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JP2022055308A - Carburized steel and its manufacturing method - Google Patents

Carburized steel and its manufacturing method Download PDF

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JP2022055308A
JP2022055308A JP2021119160A JP2021119160A JP2022055308A JP 2022055308 A JP2022055308 A JP 2022055308A JP 2021119160 A JP2021119160 A JP 2021119160A JP 2021119160 A JP2021119160 A JP 2021119160A JP 2022055308 A JP2022055308 A JP 2022055308A
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克行 一宮
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  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
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Abstract

【課題】冷間鍛造での成形が可能であり、真空浸炭時の表層部におけるセメンタイトの生成が抑制された、浸炭鋼を提供する。
【解決手段】C:0.10~0.35質量%、Si:0.50質量%以下、Mn:0.30~1.50質量%、Cr:1.10~2.00質量%、P:0.02質量%以下、S:0.03質量%以下、Al:0.01~0.05質量%およびN:0.030質量%以下を含み、残部はFe及び不可避的不純物である成分組成を有し、 表面から深さ0.05mm位置におけるセメンタイト分率が5%以下、表面からの深さ0.05mm位置における硬度がHV600以上、表面からの深さ0.05mm位置におけるオーステナイト粒径が粒度5番以上、および、表面からの深さ0.10mm位置における硬度がHV650以上とする。
【選択図】なし
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carburized steel which can be formed by cold forging and in which the formation of cementite in a surface layer portion at the time of vacuum carburizing is suppressed.
SOLUTION: C: 0.10 to 0.35% by mass, Si: 0.50% by mass or less, Mn: 0.30 to 1.50% by mass, Cr: 1.10 to 2.00% by mass, P: 0.02% by mass or less, S: 0.03% by mass or less, Al. : 0.01-0.05% by mass and N: 0.030% by mass or less, the balance has a component composition of Fe and unavoidable impurities, the cementite content at a depth of 0.05 mm from the surface is 5% or less, from the surface. The hardness at a depth of 0.05 mm is HV600 or more, the austenite particle size at a depth of 0.05 mm from the surface is No. 5 or more, and the hardness at a depth of 0.10 mm from the surface is HV650 or more.
[Selection diagram] None

Description

本発明は、建産機や自動車分野で用いられる機械構造用材料に供する、表層に浸炭層を有する浸炭鋼、特に浸炭時の表層部セメンタイト生成が抑制された浸炭鋼およびその製造方法に関するものである。本発明の浸炭鋼が用いられる部品として、建産機分野では、例えば、走行減速機のギア(プラネタリーギアおよびサンギア等の歯車)、大型減速機のギア、油圧ポンプのバルブプレート、ボールねじのナット、サイクロン減速機の曲線板およびピン、並びに、直動軸受けのブロック等が挙げられ、同様に、自動車分野では、各種軸受、エンジンのピストンピン、カムシャフトおよびタイミングギア、変速機の歯車類(ミッシングギア、リングギア、サンギアおよびプラネリタギア等)、並びに、駆動系のデフベベルギア、トリポート、インナおよびボール等が挙げられる。また、建産機や自動車分野以外では、電気機器分野の風力発電機用の軸受や減速ギア等がある。 The present invention relates to a carburized steel having a carburized layer on the surface layer, particularly a carburized steel in which the formation of cementite in the surface layer is suppressed during carburizing, and a method for producing the same, which is used as a material for machine structural use in the construction machinery and automobile fields. be. In the field of construction machinery, for example, gears of traveling speed reducers (gears such as planetary gears and sun gears), gears of large speed reducers, valve plates of hydraulic pumps, ball screws, etc. Examples include nuts, curve plates and pins of cyclone reducers, and blocks of linear motion bearings. Similarly, in the automobile field, various bearings, engine piston pins, cam shafts and timing gears, and transmission gears ( Missing gears, ring gears, sun gears, planetar gears, etc.), as well as drive train differential bevel gears, tripports, inners, balls, etc. In addition to the construction machinery and automobile fields, there are bearings and reduction gears for wind power generators in the electrical equipment field.

冷間鍛造は、ニアネットシェイプ成形が可能なため、熱間鍛造と比較して鍛造後の切削量を低減でき、歩留まり低下を抑制可能な利点がある。また、浸炭焼入れ焼戻し処理は、鋼部品の疲労特性を向上させる熱処理であり、自動車用の歯車をはじめとし様々な部品に適用されている。中でも真空浸炭は、減圧下にあるバッチ炉内に浸炭用ガス(アセチレンガスやエチレンガス)を導入し、該浸炭用ガスが炭素の供給源となり部品表面より内部へと炭素を浸透拡散させる手法である。この真空浸炭は、部品の特にエッジ部において浸炭が過剰になってセメンタイトの生成を招くことが課題として残るが、表層の粒界酸化を抑制可能な点で有利である。 Since cold forging is capable of near-net shape forming, it has the advantage that the amount of cutting after forging can be reduced as compared with hot forging, and the decrease in yield can be suppressed. Further, the carburizing, quenching and tempering treatment is a heat treatment for improving the fatigue characteristics of steel parts, and is applied to various parts including gears for automobiles. Among them, vacuum carburizing is a method in which a carburizing gas (acetylene gas or ethylene gas) is introduced into a batch furnace under reduced pressure, and the carburizing gas serves as a carbon supply source to permeate and diffuse carbon from the surface of the component to the inside. be. This vacuum carburizing remains a problem that carburization becomes excessive at the edge portion of the component and causes the formation of cementite, but it is advantageous in that it can suppress intergranular oxidation of the surface layer.

例えば、特許文献1では、鋼のSi添加量を高めるとともにCr添加量を低くすることにより、部品のエッジ部における過剰浸炭(セメンタイト生成)を抑制可能な真空浸炭用鋼が提案されている。また、特許文献2では、浸炭期において炭化水素ガスのパルスを1回導入し、鋼材の表面における炭素濃度がAcm線に相当する炭素濃度を超えた後、鋼材の表面における炭素濃度がAcm線に相当する炭素濃度未満となってから、次のパルスを導入することにより、粗大なセメンタイトの生成を抑制可能な、高濃度浸炭鋼の製造方法が提案されている。さらに、特許文献3では、鋼のN添加量とNb添加量を高め、熱間鍛造後に析出熱処理を施すことにより、減圧浸炭の処理温度を高温化しても結晶粒粗大化を抑制可能であり、高温化にともなう浸炭時間の短縮が可能な鍛造部品の製造方法が提案されている。 For example, Patent Document 1 proposes a vacuum carburizing steel capable of suppressing excessive carburizing (cementite formation) at the edge portion of a component by increasing the Si addition amount and lowering the Cr addition amount of the steel. Further, in Patent Document 2, a hydrocarbon gas pulse is introduced once in the carburizing period, and after the carbon concentration on the surface of the steel material exceeds the carbon concentration corresponding to the Acm line, the carbon concentration on the surface of the steel material becomes the Acm line. A method for producing a high-concentration carburized steel has been proposed, which can suppress the formation of coarse cementite by introducing the next pulse after the carbon concentration becomes less than the corresponding carbon concentration. Further, in Patent Document 3, by increasing the amount of N added and the amount of Nb added to steel and performing precipitation heat treatment after hot forging, it is possible to suppress the coarsening of crystal grains even if the treatment temperature of carburizing under reduced pressure is raised. A method for manufacturing forged parts that can shorten the carburizing time due to high temperature has been proposed.

