[go: up one dir, main page]

JP7587124B2 - Steel for carburizing, carburizing steel parts, and method for manufacturing carburizing steel parts - Google Patents

Steel for carburizing, carburizing steel parts, and method for manufacturing carburizing steel parts Download PDF

Info

Publication number
JP7587124B2
JP7587124B2 JP2020204375A JP2020204375A JP7587124B2 JP 7587124 B2 JP7587124 B2 JP 7587124B2 JP 2020204375 A JP2020204375 A JP 2020204375A JP 2020204375 A JP2020204375 A JP 2020204375A JP 7587124 B2 JP7587124 B2 JP 7587124B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carburizing
steel
carburized
content
less
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020204375A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022091501A (en
Inventor
将人 祐谷
雅之 堀本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP2020204375A priority Critical patent/JP7587124B2/en
Publication of JP2022091501A publication Critical patent/JP2022091501A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7587124B2 publication Critical patent/JP7587124B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Description

本発明は、浸炭用鋼、浸炭鋼部品および浸炭鋼部品の製造方法に関するものである。 The present invention relates to carburized steel, carburized steel parts, and a method for manufacturing carburized steel parts.

自動車、船舶、産業機械等に用いられる、ギヤ、シャフト、およびプーリー(CVT(Continuously Variable Transmission)に用いられるプーリー)等の機械部品は、高い曲げ疲労強度、およびピッチング強度が求められるため、浸炭焼入れが施された低合金鋼が使用されている。
浸炭焼入れは、他の表面硬化熱処理である高周波焼入れと比べると表層の硬さが高く、軟窒化と比べると深い硬化層を形成させることができるため、効果的に疲労特性を向上させることができる。
2. Description of the Related Art Machine parts such as gears, shafts, and pulleys (pulleys used in CVTs (Continuously Variable Transmissions)) used in automobiles, ships, industrial machinery, etc. require high bending fatigue strength and pitting strength, so carburized and quenched low alloy steels are used.
Carburizing and quenching produces a harder surface layer than induction hardening, another surface hardening heat treatment, and can form a deeper hardened layer than soft nitriding, so it can effectively improve fatigue properties.

一方で、鋼全体をオーステナイト域から焼入れてマルテンサイト変態させるために、部品がひずみ、変形するという欠点もある。これらの変形は、部品の疲労特性および組み立て精度を劣化させる場合がある。変形による悪影響を低減するために仕上げ加工を行うと、製造コストの増大につながる。 However, there is a drawback in that the parts are distorted and deformed because the entire steel is quenched from the austenite region to transform into martensite. These deformations can deteriorate the fatigue properties and assembly precision of the parts. If finishing is performed to reduce the adverse effects of deformation, this leads to increased manufacturing costs.

浸炭時の変形による悪影響を低減する手段として、一定の変形が生じることを前提として部品を設計する手法がある。一定の変形が生じることを前提とした部品設計を行うためには、変形量が常に一定となるように、ばらつきを低減する必要がある。そこで、機械部品の浸炭時の変形量のばらつきを低減させるための種々の技術が開示されている。 As a means of reducing the adverse effects of deformation during carburizing, there is a method of designing parts on the assumption that a certain amount of deformation will occur. In order to design parts on the assumption that a certain amount of deformation will occur, it is necessary to reduce the variability so that the amount of deformation is always constant. Therefore, various technologies have been disclosed for reducing the variability in the amount of deformation of mechanical parts during carburizing.

例えば、特許文献1には、鋼材の焼入れ性が変形量と、変形量のばらつきと相関が有ることを見出し、合金元素量を最適化することで、変形を低位に安定させる技術が開示されている。
特許文献2には、連続鋳造時の電磁撹拌条件を最適化することで、等軸晶率とC濃度のばらつきを低減することで、中空部品に成型後に浸炭した際の変形量を一定とする技術が開示されている。
For example, Patent Document 1 discloses a technique that finds that the hardenability of steel is correlated with the amount of deformation and the variation in the amount of deformation, and that optimizes the amount of alloy elements to stabilize the deformation at a low level.
Patent Document 2 discloses a technology for optimizing the electromagnetic stirring conditions during continuous casting to reduce the variation in the equiaxed crystal ratio and C concentration, thereby making the amount of deformation constant when carburizing after molding into a hollow part.

特開平2-277744号公報Japanese Patent Application Publication No. 2-277744 特開2003-320439号公報JP 2003-320439 A

特許文献1に記載の技術は、鋼材の焼入れ性を一定の範囲内に収めることで変形を低位に安定化させるというものであるが、その効果は主に変形量を低減することである。特許文献1において、発明例の変形量のばらつきは、クロム鋼(SCr420)を用いた比較例のばらつきと同程度であることから、変形量のばらつきを低減する効果は小さい。 The technology described in Patent Document 1 stabilizes deformation at a low level by keeping the hardenability of the steel material within a certain range, but its main effect is to reduce the amount of deformation. In Patent Document 1, the variation in the amount of deformation in the invention example is about the same as the variation in the comparative example using chromium steel (SCr420), so the effect of reducing the variation in the amount of deformation is small.

また、特許文献2に記載の技術は、連続鋳造時の電磁撹拌条件を最適化することで、中空の軸状部品に成型後に浸炭した際の変形量を一定とすることができる。しかし、部品の形状の制約があり、中空の軸状以外の形状の部品の変形量を一定にすることについては言及されていない。 The technology described in Patent Document 2 optimizes the electromagnetic stirring conditions during continuous casting, making it possible to keep the amount of deformation constant when carburizing hollow shaft-shaped parts after molding. However, there are restrictions on the shape of the parts, and there is no mention of keeping the amount of deformation constant for parts with shapes other than hollow shaft shapes.

また、浸炭用鋼は、浸炭処理前に、目的とする形状の浸炭鋼部品を得る目的で切削加工が施される。そのため、浸炭用鋼は、被削性を高めて、通常の加工設備で切削加工が可能となるように、軟質化熱処理により十分に硬さが低下することが要求される。 In addition, before the carburizing process, carburizing steel is cut to obtain carburized steel parts of the desired shape. Therefore, carburizing steel is required to have high machinability and to have its hardness sufficiently reduced by softening heat treatment so that it can be cut using normal processing equipment.

そこで、本発明の課題は、軟質化熱処理後に十分に硬さが低下し、かつ浸炭処理後の浸炭鋼部品の変形量のばらつきを低減させ、その効果を複雑な形状の部品であっても発揮する浸炭用鋼、それを用いた浸炭鋼部品および浸炭鋼部品の製造方法を提供することである。 The object of the present invention is to provide a carburized steel that sufficiently reduces hardness after softening heat treatment and reduces the variation in the amount of deformation of carburized steel parts after carburizing treatment, and that exerts this effect even on parts with complex shapes, as well as a carburized steel part and a method for manufacturing a carburized steel part using the same.

課題を解決するための手段は、次の態様を含む。
<1>
質量%で、
C :0.06~0.25%、
Si:0.01~0.90%、
Mn:3.51~6.00%、
P :0.05%以下、
S :0.001~0.100%、
Cr:0.03~1.49%、
Al:0.001~0.050%、
N :0.0030~0.0250%を含有し、
残部がFeおよび不純物からなり、
浸炭処理した場合、浸炭された表面から深さ25μm位置のMs点(℃)を表す下記指標Msが30℃以上である浸炭用鋼。
Ms=219.2-1.3×Si-31.7×Mn-11.6×Cr
ただし、前記指標Msを表す式中、各元素記号は、各元素の含有量(質量%)を示す。
<2>
質量%で、
Ti:0.05%以下、
Nb:0.05%以下
Mo:0.25%以下、
V :0.15%以下、
Cu:0.50%以下、
Ni:0.50%以下および
B :0.005%以下、
の1種または2種以上を含有する<1>に記載の浸炭用鋼。
<3>
質量%で、
C :0.06~0.25%、
Si:0.01~0.90%、
Mn:3.51~6.00%、
P :0.05%以下、
S :0.001~0.100%、
Cr:0.03~1.49%、
Al:0.001~0.050%、
N :0.0030~0.0250%を含有し、
残部がFeおよび不純物からなり、
浸炭された表面から深さ25μm位置のMs点(℃)を表す下記指標Msが30℃以上であり、
浸炭された表面から深さ25μm位置のC量が質量%で0.40~0.70%であり、
浸炭された表面から深さ25μm位置の硬さが630HV以上である浸炭鋼部品。
Ms=219.2-1.3×Si-31.7×Mn-11.6×Cr
ただし、前記指標Msを表す式中、各元素記号は、各元素の含有量(質量%)を示す。
<4>
質量%で、
Ti:0.05%以下、
Nb:0.05%以下
Mo:0.25%、
V :0.15%以下、
Cu:0.50%以下、
Ni:0.50%以下および
B :0.005%以下、
の1種または2種以上を含有する<3>に記載の浸炭鋼部品。
<5>
<3>又は<4>に記載の浸炭鋼部品の製造方法であって、
浸炭用鋼に対して、熱間鍛造による成型工程、650~750℃で30~640分の軟質化熱処理工程、及び切削加工工程を順次施して、鋼部品を得て、
前記浸炭鋼部品の表面から深さ25μm位置のC量が質量%で0.40~0.70%になるように、前記鋼部品を浸炭処理した後、浸炭温度からの冷却中における800℃から200℃までの冷却速度0.01~2℃/sで冷却する浸炭鋼部品の製造方法。
The means for solving the problems include the following aspects.
<1>
In mass percent,
C: 0.06-0.25%,
Si: 0.01-0.90%,
Mn: 3.51-6.00%,
P: 0.05% or less,
S: 0.001-0.100%,
Cr: 0.03-1.49%,
Al: 0.001-0.050%,
N: 0.0030 to 0.0250%;
The balance is Fe and impurities,
A carburizing steel which, when carburized, has an Ms point (°C) at a depth of 25 µm from the carburized surface of 30°C or higher.
Ms=219.2-1.3×Si-31.7×Mn-11.6×Cr
In the formula expressing the index Ms, each element symbol indicates the content (mass %) of each element.
<2>
In mass percent,
Ti: 0.05% or less,
Nb: 0.05% or less Mo: 0.25% or less,
V: 0.15% or less,
Cu: 0.50% or less,
Ni: 0.50% or less and B: 0.005% or less,
The carburizing steel according to <1>, which contains one or more of the following:
<3>
In mass percent,
C: 0.06-0.25%,
Si: 0.01-0.90%,
Mn: 3.51-6.00%,
P: 0.05% or less,
S: 0.001-0.100%,
Cr: 0.03-1.49%,
Al: 0.001-0.050%,
N: 0.0030 to 0.0250%;
The balance is Fe and impurities,
The following index Ms, which indicates the Ms point (°C) at a depth of 25 μm from the carburized surface, is 30°C or higher,
The amount of C at a depth of 25 μm from the carburized surface is 0.40 to 0.70% by mass,
A carburized steel part having a hardness of 630 HV or more at a depth of 25 μm from the carburized surface.
Ms=219.2-1.3×Si-31.7×Mn-11.6×Cr
In the formula expressing the index Ms, each element symbol indicates the content (mass %) of each element.
<4>
In mass percent,
Ti: 0.05% or less,
Nb: 0.05% or less Mo: 0.25%,
V: 0.15% or less,
Cu: 0.50% or less,
Ni: 0.50% or less and B: 0.005% or less,
The carburized steel part according to <3>, which contains one or more of the following:
<5>
A method for producing a carburized steel part according to <3> or <4>,
The carburizing steel is subjected to a forming process by hot forging, a softening heat treatment process at 650 to 750°C for 30 to 640 minutes, and a cutting process in this order to obtain a steel part.
A method for manufacturing a carburized steel part, comprising carburizing the steel part so that the amount of C at a position 25 μm deep from the surface of the carburized steel part is 0.40 to 0.70% by mass, and then cooling from the carburizing temperature from 800°C to 200°C at a cooling rate of 0.01 to 2°C/s.

