったりする場合があった。そこで、本発明者らはさらに検討を行った。その結果、式(1)〜式(3)を満たす上記化学組成であって、さらに、C含有量及びSi含有量が式(4)を満たせば、優れた冷間鍛造性が得られ、かつ、浸炭鋼部品とした場合に優れた面疲労強度及び優れた耐水素脆化性が得られることを見出した。
0.070<C/Si<0.180 (4)
ここで、式(4)の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
[About equation (4)]
As described above, in the steel material for carburized steel parts of the present embodiment, the C content is suppressed to less than 0.05 to 0.10% to improve the cold forging property, and the Si content is 0.50 to 0.75. Increase to% to increase the surface fatigue strength of carburized steel parts. However, even if the steel material for carburized steel parts has a chemical composition satisfying the formulas (1) to (3), the surface fatigue strength may still be lowered or sufficient cold forging property may not be obtained. there were. Therefore, the present inventors further investigated. As a result, if the chemical composition satisfies the formulas (1) to (3) and the C content and the Si content satisfy the formula (4), excellent cold forging property can be obtained and the cold forging property can be obtained. , It was found that excellent surface fatigue strength and excellent hydrogen embrittlement resistance can be obtained when carburized steel parts are used.
0.070 <C / Si <0.180 (4)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol of the formula (4).

以上の知見に基づいて完成した本実施形態による浸炭鋼部品用鋼材は、次の構成を有する。 The steel material for carburized steel parts according to the present embodiment completed based on the above findings has the following constitution.

[1]
化学組成が、質量%で、
C:0.05〜0.10%未満、
Si:0.50〜0.75%、
Mn:0.20〜0.55%、
S:0.005〜0.050%、
Cr:1.30〜2.00%未満、
Mo:0.20〜0.40%、
B:0.0005〜0.0100%、
Al:0.100〜0.150%、
Ca:0.0002%〜0.0030%、
Ti:0.0200%未満、
N:0.0080%以下、
P:0.050%以下、及び、
O:0.0030%以下を含有し、残部はFe及び不純物からなり、式(1)〜式(4)を満たす、
浸炭鋼部品用鋼材。
0.195<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.033×Mo+0.067×Ni+0.097×Cu+0.078×Al<0.235 (1)
0.0003<Al×(N−Ti×(14/48))<0.0011 (2)
Si/Mn>1.00 (3)
0.070<C/Si<0.180 (4)
ここで、式(1)〜(4)の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
[1]
The chemical composition is mass%,
C: 0.05 to less than 0.10%,
Si: 0.50 to 0.75%,
Mn: 0.25 to 0.55%,
S: 0.005 to 0.050%,
Cr: 1.30 to less than 2.00%,
Mo: 0.25 to 0.40%,
B: 0.0005 to 0.0100%,
Al: 0.1000 to 0.150%,
Ca: 0.0002% to 0.0030%,
Ti: less than 0.0200%,
N: 0.0080% or less,
P: 0.050% or less, and
O: Contains 0.0030% or less, the balance is composed of Fe and impurities, and satisfies the formulas (1) to (4).
Steel material for carburized steel parts.
0.195 <C + 0.194 x Si + 0.065 x Mn + 0.012 x Cr + 0.033 x Mo + 0.067 x Ni + 0.097 x Cu + 0.078 x Al <0.235 (1)
0.0003 <Al × (N-Ti × (14/48)) <0.0011 (2)
Si / Mn> 1.00 (3)
0.070 <C / Si <0.180 (4)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol of the formulas (1) to (4).

[2]
[1]に記載の浸炭鋼部品用鋼材であって、
前記化学組成は、
Nb:0.100%以下、
V:0.200%以下、
Ni:0.500%以下、及び、
Cu:0.500%以下、
からなる群から選択される1元素以上を含有する、
浸炭鋼部品用鋼材。
[2]
The steel material for carburized steel parts according to [1].
The chemical composition is
Nb: 0.100% or less,
V: 0.200% or less,
Ni: 0.500% or less and
Cu: 0.500% or less,
Contains one or more elements selected from the group consisting of
Steel material for carburized steel parts.

以下、本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材の詳細を説明する。本明細書において、元素に関する「%」は、特に断りがない限り、質量%を意味する。 Hereinafter, the details of the steel material for carburized steel parts of the present embodiment will be described. In the present specification, "%" for an element means mass% unless otherwise specified.

[浸炭鋼部品用鋼材の化学組成]
本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材の化学組成は、次の元素を含有する。
[Chemical composition of steel materials for carburized steel parts]
The chemical composition of the steel material for carburized steel parts of the present embodiment contains the following elements.

C:0.05〜0.10%未満
炭素(C)は、浸炭鋼部品の芯部の硬さを高め、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度を高める。C含有量が0.05%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、浸炭鋼部品の芯部の硬さが低下して、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が低下する。一方、C含有量が0.10%以上であれば、浸炭鋼部品用鋼材の冷間鍛造性が低下する。したがって、C含有量は0.05〜0.10%未満である。C含有量の好ましい下限は0.06%であり、さらに好ましくは0.07%である。C含有量の好ましい上限は0.09%であり、さらに好ましくは0.08%である。
C: 0.05 to less than 0.10% Carbon (C) increases the hardness of the core of the carburized steel part and increases the bending fatigue strength of the carburized steel part. When the C content is less than 0.05%, the hardness of the core of the carburized steel part decreases and the bending fatigue of the carburized steel part decreases even if the other element content is within the range of this embodiment. The strength decreases. On the other hand, when the C content is 0.10% or more, the cold forging property of the steel material for carburized steel parts is lowered. Therefore, the C content is less than 0.05 to 0.10%. The lower limit of the C content is preferably 0.06%, more preferably 0.07%. The preferred upper limit of the C content is 0.09%, more preferably 0.08%.

Si:0.50〜0.75%
シリコン(Si)は、浸炭鋼部品の芯部の硬さを高める。Siはさらに、焼戻し軟化抵抗を高め、浸炭鋼部品の面疲労強度を高める。具体的には、使用中の浸炭鋼部品が他の部品と接触する場合、浸炭鋼部品の表層に熱が発生する。Siは焼戻し軟化抵抗を高めるため、熱による浸炭鋼部品の表層の硬さの低下を抑制する。そのため、浸炭鋼部品の面疲労強度が高まる。Si含有量が0.50%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、この効果が十分に得られない。一方、Si含有量が0.75%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、浸炭鋼部品用鋼材の冷間鍛造性が低下する。したがって、Si含有量は0.50〜0.75%である。Si含有量の好ましい下限は0.51%であり、さらに好ましくは0.52%であり、さらに好ましくは0.53%である。Si含有量の好ましい上限は0.73%であり、さらに好ましくは0.71%であり、さらに好ましくは0.69%である。
Si: 0.50 to 0.75%
Silicon (Si) increases the hardness of the core of carburized steel parts. Si also increases temper softening resistance and enhances surface fatigue strength of carburized steel parts. Specifically, when a carburized steel part in use comes into contact with another part, heat is generated on the surface layer of the carburized steel part. Since Si increases temper softening resistance, it suppresses the decrease in hardness of the surface layer of carburized steel parts due to heat. Therefore, the surface fatigue strength of the carburized steel parts is increased. If the Si content is less than 0.50%, this effect cannot be sufficiently obtained even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. On the other hand, if the Si content exceeds 0.75%, the cold forging property of the steel material for carburized steel parts is lowered even if the content of other elements is within the range of this embodiment. Therefore, the Si content is 0.50 to 0.75%. The lower limit of the Si content is preferably 0.51%, more preferably 0.52%, still more preferably 0.53%. The preferred upper limit of the Si content is 0.73%, more preferably 0.71%, still more preferably 0.69%.

Mn:0.20〜0.55%
マンガン(Mn)は、鋼の焼入れ性を高め、浸炭鋼部品の芯部硬さを高める。これにより、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が高まる。Mn含有量が0.20%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Mn含有量が0.55%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、浸炭鋼部品用鋼材の耐水素脆化特性が低下する。したがって、Mn含有量は0.20〜0.55%である。Mn含有量の好ましい下限は0.21%であり、さらに好ましくは0.25%であり、さらに好ましくは0.28%である。Mn含有量の好ましい上限は0.53%であり、さらに好ましくは0.51%であり、さらに好ましくは0.49%であり、さらに好ましくは0.46%であり、さらに好ましくは0.44%である。
Mn: 0.25 to 0.55%
Manganese (Mn) enhances the hardenability of steel and enhances the core hardness of carburized steel parts. This increases the bending fatigue strength of the carburized steel parts. If the Mn content is less than 0.20%, the above effect cannot be sufficiently obtained even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. On the other hand, if the Mn content exceeds 0.55%, the hydrogen embrittlement resistance property of the steel material for carburized steel parts deteriorates even if the content of other elements is within the range of this embodiment. Therefore, the Mn content is 0.25 to 0.55%. The preferable lower limit of the Mn content is 0.21%, more preferably 0.25%, still more preferably 0.28%. The preferred upper limit of the Mn content is 0.53%, more preferably 0.51%, still more preferably 0.49%, still more preferably 0.46%, still more preferably 0.44. %.

S:0.005〜0.050%
硫黄(S)は、鋼中のMnと結合してMnSを形成し、浸炭鋼部品用鋼材の被削性を高める。S含有量が0.005%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、S含有量が0.050%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、MnSが過剰に生成する。この場合、浸炭鋼部品用鋼材の冷間鍛造性が低下する。したがって、S含有量は0.005〜0.050%である。S含有量の好ましい下限は0.006%であり、さらに好ましくは0.008%であり、さらに好ましくは0.010%である。S含有量の好ましい上限は0.040%であり、さらに好ましくは0.030%であり、さらに好ましくは0.025%である。
S: 0.005 to 0.050%
Sulfur (S) combines with Mn in steel to form MnS and enhances machinability of steel materials for carburized steel parts. If the S content is less than 0.005%, the above effect cannot be sufficiently obtained even if the other element content is within the range of the present embodiment. On the other hand, if the S content exceeds 0.050%, MnS is excessively generated even if the other element content is within the range of the present embodiment. In this case, the cold forging property of the steel material for carburized steel parts is lowered. Therefore, the S content is 0.005 to 0.050%. The lower limit of the S content is preferably 0.006%, more preferably 0.008%, still more preferably 0.010%. The preferred upper limit of the S content is 0.040%, more preferably 0.030%, still more preferably 0.025%.

Cr:1.30〜2.00%未満
クロム(Cr)は、鋼の焼入れ性を高め、浸炭鋼部品の芯部硬さを高める。これにより、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が高まる。Cr含有量が1.30%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Cr含有量が2.00%以上であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、浸炭鋼部品用鋼材の冷間鍛造性が低下する。したがって、Cr含有量は1.30〜2.00%未満である。Cr含有量の好ましい下限は1.31%であり、さらに好ましくは1.35%であり、さらに好ましくは1.40%であり、さらに好ましくは1.45%であり、さらに好ましくは1.50%である。Cr含有量の好ましい上限は1.98%であり、さらに好ましくは1.95%であり、さらに好ましくは1.90%である。
Cr: 1.30 to less than 2.00% Chromium (Cr) enhances hardenability of steel and enhances core hardness of carburized steel parts. This increases the bending fatigue strength of the carburized steel parts. If the Cr content is less than 1.30%, the above effect cannot be sufficiently obtained even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. On the other hand, when the Cr content is 2.00% or more, the cold forging property of the steel material for carburized steel parts is lowered even if the content of other elements is within the range of this embodiment. Therefore, the Cr content is less than 1.30 to 2.00%. The lower limit of the Cr content is preferably 1.31%, more preferably 1.35%, still more preferably 1.40%, still more preferably 1.45%, still more preferably 1.50. %. The preferred upper limit of the Cr content is 1.98%, more preferably 1.95%, still more preferably 1.90%.

Mo:0.20〜0.40%
モリブデン(Mo)は鋼の焼入れ性を高め、浸炭鋼部品の芯部硬さを高める。これにより、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が高まる。Mo含有量が0.20%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Mo含有量が0.40%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、浸炭鋼部品用鋼材の冷間鍛造性が低下する。したがって、Mo含有量は0.20〜0.40%である。Mo含有量の好ましい下限は0.21%であり、さらに好ましくは0.22%であり、さらに好ましくは0.23%であり、さらに好ましくは0.24%である。Mo含有量の好ましい上限は0.38%であり、さらに好ましくは0.36%であり、さらに好ましくは0.34%である。
Mo: 0.25 to 0.40%
Molybdenum (Mo) enhances the hardenability of steel and enhances the core hardness of carburized steel parts. This increases the bending fatigue strength of the carburized steel parts. If the Mo content is less than 0.20%, the above effect cannot be sufficiently obtained even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. On the other hand, if the Mo content exceeds 0.40%, the cold forging property of the steel material for carburized steel parts is lowered even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. Therefore, the Mo content is 0.25 to 0.40%. The lower limit of the Mo content is preferably 0.21%, more preferably 0.22%, still more preferably 0.23%, still more preferably 0.24%. The preferred upper limit of the Mo content is 0.38%, more preferably 0.36%, and even more preferably 0.34%.