特開2019-7063号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-7063 特許第6497208号公報Japanese Patent No. 6497208 特許第6148995号公報Japanese Patent No. 6148995

近年、部品の価格競争はますます激しくなってきており、熱間鍛造よりも低コストである冷間鍛造での部品製造ニーズが強い。加えて、部品性能向上の点から、真空浸炭時の過剰浸炭(セメンタイト生成)抑制についても要求が高まっている。
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、過剰浸炭抑制のために、鋼のSi添加量を高めたため、冷間鍛造性が低下し、冷間鍛造の適用が困難であることが問題であった。また、特許文献2に記載の技術では、浸炭期において炭化水素ガスのパルスを導入後、Cの拡散を待つ時間が発生するため、熱処理時間が増大することが問題であった。さらに、特許文献3に記載の技術では、熱間鍛造部品の高温浸炭化による浸炭時間の短縮が可能であるが、当該技術を冷間鍛造部品に適用しても浸炭時結晶粒粗大化が抑制できないことが問題であった。
In recent years, price competition for parts has become more and more fierce, and there is a strong need for parts manufacturing in cold forging, which is cheaper than hot forging. In addition, from the viewpoint of improving the performance of parts, there is an increasing demand for suppressing excessive carburizing (cementite formation) during vacuum carburizing.
However, in the technique described in Patent Document 1, since the amount of Si added to the steel is increased in order to suppress excessive carburizing, the cold forging property is lowered and it is difficult to apply the cold forging. .. Further, in the technique described in Patent Document 2, there is a problem that the heat treatment time is increased because a time is required to wait for the diffusion of C after the introduction of the hydrocarbon gas pulse in the carburizing period. Further, the technique described in Patent Document 3 can shorten the carburizing time by high-temperature carburizing of hot forged parts, but even if the technique is applied to cold forged parts, coarsening of crystal grains during carburizing is suppressed. The problem was that I couldn't.

本発明は、上記の実情に鑑み開発されたものであり、冷間鍛造での成形が可能であり、真空浸炭時の表層部におけるセメンタイトの生成が抑制された、浸炭鋼およびその製造方法について提案することを目的とする。 The present invention has been developed in view of the above circumstances, and proposes a carburized steel and a method for producing the same, which can be formed by cold forging and suppress the formation of cementite in the surface layer portion during vacuum carburizing. The purpose is to do.

発明者らは、上記の目的を達成すべく、冷間鍛造性に及ぼす合金元素の影響と真空浸炭時の表層部のセメンタイト生成について鋭意研究した結果、冷間鍛造性に優れ、真空浸炭時の表層部のセメンタイト生成が抑制された浸炭鋼およびその製造方法を完成するに到った。すなわち、本発明の要旨は、次のとおりである。 In order to achieve the above objectives, the inventors have diligently studied the influence of alloying elements on cold forging and the formation of cementite on the surface layer during vacuum carburizing. As a result, they have excellent cold forging and are excellent in cold forging. We have completed a carburized steel in which the formation of cementite in the surface layer is suppressed and a method for producing the same. That is, the gist of the present invention is as follows.

1.C:0.10~0.35質量%、
Si:0.50質量%以下、
Mn:0.30~1.50質量%、
Cr:1.10~2.00質量%、
P:0.02質量%以下、
S:0.05質量%以下、
Al:0.01~0.05質量%および
N:0.030質量%以下
を含み、残部はFe及び不可避的不純物である成分組成を有し、
表面から深さ0.05mm位置におけるセメンタイト分率が5%以下、表面からの深さ0.05mm位置における硬度がHV600以上、表面からの深さ0.05mm位置におけるオーステナイト粒径が粒度5番以上、および、表面からの深さ0.10mm位置における硬度がHV650以上である浸炭鋼。
1. 1. C: 0.10 to 0.35% by mass,
Si: 0.50% by mass or less,
Mn: 0.30 to 1.50% by mass,
Cr: 1.10-2.00 mass%,
P: 0.02% by mass or less,
S: 0.05% by mass or less,
It contains Al: 0.01-0.05% by mass and N: 0.030% by mass or less, and the balance has a component composition of Fe and unavoidable impurities.
The cementite fraction at a depth of 0.05 mm from the surface is 5% or less, the hardness at a depth of 0.05 mm from the surface is HV600 or more, the austenite particle size at a depth of 0.05 mm from the surface is a particle size of 5 or more, and Carburized steel with a hardness of HV650 or higher at a depth of 0.10 mm from the surface.

2.前記鋼の成分組成はさらに、
Mo:1質量%以下、
Cu:1質量%以下、
Ni:1質量%以下および
B:0.01質量%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する前記1に記載の浸炭鋼。
2. 2. The composition of the steel further
Mo: 1% by mass or less,
Cu: 1% by mass or less,
The carburized steel according to 1 above, which contains one or more selected from Ni: 1% by mass or less and B: 0.01% by mass or less.

3.前記鋼の成分組成はさらに、
Nb:0.1質量%以下、
Ti:0.1質量%以下および
V:0.1質量%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する前記1または2に記載の浸炭鋼。
3. 3. The composition of the steel further
Nb: 0.1% by mass or less,
The carburized steel according to 1 or 2 above, which contains one or more selected from Ti: 0.1% by mass or less and V: 0.1% by mass or less.

4.前記成分組成はさらに、
Sn:0.1質量%以下および
Sb:0.1質量%以下
のうちから選ばれる1種または2種を含有する前記1から3のいずれかに記載の浸炭鋼。
4. The composition of the components further
Sn: 0.1% by mass or less and
Sb: The carburized steel according to any one of 1 to 3 above, which contains 1 or 2 selected from 0.1% by mass or less.

5.前記成分組成はさらに、
Se:0.3質量%以下、
Ca:0.1質量%以下、
Pb:0.3質量%以下および
Bi:0.3質量%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する前記1から4のいずれかに記載の浸炭鋼。
5. The composition of the components further
Se: 0.3% by mass or less,
Ca: 0.1% by mass or less,
Pb: 0.3% by mass or less and
Bi: The carburized steel according to any one of 1 to 4 above, which contains one or more selected from 0.3% by mass or less.

6.部品形状を有する前記1から5のいずれかに記載の浸炭鋼。 6. The carburized steel according to any one of 1 to 5 above, which has a component shape.

7.前記1から5のいずれかに記載の成分組成を有する鋼素材に、浸炭期温度Tc(℃)および拡散期温度Td (℃)が次式(1)および(2)を満足する真空浸炭処理を施す、浸炭鋼の製造方法。
Tc+22×([Cr]-0.8)≦Td≦1100 ・・・(1)
Tc≦1000 ・・・(2)
ここで、[Cr]:鋼中Cr濃度(質量%)
7. A steel material having the component composition according to any one of 1 to 5 is subjected to vacuum carburizing treatment in which the carburizing period temperature Tc (° C) and the diffusion period temperature Td (° C) satisfy the following equations (1) and (2). How to make carburized steel.
Tc + 22 × ([Cr] -0.8) ≤ Td ≤ 1100 ・ ・ ・ (1)
Tc ≤ 1000 ・ ・ ・ (2)
Here, [Cr]: Cr concentration in steel (mass%)

本発明によれば、冷間鍛造性に優れ、真空浸炭時の表層部セメンタイト生成が抑制された浸炭鋼を提供することができ、工業上非常に有用である。 According to the present invention, it is possible to provide a carburized steel having excellent cold forging property and suppressing the formation of cementite in the surface layer portion at the time of vacuum carburizing, which is very useful industrially.

