JP2022068375A - Nitride steel member and manufacturing method and manufacturing equipment for nitrided steel member - Google Patents
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Abstract
【課題】表層領域の耐摩耗性が改善された窒化鋼部材、及び、そのような窒化鋼部材を製造するための製造方法及び製造装置を提供すること。【解決手段】本発明は、炭素鋼または低合金鋼を母相とする窒化鋼部材であって、表面に、窒化化合物層を備え、前記窒化化合物層の下部に、オーステナイト組織を有する硬化層を備え、前記硬化層の下部に、前記母相内に窒素が拡散されている拡散層を備え、前記窒化化合物層は、ε相、γ’相、ε相の順番の相分布を有しており、前記窒化化合物層中のγ’相の体積比率は、20%以上であり、前記窒化化合物層は、当該窒化鋼部材の表面から5μm~50μmの厚さを有していることを特徴とする窒化鋼部材である。【選択図】図1A nitrided steel member having improved wear resistance in a surface layer region, and a manufacturing method and manufacturing apparatus for manufacturing such a nitrided steel member. The present invention provides a nitrided steel member having a matrix of carbon steel or low-alloy steel, comprising a nitrided compound layer on the surface, and a hardened layer having an austenitic structure below the nitrided compound layer. A diffusion layer in which nitrogen is diffused in the matrix phase is provided under the hardened layer, and the nitride compound layer has a phase distribution in the order of ε phase, γ' phase, and ε phase. , the volume ratio of the γ' phase in the nitride compound layer is 20% or more, and the nitride compound layer has a thickness of 5 μm to 50 μm from the surface of the nitride steel member. It is a nitrided steel member. [Selection drawing] Fig. 1
Description
本発明は、窒化鋼部材並びに窒化鋼部材の製造方法及び製造装置に関する。さらに詳しくは、自動車用の変速機用の歯車やクランクシャフト等に有用な耐摩耗性に優れる窒化鋼部材並びに当該窒化鋼部材の製造方法及び製造装置に関する。 The present invention relates to a nitrided steel member, a method for manufacturing the nitrided steel member, and a manufacturing apparatus. More specifically, the present invention relates to a nitrided steel member having excellent wear resistance, which is useful for gears and crankshafts for transmissions for automobiles, and a method and an apparatus for manufacturing the nitrided steel member.
鋼材の表面硬化処理の中でも、低熱処理ひずみ処理である窒化処理のニーズは高く、最近では特に、ガス窒化処理の雰囲気制御技術への関心が高まっている。 Among the surface hardening treatments for steel materials, there is a strong need for nitriding treatment, which is a low heat treatment strain treatment, and in recent years, there has been increasing interest in atmosphere control technology for gas nitriding treatment.
ガス窒化処理により得られる基本的な組織構成では、表面において鉄窒化物である化合物層が形成され、内部において拡散層と呼ばれる硬化層が形成される。当該硬化層は、通常、母材成分のSiやCrなどの合金窒化物からなる。 In the basic structure obtained by the gas nitriding treatment, a compound layer which is an iron nitride is formed on the surface, and a cured layer called a diffusion layer is formed inside. The cured layer is usually made of an alloy nitride as a base material component such as Si or Cr.
これらの2層の各々の厚さ(深さ)及び/または表面の鉄窒化物のタイプ等を制御するために、ガス窒化処理の温度と時間とに加えて、ガス窒化処理炉内の雰囲気も適宜に制御されている。具体的には、ガス窒化炉内の窒化ポテンシャル(KN)が適宜に制御されている。 In order to control the thickness (depth) of each of these two layers and / or the type of iron nitride on the surface, in addition to the temperature and time of the gas nitriding treatment, the atmosphere in the gas nitriding treatment furnace is also It is controlled appropriately. Specifically, the nitriding potential (K N ) in the gas nitriding furnace is appropriately controlled.
そして、当該制御を介して、鋼材の表面に生成される化合物層中のγ’相(Fe4N)とε相(Fe2-3N)の体積分率(鉄窒化物のタイプ)が制御されている。 Then, through the control, the volume fraction (type of iron nitride) of the γ'phase (Fe 4 N) and the ε phase (Fe 2-3 N) in the compound layer generated on the surface of the steel material is controlled. Has been done.
例えば、ε相よりもγ’相を形成することにより、耐疲労性が改善されることが知られている(非特許文献1)。 For example, it is known that fatigue resistance is improved by forming a γ'phase rather than an ε phase (Non-Patent Document 1).
更に、γ’相の形成により曲げ疲労強度や面疲労を改善した窒化鋼部材も提供されている(特許文献1)。 Further, a nitrided steel member having improved bending fatigue strength and surface fatigue by forming a γ'phase is also provided (Patent Document 1).
あるいは、本発明が着目する耐摩耗性については、ε相を多くすることで改善されることが報告されている(非特許文献2)。そして、ε相を多く含む化合物層を表面に形成させる窒化法として、少量の浸炭性ガスをアンモニア雰囲気に混合させて実施される軟窒化処理が知られている。 Alternatively, it has been reported that the wear resistance of the present invention can be improved by increasing the number of ε phases (Non-Patent Document 2). As a nitriding method for forming a compound layer containing a large amount of ε phase on the surface, a soft nitriding treatment carried out by mixing a small amount of carburizing gas with an ammonia atmosphere is known.
一方、Fe-N二元合金の共析変態点(約590℃)以上の温度で窒化処理を行うと、表面には化合物層が形成され、その後急冷すればその下部には窒素含有マルテンサイト組織を含む硬化層が形成される。当該温度域での窒化処理は、従来の窒化処理(Nitriding)と区別して、浸窒処理(Austenitic Nitriding)と呼ばれている。 On the other hand, when the nitriding treatment is performed at a temperature equal to or higher than the eutectoid transformation point (about 590 ° C.) of the Fe—N binary alloy, a compound layer is formed on the surface, and if it is rapidly cooled thereafter, a nitrogen-containing martensite structure is formed under the compound layer. A hardened layer containing the above is formed. The nitriding treatment in the temperature range is called nitriding treatment (Austentic Nitriding) in distinction from the conventional nitriding treatment.
しかし、当該浸窒処理では、表面近傍の組織(表面の化合物層は除く)のオーステナイトが安定化され、その後に急冷されても大部分のオーステナイトが残留する。このため、熱処理後のひずみは、窒化処理と同程度である。加えて、この安定化されたオーステナイトは、250~300℃の温度にまで再加熱されることで、硬質なマルテンサイト組織へと変態される。 However, the austenite treatment stabilizes the austenite in the tissue near the surface (excluding the compound layer on the surface), and most of the austenite remains even if it is rapidly cooled thereafter. Therefore, the strain after the heat treatment is about the same as that of the nitriding treatment. In addition, this stabilized austenite is transformed into a hard martensite structure by reheating to a temperature of 250-300 ° C.
例えば、STKM-13C(JIS G 3445に規程される機械構造炭素鋼鋼管)を640℃で90min浸窒処理し、更に660℃で40min浸窒処理してから急冷し、その後280℃で90min再加熱処理することにより、表面近傍のオーステナイトは800~900HVまで硬化される。 For example, STKM-13C (mechanical structure carbon steel pipe specified in JIS G 3445) is soaked at 640 ° C. for 90 min, further soaked at 660 ° C. for 40 min, then rapidly cooled, and then reheated at 280 ° C. for 90 min. By the treatment, the austenite near the surface is cured to 800 to 900 HV.
更に、700℃でJIS-SPCC(冷間圧延鋼板の一種)を浸窒処理しても、表面に化合物層が形成され、その後の急冷でその下部に窒素マルテンサイト組織の硬化層が形成される(非特許文献3)。この時の表面の化合物層は、ε相であると報告されている。 Further, even if JIS-SPCC (a type of cold-rolled steel sheet) is subjected to a nitrogen immersion treatment at 700 ° C., a compound layer is formed on the surface, and a cured layer of a nitrogen martensite structure is formed under the compound layer by subsequent quenching. (Non-Patent Document 3). It is reported that the compound layer on the surface at this time is the ε phase.
機械部品、例えば自動車用のエンジン内部のカムシャフト、ピストンリング、クランクシャフト等、における摩擦損失は、10%以上にもなる。一部の機械部品には、既に窒化処理等の表面処理が適用されているが、さらなる摩擦損失の低減が望まれている。 The friction loss in mechanical parts such as camshafts, piston rings, crankshafts, etc. inside engines for automobiles is as much as 10% or more. Surface treatment such as nitriding treatment has already been applied to some mechanical parts, but further reduction in friction loss is desired.
鋼部品の摩耗損失を低減するための一つの方策として、鋼部品の「硬さ」を増加させることが考えられる。前述のように、浸窒処理及び急冷後に再加熱処理を行うことによって、表面化合物層の硬さを高められることが知られている。 As one measure for reducing the wear loss of the steel part, it is conceivable to increase the "hardness" of the steel part. As described above, it is known that the hardness of the surface compound layer can be increased by performing the nitriding treatment and the reheating treatment after quenching.
しかしながら、非特許文献3に開示された処理では、窒化温度が700℃であって比較的高いため、母材や拡散層の硬度が低下してしまう懸念がある。
However, in the treatment disclosed in
更に、特許文献2に開示された処理について再現実験を試みたが、当該文献に記載されているような硬化組織(具体的にはγ’相内にα”相が析出した混相)を再現することはできなかった(当該文献の記述内容に何らかの誤りがあると推測される)。
Further, a reproduction experiment was attempted for the treatment disclosed in
一方、軟窒化処理によって形成される化合物層は、表面硬度が不十分であり(後述の図11の比較例参照)、耐摩耗性も不十分である(後述の表1の比較例参照)。 On the other hand, the compound layer formed by the soft nitriding treatment has insufficient surface hardness (see the comparative example of FIG. 11 described later) and insufficient wear resistance (see the comparative example of Table 1 described later).