B:0.0005〜0.0100%
ホウ素(B)は、オーステナイトに固溶した場合、微量でも鋼の焼入れ性を顕著に高める。そのため、浸炭鋼部品の芯部硬さを高め、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度を高める。Bはさらに、微量の含有により上記効果を発揮するため、浸炭鋼部品用鋼材中のフェライトの硬さが上昇しにくい。つまり、浸炭鋼部品用鋼材の冷間鍛造性を維持しつつ、焼入れ性を高めることができる。B含有量が0.0005%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、B含有量が0.0100%を超えれば、上記効果が飽和する。したがって、B含有量は0.0005〜0.0100%である。B含有量の好ましい下限は0.0007%であり、さらに好ましくは0.0010%であり、さらに好ましくは0.0015%であり、さらに好ましくは0.0020%である。B含有量の好ましい上限は0.0080%であり、さらに好ましくは0.0050%であり、さらに好ましくは0.0040%であり、さらに好ましくは0.0030%である。
B: 0.0005 to 0.0100%
Boron (B), when dissolved in austenite, significantly enhances the hardenability of steel, even in trace amounts. Therefore, the hardness of the core of the carburized steel part is increased, and the bending fatigue strength of the carburized steel part is increased. Further, since B exerts the above effect by containing a small amount of B, the hardness of ferrite in the steel material for carburized steel parts is unlikely to increase. That is, it is possible to improve the hardenability while maintaining the cold forging property of the steel material for carburized steel parts. If the B content is less than 0.0005%, the above effect cannot be sufficiently obtained even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. On the other hand, if the B content exceeds 0.0100%, the above effect is saturated. Therefore, the B content is 0.0005 to 0.0100%. The lower limit of the B content is preferably 0.0007%, more preferably 0.0010%, still more preferably 0.0015%, still more preferably 0.0020%. The preferred upper limit of the B content is 0.0080%, more preferably 0.0050%, still more preferably 0.0040%, still more preferably 0.0030%.

Al:0.100〜0.150%
アルミニウム(Al)は、鋼を脱酸する。Alはさらに、Nと結合して微細なAlNを微細分散する。微細AlNのピンニング効果により、浸炭処理の加熱時にオーステナイト結晶粒が粗大化するのを抑制する。これにより、浸炭鋼部品の芯部の硬さを高め、浸炭鋼部品の面疲労強度を高める。Al含有量が0.100%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、これらの効果が十分に得られない。一方、Al含有量が0.150%を超えれば、鋼中に粗大な酸化物が形成して、浸炭鋼部品の面疲労強度がかえって低下する。したがって、Al含有量は0.100〜0.150%である。Al含有量の好ましい下限は0.101%であり、さらに好ましくは0.104%であり、さらに好ましくは0.110%であり、さらに好ましくは0.120%である。Al含有量の好ましい上限は0.145%であり、さらに好ましくは0.140%であり、さらに好ましくは0.138%である。
Al: 0.100 to 0.150%
Aluminum (Al) deoxidizes steel. Al further combines with N to finely disperse fine AlN. The pinning effect of the fine AlN suppresses the coarsening of austenite crystal grains during heating of the carburizing treatment. As a result, the hardness of the core portion of the carburized steel part is increased, and the surface fatigue strength of the carburized steel part is increased. If the Al content is less than 0.100%, these effects cannot be sufficiently obtained even if the other element content is within the range of the present embodiment. On the other hand, if the Al content exceeds 0.150%, coarse oxides are formed in the steel, and the surface fatigue strength of the carburized steel parts is rather lowered. Therefore, the Al content is 0.1000 to 0.150%. The lower limit of the Al content is preferably 0.101%, more preferably 0.104%, still more preferably 0.110%, still more preferably 0.120%. The preferred upper limit of the Al content is 0.145%, more preferably 0.140%, still more preferably 0.138%.

Ca:0.0002〜0.0030%
カルシウム(Ca)は、鋼中の硫化物に固溶して、硫化物を微細かつ球状化する。これにより、浸炭鋼部品用鋼材の冷間鍛造性が高まる。Ca含有量が0.0002%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ca含有量が0.0030%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼中に粗大な酸化物が生成する。この場合、浸炭鋼部品用鋼材の冷間鍛造性がかえって低下する。したがって、Ca含有量は0.0002〜0.0030%である。Ca含有量の好ましい下限は0.0003%であり、さらに好ましくは0.0004%であり、さらに好ましくは0.0005%である。Ca含有量の好ましい上限は0.0025%であり、さらに好ましくは0.0020%である。
Ca: 0.0002 to 0.0030%
Calcium (Ca) dissolves in sulfide in steel to make the sulfide fine and spheroidal. As a result, the cold forging property of the steel material for carburized steel parts is enhanced. If the Ca content is less than 0.0002%, the above effect cannot be sufficiently obtained even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. On the other hand, if the Ca content exceeds 0.0030%, coarse oxides are formed in the steel even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. In this case, the cold forging property of the steel material for carburized steel parts is rather lowered. Therefore, the Ca content is 0.0002 to 0.0030%. The preferable lower limit of the Ca content is 0.0003%, more preferably 0.0004%, still more preferably 0.0005%. The preferred upper limit of the Ca content is 0.0025%, more preferably 0.0020%.

Ti:0.0200%未満
チタン(Ti)は不可避に含有される。つまり、Ti含有量は0%超である。Tiは鋼中のNをTiNとして固定する。これにより、BNの形成がさらに抑制され、固溶Bをさらに確保することができる。電炉により浸炭鋼部品用鋼材を製造する場合、鋼中のN含有量の調整が困難となる場合がある。そのため、Tiが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。一方、Ti含有量が0.0200%を超えれば、製造コストが高くなる。したがって、Ti含有量は0.0200%未満である。Ti含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.0001%であり、さらに好ましくは0.0002%である。Ti含有量の好ましい上限は0.0180%であり、さらに好ましくは0.0160%であり、さらに好ましくは0.0120%である。
Ti: Less than 0.0200% Titanium (Ti) is inevitably contained. That is, the Ti content is more than 0%. For Ti, N in the steel is fixed as TiN. As a result, the formation of BN is further suppressed, and the solid solution B can be further secured. When a steel material for carburized steel parts is manufactured by an electric furnace, it may be difficult to adjust the N content in the steel. Therefore, if even a small amount of Ti is contained, the above effect can be obtained to some extent. On the other hand, if the Ti content exceeds 0.0200%, the manufacturing cost becomes high. Therefore, the Ti content is less than 0.0200%. The preferred lower limit of the Ti content is more than 0%, more preferably 0.0001%, still more preferably 0.0002%. The preferred upper limit of the Ti content is 0.0180%, more preferably 0.0160%, still more preferably 0.0120%.

N:0.0080%以下
窒素(N)は不可避に含有される不純物である。つまり、N含有量は0%超である。NはBと結合してBNを形成し、固溶B量を低減する。N含有量が0.0080%を超えれば、浸炭鋼部品用鋼材中のTi含有量が本実施形態の範囲内であっても、TiがNを十分に固定することができなくなり、BNが過剰に生成する。その結果、浸炭鋼部品用鋼材の焼入れ性が低下する。N含有量が0.0080%を超えればさらに、粗大なTiNが生成して、冷間鍛造時に粗大なTiNが割れの起点となる。そのため、浸炭鋼部品用鋼材の冷間鍛造性が低下する。したがって、N含有量は0.0080%以下である。N含有量の好ましい上限は0.0078%であり、さらに好ましくは0.0076%であり、さらに好ましくは0.0075%であり、さらに好ましくは0.0065%である。N含有量はできるだけ低い方が好ましい。しかしながら、N含有量の過剰な低減は、製造コストを高める。したがって、通常の工業生産を考慮した場合、N含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.0010%であり、さらに好ましくは0.0020%である。
N: 0.0080% or less Nitrogen (N) is an impurity that is inevitably contained. That is, the N content is more than 0%. N combines with B to form BN and reduces the amount of solid solution B. If the N content exceeds 0.0080%, even if the Ti content in the steel material for carburized steel parts is within the range of this embodiment, Ti cannot sufficiently fix N, and BN becomes excessive. To generate. As a result, the hardenability of the steel material for carburized steel parts is lowered. If the N content exceeds 0.0080%, coarse TiN is further generated, and the coarse TiN becomes the starting point of cracking during cold forging. Therefore, the cold forging property of the steel material for carburized steel parts is lowered. Therefore, the N content is 0.0080% or less. The preferred upper limit of the N content is 0.0078%, more preferably 0.0076%, still more preferably 0.0075%, still more preferably 0.0065%. The N content is preferably as low as possible. However, excessive reduction of N content increases manufacturing costs. Therefore, when considering normal industrial production, the preferable lower limit of the N content is 0.0001%, more preferably 0.0005%, still more preferably 0.0010%, still more preferably 0. It is 0020%.

P:0.050%以下
燐(P)は不可避に含有される不純物である。つまり、P含有量は0%超である。Pは鋼材の面疲労強度を低下する。したがって、P含有量は0.050%以下である。P含有量の好ましい上限は0.035%であり、さらに好ましくは0.020%であり、さらに好ましくは0.010%である。P含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、P含有量の過剰な低減は、製造コストを高める。したがって、通常の工業生産を考慮した場合、P含有量の好ましい下限は0.001%である。
P: 0.050% or less Phosphorus (P) is an impurity that is inevitably contained. That is, the P content is more than 0%. P lowers the surface fatigue strength of the steel material. Therefore, the P content is 0.050% or less. The preferred upper limit of the P content is 0.035%, more preferably 0.020%, still more preferably 0.010%. The P content is preferably as low as possible. However, excessive reduction of P content increases manufacturing costs. Therefore, when considering normal industrial production, the preferable lower limit of the P content is 0.001%.

O:0.0030%以下
酸素(O)は、は不可避に含有される不純物である。つまり、O含有量は0%超である。Oは、酸化物を形成し、浸炭鋼部品用鋼材の冷間鍛造性を低下し、浸炭鋼部品の面疲労強度を低下する。したがって、O含有量は0.0030%以下である。O含有量の好ましい上限は0.0028%であり、さらに好ましくは0.0026%であり、さらに好ましくは0.0024%である。O含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、O含有量の過剰な低減は製造コストを高める。したがって、通常の工業生産を考慮した場合、O含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.0007%である。
O: 0.0030% or less Oxygen (O) is an impurity inevitably contained. That is, the O content is more than 0%. O forms an oxide, lowers the cold forging property of the steel material for carburized steel parts, and lowers the surface fatigue strength of the carburized steel parts. Therefore, the O content is 0.0030% or less. The preferred upper limit of the O content is 0.0028%, more preferably 0.0026%, still more preferably 0.0024%. The O content is preferably as low as possible. However, excessive reduction of O content increases manufacturing costs. Therefore, when considering normal industrial production, the preferable lower limit of the O content is 0.0001%, more preferably 0.0005%, still more preferably 0.0007%.

本実施の形態による浸炭鋼部品用鋼材の化学組成の残部は、Fe及び不純物からなる。ここで、不純物とは、浸炭鋼部品用鋼材を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから混入されるものであって、本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。 The balance of the chemical composition of the steel material for carburized steel parts according to this embodiment is composed of Fe and impurities. Here, the impurities are those mixed from ore, scrap, manufacturing environment, etc. as a raw material when the steel material for carburized steel parts is industrially manufactured, and the steel material for carburized steel parts of the present embodiment. It means something that is acceptable as long as it does not adversely affect.

[任意元素(optional elements)について]
本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材の化学組成はさらに、Feの一部に代えて、Nb、V、Ni及びCuからなる群から選択される1元素以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも任意元素であり、浸炭鋼部品用鋼材の面疲労強度を高める。
[About optional elements]
The chemical composition of the steel material for carburized steel parts of the present embodiment may further contain one or more elements selected from the group consisting of Nb, V, Ni and Cu instead of a part of Fe. All of these elements are optional elements and increase the surface fatigue strength of steel materials for carburized steel parts.