本発明によれば,軟質化熱処理後に十分に硬さが低下し、かつ浸炭処理後の浸炭鋼部品の変形量のばらつきを低減させ、その効果を複雑な形状の部品であっても発揮する浸炭用鋼、それを用いた浸炭鋼部品および浸炭鋼部品の製造方法を提供することができる。 The present invention provides a carburized steel that sufficiently reduces hardness after softening heat treatment and reduces the variation in the amount of deformation of carburized steel parts after carburizing treatment, and that exerts this effect even on parts with complex shapes, as well as a carburized steel part and a method for manufacturing a carburized steel part using the same.

実施例で作製した、回転曲げ疲労試験片および変形量測定用試験片を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a rotating bending fatigue test piece and a test piece for measuring deformation amount, which were prepared in the examples. 試験片の吊るし方を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing how to hang a test piece.

以下、本発明の一例である実施形態について詳しく説明する。
各元素の含有量の「%」は「質量%」を意味する。
化学組成の各元素の含有量を「元素量」と表記することがある。例えば、Cの含有量は、C量と表記することがある。
「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
「~」の前後に記載される数値に「超え」または「未満」が付されている場合の数値範囲は、これら数値を下限値または上限値として含まない範囲を意味する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail.
The "%" for the content of each element means "mass %."
The content of each element in a chemical composition may be expressed as the “element amount.” For example, the content of C may be expressed as the C amount.
A numerical range expressed using "to" means a range that includes the numerical values before and after "to" as the lower and upper limits.
When the numerical range described before and after "to" is followed by "greater than" or "less than," it means that the numerical range does not include the numerical value as the lower limit or upper limit.

<浸炭用鋼>
本実施形態に係る浸炭用鋼(以下、単に「浸炭用鋼」とも称する)は、所定の化学成分を有し、浸炭処理した場合、浸炭された表面から深さ25μm位置のMs点(℃)を表す下記指標Msが30℃以上である浸炭用鋼である。
Ms=219.2-1.3×Si-31.7×Mn-11.6×Cr
ただし、前記指標Msを表す式中、各元素記号は、各元素の含有量(質量%)を示す。
<Carburizing steel>
The carburizing steel according to this embodiment (hereinafter also simply referred to as "carburizing steel") has a specified chemical composition and, when carburized, has an index Ms, shown below, of 30°C or higher, which indicates the Ms point (°C) at a depth of 25 μm from the carburized surface.
Ms=219.2-1.3×Si-31.7×Mn-11.6×Cr
In the formula expressing the index Ms, each element symbol indicates the content (mass %) of each element.

本実施形態に係る浸炭用鋼は、軟質化熱処理後に十分に硬さが低下し、かつ浸炭処理後の浸炭鋼部品の変形量のばらつきを低減させ、その効果を複雑な形状の部品であっても発揮することができる。
本実施形態に係わる浸炭用鋼は、次の知見により見出された。
The carburizing steel according to this embodiment has a sufficiently reduced hardness after softening heat treatment and reduces the variation in the amount of deformation of carburized steel parts after carburizing treatment, and can exert this effect even on parts with complex shapes.
The carburizing steel according to this embodiment was discovered based on the following findings.

本発明者らは、鋼の化学成分と、浸炭処理後の冷却条件を種々に変更し、浸炭処理後の変形量のばらつきに差が生じる条件について調査した。その結果、下記(a)及び(b)の知見を得た。
(a)鋼部品の形状が複雑なほど、変形は大きくなりやすい。この原因は、複雑な形状の部品では、部位ごとの冷速の差が大きくなるためである。
(b)冷速の差が生じる大きな原因のひとつは、鋼部品を浸炭処理後に冷却する際に部品ごとの冷却速度がばらつくことである。このばらつきは、浸炭後に油中へと焼入れる場合には油の沸騰状態が位置によって異なることに起因し、ヘリウム、窒素等の高圧ガスで急冷する場合には、ノズルと各部品との位置関係が一定でないことに起因する。
The present inventors have investigated the conditions under which differences in the variation in the amount of deformation after carburizing are caused by changing the chemical composition of the steel and the cooling conditions after carburizing in various ways, and have obtained the following findings (a) and (b).
(a) The more complex the shape of a steel part, the greater the deformation is likely to be. This is because the difference in cooling speed between different parts of a part with a complex shape becomes greater.
(b) One of the major causes of differences in cooling speed is the variation in the cooling speed of each steel part when it is cooled after carburizing. This variation is caused by the difference in the boiling state of the oil depending on the position when quenching in oil after carburizing, and is caused by the fact that the positional relationship between the nozzle and each part is not constant when quenching with high-pressure gas such as helium or nitrogen.

上記の知見に基づき、本発明者らは、浸炭温度からの冷却を、従来の油冷やガス冷却ではなく、真空中、大気中、または雰囲気ガス中で、大気中の放冷、または大気中のファン風冷相当の冷速で行うことで、部品内の温度差を小さくすることで変形を抑制できると考えた。以降では、一般的な浸炭処理で行われる油冷、高圧ガスによる冷却、またはそれらと同等以上の速度で冷却を行う処理を急冷と記載し、大気中の放冷、大気中のファン風冷、またはそれらと同等以下の速度で冷却を行う処理を緩冷と記載する。そこで、浸炭処理後の冷却を緩冷としてもマルテンサイト変態が生じるように合金成分量を増加させた鋼を用いて、これらの鋼を浸炭鋼部品として適用するための条件についてさらに検討した。その結果、下記(c)及び(d)の知見を得た。
(c)多量のMnを加えることで、浸炭相当の温度からの冷却を緩冷としてもマルテンサイト変態を生じさせることができることが知られている。ところが、このような鋼を熱間鍛造とそれに続く切削加工により成形しようとすると、熱間鍛造後の組織がマルテンサイトになるため、被削性が劣化する。
(d)熱間鍛造後の組織を軟質化するためには、熱間鍛造後に、フェライト域での軟質化熱処理を施せばよい。ただし、鋼材成分や軟質化熱処理条件によっては、その後に真空浸炭した後の浸炭層の硬さがばらつくことがある。
(e)真空浸炭時の硬さのばらつきは、軟質化熱処理中にセメンタイトへ合金元素が濃化することで安定化し、その後の真空浸炭中に完全に溶け切らないことによる。軟質化熱処理中のセメンタイトの安定化を抑制するためには、炭化物形成能の大きな合金元素の含有量を適切に制御する必要がある。
Based on the above findings, the inventors of the present invention considered that, instead of the conventional oil cooling or gas cooling, cooling from the carburizing temperature can be performed in a vacuum, in the atmosphere, or in an atmospheric gas at a cooling rate equivalent to air cooling or air cooling by a fan, thereby reducing the temperature difference within the part and suppressing deformation. Hereinafter, the oil cooling, high-pressure gas cooling, or cooling at a rate equal to or higher than those performed in the general carburizing process will be referred to as quenching, and the air cooling, air cooling by a fan, or cooling at a rate equal to or lower than those will be referred to as slow cooling. Therefore, the inventors further studied the conditions for applying these steels as carburized steel parts by using steels with increased alloy component amounts so that martensitic transformation occurs even when cooling after carburizing is slow. As a result, the following findings (c) and (d) were obtained.
(c) It is known that by adding a large amount of Mn, martensitic transformation can be induced even if the cooling from a temperature equivalent to carburizing is slow. However, when such steel is formed by hot forging and subsequent cutting, the structure after hot forging becomes martensite, and the machinability deteriorates.
(d) In order to soften the structure after hot forging, it is sufficient to carry out softening heat treatment in the ferrite region after hot forging. However, depending on the steel composition and the softening heat treatment conditions, the hardness of the carburized layer after subsequent vacuum carburization may vary.
(e) The variation in hardness during vacuum carburization is due to the fact that alloying elements are concentrated in cementite during softening heat treatment, which stabilizes the cementite, and do not completely dissolve during the subsequent vacuum carburization. In order to suppress the stabilization of cementite during softening heat treatment, it is necessary to appropriately control the content of alloying elements with high carbide forming ability.

加えて、Mn量を増やし、Cr量を低減することで、軟質化熱処理後の鋼材の硬さが十分に低下し、被削性を高めることができる。 In addition, by increasing the amount of Mn and decreasing the amount of Cr, the hardness of the steel after softening heat treatment is sufficiently reduced, improving machinability.

以上の知見により、本実施形態に係る浸炭用鋼は、軟質化熱処理後に十分に硬さが低下し、かつ浸炭処理後の浸炭鋼部品の変形量のばらつきを低減させ、その効果を複雑な形状の部品であっても発揮することができることが見出された。
また、本実施形態に係る浸炭用鋼は、浸炭処理後の浸炭鋼部品の変形量のばらつきを大きく低減できるため、一定量の変形を前提とした設計を行うことで、完成品の寸法精度を高めたり、仕上げ加工を省略したりできる。
加えて、本実施形態に係る浸炭用鋼は、軟質化熱処理後に十分に硬さが低下するため、被削性が高く、得られる浸炭鋼部品の形状自由度が向上する。
そして、本実施形態に係る浸炭用鋼から得られる浸炭鋼部品は、自動車、産業機械および建設機械などの機械部品として用いるのに好適となる。
Based on the above findings, it has been discovered that the carburizing steel according to this embodiment has a sufficiently reduced hardness after softening heat treatment, reduces the variation in the amount of deformation of carburized steel parts after carburizing treatment, and can exert this effect even on parts with complex shapes.
Furthermore, since the carburizing steel according to this embodiment can significantly reduce the variation in the amount of deformation of carburized steel parts after carburizing treatment, by performing a design assuming a certain amount of deformation, it is possible to improve the dimensional accuracy of the finished product or omit finishing processing.
In addition, the carburizing steel according to this embodiment has a sufficiently reduced hardness after softening heat treatment, so that it has high machinability and improves the degree of freedom in the shape of the resulting carburized steel part.
Furthermore, carburized steel parts obtained from the carburizing steel according to this embodiment are suitable for use as machine parts for automobiles, industrial machinery, construction machinery, and the like.

以下、本実施形態に係る浸炭用鋼について詳細に説明する。 The carburizing steel according to this embodiment is described in detail below.