本件発明者は、鋭意の検討及び種々の実験を繰り返し、処理炉の構成を限定した上で窒化処理の温度及び窒化ポテンシャルを高精度に制御することによって、十分な硬度を維持しつつ耐摩耗性が改善された窒化鋼部材を製造できることを知見した。 The present inventor repeated diligent studies and various experiments, and by controlling the temperature and nitriding potential of the nitriding process with high accuracy while limiting the configuration of the processing furnace, the wear resistance was maintained while maintaining sufficient hardness. It was found that it is possible to manufacture an improved nitrided steel member.
本発明は、以上の知見に基づいて創案されたものである。本発明の目的は、表層領域の耐摩耗性が改善された窒化鋼部材、及び、そのような窒化鋼部材を製造するための製造方法及び製造装置を提供することである。 The present invention has been devised based on the above findings. An object of the present invention is to provide a nitrided steel member having improved wear resistance in the surface layer region, and a manufacturing method and manufacturing apparatus for manufacturing such a nitrided steel member.
本発明は、炭素鋼または低合金鋼を母相とする窒化鋼部材であって、表面に、窒化化合物層を備え、前記窒化化合物層の下部に、オーステナイト組織を有する硬化層を備え、前記硬化層の下部に、前記母相内に窒素が拡散されている拡散層を備え、前記窒化化合物層は、ε相、γ’相、ε相の順番の相分布を有しており、前記窒化化合物層中のγ’相の体積比率は、20%以上であり、前記窒化化合物層は、当該窒化鋼部材の表面から5μm~50μmの厚さを有していることを特徴とする窒化鋼部材である。 The present invention is a nitrided steel member having a carbon steel or a low alloy steel as a matrix, and has a nitrided compound layer on the surface and a cured layer having an austenite structure below the nitrided compound layer. A diffusion layer in which nitrogen is diffused in the matrix is provided at the bottom of the layer, and the nitrided compound layer has a phase distribution in the order of ε phase, γ'phase, and ε phase, and the nitrided compound. The volume ratio of the γ'phase in the layer is 20% or more, and the nitrided compound layer is a nitrided steel member having a thickness of 5 μm to 50 μm from the surface of the nitrided steel member. be.
本発明によれば、表面の窒化化合物層がε相、γ’相、ε相の順番の相分布を有し、且つ、5μm~50μmの厚さを有し、窒化化合物層中のγ’相の体積比率が20%以上であることにより(このような構成は、後述される窒化方法によって初めて実現されたものである)、窒化鋼部材として十分な硬度を提供しつつ、耐摩耗性を改善することができる。 According to the present invention, the surface nitrided compound layer has a phase distribution in the order of ε phase, γ'phase, and ε phase, and has a thickness of 5 μm to 50 μm, and the γ'phase in the nitrided compound layer. By having a volume ratio of 20% or more (such a configuration is realized for the first time by the nitriding method described later), the wear resistance is improved while providing sufficient hardness as a nitrided steel member. can do.
なお、窒化化合物層の厚さについて50μmを上限値としたのは、その値が本願出願時までに本件発明者によって確認された最大厚さであるからである(後述の循環型処理炉を用いて、S50C鋼を母相として、処理温度:640℃、窒化ポテンシャル:0.6、処理時間:2時間、という浸窒処理条件を採用することによって得られることが確認されている)。 The upper limit of the thickness of the nitrided compound layer is 50 μm because the value is the maximum thickness confirmed by the present inventor by the time of filing the application of the present application (using the circulation type processing furnace described later). It has been confirmed that it can be obtained by adopting the immersion treatment conditions of a treatment temperature of 640 ° C., a nitriding potential of 0.6, and a treatment time of 2 hours using S50C steel as a parent phase).
更に、窒化化合物層の厚さについて、窒化化合物層が窒化鋼部材の表面全体に形成される(窒化化合物層が局所的に形成されない場合がない)ための条件として、5μmを下限値としている。 Further, regarding the thickness of the nitrided compound layer, 5 μm is set as a lower limit as a condition for the nitrided compound layer to be formed on the entire surface of the nitrided steel member (the nitrided compound layer may not be locally formed).
また、本発明は、炭素鋼または低合金鋼を母相とする窒化鋼部材であって、表面に、窒化化合物層を備え、前記窒化化合物層の下部に、オーステナイト組織を有する硬化層を備え、前記硬化層の下部に、前記母相内に窒素が拡散されている拡散層を備え、前記窒化化合物層は、γ’相、ε相の順番の相分布を有しており、前記窒化化合物層中のγ’相の体積比率は、30%以上であり、前記窒化化合物層は、当該窒化鋼部材の表面から5μm~30μmの厚さを有していることを特徴とする窒化鋼部材である。 Further, the present invention is a nitrided steel member having a carbon steel or a low alloy steel as a matrix, the surface of which is provided with a nitrided compound layer, and the lower portion of the nitrided compound layer is provided with a cured layer having an austenite structure. A diffusion layer in which nitrogen is diffused in the matrix is provided below the cured layer, and the nitrided compound layer has a phase distribution in the order of γ'phase and ε phase, and the nitrided compound layer has a phase distribution in that order. The volume ratio of the γ'phase in the γ'phase is 30% or more, and the nitrided compound layer is a nitrided steel member having a thickness of 5 μm to 30 μm from the surface of the nitrided steel member. ..
本発明によれば、表面の窒化化合物層がγ’相、ε相の順番の相分布を有し、且つ、5μm~30μmの厚さを有し、窒化化合物層中のγ’相の体積比率が30%以上であることにより(このような構成は、後述される窒化方法によって初めて実現されたものである)、窒化鋼部材として十分な硬度を提供しつつ、耐摩耗性を改善することができる。 According to the present invention, the surface nitrided compound layer has a phase distribution in the order of γ'phase and ε phase, and has a thickness of 5 μm to 30 μm, and the volume ratio of the γ'phase in the nitrided compound layer. Is 30% or more (such a configuration is first realized by the nitriding method described later), so that it is possible to improve wear resistance while providing sufficient hardness as a nitrided steel member. can.
本発明においても、窒化化合物層の厚さについて30μmを上限値としているが、これは、その値が本願出願時までに本件発明者によって確認された最大厚さであるからである(後述の循環型処理炉を用いて、S15Cを母相として、処理温度:650℃、窒化ポテンシャル:0.2、処理時間:2時間、という浸窒処理条件を採用することによって得られることが確認されている)。 Also in the present invention, the upper limit of the thickness of the nitrided compound layer is 30 μm, because that value is the maximum thickness confirmed by the present inventor by the time of filing the application of the present application (circulation described later). It has been confirmed that it can be obtained by adopting the immersion treatment conditions of a treatment temperature: 650 ° C., a nitriding potential: 0.2, and a treatment time: 2 hours using S15C as a parent phase using a mold treatment furnace. ).
更に、本発明においても、窒化化合物層の厚さについて、窒化化合物層が窒化鋼部材の表面全体に形成される(窒化化合物層が局所的に形成されない場合がない)ための条件として、5μmを下限値としている。 Further, also in the present invention, the thickness of the nitrided compound layer is set to 5 μm as a condition for the nitrided compound layer to be formed on the entire surface of the nitrided steel member (the nitrided compound layer may not be locally formed). It is the lower limit.
以上の各発明において、例えば、炭素含有量が質量%で0.1%以上である炭素鋼を母相とすることができる。 In each of the above inventions, for example, carbon steel having a carbon content of 0.1% or more in mass% can be used as the parent phase.
また、本発明は、窒化鋼部材の製造方法として認識することも可能である。すなわち、本発明は、案内筒と撹拌ファンとを備えた循環型処理炉を用いて、炭素鋼または低合金鋼を母相とする窒化鋼部材を製造する方法であって、窒化処理時において、前記循環型処理炉内の温度範囲が、610℃~660℃に制御され、前記窒化処理時において、前記循環型処理炉内の窒化ポテンシャルが、0.15~0.6の範囲に制御され、前記窒化処理後、急冷され、更に再加熱処理がなされることを特徴とする窒化鋼部材の製造方法である。 The present invention can also be recognized as a method for manufacturing a nitrided steel member. That is, the present invention is a method for manufacturing a nitriding steel member having carbon steel or low alloy steel as a matrix phase by using a circulation type processing furnace equipped with a guide cylinder and a stirring fan, and at the time of nitriding treatment, the present invention is performed. The temperature range in the circulation type processing furnace is controlled to 610 ° C. to 660 ° C., and the nitriding potential in the circulation type processing furnace is controlled to the range of 0.15 to 0.6 at the time of the nitriding treatment. It is a method for manufacturing a nitrided steel member, which is characterized in that after the nitriding treatment, it is rapidly cooled and then reheated.
本発明の窒化鋼部材の製造方法によれば、
炭素鋼または低合金鋼を母相とする窒化鋼部材であって、表面に、窒化化合物層を備え、前記窒化化合物層の下部に、オーステナイト組織を有する硬化層を備え、前記硬化層の下部に、前記母相内に窒素が拡散されている拡散層を備え、前記窒化化合物層は、ε相、γ’相、ε相の順番の相分布を有しており、前記窒化化合物層中のγ’相の体積比率は、20%以上であり、前記窒化化合物層は、当該窒化鋼部材の表面から5μm~50μmの厚さを有していることを特徴とする窒化鋼部材
を製造することができる。
According to the method for manufacturing a nitrided steel member of the present invention,
A nitrided steel member having a base phase of carbon steel or low alloy steel, the surface of which is provided with a nitrided compound layer, the lower part of the nitrided compound layer is provided with a hardened layer having an austenite structure, and the lower part of the hardened layer is provided with a hardened layer. The nitrided compound layer has a phase distribution in the order of ε phase, γ'phase, and ε phase, and has a diffusion layer in which nitrogen is diffused in the matrix phase. 'It is possible to manufacture a nitrided steel member characterized in that the volume ratio of the phase is 20% or more and the nitrided compound layer has a thickness of 5 μm to 50 μm from the surface of the nitrided steel member. can.
