JP7606077B2 - Steel and carburized steel parts - Google Patents
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Description
本開示は、浸炭鋼部品の素材に適した鋼材、及び、浸炭鋼部品に関する。 This disclosure relates to steel materials suitable for use as materials for carburized steel parts, and to carburized steel parts.
近年のエンジンやモータといったパワーユニットの高出力化及び小型化に伴い、パワーユニット及びパワーユニット周辺に利用される機械部品には、優れた曲げ疲労強度が求められている。これらの機械部品のうち、自動車や建設車両等に用いられる歯車では、短い周期で歯面同士が摺動する。そのため、歯面では、ピッチングの抑制が求められる。つまり、自動車や建設車両等に用いられる歯車に代表される機械部品では、曲げ疲労強度だけでなく、面疲労強度(ピッチング特性)も求められる。 As power units such as engines and motors have become more powerful and smaller in recent years, mechanical parts used in and around power units are required to have excellent bending fatigue strength. Among these mechanical parts, gears used in automobiles, construction vehicles, etc. have tooth surfaces that slide against each other at short intervals. For this reason, pitting must be suppressed on the tooth surfaces. In other words, mechanical parts such as gears used in automobiles, construction vehicles, etc. are required to have not only bending fatigue strength but also surface fatigue strength (pitting characteristics).
機械部品の曲げ疲労強度及び面疲労強度を高める方法として、浸炭処理が知られている。本明細書でいう浸炭処理は、浸炭処理だけでなく、浸炭窒化処理も含む。浸炭処理では、機械部品の表層に硬化層(浸炭層又は浸炭窒化層)が形成される。この硬化層により、機械部品の曲げ疲労強度及び面疲労強度が高まることが知られている。そこで、浸炭鋼部品の素材となる鋼材には、浸炭処理を実施して機械部品(浸炭鋼部品)とした場合に、曲げ疲労強度及び面疲労強度をより高めることができることが求められる。 Carburizing is known as a method for increasing the bending fatigue strength and surface fatigue strength of mechanical parts. In this specification, carburizing includes not only carburizing but also carbonitriding. In carburizing, a hardened layer (carburized layer or carbonitriding layer) is formed on the surface of the mechanical part. It is known that this hardened layer increases the bending fatigue strength and surface fatigue strength of the mechanical part. Therefore, it is required that the steel material that is the material for carburized steel parts can further increase the bending fatigue strength and surface fatigue strength when the mechanical part (carburized steel part) is made by carburizing.
浸炭処理を実施して浸炭鋼部品としたときに曲げ疲労強度及び面疲労強度を高めることができる鋼材が、特開2010-185123号公報(特許文献1)及び特開2017-214642号公報(特許文献2)に提案されている。 Steel materials that can increase bending fatigue strength and surface fatigue strength when carburized into carburized steel parts are proposed in JP 2010-185123 A (Patent Document 1) and JP 2017-214642 A (Patent Document 2).
特許文献1に開示された鋼材は、質量%で、C:0.15~0.25%、Si:0.40~0.80%、Mn:0.20~1.0%、P:0.030%以下、S:0.10%以下、Cu:0.30%以下、Ni:0.30%以下、Cr:0.8~1.8%、Mo:0.60%以下、Al:0.02~0.10%、N:0.005~0.03%、O:0.003%以下を含有し、残部がFe及び不可避不純物からなり、以下の式(1)及び式(2)を満たす。
1.8≦2×[Si]+[Cr]≦3.5 (1)
114×[Si]+2×[Cr]+68×[Mo]≧50 (2)
The steel material disclosed in
1.8≦2×[Si]+[Cr]≦3.5 (1)
114×[Si]+2×[Cr]+68×[Mo]≧50 (2)
特許文献2に開示された鋼材は、質量%で、C:0.15~0.30%、Si:0.80%~2.00%、Mn:0.20~0.80%、P:0.003~0.030%、S:0.005~0.050%、Cr:1.00~1.80%未満、Mo:0.03~0.30%、Al:0.020~0.060%、N:0.0060~0.0300%、及び、O:0.0003~0.0025%を含有し、残部はFe及び不可避不純物からなり、以下の式(1)~式(3)を満たす。
〔%Si〕+(〔%Mn〕+〔%Cr〕+〔%Mo〕)/3≧1.5 (1)
180-45〔%Mn〕-14〔%Cr〕-51〔%Mo〕+5〔%Si〕≧125 (2)
√I≦80 (3)
ここで、Iは、鋼材に浸炭焼入れ及び焼戻しを施し、その後回転曲げ疲労試験を行った後の破面における、フィッシュアイ中心部に位置する酸化物系介在物の面積(μm2)を示す。
The steel material disclosed in
[%Si]+([%Mn]+[%Cr]+[%Mo])/3≧1.5 (1)
180-45[%Mn]-14[%Cr]-51[%Mo]+5[%Si]≧125 (2)
√I≦80 (3)
Here, I indicates the area (μm 2 ) of oxide-based inclusions located at the center of the fisheye on the fracture surface after the steel material is carburized, quenched and tempered, and then subjected to a rotating bending fatigue test.