[化学組成(必須元素)]
本実施形態に係る浸炭用鋼の化学組成は、次の元素を含有する。
[Chemical composition (essential elements)]
The chemical composition of the carburizing steel according to this embodiment contains the following elements.

C:0.06~0.25%
Cは浸炭処理後の冷却で生じるマルテンサイトの硬さを高める。浸炭層のC量は浸炭条件で決まるため、芯部のC量は浸炭層のC量に大きくは影響しない。したがって、芯部のC量を上げても浸炭層の残留オーステナイトの生成は促進されない。一方、C量が高すぎれば、軟質化熱処理によっても硬さが十分に低下せず、切削抵抗が上昇して被削性が低下する。したがって、C量は0.06~0.25%である。
C量の好ましい下限は0.08%であり、さらに好ましくは0.10%であり、さらに好ましくは0.12%である。
C量の好ましい上限は0.23%であり、さらに好ましくは0.20%である。
C: 0.06-0.25%
C increases the hardness of martensite that is formed during cooling after carburizing. The amount of C in the carburized layer is determined by the carburizing conditions, so the amount of C in the core does not have a significant effect on the amount of C in the carburized layer. Increasing the C content does not promote the formation of retained austenite in the carburized layer. On the other hand, if the C content is too high, the hardness does not decrease sufficiently even with softening heat treatment, and the cutting resistance increases, resulting in poor machinability. Therefore, the C content is 0.06 to 0.25%.
The lower limit of the C content is preferably 0.08%, more preferably 0.10%, and further preferably 0.12%.
The upper limit of the C content is preferably 0.23%, and more preferably 0.20%.

Si:0.01~0.90%
Siは固溶強化によってマルテンサイトの硬さを高め、疲労特性を高める。一方、Si量が高すぎると、冷却中の雰囲気によっては表層に酸化物が形成され被削性が劣化する。したがって、Si量は0.01~0.90%である。
Si量の好ましい下限は、0.03%であり、さらに好ましくは0.05%である。
Si量の好ましい上限は0.50%であり、さらに好ましくは0.35%であり、さらに好ましくは0.25%である。
Si: 0.01~0.90%
Silicon increases the hardness of martensite through solid solution strengthening, improving fatigue properties. On the other hand, if the amount of silicon is too high, oxides are formed on the surface layer depending on the cooling atmosphere, deteriorating machinability. Therefore, The Si content is 0.01 to 0.90%.
The lower limit of the Si content is preferably 0.03%, and more preferably 0.05%.
The upper limit of the Si content is preferably 0.50%, more preferably 0.35%, and further preferably 0.25%.

Mn:3.51~6.00%
Mnは、浸炭処理後の冷却を放冷相当としても組織をマルテンサイト化させるために重要な元素である。Mnはさらに、鋼材中でMnSを形成して、軟質化熱処理後の鋼材の被削性を高める効果も有する。一方、Mn量が高すぎれば、浸炭時のC濃度を適切に制御しても残留オーステナイトが多量に生成し、硬さが低下し疲労特性も劣化する。
したがって、Mn量は3.51~6.00%である。
Mn量の好ましい下限は3.80%であり、さらに好ましくは4.00%である。
Mn量の好ましい上限は5.80%であり、さらに好ましくは5.65%である。
Mn: 3.51-6.00%
Mn is an important element for transforming the structure into martensite even if the cooling after carburizing is equivalent to natural cooling. Mn also forms MnS in the steel material, which makes the steel material harder to cut after softening heat treatment. On the other hand, if the Mn content is too high, even if the C concentration during carburization is appropriately controlled, a large amount of retained austenite is generated, which reduces hardness and deteriorates fatigue properties.
Therefore, the Mn content is 3.51 to 6.00%.
The lower limit of the Mn content is preferably 3.80%, and more preferably 4.00%.
The upper limit of the Mn content is preferably 5.80%, and more preferably 5.65%.

P:0.05%以下
Pは、不純物である。Pは結晶粒界に偏析し、粒界脆化割れを引き起こす。したがって、P量はなるべく低い方が好ましい。
したがって、P量の上限は0.05%以下である。好ましいP量の上限は0.02%以下である。
なお、P量の下限は、0%がよいが(つまり含まないことがよいが)、脱Pコストを低減する観点から、0%超え(又は0.0001%以上)であることがよい。
P: 0.05% or less P is an impurity. P segregates at grain boundaries and causes grain boundary embrittlement cracking. Therefore, the P content is preferably as low as possible.
Therefore, the upper limit of the P content is 0.05% or less, and the preferred upper limit of the P content is 0.02% or less.
The lower limit of the P content is preferably 0% (i.e., it is preferable that the P content is not contained), but from the viewpoint of reducing the dephosphorization cost, it is preferable that the P content is more than 0% (or 0.0001% or more).

S:0.001~0.100%
Sは、鋼中でMnと結合してMnSを形成し、鋼の被削性を高める。一方、S量が高すぎれば、粗大なMnSが形成され、鋼の疲労強度が低下する。したがって、S量は0.001~0.100%である。
S量の好ましい下限は0.003%であり、さらに好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.010%である。
S量の好ましい上限は0.080%であり、さらに好ましくは0.060%であり、さらに好ましくは0.050%である。
S: 0.001-0.100%
S combines with Mn in steel to form MnS, improving the machinability of the steel. On the other hand, if the S content is too high, coarse MnS is formed, which reduces the fatigue strength of the steel. Therefore, The S content is 0.001 to 0.100%.
The lower limit of the S content is preferably 0.003%, more preferably 0.005%, and further preferably 0.010%.
The upper limit of the S content is preferably 0.080%, more preferably 0.060%, and further preferably 0.050%.

Cr:0.03~1.49%
Crは、浸炭処理後の冷却を放冷相当としても組織をマルテンサイト化させる効果を持つ。一方、Crは炭素との親和力が非常に高いため、Crを含む鋼材を軟質化熱処理すると、セメンタイト中にCrが濃化する。Crが濃化したセメンタイトは、非常に安定になり、その後に浸炭した場合に溶解に時間を要する場合がある。特に浸炭処理の種類が真空浸炭である場合は、セメンタイトが溶解しがたく、条件によっては、処理後までセメンタイトが残存する場合がある。また、セメンタイトが溶解したとしても、一度濃化したCrはセメンタイトが溶解した後も不均一な分布のままであるため、冷却後の組織や特性にばらつきが生じる原因となりえる。
加えて、Cr量が多いと、焼戻し軟化抵抗が高くなるため、軟質化熱処理後の鋼材の硬さが十分に低下し難く、被削性を十分に高めることができない。
したがって、Cr量は0.03~1.49%である。
Crの好ましい下限は0.10%であり、さらに好ましくは0.30%である。
Crの好ましい上限は1.00%であり、さらに好ましくは0.60%であり、さらに好ましくは0.45%である。
Cr: 0.03-1.49%
Cr has the effect of transforming the structure into martensite even if the cooling after carburizing is equivalent to natural cooling. On the other hand, Cr has a very high affinity with carbon, so when steel containing Cr is subjected to softening heat treatment, Cr is concentrated in the cementite. The cementite with concentrated Cr becomes very stable, and if it is subsequently carburized, it may take a long time to dissolve. Especially when the type of carburization is vacuum carburization, the cementite However, depending on the conditions, cementite may remain even after treatment. Even if the cementite dissolves, the Cr that was once concentrated remains in an uneven distribution even after the cementite dissolves. This can cause variations in the structure and properties after cooling.
In addition, if the Cr content is large, the resistance to temper softening increases, so that the hardness of the steel material after softening heat treatment is unlikely to decrease sufficiently, and the machinability cannot be sufficiently improved.
Therefore, the Cr content is 0.03 to 1.49%.
The lower limit of Cr is preferably 0.10%, and more preferably 0.30%.
The upper limit of Cr is preferably 1.00%, more preferably 0.60%, and further preferably 0.45%.

Al:0.001~0.050%
Alは、Nと結合してAlNを形成し、そのピンニング効果により粗大粒の生成を抑制する。また、Alは鋼の製造時に脱酸のために用いられる。一方、Al量が高すぎれば、粗大な酸化物が形成されやすくなり、疲労特性が劣化する。したがって、Al量は0.001~0.050%である。
Al量の好ましい下限は0.005%であり、さらに好ましくは0.010%である。Al量の好ましい上限は0.035%であり、さらに好ましくは0.030%である。
Al: 0.001-0.050%
Al combines with N to form AlN, and the pinning effect of this AlN suppresses the formation of coarse grains. Al is also used for deoxidation during steel manufacturing. On the other hand, if the Al content is too high, Coarse oxides are easily formed, which deteriorates fatigue properties. Therefore, the Al content is 0.001 to 0.050%.
The lower limit of the Al content is preferably 0.005%, and more preferably 0.010%. The upper limit of the Al content is preferably 0.035%, and more preferably 0.030%.

N:0.0030~0.0250%
Nは、Alと結合してAlNを形成し、そのピンニング効果により粗大粒の生成を抑制する。一方、N量が高すぎれば、鋼材中に気泡が生成される。気泡が欠陥となるため気泡の発生は抑制される方が好ましい。したがって、N量は0.0030~0.0250%である。N量の好ましい下限は0.0050である。N量の好ましい上限は0.0200%であり、さらに好ましくは0.0180%であり、さらに好ましくは0.0170%である。
N: 0.0030-0.0250%
N combines with Al to form AlN, and the pinning effect of this element suppresses the formation of coarse grains. On the other hand, if the amount of N is too high, bubbles are generated in the steel material. The bubbles become defects, so the bubbles are It is preferable to suppress the occurrence of N. Therefore, the N content is 0.0030 to 0.0250%. The preferable lower limit of the N content is 0.0050. The preferable upper limit of the N content is 0.0200%. , more preferably 0.0180%, and even more preferably 0.0170%.

本実施形態に係る浸炭用鋼の化学組成において、残部は、Feおよび不純物からなる。
ここで、不純物とは、鋼材を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または製造環境などから混入されるものであって、本実施形態の浸炭用鋼に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
In the chemical composition of the carburizing steel according to this embodiment, the balance consists of Fe and impurities.
Here, impurities refer to substances that are mixed in from raw materials such as ore and scrap, or from the manufacturing environment, during industrial production of steel, and are acceptable within a range that does not adversely affect the carburizing steel of this embodiment.

[化学組成(任意元素)]
本実施形態に係る浸炭用鋼は、任意元素を含んでもよい。なお、任意元素の含有量の下限は0%である。
[Chemical composition (arbitrary elements)]
The carburizing steel according to this embodiment may contain optional elements. The lower limit of the content of the optional elements is 0%.

本実施形態に係る浸炭用鋼において、任意元素のうち、Ti、Nb、Mo、V、Cu及びNiからなる群は、疲労特性を高め得る効果があり、浸炭用鋼は、これら元素の1種又は2種以上を含有してもよい。 In the carburizing steel according to this embodiment, among the optional elements, the group consisting of Ti, Nb, Mo, V, Cu, and Ni has the effect of improving fatigue properties, and the carburizing steel may contain one or more of these elements.