あるいは、本発明の窒化鋼部材の製造方法によれば、
炭素鋼または低合金鋼を母相とする窒化鋼部材であって、表面に、窒化化合物層を備え、前記窒化化合物層の下部に、オーステナイト組織を有する硬化層を備え、前記硬化層の下部に、前記母相内に窒素が拡散されている拡散層を備え、前記窒化化合物層は、γ’相、ε相の順番の相分布を有しており、前記窒化化合物層中のγ’相の体積比率は、30%以上であり、前記窒化化合物層は、当該窒化鋼部材の表面から5μm~30μmの厚さを有していることを特徴とする窒化鋼部材
を製造することができる。
Alternatively, according to the method for manufacturing a nitrided steel member of the present invention,
A nitrided steel member having a base phase of carbon steel or low alloy steel, the surface of which is provided with a nitrided compound layer, the lower part of the nitrided compound layer is provided with a hardened layer having an austenite structure, and the lower part of the hardened layer is provided with a hardened layer. The nitride compound layer has a phase distribution in the order of γ'phase and ε phase, and has a diffusion layer in which nitrogen is diffused in the mother phase. The volume ratio is 30% or more, and the nitrided steel member can be produced, characterized in that the nitrided compound layer has a thickness of 5 μm to 30 μm from the surface of the nitrided steel member.
また、本発明は、窒化鋼部材の製造装置として認識することも可能である。すなわち、本発明は、案内筒と撹拌ファンとを有する循環型処理炉を備え、窒化処理時において、前記循環型処理炉内の温度範囲が、610℃~660℃に制御され、前記窒化処理時において、前記循環型処理炉内の窒化ポテンシャルを制御するために、アンモニアガスとアンモニア分解ガスとが前記循環型処理炉内に導入されるようになっている窒化鋼部材の製造装置であって、前記循環型処理炉内の窒化ポテンシャルは、前記アンモニア分解ガスの炉内導入量を一定とし且つ前記アンモニアガスの炉内導入量を変化させることで、0.15~0.6の範囲の目標の窒化ポテンシャルに制御されるようになっていることを特徴とする窒化鋼部材の製造装置である。 The present invention can also be recognized as a manufacturing apparatus for nitrided steel members. That is, the present invention includes a circulation type processing furnace having a guide cylinder and a stirring fan, and the temperature range in the circulation type processing furnace is controlled to 610 ° C. to 660 ° C. during the nitriding process, and the nitriding process is performed. In the nitriding steel member manufacturing apparatus in which ammonia gas and ammonia decomposition gas are introduced into the circulation type processing furnace in order to control the nitriding potential in the circulation type processing furnace. The nitriding potential in the circulation type processing furnace is a target in the range of 0.15 to 0.6 by keeping the amount of the ammonia decomposition gas introduced into the furnace constant and changing the amount of the ammonia gas introduced into the furnace. It is a nitriding steel member manufacturing apparatus characterized in that it is controlled by the nitriding potential.
本発明の窒化鋼部材の製造装置によれば、
炭素鋼または低合金鋼を母相とする窒化鋼部材であって、表面に、窒化化合物層を備え、前記窒化化合物層の下部に、オーステナイト組織を有する硬化層を備え、前記硬化層の下部に、前記母相内に窒素が拡散されている拡散層を備え、前記窒化化合物層は、ε相、γ’相、ε相の順番の相分布を有しており、前記窒化化合物層中のγ’相の体積比率は、20%以上であり、前記窒化化合物層は、当該窒化鋼部材の表面から5μm~50μmの厚さを有していることを特徴とする窒化鋼部材
を製造することができる。
According to the nitrided steel member manufacturing apparatus of the present invention,
A nitrided steel member having a base phase of carbon steel or low alloy steel, the surface of which is provided with a nitrided compound layer, the lower part of the nitrided compound layer is provided with a hardened layer having an austenite structure, and the lower part of the hardened layer is provided with a hardened layer. The nitrided compound layer has a phase distribution in the order of ε phase, γ'phase, and ε phase, and has a diffusion layer in which nitrogen is diffused in the matrix phase. 'It is possible to manufacture a nitrided steel member characterized in that the volume ratio of the phase is 20% or more and the nitrided compound layer has a thickness of 5 μm to 50 μm from the surface of the nitrided steel member. can.
あるいは、本発明の窒化鋼部材の製造装置によれば、
炭素鋼または低合金鋼を母相とする窒化鋼部材であって、表面に、窒化化合物層を備え、前記窒化化合物層の下部に、オーステナイト組織を有する硬化層を備え、前記硬化層の下部に、前記母相内に窒素が拡散されている拡散層を備え、前記窒化化合物層は、γ’相、ε相の順番の相分布を有しており、前記窒化化合物層中のγ’相の体積比率は、30%以上であり、前記窒化化合物層は、当該窒化鋼部材の表面から5μm~30μmの厚さを有していることを特徴とする窒化鋼部材
を製造することができる。
Alternatively, according to the apparatus for manufacturing a nitrided steel member of the present invention,
A nitrided steel member having a base phase of carbon steel or low alloy steel, the surface of which is provided with a nitrided compound layer, the lower part of the nitrided compound layer is provided with a hardened layer having an austenite structure, and the lower part of the hardened layer is provided with a hardened layer. The nitride compound layer has a phase distribution in the order of γ'phase and ε phase, and has a diffusion layer in which nitrogen is diffused in the mother phase. The volume ratio is 30% or more, and the nitrided steel member can be produced, characterized in that the nitrided compound layer has a thickness of 5 μm to 30 μm from the surface of the nitrided steel member.
本発明の窒化鋼部材によれば、窒化鋼部材として十分な硬度を提供しつつ、耐摩耗性を改善することができる。 According to the nitrided steel member of the present invention, wear resistance can be improved while providing sufficient hardness as the nitrided steel member.
また、本発明の窒化鋼部材の製造方法によれば、十分な硬度及び耐摩耗性を有する窒化鋼部材を製造することができる。 Further, according to the method for manufacturing a nitrided steel member of the present invention, it is possible to manufacture a nitrided steel member having sufficient hardness and wear resistance.
また、本発明の窒化鋼部材の製造装置によれば、十分な硬度及び耐摩耗性を有する窒化鋼部材を製造することができる。 Further, according to the apparatus for manufacturing a nitrided steel member of the present invention, it is possible to manufacture a nitrided steel member having sufficient hardness and wear resistance.
以下、本発明の好ましい実施形態について説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited to the following embodiments.
(窒化鋼部材の第1実施形態の構成、製法及び効果)
図1は、本発明の第1実施形態の窒化鋼部材110の断面顕微鏡写真である。図1に示すように、本実施形態の窒化鋼部材110は、表面に、窒化化合物層111が形成されており、当該窒化化合物層111の下方に、後述するようなオーステナイト組織を有する硬化層112を備え、当該硬化層112の下方に、母相内に窒素が拡散されている拡散層113を備えている。本実施形態の母相(母材)は、炭素含有量が質量%で0.45%である炭素鋼である。
(Construction, manufacturing method and effect of the first embodiment of the nitrided steel member)
FIG. 1 is a cross-sectional micrograph of the
図1において、窒化化合物層111の下部や硬化層112が黒く見えているのは、組織観察用の腐食液によって強く腐食されたためである。また、表面の更に上方に見えているのは、研磨用の板であり、窒化鋼部材の構成要素ではない。
In FIG. 1, the lower part of the
窒化鋼部材110の相分布は、EBSD法とX線回折とを併用することによって解析され得る。具体的には、図2に示すように、EBSD法によって、表面側からε相、γ’相(fcc結晶相)、ε相の順番の相分布が分かる。そして、X線回折が併用されることで、硬化層112のfcc結晶相がオーステナイト相(γ相)であることが確認される。
The phase distribution of the
窒化化合物層111は、窒化鋼部材110の表面から約30μmの厚さを有しており、これは5μm~50μmの範囲内の厚さである。表面のε相は、数μmの厚さである。
The
また、窒化化合物層111中のγ’相の体積比率は、SEM/EBSD法による分析範囲(窒化化合物層111の幅約120μm)中に占めるγ’相とε相のカウント数に基づいて測定され得る。あるいは、得られた図2の画像から、画像解析によって計算してもよい。本実施形態の窒化化合物層111の場合、41%である。
Further, the volume ratio of the γ'phase in the
硬化層112は、再加熱処理によってマルテンサイト組織に変態していると予想されたが、本件発明者が前述のようなX線回折法による結晶構造解析を適用したところ、硬化層112の大部分がオーステナイト相(γ相)であるとの結果であった。従って、本件発明者は、硬化層112について、厳密にはオーステナイトとマルテンサイトとの混合組織ではないか、と考えている。もっとも、浸窒処理後の鋼材サイズや冷却条件や再加熱条件により、ベイナイト組織やブラウナイト組織等、更に複数種類の微細組織を含む可能性も排除されない。
The cured
本実施形態の窒化鋼部材110は、後述の循環型処理炉を用いて、処理温度:640℃、窒化ポテンシャル:0.4、処理時間:2時間、という処理条件で浸窒処理された後、急冷され、更に処理温度:250℃、処理時間:2時間、という処理条件で再加熱されることで、製造され得る。
The
以上のような窒化鋼部材110は、窒化化合物層111中のγ’相の体積比率が41%(20%以上)であることにより、実用に足る十分な硬度を提供できると共に(後述の図11の実施例1-30参照)、耐摩耗性も改善されている(後述の表1の実施例1-30参照)。
The
参考のため、窒化鋼部材110の再加熱処理前の状態の断面顕微鏡写真を図3に示す。また、図4は、図3の窒化鋼部材160のEBSD法による解析結果を示す図である。