以下、本発明を具体的に説明する。すなわち、本発明の浸炭鋼は、所定の成分組成並びに表層部組織を有するものであり、成分組成から順に詳述する。
C:0.10~0.35質量%
Cは、浸炭後の中心部硬度を高めるために、0.10質量%以上を必要とする。一方、含有量が0.35質量%を超えると、圧延材の硬度が上昇し、冷間加工時の荷重増大により鍛造金型寿命の低下を招くため、C量は0.10~0.35質量%の範囲に限定した。好ましくは、0.15~0.30質量%の範囲である。
Hereinafter, the present invention will be specifically described. That is, the carburized steel of the present invention has a predetermined composition and surface structure, and will be described in detail in order from the composition.
C: 0.10 to 0.35% by mass
C requires 0.10% by mass or more in order to increase the hardness of the central portion after carburizing. On the other hand, if the content exceeds 0.35% by mass, the hardness of the rolled material increases and the life of the forging die is shortened due to the increase in load during cold working, so the C amount is limited to the range of 0.10 to 0.35% by mass. bottom. It is preferably in the range of 0.15 to 0.30% by mass.

Si:0.50質量%以下
Siは、脱酸剤としての作用を持つが、Alが添加されていれば、必ずしも必要ではない合金元素である。Siは鋼を固溶強化させ圧延材硬度を高めて、冷間鍛造時の金型寿命を低下させる作用があるため、上限を0.50質量%に限定する。好ましくは0.15質量%以下であり、さらに好ましくは0.10質量%以下である。なお、Siは0質量%であっても良いことは勿論であるが、0.001質量%未満まで低減するには、多大な精錬コストを要するため、0.001質量%以上の含有は許容される。
Si: 0.50% by mass or less
Si has an action as a deoxidizing agent, but is an alloying element that is not always necessary if Al is added. Since Si has the effect of strengthening the steel by solid solution to increase the hardness of the rolled material and shortening the die life during cold forging, the upper limit is limited to 0.50% by mass. It is preferably 0.15% by mass or less, and more preferably 0.10% by mass or less. It goes without saying that Si may be 0% by mass, but since a large refining cost is required to reduce it to less than 0.001% by mass, a content of 0.001% by mass or more is allowed.

Mn:0.30~1.50質量%
Mnは、焼入れ性を向上させ、浸炭後の硬度を上昇させる作用を持つ。この作用を得るためには、少なくとも0.30質量%の添加を必要とする。しかし、Mnの過剰な添加は、圧延材の硬度を上昇させ冷間鍛造時の金型寿命低下を招くため、上限を1.50質量%とした。好ましくは、0.35~0.65質量%である。
Mn: 0.30 to 1.50 mass%
Mn has the effect of improving hardenability and increasing hardness after carburizing. In order to obtain this effect, an addition of at least 0.30% by mass is required. However, excessive addition of Mn increases the hardness of the rolled material and shortens the life of the die during cold forging, so the upper limit was set to 1.50% by mass. It is preferably 0.35 to 0.65% by mass.

Cr:1.10~2.00質量%
Crは、焼入れ性を向上させ、浸炭後の硬度を上昇させる作用を持つ。この作用を得るためには、少なくとも1.10質量%の添加を必要とする。Crも、SiやMnと同様に圧延材の硬度を上昇させる作用があるが、SiやMnと比較して、その作用は小さい。すなわち、十分な焼入れ性と低い圧延材硬度を得るためには、Si、Mnを低減し、Crを増大させる設計が有効である。しかしながら、過剰なCr添加は、鋼中におけるセメンタイトの安定性を増大させ、真空浸炭後のセメンタイト分率を増大させて疲労特性低下を招くことから、上限を2.00質量%に規定する。好ましくは、1.20~1.80質量%の範囲である。
Cr: 1.10-2.00 mass%
Cr has the effect of improving hardenability and increasing hardness after carburizing. To obtain this effect, an addition of at least 1.10% by weight is required. Cr also has the effect of increasing the hardness of the rolled material like Si and Mn, but the effect is smaller than that of Si and Mn. That is, in order to obtain sufficient hardenability and low rolled material hardness, a design that reduces Si and Mn and increases Cr is effective. However, excessive Cr addition increases the stability of cementite in steel, increases the cementite fraction after vacuum carburizing, and causes a decrease in fatigue characteristics, so the upper limit is specified as 2.00% by mass. It is preferably in the range of 1.20 to 1.80% by mass.

P:0.02質量%以下
Pは、結晶粒界に偏析し、靭性を低下させるため、その混入は低いほど望ましいが、0.02質量%までは許容される。また、下限については特に限定せずとも問題はないが、過剰な低P化は精錬時間の増長や精錬コストを上昇させてしまうため、0.001質量%以上とするとよい。
P: 0.02% by mass or less P segregates at the grain boundaries and lowers the toughness. Therefore, the lower the mixing, the more desirable, but up to 0.02% by mass is allowed. Further, the lower limit is not particularly limited, but excessively low P will increase the refining time and the refining cost, so it is preferable to set it to 0.001% by mass or more.

S:0.05質量%以下
Sは、硫化物系介在物として存在し、被削性の向上に有効な元素であり、そのためには0.001質量%以上で添加することが好ましい。しかし、過剰な添加は冷間加工性の低下を招くため、上限を0.05質量%とした。また、下限については特に限定しないが、過度の低S化は精錬コストを上昇させてしまうため、0.001質量%以上とするとよい。好ましくは0.005~0.03質量%であり、さらに好ましくは0.005~0.02質量%である。
S: 0.05% by mass or less S is an element that exists as a sulfide-based inclusion and is effective for improving machinability, and for that purpose, it is preferable to add 0.001% by mass or more. However, since excessive addition causes a decrease in cold workability, the upper limit is set to 0.05% by mass. Further, the lower limit is not particularly limited, but excessively low S increases the refining cost, so it is preferable to set it to 0.001% by mass or more. It is preferably 0.005 to 0.03% by mass, and more preferably 0.005 to 0.02% by mass.

Al:0.01~0.05質量%
Alは、酸化物を形成し脱酸に有効な元素であるとともに粗大な酸化物系介在物の生成を抑止する作用を有するが、含有量が0.01質量%に満たないと、その添加効果に乏しい。しかし、過剰な添加は介在物の増加を招き、疲労破壊の起点を増やし、低疲労強度の原因となることから、上限を0.05質量%とした。好ましくは、0.015~0.035質量%である。
Al: 0.01-0.05 mass%
Al is an element that forms an oxide and is effective for deoxidation, and has an effect of suppressing the formation of coarse oxide-based inclusions, but if the content is less than 0.01% by mass, its addition effect is poor. .. However, excessive addition causes an increase in inclusions, increases the starting point of fatigue fracture, and causes low fatigue strength. Therefore, the upper limit is set to 0.05% by mass. It is preferably 0.015 to 0.035% by mass.