しかしながら、特許文献1及び特許文献2に提案された鋼材と異なる手段により、浸炭処理を実施して浸炭鋼部品とした場合に優れた曲げ疲労強度及び優れた面疲労強度が得られる鋼材があってもよい。また、浸炭処理には、ガス浸炭処理と、真空浸炭処理とがある。真空浸炭処理は、真空又は減圧下で浸炭を実施する。そのため、真空浸炭処理では、ガス浸炭処理で問題となる表層での粒界酸化層の生成を抑制することができる。そのため、真空浸炭処理に用いられる鋼材では、ガス浸炭処理では粒界酸化層の生成を助長するSi、Cr及びMnといった酸化物を形成しやすい元素の含有量を高めることができる。そこで、真空浸炭処理に適した、浸炭鋼部品の素材となる鋼材が求められている。
However, there may be a steel material that can obtain excellent bending fatigue strength and excellent surface fatigue strength when carburized into a carburized steel part by a means different from that proposed in
本開示の目的は、真空浸炭処理を実施して浸炭鋼部品とした場合に、優れた曲げ疲労強度及び優れた面疲労強度(ピッチング特性)が得られる鋼材、及び、浸炭鋼部品を提供することである。 The objective of this disclosure is to provide a steel material and a carburized steel part that, when subjected to vacuum carburization treatment to produce a carburized steel part, exhibit excellent bending fatigue strength and excellent surface fatigue strength (pitting characteristics).
本開示による鋼材は、
化学組成が質量%で、
C:0.10~0.35%、
Si:0.60~1.50%、
Mn:0.20~1.30%、
P:0.030%以下、
S:0.050%以下、
Ni:0.01~0.20%、
Cr:0.65~1.50%、
Mo:0.01~0.60%、
Al:0.045%以下、及び、
N:0.0250%以下、
を含有し、残部はFe及び不純物からなり、式(1)~式(4)を満たす。
2.5≦(2Mn+5Cr+Mo)/Si≦7.5 (1)
Mn×Ni≦0.05 (2)
1.7≦Al/N≦2.4 (3)
22≦Mn/S≦65 (4)
ここで、式(1)~式(4)中の各元素記号には、対応する元素の質量%での含有量が代入される。
The steel material according to the present disclosure is
Chemical composition in mass percent:
C: 0.10-0.35%,
Si: 0.60-1.50%,
Mn: 0.20-1.30%,
P: 0.030% or less,
S: 0.050% or less,
Ni: 0.01 to 0.20%,
Cr: 0.65-1.50%,
Mo: 0.01 to 0.60%,
Al: 0.045% or less, and
N: 0.0250% or less,
and the balance being Fe and impurities, and satisfying formulas (1) to (4).
2.5≦(2Mn+5Cr+Mo)/Si≦7.5 (1)
Mn×Ni≦0.05 (2)
1.7≦Al/N≦2.4 (3)
22≦Mn/S≦65 (4)
Here, the content of the corresponding element in mass % is substituted for each element symbol in formulas (1) to (4).