For reference, FIG. 3 shows a cross-sectional micrograph of the
図3及び図4に示すように、再加熱処理前の状態では、窒化化合物層111に相当する領域161の大部分がε相である。このため、十分な硬さが得られない(後述の図11の参考例1参照)。
As shown in FIGS. 3 and 4, in the state before the reheat treatment, most of the
(窒化鋼部材の第2実施形態の構成、製法及び効果)
図5は、本発明の第2実施形態の窒化鋼部材120の断面顕微鏡写真である。図5に示すように、本実施形態の窒化鋼部材120は、表面に、窒化化合物層121が形成されており、当該窒化化合物層121の下方に、後述するようなオーステナイト組織を有する硬化層122を備え、当該硬化層122の下方に、母相内に窒素が拡散されている拡散層123を備えている。本実施形態の母相(母材)は、炭素含有量が質量%で0.45%である炭素鋼である。
(Construction, manufacturing method and effect of the second embodiment of the nitrided steel member)
FIG. 5 is a cross-sectional micrograph of the
図5においても、窒化化合物層121の下部や硬化層122が黒く見えているのは、組織観察用の腐食液によって強く腐食されたためである。また、表面の更に上方に見えているのは、研磨用の板であり、窒化鋼部材の構成要素ではない。
Also in FIG. 5, the lower part of the
窒化鋼部材120の相分布は、EBSD法とX線回折とを併用することによって解析され得る。具体的には、図6に示すように、EBSD法によって、表面側からγ’相(fcc結晶相)、ε相の順番の相分布が分かる。そして、X線回折が併用されることで、硬化層122のfcc結晶相がオーステナイト相(γ相)であることが確認される。
The phase distribution of the
窒化化合物層121は、窒化鋼部材120の表面から約12μmの厚さを有しており、これは5μm~30μmの範囲内の厚さである。表面のγ’相は、数μmの厚さである。
The
また、窒化化合物層121中のγ’相の体積比率は、SEM/EBSD法による分析範囲(窒化化合物層121の幅約120μm)中に占めるγ’相とε相のカウント数に基づいて測定され得る。あるいは、得られた図2の画像から、画像解析によって計算してもよい。本実施形態の窒化化合物層121の場合、52%である。
Further, the volume ratio of the γ'phase in the
硬化層122は、再加熱処理によってマルテンサイト組織に変態していると予想されたが、図6に示すEBSDの結果と前述のようなX線回折法による結晶構造解析とにより、硬化層122においては、部分的に多くのオーステナイトが残っていることが確認された。もっとも、浸窒処理後の鋼材サイズや冷却条件や再加熱条件により、ベイナイト組織やブラウナイト組織等、更に複数種類の微細組織を含む可能性も排除されない。
The
本実施形態の窒化鋼部材120は、後述の循環型処理炉を用いて、処理温度:640℃、窒化ポテンシャル:0.2、処理時間:2時間、という処理条件で浸窒処理された後、急冷され、更に処理温度:250℃、処理時間:2時間、という処理条件で再加熱されることで、製造され得る。
The
以上のような窒化鋼部材120は、窒化化合物層121中のγ’相の体積比率が52%(30%以上)であることにより、実用に足る十分な硬度を提供できると共に(後述の図11の実施例2-12参照)、耐摩耗性も改善されている(後述の表1の実施例2-12参照)。
The
参考のため、窒化鋼部材120の再加熱処理前の状態の断面顕微鏡写真を図7に示す。また、図8は、図7の窒化鋼部材170のEBSD法による解析結果を示す図である。
For reference, FIG. 7 shows a cross-sectional micrograph of the
図7及び図8に示すように、再加熱処理前の状態では、窒化化合物層121に相当する領域171の大部分がε相である。このため、十分な硬さが得られない。
As shown in FIGS. 7 and 8, in the state before the reheat treatment, most of the
(窒化鋼部材の比較例)
図9は、比較例の窒化鋼部材300の断面顕微鏡写真である。図9に示すように、比較例の窒化鋼部材300は、表面に、窒化化合物層301が形成されており、当該窒化化合物層301の下方に、母相内に窒素が拡散されている拡散層303を備えている。比較例の母相(母材)も、炭素含有量が質量%で0.45%である炭素鋼である。
(Comparative example of nitrided steel member)
FIG. 9 is a cross-sectional micrograph of the
従来の一般的な窒化処理で得られる化合物層の表面側は多孔質である。図9において、窒化化合物層301の上部が黒く見えているのは、この領域に多数の微細なボイドが存在しているからである。また、表面の更に上方に見えているのは、研磨用の板であり、窒化鋼部材の構成要素ではない。
The surface side of the compound layer obtained by the conventional general nitriding treatment is porous. In FIG. 9, the upper part of the
窒化鋼部材300の相分布も、EBSD法とX線回折とを併用することによって解析され得る。具体的には、図10に示すように、EBSD法によって、窒化化合物層301の大部分がε相であることが分かる。
The phase distribution of the
窒化化合物層301は、窒化鋼部材300の表面から約17μmの厚さを有している。
The
当該比較例の窒化鋼部材300は、後述の循環型処理炉を用いて、処理温度:580℃、窒化ポテンシャル2.5、処理時間:2時間、という処理条件で軟窒化処理された後(雰囲気ガスは、アンモニア、窒素ガス及び炭酸ガス)、急冷されることで、製造され得る。なお、当該比較例の窒化化合物層301は、再加熱処理を施しても硬化しないことが確認されている(軟窒化処理時の温度が比較的低いためであると考えられる)。
The
以上のような窒化鋼部材300は、窒化化合物層301の大部分がε相であり、従来はこの硬いε相を利用して耐摩耗性を向上させていた。しかし、本発明の浸窒処理によるε化合物層と比べると表面硬度が不十分であり(後述の図11の比較例参照)、そのことが耐摩耗性にも不利に影響して、耐摩耗性も不十分である(後述の表1の比較例参照)。
In the
更に、比較例の窒化鋼部材300については、窒化化合物層301の表面側に多くのボイド(図9において黒く見えている)が形成されてしまうという欠点も指摘される。当該ボイド(ポーラス)は、亀裂発生の起点となり得るため、その存在は好ましくない。
Further, it is pointed out that the
(硬度の評価)
図11は、硬さの測定結果を示すグラフである。第1実施形態の窒化鋼部材110(実施例1-30)、第2実施形態の窒化鋼部材120(実施例2-12)、参考例の窒化鋼部材160(参考例1-30)、及び、比較例の窒化鋼部材300の各々について、表面から所定深さでの硬さを測定した結果がプロットされている。
(Evaluation of hardness)
FIG. 11 is a graph showing the measurement result of hardness. The
第1実施形態の窒化鋼部材110(実施例1-30)では、窒化化合物層111の厚さ全体(30μm)に亘って、1000HV以上という高い硬さが得られている。特に、心部側のε相に対応する部分の硬さが大きくなっている。
In the nitrided steel member 110 (Example 1-30) of the first embodiment, a high hardness of 1000 HV or more is obtained over the entire thickness (30 μm) of the
これに対して、参考例の窒化鋼部材160(参考例1-30)では、表面付近での硬さが800HVを少し下回っており、十分ではない。 On the other hand, in the nitrided steel member 160 (Reference Example 1-30) of the reference example, the hardness near the surface is slightly less than 800 HV, which is not sufficient.
第2実施形態の窒化鋼部材120(実施例2-12)では、内部に向かって硬さは低下しているが、表面付近での硬さは十分に高い。 In the nitrided steel member 120 (Example 2-12) of the second embodiment, the hardness decreases toward the inside, but the hardness near the surface is sufficiently high.
その他、比較例の窒化鋼部材300では、表面付近での硬さが600HV程度となっており、十分ではない。
In addition, in the
(第1実施形態の窒化鋼部材110の窒化化合物層111の厚さ)
第1実施形態の窒化鋼部材110の窒化化合物層111の厚さは、一般的には、より厚い方が摩耗許容量が大きくなるため好ましいと言える。
(Thickness of the
It can be said that the thickness of the
本件発明者は、一般的にシャフト類に使われる炭素鋼で炭素量の多い(具体的には例えばS50C鋼)場合に、窒化化合物層111が厚くなり易いという傾向を確認した。そして、具体的に、S50C鋼を、処理温度:640℃、窒化ポテンシャル:0.6、処理時間:2時間で浸窒処理し、急冷して、処理温度:250℃、処理時間:2時間で再加熱した時、窒化化合物層111の厚みは50μmであった(後述の表1の実施例1-50参照)。従って、当業者が本発明の課題を解決できると認識し得る窒化化合物層111の厚さの最大値を、50μmとした。
The inventor of the present invention has confirmed that the
その他、本件発明者は、窒化化合物層111の厚さについて、浸窒処理時の窒化ポテンシャルが高い場合に厚くなるという傾向を確認している。
In addition, the inventor of the present invention has confirmed that the thickness of the
(第2実施形態の窒化鋼部材120の窒化化合物層121の厚さ)
第2実施形態の窒化鋼部材120の窒化化合物層121の厚さも、一般的には、より厚い方が摩耗許容量が大きくなるため好ましいと言える。
(Thickness of the
It can be said that it is generally preferable that the thickness of the
本件発明者は、一般的に歯車に使われる炭素鋼で炭素量が低い(具体的には例えばS15C鋼)場合に、窒化化合物層121が厚くなり易いという傾向を確認した。そして、具体的に、S15C鋼を、処理温度:650℃、窒化ポテンシャル:0.2、処理時間:2時間で浸窒処理し、急冷して、処理温度:250℃、処理時間:2時間で再加熱した時、窒化化合物層121の厚みは30μmであった(後述の表1の実施例2-30参照)。従って、当業者が本発明の課題を解決できると認識し得る窒化化合物層111の厚さの最大値を、30μmとした。
The inventor of the present invention has confirmed that the
その他、本件発明者は、窒化化合物層121の厚さについても、浸窒処理時の窒化ポテンシャルが高い場合に厚くなるという傾向を確認している。
In addition, the inventor of the present invention has confirmed that the thickness of the
(第1実施形態の窒化鋼部材110の窒化化合物層111中のγ’相の体積比率)
本件発明者は、窒化化合物層111中のγ’相の体積比率について、より大きい方が硬さを高めるためには好ましいことを確認している。最小値については、具体的に、S50C鋼を、処理温度:640℃、窒化ポテンシャル:0.6、処理時間:2時間で浸窒処理し、急冷して、処理温度:250℃、処理時間:2時間で再加熱した時、窒化化合物層111中のγ’相の体積比率は20%であった(後述の表1の実施例1-50参照)。従って、当業者が本発明の課題を解決できると認識し得る窒化化合物層111中のγ’相の体積比率の最小値を、20%とした。
(Volume ratio of γ'phase in the
The inventor of the present invention has confirmed that a larger volume ratio of the γ'phase in the
(第2実施形態の窒化鋼部材120の窒化化合物層121中のγ’相の体積比率)
本件発明者は、窒化化合物層121中のγ’相の体積比率についても、より大きい方が硬さを高めるためには好ましいことを確認している。最小値については、具体的に、S15C鋼を、処理温度:650℃、窒化ポテンシャル:0.2、処理時間:2時間で浸窒処理し、急冷して、処理温度:250℃、処理時間:2時間で再加熱した時、窒化化合物層121中のγ’相の体積比率は30%であった(後述の表1の実施例2-30参照)。従って、当業者が本発明の課題を解決できると認識し得る窒化化合物層121中のγ’相の体積比率の最小値を、30%とした。
(Volume ratio of γ'phase in the
The inventor of the present invention has confirmed that a larger volume ratio of the γ'phase in the
(窒化鋼部材の製造装置の構成)
続いて、窒化鋼部材の製造装置について説明する。まず、ガス窒化処理の基本的事項について化学的に説明すれば、ガス窒化処理では、被処理品が配置される処理炉(ガス窒化炉)内において、以下の式(1)で表される窒化反応が発生する。
NH3→[N]+3/2H2 ・・・(1)
(Structure of manufacturing equipment for nitrided steel members)
Subsequently, a manufacturing apparatus for the nitrided steel member will be described. First, if the basic matters of the gas nitriding treatment are chemically explained, in the gas nitriding treatment, the nitriding represented by the following formula (1) is performed in the processing furnace (gas nitriding furnace) in which the object to be treated is arranged. A reaction occurs.