N:0.030質量%以下
Nの過剰な添加は鋳造後の鋼片表面割れを招くため、0.030質量%を上限とする。下限については特に限定しないが、過度の低N化は精錬コストを上昇させてしまうため、0.0010質量%以上とするとよい。好ましくは、0.0030~0.0180質量%である。
N: 0.030% by mass or less Since excessive addition of N causes cracks on the surface of steel pieces after casting, the upper limit is 0.030% by mass. The lower limit is not particularly limited, but excessively low N increases the refining cost, so it is preferable to set it to 0.0010% by mass or more. It is preferably 0.0030 to 0.0180% by mass.

以上、本発明の基本成分について説明したが、本発明では、必要に応じて、更に、以下に示す各成分を適宜添加することが可能である。
Mo:1質量%以下、
Cu:1質量%以下、
Ni:1質量%以下および
B:0.01質量%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上
The basic components of the present invention have been described above, but in the present invention, each component shown below can be further added as appropriate, if necessary.
Mo: 1% by mass or less,
Cu: 1% by mass or less,
Ni: 1% by mass or less and B: 1 or more selected from 0.01% by mass or less

Mo:1質量%以下
Moは、焼入れ性を向上させ、浸炭後硬度を上昇させる作用を持つ。しかし、含有量が1質量%を超えると、焼入性が過剰となり、圧延後の硬度が上昇し、加工性や被削性が低下する懸念がある。そのため、Mo含有量は1質量%以下の範囲に制限することが好ましい。なお、Moによる鋼材強度の向上効果を発現させるためには、Moは0.005質量%以上で含有されることが好ましい。さらに好ましくは、0.03~0.50質量%の範囲である。より好ましくは、0.05~0.25質量%である。
Mo: 1% by mass or less
Mo has the effect of improving hardenability and increasing hardness after carburizing. However, if the content exceeds 1% by mass, the hardenability becomes excessive, the hardness after rolling increases, and there is a concern that the workability and machinability deteriorate. Therefore, it is preferable to limit the Mo content to the range of 1% by mass or less. In addition, in order to exhibit the effect of improving the strength of the steel material by Mo, it is preferable that Mo is contained in an amount of 0.005% by mass or more. More preferably, it is in the range of 0.03 to 0.50% by mass. More preferably, it is 0.05 to 0.25% by mass.

Cu:1質量%以下
Cuは、焼入れ性を向上させ、浸炭後硬度を上昇させる作用を持つ。この効果を得るためには、Cuは0.01質量%以上で含有されることが好ましい。一方、Cu含有量が1質量%を超えると、圧延材の表面肌が荒れてしまい、疵として残存する懸念がある。そこで、Cu量は1質量%以下の範囲に限定することが好ましい。より好ましくは0.015~0.5質量%の範囲である。更に好ましくは0.03~0.3質量%である。
Cu: 1% by mass or less
Cu has the effect of improving hardenability and increasing hardness after carburizing. In order to obtain this effect, Cu is preferably contained in an amount of 0.01% by mass or more. On the other hand, if the Cu content exceeds 1% by mass, the surface surface of the rolled material becomes rough, and there is a concern that it may remain as a flaw. Therefore, it is preferable to limit the amount of Cu to the range of 1% by mass or less. More preferably, it is in the range of 0.015 to 0.5% by mass. More preferably, it is 0.03 to 0.3% by mass.

Ni:1質量%以下
Niは、靱性の向上に有用な元素である。これらの効果を得るためには、Niは0.01質量%以上で含有されることが好ましい。一方、1質量%を超えて含有されても、上記の効果が飽和する。よって、Ni含有量は1質量%以下の範囲に限定することが好ましい。より好ましくは0.015~0.5質量%の範囲である。更に好ましくは0.03~0.3質量%である。
Ni: 1% by mass or less
Ni is an element useful for improving toughness. In order to obtain these effects, Ni is preferably contained in an amount of 0.01% by mass or more. On the other hand, even if it is contained in an amount of more than 1% by mass, the above effect is saturated. Therefore, the Ni content is preferably limited to the range of 1% by mass or less. More preferably, it is in the range of 0.015 to 0.5% by mass. More preferably, it is 0.03 to 0.3% by mass.

B:0.01質量%以下
Bは、粒界に偏析し、拡散型変態を抑制することで、焼入性の向上に有効であり、加えて粒界を強化し、疲労亀裂の発生および進展を抑制し疲労強度を向上させる効果もある。Bによるこの効果を得るためには、0.0003質量%以上でBを含有させることが好ましい。一方、0.01%を超えると、靱性が低下するため、B量は0.01質量%以下の範囲に限定することが好ましい。より好ましくは、0.0005~0.005質量%の範囲である。更に好ましくは0.0007~0.002質量%である。
B: 0.01% by mass or less B is effective in improving hardenability by segregating at grain boundaries and suppressing diffusion-type transformation, and in addition, strengthens grain boundaries and suppresses the generation and growth of fatigue cracks. It also has the effect of improving fatigue strength. In order to obtain this effect by B, it is preferable to contain B in an amount of 0.0003% by mass or more. On the other hand, if it exceeds 0.01%, the toughness decreases, so it is preferable to limit the amount of B to the range of 0.01% by mass or less. More preferably, it is in the range of 0.0005 to 0.005% by mass. More preferably, it is 0.0007 to 0.002% by mass.

以上の成分に加え、必要に応じて、更に、以下に示す各成分を適宜添加することが可能である。
Nb:0.1質量%以下、
Ti:0.1質量%以下および
V:0.1質量%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上
Nb:0.1質量%以下
Nbは、炭素や窒素と結合し、微細析出物を形成する作用により、浸炭時の結晶粒成長を抑制し結晶粒微細化効果がある。しかし、0.1質量%を超えて添加しても、その効果は飽和するのみであるため、Nb含有量は0.1質量%以下とすることが好ましい。より好ましくは、0.005~0.08質量%である。さらに好ましくは、0.01~0.06質量%である。
In addition to the above components, if necessary, each component shown below can be added as appropriate.
Nb: 0.1% by mass or less,
One or more selected from Ti: 0.1% by mass or less and V: 0.1% by mass or less
Nb: 0.1% by mass or less
Nb binds to carbon and nitrogen to form fine precipitates, thereby suppressing grain growth during carburizing and having a grain refinement effect. However, even if it is added in an amount of more than 0.1% by mass, the effect is only saturated, so that the Nb content is preferably 0.1% by mass or less. More preferably, it is 0.005 to 0.08% by mass. More preferably, it is 0.01 to 0.06% by mass.