Nb:0.100%以下
ニオブ(Nb)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Nb含有量は0%であってもよい。含有される場合、NbはC及びNと結合して炭化物及び/又は炭窒化物を形成し、ピンニング効果により浸炭処理の加熱時のオーステナイト結晶粒の粗大化を抑制する。その結果、浸炭鋼部品の面疲労強度が高まる。Nbが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Nb含有量が0.100%を超えれば、粗大な炭化物及び/又は炭窒化物が生成して、浸炭鋼部品用鋼材の冷間鍛造性が低下する。したがって、Nb含有量は0.100%以下である。Nb含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.001%であり、さらに好ましくは0.002%であり、さらに好ましくは0.004%であり、さらに好ましくは0.010%である。Nb含有量の好ましい上限は0.080%であり、さらに好ましくは0.060%であり、さらに好ましくは0.050%である。
Nb: 0.100% or less Niobium (Nb) is an optional element and may not be contained. That is, the Nb content may be 0%. When contained, Nb combines with C and N to form carbides and / or carbonitrides, and the pinning effect suppresses the coarsening of austenite grains during heating of the carburizing treatment. As a result, the surface fatigue strength of the carburized steel parts is increased. If even a small amount of Nb is contained, the above effect can be obtained to some extent. However, if the Nb content exceeds 0.100%, coarse carbides and / or carbonitrides are generated, and the cold forging property of the steel material for carburized steel parts is lowered. Therefore, the Nb content is 0.100% or less. The preferable lower limit of the Nb content is more than 0%, more preferably 0.001%, further preferably 0.002%, still more preferably 0.004%, still more preferably 0.010%. Is. The preferred upper limit of the Nb content is 0.080%, more preferably 0.060%, still more preferably 0.050%.

V:0.200%以下
バナジウム(V)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、V含有量は0%であってもよい。含有される場合、VはC及びNと結合して炭化物及び/又は炭窒化物を形成し、ピンニング効果により浸炭処理の加熱時のオーステナイト結晶粒の粗大化を抑制する。その結果、浸炭鋼部品の面疲労強度が高まる。Vが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、V含有量が0.200%を超えれば、粗大な炭化物及び/又は炭窒化物が生成して、浸炭鋼部品用鋼材の冷間鍛造性が低下する。したがって、V含有量は0.200%以下である。V含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.001%であり、さらに好ましくは0.002%であり、さらに好ましくは0.010%であり、さらに好ましくは0.030%である。V含有量の好ましい上限は0.150%であり、さらに好ましくは0.120%であり、さらに好ましくは0.110%である。
V: 0.200% or less Vanadium (V) is an optional element and may not be contained. That is, the V content may be 0%. When contained, V combines with C and N to form carbides and / or carbonitrides and suppresses coarsening of austenite grains during heating during carburizing due to the pinning effect. As a result, the surface fatigue strength of the carburized steel parts is increased. If even a small amount of V is contained, the above effect can be obtained to some extent. However, if the V content exceeds 0.200%, coarse carbides and / or carbonitrides are generated, and the cold forging property of the steel material for carburized steel parts is lowered. Therefore, the V content is 0.200% or less. The preferable lower limit of the V content is more than 0%, more preferably 0.001%, further preferably 0.002%, still more preferably 0.010%, still more preferably 0.030%. Is. The preferred upper limit of the V content is 0.150%, more preferably 0.120%, still more preferably 0.110%.

Ni:0.500%以下
ニッケル(Ni)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ni含有量は0%であってもよい。含有される場合、Niは鋼の焼入れ性を高め、浸炭鋼部品の芯部硬さを高める。これにより、浸炭鋼部品の面疲労強度が高まる。Niはさらに、ガス浸炭による浸炭処理を実施する場合、浸炭処理時において酸化物及び窒化物を生成しない。そのため、Niは、浸炭層中に酸化物層、窒化物層及び浸炭異常層が生成するのを抑制する。Niが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ni含有量が0.500%を超えれば、浸炭鋼部品用鋼材の冷間鍛造性が低下する。したがって、Ni含有量は0.500%以下である。Ni含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.010%であり、さらに好ましくは0.020%であり、さらに好ましくは0.040%である。Ni含有量の好ましい上限は0.400%であり、さらに好ましくは0.300%であり、さらに好ましくは0.250%である。
Ni: 0.500% or less Nickel (Ni) is an optional element and may not be contained. That is, the Ni content may be 0%. When contained, Ni enhances hardenability of steel and enhances core hardness of carburized steel parts. This increases the surface fatigue strength of the carburized steel parts. Furthermore, when the carburizing treatment by gas carburizing is carried out, Ni does not generate oxides and nitrides during the carburizing treatment. Therefore, Ni suppresses the formation of an oxide layer, a nitride layer and an abnormal carburizing layer in the carburized layer. If even a small amount of Ni is contained, the above effect can be obtained to some extent. However, if the Ni content exceeds 0.500%, the cold forging property of the steel material for carburized steel parts deteriorates. Therefore, the Ni content is 0.500% or less. The preferable lower limit of the Ni content is more than 0%, more preferably 0.005%, further preferably 0.010%, further preferably 0.020%, still more preferably 0.040%. Is. The preferred upper limit of the Ni content is 0.400%, more preferably 0.300%, and even more preferably 0.250%.

Cu:0.500%以下
銅(Cu)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Cu含有量は0%であってもよい。含有される場合、Cuは鋼の焼入れ性を高め、浸炭鋼部品の芯部硬さを高める。これにより、浸炭鋼部品の面疲労強度が高まる。Cuはさらに、ガス浸炭による浸炭処理を実施する場合、浸炭処理時において酸化物及び窒化物を生成しない。そのため、Cuは、浸炭層表面の酸化物層、窒化物層、浸炭異常層が生成するのを抑制する。Cuが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Cu含有量が0.500%を超えれば、浸炭鋼部品用鋼材の硬さが過剰に高まり、限界加工率が低下する。したがって、Cu含有量は0〜0.500%である。Cu含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.001%であり、さらに好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.010%であり、さらに好ましくは0.020%であり、さらに好ましくは0.030%である。Cu含有量の好ましい上限は0.400%であり、さらに好ましくは0.300%であり、さらに好ましくは0.250%である。
Cu: 0.500% or less Copper (Cu) is an optional element and may not be contained. That is, the Cu content may be 0%. When contained, Cu enhances hardenability of steel and enhances core hardness of carburized steel parts. This increases the surface fatigue strength of the carburized steel parts. Further, when the carburizing treatment by gas carburizing is carried out, Cu does not generate oxides and nitrides during the carburizing treatment. Therefore, Cu suppresses the formation of an oxide layer, a nitride layer, and an abnormal carburizing layer on the surface of the carburized layer. If even a small amount of Cu is contained, the above effect can be obtained to some extent. However, if the Cu content exceeds 0.500%, the hardness of the steel material for carburized steel parts becomes excessively high, and the critical processing rate decreases. Therefore, the Cu content is 0 to 0.500%. The lower limit of the Cu content is more than 0%, more preferably 0.001%, still more preferably 0.005%, still more preferably 0.010%, still more preferably 0.020%. It is more preferably 0.030%. The preferred upper limit of the Cu content is 0.400%, more preferably 0.300%, and even more preferably 0.250%.

[式(1)〜式(4)について]
本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材の化学組成はさらに、式(1)〜式(4)を満たす。
0.195<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.033×Mo+0.067×Ni+0.097×Cu+0.078×Al<0.235 (1)
0.0003<Al×(N−Ti×(14/48))<0.0011 (2)
Si/Mn>1.00 (3)
0.070<C/Si<0.180 (4)
ここで、式(1)〜(4)の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。対応する元素が任意元素であり、含有されていない場合、その元素記号には「0」が代入される。以下、各式について説明する。
[About equations (1) to (4)]
The chemical composition of the steel material for carburized steel parts of the present embodiment further satisfies the formulas (1) to (4).
0.195 <C + 0.194 x Si + 0.065 x Mn + 0.012 x Cr + 0.033 x Mo + 0.067 x Ni + 0.097 x Cu + 0.078 x Al <0.235 (1)
0.0003 <Al × (N-Ti × (14/48)) <0.0011 (2)
Si / Mn> 1.00 (3)
0.070 <C / Si <0.180 (4)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol of the formulas (1) to (4). If the corresponding element is an arbitrary element and is not contained, "0" is substituted for the element symbol. Hereinafter, each equation will be described.

[式(1)について]
F1=C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.033×Mo+0.067×Ni+0.097×Cu+0.078×Alと定義する。F1は浸炭鋼部品用鋼材及び浸炭鋼部品の硬さの指標である。
[About equation (1)]
It is defined as F1 = C + 0.194 × Si + 0.065 × Mn + 0.012 × Cr + 0.033 × Mo + 0.067 × Ni + 0.097 × Cu + 0.078 × Al. F1 is an index of the hardness of the carburized steel parts and the carburized steel parts.

F1は、浸炭鋼部品用鋼材中のフェライトの固溶強化に及ぼす各合金元素の寄与を示す。F1が0.235以上であれば、浸炭鋼部品用鋼材の硬さが高すぎる。この場合、浸炭鋼部品用鋼材の冷間鍛造性が低下する。一方、F1が0.195以下であれば、浸炭鋼部品としての芯部硬さが低すぎる。この場合、浸炭鋼部品の面疲労強度が低下する。F1が0.195超〜0.235未満であれば、浸炭鋼部品用鋼材の冷間鍛造性を維持しつつ、浸炭鋼部品の芯部硬さを高めることができ、浸炭鋼部品の面疲労強度を高めることができる。F1の好ましい下限は0.200であり、さらに好ましくは0.202であり、さらに好ましくは0.204である。F1の好ましい上限は0.234であり、さらに好ましくは0.232であり、さらに好ましくは0.230である。F1値は、算出された値の小数第4位を四捨五入して得られた値である。 F1 indicates the contribution of each alloying element to the solid solution strengthening of ferrite in the steel material for carburized steel parts. If F1 is 0.235 or more, the hardness of the steel material for carburized steel parts is too high. In this case, the cold forging property of the steel material for carburized steel parts is lowered. On the other hand, if F1 is 0.195 or less, the hardness of the core portion as a carburized steel part is too low. In this case, the surface fatigue strength of the carburized steel parts decreases. When F1 is more than 0.195 to less than 0.235, the core hardness of the carburized steel part can be increased while maintaining the cold forging property of the carburized steel part, and the surface fatigue of the carburized steel part can be increased. The strength can be increased. The preferred lower limit of F1 is 0.200, more preferably 0.202, and even more preferably 0.204. The preferred upper limit of F1 is 0.234, more preferably 0.232, and even more preferably 0.230. The F1 value is a value obtained by rounding off the fourth decimal place of the calculated value.

[式(2)について]
F2=Al×(N−Ti×(14/48))と定義する。F2は、AlN析出量に関する指標である。TiがNに対して化学量論的に過剰に含有された場合、Nは全てTiNとして固定される。つまり、F2中の(N−Ti×(14/48))は、Nが鋼中においてTiN以外の形態になっている量を示す。つまり、(N−Ti×(14/48))は、鋼中においてTiと結合されていないN量を示す。なお、F2中の「14」はNの原子量、「48」はTiの原子量を表す。
[About equation (2)]
It is defined as F2 = Al × (N—Ti × (14/48)). F2 is an index regarding the amount of AlN precipitation. When Ti is stoichiometrically excessive with respect to N, all N is fixed as TiN. That is, (N—Ti × (14/48)) in F2 indicates the amount of N in the steel in a form other than TiN. That is, (N—Ti × (14/48)) indicates the amount of N that is not bonded to Ti in the steel. In F2, "14" represents the atomic weight of N, and "48" represents the atomic weight of Ti.