NH 3 → [N] + 3 / 2H 2・ ・ ・ (1)
このとき、窒化ポテンシャルKNは、以下の式(2)で定義される。
KN=PNH3/PH2
3/2 ・・・(2)
ここで、PNH3は炉内アンモニア分圧であり、PH2は炉内水素分圧である。窒化ポテンシャルKNは、ガス窒化炉内の雰囲気が有する窒化能力を表す指標として周知である。
At this time, the nitriding potential K N is defined by the following equation (2).
K N = P NH3 / P H2 3/2・ ・ ・ (2)
Here, P NH 3 is the partial pressure of ammonia in the furnace, and P H 2 is the partial pressure of hydrogen in the furnace. The nitriding potential K N is well known as an index showing the nitriding ability of the atmosphere in the gas nitriding furnace.
一方、ガス窒化処理中の炉内では、当該炉内へ導入されたアンモニアガスの一部が、式(3)の反応にしたがって水素ガスと窒素ガスとに熱分解する。
NH3→1/2N2+3/2H2 ・・・(3)
On the other hand, in the furnace during the gas nitriding treatment, a part of the ammonia gas introduced into the furnace is thermally decomposed into hydrogen gas and nitrogen gas according to the reaction of the formula (3).
NH 3 → 1 / 2N 2 + 3 / 2H 2・ ・ ・ (3)
炉内では、主に式(3)の反応が生じており、式(1)の窒化反応は量的にはほとんど無視できる。したがって、式(3)の反応で消費された炉内アンモニア濃度または式(3)の反応で発生された水素ガス濃度が分かれば、窒化ポテンシャルを演算することができる。すなわち、発生される水素及び窒素は、アンモニア1モルから、それぞれ1.5モルと0.5モルであるから、炉内アンモニア濃度を測定すれば炉内水素濃度も分かり、窒化ポテンシャルを演算することができる。あるいは、炉内水素濃度を測定すれば、炉内アンモニア濃度が分かり、やはり窒化ポテンシャルを演算することができる。 In the furnace, the reaction of the formula (3) mainly occurs, and the nitriding reaction of the formula (1) can be almost ignored quantitatively. Therefore, if the concentration of ammonia in the furnace consumed in the reaction of the formula (3) or the concentration of the hydrogen gas generated in the reaction of the formula (3) is known, the nitriding potential can be calculated. That is, since the generated hydrogen and nitrogen are 1.5 mol and 0.5 mol, respectively, from 1 mol of ammonia, the hydrogen concentration in the furnace can be known by measuring the ammonia concentration in the furnace, and the nitriding potential can be calculated. Can be done. Alternatively, if the hydrogen concentration in the furnace is measured, the ammonia concentration in the furnace can be known, and the nitriding potential can also be calculated.
なお、ガス窒化炉内に流されたアンモニアガスは、炉内を循環した後、炉外へ排出される。すなわち、ガス窒化処理では、炉内の既存ガスに対して、フレッシュ(新た)なアンモニアガスを炉内へ絶えず流入させることにより、当該既存ガスが炉外へ排出され続ける(供給圧で押し出される)。 The ammonia gas flowing in the gas nitriding furnace is circulated in the furnace and then discharged to the outside of the furnace. That is, in the gas nitriding process, fresh (new) ammonia gas is continuously inflowed into the furnace with respect to the existing gas in the furnace, so that the existing gas is continuously discharged to the outside of the furnace (extruded by the supply pressure). ..
ここで、炉内へ導入されるアンモニアガスの流量が少なければ、炉内でのガス滞留時間が長くなるため、分解されるアンモニアガスの量が増加して、当該分解反応によって発生される窒素ガス+水素ガスの量は増加する。一方、炉内へ導入されるアンモニアガスの流量が多ければ、分解されずに炉外へ排出されるアンモニアガスの量が増加して、炉内で発生される窒素ガス+水素ガスの量は減少する。 Here, if the flow rate of the ammonia gas introduced into the furnace is small, the gas residence time in the furnace becomes long, so that the amount of ammonia gas decomposed increases and the nitrogen gas generated by the decomposition reaction is generated. + The amount of hydrogen gas increases. On the other hand, if the flow rate of ammonia gas introduced into the furnace is large, the amount of ammonia gas discharged to the outside of the furnace without being decomposed increases, and the amount of nitrogen gas + hydrogen gas generated in the furnace decreases. do.
さて、図12は、本発明の一実施形態による窒化鋼部材を製造するための製造装置を示す概略図である。図12に示すように、本実施形態の製造装置1は、循環型処理炉2を備えており、当該循環型処理炉2内へ導入するガスとして、アンモニアとアンモニア分解ガスの2種類のみを用いている。アンモニア分解ガスとは、AXガスとも呼ばれるガスで、1:3の比率の窒素と水素とからなる混合ガスである。もっとも、導入ガスとしては、(1)アンモニアガスのみ、(2)アンモニアとアンモニア分解ガスの2種類のみ、(3)アンモニアと窒素ガスの2種類のみ、または、(4)アンモニアとアンモニア分解ガスと窒素ガスの3種類のみ、から選択され得る。
By the way, FIG. 12 is a schematic view showing a manufacturing apparatus for manufacturing a nitrided steel member according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 12, the
循環型処理炉2の断面構造例を、図13に示す。図13において、炉壁(ベルとも呼ばれる)201の中に、レトルトと呼ばれる円筒202が配置され、更にその内側に内部レトルトと呼ばれる円筒204が配置されている。ガス導入管205から供給される導入ガスは、図中の矢印に示されるように、被処理品の周囲を通過した後、攪拌扇203の作用によって2つの円筒202、204間の空間を通過して循環する。206は、フレア付きのガスフードであり、207は、熱電対であり、208は冷却作業用の蓋であり、209は、冷却作業用のファンである。当該循環型処理炉2は、横型ガス窒化炉とも呼ばれており、その構造自体は公知のものである。
An example of the cross-sectional structure of the circulation
被処理品Sは、炭素鋼または低合金鋼であって、例えば自動車部品であるクランクシャフトやギア等である。 The product S to be treated is carbon steel or low alloy steel, and is, for example, a crankshaft, a gear, or the like which is an automobile part.