Ti:0.1質量%以下
Tiは、炭素や窒素と結合し、微細析出物を形成する作用により、浸炭時の結晶粒成長を抑制し結晶粒微細化効果がある。しかし、0.1質量%を超えて添加しても、その効果は飽和するのみであるため、Ti含有量は0.1質量%以下とすることが好ましい。より好ましくは、0.005~0.08質量%である。さらに好ましくは、0.01~0.06質量%である。
Ti: 0.1% by mass or less
Ti binds to carbon and nitrogen to form fine precipitates, thereby suppressing grain growth during carburizing and having a grain refinement effect. However, even if it is added in an amount of more than 0.1% by mass, the effect is only saturated, so that the Ti content is preferably 0.1% by mass or less. More preferably, it is 0.005 to 0.08% by mass. More preferably, it is 0.01 to 0.06% by mass.

V:0.1質量%以下
Vは、炭素や窒素と結合し、微細析出物を形成する作用により、浸炭時の結晶粒成長を抑制し結晶粒微細化効果がある。しかし、0.1質量%を超えて添加しても、その効果は飽和するのみであるため、V含有量は0.1質量%以下とすることが好ましい。より好ましくは、0.005~0.08質量%である。さらに好ましくは、0.01~0.06質量%である。
V: 0.1% by mass or less V has the effect of suppressing crystal grain growth during carburizing and refining the crystal grains by the action of binding to carbon and nitrogen to form fine precipitates. However, even if it is added in an amount of more than 0.1% by mass, the effect is only saturated, so that the V content is preferably 0.1% by mass or less. More preferably, it is 0.005 to 0.08% by mass. More preferably, it is 0.01 to 0.06% by mass.

以上の成分に加え、必要に応じて、更に、以下に示す各成分を適宜添加することが可能である。
Sn:0.1質量%以下および
Sb:0.1質量%以下
のうちから選ばれる1種または2種
In addition to the above components, if necessary, each component shown below can be added as appropriate.
Sn: 0.1% by mass or less and
Sb: 1 or 2 selected from 0.1% by mass or less

Sn:0.1質量%以下
Snは、鋼材表面の耐食性を向上させるために有効な元素である。耐食性向上の観点からは、Snは0.003質量%以上含有させることが好ましい。一方、過剰な添加は加工性を劣化させることから、Snの含有量は0.1質量%以下とすることが好ましい。より好ましくは、0.0010~0.050質量%であり、更に好ましくは、0.0015~0.035質量%である。
Sn: 0.1% by mass or less
Sn is an effective element for improving the corrosion resistance of the steel surface. From the viewpoint of improving corrosion resistance, it is preferable that Sn is contained in an amount of 0.003% by mass or more. On the other hand, since excessive addition deteriorates processability, the Sn content is preferably 0.1% by mass or less. It is more preferably 0.0010 to 0.050% by mass, and even more preferably 0.0015 to 0.035% by mass.

Sb:0.1質量%以下
Sbは、鋼材表面の脱炭を抑制し、表面硬度の低下を防止するために有効な元素である。この効果を発現させるためには、Sbは0.0003質量%以上含有させることが好ましい。一方、過剰な添加は加工性を劣化させることから、Sbの含有量は0.1質量%以下とすることが好ましい。より好ましくは、0.001~0.05質量%であり、更に好ましくは、0.0015~0.035質量%である。
Sb: 0.1% by mass or less
Sb is an element effective for suppressing decarburization of the steel surface and preventing a decrease in surface hardness. In order to exhibit this effect, it is preferable to contain Sb in an amount of 0.0003% by mass or more. On the other hand, since excessive addition deteriorates processability, the Sb content is preferably 0.1% by mass or less. It is more preferably 0.001 to 0.05% by mass, and even more preferably 0.0015 to 0.035% by mass.

以上の成分に加え、必要に応じて、更に、以下に示す各成分を適宜添加することが可能である。
Se:0.3質量%以下、
Ca:0.1質量%以下、
Pb:0.3質量%以下および
Bi:0.3質量%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上
In addition to the above components, if necessary, each component shown below can be added as appropriate.
Se: 0.3% by mass or less,
Ca: 0.1% by mass or less,
Pb: 0.3% by mass or less and
Bi: One or more selected from 0.3% by mass or less

Se:0.3質量%以下
Seは、MnやCuと結合し、鋼中に析出物として分散することで被削性を向上させる。この効果を得るためには、少なくとも0.001質量%以上でSeを添加することが好ましい。一方、0.3質量%を超えて添加しても、効果は飽和する。このため、Se含有量は0.3質量%以下とすることが好ましい。より好ましくは、0.005~0.1質量%である。さらに好ましくは、0.008~0.09質量%である。
Se: 0.3% by mass or less
Se binds to Mn and Cu and disperses as a precipitate in the steel to improve machinability. In order to obtain this effect, it is preferable to add Se in an amount of at least 0.001% by mass or more. On the other hand, even if it is added in excess of 0.3% by mass, the effect is saturated. Therefore, the Se content is preferably 0.3% by mass or less. More preferably, it is 0.005 to 0.1% by mass. More preferably, it is 0.008 to 0.09% by mass.

Ca:0.1質量%以下
Caは、Sと結合し、鋼中に硫化物として分散することで被削性を向上させる。この効果を得るためには、少なくとも0.0005質量%以上でCaを添加することが好ましい。一方、0.1質量%を超えて添加しても、効果は飽和する。このため、Ca含有量は0.1質量%以下とすることが好ましい。より好ましくは、0.0010~0.0500質量%である。さらに好ましくは、0.0015~0.0300質量%である。
Ca: 0.1% by mass or less
Ca binds to S and disperses as sulfide in steel to improve machinability. In order to obtain this effect, it is preferable to add Ca in an amount of at least 0.0005% by mass or more. On the other hand, even if it is added in an amount of more than 0.1% by mass, the effect is saturated. Therefore, the Ca content is preferably 0.1% by mass or less. More preferably, it is 0.0010 to 0.0500% by mass. More preferably, it is 0.0015 to 0.0300% by mass.

Pb:0.3質量%以下
Bi:0.3質量%以下
PbおよびBiは、切削時の切屑を微細化する効果があり、切屑処理性を向上させる場合、これらの元素添加が有効である。この効果を得るために、PbおよびBiは0.01質量%以上の添加が好ましい。しかしながら、これらの元素を過度に添加しても切屑処理性の向上効果は飽和する。従って、合金コスト上昇を抑えるため、PbおよびBi量の上限値を0.3質量%とする。より好ましいPb量およびBi量は0.01~0.2質量%、更には0.01~0.1質量%である。
以上説明した元素以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。
Pb: 0.3% by mass or less
Bi: 0.3% by mass or less
Pb and Bi have the effect of refining chips during cutting, and the addition of these elements is effective when improving the chip disposability. In order to obtain this effect, it is preferable to add Pb and Bi in an amount of 0.01% by mass or more. However, even if these elements are added excessively, the effect of improving the chip treatment property is saturated. Therefore, in order to suppress the increase in alloy cost, the upper limit of the amount of Pb and Bi is set to 0.3% by mass. More preferable amounts of Pb and Bi are 0.01 to 0.2% by mass, and more preferably 0.01 to 0.1% by mass.
The rest other than the elements described above are Fe and unavoidable impurities.