F2が0.0003以下であれば、Nと結合するAl量が不足している。この場合、微細AlNの分散が不足する。そのため、ピンニング効果が有効に作用せず、浸炭処理の加熱時においてオーステナイト結晶粒に粗粒が発生する。その結果、浸炭鋼部品の面疲労強度が低下する。一方、F3が0.0011以上であれば、AlN析出物が微細分散せずに粗大化するため、浸炭鋼部品用鋼材の限界加工率が低下する。たがって、F2は0.0003超〜0.0011未満である。F2の好ましい下限は0.0004であり、さらに好ましくは0.0005である。F2の好ましい上限は0.0010であり、さらに好ましくは0.0009である。なおF2値は、算出された値の小数第5位を四捨五入して得られた値である。 If F2 is 0.0003 or less, the amount of Al bound to N is insufficient. In this case, the dispersion of fine AlN is insufficient. Therefore, the pinning effect does not work effectively, and coarse grains are generated in the austenite crystal grains during the heating of the carburizing treatment. As a result, the surface fatigue strength of the carburized steel parts is reduced. On the other hand, when F3 is 0.0011 or more, the AlN precipitates are coarsened without being finely dispersed, so that the limit processing rate of the steel material for carburized steel parts is lowered. Therefore, F2 is greater than 0.0003 and less than 0.0011. The preferred lower limit of F2 is 0.0004, more preferably 0.0005. The preferred upper limit of F2 is 0.0010, more preferably 0.0009. The F2 value is a value obtained by rounding off the fifth decimal place of the calculated value.

[式(3)について]
F3=Si/Mnと定義する。F3は、耐水素脆化特性の指標である。Si及びMnは、製鋼工程での精錬工程において、複合介在物であるMnO−SiO2を生成する。MnO−SiO2は融点が低く、軟質の介在物である。そのため、MnO−SiO2は熱間加工時に分断されて微細化される。介在物が微細化することにより、水素のトラップサイトが増加する。その結果、浸炭鋼部品の耐水素脆化特性が高まる。
[About equation (3)]
It is defined as F3 = Si / Mn. F3 is an index of hydrogen embrittlement resistance. Si and Mn form MnO-SiO 2 which is a composite inclusion in the refining process in the steelmaking process. MnO-SiO 2 has a low melting point and is a soft inclusion. Therefore, MnO-SiO 2 is divided and refined during hot working. The miniaturization of inclusions increases hydrogen trap sites. As a result, the hydrogen embrittlement resistance of carburized steel parts is enhanced.

F3が1.00以下であれば、Mn含有量に対するSi含有量が少なすぎる。この場合、精錬工程において、MnO−SiO2が十分に形成されない。その結果、浸炭鋼部品用鋼材中に粗大な介在物が残存する。粗大な介在物では、水素トラップ量が不十分である。そのため、浸炭軸受部品の耐水素脆化特性が低下する。したがって、F3は1.00超である。F3の好ましい下限は1.03であり、さらに好ましくは1.05であり、さらに好ましくは1.10である。F3の上限は特に限定されない。本実施形態の化学組成の場合、F3の上限は3.75である。F3値は、算出された値の小数第3位を四捨五入して得られた値である。 If F3 is 1.00 or less, the Si content is too small with respect to the Mn content. In this case, MnO-SiO 2 is not sufficiently formed in the refining step. As a result, coarse inclusions remain in the steel material for carburized steel parts. With coarse inclusions, the amount of hydrogen trap is insufficient. Therefore, the hydrogen embrittlement resistance of the carburized bearing component is lowered. Therefore, F3 is more than 1.00. The preferred lower limit of F3 is 1.03, more preferably 1.05, and even more preferably 1.10. The upper limit of F3 is not particularly limited. In the case of the chemical composition of this embodiment, the upper limit of F3 is 3.75. The F3 value is a value obtained by rounding off the third decimal place of the calculated value.

[式(4)について]
F4=C/Siと定義する。F4は、化学組成の各元素の含有量が上述の範囲内であることを前提とした、面疲労強度及び冷間鍛造性の指標である。上述のとおり、本実施形態では、C含有量を抑えて冷間鍛造性を高めつつ、Si含有量を高めて面疲労強度を高める。しかしながら、F4が0.070以下であれば、C含有量に対してSi含有量が高すぎる。この場合、化学組成の各元素の含有量が上述の範囲内であっても、浸炭鋼部品用鋼材の冷間鍛造性が低くなる。一方、F4が0.180以上であれば、C含有量に対してSi含有量が低すぎる。この場合、化学組成の各元素の含有量が上述の範囲内であっても、浸炭鋼部品の面疲労強度が低下する。F4が0.070超から0.180未満であれば、化学組成の各元素の含有量が上述の範囲内であることを前提として、浸炭鋼部品用鋼材で十分な冷間鍛造性が得られ、浸炭軸受部品で十分な面疲労強度が得られる。F4の好ましい下限は0.071であり、さらに好ましくは0.072であり、さらに好ましくは0.075である。F4の好ましい上限は0.178であり、さらに好ましくは0.175であり、さらに好ましくは0.172であり、さらに好ましくは0.170である。F4値は、算出された値の小数第4位を四捨五入して得られた値である。
[About equation (4)]
It is defined as F4 = C / Si. F4 is an index of surface fatigue strength and cold forging property on the premise that the content of each element in the chemical composition is within the above range. As described above, in the present embodiment, the C content is suppressed to improve the cold forging property, and the Si content is increased to increase the surface fatigue strength. However, if F4 is 0.070 or less, the Si content is too high with respect to the C content. In this case, even if the content of each element in the chemical composition is within the above range, the cold forging property of the steel material for carburized steel parts is low. On the other hand, if F4 is 0.180 or more, the Si content is too low with respect to the C content. In this case, even if the content of each element in the chemical composition is within the above range, the surface fatigue strength of the carburized steel part is lowered. When F4 is more than 0.070 to less than 0.180, sufficient cold forging property can be obtained with the steel material for carburized steel parts on the premise that the content of each element of the chemical composition is within the above range. , Sufficient surface fatigue strength can be obtained with carburized bearing parts. The preferred lower limit of F4 is 0.071, more preferably 0.072, and even more preferably 0.075. The preferred upper limit of F4 is 0.178, more preferably 0.175, even more preferably 0.172, still more preferably 0.170. The F4 value is a value obtained by rounding off the fourth decimal place of the calculated value.

[浸炭鋼部品用鋼材のミクロ組織]
浸炭鋼部品用鋼材のミクロ組織は、主としてフェライト及びパーライトからなる。ここで、「主としてフェライト及びパーライトからなる」とは、ミクロ組織におけるフェライト及びパーライトの総面積率が85.0〜100.0%であることを意味する。マトリックスにおいて、フェライト及びパーライト以外の相(Phase)はたとえば、ベイナイト、マルテンサイト、セメンタイト、残留オーステナイト、セメンタイト以外の析出物、介在物等である。
[Microstructure of steel for carburized steel parts]
The microstructure of steel for carburized steel parts mainly consists of ferrite and pearlite. Here, "mainly composed of ferrite and pearlite" means that the total area ratio of ferrite and pearlite in the microstructure is 85.0 to 100.0%. In the matrix, the phases other than ferrite and pearlite are, for example, bainite, martensite, cementite, retained austenite, precipitates other than cementite, inclusions and the like.

[フェライト及びパーライト面積率の測定方法]
本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材のミクロ組織中のフェライト及びパーライトの総面積率(%)は、次の方法で測定される。浸炭鋼部品用鋼材が棒鋼である場合、浸炭鋼部品用鋼材の長手方向(軸方向)に垂直な断面(以下、横断面という)のうち、表面と中心軸とを結ぶ半径Rの中央位置(R/2位置)からサンプルを採取する。採取したサンプルの表面のうち、上記横断面に相当する表面を観察面とする。観察面を鏡面研磨した後、2%硝酸アルコール(ナイタール腐食液)を用いて観察面をエッチングする。エッチングされた観察面を、500倍の光学顕微鏡を用いて観察し、任意の20視野の写真画像を生成する。各視野のサイズは、100μm×100μmとする。
[Measurement method of ferrite and pearlite area ratio]
The total area ratio (%) of ferrite and pearlite in the microstructure of the steel material for carburized steel parts of the present embodiment is measured by the following method. When the steel material for carburized steel parts is steel bar, the center position of the radius R connecting the surface and the central axis of the cross section perpendicular to the longitudinal direction (axial direction) of the steel material for carburized steel parts (hereinafter referred to as the cross section) (hereinafter referred to as the cross section). Take a sample from the R / 2 position). Of the surfaces of the collected samples, the surface corresponding to the cross section is used as the observation surface. After mirror polishing the observation surface, the observation surface is etched with 2% alcohol nitrate (Nital corrosive liquid). The etched observation surface is observed using a 500x optical microscope to generate an arbitrary 20-field photographic image. The size of each field of view is 100 μm × 100 μm.

各視野において、フェライト、パーライト等の各相は、相ごとにコントラストが異なる。したがって、コントラストに基づいて、各相を特定する。特定された相のうち、各視野でのフェライトの総面積(μm2)、及び、パーライトの総面積(μm2)を求める。全ての視野の総面積に対する、全ての視野におけるフェライトの総面積とパーライトの総面積との合計面積の割合を、フェライト及びパーライトの総面積率(%)と定義する。 In each field of view, the contrast of each phase of ferrite, pearlite, etc. is different for each phase. Therefore, each phase is identified based on the contrast. Of the identified phase, the total area ([mu] m 2) of the ferrite in each field, and determines the total area of perlite (μm 2). The ratio of the total area of the total area of ferrite and the total area of pearlite in all fields of view to the total area of all fields of view is defined as the total area ratio (%) of ferrite and pearlite.

以上の構成を有する本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材は、冷間鍛造性に優れる。さらに、本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材を用いて製造した浸炭鋼部品は、優れた面疲労強度及び優れた耐水素脆化特性を有する。 The steel material for carburized steel parts of the present embodiment having the above configuration is excellent in cold forging property. Further, the carburized steel parts produced by using the steel material for carburized steel parts of the present embodiment have excellent surface fatigue strength and excellent hydrogen embrittlement resistance.

[浸炭鋼部品について]
本実施形態の浸炭鋼部品は、上述の本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材を用いて製造される。具体的には、冷間鍛造後の浸炭鋼部品用鋼材に対して浸炭処理を実施して、製造される。浸炭鋼部品の製造方法については後述する。
[About carburized steel parts]
The carburized steel parts of the present embodiment are manufactured by using the above-mentioned steel material for carburized steel parts of the present embodiment. Specifically, it is manufactured by performing a carburizing treatment on a steel material for carburized steel parts after cold forging. The method for manufacturing carburized steel parts will be described later.

浸炭鋼部品は、浸炭層と、芯部とを備える。浸炭層は、浸炭鋼部品の表層に形成されている。浸炭層は、浸炭鋼部品の表面からの深さが0.4mm〜2.0mm未満の領域である。本実施形態において、浸炭層は、JIS Z 2244(2009)に準拠したビッカース硬さが550HV以上となる領域を意味する。芯部は、浸炭鋼部品のうち、浸炭層よりも内部の領域に相当する。芯部の化学組成は、上述の浸炭鋼部品用鋼材の化学組成と同じである。つまり、芯部の化学組成中の元素は上記数値範囲内であって、式(1)〜式(4)を満たす。 The carburized steel component includes a carburized layer and a core portion. The carburized layer is formed on the surface layer of the carburized steel part. The carburized layer is a region where the depth from the surface of the carburized steel part is 0.4 mm to less than 2.0 mm. In the present embodiment, the carburized layer means a region where the Vickers hardness according to JIS Z 2244 (2009) is 550 HV or more. The core portion corresponds to a region inside the carburized steel component rather than the carburized layer. The chemical composition of the core is the same as the chemical composition of the steel material for carburized steel parts described above. That is, the elements in the chemical composition of the core portion are within the above numerical range and satisfy the formulas (1) to (4).

浸炭鋼部品において、浸炭鋼部品の表面から50μm深さ位置は浸炭層に相当する。浸炭鋼部品の表面から50μm深さ位置でのJIS Z 2244(2009)に準拠したビッカース硬さは650〜1000HVであるのが好ましい。つまり、上記位置での浸炭層のビッカース硬さは650〜1000HVであるのが好ましい。 In the carburized steel part, the position at a depth of 50 μm from the surface of the carburized steel part corresponds to the carburized layer. The Vickers hardness according to JIS Z 2244 (2009) at a depth of 50 μm from the surface of the carburized steel component is preferably 650 to 1000 HV. That is, the Vickers hardness of the carburized layer at the above position is preferably 650 to 1000 HV.

上記構成を有する浸炭鋼部品において、浸炭鋼部品の表面から10.0mm深さ位置は芯部に相当する。浸炭鋼部品の表面から10.0mm深さ位置でのJIS Z 2244(2009)に準拠したビッカース硬さは300〜500HVであるのが好ましい。つまり、上記位置での芯部のビッカース硬さは300〜500HVであるのが好ましい。 In the carburized steel part having the above structure, the position at a depth of 10.0 mm from the surface of the carburized steel part corresponds to the core portion. The Vickers hardness according to JIS Z 2244 (2009) at a depth of 10.0 mm from the surface of the carburized steel part is preferably 300 to 500 HV. That is, the Vickers hardness of the core portion at the above position is preferably 300 to 500 HV.