Ti:0.050%以下
Tiは、Nと結合してTiNを形成し、熱間鍛造時、浸炭時の結晶粒の粗大化を抑制することで、疲労特性を高め得る。しかしながらTi量が高すぎれば、浸炭中に芯部でTiCが生成して固溶C量が低下する。固溶C量が低下すると硬さと疲労特性が劣化し得る。したがって、Tiを含有させる場合、Ti量は0.050%以下である。
Ti量の好ましい下限は0.005%であり、さらに好ましくは0.010%である。
Ti量の好ましい上限は0.040%であり、さらに好ましくは0.030%である。
Ti: 0.050% or less Ti combines with N to form TiN, which suppresses the coarsening of crystal grains during hot forging and carburization, thereby improving fatigue properties. However, if the Ti content is too high, TiC is generated in the core during carburization, reducing the amount of solute C. If the amount of solute C decreases, hardness and fatigue properties may deteriorate. Therefore, when Ti is contained, the Ti content is 0.050% or less.
The lower limit of the Ti content is preferably 0.005%, and more preferably 0.010%.
The upper limit of the Ti content is preferably 0.040%, and more preferably 0.030%.

Nb:0.050%以下
Nbは、Nと結合してNbNを形成し、熱間鍛造時、浸炭時の結晶粒の粗大化を抑制することで、疲労特性を高め得る。しかしながらNb量が高すぎれば,浸炭中に芯部でNbCが生成して固溶C量が低下する。固溶C量が低下すると硬さと疲労特性が劣化し得る。したがって、Nbを含有させる場合、Nb量は0.050%以下である。
Nb量の好ましい下限は0.005%であり、さらに好ましくは0.010%である。
Nb量の好ましい上限は0.040%であり、さらに好ましくは0.030%である。
Nb: 0.050% or less Nb combines with N to form NbN, which suppresses the coarsening of crystal grains during hot forging and carburizing, thereby improving fatigue properties. However, if the Nb content is too high, NbC is generated in the core during carburizing, reducing the amount of solute C. If the amount of solute C decreases, hardness and fatigue properties may deteriorate. Therefore, when Nb is contained, the Nb content is 0.050% or less.
The lower limit of the Nb content is preferably 0.005%, and more preferably 0.010%.
The upper limit of the Nb content is preferably 0.040%, and more preferably 0.030%.

Mo:0.25%以下
Moは、浸炭処理後の冷却速度を遅くしても組織をマルテンサイト化させる効果を有する。一方、Moはセメンタイトを安定化させるため、Mo量が多すぎる鋼材を軟質化熱処理すると、その後の真空浸炭時にセメンタイトが残存し疲労特性が劣化する場合がある。Moは高価であり、多量に含有させると製造コストの上昇を招く。したがって、Moを含有させる場合、Mo量は0.25%以下である。
Mo量好ましい下限は0.05%である。
Mo量の好ましい上限は0.20%であり、さらに好ましくは0.15%である。
Mo: 0.25% or less Mo has the effect of transforming the structure into martensite even if the cooling rate after carburizing is slowed. On the other hand, Mo stabilizes cementite, so if a steel material with too much Mo is softened by heat treatment, cementite may remain during the subsequent vacuum carburizing, causing deterioration of fatigue properties. Mo is expensive, and if a large amount of Mo is added, it will increase manufacturing costs. Therefore, when Mo is added, the Mo amount is 0.25% or less.
The preferred lower limit of the Mo content is 0.05%.
The upper limit of the Mo content is preferably 0.20%, and more preferably 0.15%.

V:0.15%以下
Vは、浸炭処理後の冷却速度を遅くしても組織をマルテンサイト化させる効果を有する。一方、Vはセメンタイトを安定化させるため、V量が多すぎる鋼材を軟質化熱処理すると、その後の真空浸炭時にセメンタイトが残存し疲労特性が劣化する場合がある。したがって、Vを含有させる場合、V量は0.15%以下である。
V量の好ましい下限は0.05%である。
V量の好ましい上限は0.13%であり、さらに好ましくは0.10%である。
V: 0.15% or less V has the effect of transforming the structure into martensite even if the cooling rate after carburizing is slowed. On the other hand, V stabilizes cementite, so if a steel material with too much V is softened by heat treatment, cementite may remain during the subsequent vacuum carburizing, causing deterioration of fatigue properties. Therefore, when V is contained, the V content is 0.15% or less.
The lower limit of the V content is preferably 0.05%.
The upper limit of the V content is preferably 0.13%, and more preferably 0.10%.

Cu:0.50%以下
Cuは、浸炭処理後の冷却速度を遅くしても組織をマルテンサイト化させる効果を有する。一方、Cu量が過度に多くなると、熱間鍛造時に鋼の粒界に偏析して熱間割れを誘起する。したがって、Cuを含有させる場合、Cu量は0.50%以下である。
Cu量の好ましい下限は0.05%であり、さらに好ましくは0.10%である。
Cu量の好ましい上限は0.40%であり、さらに好ましくは0.30%である。
Cu: 0.50% or less Cu has the effect of transforming the structure into martensite even if the cooling rate after carburizing is slowed. On the other hand, if the amount of Cu is excessively large, it segregates at the grain boundaries of the steel during hot forging, inducing hot cracks. Therefore, when Cu is contained, the amount of Cu is 0.50% or less.
The lower limit of the Cu content is preferably 0.05%, and more preferably 0.10%.
The upper limit of the Cu content is preferably 0.40%, and more preferably 0.30%.

Ni:0.50%以下
Niは、浸炭処理後の冷却速度を遅くしても組織をマルテンサイト化させる効果を有する。一方、Niは高価であり、多量に含有させると製造コストの上昇を招く。したがって、Niを含有させる場合、Ni量は0.50%以下である。
Ni量の好ましい下限は0.05%であり、さらに好ましくは0.10%である。
Ni量の好ましい上限は0.40%であり、さらに好ましくは0.30%である。
Ni: 0.50% or less Ni has the effect of transforming the structure into martensite even if the cooling rate after carburizing is slowed. On the other hand, Ni is expensive, and the inclusion of a large amount of Ni leads to an increase in manufacturing costs. Therefore, when Ni is included, the Ni content is 0.50% or less.
The lower limit of the Ni content is preferably 0.05%, and more preferably 0.10%.
The upper limit of the Ni content is preferably 0.40%, and more preferably 0.30%.

本実施形態に係る浸炭用鋼において、任意元素のうち、Bは、疲労特性を高め得る効果があり、浸炭用鋼は、Bを含有してもよい。 Of the optional elements in the carburizing steel according to this embodiment, B has the effect of improving fatigue properties, and the carburizing steel may contain B.

B:0.0050%以下
Bは粒界を安定化させることで、浸炭処理後の冷却速度を遅くしても組織をマルテンサイト化させる効果を有する。一方、B量が過度に多くなると、他の元素と粗大な炭ホウ化物を形成することで、疲労特性を劣化させる。したがって、B量は0.0050%以下である。上記効果を安定して得るためのB量の好ましい下限は0.0005%である。B量の好ましい上限は0.0040%以下である。
B: 0.0050% or less B has the effect of stabilizing grain boundaries and converting the structure to martensite even if the cooling rate after carburizing is slowed. On the other hand, if the amount of B is excessively large, it will form coarse carboborides with other elements, deteriorating fatigue properties. Therefore, the amount of B is 0.0050% or less. The preferable lower limit of the amount of B to stably obtain the above effect is 0.0005%. The preferable upper limit of the amount of B is 0.0040% or less.

[浸炭された表面から深さ25μm位置のMs点(℃):30℃以上]
本実施形態に係る浸炭用鋼は、浸炭処理した場合、浸炭された表面から深さ25μm位置のMs点(℃)を表す指標Msが30℃以上である。
Ms点(℃)を表す指標Msの詳細については、後述する本実施形態に係る浸炭鋼部品で説明する。
ここで、浸炭処理した場合とは、浸炭鋼部品の表面から深さ25μm位置のC量が質量%で0.40~0.70%になるように、鋼を浸炭処理した後、浸炭温度からの冷却中における800℃から200℃までの冷却速度0.01~2℃/sで冷却した場合を意味する。
[Ms point (°C) at a depth of 25 μm from the carburized surface: 30°C or higher]
When the carburizing steel according to this embodiment is carburized, the index Ms, which indicates the Ms point (° C.) at a depth of 25 μm from the carburized surface, is 30° C. or higher.
Details of the index Ms representing the Ms point (° C.) will be explained later in relation to the carburized steel part according to this embodiment.
Here, "when carburized" means that the steel is carburized so that the C content at a depth of 25 μm from the surface of the carburized steel part is 0.40 to 0.70% by mass, and then cooled from the carburizing temperature from 800°C to 200°C at a cooling rate of 0.01 to 2°C/s.

[軟質化熱処理された表面から深さ8.75μm位置の硬さ:400HV以下]
本実施形態に係る浸炭用鋼は、軟質化熱処理した場合、軟質化熱処理された表面から深さ8.75位置の硬さ(以下、「軟質化熱処理後の鋼材の硬さ」ともいう)が、400HV以下が好ましい。
軟質化熱処理後の鋼材の硬さが400HV以下であれば、通常の加工設備で切削加工が可能である。
軟質化熱処理後の鋼材の硬さは350HV以下がより好ましい。ただし、強度確保の観点から、軟質化熱処理後の鋼材の硬さの下限は、例えば、120HV以上である。
[Hardness at a depth of 8.75 μm from the softening heat-treated surface: 400 HV or less]
When the carburizing steel according to this embodiment is subjected to softening heat treatment, the hardness at a depth of 8.75 mm from the softening heat treated surface (hereinafter also referred to as "hardness of the steel material after softening heat treatment") is preferably 400 HV or less.
If the hardness of the steel material after the softening heat treatment is 400 HV or less, it can be cut using ordinary processing equipment.
The hardness of the steel material after the softening heat treatment is more preferably 350 HV or less. However, from the viewpoint of ensuring strength, the lower limit of the hardness of the steel material after the softening heat treatment is, for example, 120 HV or more.

ここで、軟質化熱処理後の鋼材の硬さは、熱間鍛造により成型した浸炭用鋼(つまり、浸炭鋼部品粗形材)に軟質化熱処理し、かつ浸炭処理前の鋼材の硬さである。
そして、軟質化熱処理した場合とは、650~750℃で30~640分の熱処理した場合を意味する。
Here, the hardness of the steel material after softening heat treatment refers to the hardness of the steel material after softening heat treatment of the carburizing steel (i.e., the carburizing steel part raw material) formed by hot forging and before carburizing treatment.
The softening heat treatment means a heat treatment at 650 to 750° C. for 30 to 640 minutes.

なお、軟質化熱処理後の鋼材の硬さは、ビッカース硬さであり、後述する実施例で説明する方法により測定される。 The hardness of the steel after softening heat treatment is Vickers hardness, and is measured by the method described in the examples below.