また、本発明の浸炭鋼は、次の条件を満足する表層を有する。
表面から深さ0.05mm位置におけるセメンタイト分率が5%以下
浸炭後の最表面側の表層にセメンタイトが存在すると、疲労破壊を促進させ、浸炭鋼(部品)の早期破壊を招く要因となる。従って、浸炭鋼(部品)の早期破壊を抑えるため、表面から深さ0.05mm位置におけるセメンタイトの分率(面積率)を5%以下とする。好ましくは3%以下であり、より好ましくは1.5%以下である。勿論、0%であってもよい。
なお、表層においてセメンタイトの残部は、マルテンサイト、ベイナイト、残留オーステナイト、パーライトで構成される。好ましくは残留オーステナイトが35%以下、パーライトが15%以下である。
Further, the carburized steel of the present invention has a surface layer that satisfies the following conditions.
Cementite fraction at a depth of 0.05 mm from the surface is 5% or less If cementite is present on the surface layer on the outermost surface side after carburizing, it promotes fatigue fracture and causes early fracture of carburized steel (parts). Therefore, in order to suppress premature fracture of carburized steel (parts), the cementite fraction (area ratio) at a depth of 0.05 mm from the surface is set to 5% or less. It is preferably 3% or less, and more preferably 1.5% or less. Of course, it may be 0%.
The rest of cementite on the surface layer is composed of martensite, bainite, retained austenite, and pearlite. Preferably, retained austenite is 35% or less and pearlite is 15% or less.

表面からの深さ0.05mm位置における硬度がHV600以上
浸炭では、最表層の硬度を上昇させる効果により疲労強度が向上する。すなわち、最表層の硬度が不足した場合、疲労特性の向上効果が得られない。疲労強度の向上には、表面から深さ0.05mm位置における硬度がHV600以上である必要がある。より好ましくはHV650以上である。
When the hardness is HV600 or more at a depth of 0.05 mm from the surface, the fatigue strength is improved by the effect of increasing the hardness of the outermost layer. That is, if the hardness of the outermost layer is insufficient, the effect of improving the fatigue characteristics cannot be obtained. In order to improve fatigue strength, the hardness at a depth of 0.05 mm from the surface must be HV600 or higher. More preferably, it is HV650 or higher.

表面からの深さ0.10mm位置における硬度がHV650以上
上記した深さ0.05mm位置の硬度に加えて、深さ0.10mm位置の硬度も疲労強度に影響する。すなわち、疲労強度の向上には、表面から深さ0.10mm位置における硬度がHV650以上である必要がある。
Hardness at a depth of 0.10 mm from the surface is HV650 or more In addition to the hardness at a depth of 0.05 mm described above, hardness at a depth of 0.10 mm also affects fatigue strength. That is, in order to improve the fatigue strength, the hardness at a depth of 0.10 mm from the surface needs to be HV650 or more.

表面からの深さ0.05mm位置におけるオーステナイト粒径が粒度5番以上
浸炭後の旧オーステナイト粒径は疲労き裂の進展に影響する。粒径が粗大になると疲労特性が低下するが、これを抑制するためには、粒度5番以上の細粒が適切である。すなわち、粒度5番未満では、疲労特性が著しく低下する。より好ましくは粒度6番以上である。
The austenite particle size at a depth of 0.05 mm from the surface is 5 or more. The old austenite particle size after carburizing affects the growth of fatigue cracks. When the particle size becomes coarse, the fatigue characteristics deteriorate, but in order to suppress this, fine particles having a particle size of 5 or more are appropriate. That is, if the particle size is less than 5, the fatigue characteristics are significantly deteriorated. More preferably, the particle size is 6 or more.

次に、浸炭鋼の製造方法について、説明する。すなわち、上記した成分組成を有する棒鋼または線材を小切り切断した後、冷間鍛造を行って、所望の部品形状に成形する。その後、部品形状の冷間鍛造材に、浸炭処理を施して浸炭鋼とする。かかる冷間鍛造より前に熱間鍛造を追加してもよい。また、浸炭処理より前のいずれかの段階で部品の一部に切削加工を施してもよい。 Next, a method for manufacturing carburized steel will be described. That is, after cutting a steel bar or a wire having the above-mentioned composition into small pieces, cold forging is performed to form a desired part shape. After that, the cold forged material in the shape of the part is carburized to obtain carburized steel. Hot forging may be added prior to such cold forging. Further, a part of the part may be machined at any stage prior to the carburizing treatment.

[真空浸炭処理]
上記の浸炭処理は真空浸炭とし、次に示す条件にて行うことが、特に、上記した表層組織を得るために重要である。すなわち、真空浸炭における浸炭期温度Tc(℃)と拡散期温度Td (℃)が下記式(1)および下記式(2)を満足することである。なお、浸炭期温度Tcとは浸炭炉内に浸炭ガスを導入する期間の温度であり、および拡散期温度Tdとは鋼の表層において高濃度となっている炭素を内部へと浸透させる期間の温度である。TcとTdは必要な浸炭深さを考慮して決定するが、過剰セメンタイトの生成および旧オーステナイト粒度の低下を抑止するためには、下記式(1)および下記式(2)を満足する必要がある。
Tc+22×([Cr]-0.8)≦Td≦1100 ・・・(1)
Tc≦1000 ・・・(2)
ここで、[Cr]:鋼中Cr濃度(質量%)
[Vacuum carburizing treatment]
It is particularly important to perform the above carburizing treatment by vacuum carburizing under the following conditions in order to obtain the above-mentioned surface layer structure. That is, the carburizing period temperature Tc (° C) and the diffusion period temperature Td (° C) in vacuum carburizing satisfy the following equations (1) and (2). The carburizing period temperature Tc is the temperature during which the carburized gas is introduced into the carburizing furnace, and the diffusion period temperature Td is the temperature during which carbon, which has a high concentration in the surface layer of steel, is infiltrated into the inside. Is. Tc and Td are determined in consideration of the required carburizing depth, but the following equations (1) and (2) must be satisfied in order to suppress the formation of excess cementite and the decrease in the particle size of the former austenite. be.
Tc + 22 × ([Cr] -0.8) ≤ Td ≤ 1100 ・ ・ ・ (1)
Tc ≤ 1000 ・ ・ ・ (2)
Here, [Cr]: Cr concentration in steel (mass%)