また、図12に示すように、本実施形態の表面硬化処理装置1の処理炉2には、炉開閉蓋7と、攪拌ファン8と、攪拌ファン駆動モータ9と、雰囲気ガス濃度検出装置3と、窒化ポテンシャル調節計4と、プログラマブルロジックコントローラ30と、炉内導入ガス供給部20と、が設けられている。
Further, as shown in FIG. 12, the
攪拌ファン8は、処理炉2内に配置されており、処理炉2内で回転して、処理炉2内の雰囲気を攪拌するようになっている。攪拌ファン駆動モータ9は、攪拌ファン8に連結されており、攪拌ファン8を任意の回転速度で回転させるようになっている。
The stirring
雰囲気ガス濃度検出装置3は、処理炉2内の水素濃度またはアンモニア濃度を炉内雰囲気ガス濃度として検出可能なセンサにより構成されている。当該センサの検出本体部は、雰囲気ガス配管12を介して処理炉2の内部と連通している。雰囲気ガス配管12は、本実施形態においては、雰囲気ガス濃度検出装置3のセンサ本体部と処理炉2とを直接連通させる経路で形成され、途中で排ガス燃焼分解装置41へ繋がる炉内ガス廃棄配管40が接続されている。これにより、雰囲気ガスは、廃棄されるガスと雰囲気ガス濃度検出装置3に供給されるガスとに分配される。
The atmosphere gas
また、雰囲気ガス濃度検出装置3は、炉内雰囲気ガス濃度を検出した後、当該検出濃度を含む情報信号を、窒化ポテンシャル調節計4へ出力するようになっている。
Further, the atmosphere gas
窒化ポテンシャル調節計4は、炉内窒化ポテンシャル演算装置13と、ガス流量出力調整装置30と、を有している。また、プログラマブルロジックコントローラ31は、ガス導入量制御装置14と、パラメータ設定装置15と、を有している。
The nitriding
炉内窒化ポテンシャル演算装置13は、炉内雰囲気ガス濃度検出装置3によって検出される水素濃度またはアンモニア濃度に基づいて、処理炉2内の窒化ポテンシャルを演算するようになっている。具体的には、実際の炉内導入ガスに応じてプログラムされた窒化ポテンシャルの演算式が組み込まれており、炉内雰囲気ガス濃度の値から窒化ポテンシャルを演算するようになっている。
The in-core nitriding
パラメータ設定装置15は、例えばタッチパネルからなり、炉内導入ガスの総流量、ガス種、処理温度、目標窒化ポテンシャル、等をそれぞれ設定入力できるようになっている。設定入力された各設定パラメータ値は、ガス流量出力調整装置30へ伝送されるようになっている。
The
そして、ガス流量出力調整装置30が、炉内窒化ポテンシャル演算装置13によって演算された窒化ポテンシャルを出力値とし、目標窒化ポテンシャル(設定された窒化ポテンシャル)を目標値とし、アンモニアガスとアンモニア分解ガスの各々の導入量を入力値とした制御を実施するようになっている。より具体的には、アンモニア分解ガスの炉内導入量を一定とし且つアンモニアガスの炉内導入量を変化させる制御を実施できるようになっている。ガス流量出力調整装置30の出力値は、ガス導入量制御装置14へ伝達されるようになっている。
Then, the gas flow rate
ガス導入量制御装置14は、各ガスの導入量を実現するべく、アンモニアガス用の第1供給量制御装置22とアンモニア分解ガス用の第2供給量制御装置26とにそれぞれ制御信号を送るようになっている。
The gas introduction
本実施形態の炉内導入ガス供給部20は、アンモニアガス用の第1炉内導入ガス供給部21と、第1供給量制御装置22と、第1供給弁23と、第1流量計24と、を有している。また、本実施形態の炉内導入ガス供給部20は、アンモニア分解ガス(AXガス)用の第2炉内導入ガス供給部25と、第2供給量制御装置26と、第2供給弁27と、第2流量計28と、を有している。
The in-firer introduction
本実施形態では、アンモニアガスとアンモニア分解ガスとは、処理炉2内に入る前の炉内導入ガス導入配管29内で混合されるようになっている。
In the present embodiment, the ammonia gas and the ammonia decomposition gas are mixed in the furnace introduction
第1炉内導入ガス供給部21は、例えば、第1炉内導入ガス(本例ではアンモニアガス)を充填したタンクにより形成されている。
The first furnace introduction
第1供給量制御装置22は、マスフローコントローラにより形成されており、第1炉内導入ガス供給部21と第1供給弁23との間に介装されている。第1供給量制御装置22の開度が、ガス導入量制御装置14から出力される制御信号に応じて変化する。また、第1供給量制御装置22は、第1炉内導入ガス供給部21から第1供給弁23への供給量を検出し、この検出した供給量を含む情報信号をガス導入量制御装置14へ出力するようになっている。当該制御信号は、ガス導入量制御装置14による制御の補正等に用いられ得る。
The first supply
第1供給弁23は、ガス導入量制御装置14が出力する制御信号に応じて開閉状態を切り換える電磁弁により形成されており、第1供給量制御装置22と第1流量計24との間に介装されている。
The
第2炉内導入ガス供給部25は、例えば、第2炉内導入ガス(本例ではアンモニア分解ガス)を充填したタンクにより形成されている。
The second furnace introduction
第2供給量制御装置26は、マスフローコントローラにより形成されており、第2炉内導入ガス供給部25と第2供給弁27との間に介装されている。第2供給量制御装置26の開度が、ガス導入量制御装置14から出力される制御信号に応じて変化する。また、第2供給量制御装置26は、第2炉内導入ガス供給部25から第2供給弁27への供給量を検出し、この検出した供給量を含む情報信号をガス導入量制御装置14へ出力するようになっている。当該制御信号は、ガス導入量制御装置14による制御の補正等に用いられ得る。
The second supply
第2供給弁27は、ガス導入量制御装置14が出力する制御信号に応じて開閉状態を切り換える電磁弁により形成されており、第2供給量制御装置26と第2流量計28との間に介装されている。
The
(窒化鋼部材の製造装置の作用(製造方法))
次に、本実施形態の製造装置1の作用について説明する。まず、循環型処理炉2内に被処理品Sが投入され、循環型処理炉2が所望の処理温度に加熱される。その後、炉内導入ガス供給部20からアンモニアガスとアンモニア分解ガスとの混合ガス、あるいはアンモニアガスのみ、が設定初期流量で処理炉2内へ導入される。この設定初期流量も、パラメータ設定装置15において設定入力可能であり、第1供給量制御装置22及び第2供給量制御装置26(共にマスフローコントローラ)によって制御される。また、攪拌ファン駆動モータ9が駆動されて攪拌ファン8が回転し、処理炉2内の雰囲気を攪拌する。
(Operation of manufacturing equipment for nitrided steel members (manufacturing method))
Next, the operation of the
窒化ポテンシャル調節計4の炉内窒化ポテンシャル演算装置13は、炉内の窒化ポテンシャルを演算し(最初は極めて高い値である(炉内に水素が存在しないため)がアンモニアガスの分解(水素発生)が進行するにつれて低下してくる)、目標窒化ポテンシャルと基準偏差値との和を下回ったか否かを判定する。この基準偏差値も、パラメータ設定装置15において設定入力可能である。
The in-core nitriding
炉内窒化ポテンシャルの演算値が目標窒化ポテンシャルと基準偏差値との和を下回ったと判定されると、窒化ポテンシャル調節計4は、ガス導入量制御装置14を介して、炉内導入ガスの導入量の制御を開始する。
When it is determined that the calculated value of the nitriding potential in the furnace is less than the sum of the target nitriding potential and the reference deviation value, the nitriding
窒化ポテンシャル調節計4の炉内窒化ポテンシャル演算装置13は、入力される水素濃度信号またはアンモニア濃度信号に基づいて炉内窒化ポテンシャルを演算する。そして、ガス流量出力調整装置30は、炉内窒化ポテンシャル演算装置13によって演算された窒化ポテンシャルを出力値とし、目標窒化ポテンシャル(設定された窒化ポテンシャル)を目標値とし、炉内導入ガスの導入量を入力値としたPID制御を実施する。具体的には、当該PID制御において、アンモニア分解ガスの炉内導入量を一定とし且つアンモニアガスの炉内導入量を変化させる制御を実施するようになっている。当該PID制御においては、パラメータ設定装置15にて設定入力された各設定パラメータ値が用いられる。この設定パラメータ値は、例えば、目標窒化ポテンシャルの値に応じて異なる値が用意されている。
The in-core nitriding
そして、ガス流量出力調整装置30が、PID制御の結果として、炉内導入ガスの各々の導入量を制御する。具体的には、ガス流量出力調整装置30が、各ガスの流量を決定し、当該出力値がガス導入量制御装置14へ伝達される。
Then, the gas flow rate
ガス導入量制御装置14は、各ガスの導入量を実現するべく、アンモニアガス用の第1供給量制御装置22とアンモニア分解ガス用の第2供給量制御装置26とにそれぞれ制御信号を送る。
The gas introduction
以上のような制御により、炉内窒化ポテンシャルを目標窒化ポテンシャルの近傍に安定的に制御することができる。これにより、被処理品Sの浸窒処理を極めて高品質に行うことができる。 With the above control, the nitriding potential in the furnace can be stably controlled in the vicinity of the target nitriding potential. As a result, the soaking treatment of the product S to be treated can be performed with extremely high quality.
以上のような制御の一例を、図14に示す。アンモニア分解ガスの炉内導入量が一定であり、アンモニアガスの炉内導入量が40(l/min)の近傍で小刻みにフィードバック制御されている。この結果、窒化ポテンシャルが0.17に高精度に制御されている。 An example of the above control is shown in FIG. The amount of ammonia decomposition gas introduced into the furnace is constant, and the amount of ammonia gas introduced into the furnace is feedback-controlled in small steps in the vicinity of 40 (l / min). As a result, the nitriding potential is controlled to 0.17 with high accuracy.
更に、被処理品Sの材料種類や形状によっては、当該製造装置1において浸窒処理後の冷却工程をも実施することが可能である。しかし、当該製造装置1の冷却速度では処理後に十分な硬さが得られない場合は、当該製造装置1での浸窒処理後、加熱温度を保持した状態で、被処理品Sを炉外の急冷装置(例えば油槽)へ搬送し、その後に急冷することが必要である。あるいは、製造装置1において冷却した後の被処理品Sを製造装置1から取り出して、急冷装置を備えた別の加熱炉において加熱温度まで再度昇温し、その後に急冷することが必要である。
Further, depending on the material type and shape of the product S to be treated, it is possible to carry out a cooling step after the soaking treatment in the
本件発明者の検討によれば、1.0%以上の窒素で安定化したオーステナイト組織は、冷却速度が遅いとブラウナイト(フェライト相とγ’相の層状組織)となり、硬さや疲労強度の低下を招く懸念がある。従って、ガス冷却や空冷を採用する場合には、部品毎にその冷却速度を最適化することが重要である。一方、油冷を採用する場合には、一般的な部品であればオーステナイト組織を保持することが十分に可能である。 According to the study of the present inventor, the austenite structure stabilized with 1.0% or more nitrogen becomes brownite (layered structure of ferrite phase and γ'phase) when the cooling rate is slow, and the hardness and fatigue strength decrease. There is a concern that it will lead to. Therefore, when gas cooling or air cooling is adopted, it is important to optimize the cooling rate for each component. On the other hand, when oil cooling is adopted, it is sufficiently possible to retain the austenite structure if it is a general component.
(案内筒(内部レトルト)の重要性について)
また、本件発明者の実験によれば、製造装置1から案内筒5(内部レトルト)を取り除いて窒化処理を実施した場合には、窒化ポテンシャルの炉内均一性が低下して、処理の均一性が低下することが確認された。
(About the importance of the guide tube (internal retort))
Further, according to the experiment of the present inventor, when the guide tube 5 (internal retort) is removed from the
(硬度及び疲労強度の検証)
図15に示すような形状(φ25×8mmサイズ)のS45C鋼(試験片)を対象にして、後記する表1に示す各条件で処理を行って、図16に示すような摩擦摩耗試験機(ドイツのオプチモール社製:振動摩擦摩耗試験機SRV4)を用いて耐摩耗性を評価した。
(Verification of hardness and fatigue strength)
A friction and wear tester as shown in FIG. 16 (test piece) having a shape (φ25 × 8 mm size) as shown in FIG. 15 is treated under each condition shown in Table 1 to be described later. Abrasion resistance was evaluated using a vibration friction wear tester SRV4) manufactured by Optimole, Germany.