<浸炭鋼部品>
本実施形態に係る浸炭鋼部品(以下、単に「浸炭鋼部品」とも称する)は、浸炭の影響の及ばない、表面から深さ3mm位置よりも深い位置での化学組成が上記本実施形態に係る浸炭用鋼の化学組成を有し、下記特性を満たす。そして、浸炭鋼部品は、浸炭処理を行うがその後の急冷処理を施さない部品である。
(1)浸炭された表面から深さ25μm位置(以下「表層部」とも称する)のMs点(℃)を表す指標Msが30℃以上である。
(2)浸炭された表面から深さ25μm位置(以下「表層部」とも称する)のC量が質量%で0.40~0.70%である。
(3)浸炭された表面から深さ25μm位置(以下「表層部」とも称する)の硬さが630HV以上である。
<Carburized steel parts>
The carburized steel part according to this embodiment (hereinafter also simply referred to as "carburized steel part") has a chemical composition at a position deeper than 3 mm from the surface, which is not affected by carburization, that is the chemical composition of the carburized steel according to this embodiment, and satisfies the following characteristics. The carburized steel part is a part that is carburized but not subsequently quenched.
(1) The index Ms, which indicates the Ms point (°C) at a depth of 25 µm from the carburized surface (hereinafter also referred to as the "surface layer"), is 30°C or higher.
(2) The amount of C at a depth of 25 μm from the carburized surface (hereinafter also referred to as the "surface layer") is 0.40 to 0.70% by mass.
(3) The hardness at a depth of 25 μm from the carburized surface (hereinafter also referred to as the “surface layer”) is 630 HV or more.

以下、本実施形態に係る浸炭鋼部品について詳細に説明する。 The carburized steel parts according to this embodiment are described in detail below.

[浸炭された表面から深さ25μm位置のMs点(℃):30℃以上]
MnおよびCrの量が多い鋼を浸炭処理すると、クロム鋼(SCr420等)の一般的な肌焼鋼を浸炭した場合よりも多量の残留オーステナイトが生成し、硬さが低下する。残留オーステナイトの生成を抑制するためには、鋼を浸炭処理して、表層部(つまり浸炭層)のC量が0.70%になった場合でも、表層部(つまり浸炭層)のMs点(℃)を表す指標Msが30℃以上であればよい。
表層部のMs点(℃)を表す指標Msは、50℃以上が好ましく、60℃以上がより好ましい。ただし、表層部のMs点(℃)を表す指標Msの上限は、初析フェライトの生成を抑制する観点から、例えば、300℃以下とする。
なお、Ms点(℃)を表す指標Msは、浸炭された表面から深さ25μm位置のC量が0.70%である場合の鋼のMs点と定義する。
[Ms point (°C) at a depth of 25 μm from the carburized surface: 30°C or higher]
When steel with a high content of Mn and Cr is carburized, a larger amount of retained austenite is generated than when a typical case-hardened chrome steel (such as SCr420) is carburized, resulting in a decrease in hardness. In order to suppress the generation of retained austenite, it is sufficient that the index Ms, which represents the Ms point (°C) of the surface layer (i.e., the carburized layer), is 30°C or higher, even when the C content of the surface layer (i.e., the carburized layer) becomes 0.70% after carburizing steel.
The index Ms representing the Ms point (°C) of the surface layer portion is preferably 50°C or higher, and more preferably 60°C or higher. However, the upper limit of the index Ms representing the Ms point (°C) of the surface layer portion is set to, for example, 300°C or lower from the viewpoint of suppressing the generation of pro-eutectoid ferrite.
The index Ms representing the Ms point (° C.) is defined as the Ms point of a steel when the C content at a depth of 25 μm from the carburized surface is 0.70%.

Ms=219.2-1.3×Si-31.7×Mn-11.6×Cr
ただし、前記指標Msを表す式中、各元素記号は、各元素の含有量(質量%)を示す。
Ms=219.2-1.3×Si-31.7×Mn-11.6×Cr
In the formula expressing the index Ms, each element symbol indicates the content (mass %) of each element.

なお、表層部(浸炭された表面から深さ25μm位置)のMs点(℃)を表す指標Msは、後述する実施例で説明する方法により算出される。 The index Ms, which indicates the Ms point (°C) of the surface layer (25 μm deep from the carburized surface), is calculated using the method described in the examples below.

[浸炭された表面から深さ25μm位置のC量:0.40~0.70%]
表層部のMs点を大きく下げずに組織をマルテンサイト化できる鋼であっても、その鋼を、一般的な肌焼部品と同程度の表層部のC量になるように浸炭処理すると、残留オーステナイトの生成量が多くなり硬さが低下する場合がある。
浸炭用鋼の表層部を十分に硬化させるためには、表層部のC量を0.70%以下にする必要がある。一方、表層部のC量が低すぎると、マルテンサイトの硬さが低下し疲労特性が劣化するため、表層部のC量は0.40%以上にする必要がある。
表層部C量の下限は0.45%以上にすることが好ましく、0.50%以上とすることがより好ましく、0.55%以上とすることがさらに好ましい。
表層部C量の上限は、0.65%以下にすることが好ましく、0.62%以下にすることがより好ましい。
[C content at a depth of 25 μm from the carburized surface: 0.40 to 0.70%]
Even if a steel can be used to convert the structure to martensite without significantly lowering the Ms point of the surface layer, if that steel is carburized to have a carbon content in the surface layer that is the same as that of a typical case-hardened part, the amount of retained austenite produced may increase, resulting in a decrease in hardness.
In order to sufficiently harden the surface layer of carburizing steel, the C content in the surface layer must be 0.70% or less. On the other hand, if the C content in the surface layer is too low, the hardness of martensite decreases and fatigue properties deteriorate, so the C content in the surface layer must be 0.40% or more.
The lower limit of the surface layer C content is preferably 0.45% or more, more preferably 0.50% or more, and even more preferably 0.55% or more.
The upper limit of the surface layer C content is preferably set to 0.65% or less, and more preferably set to 0.62% or less.

なお、表層部(浸炭された表面から深さ25μm位置)のC量は、後述する実施例で説明する方法により測定される。 The amount of carbon in the surface layer (25 μm deep from the carburized surface) is measured using the method described in the examples below.

[浸炭された表面から深さ25μm位置の硬さ:630HV以上]
浸炭鋼部品に高い疲労特性を付与するためには、表層部の硬さを630HV以上にする必要がある。表層部の硬さの下限は650HV以上が好ましい。
表層部の硬さの上限は特に限定されないが、鋼を浸炭した場合に得られる硬さは通常1000HV以下である。また、部品に摺動が生じる際に相手材が摩耗する可能性を考慮する場合は、硬さの上限を900HV以下、850HV以下または800HV以下としてもよい。
[Hardness at a depth of 25 μm from the carburized surface: 630 HV or more]
In order to impart high fatigue properties to carburized steel parts, the hardness of the surface layer must be 630 HV or more. The lower limit of the hardness of the surface layer is preferably 650 HV or more.
Although there is no particular upper limit to the hardness of the surface layer, the hardness obtained when the steel is carburized is usually 1000 HV or less. In addition, when the possibility that the mating material may be worn when the parts slide, the upper limit of the hardness may be 900 HV or less, 850 HV or less, or 800 HV or less.

なお、表層部(浸炭された表面から深さ25μm位置)の硬さは、ビッカース硬さであり、後述する実施例で説明する方法により測定される。 The hardness of the surface layer (25 μm deep from the carburized surface) is Vickers hardness, and is measured by the method described in the examples below.

表層部(浸炭された表面から深さ25μm位置)の組織は、マルテンサイトが主体で、残留オーステナイトと酸化物や炭化物等の非金属介在物と不完全焼入れ組織が混合した組織である。表層の硬さが規定を満たしていれば、混合組織の比率に制限は無いが、高い表層の硬さを得るためには、同深さの断面上の面積率が残留オーステナイトは30%未満、非金属介在物は5%未満、不完全焼入れ組織は15%未満である。不完全焼入れ組織とは、ベイナイトとパーライトの混合組織である。 The structure of the surface layer (25 μm deep from the carburized surface) is mainly martensite, and is a mixture of retained austenite, non-metallic inclusions such as oxides and carbides, and incompletely hardened structure. As long as the hardness of the surface layer meets the regulations, there are no restrictions on the ratio of the mixed structure, but to achieve high surface hardness, the area rate on the cross section at the same depth should be less than 30% for retained austenite, less than 5% for non-metallic inclusions, and less than 15% for incompletely hardened structure. The incompletely hardened structure is a mixed structure of bainite and pearlite.

[製造方法]
本実施形態に係る浸炭用鋼および浸炭鋼部品の製造方法の一例を説明する。
[Production method]
An example of a method for manufacturing the carburized steel and the carburized steel part according to this embodiment will be described.

本実施形態に係る浸炭鋼部品は、浸炭用鋼に対して、熱間鍛造による成型工程、650~750℃で30~640分の軟質化熱処理工程、及び切削加工工程を順次施して、鋼部品を得て、浸炭鋼部品の表面から深さ25μm位置のC量が質量%で0.40~0.70%になるように、鋼部品を浸炭処理した後、浸炭温度からの冷却中における800℃から200℃までの冷却速度0.01~2℃/sで冷却して製造する。具体的には、次の通りである。 The carburized steel parts according to this embodiment are manufactured by sequentially carrying out a hot forging forming process, a softening heat treatment process at 650-750°C for 30-640 minutes, and a cutting process on the carburized steel to obtain a steel part, which is then carburized so that the C content at a depth of 25 μm from the surface of the carburized steel part is 0.40-0.70% by mass, and then cooling from the carburizing temperature from 800°C to 200°C at a cooling rate of 0.01-2°C/s. Specifically, it is as follows.

本実施形態に係る浸炭鋼部品の製造方法は、例えば、鋼素材準備工程と、成型工程と、軟質化熱処理工程、切削加工工程と、浸炭処理工程とを含み、必要に応じて組織を調整するための熱処理工程も含む。以下、それぞれの工程を説明する。 The manufacturing method for carburized steel parts according to this embodiment includes, for example, a steel material preparation process, a molding process, a softening heat treatment process, a cutting process, and a carburizing process, and also includes a heat treatment process to adjust the structure as necessary. Each process is described below.

[鋼素材準備工程]
上記本実施形態に係る浸炭用鋼の化学組成を満たす溶鋼を製造する。製造された溶鋼を用いて、一般的な連続鋳造法により鋳片(スラブ、又はブルーム)にする。又は、溶鋼を用いて、造塊法によりインゴットにする。鋳片又はインゴットを熱間加工して、ビレットを製造する。熱間加工は、熱間圧延でもよいし、熱間鍛造でもよい。さらに、ビレットを一般的な条件で加熱、圧延、冷却して棒鋼を製造する。製造された棒鋼を浸炭鋼部品の鋼素材とする。
[Steel material preparation process]
Molten steel satisfying the chemical composition of the carburizing steel according to the present embodiment is manufactured. The manufactured molten steel is made into a slab (or bloom) by a general continuous casting method. Alternatively, the molten steel is made into an ingot by an ingot casting method. The slab or ingot is hot worked to manufacture a billet. The hot working may be hot rolling or hot forging. The billet is then heated, rolled, and cooled under general conditions to manufacture a steel bar. The manufactured steel bar is used as the steel material for the carburizing steel part.