本開示による浸炭鋼部品は、
硬化層と、
前記硬化層よりも内部の芯部とを備え、
前記芯部の化学組成は、質量%で、
C:0.10~0.35%、
Si:0.60~1.50%、
Mn:0.20~1.30%、
P:0.030%以下、
S:0.050%以下、
Ni:0.01~0.20%、
Cr:0.65~1.50%、
Mo:0.01~0.60%、
Al:0.045%以下、及び、
N:0.0250%以下、
を含有し、残部はFe及び不純物からなり、式(1)~式(4)を満たし、
前記浸炭鋼部品の表面から50μm深さまでの領域におけるC濃度は、質量%で0.60%以上であり、
前記浸炭鋼部品の表面から20μm深さ位置でのミクロ組織は、マルテンサイトからなり、又は、マルテンサイト及び残留オーステナイトからなり、前記残留オーステナイトの体積率は0~40%である。
2.5≦(2Mn+5Cr+Mo)/Si≦7.5 (1)
Mn×Ni≦0.05 (2)
1.7≦Al/N≦2.4 (3)
22≦Mn/S≦65 (4)
ここで、式(1)~式(4)中の各元素記号には、対応する元素の質量%での含有量が代入される。
The carburized steel component according to the present disclosure comprises:
A hardened layer;
A core portion is provided inside the hardened layer,
The chemical composition of the core is, in mass%,
C: 0.10-0.35%,
Si: 0.60-1.50%,
Mn: 0.20-1.30%,
P: 0.030% or less,
S: 0.050% or less,
Ni: 0.01 to 0.20%,
Cr: 0.65-1.50%,
Mo: 0.01 to 0.60%,
Al: 0.045% or less, and
N: 0.0250% or less,
and the balance being Fe and impurities, and satisfying formulas (1) to (4),
The carbon concentration in a region from the surface of the carburized steel part to a depth of 50 μm is 0.60% or more by mass%,
The microstructure of the carburized steel part at a depth of 20 μm from the surface is made of martensite or made of martensite and retained austenite, and the volume fraction of the retained austenite is 0 to 40%.
2.5≦(2Mn+5Cr+Mo)/Si≦7.5 (1)
Mn×Ni≦0.05 (2)
1.7≦Al/N≦2.4 (3)
22≦Mn/S≦65 (4)
Here, the content of the corresponding element in mass % is substituted for each element symbol in formulas (1) to (4).
本開示による鋼材は、真空浸炭処理を実施して浸炭鋼部品とした場合に、優れた曲げ疲労強度及び優れた面疲労強度(ピッチング特性)が得られる。本開示による浸炭鋼部品は、優れた曲げ疲労強度及び優れた面疲労強度を有する。 When the steel material according to the present disclosure is subjected to vacuum carburization to form a carburized steel part, excellent bending fatigue strength and excellent surface fatigue strength (pitting characteristics) are obtained. The carburized steel part according to the present disclosure has excellent bending fatigue strength and excellent surface fatigue strength.
本発明者らは、真空浸炭処理(真空浸炭処理又は真空浸炭窒化処理)を施して浸炭鋼部品としたときに優れた曲げ疲労強度及び優れた面疲労強度(ピッチング特性)が得られる鋼材について、検討を行った。このような鋼材には、浸炭鋼部品の製造工程において、例えば、上述のとおり真空浸炭処理が実施される。真空浸炭処理では、鋼材をAc3変態点温度以上に加熱するため、鋼材のミクロ組織はオーステナイトに変態し、前組織の影響がなくなる。そのため、本発明者らは、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度及び面疲労強度を高める手段を、鋼材のミクロ組織の観点から検討するのではなく、真空浸炭処理を実施しても変更されることのない化学組成の観点から検討した。その結果、本発明者らは、面疲労強度(ピッチング特性)を高めるために、焼戻し軟化抵抗を高めるSi、Cr、Mn及びMoの含有量を高めることが有効であると考えた。そして、曲げ疲労強度と面疲労強度との両立を化学組成の観点で検討した結果、質量%で、C:0.10~0.35%、Si:0.60~1.50%、Mn:0.20~1.30%、P:0.030%以下、S:0.050%以下、Ni:0.01~0.20%、Cr:0.65~1.50%、Mo:0.01~0.60%、Al:0.045%以下、N:0.0250%以下、V:0~0.50%、Nb:0~0.030%、Ti:0~0.200%、Cu:0~0.50%、W:0~0.50%、Co:0~0.50%、B:0~0.0010%、Ca:0~0.0015%、Mg:0~0.010%、希土類元素(REM):0~0.0100%、Te:0~0.100%、Bi:0~0.500%、Pb:0~0.09%、Sn:0~0.015%、及び、Sb:0~0.006%からなり、残部がFe及び不純物からなる化学組成を有する鋼材であれば、真空浸炭処理を実施して浸炭鋼部品を製造した場合に、浸炭鋼部品において、優れた曲げ疲労強度及び優れた面疲労強度が得られると考えた。 