摺動子として、φ10の窒化珪素(硬さ:約1600HV)のボールが用いられ、乾式(室温25℃、湿度30%、潤滑油なし)の条件下で、10Nの負荷荷重を与えながら、往復摺動が繰り返され(振幅1mm、50Hz、10分)、最大摩耗量(摺動方向に垂直な断面で測定)が測定された。
As a slider, a ball of φ10 silicon nitride (hardness: about 1600 HV) is used, and it reciprocates under dry conditions (
図16において、401は、オシレーションブロックヘッドプレートであり、402aは、ねじれセンサであり、402bは、試験片固定具であり、403aは、上部試験片ホルダであり、404は、垂直荷重軸である。 In FIG. 16, 401 is an oscillation block head plate, 402a is a twist sensor, 402b is a test piece fixative, 403a is an upper test piece holder, and 404 is a vertical load axis. be.
(実施例1-30)
表1における実施例1-30が、図1及び図2を用いて説明した第1実施形態の窒化鋼部材110に相当している。当該実施例1-30は、前述の循環型処理炉2を用いて、処理温度:640℃、窒化ポテンシャル:0.4、処理時間:2時間、という処理条件で浸窒処理された後、急冷され、更に処理温度:250℃、処理時間:2時間、という処理条件で再加熱されることで、製造された(母相はS45C鋼)。
(Example 1-30)
Examples 1-30 in Table 1 correspond to the
窒化化合物層の相分布は、ε相、γ’相、ε相の順番であり、窒化化合物層の厚さは、窒化鋼部材の表面から約30μmであり、窒化化合物層中のγ’相の体積比率は、41%であった。 The phase distribution of the nitrided compound layer is in the order of ε phase, γ'phase, and ε phase, and the thickness of the nitrided compound layer is about 30 μm from the surface of the nitrided steel member. The volume ratio was 41%.
このような実施例1-30の窒化鋼部材は、図11に黒三角点で示されたような十分な硬度分布を提供し、且つ、表1に示されたような低い最大摩耗量(十分な摩擦摩耗特性)を提供することが確認された。 Such a nitrided steel member of Example 1-30 provides a sufficient hardness distribution as shown by the black triangulation points in FIG. 11 and has a low maximum wear amount (sufficient) as shown in Table 1. It has been confirmed that it provides excellent friction and wear characteristics).
(実施例1-36)
実施例1-36は、実施例1-30に対して浸窒処理時の窒化ポテンシャルを0.5に変更することによって製造された窒化鋼部材である。
(Example 1-36)
Example 1-36 is a nitrided steel member manufactured by changing the nitriding potential at the time of nitriding treatment to 0.5 with respect to Example 1-30.
窒化化合物層の相分布は、ε相、γ’相、ε相の順番であり、窒化化合物層の厚さは、窒化鋼部材の表面から約36μmであり、窒化化合物層中のγ’相の体積比率は、33%であった。 The phase distribution of the nitrided compound layer is in the order of ε phase, γ'phase, and ε phase, and the thickness of the nitrided compound layer is about 36 μm from the surface of the nitrided steel member. The volume ratio was 33%.
このような実施例1-36の窒化鋼部材も、概ね図11に黒三角点で示されたような十分な硬度分布を提供し、且つ、表1に示されたような低い最大摩耗量(十分な摩擦摩耗特性)を提供することが確認された。 Such a nitrided steel member of Example 1-36 also provides a sufficient hardness distribution as shown by the black triangulation points in FIG. 11, and has a low maximum wear amount as shown in Table 1. It was confirmed that it provides sufficient friction and wear characteristics).
(実施例1-40)
実施例1-40は、実施例1-30に対して浸窒処理時の窒化ポテンシャルを0.6に変更することによって製造された窒化鋼部材である。
(Example 1-40)
Example 1-40 is a nitrided steel member manufactured by changing the nitriding potential at the time of nitriding treatment to 0.6 with respect to Example 1-30.
窒化化合物層の相分布は、ε相、γ’相、ε相の順番であり、窒化化合物層の厚さは、窒化鋼部材の表面から約40μmであり、窒化化合物層中のγ’相の体積比率は、24%であった。 The phase distribution of the nitrided compound layer is in the order of ε phase, γ'phase, and ε phase, and the thickness of the nitrided compound layer is about 40 μm from the surface of the nitrided steel member. The volume ratio was 24%.
このような実施例1-40の窒化鋼部材も、概ね図11に黒三角点で示されたような十分な硬度分布を提供し、且つ、表1に示されたような低い最大摩耗量(十分な摩擦摩耗特性)を提供することが確認された。 Such a nitrided steel member of Example 1-40 also provides a sufficient hardness distribution as shown by the black triangulation points in FIG. 11, and has a low maximum wear amount as shown in Table 1. It was confirmed that it provides sufficient friction and wear characteristics).
(実施例1-50)
実施例1-50は、実施例1-30に対して、母相をS50C鋼に変更し、更に浸窒処理時の窒化ポテンシャルを0.6に変更することによって製造された窒化鋼部材である。
(Example 1-50)
Example 1-50 is a nitrided steel member manufactured by changing the matrix phase to S50C steel and further changing the nitriding potential at the time of nitriding treatment to 0.6 with respect to Example 1-30. ..
窒化化合物層の相分布は、ε相、γ’相、ε相の順番であり、窒化化合物層の厚さは、窒化鋼部材の表面から約50μmであり、窒化化合物層中のγ’相の体積比率は、20%であった。 The phase distribution of the nitrided compound layer is in the order of ε phase, γ'phase, and ε phase, and the thickness of the nitrided compound layer is about 50 μm from the surface of the nitrided steel member. The volume ratio was 20%.
このような実施例1-50の窒化鋼部材も、概ね図11に黒三角点で示されたような十分な硬度分布を提供し、且つ、表1に示されたような低い最大摩耗量(十分な摩擦摩耗特性)を提供することが確認された。 Such a nitrided steel member of Example 1-50 also provides a sufficient hardness distribution as shown by the black triangulation points in FIG. 11, and has a low maximum wear amount as shown in Table 1. It was confirmed that it provides sufficient friction and wear characteristics).
(実施例1-15)
実施例1-15は、実施例1-30に対して、浸窒処理時の窒化温度を620℃に変更することによって製造された窒化鋼部材である。
(Example 1-15)
Example 1-15 is a nitriding steel member manufactured by changing the nitriding temperature at the time of nitriding treatment to 620 ° C. with respect to Example 1-30.
窒化化合物層の相分布は、γ’相、ε相の順番であり、窒化化合物層の厚さは、窒化鋼部材の表面から約15μmであり、窒化化合物層中のγ’相の体積比率は、37%であった。 The phase distribution of the nitrided compound layer is in the order of γ'phase and ε'phase, the thickness of the nitrided compound layer is about 15 μm from the surface of the nitrided steel member, and the volume ratio of the γ'phase in the nitrided compound layer is. , 37%.
このような実施例1-15の窒化鋼部材も、概ね図11に白丸点で示されたような十分な硬度分布を提供し、且つ、表1に示されたような低い最大摩耗量(十分な摩擦摩耗特性)を提供することが確認された。 Such a nitrided steel member of Example 1-15 also provides a sufficient hardness distribution as shown by the white circles in FIG. 11, and has a low maximum wear amount (sufficient) as shown in Table 1. It has been confirmed that it provides excellent friction and wear characteristics).
(参考例1-30、参考例1-36、参考例1-40)
実施例1-30、実施例1-36、実施例1-40について、それぞれ、再加熱処理前の状態を参考例1-30、参考例1-36、参考例1-40として、硬度及び最大摩耗量が評価された。
(Reference Example 1-30, Reference Example 1-36, Reference Example 1-40)
For Examples 1-30, 1-36, and 1-40, the states before the reheat treatment are referred to as Reference Example 1-30, Reference Example 1-36, and Reference Example 1-40, respectively, in terms of hardness and maximum. The amount of wear was evaluated.
その結果、硬度については、図11に白三角点で示されたような不十分な硬度分布であることが分かり、摩擦摩耗特性についても、表1に示されたような比較的高い最大摩耗量であった。 As a result, it was found that the hardness was an insufficient hardness distribution as shown by the white triangulation points in FIG. 11, and the frictional wear characteristics were also relatively high maximum wear amount as shown in Table 1. Met.
(実施例2-12)
表1における実施例2-12が、図5及び図6を用いて説明した第2実施形態の窒化鋼部材120に相当している。当該実施例2-12は、前述の循環型処理炉2を用いて、処理温度:640℃、窒化ポテンシャル:0.2、処理時間:2時間、という処理条件で浸窒処理された後、急冷され、更に処理温度:250℃、処理時間:2時間、という処理条件で再加熱されることで、製造された(母相はS45C鋼)。
(Example 2-12)
Example 2-12 in Table 1 corresponds to the
窒化化合物層の相分布は、γ’相、ε相の順番であり、窒化化合物層の厚さは、窒化鋼部材の表面から約12μmであり、窒化化合物層中のγ’相の体積比率は、52%であった。 The phase distribution of the nitrided compound layer is in the order of γ'phase and ε phase, the thickness of the nitrided compound layer is about 12 μm from the surface of the nitrided steel member, and the volume ratio of the γ'phase in the nitrided compound layer is. , 52%.
このような実施例2-12の窒化鋼部材は、図11に白丸点で示されたような十分な硬度分布を提供し、且つ、表1に示されたような低い最大摩耗量(十分な摩擦摩耗特性)を提供することが確認された。 Such a nitrided steel member of Example 2-12 provides a sufficient hardness distribution as shown by the white circles in FIG. 11 and has a low maximum wear amount (sufficient) as shown in Table 1. It was confirmed to provide frictional wear characteristics).
(実施例2-7)
実施例2-7は、実施例2-12に対して浸窒処理時の窒化ポテンシャルを0.18に変更することによって製造された窒化鋼部材である。
(Example 2-7)
Example 2-7 is a nitrided steel member manufactured by changing the nitriding potential at the time of nitriding treatment to 0.18 with respect to Example 2-12.