浸炭層は浸炭処理により形成される。浸炭層のビッカース硬さは、素材である浸炭鋼部品用鋼材(つまり、浸炭鋼部品の芯部)よりも高くなる。 The carburized layer is formed by carburizing. The Vickers hardness of the carburized layer is higher than that of the steel material for the carburized steel part (that is, the core of the carburized steel part) which is the material.

浸炭鋼部品のビッカース硬さは、次の方法で測定する。浸炭鋼部品の任意の表面に垂直な断面を測定面とする。測定面において、表面から50μm深さ位置のビッカース硬さと、表面から0.4mm深さ位置のビッカース硬さとを、マイクロビッカース硬度計を用いて、JIS Z 2244(2009)に準拠したビッカース硬さ試験により求める。試験力は0.49Nとする。50μm深さ位置で10箇所のビッカース硬さHVを測定して、その平均値を、50μm深さ位置でのビッカース硬さHVとする。また、0.4mm深さ位置で10箇所のビッカース硬さHVを測定して、その平均値を、0.4mm深さ位置でのビッカース硬さHVとする。0.4mm深さ位置でのビッカース硬さが550HV以上であれば、浸炭層深さが少なくとも0.4mm以上であると判断する。また、測定面において、表面から10.0mm深さ位置のビッカース硬さを、ビッカース硬度計を用いて、JIS Z 2244(2009)に準拠したビッカース硬さ試験により求める。試験力は0.49Nとする。10.0mm深さ位置で10箇所のビッカース硬さHVを測定して、その平均値を、10.0mm深さ位置でのビッカース硬さHVとする。 The Vickers hardness of carburized steel parts is measured by the following method. The measurement surface is a cross section perpendicular to any surface of the carburized steel part. On the measurement surface, the Vickers hardness at a depth of 50 μm from the surface and the Vickers hardness at a depth of 0.4 mm from the surface were tested for Vickers hardness in accordance with JIS Z 2244 (2009) using a micro Vickers hardness tester. To be calculated by. The test force is 0.49N. The Vickers hardness HV at 10 points is measured at a depth position of 50 μm, and the average value thereof is taken as the Vickers hardness HV at a depth position of 50 μm. Further, the Vickers hardness HV at 10 points is measured at a depth position of 0.4 mm, and the average value thereof is taken as the Vickers hardness HV at a depth position of 0.4 mm. If the Vickers hardness at the 0.4 mm depth position is 550 HV or more, it is determined that the carburized layer depth is at least 0.4 mm or more. Further, on the measurement surface, the Vickers hardness at a depth of 10.0 mm from the surface is determined by a Vickers hardness test based on JIS Z 2244 (2009) using a Vickers hardness tester. The test force is 0.49N. The Vickers hardness HV at 10 points is measured at the 10.0 mm depth position, and the average value is defined as the Vickers hardness HV at the 10.0 mm depth position.

浸炭鋼部品はたとえば、鉱山機械、建設機械、自動車等に利用される機械構造用部品として適用される。機械構造用部品はたとえば、歯車、シャフト、プーリー等である。 Carburized steel parts are applied, for example, as mechanical structural parts used in mining machines, construction machines, automobiles and the like. Mechanical structural parts are, for example, gears, shafts, pulleys and the like.

[浸炭鋼部品用鋼材の製造方法]
本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材の製造方法の一例を説明する。なお、本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材は、上記構成を有すれば、製造方法は以下の製造方法に限定されない。ただし、以下に説明する製造方法は、本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材を製造する好適な一例である。
[Manufacturing method of steel materials for carburized steel parts]
An example of a method for manufacturing a steel material for carburized steel parts according to this embodiment will be described. If the steel material for carburized steel parts of the present embodiment has the above configuration, the manufacturing method is not limited to the following manufacturing method. However, the manufacturing method described below is a preferable example of manufacturing the steel material for carburized steel parts of the present embodiment.

本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材の製造方法の一例は、素材準備工程と、熱間加工工程とを含む。以下、各工程について説明する。 An example of the method for producing a steel material for carburized steel parts of the present embodiment includes a material preparation step and a hot working step. Hereinafter, each step will be described.

[素材準備工程]
素材準備工程では、上述の式(1)〜式(4)を満たす化学組成を有する素材を準備する。素材はたとえば、次の方法により製造される。上述の式(1)〜式(4)を満たす化学組成の溶鋼を製造する。上記溶鋼を用いて、鋳造法により素材(鋳片又はインゴット)を製造する。たとえば、上記溶鋼を用いて周知の連続鋳造法により鋳片(ブルーム)を製造する。又は、上記溶鋼を用いて周知の造塊法によりインゴットを製造する。
[Material preparation process]
In the material preparation step, a material having a chemical composition satisfying the above formulas (1) to (4) is prepared. The material is produced, for example, by the following method. A molten steel having a chemical composition satisfying the above formulas (1) to (4) is produced. A material (slab or ingot) is manufactured by a casting method using the molten steel. For example, a slab (bloom) is produced by a well-known continuous casting method using the molten steel. Alternatively, the ingot is manufactured by a well-known ingot forming method using the molten steel.

[熱間加工工程]
熱間加工工程では、素材準備工程にて準備された素材(ブルーム又はインゴット)に対して、熱間加工を実施して、浸炭鋼部品用鋼材を製造する。浸炭鋼部品用鋼材の形状は特に限定されない。浸炭鋼部品用鋼材はたとえば、棒鋼、又は、線材である。以下の説明では、一例として、浸炭鋼部品用鋼材が棒鋼である場合について説明する。しかしながら、浸炭鋼部品用鋼材が棒鋼以外の他の形状(線材等)であっても同様の熱間加工工程で製造可能である。
[Hot working process]
In the hot working process, the material (bloom or ingot) prepared in the material preparation process is hot-worked to produce a steel material for carburized steel parts. The shape of the steel material for carburized steel parts is not particularly limited. The steel material for carburized steel parts is, for example, steel bar or wire rod. In the following description, as an example, a case where the steel material for carburized steel parts is bar steel will be described. However, even if the steel material for carburized steel parts has a shape other than bar steel (wire rod, etc.), it can be manufactured by the same hot working process.

熱間加工工程は、粗圧延工程と、仕上げ圧延工程とを含む。粗圧延工程では、素材を熱間圧延してビレットを製造する。粗圧延工程はたとえば、分塊圧延機を用いる。分塊圧延機により素材に対して分塊圧延を実施して、ビレットを製造する。分塊圧延機の下流に連続圧延機が設置されている場合、分塊圧延後のビレットに対してさらに、連続圧延機を用いて熱間圧延を実施して、さらにサイズの小さいビレットを製造してもよい。連続圧延機では、一対の水平ロールを有する水平スタンドと、一対の垂直ロールを有する垂直スタンドとが交互に一列に配列される。以上の工程により、粗圧延工程では、素材をビレットに製造する。粗圧延工程での加熱炉での加熱温度は特に限定されないが、たとえば、1100〜1300℃である。 The hot working step includes a rough rolling step and a finish rolling step. In the rough rolling process, the material is hot-rolled to produce billets. For the rough rolling process, for example, a bulk rolling mill is used. Billets are manufactured by performing slab rolling on the material with a slab rolling mill. When a continuous rolling mill is installed downstream of the ingot rolling mill, hot rolling is further performed on the billet after the ingot rolling using the continuous rolling mill to produce a smaller billet. You may. In a continuous rolling mill, horizontal stands having a pair of horizontal rolls and vertical stands having a pair of vertical rolls are alternately arranged in a row. Through the above steps, the material is manufactured into billets in the rough rolling step. The heating temperature in the heating furnace in the rough rolling step is not particularly limited, but is, for example, 1100 to 1300 ° C.

仕上げ圧延工程では、初めに加熱炉を用いてビレットを加熱する。加熱後のビレットに対して、連続圧延機を用いて熱間圧延を実施して、浸炭鋼部品用鋼材である棒鋼を製造する。仕上げ圧延工程での加熱炉での加熱温度は特に限定されないが、たとえば、1000〜1250℃である。また、仕上げ圧延において、最終の圧下を行った圧延スタンドの出側での鋼材温度を仕上げ温度と定義する。このとき、仕上げ温度はたとえば、800〜1000℃である。仕上げ温度はたとえば、最終の圧下を行った圧延スタンドの出側に設置された測温計にて測定される。 In the finish rolling process, the billet is first heated using a heating furnace. The billets after heating are hot-rolled using a continuous rolling machine to produce steel bars, which are steel materials for carburized steel parts. The heating temperature in the heating furnace in the finish rolling step is not particularly limited, but is, for example, 1000 to 1250 ° C. Further, in finish rolling, the temperature of the steel material on the outlet side of the rolling stand where the final rolling is performed is defined as the finish temperature. At this time, the finishing temperature is, for example, 800 to 1000 ° C. The finishing temperature is measured, for example, by a temperature gauge installed on the outlet side of the rolling stand where the final rolling was performed.

仕上げ圧延工程後の鋼材に対して、放冷以下の冷却速度で冷却を行い、本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材を製造する。具体的には、鋼材温度が800〜500℃となる温度範囲での平均冷却速度は0超から1.3℃/秒であるのが好ましい。鋼材温度が800℃〜500℃となる温度範囲における平均冷却速度が0超〜1.3℃/秒であれば、ミクロ組織中のフェライト及びパーライトの総面積率が85.0〜100.0%となる。 The steel material after the finish rolling process is cooled at a cooling rate equal to or lower than the cooling rate to produce the steel material for carburized steel parts of the present embodiment. Specifically, the average cooling rate in the temperature range where the steel material temperature is 800 to 500 ° C. is preferably more than 0 to 1.3 ° C./sec. If the average cooling rate in the temperature range where the steel material temperature is 800 ° C to 500 ° C is more than 0 to 1.3 ° C / sec, the total area ratio of ferrite and pearlite in the microstructure is 85.0 to 100.0%. It becomes.

なお、平均冷却速度は次の方法で測定する。仕上げ圧延後の鋼材は、搬送ラインで下流に搬送される。搬送ラインには、複数の測温計が搬送ラインに沿って配置されており、搬送ラインの各位置での鋼材温度を測定可能である。搬送ラインに沿って配置された複数の測温計に基づいて、鋼材温度が800℃〜500℃となるまでの時間を求め、平均冷却速度(℃/秒)を求める。たとえば、搬送ラインに複数の徐冷カバーを、間隔を開けて配置することにより、平均冷却速度を調整できる。 The average cooling rate is measured by the following method. The steel material after finish rolling is transported downstream on a transfer line. A plurality of temperature gauges are arranged along the transport line on the transport line, and it is possible to measure the temperature of the steel material at each position of the transport line. Based on a plurality of temperature gauges arranged along the transport line, the time until the steel material temperature reaches 800 ° C. to 500 ° C. is obtained, and the average cooling rate (° C./sec) is obtained. For example, the average cooling rate can be adjusted by arranging a plurality of slow cooling covers on the transport line at intervals.

以上の製造工程により、上述の構成を有する本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材を製造できる。 Through the above manufacturing process, the steel material for carburized steel parts of the present embodiment having the above configuration can be manufactured.

[浸炭鋼部品の製造方法]
次に、本実施形態による浸炭鋼部品の製造方法の一例について説明する。本製造方法は、上述の浸炭鋼部品用鋼材に対して冷間鍛造を実施して中間部材を製造する冷間鍛造工程と、必要に応じて中間部材を切削する切削加工工程と、中間部材に対して浸炭処理又は浸炭窒化処理を実施する浸炭処理工程と、焼戻し工程とを含む。
[Manufacturing method of carburized steel parts]
Next, an example of a method for manufacturing carburized steel parts according to the present embodiment will be described. This manufacturing method includes a cold forging step of cold forging the above-mentioned steel material for carburized steel parts to manufacture an intermediate member, a cutting process of cutting the intermediate member as necessary, and an intermediate member. On the other hand, the carburizing treatment step of carrying out the carburizing treatment or the carburizing nitriding treatment and the tempering step are included.

[冷間鍛造工程]
冷間鍛造工程では、上述の製造方法で製造された浸炭鋼部品用鋼材に、冷間加工として、冷間鍛造を実施して中間部材を製造する。冷間鍛造工程での、加工率、ひずみ速度などの塑性加工条件は、特に限定されるものではなく、適宜、好適な条件を選択すればよい。
[Cold forging process]
In the cold forging step, an intermediate member is manufactured by performing cold forging as cold working on the steel material for carburized steel parts manufactured by the above-mentioned manufacturing method. The plastic working conditions such as the working rate and the strain rate in the cold forging step are not particularly limited, and suitable conditions may be appropriately selected.