真空浸炭後の鋼には、表層から内部へかけての炭素濃度分布に従う硬度分布が存在する。特に、表層は最も炭素濃度が高く、硬度が高い。この高い表層硬度が疲労特性向上に資するが、表層硬度が高いのみでは十分な疲労特性が得られない。例えばガス浸炭では、表面の粒界酸化が疲労破壊の起点となり十分な疲労特性が発揮されない場合がある。その点、真空浸炭では粒界酸化は抑制されるため、疲労特性に有利である。
しかしながら、真空浸炭では、過剰浸炭によりセメンタイトが生成しやすくなり、これが疲労破壊の起点となる場合がある。このセメンタイト生成は、Crの添加量が増大し、Siの添加量が減少するほど促進される。一方で、鋼の高Cr化および低Si化は、冷間鍛造性を向上させるために有効な手段であるため、高Cr化および低Si化を図ることが望まれる。そこで、真空浸炭においてセメンタイト生成を抑制する手段として有効である、拡散期の温度を浸炭期の温度より上昇させることに関して鋭意検討したところ、その上昇量をCr添加量に応じて適切に設定することによって、鋼の高Cr化とセメンタイトの生成抑制とを両立できることを見出すに到った。
The steel after vacuum carburizing has a hardness distribution that follows the carbon concentration distribution from the surface layer to the inside. In particular, the surface layer has the highest carbon concentration and high hardness. This high surface hardness contributes to the improvement of fatigue characteristics, but sufficient fatigue characteristics cannot be obtained only with high surface hardness. For example, in gas carburizing, intergranular oxidation of the surface may be the starting point of fatigue fracture and sufficient fatigue characteristics may not be exhibited. In that respect, vacuum carburizing suppresses intergranular oxidation, which is advantageous for fatigue characteristics.
However, in vacuum carburizing, cementite is likely to be generated due to excessive carburizing, which may be the starting point of fatigue fracture. This cementite formation is promoted as the amount of Cr added increases and the amount of Si added decreases. On the other hand, increasing the Cr and lowering the Si of steel is an effective means for improving the cold forging property, so it is desired to increase the Cr and lower the Si. Therefore, after diligent studies on raising the temperature of the diffusion period from the temperature of the carburizing period, which is effective as a means of suppressing the formation of cementite in vacuum carburizing, the amount of increase should be set appropriately according to the amount of Cr added. As a result, we have found that it is possible to achieve both high Cr of steel and suppression of cementite production.

すなわち、浸炭期の温度を拡散期と同等に高い温度とすると、セメンタイト生成抑制の観点からは特に問題はないが、浸炭期と拡散期との合計の時間だけ、高い温度で保持されることになるため、結晶粒が成長しやすくなり、粒度番号5番以上のオーステナイト粒径を得る上で不利となる。よって、浸炭期の温度に上限を設け、すなわち、浸炭期温度を1000℃以下として、浸炭期のオーステナイト粒成長の抑制を図ることとした。さらに、浸炭期に生成する過剰セメンタイトは、拡散期で消失させるべく拡散期の温度に下限を設けることとした。ここで、拡散期温度の下限は、セメンタイトの生成に影響を及ぼす浸炭期温度と鋼中のCr含有量に応じて変化するであろうことを考慮して検討を進めた結果、浸炭期温度Tcと拡散期温度Tdとが
Tc+22×([Cr]-0.8)≦Td
を満足すれば、過剰セメンタイトの生成は抑制できることがわかった。
また、拡散期に鋼が到達する最高温度が高すぎると、拡散期にオーステナイト粒の粒成長が起こるため、拡散期温度Tdの上限を1100℃とした。
以上の理由から、浸炭期の温度および拡散期の温度は、上記式(1)および(2)を満足させる必要がある。なお、拡散期の時間が長すぎると、オーステナイト粒の粒成長が生ずる懸念があるため、拡散期の時間は9時間以内とすることが好ましい。
That is, if the temperature of the carburizing period is set to the same high temperature as the diffusion period, there is no particular problem from the viewpoint of suppressing the formation of cementite, but the temperature is maintained at a high temperature for the total time of the carburizing period and the diffusion period. Therefore, the crystal grains are likely to grow, which is disadvantageous in obtaining an austenite particle size having a particle size number of 5 or more. Therefore, it was decided to set an upper limit on the temperature in the carburizing period, that is, set the carburizing period temperature to 1000 ° C. or lower to suppress the growth of austenite grains in the carburizing period. Furthermore, it was decided to set a lower limit on the temperature of the diffusion period so that excess cementite generated during the carburizing period disappears during the diffusion period. Here, as a result of studying that the lower limit of the diffusion period temperature will change depending on the carburizing period temperature that affects the formation of cementite and the Cr content in the steel, the carburizing period temperature Tc And the diffusion period temperature Td
Tc + 22 × ([Cr] -0.8) ≤ Td
It was found that the production of excess cementite can be suppressed if the above conditions are satisfied.
In addition, if the maximum temperature reached by the steel during the diffusion period is too high, grain growth of austenite grains will occur during the diffusion period, so the upper limit of the diffusion period temperature Td was set to 1100 ° C.
For the above reasons, the temperature in the carburizing period and the temperature in the diffusion period need to satisfy the above equations (1) and (2). If the diffusion period is too long, there is a concern that austenite grains may grow, so the diffusion period is preferably 9 hours or less.

さらに、浸炭期の温度および保持時間、ならびに拡散期の温度および保持時間は、所望の浸炭深さに応じて適宜設定できる。ただし、過剰な浸炭期の高温化および長時間化、ならびに拡散期の長時間化は結晶粒の成長を招き、浸炭後のオーステナイト粒度を増大させる懸念がある。この点から、浸炭期の温度は1000℃以下とする。880~1000℃で保持時間は9時間以内とすることが好ましい。 Further, the temperature and holding time of the carburizing period and the temperature and holding time of the diffusion period can be appropriately set according to the desired carburizing depth. However, there is a concern that excessively high temperature and lengthening of the carburizing period and prolonging of the diffusion period lead to the growth of crystal grains and increase the austenite particle size after carburizing. From this point, the temperature during the carburizing period should be 1000 ° C or lower. The holding time is preferably 9 hours or less at 880 to 1000 ° C.

また、真空浸炭において上記した以外の条件は特に限定する必要はないが、以下に従って真空浸炭を行うことが好ましい。すなわち、浸炭ガスはアセチレンまたはエチレンとし、炉内は10kPa以下に減圧し、適切な撹拌にて炉内雰囲気を均一化するとよい。 Further, the conditions other than the above are not particularly limited in the vacuum carburizing, but it is preferable to perform the vacuum carburizing according to the following. That is, the carburized gas should be acetylene or ethylene, the pressure inside the furnace should be reduced to 10 kPa or less, and the atmosphere inside the furnace should be made uniform by appropriate stirring.

上述した成分組成および浸炭条件、すなわち、式(1)および(2)を満たす条件にて、真空浸炭を行った浸炭鋼は、疲労破壊の起点となる表面の粒界酸化が抑制されており、かつ、表層のセメンタイト分率を低く抑えられ、さらに、旧オーステナイト粒径も細粒となっているので、十分な疲労特性を確保できる。
なお、粒界酸化深さは、5μm以下であることが好ましい。より好ましくは3μm以下であり、さらには1.5μm以下であることが好ましい。
The carburized steel subjected to vacuum carburizing under the above-mentioned composition and carburizing conditions, that is, the conditions satisfying the conditions (1) and (2), suppresses intergranular oxidation of the surface which is the starting point of fatigue fracture. Moreover, the cementite content of the surface layer can be suppressed to a low level, and the old austenite grain size is also fine, so that sufficient fatigue characteristics can be ensured.
The grain boundary oxidation depth is preferably 5 μm or less. It is more preferably 3 μm or less, and further preferably 1.5 μm or less.

以下、実施例に従って、本発明の構成および作用効果をより具体的に説明する。しかし、本発明は下記の実施例によって制限を受けるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲内にて適宜変更することも可能であり、これらは何れも本発明の技術的範囲に含まれる。 Hereinafter, the constitution and the action and effect of the present invention will be described more specifically according to Examples. However, the present invention is not limited by the following examples, and can be appropriately modified within a range that can be adapted to the gist of the present invention, all of which are included in the technical scope of the present invention. Will be.