The present inventors have studied steel materials that can obtain excellent bending fatigue strength and excellent surface fatigue strength (pitting characteristics) when they are subjected to vacuum carburization (vacuum carburization or vacuum carbonitriding) to produce carburized steel parts. Such steel materials are subjected to vacuum carburization, for example, as described above, in the manufacturing process of carburized steel parts. In vacuum carburization, the steel material is heated to the A c3 transformation point temperature or higher, so that the microstructure of the steel material is transformed into austenite, and the influence of the previous structure is eliminated. Therefore, the present inventors have studied means for increasing the bending fatigue strength and surface fatigue strength of carburized steel parts not from the viewpoint of the microstructure of the steel material, but from the viewpoint of the chemical composition that does not change even when vacuum carburization is performed. As a result, the present inventors have considered that it is effective to increase the contents of Si, Cr, Mn, and Mo, which increase temper softening resistance, in order to increase the surface fatigue strength (pitting characteristics). As a result of examining the compatibility between bending fatigue strength and surface fatigue strength from the viewpoint of chemical composition, the following composition was determined by mass %: C: 0.10-0.35%, Si: 0.60-1.50%, Mn: 0.20-1.30%, P: 0.030% or less, S: 0.050% or less, Ni: 0.01-0.20%, Cr: 0.65-1.50%, Mo: 0.01-0.60%, Al: 0.045% or less, N: 0.0250% or less, V: 0-0.50%, Nb: 0-0.030%, Ti: 0-0.200%, Cu: 0-0.50%, W: 0-0.50%, ... It was considered that if a steel material had a chemical composition consisting of O: 0-0.50%, B: 0-0.0010%, Ca: 0-0.0015%, Mg: 0-0.010%, rare earth elements (REM): 0-0.0100%, Te: 0-0.100%, Bi: 0-0.500%, Pb: 0-0.09%, Sn: 0-0.015%, and Sb: 0-0.006%, with the balance being Fe and impurities, then when a carburized steel part is manufactured by carrying out a vacuum carburizing treatment, the carburized steel part would have excellent bending fatigue strength and excellent surface fatigue strength.
しかしながら、化学組成における各元素含有量が上述の範囲内である鋼材であっても、真空浸炭処理を実施して浸炭鋼部品としたときに、曲げ疲労強度及び面疲労強度が十分に得られない場合があった。そこで、本発明者らはさらに調査及び検討を進めた。その結果、本発明者らは次の知見を得た。 However, even when the content of each element in the chemical composition of a steel material falls within the above-mentioned range, there are cases in which sufficient bending fatigue strength and surface fatigue strength cannot be obtained when the steel is subjected to vacuum carburizing to form a carburized steel part. Therefore, the inventors of the present invention have further investigated and studied the matter. As a result, the inventors of the present invention have come to the following findings.