[成型工程]
製造された棒鋼を熱間鍛造で浸炭鋼部品粗形材に成型する。熱間鍛造の加熱温度が低すぎれば、鍛造装置に過度の負荷が掛かる。一方、加熱温度が高すぎれば、スケールロスが大きい。したがって、好ましい加熱温度は1000~1300℃である。
熱間鍛造の好ましい仕上げ温度は900℃以上である。仕上げ温度が低すぎれば、金型への負担が大きくなるためである。一方、仕上げ温度の好ましい上限は、1250℃である。続く機械加工を容易に行うために、熱間鍛造後の冷却速度を徐冷として、硬さを下げてもよい。
[Molding process]
The produced steel bars are then hot forged into carburized steel part blanks. If the heating temperature for hot forging is too low, excessive load is placed on the forging equipment. On the other hand, if the heating temperature is too high, there is a large scale loss. Therefore, the preferred heating temperature is 1000 to 1300°C.
The preferred finishing temperature for hot forging is 900° C. or higher. If the finishing temperature is too low, the burden on the die increases. On the other hand, the preferred upper limit of the finishing temperature is 1250° C. In order to facilitate subsequent machining, the cooling rate after hot forging may be slow to reduce the hardness.

[軟質化熱処理工程]
浸炭鋼部品粗形材に対して、熱処理を行い軟質化させる。具体的には、熱間鍛造後の粗形材を650~750℃で30~640分加熱することで十分な被削性が得られる程度に硬さを低下させることができる。加熱後の冷却はどのような方法で行ってもよく、大気中の放冷でもよいし、水冷でもよい。
[Softening heat treatment process]
The carburized steel part raw material is softened by heat treatment. Specifically, the hot forged raw material is heated at 650-750°C for 30-640 minutes to reduce the hardness to a level where sufficient machinability is obtained. Cooling after heating may be performed by any method, including cooling in the air or water cooling.

[切削加工工程]
軟質加熱処理後の浸炭鋼部品粗形材に対して、切削加工を実施して所定の浸炭鋼部品形状にする。切削加工に加えて研削加工を施してもよい。
[Cutting process]
The carburized steel part blank after the soft heat treatment is cut to form a desired carburized steel part shape. In addition to the cutting, grinding may also be performed.

[浸炭処理工程]
切削加工された鋼部品に対して、浸炭処理を実施する。浸炭処理後は、所定の冷却速度で冷却する。
[Carburizing process]
The machined steel parts are subjected to a carburizing treatment, after which they are cooled at a specified cooling rate.

浸炭処理は、浸炭鋼部品の表面から深さ25μm位置のC量が質量%で0.40~0.70%になるように実施する。
浸炭処理は、ガス浸炭でもよく、真空浸炭を用いてもよい。浸炭温度と時間はC量(浸炭された表面から深さ25μm位置のC量)が規定の範囲内に入り、後述する浸炭温度からの冷却速度が規定の範囲内に入りさえすれば、どのような処理であってもよい。
例えば、0.15%のCと5.0%のMnを含む本実施形態に係る浸炭鋼部品を得る場合、表層のカーボンポテンシャルを0.6としたガス浸炭を920℃で3時間行ってもよく、950℃でアセチレンを22分流した後に、148分の保持を行う真空浸炭を行ってもよい。
The carburizing treatment is carried out so that the carbon content at a depth of 25 μm from the surface of the carburized steel part is 0.40 to 0.70% by mass.
The carburizing treatment may be gas carburizing or vacuum carburizing. Any type of treatment may be used as long as the carburizing temperature and time are within the specified ranges for the amount of carbon (the amount of carbon at a depth of 25 μm from the carburized surface) and the cooling rate from the carburizing temperature, which will be described later, is within the specified ranges.
For example, when obtaining a carburized steel part according to this embodiment containing 0.15% C and 5.0% Mn, gas carburizing with a surface carbon potential of 0.6 may be performed at 920°C for 3 hours, or vacuum carburizing may be performed at 950°C with acetylene flowing for 22 minutes, followed by holding for 148 minutes.

浸炭処理後は、浸炭温度からの冷却中における800℃から200℃までの冷却速度0.01~2℃/sで、鋼部品を冷却する。
一般的な浸炭処理では、保持温度からの冷却は油冷又は強制風冷で焼入れる。このような焼入れ時の平均冷却速度は5℃/s以上であり、鋼部品中の温度勾配が大きくなり、変形量も大きくなる。鋼部品中の温度勾配を小さくし、変形量を小さくするためには冷却速度を2℃/s以下にする必要がある。一方、冷却速度が0.01℃/sよりも遅いと、不完全焼入れ組織が形成され硬さが低下し、疲労特性が劣化する。したがって、800℃から200℃までの冷却速度は0.01~2℃/sである必要がある。
冷却速度の下限は、0.05℃/s以上とすることが好ましく、0.10℃/s以上とすることがより好ましく、0.20℃/s以上とすることがより好ましい。
冷却速度の上限は、1.5℃/s以下とすることが好ましく、1.2℃/s以下とすることがより好ましく、1.0℃/s以下とすることがより好ましい。
ここで、平均冷却速度とは、鋼部品の表面温度が800℃から200℃に冷却されるまでに要した時間で、温度差である600℃を割った値である。
After carburizing, the steel part is cooled from the carburizing temperature from 800° C. to 200° C. at a cooling rate of 0.01-2° C./s.
In general carburizing, the steel is quenched by cooling from the holding temperature using oil cooling or forced air cooling. The average cooling rate during quenching is 5°C/s or more, which increases the temperature gradient in the steel part and the amount of deformation. In order to reduce the temperature gradient in the steel part and the amount of deformation, the cooling rate must be 2°C/s or less. On the other hand, if the cooling rate is slower than 0.01°C/s, an incompletely quenched structure is formed, which reduces the hardness and deteriorates the fatigue properties. Therefore, the cooling rate from 800°C to 200°C must be 0.01 to 2°C/s.
The lower limit of the cooling rate is preferably 0.05° C./s or more, more preferably 0.10° C./s or more, and even more preferably 0.20° C./s or more.
The upper limit of the cooling rate is preferably 1.5° C./s or less, more preferably 1.2° C./s or less, and even more preferably 1.0° C./s or less.
Here, the average cooling rate is the time required for the surface temperature of the steel part to cool from 800°C to 200°C divided by the temperature difference of 600°C.

[浸炭処理後工程]
浸炭処理後の鋼部品は、一般的な浸炭焼入れ部品と同じように、各種の後処理を施してもよい。具体的には、靭性を高めるために200℃以下の低温焼戻しを施してもよいし、残留オーステナイトを減らすためにサブゼロ処理をしてもよいし、硬さと圧縮の残留応力を高めるためにショットピーニング処理をしてもよく、複数の後処理を組み合わせて処理してもよい。
[Post-carburizing process]
Steel parts after carburizing may be subjected to various post-treatments in the same manner as general carburized and quenched parts. Specifically, they may be subjected to low-temperature tempering at 200°C or less to increase toughness, sub-zero treatment to reduce retained austenite, shot peening to increase hardness and compressive residual stress, or a combination of multiple post-treatments.

以下、本発明を、実施例を挙げて具体的に説明する。ただし、これら各実施例は、本発明を制限するものではない。 The present invention will be specifically described below with reference to examples. However, these examples do not limit the present invention.

まず、真空溶解炉を用いて表1に示す化学組成を有する鋼B~O、Sの50kgのインゴット、および、A、P~Rの150kgのインゴットを製造した。各インゴットを1250℃に加熱したのち、直径φ35mmの棒鋼に熱間で鍛伸した。鍛伸後の棒鋼を軟化させるために700℃で2h加熱後に放冷する軟質化熱処理に供した。 First, a vacuum melting furnace was used to produce 50 kg ingots of steels B to O and S, and 150 kg ingots of A, P to R, each having the chemical composition shown in Table 1. Each ingot was heated to 1250°C and then hot forged into steel bars with a diameter of φ35 mm. In order to soften the forged steel bars, they were subjected to a softening heat treatment in which they were heated at 700°C for 2 hours and then allowed to cool.

軟質化熱処理後の棒鋼の一部から、横断面(つまり、棒鋼の長さ方向に対し垂直な平面)が被検面となる試験片を作製した。試験片の被検面における、JIS Z 2244(2009)に基づくビッカース硬さを測定した。具体的には、次の通りである。試験力を9.8Nとし、試験片の被検面における棒鋼の表面から8.75mm深さの任意の5点で、ビッカース硬さの測定を行った。得られた5つのビッカース硬さの平均値を、軟化処理後の鋼材のビッカース硬さと定義した。軟質化熱処理後の鋼材のビッカース硬さが400HV以下の場合、軟質化熱処理後の鋼材のビッカース硬さが十分に低く、被削性が高いとみなした。
また、軟質化熱処理後の棒鋼の他の一部から、図1に示す回転曲げ疲労試験片と、変形量測定用試験片を作製した。
なお、表1に示す化学組成において、「<0.01」及び「-」と表記があるものは、該当する元素を意図的に添加していない、又は不純物レベルで含むことを示す。
A test piece was prepared from a part of the steel bar after the softening heat treatment, with the cross section (i.e., a plane perpendicular to the length direction of the steel bar) being the test surface. The Vickers hardness of the test piece was measured based on JIS Z 2244 (2009) on the test surface. Specifically, the Vickers hardness was measured at any five points at a depth of 8.75 mm from the surface of the steel bar on the test surface of the test piece with a test force of 9.8 N. The average value of the five Vickers hardness values obtained was defined as the Vickers hardness of the steel material after the softening treatment. When the Vickers hardness of the steel material after the softening heat treatment was 400 HV or less, the Vickers hardness of the steel material after the softening heat treatment was deemed to be sufficiently low and high machinability.
Further, from another part of the steel bar after the softening heat treatment, a rotating bending fatigue test piece shown in FIG. 1 and a test piece for measuring the deformation amount were prepared.
In the chemical compositions shown in Table 1, the notations "<0.01" and "-" indicate that the corresponding element is not intentionally added or is contained at an impurity level.

作製した試験片は、鋼製のバスケットに針金で吊るした状態で浸炭処理に供した。この時、回転曲げ疲労試験片は軸方向が鉛直方向となるように試験片を縦吊りした。変形量測定用試験片の内、各試験番号の各3本はキー溝が鉛直上向きとなるように横吊りした(図2(a))。各試験番号の各3本はキー溝が鉛直下向きとなるように横吊りした(図2(b))。各試験番号の各3本はキー溝が延びる方向が鉛直方向となるように試験片を縦吊りした(図2(c))。試験片の吊るし方の概要を図2に示す。 The prepared test specimens were subjected to carburizing treatment while suspended by wire in a steel basket. The rotating bending fatigue test specimens were hung vertically with the axial direction facing vertically. Of the test specimens used to measure deformation, three of each test number were hung horizontally with the keyway facing vertically upwards (Figure 2(a)). Three of each test number were hung horizontally with the keyway facing vertically downwards (Figure 2(b)). Three of each test number were hung vertically with the keyway extending vertically (Figure 2(c)). An overview of how the test specimens were hung is shown in Figure 2.