表1に示す成分組成の鋼を溶製し、熱間圧延により直径50mmの丸棒に成形した。得られた圧延材について荷重1kgfのビッカース硬度測定を行った。圧延材の硬度がHV180以下であれば冷間鍛造用鋼材として使用可能である。また、丸棒より、丸棒の直径の1/4部が中心軸となるようにφ20×100mmの円柱を採取し、真空浸炭を行った後、荷重0.3kgfのビッカース硬度測定を表面下0.05mmおよび0.10mmの位置で実施した。真空浸炭における浸炭期および拡散期の処理温度は表2に示す通りである。真空浸炭の他の条件は次の通りである。真空浸炭は10kPa以下の減圧下で、浸炭ガスはアセチレンを用い、浸炭期保持を2時間、拡散期保持を9時間とした。 The steel having the composition shown in Table 1 was melted and hot-rolled to form a round bar having a diameter of 50 mm. The Vickers hardness of the obtained rolled material was measured with a load of 1 kgf. If the hardness of the rolled material is HV180 or less, it can be used as a steel material for cold forging. Also, from a round bar, a cylinder of φ20 × 100 mm is collected so that 1/4 of the diameter of the round bar is the central axis, and after vacuum carburizing, Vickers hardness measurement with a load of 0.3 kgf is performed 0.05 mm below the surface. And at the position of 0.10 mm. The treatment temperatures in the carburizing period and the diffusion period in vacuum carburizing are as shown in Table 2. Other conditions for vacuum carburizing are as follows. Vacuum carburization was carried out under a reduced pressure of 10 kPa or less, acetylene was used as the carburizing gas, and the carburizing period was maintained for 2 hours and the diffusion period was maintained for 9 hours.

上記の真空浸炭後の円柱の高さ方向(丸棒の長手方向に相当)と垂直な断面について、鏡面研磨後、走査型電子顕微鏡を用いて表面からの粒界酸化深さを調べた。また、1.5%ナイタール液によるエッチングの後、走査型電子顕微鏡を用いて表面下0.05mmの位置におけるセメンタイト分率を求めた。その後、鏡面研磨し、JIS G0551に準拠して表面下0.05mmの位置における旧オーステナイト粒の結晶粒度番号を評価した。 The cross section perpendicular to the height direction of the cylinder after vacuum carburizing (corresponding to the longitudinal direction of the round bar) was mirror-polished, and then the grain boundary oxidation depth from the surface was examined using a scanning electron microscope. In addition, after etching with a 1.5% nital solution, the cementite fraction was determined at a position 0.05 mm below the surface using a scanning electron microscope. Then, mirror polishing was performed, and the crystal grain size number of the old austenite grains at a position 0.05 mm below the surface was evaluated according to JIS G0551.

表2に示すように、本発明に従えば、冷間鍛造で成形され、真空浸炭時の表層部セメンタイト生成を抑制可能な浸炭鋼が得られる。 As shown in Table 2, according to the present invention, a carburized steel that is formed by cold forging and can suppress the formation of surface cementite during vacuum carburizing can be obtained.

Figure 2022055308000001
Figure 2022055308000001

Figure 2022055308000002
Figure 2022055308000002

Claims (7)

C:0.10~0.35質量%、
Si: 0.50質量%以下、
Mn:0.30~1.50質量%、
Cr:1.10~2.00質量%、
P:0.02質量%以下、
S:0.05質量%以下、
Al:0.01~0.05質量%および
N:0.030質量%以下
を含み、残部はFe及び不可避的不純物である成分組成を有し、
表面から深さ0.05mm位置におけるセメンタイト分率が5%以下、表面からの深さ0.05mm位置における硬度がHV600以上、表面からの深さ0.05mm位置におけるオーステナイト粒径が粒度5番以上、および、表面からの深さ0.10mm位置における硬度がHV650以上である浸炭鋼。
C: 0.10 to 0.35% by mass,
Si: 0.50% by mass or less,
Mn: 0.30 to 1.50% by mass,
Cr: 1.10-2.00 mass%,
P: 0.02% by mass or less,
S: 0.05% by mass or less,
It contains Al: 0.01-0.05% by mass and N: 0.030% by mass or less, and the balance has a component composition of Fe and unavoidable impurities.
The cementite fraction at a depth of 0.05 mm from the surface is 5% or less, the hardness at a depth of 0.05 mm from the surface is HV600 or more, the austenite particle size at a depth of 0.05 mm from the surface is a particle size of 5 or more, and Carburized steel with a hardness of HV650 or higher at a depth of 0.10 mm from the surface.
前記鋼の成分組成はさらに、
Mo:1質量%以下、
Cu:1質量%以下、
Ni:1質量%以下および
B:0.01質量%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する請求項1に記載の浸炭鋼。
The composition of the steel further
Mo: 1% by mass or less,
Cu: 1% by mass or less,
The carburized steel according to claim 1, which contains one or more selected from Ni: 1% by mass or less and B: 0.01% by mass or less.
前記鋼の成分組成はさらに、
Nb:0.1質量%以下、
Ti:0.1質量%以下および
V:0.1質量%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する請求項1または2に記載の浸炭鋼。
The composition of the steel further
Nb: 0.1% by mass or less,
The carburized steel according to claim 1 or 2, which contains one or more selected from Ti: 0.1% by mass or less and V: 0.1% by mass or less.
前記成分組成はさらに、
Sn:0.1質量%以下および
Sb:0.1質量%以下
のうちから選ばれる1種または2種を含有する請求項1から3のいずれかに記載の浸炭鋼。
The composition of the components further
Sn: 0.1% by mass or less and
Sb: The carburized steel according to any one of claims 1 to 3, which contains one or two selected from 0.1% by mass or less.
前記成分組成はさらに、
Se:0.3質量%以下、
Ca:0.1質量%以下、
Pb:0.3質量%以下および
Bi:0.3質量%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する請求項1から4のいずれかに記載の浸炭鋼。
The composition of the components further
Se: 0.3% by mass or less,
Ca: 0.1% by mass or less,
Pb: 0.3% by mass or less and
Bi: The carburized steel according to any one of claims 1 to 4, which contains one kind or two or more kinds selected from 0.3% by mass or less.
部品形状を有する請求項1から5のいずれかに記載の浸炭鋼。 The carburized steel according to any one of claims 1 to 5, which has a part shape. 請求項1から5のいずれかに記載の成分組成を有する鋼素材に、浸炭期温度Tc(℃)および拡散期温度Td (℃)が次式(1)および(2)を満足する真空浸炭処理を施す、浸炭鋼の製造方法。
Tc+22×([Cr]-0.8)≦Td≦1100 ・・・(1)
Tc≦1000 ・・・(2)
ここで、[Cr]:鋼中Cr濃度(質量%)
Vacuum carburizing treatment of a steel material having the component composition according to any one of claims 1 to 5 in which the carburizing period temperature Tc (° C) and the diffusion period temperature Td (° C) satisfy the following equations (1) and (2). A method of manufacturing carburized steel.
Tc + 22 × ([Cr] -0.8) ≤ Td ≤ 1100 ・ ・ ・ (1)
Tc ≤ 1000 ・ ・ ・ (2)
Here, [Cr]: Cr concentration in steel (mass%)
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