窒化化合物層の相分布は、γ’相、ε相の順番であり、窒化化合物層の厚さは、窒化鋼部材の表面から約7μmであり、窒化化合物層中のγ’相の体積比率は、60%であった。 The phase distribution of the nitrided compound layer is in the order of γ'phase and ε phase, the thickness of the nitrided compound layer is about 7 μm from the surface of the nitrided steel member, and the volume ratio of the γ'phase in the nitrided compound layer is. , 60%.
このような実施例2-7の窒化鋼部材も、概ね図11に白丸点で示されたような十分な硬度分布を提供し、且つ、表1に示されたような低い最大摩耗量(十分な摩擦摩耗特性)を提供することが確認された。 Such a nitrided steel member of Example 2-7 also provides a sufficient hardness distribution as shown by the white circles in FIG. 11, and has a low maximum wear amount (sufficient) as shown in Table 1. It has been confirmed that it provides excellent friction and wear characteristics).
(実施例2-16)
実施例2-16は、実施例2-12に対して浸窒処理時の窒化温度を630℃、窒化ポテンシャルを0.25に変更することによって製造された窒化鋼部材である。
(Example 2-16)
Example 2-16 is a nitrided steel member manufactured by changing the nitriding temperature at the time of nitriding treatment to 630 ° C. and the nitriding potential to 0.25 with respect to Example 2-12.
窒化化合物層の相分布は、γ’相、ε相の順番であり、窒化化合物層の厚さは、窒化鋼部材の表面から約16μmであり、窒化化合物層中のγ’相の体積比率は、45%であった。 The phase distribution of the nitrided compound layer is in the order of γ'phase and ε phase, the thickness of the nitrided compound layer is about 16 μm from the surface of the nitrided steel member, and the volume ratio of the γ'phase in the nitrided compound layer is. , 45%.
このような実施例2-16の窒化鋼部材も、概ね図11に白丸点で示されたような十分な硬度分布を提供し、且つ、表1に示されたような低い最大摩耗量(十分な摩擦摩耗特性)を提供することが確認された。 Such a nitrided steel member of Example 2-16 also provides a sufficient hardness distribution as shown by the white circles in FIG. 11, and has a low maximum wear amount (sufficient) as shown in Table 1. It has been confirmed that it provides excellent friction and wear characteristics).
(実施例2-30)
実施例2-30は、実施例2-12に対して、母相をS15C鋼に変更し、更に浸窒処理時の窒化温度を650℃、窒化ポテンシャルを0.2に変更することによって製造された窒化鋼部材である。
(Example 2-30)
Example 2-30 is manufactured by changing the matrix phase to S15C steel, further changing the nitriding temperature during the nitriding treatment to 650 ° C., and changing the nitriding potential to 0.2 with respect to Example 2-12. It is a nitrided steel member.
窒化化合物層の相分布は、γ’相、ε相の順番であり、窒化化合物層の厚さは、窒化鋼部材の表面から約30μmであり、窒化化合物層中のγ’相の体積比率は、30%であった。 The phase distribution of the nitrided compound layer is in the order of γ'phase and ε phase, the thickness of the nitrided compound layer is about 30 μm from the surface of the nitrided steel member, and the volume ratio of the γ'phase in the nitrided compound layer is. , 30%.
このような実施例2-30の窒化鋼部材も、概ね図11に白丸点で示されたような十分な硬度分布を提供し、且つ、表1に示されたような低い最大摩耗量(十分な摩擦摩耗特性)を提供することが確認された。 Such a nitrided steel member of Example 2-30 also provides a sufficient hardness distribution as shown by the white circles in FIG. 11, and has a low maximum wear amount (sufficient) as shown in Table 1. It has been confirmed that it provides excellent friction and wear characteristics).
1 窒化鋼部材の製造装置(表面硬化装置)
2 循環型処理炉
3 雰囲気ガス濃度検出装置
4 窒化ポテンシャル調節計
5 内部レトルト
6 レトルト
7 炉開閉蓋
8 攪拌ファン
9 攪拌ファン駆動モータ
12 雰囲気ガス配管
13 炉内窒化ポテンシャル演算装置
14 ガス導入量制御装置
15 パラメータ設定装置(タッチパネル)
20 炉内ガス供給部
21 第1炉内導入ガス供給部
22 第1炉内ガス供給制御装置
23 第1供給弁
25 第2炉内導入ガス供給部
26 第2炉内ガス供給制御装置
27 第2供給弁
29 炉内導入ガス導入配管
30 ガス流量出力調整装置
31 プログラマブルロジックコントローラ
40 炉内ガス廃棄配管
41 排ガス燃焼分解装置
110 窒化鋼部材(第1実施形態)
111 窒化化合物層
112 硬化層
113 拡散層
120 窒化鋼部材(第2実施形態)
121 窒化化合物層
122 硬化層
123 拡散層
160 窒化鋼部材(参考例1)
161 窒化化合物層に対応する領域
170 窒化鋼部材(参考例2)
171 窒化化合物層に対応する領域
300 窒化鋼部材(比較例)
301 窒化化合物層
303 拡散層
201 炉壁またはベル
202 レトルト
203 撹拌扇
204 案内筒(内部レトルト)
205 ガス導入管
206 フレア付きのガス排気またはガスフード
207 熱電対
208 冷却作業用の蓋
209 冷却作業用の送風機
1 Nitriding steel member manufacturing equipment (surface hardening equipment)
2 Circulation
20 In-core
111
121
161 Region corresponding to the
171 Region corresponding to the
301
205
Claims (5)
表面に、窒化化合物層を備え、
前記窒化化合物層の下部に、オーステナイト組織を有する硬化層を備え、
前記硬化層の下部に、前記母相内に窒素が拡散されている拡散層を備え、
前記窒化化合物層は、ε相、γ’相、ε相の順番の相分布を有しており、
前記窒化化合物層中のγ’相の体積比率は、20%以上であり、
前記窒化化合物層は、当該窒化鋼部材の表面から5μm~50μmの厚さを有している
ことを特徴とする窒化鋼部材。 A nitrided steel member whose parent phase is carbon steel or low alloy steel.
A nitride compound layer is provided on the surface,
A cured layer having an austenite structure is provided below the nitrided compound layer.
A diffusion layer in which nitrogen is diffused in the matrix is provided below the cured layer.
The nitrided compound layer has a phase distribution in the order of ε phase, γ'phase, and ε phase.
The volume ratio of the γ'phase in the nitrided compound layer is 20% or more, and the volume ratio is 20% or more.
The nitrided compound layer is a nitrided steel member having a thickness of 5 μm to 50 μm from the surface of the nitrided steel member.
表面に、窒化化合物層を備え、
前記窒化化合物層の下部に、オーステナイト組織を有する硬化層を備え、
前記硬化層の下部に、前記母相内に窒素が拡散されている拡散層を備え、
前記窒化化合物層は、γ’相、ε相の順番の相分布を有しており、
前記窒化化合物層中のγ’相の体積比率は、30%以上あり、
前記窒化化合物層は、当該窒化鋼部材の表面から5μm~30μmの厚さを有している
ことを特徴とする窒化鋼部材。 A nitrided steel member whose parent phase is carbon steel or low alloy steel.
A nitride compound layer is provided on the surface,
A cured layer having an austenite structure is provided below the nitrided compound layer.
A diffusion layer in which nitrogen is diffused in the matrix is provided below the cured layer.
The nitrided compound layer has a phase distribution in the order of γ'phase and ε phase.
The volume ratio of the γ'phase in the nitrided compound layer is 30% or more, and the volume ratio is 30% or more.
The nitrided compound layer is a nitrided steel member having a thickness of 5 μm to 30 μm from the surface of the nitrided steel member.
ことを特徴とする請求項1または2に記載の窒化鋼部材。 The nitrided steel member according to claim 1 or 2, wherein the base phase is carbon steel having a carbon content of 0.1% or more in mass%.
窒化処理時において、前記循環型処理炉内の温度範囲が、610℃~660℃に制御され、
前記窒化処理時において、前記循環型処理炉内の窒化ポテンシャルが、0.15~0.6の範囲に制御され、
前記窒化処理後、急冷され、更に再加熱処理がなされる
ことを特徴とする窒化鋼部材の製造方法。 It is a method of manufacturing a nitrided steel member having a carbon steel or a low alloy steel as a parent phase by using a circulation type processing furnace equipped with a guide cylinder and a stirring fan.
During the nitriding process, the temperature range in the circulation type processing furnace is controlled to 610 ° C to 660 ° C.
At the time of the nitriding process, the nitriding potential in the circulation type processing furnace is controlled in the range of 0.15 to 0.6.
A method for manufacturing a nitrided steel member, which comprises quenching after the nitriding treatment and further performing a reheating treatment.
窒化処理時において、前記循環型処理炉内の温度範囲が、610℃~660℃に制御され、
前記窒化処理時において、前記循環型処理炉内の窒化ポテンシャルを制御するために、アンモニアガスとアンモニア分解ガスとが前記循環型処理炉内に導入されるようになっている窒化鋼部材の製造装置であって、
前記循環型処理炉内の窒化ポテンシャルは、前記アンモニア分解ガスの炉内導入量を一定とし且つ前記アンモニアガスの炉内導入量を変化させることで、0.15~0.6の範囲の目標の窒化ポテンシャルに制御されるようになっている
ことを特徴とする窒化鋼部材の製造装置。 Equipped with a circulation type processing furnace with a guide tube and a stirring fan,
During the nitriding process, the temperature range in the circulation type processing furnace is controlled to 610 ° C to 660 ° C.
At the time of the nitriding process, in order to control the nitriding potential in the circulation type processing furnace, ammonia gas and ammonia decomposition gas are introduced into the circulation type processing furnace. And,
The nitriding potential in the circulation type processing furnace is a target in the range of 0.15 to 0.6 by keeping the amount of the ammonia decomposition gas introduced into the furnace constant and changing the amount of the ammonia gas introduced into the furnace. A nitriding steel member manufacturing apparatus characterized in that it is controlled by the nitriding potential.
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