これらの試験片を、アセチレンを用いて、浸炭温度950℃で真空浸炭した。各試験番号の試験片の浸炭条件は、次の通りである。
試験番号1、2、5~11、13、14、17、26の試験片は、22分アセチレンを導入し、その後、真空状態で148分保持した。
試験番号3、4の試験片は、18分アセチレンを導入し、その後、真空状態で1528分保持した。
試験番号12、15、16の試験片は、16分アセチレンを導入し、その後、真空状態で154分保持した。
試験番号18~24の試験片は、53分アセチレンを導入し、その後、真空状態で127分保持した。
試験番号25の試験片は、10分アセチレンを導入し、その後、真空状態で170分保持した。
These test pieces were vacuum carburized using acetylene at a carburizing temperature of 950° C. The carburizing conditions for the test pieces of each test number were as follows:
For test pieces Nos. 1, 2, 5 to 11, 13, 14, 17, and 26, acetylene was introduced for 22 minutes, and then the specimens were held in a vacuum state for 148 minutes.
For test pieces Nos. 3 and 4, acetylene was introduced for 18 minutes and then the specimens were held in a vacuum state for 1528 minutes.
For test pieces Nos. 12, 15, and 16, acetylene was introduced for 16 minutes and then the specimens were held under vacuum for 154 minutes.
For test pieces Nos. 18 to 24, acetylene was introduced for 53 minutes and then the specimens were held in a vacuum state for 127 minutes.
For the test piece of test number 25, acetylene was introduced for 10 minutes and then the specimen was held in a vacuum state for 170 minutes.

そして、試験番号1~9、11~17、21~25の試験片は、浸炭処理後、炉から取り出し、窒素雰囲気下で50℃以下まで放冷した。このときの、浸炭温度からの冷却中における800℃から200℃までの平均冷却速度は、0.4℃/秒であった。
試験番号18~20の試験片は、浸炭処理して、炉から取り出した後、油中に投入し冷却した。このときの、浸炭温度からの冷却中における800℃から200℃までの平均冷却速度は、約10℃/秒であった。
試験番号10の試験片は、浸炭処理して、炉から取り出した後、ファンで風をかけて冷却した。このときの、浸炭温度からの冷却中における800℃から200℃までの平均冷却速度は、約1.0℃/秒であった。
試験番号26の試験片は、浸炭処理して、炉から取り出した後、800℃に加熱した電気炉内に移し替えた。この時、試験片は小型のハンガーに吊るし、試験片の天地方向が浸炭時と同一になるようにした。炉内の雰囲気はAr雰囲気であった。試験片の温度が820℃になった後、炉温を0.005℃/秒で低下させるよう制御しながら200℃まで冷却を行った。試験片の温度が200℃になった時点で電気炉の電源を切り、そのまま炉内で冷却した。このときの、800℃から200℃までの平均冷却速度は、炉温の低下速度と同じく0.005℃/秒であった。
After the carburizing treatment, the test pieces of test numbers 1 to 9, 11 to 17, and 21 to 25 were taken out of the furnace and allowed to cool to 50° C. or less in a nitrogen atmosphere. The average cooling rate from 800° C. to 200° C. during cooling from the carburizing temperature was 0.4° C./sec.
The test pieces of test numbers 18 to 20 were carburized, removed from the furnace, and then placed in oil to cool. The average cooling rate from the carburizing temperature of 800°C to 200°C was about 10°C/sec.
The test piece of test number 10 was carburized, removed from the furnace, and then cooled by blowing air on it with a fan. The average cooling rate from the carburizing temperature of 800°C to 200°C was about 1.0°C/sec.
The test piece of test number 26 was carburized, removed from the furnace, and then transferred to an electric furnace heated to 800°C. At this time, the test piece was hung on a small hanger so that the top and bottom directions of the test piece were the same as those at the time of carburization. The atmosphere in the furnace was an Ar atmosphere. After the temperature of the test piece reached 820°C, the furnace temperature was controlled to decrease at a rate of 0.005°C/sec while cooling to 200°C. When the temperature of the test piece reached 200°C, the electric furnace was turned off and the test piece was cooled in the furnace. At this time, the average cooling rate from 800°C to 200°C was 0.005°C/sec, which was the same as the rate of decrease in the furnace temperature.

[硬さ測定、炭素量測定、指標Ms算出]
浸炭処理後の回転曲げ疲労試験片の一部を用いて、表層部(浸炭された表面から深さ25μm位置)の、硬さ測定、C量測定、指標Ms算出を、次の通り行った。
まず、試験片のノッチ底の縦断面を被検面とするサンプルを作製し、樹脂に埋め込み研磨した。
被検面の内、ノッチ底付近の表面から深さ25μm位置における任意の5点で、JIS Z 2244(2009)に基づくビッカース硬さを測定した。試験力は2.9Nとした。得られた5つのビッカース硬さの平均値を、表層部のビッカース硬さと定義した。表層部のビッカース硬さが630HV以上の場合、表層部のビッカース硬さが十分に高いとみなした。
[Hardness measurement, carbon content measurement, index Ms calculation]
Using a part of the rotary bending fatigue test piece after carburization, the hardness and C amount of the surface layer (at a depth of 25 μm from the carburized surface) were measured, and the index Ms was calculated as follows.
First, a sample was prepared with the vertical cross section of the notch bottom of the test piece as the test surface, embedded in resin and polished.
The Vickers hardness was measured based on JIS Z 2244 (2009) at five arbitrary points at a depth of 25 μm from the surface near the notch bottom on the test surface. The test force was 2.9 N. The average value of the five obtained Vickers hardness values was defined as the Vickers hardness of the surface layer. When the Vickers hardness of the surface layer was 630 HV or more, the Vickers hardness of the surface layer was considered to be sufficiently high.

次に、硬さ測定後の試験片を再度研磨した後に樹脂から割り出し、EPMAによる炭素量分析に供した。表面から深さ25μmの任意の位置を起点とし、表面と平行な方向にライン分析を行った。測定ステップは2μm、各測定点の測定時間は2.0秒、測定ライン長は50μmである。断面上における試験片の表面は厳密には弧状であるが、測定ライン長が弧の半径に対して十分に短いことから、試験片の表面を直線と見なし、測定ラインは直線とした。このようなライン分析を異なる位置で2回行い、その平均値を各試験番号の試験片における、表層部のC量とみなした。 Next, the test pieces after hardness measurement were polished again and then removed from the resin and subjected to carbon content analysis using EPMA. Starting from an arbitrary position 25 μm deep from the surface, line analysis was performed in a direction parallel to the surface. The measurement step was 2 μm, the measurement time for each measurement point was 2.0 seconds, and the measurement line length was 50 μm. Although the surface of the test piece on the cross section is strictly arc-shaped, the measurement line length was sufficiently short compared to the radius of the arc, so the surface of the test piece was considered to be a straight line and the measurement line was considered to be a straight line. This type of line analysis was performed twice at different positions, and the average value was considered to be the C content of the surface layer of the test piece for each test number.

浸炭処理中の置換型合金元素の拡散距離は極めて短いため、表層部のSi量、Mn量およびCr量は、バルクの値と等しいとみなして、Ms点(℃)を表す指標Msを算出した。 Since the diffusion distance of substitutional alloying elements during carburizing is extremely short, the Si, Mn, and Cr contents in the surface layer were considered to be equal to the bulk values, and the index Ms, which represents the Ms point (°C), was calculated.

[回転曲げ疲労試験]
浸炭処理後の回転曲げ疲労試験片は、軸出しのために掴み部をφ12.4mmからφ12.0mmへと機械加工したのちに疲労試験に供した。
回転曲げ疲労試験は、JIS Z2274(1978)に準拠した室温(25℃)の大気雰囲気中において実施した。試験時の回転数3000rpmとして、繰り返し数1.0×10回まで破断しなかった試験片のうち、最も高い応力を、その試験番号の疲労強度(MPa)と定義した。疲労強度が500MPa以上である場合、疲労強度に優れると判断した。
[Rotating bending fatigue test]
The rotating bending fatigue test specimens after the carburizing treatment were subjected to a fatigue test after the gripping portion was machined from φ12.4 mm to φ12.0 mm for axial alignment.
The rotating bending fatigue test was carried out in an air atmosphere at room temperature (25°C) in accordance with JIS Z2274 (1978). The rotation speed during the test was 3000 rpm, and the highest stress among the test pieces that did not break up to 1.0 x 107 repetitions was defined as the fatigue strength (MPa) of that test number. If the fatigue strength was 500 MPa or more, it was determined that the fatigue strength was excellent.

[変形量のばらつき調査]
試験番号1~26の内、表層部の硬さが高く、それゆえに疲労強度が十分に高い浸炭処理後の変形量測定用試験片(試験番号1~10、12、15、16、18~20の試験片)を用いて、浸炭処理時の変形量のばらつきを調査した。具体的には、接触型の粗さ計を用いて、試験片のキー溝の背面側の軸方向の断面曲線を測定した。測定範囲は、試験片の両方の端部から2.5mmを除いた95mmである。
得られた断面プロファイルは、測定誤差や表面疵等の影響除くために円弧で近似し、円弧の両端を結んだ直線と円弧との差が最大になる時の差をその試験片の曲り量と定義した。試験片の向きを同じ方向にしてバスケットに吊るした各3本の試験片の曲り量を平均したものを、その吊るし方向ごとの曲り量とした。3種類の吊るし方向ごとの曲り量の内、最大値と最小値の差の絶対値を変形量のばらつきとした。変形量のばらつきが20μm以下の場合、変形量のばらつきが十分に少ないとみなした。
[Investigation of variation in deformation amount]
Among test numbers 1 to 26, the test pieces for measuring the amount of deformation after carburizing treatment (test pieces with test numbers 1 to 10, 12, 15, 16, and 18 to 20) had high hardness in the surface layer and therefore sufficiently high fatigue strength, and were used to investigate the variation in the amount of deformation during carburizing treatment. Specifically, a contact type roughness meter was used to measure the cross-sectional curve in the axial direction on the back side of the keyway of the test pieces. The measurement range was 95 mm, excluding 2.5 mm from both ends of the test pieces.
The obtained cross-sectional profile was approximated by a circular arc to eliminate the influence of measurement errors and surface defects, and the difference between the straight line connecting both ends of the circular arc and the circular arc at the maximum was defined as the bending amount of the test piece. The bending amount of each of the three test pieces hung in the basket with the same orientation was averaged to be the bending amount for each hanging direction. The absolute value of the difference between the maximum and minimum bending amounts for each of the three hanging directions was taken as the variation in the deformation amount. When the variation in the deformation amount was 20 μm or less, it was considered that the variation in the deformation amount was sufficiently small.