[切削加工工程]
切削加工工程は、必要に応じて実施する。つまり、切削加工工程は実施しなくてもよい。実施する場合、切削加工工程では、冷間鍛造工程後であって後述の浸炭処理工程前の中間部材に対して、切削加工を実施する。切削加工を実施することにより、冷間鍛造工程だけでは困難な、精密形状を浸炭鋼部品に付与することができる。
[Cutting process]
The cutting process is carried out as necessary. That is, the cutting process does not have to be performed. When it is carried out, in the cutting process, the cutting process is performed on the intermediate member after the cold forging process and before the carburizing process described later. By performing the cutting process, it is possible to impart a precise shape to the carburized steel part, which is difficult only by the cold forging process.

[浸炭処理工程]
浸炭処理工程では、切削加工工程後の中間部材に対して、浸炭処理を実施する。ここで、本実施形態において、浸炭処理とは、浸炭処理だけでなく、浸炭窒化処理も含む。浸炭処理工程では、周知の浸炭処理を実施する。浸炭処理工程は、浸炭工程と、拡散工程と、焼入れ工程とを含む。
[Carburizing process]
In the carburizing process, the intermediate member after the cutting process is carburized. Here, in the present embodiment, the carburizing treatment includes not only the carburizing treatment but also the carburizing nitriding treatment. In the carburizing process, a well-known carburizing process is carried out. The carburizing step includes a carburizing step, a diffusion step, and a quenching step.

浸炭工程及び拡散工程での浸炭処理条件は適宜調整すればよい。浸炭工程及び拡散工程での浸炭温度はたとえば、830℃〜1100℃である。浸炭工程及び拡散工程でのカーボンポテンシャルはたとえば、0.5%〜1.2%である。浸炭工程の保持時間はたとえば、60分以上であり、拡散工程の保持時間はたとえば30分以上である。拡散工程でのカーボンポテンシャルは、浸炭工程でのカーボンポテンシャルよりも低くする方が好ましい。ただし、浸炭処理条件はこれに限定されない。 The carburizing treatment conditions in the carburizing step and the diffusion step may be appropriately adjusted. The carburizing temperature in the carburizing step and the diffusion step is, for example, 830 ° C to 1100 ° C. The carbon potential in the carburizing step and the diffusion step is, for example, 0.5% to 1.2%. The holding time of the carburizing step is, for example, 60 minutes or more, and the holding time of the diffusion step is, for example, 30 minutes or more. It is preferable that the carbon potential in the diffusion step is lower than the carbon potential in the carburizing step. However, the carburizing treatment conditions are not limited to this.

拡散工程後、周知の焼入れ工程を実施する。焼入れ工程では、拡散工程後の中間部材をAr3変態点以上の焼入れ温度で保持する。焼入れ温度での保持時間は特に限定されないが、たとえば、30〜60分である。好ましくは、焼入れ温度は、浸炭温度よりも低い。焼入れ媒体の温度を室温〜250℃とすることが好ましい。焼入れ媒体はたとえば、水や油である。また、必要に応じて焼入れ後にサブゼロ処理を実施してもよい。 After the diffusion step, a well-known quenching step is carried out. In the quenching step, the intermediate member after the diffusion step is held at a quenching temperature equal to or higher than the Ar3 transformation point. The holding time at the quenching temperature is not particularly limited, but is, for example, 30 to 60 minutes. Preferably, the quenching temperature is lower than the carburizing temperature. The temperature of the quenching medium is preferably room temperature to 250 ° C. The quenching medium is, for example, water or oil. Further, if necessary, subzero treatment may be carried out after quenching.

[焼戻し工程]
浸炭処理工程後の中間部材に対して、周知の焼戻し工程を実施する。焼戻し温度はたとえば、100〜250℃である。焼戻し温度での保持時間はたとえば、30〜150分である。
[Tempering process]
A well-known tempering process is carried out on the intermediate member after the carburizing process. The tempering temperature is, for example, 100 to 250 ° C. The holding time at the tempering temperature is, for example, 30 to 150 minutes.

[その他の工程]
必要に応じて、仕上熱処理工程後の浸炭鋼部品に対してさらに、研削加工を実施したり、ショットピーニング処理を実施してもよい。研削加工を実施することにより、精密形状を浸炭鋼部品に付与することができる。また、ショットピーニング処理を実施することにより、浸炭鋼部品の表層部に圧縮残留応力が導入される。圧縮残留応力は疲労き裂の発生及び進展を抑制する。そのため、浸炭鋼部品の疲労強度を高める。たとえば、浸炭鋼部品が歯車である場合、浸炭鋼部品の歯元及び歯面の疲労強度を向上できる。ショットピーニング処理は、周知の方法で実施すればよい。
[Other processes]
If necessary, the carburized steel part after the finish heat treatment step may be further subjected to a grinding process or a shot peening process. By performing the grinding process, a precise shape can be imparted to the carburized steel part. Further, by performing the shot peening treatment, compressive residual stress is introduced into the surface layer portion of the carburized steel part. Compressive residual stress suppresses the generation and growth of fatigue cracks. Therefore, the fatigue strength of carburized steel parts is increased. For example, when the carburized steel part is a gear, the fatigue strength of the tooth root and the tooth surface of the carburized steel part can be improved. The shot peening process may be carried out by a well-known method.

実施例により本発明の一態様の効果をさらに具体的に説明する。以下の実施例での条件は、本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材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る。したがって、本発明はこの一条件例に限定されない。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、種々の条件を採用し得る。 The effects of one aspect of the present invention will be described more specifically by way of examples. The conditions in the following examples are one condition example adopted for confirming the feasibility and effect of the steel material for carburized steel parts of the present embodiment. Therefore, the present invention is not limited to this one-condition example. The present invention may adopt various conditions as long as the gist of the present invention is not deviated and the object of the present invention is achieved.

表1に示す化学組成の溶鋼を準備した。 Molten steel having the chemical composition shown in Table 1 was prepared.

Figure 2021105203
Figure 2021105203

表1中の空白部分は、対応する元素の含有量が検出限界未満であったことを意味する。つまり、対応する元素含有量が0%であったことを意味する。上記溶鋼を用いて連続鋳造法により鋳片を製造した。この鋳片を加熱した後、粗圧延工程である分塊圧延及びその後の連続圧延機による圧延を実施して、長手方向に垂直な断面が162mm×162mmのビレットを製造した。分塊圧延での加熱温度は1200〜1250℃であった。 Blanks in Table 1 mean that the content of the corresponding element was below the detection limit. That is, it means that the corresponding element content was 0%. A slab was produced by a continuous casting method using the molten steel. After heating this slab, bulk rolling, which is a rough rolling step, and subsequent rolling by a continuous rolling mill were carried out to produce billets having a cross section of 162 mm × 162 mm perpendicular to the longitudinal direction. The heating temperature in the ingot rolling was 1200 to 1250 ° C.

製造されたビレットを用いて、仕上げ圧延工程を実施して、直径80mmの棒鋼(浸炭鋼部品用鋼材)を製造した。仕上げ圧延工程における各試験番号の加熱炉での加熱温度は、1030〜1150℃であった。加熱炉での保持時間はいずれの試験番号においても1.5〜3.0時間であった。また、各試験番号の仕上げ温度は、825〜860℃であった。鋼材温度が800〜500℃の範囲での平均冷却速度は、0.8〜1.3℃/秒であった。以上の製造工程により、各試験番号の浸炭鋼部品用鋼材(棒鋼)を製造した。 Using the manufactured billets, a finish rolling process was carried out to produce steel bars (steel materials for carburized steel parts) having a diameter of 80 mm. The heating temperature in the heating furnace of each test number in the finish rolling step was 103 to 1150 ° C. The holding time in the heating furnace was 1.5 to 3.0 hours in all the test numbers. The finishing temperature of each test number was 825 to 860 ° C. The average cooling rate in the steel material temperature range of 800 to 500 ° C. was 0.8 to 1.3 ° C./sec. Through the above manufacturing process, steel materials (steel bars) for carburized steel parts of each test number were manufactured.

Figure 2021105203
Figure 2021105203

[評価試験]
[ミクロ組織観察試験]
各試験番号の浸炭鋼部品用鋼材のR/2位置から、ミクロ組織観察用のサンプルを採取した。サンプルの表面のうち、棒鋼の長手方向に垂直な断面に相当する表面を観察面とした。観察面を鏡面研磨した後、2%硝酸アルコール(ナイタール腐食液)を用いて観察面をエッチングした。エッチングされた観察面を、500倍の光学顕微鏡を用いて観察し、任意の20視野の写真画像を生成した。各視野のサイズは、100μm×100μmとした。フェライト、パーライト等の各相は、相ごとにコントラストが異なる。したがって、コントラストに基づいて、各相を特定した。特定された相のうち、各視野でのフェライトの総面積(μm2)、及び、パーライトの総面積(μm2)を求めた。全ての視野の総面積に対する、全ての視野におけるフェライトの総面積とパーライトの総面積との合計面積の割合を、フェライト及びパーライトの総面積率(%)と定義した。測定の結果、各試験番号のフェライト及びパーライト面積率はいずれも、85.0%以上であった。
[Evaluation test]
[Microstructure observation test]
A sample for microstructure observation was taken from the R / 2 position of the steel material for carburized steel parts of each test number. Of the surfaces of the sample, the surface corresponding to the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the steel bar was used as the observation surface. After mirror polishing the observation surface, the observation surface was etched with 2% alcohol nitrate (Nital corrosive liquid). The etched observation surface was observed using a 500x optical microscope to generate a photographic image of any 20 fields of view. The size of each field of view was 100 μm × 100 μm. Each phase of ferrite, pearlite, etc. has a different contrast for each phase. Therefore, each phase was identified based on the contrast. Of the identified phase, the total area of the ferrite in the field of view ([mu] m 2), and to determine the total area of perlite (μm 2). The ratio of the total area of the total area of ferrite and the total area of pearlite in all fields of view to the total area of all fields of view was defined as the total area ratio (%) of ferrite and pearlite. As a result of the measurement, the ferrite and pearlite area ratios of each test number were 85.0% or more.

[限界圧縮試験]
浸炭鋼部品用鋼材の冷間鍛造性の評価試験として、限界圧縮試験を実施した。具体的には、各試験番号の浸炭鋼部品用鋼材(棒鋼)から、複数の限界圧縮試験片を採取した。限界圧縮試験片の直径は6mmであり、長さは9mmであった。限界圧縮試験片の長手方向は、各試験番号の棒鋼の長手方向と平行であった。また、限界圧縮試験片の中心軸は、各試験番号の棒鋼のR/2位置に相当した。試験片の長手方向の中央位置に、周方向に切欠きを形成した。切欠き角度は30度であり、切欠き深さは0.8mmであり、切欠き先端の曲率半径は0.15mmであった。
[Limited compression test]
A limit compression test was carried out as an evaluation test of the cold forging property of steel materials for carburized steel parts. Specifically, a plurality of limit compression test pieces were collected from the steel material (steel bar) for carburized steel parts of each test number. The limit compression test piece had a diameter of 6 mm and a length of 9 mm. The longitudinal direction of the critical compression test piece was parallel to the longitudinal direction of the steel bars of each test number. Further, the central axis of the critical compression test piece corresponded to the R / 2 position of the steel bar of each test number. A notch was formed in the circumferential direction at the center position in the longitudinal direction of the test piece. The notch angle was 30 degrees, the notch depth was 0.8 mm, and the radius of curvature of the notch tip was 0.15 mm.