[試験結果]
試験番号1~10では、本発明の規定の範囲内である例であり、疲労強度が500MPa以上、変形量のばらつきが14μm以下であり、疲労強度を高めつつ、変形量のばらつきを低減できていることが分かる。また、軟質化熱処理後の鋼材の硬さが低く、被削性が高いこともわかる。
[Test Results]
Test numbers 1 to 10 are examples within the scope of the present invention, with fatigue strength of 500 MPa or more and deformation variation of 14 μm or less, showing that the fatigue strength is increased while the deformation variation is reduced. It is also clear that the hardness of the steel material after softening heat treatment is low and the machinability is high.

これに対して、本発明の規定から外れた試験番号11~26の比較例では、目標とする性能が得られていないことがわかる。 In contrast, it can be seen that the comparison examples of test numbers 11 to 26, which deviate from the provisions of the present invention, do not achieve the target performance.

具体的には、試験番号11、13は、Mn量が多い、又は指標Msが低いため、残留オーステナイトが生成し、浸炭処理後に十分な表層部の硬さが得られず、疲労強度も低い。
試験番号12は、C量が多いため、軟質化熱処理後の鋼材の硬さが高く、被削性が低い。
試験番号14、17は、Mn量が少ないため、マルテンサイト変態が不完全で、十分な硬さが得られず、疲労強度も低い。
試験番号15、16は、Cr量が多く、軟質化熱処理後の鋼材の硬さが高く、被削性が低い。
試験番号18~20は、一般的なJIS鋼を一般的な浸炭条件で浸炭し、油冷したため、硬さと疲労強度は十分に高いが、変形量は浸炭時の吊るし方向によって大きく異なる。
試験番号21~23は、一般的なJIS鋼を浸炭した後に、窒素中で放冷したものである。しかし、化学成分が本発明の規定からはずれて、最適化していないため、浸炭処理後の冷却を放冷とすると、マルテンサイト変態が生じず、浸炭処理後に表層部の硬さが極めて低くなる。したがって、疲労強度も低い。
試験番号24は、化学組成が本発明の規定の範囲内であるが、表層部のC量が高い。このC量の値は一般的な浸炭鋼部品の表層部の炭素量に近い。本試験番号は多量の残留オーステナイトが生成し、浸炭処理後に十分な表層部の硬さが得られず、疲労強度も低い。
試験番号25は、化学組成が本発明の規定の範囲内であるが、表層部の炭素量が低く、硬さが低く、疲労強度も低い。
試験例26は、化学組成が本発明の規定の範囲内であるが、浸炭処理後の表層部の硬さが低く、疲労強度も低い。
Specifically, in test numbers 11 and 13, the Mn content was high or the index Ms was low, so that retained austenite was formed, sufficient hardness was not obtained in the surface layer after carburization, and the fatigue strength was also low.
Test No. 12 has a large C content, and therefore the steel material after softening heat treatment has high hardness and low machinability.
In test numbers 14 and 17, the Mn content was small, so that the martensitic transformation was incomplete, sufficient hardness was not obtained, and the fatigue strength was also low.
Test Nos. 15 and 16 had a large Cr content, and the steel materials after softening heat treatment had high hardness and low machinability.
Test Nos. 18 to 20 were made of general JIS steel that was carburized under general carburizing conditions and then oil-cooled, and therefore had sufficiently high hardness and fatigue strength, but the amount of deformation varied greatly depending on the hanging direction during carburization.
Test numbers 21 to 23 are typical JIS steels that have been carburized and then naturally cooled in nitrogen. However, because the chemical composition is not within the scope of the present invention and is not optimized, if the steel is naturally cooled after carburization, martensitic transformation does not occur, and the hardness of the surface layer after carburization is extremely low. Therefore, the fatigue strength is also low.
Test No. 24 has a chemical composition within the range of the present invention, but the surface layer has a high C content. This C content value is close to the carbon content of the surface layer of a typical carburized steel part. This test No. has a large amount of retained austenite, and the surface layer does not have sufficient hardness after carburizing, and the fatigue strength is also low.
Test No. 25 had a chemical composition within the range specified by the present invention, but had a low carbon content in the surface layer, low hardness, and low fatigue strength.
Test Example 26 had a chemical composition within the range specified by the present invention, but the hardness of the surface layer after carburizing treatment was low, and the fatigue strength was also low.

Claims (3)

質量%で、
C :0.06~0.25%、
Si:0.01~0.90%、
Mn:3.51~6.00%、
P :0.05%以下、
S :0.001~0.100%、
Cr:0.03~1.49%、
Al:0.001~0.050%、
N :0.0030~0.0250%を含有し、
残部がFeおよび不純物からなり、
浸炭された表面から深さ25μm位置のMs点(℃)を表す下記指標Msが30℃以上であり、
浸炭された表面から深さ25μm位置のC量が質量%で0.40~0.70%であり、
浸炭された表面から深さ25μm位置の硬さが630HV以上である浸炭鋼部品。
Ms=219.2-1.3×Si-31.7×Mn-11.6×Cr
ただし、前記指標Msを表す式中、各元素記号は、各元素の含有量(質量%)を示す。
In mass percent,
C: 0.06-0.25%,
Si: 0.01-0.90%,
Mn: 3.51-6.00%,
P: 0.05% or less,
S: 0.001-0.100%,
Cr: 0.03-1.49%,
Al: 0.001-0.050%,
N: 0.0030 to 0.0250%;
The balance is Fe and impurities,
The following index Ms, which indicates the Ms point (°C) at a depth of 25 μm from the carburized surface, is 30°C or higher,
The amount of C at a depth of 25 μm from the carburized surface is 0.40 to 0.70% by mass,
A carburized steel part having a hardness of 630 HV or more at a depth of 25 μm from the carburized surface.
Ms=219.2-1.3×Si-31.7×Mn-11.6×Cr
In the formula expressing the index Ms, each element symbol indicates the content (mass %) of each element.
質量%で、
Ti:0.05%以下、
Nb:0.05%以下
Mo:0.25%、
V :0.15%以下、
Cu:0.50%以下、
Ni:0.50%以下および
B :0.005%以下、
の1種または2種以上を含有する請求項に記載の浸炭鋼部品。
In mass percent,
Ti: 0.05% or less,
Nb: 0.05% or less Mo: 0.25%,
V: 0.15% or less,
Cu: 0.50% or less,
Ni: 0.50% or less and B: 0.005% or less,
2. The carburized steel part according to claim 1, further comprising one or more of the following:
請求項又は請求項に記載の浸炭鋼部品の製造方法であって、
浸炭用鋼に対して、熱間鍛造による成型工程、650~750℃で30~640分の軟質化熱処理工程、及び切削加工工程を順次施して、鋼部品を得て、
前記浸炭鋼部品の表面から深さ25μm位置のC量が質量%で0.40~0.70%になるように、前記鋼部品を浸炭処理した後、浸炭温度からの冷却中における800℃から200℃までの冷却速度0.01~2℃/sで冷却する浸炭鋼部品の製造方法。
A method for manufacturing a carburized steel part according to claim 1 or 2 , comprising the steps of:
The carburizing steel is subjected to a forming process by hot forging, a softening heat treatment process at 650 to 750°C for 30 to 640 minutes, and a cutting process in this order to obtain a steel part.
A method for manufacturing a carburized steel part, comprising carburizing the steel part so that the amount of C at a position 25 μm deep from the surface of the carburized steel part is 0.40 to 0.70% by mass, and then cooling from the carburizing temperature from 800°C to 200°C at a cooling rate of 0.01 to 2°C/s.
JP2020204375A 2020-12-09 2020-12-09 Steel for carburizing, carburizing steel parts, and method for manufacturing carburizing steel parts Active JP7587124B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020204375A JP7587124B2 (en) 2020-12-09 2020-12-09 Steel for carburizing, carburizing steel parts, and method for manufacturing carburizing steel parts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020204375A JP7587124B2 (en) 2020-12-09 2020-12-09 Steel for carburizing, carburizing steel parts, and method for manufacturing carburizing steel parts

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022091501A JP2022091501A (en) 2022-06-21
JP7587124B2 true JP7587124B2 (en) 2024-11-20

Family

ID=82067247

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020204375A Active JP7587124B2 (en) 2020-12-09 2020-12-09 Steel for carburizing, carburizing steel parts, and method for manufacturing carburizing steel parts

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7587124B2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003193128A (en) 2001-12-25 2003-07-09 Daido Steel Co Ltd Method of producing carburized and quenched member, and carburized and quenched member
CN104294178A (en) 2014-09-30 2015-01-21 合肥恒泰钢结构有限公司 Carburizing manganese steel
JP2021155821A (en) 2020-03-27 2021-10-07 日本製鉄株式会社 Carburizing steel, carburized steel component and manufacturing method of carburized steel component

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003193128A (en) 2001-12-25 2003-07-09 Daido Steel Co Ltd Method of producing carburized and quenched member, and carburized and quenched member
CN104294178A (en) 2014-09-30 2015-01-21 合肥恒泰钢结构有限公司 Carburizing manganese steel
JP2021155821A (en) 2020-03-27 2021-10-07 日本製鉄株式会社 Carburizing steel, carburized steel component and manufacturing method of carburized steel component

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022091501A (en) 2022-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4872846B2 (en) Rough shape for nitriding gear and nitriding gear
KR101726251B1 (en) Steel for nitrocarburizing and nitrocarburized component, and methods for producing said steel for nitrocarburizing and said nitrocarburized component
WO2011158782A1 (en) Forged crankshaft
JP5660259B2 (en) Carburized parts
JP5561436B2 (en) Rolled steel bar or wire rod for hot forging
JP2001049388A (en) Steel wire rods, bars and pipes for bearing element parts with excellent machinability
JP2013040364A (en) Rolled steel bar or wire rod for hot forging
JP4464862B2 (en) Case-hardening steel with excellent grain coarsening resistance and cold workability that can be omitted for soft annealing.
JP2018028130A (en) Carburized component
JP6477904B2 (en) Crankshaft rough profile, nitrided crankshaft, and method of manufacturing the same
JP7510045B2 (en) Steel for carburizing, carburizing steel parts, and method for manufacturing carburizing steel parts
JP7587124B2 (en) Steel for carburizing, carburizing steel parts, and method for manufacturing carburizing steel parts
JP5365477B2 (en) Steel for surface hardening treatment
JP4448047B2 (en) A steel for skin hardening that has excellent grain coarsening resistance and cold workability, and can omit softening annealing.
JPH10226817A (en) Method of manufacturing steel for nitrocarburizing and nitrocarburized parts using the steel
JP6447064B2 (en) Steel parts
JP2022170056A (en) steel
WO2016159392A1 (en) Hot-rolled bar member, part, and hot-rolled bar member manufacturing method
JP4464861B2 (en) Case hardening steel with excellent grain coarsening resistance and cold workability
JP2013108144A (en) Rolled steel bar or wire rod for hot forging
JP7323850B2 (en) Steel and carburized steel parts
JP7436826B2 (en) Nitrided parts and manufacturing method of nitrided parts
WO2017146057A1 (en) Cement steel component and steel material having excellent stability of rolling fatigue life, and method for manufacturing same
JP7606078B2 (en) Steel and carburized steel parts
JP7360060B2 (en) steel and bearings

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230821

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240717

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240723

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240912

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20241008

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20241021

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7587124

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150