限界圧縮試験には、500ton油圧プレス機を用いた。作製された限界圧縮試験片に対して、次の方法により限界圧縮試験を実施した。各試験片に対して、拘束ダイスを使用して10mm/分の速度で冷間圧縮を行った。切り欠き近傍に0.5mm以上の微小割れが生じたときに圧縮を停止し、その時の圧縮率(%)を算出した。この測定を合計10回行い、累積破損確率が50%となる圧縮率(%)を求めて、その圧縮率を限界圧縮率(%)とした。各試験番号の限界圧縮率(%)を表2に示す。従来の浸炭鋼部品用鋼材の限界圧縮率が、およそ65%であるので、この値よりも明らかに高い値と見なせる68%以上となる場合を、限界加工率が優れると判断した。なお、限界圧縮率が68%未満の試験番号に対しては、浸炭鋼部品の評価試験及び疲労試験を実施しなかった。 A 500 ton hydraulic press was used for the limit compression test. The limit compression test piece was subjected to the limit compression test by the following method. Each test piece was cold compressed using a restraint die at a rate of 10 mm / min. Compression was stopped when microcracks of 0.5 mm or more occurred in the vicinity of the notch, and the compression rate (%) at that time was calculated. This measurement was performed a total of 10 times to obtain a compression rate (%) at which the cumulative failure probability was 50%, and the compression rate was defined as the limit compression rate (%). Table 2 shows the critical compression ratio (%) of each test number. Since the limit compression rate of the conventional steel material for carburized steel parts is about 65%, it is judged that the limit processing rate is excellent when it is 68% or more, which can be regarded as a value clearly higher than this value. For test numbers with a critical compression ratio of less than 68%, the evaluation test and fatigue test of carburized steel parts were not carried out.

[浸炭鋼部品評価試験]
各試験番号の浸炭鋼部品用鋼材から、次の方法で浸炭鋼部品を製造した。各試験番号の棒鋼から、直径26mm、長さ150mmの試験片を採取した。試験片の中心は、各試験番号の棒鋼の中心とほぼ一致した。採取した試験片に対して、変成炉ガス方式による浸炭処理(ガス浸炭処理)を実施した。図2に示すとおり、ガス浸炭処理では、カーボンポテンシャルを0.8%として、950℃で5時間(浸炭工程を950℃で240分、拡散工程を950℃で60分)保持した。続いて、850℃の焼入れ温度で30分保持した。以上の工程後、試験片を130℃の油槽に浸漬して油焼入れを実施した。焼入れ後の試験片に対して、150℃で90分の焼戻しを行って、浸炭鋼部品を製造した。
[Carburized steel parts evaluation test]
Carburized steel parts were manufactured from the steel materials for carburized steel parts of each test number by the following method. A test piece having a diameter of 26 mm and a length of 150 mm was collected from the steel bars of each test number. The center of the test piece almost coincided with the center of the steel bar of each test number. The collected test pieces were carburized by the metamorphic furnace gas method (gas carburizing treatment). As shown in FIG. 2, in the gas carburizing treatment, the carbon potential was set to 0.8%, and the carburizing step was held at 950 ° C. for 5 hours (the carburizing step was carried out at 950 ° C. for 240 minutes, and the diffusion step was held at 950 ° C. for 60 minutes). Subsequently, it was held at a quenching temperature of 850 ° C. for 30 minutes. After the above steps, the test piece was immersed in an oil tank at 130 ° C. and oil-quenched. The hardened test piece was tempered at 150 ° C. for 90 minutes to produce a carburized steel part.

各試験番号の浸炭鋼部品の、浸炭層及び芯部について、次の測定を実施した。具体的には、各試験番号の浸炭鋼部品の長手方向に垂直な切断面において、表面から50μm深さ位置のビッカース硬さと、表面から0.4mm深さ位置のビッカース硬さとを、マイクロビッカース硬度計を用いて、JIS Z 2244(2009)に準拠したビッカース硬さ試験により求めた。試験力は0.49Nとした。50μm深さ位置10箇所のビッカース硬さHVを測定して、その平均値を、50μm深さ位置でのビッカース硬さHVとした。また、0.4mm深さ位置10箇所のビッカース硬さHVを測定して、その平均値を、0.4mm深さ位置でのビッカース硬さHVとした。 The following measurements were carried out for the carburized layer and core of the carburized steel parts of each test number. Specifically, on the cut surface perpendicular to the longitudinal direction of the carburized steel part of each test number, the Vickers hardness at a depth of 50 μm from the surface and the Vickers hardness at a depth of 0.4 mm from the surface are defined as the Micro Vickers hardness. It was determined by a Vickers hardness test according to JIS Z 2244 (2009) using a meter. The test force was 0.49N. The Vickers hardness HV at 10 points at a depth of 50 μm was measured, and the average value was taken as the Vickers hardness HV at a depth of 50 μm. Further, the Vickers hardness HV at 10 points at a depth of 0.4 mm was measured, and the average value was taken as the Vickers hardness HV at a depth of 0.4 mm.

表面から深さ0.4mmの位置での硬さが550HV以上であれば、浸炭層が表面から少なくとも0.4mmまで存在すると判断した。また、表面から深さ50μmの位置でのビッカース硬さが650HV以上である場合、浸炭鋼部品の浸炭層の硬さが十分であると判断した。測定結果を表2に示す。 If the hardness at a depth of 0.4 mm from the surface is 550 HV or more, it is determined that the carburized layer exists up to at least 0.4 mm from the surface. Further, when the Vickers hardness at a depth of 50 μm from the surface was 650 HV or more, it was determined that the hardness of the carburized layer of the carburized steel part was sufficient. The measurement results are shown in Table 2.

上記浸炭鋼部品の芯部のビッカース硬さ及び化学組成を次の方法で測定した。浸炭鋼部品の長手方向に垂直な切断面において、表面から10.0mm深さ位置のビッカース硬さを、ビッカース硬度計を用いて、JIS Z 2244(2009)に準拠したビッカース硬さ試験により求めた。試験力は0.49Nとした。10.0mm深さ位置にて10回の測定を行い、その平均値を表面から10.0mm深さ位置でのビッカース硬さ(HV)とした。得られたビッカース硬さを表2に示す。10.0mm深さ位置でのビッカース硬さが、300〜500HVである場合、芯部硬さが十分に高いと判定した。 The Vickers hardness and chemical composition of the core of the carburized steel part were measured by the following methods. The Vickers hardness at a depth of 10.0 mm from the surface of the cut surface perpendicular to the longitudinal direction of the carburized steel part was determined by a Vickers hardness test in accordance with JIS Z 2244 (2009) using a Vickers hardness tester. .. The test force was 0.49N. The measurement was performed 10 times at the 10.0 mm depth position, and the average value was taken as the Vickers hardness (HV) at the 10.0 mm depth position from the surface. The obtained Vickers hardness is shown in Table 2. When the Vickers hardness at the 10.0 mm depth position was 300 to 500 HV, it was determined that the core hardness was sufficiently high.

また、表面から10.0mm深さ位置での化学組成について、EPMA(電子線マイクロアナライザ、Electron Probe MicroAnalyser)を用いて、原子番号5番以上の元素に関して定量分析を行った。その結果、表面から10.0mm深さ位置の化学組成は、いずれの試験番号も表1に示す化学組成と実質的に同じであった。 In addition, the chemical composition at a depth of 10.0 mm from the surface was quantitatively analyzed for elements having an atomic number of 5 or more using EPMA (electron probe microanalyzer). As a result, the chemical composition at a depth of 10.0 mm from the surface was substantially the same as the chemical composition shown in Table 1 for all test numbers.

[面疲労強度試験]
各試験番号の直径80mmの棒鋼を機械加工して、図1に示すローラピッチング小ローラ試験片(図中の寸法の単位はmm。以下、単に小ローラ試験片という)を作製した。図1に示す小ローラ試験片は、中央に試験部(直径26mm、幅28mmの円柱部)を備えた。
[Surface fatigue strength test]
A steel bar having a diameter of 80 mm for each test number was machined to prepare a roller pitching small roller test piece (the unit of dimension in the figure is mm, hereinafter simply referred to as a small roller test piece) shown in FIG. The small roller test piece shown in FIG. 1 was provided with a test portion (cylindrical portion having a diameter of 26 mm and a width of 28 mm) in the center.

作製された各試験片に対して、ガス浸炭炉を用いて、図2に示す条件で浸炭処理条件を実施した。焼入れ後の試験片に対して、150℃で90分の焼戻しを行って、浸炭鋼部品を模擬した試験片を作製した。 Carburizing treatment conditions were carried out for each of the produced test pieces using a gas carburizing furnace under the conditions shown in FIG. The hardened test piece was tempered at 150 ° C. for 90 minutes to prepare a test piece simulating a carburized steel part.

[面疲労強度試験]
ローラピッチング試験では、図1に示す形状の小ローラ試験片と、図3に示す形状の大ローラ(図中の寸法の単位はmm)とを組合せた。図3に示す大ローラは、JIS規格SCM420の規格を満たす鋼からなり、一般的な製造工程、つまり、焼きならし、試験片加工、ガス浸炭炉による共析浸炭、低温焼戻し及び研磨、の工程によって作製された。
[Surface fatigue strength test]
In the roller pitching test, a small roller test piece having the shape shown in FIG. 1 and a large roller having the shape shown in FIG. 3 (the unit of dimension in the figure is mm) were combined. The large roller shown in FIG. 3 is made of steel that meets the JIS standard SCM420, and is a general manufacturing process, that is, normalizing, test piece processing, eutectoid carburizing by a gas carburizing furnace, low temperature tempering and polishing. Made by.

小ローラ試験片と大ローラとを用いたローラピッチング試験を表3に示す条件で行った。 A roller pitching test using a small roller test piece and a large roller was performed under the conditions shown in Table 3.

Figure 2021105203
Figure 2021105203

表3に示すとおり、小ローラ試験片の回転数を1000rpmとし、すべり率を−40%、試験中の大ローラと小ローラ試験片との接触面圧(最大面圧)を4000MPa、繰り返し数を2.0×107回とした。大ローラの回転速度をV1(m/sec)、小ローラ試験片の回転速度をV2(m/sec)としたとき、すべり率(%)は、以下の式により求めた。
すべり率=(V2−V1)/V2×100
As shown in Table 3, the rotation speed of the small roller test piece is 1000 rpm, the slip ratio is -40%, the contact surface pressure (maximum surface pressure) between the large roller and the small roller test piece under test is 4000 MPa, and the number of repetitions is set. It was 2.0 × 10 7 times. When the rotation speed of the large roller was V1 (m / sec) and the rotation speed of the small roller test piece was V2 (m / sec), the slip ratio (%) was calculated by the following formula.
Slip rate = (V2-V1) / V2 × 100

試験中、潤滑剤(市販のオートマチックトランスミッション用オイル)を油温90℃の条件で、大ローラと小ローラ試験片との接触部分(試験部の表面)に回転方向と反対の方向から吹き付けた。以上の条件でローラピッチング試験を実施し、面疲労強度を評価した。 During the test, a lubricant (commercially available oil for automatic transmission) was sprayed on the contact portion (surface of the test portion) between the large roller and the small roller test piece from the direction opposite to the rotation direction under the condition of an oil temperature of 90 ° C. A roller pitching test was carried out under the above conditions to evaluate the surface fatigue strength.

各鋼番号について、ローラピッチング試験における試験数は6とした。試験後、縦軸に面圧、横軸にピッチング発生までの繰り返し数をとったS−N線図を作成した。繰り返し数2.0×107回までピッチングが発生しなかったもののうち、最も高い面圧を、その鋼番号の面疲労強度と定義した。なお、小ローラ試験片の表面が損傷している箇所のうち、最大のものの面積が1mm2以上になった場合をピッチング発生と定義した。 For each steel number, the number of tests in the roller pitching test was 6. After the test, an SN diagram was created in which the vertical axis represents the surface pressure and the horizontal axis represents the number of repetitions until the occurrence of pitching. Among those in which pitching did not occur up to 2.0 × 10 7 repetitions, the highest surface pressure was defined as the surface fatigue strength of the steel number. Among the damaged parts on the surface of the small roller test piece, the case where the area of the largest one was 1 mm 2 or more was defined as pitching occurrence.

表2に、試験により得られた面疲労強度を示す。表2中の面疲労強度ではJIS G4053(2008)のSCM420の規格を満たす化学組成の鋼材を図2に示す浸炭処理条件及び焼入れ条件で浸炭処理及び焼入れした鋼材(試験番号28)での面疲労強度を基準値(100%)とした。そして、各試験番号の面疲労強度を、基準値に対する比(%)で示した。面疲労強度比が120%以上であれば、優れた面疲労強度が得られたと判断した。 Table 2 shows the surface fatigue strength obtained by the test. Regarding the surface fatigue strength in Table 2, surface fatigue of a steel material having a chemical composition satisfying the SCM420 standard of JIS G4053 (2008) was carburized and hardened under the carburizing treatment conditions and quenching conditions shown in FIG. 2 (test number 28). The strength was set as a reference value (100%). Then, the surface fatigue strength of each test number was shown as a ratio (%) with respect to the reference value. When the surface fatigue strength ratio was 120% or more, it was judged that excellent surface fatigue strength was obtained.

[耐水素脆化特性評価試験]
各試験番号の直径80mmの棒鋼を機械加工して、図4に示す環状Vノッチ試験片を作製した。図4中の単位が示されていない数値は、試験片の対応する部位の寸法(単位はmm)を示す。図中の「φ数値」は、指定されている部位の直径(mm)を示す。「60°」は、Vノッチ角度が60°であることを示す。「0.175R」は、Vノッチ底半径が0.175mmであることを示す。環状Vノッチ試験片の長手方向は、棒鋼の長手方向と平行であった。また、環状Vノッチ試験片の中心軸は、棒鋼のR/2位置とほぼ一致した。
[Hydrogen embrittlement resistance evaluation test]
An annular V-notch test piece shown in FIG. 4 was produced by machining a steel bar having a diameter of 80 mm for each test number. The numerical value in which the unit is not shown in FIG. 4 indicates the dimension (unit is mm) of the corresponding portion of the test piece. The "φ value" in the figure indicates the diameter (mm) of the designated part. “60 °” indicates that the V notch angle is 60 °. "0.175R" indicates that the V-notch bottom radius is 0.175 mm. The longitudinal direction of the annular V-notch test piece was parallel to the longitudinal direction of the steel bar. Further, the central axis of the annular V-notch test piece substantially coincided with the R / 2 position of the steel bar.

作製された環状Vノッチ試験片に対して、ガス浸炭炉を用いて、図2に示す条件で浸炭処理条件を実施した。焼入れ後の試験片に対して、150℃で90分の焼戻しを行って、浸炭鋼部品を模擬した試験片を作製した。 The produced annular V-notch test piece was carburized under the conditions shown in FIG. 2 using a gas carburizing furnace. The hardened test piece was tempered at 150 ° C. for 90 minutes to prepare a test piece simulating a carburized steel part.

電解チャージ法を用いて、各試験番号ごとに、試験片に対して種々の濃度の水素を導入した。電解チャージ法は次のとおり実施した。チオシアン酸アンモニウム水溶液中に試験片を浸漬した。試験片を浸漬した状態で、試験片の表面にアノード電位を発生させて水素を試験片内に取り込んだ。 Using the electrolytic charging method, hydrogen of various concentrations was introduced into the test piece for each test number. The electrolytic charge method was carried out as follows. The test piece was immersed in an aqueous solution of ammonium thiocyanate. With the test piece immersed, hydrogen was taken into the test piece by generating an anode potential on the surface of the test piece.

試験片内に水素を導入した後、試験片表面に亜鉛めっき被膜を形成し、試験片中の水素の散逸を防止した。続いて、試験片のVノッチ断面に対して公称応力1080MPa(引張強度の90%)の引張応力が負荷されるように一定加重を負荷する定荷重試験を実施した。試験中に破断した試験片、及び破断しなかった試験片に対して、ガスクロマトグラフ装置を用いた昇温分析法を実施して、試験片中の水素量を測定した。測定後、各試験番号において、破断しなかった試験片のうちの最大水素量を限界拡散性水素量Hcと定義した。 After introducing hydrogen into the test piece, a zinc-plated film was formed on the surface of the test piece to prevent the dissipation of hydrogen in the test piece. Subsequently, a constant load test was carried out in which a constant load was applied so that a tensile stress of a nominal stress of 1080 MPa (90% of the tensile strength) was applied to the V-notch cross section of the test piece. The amount of hydrogen in the test piece was measured by performing a temperature rise analysis method using a gas chromatograph on the test piece that broke during the test and the test piece that did not break. After the measurement, in each test number, the maximum amount of hydrogen in the unbroken test piece was defined as the critical diffusible hydrogen amount Hc.

さらに、JIS G4053(2008)のSCM420の規格を満たす化学組成の鋼材を浸炭処理した鋼材(試験番号28)での限界拡散性水素量を、限界拡散性水素量比HRの基準(Href)とした。限界拡散性水素量Hrefを基準として、式(A)を用いて限界拡散性水素量比HRを求めた。
HR=Hc/Href (A)
限界拡散性水素量比HRが1.10以上であれば、耐水素脆化特性に優れると判断した。
Further, the limit diffusible hydrogen amount in the steel material (test number 28) obtained by carburizing a steel material having a chemical composition satisfying the SCM420 standard of JIS G4053 (2008) was used as the standard (Href) for the limit diffusible hydrogen amount ratio HR. .. The limit diffusible hydrogen amount ratio HR was determined using the formula (A) with the limit diffusible hydrogen amount Href as a reference.
HR = Hc / Href (A)
When the critical diffusible hydrogen amount ratio HR was 1.10 or more, it was judged that the hydrogen embrittlement resistance was excellent.

[試験結果]
表1及び表2を参照して、試験番号1〜16の浸炭鋼部品用鋼材の化学組成は、本実施形態の化学組成の範囲内であり、式(1)〜式(4)を満たした。その結果、限界圧縮率は68%以上であり、十分な限界加工率を示した。さらに、浸炭処理後の鋼材における面疲労強度比は120%以上であり、優れた面疲労強度を有した。さらに、浸炭処理後の鋼材の限界拡散性水素量比HRは1.10以上であり、優れた耐水素脆化特性を示した。なお、浸炭鋼部品において、浸炭層は少なくとも0.4mm以上の深さを有した。また、50μm深さ位置での浸炭層のビッカース硬さは650〜1000HVであり、10.0mm深さ位置での芯部のビッカース硬さは300〜500HVであり、浸炭層及び芯部ともに、十分な硬さを有した。
[Test results]
With reference to Tables 1 and 2, the chemical composition of the steel materials for carburized steel parts of test numbers 1 to 16 was within the range of the chemical composition of the present embodiment, and the formulas (1) to (4) were satisfied. .. As a result, the limit compressibility was 68% or more, showing a sufficient limit processing rate. Further, the surface fatigue strength ratio of the steel material after the carburizing treatment was 120% or more, and the steel material had excellent surface fatigue strength. Further, the critical diffusible hydrogen content ratio HR of the steel material after the carburizing treatment was 1.10 or more, showing excellent hydrogen embrittlement resistance. In the carburized steel parts, the carburized layer had a depth of at least 0.4 mm or more. The Vickers hardness of the carburized layer at a depth of 50 μm is 650 to 1000 HV, and the Vickers hardness of the core at a depth of 10.0 mm is 300 to 500 HV, and both the carburized layer and the core are sufficient. Hardness.

一方、試験番号17では、C含有量が低すぎた。その結果、浸炭鋼部品の芯部の硬さが低すぎた。 On the other hand, in test number 17, the C content was too low. As a result, the hardness of the core of the carburized steel part was too low.

試験番号18では、C含有量が高すぎた。そのため、浸炭鋼部品用鋼材の限界加工率が68%未満であり、冷間鍛造性が低かった。 In test number 18, the C content was too high. Therefore, the limit processing rate of the steel material for carburized steel parts was less than 68%, and the cold forging property was low.

試験番号19では、Si含有量が低すぎた。そのため、面疲労強度比が120%未満であった。 In test number 19, the Si content was too low. Therefore, the surface fatigue strength ratio was less than 120%.

試験番号20では、Si含有量が高すぎた。そのため、浸炭鋼部品用鋼材の限界加工率が68%未満であり、冷間鍛造性が低かった。 In test number 20, the Si content was too high. Therefore, the limit processing rate of the steel material for carburized steel parts was less than 68%, and the cold forging property was low.

試験番号21では、Mn含有量が低すぎた。その結果、浸炭鋼部品の芯部の硬さが低すぎた。 In test number 21, the Mn content was too low. As a result, the hardness of the core of the carburized steel part was too low.

試験番号22では、Mn含有量が高すぎた。その結果、限界拡散性水素量比HRが1.10未満となり、耐水素脆化特性が低かった。 In test number 22, the Mn content was too high. As a result, the critical diffusible hydrogen amount ratio HR was less than 1.10, and the hydrogen embrittlement resistance was low.

試験番号23では、F3が式(3)の下限未満であった。その結果、限界拡散性水素量比HRが1.10未満となり、耐水素脆化特性が低かった。 In test number 23, F3 was below the lower limit of equation (3). As a result, the critical diffusible hydrogen amount ratio HR was less than 1.10, and the hydrogen embrittlement resistance was low.

試験番号24では、F2が式(2)の下限未満であった。その結果、面疲労強度比が120%未満であった。 In test number 24, F2 was below the lower limit of equation (2). As a result, the surface fatigue strength ratio was less than 120%.

試験番号25では、F2が式(2)の上限を超えた。その結果、浸炭鋼部品用鋼材の限界加工率が68%未満であり、冷間鍛造性が低かった。 In test number 25, F2 exceeded the upper limit of equation (2). As a result, the limit processing rate of the steel material for carburized steel parts was less than 68%, and the cold forging property was low.

試験番号26では、F4が式(4)の下限未満であった。その結果、浸炭鋼部品用鋼材の限界加工率が68%未満であり、冷間鍛造性が低かった。 In test number 26, F4 was below the lower limit of equation (4). As a result, the limit processing rate of the steel material for carburized steel parts was less than 68%, and the cold forging property was low.

試験番号27では、F4が式(4)の上限を超えた。その結果、面疲労強度比が120%未満であった。 In test number 27, F4 exceeded the upper limit of equation (4). As a result, the surface fatigue strength ratio was less than 120%.

試験番号29では、F1が式(1)の下限未満であった。その結果、浸炭鋼部品の芯部の硬さが低すぎた。 In test number 29, F1 was below the lower limit of equation (1). As a result, the hardness of the core of the carburized steel part was too low.

試験番号30では、F1が式(1)の上限を超えた。その結果、浸炭鋼部品用鋼材の限界加工率が68%未満であり、冷間鍛造性が低かった。 In test number 30, F1 exceeded the upper limit of equation (1). As a result, the limit processing rate of the steel material for carburized steel parts was less than 68%, and the cold forging property was low.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the above-described embodiment can be appropriately modified and implemented within a range that does not deviate from the gist thereof.

Claims (2)

化学組成が、質量%で、
C:0.05〜0.10%未満、
Si:0.50〜0.75%、
Mn:0.20〜0.55%、
S:0.005〜0.050%、
Cr:1.30〜2.00%未満、
Mo:0.20〜0.40%、
B:0.0005〜0.0100%、
Al:0.100〜0.150%、
Ca:0.0002〜0.0030%、
Ti:0.0200%未満、
N:0.0080%以下、
P:0.050%以下、及び、
O:0.0030%以下を含有し、残部はFe及び不純物からなり、式(1)〜式(4)を満たす、
浸炭鋼部品用鋼材。
0.195<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.033×Mo+0.067×Ni+0.097×Cu+0.078×Al<0.235 (1)
0.0003<Al×(N−Ti×(14/48))<0.0011 (2)
Si/Mn>1.00 (3)
0.070<C/Si<0.180 (4)
ここで、式(1)〜(4)の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
The chemical composition is mass%,
C: 0.05 to less than 0.10%,
Si: 0.50 to 0.75%,
Mn: 0.25 to 0.55%,
S: 0.005 to 0.050%,
Cr: 1.30 to less than 2.00%,
Mo: 0.25 to 0.40%,
B: 0.0005 to 0.0100%,
Al: 0.1000 to 0.150%,
Ca: 0.0002 to 0.0030%,
Ti: less than 0.0200%,
N: 0.0080% or less,
P: 0.050% or less, and
O: Contains 0.0030% or less, the balance is composed of Fe and impurities, and satisfies the formulas (1) to (4).
Steel material for carburized steel parts.
0.195 <C + 0.194 x Si + 0.065 x Mn + 0.012 x Cr + 0.033 x Mo + 0.067 x Ni + 0.097 x Cu + 0.078 x Al <0.235 (1)
0.0003 <Al × (N-Ti × (14/48)) <0.0011 (2)
Si / Mn> 1.00 (3)
0.070 <C / Si <0.180 (4)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol of the formulas (1) to (4).
請求項1に記載の浸炭鋼部品用鋼材であって、
前記化学組成は、
Nb:0.100%以下、
V:0.200%以下、
Ni:0.500%以下、及び、
Cu:0.500%以下、
からなる群から選択される1元素以上を含有する、
浸炭鋼部品用鋼材。
The steel material for carburized steel parts according to claim 1.
The chemical composition is
Nb: 0.100% or less,
V: 0.200% or less,
Ni: 0.500% or less and
Cu: 0.500% or less,
Contains one or more elements selected from the group consisting of
Steel material for carburized steel parts.
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