(A)真空浸炭処理は、真空又は減圧下において、浸炭工程と拡散工程とを1回ずつ実施する、又は、浸炭工程と拡散工程とを交互に繰り返して複数回実施する。浸炭工程では、炭化水素系のガスを低圧で導入し、鋼材表層に適切な量のセメンタイトを形成させる。そして、拡散工程において、炭化水素系のガスの導入を停止する。この場合、拡散工程において、セメンタイトが分解し、セメンタイトの分解により鋼材表層の炭素の濃度が高まる。その結果、真空浸炭処理の拡散工程では、ガス浸炭処理の拡散工程と比較して、表層のオーステナイト中の炭素濃度の勾配が大きくなり、鋼材内部へのC侵入量を高めることができる。このように、真空浸炭処理の拡散工程では、炭化水素系のガスを導入せず、前段の浸炭工程で鋼材表層に形成されたセメンタイトを炭素(C)供給源として、鋼材内部にCを拡散浸透させる。その結果、真空浸炭処理は、ガス浸炭処理と比較して、短時間で硬化層を形成することができる。 (A) In the vacuum carburizing process, the carburizing process and the diffusion process are performed once each in a vacuum or under reduced pressure, or the carburizing process and the diffusion process are alternately repeated multiple times. In the carburizing process, a hydrocarbon-based gas is introduced at low pressure to form an appropriate amount of cementite on the surface layer of the steel material. Then, in the diffusion process, the introduction of the hydrocarbon-based gas is stopped. In this case, the cementite decomposes in the diffusion process, and the carbon concentration in the surface layer of the steel material increases due to the decomposition of the cementite. As a result, in the diffusion process of the vacuum carburizing process, the gradient of the carbon concentration in the austenite in the surface layer is larger than in the diffusion process of the gas carburizing process, and the amount of C penetrating into the inside of the steel material can be increased. In this way, in the diffusion process of the vacuum carburizing process, no hydrocarbon-based gas is introduced, and the cementite formed on the surface layer of the steel material in the previous carburizing process is used as a carbon (C) supply source to diffuse and penetrate C into the inside of the steel material. As a result, the vacuum carburizing process can form a hardened layer in a short time compared to the gas carburizing process.
上述のとおり、Si、Cr、Mn及びMoはいずれも、鋼材の焼戻し軟化抵抗を高めて、面疲労強度(ピッチング特性)を高める元素である。ここで、Mn、Cr及びMoはいずれもCとの親和性が高く、真空浸炭処理の浸炭工程において、鋼材の表層にセメンタイトや合金炭化物(以下、セメンタイト等という)を形成させやすい。一方、SiはCとの親和性が低く、真空浸炭処理の浸炭工程において、鋼材の表層にセメンタイト等を形成させにくい。 As mentioned above, Si, Cr, Mn and Mo are all elements that increase the temper softening resistance of steel and increase surface fatigue strength (pitting characteristics). Here, Mn, Cr and Mo all have a high affinity with C, and tend to form cementite and alloy carbides (hereinafter referred to as cementite, etc.) on the surface layer of steel during the carburizing process of vacuum carburizing treatment. On the other hand, Si has a low affinity with C, and tends to form cementite, etc. on the surface layer of steel during the carburizing process of vacuum carburizing treatment.
真空浸炭処理を実施する温度域においてMn、Cr及びMoの含有量に対して、Si含有量が高すぎれば、真空浸炭処理の浸炭工程において、鋼材表層にセメンタイト等が形成されにくい。この場合、拡散工程において、C供給源となるセメンタイト等が不足する。そのため、鋼材の表面と内部とのC濃度の勾配が小さい。そのため、鋼材内部へのCの侵入及び拡散が不足する。その結果、硬化層が形成されにくくなり、浸炭鋼部品の面疲労強度が低下する。 If the Si content is too high relative to the Mn, Cr, and Mo contents in the temperature range in which the vacuum carburizing process is performed, cementite and other elements are unlikely to form on the surface of the steel during the carburizing process of the vacuum carburizing process. In this case, there is a shortage of cementite and other elements that serve as a C supply source during the diffusion process. As a result, the gradient of C concentration between the surface and interior of the steel is small. This results in insufficient penetration and diffusion of C into the interior of the steel. As a result, it becomes difficult for a hardened layer to form, and the surface fatigue strength of the carburized steel part decreases.
一方、Si含有量に対してCr、Mn及びMoの含有量が高すぎれば、真空浸炭処理の浸炭工程において、セメンタイト等が過剰に形成される。この場合、拡散工程において、ある程度のセメンタイト等は分解されるものの、一部のセメンタイト等は分解されずに表層中に残存してしまう。セメンタイト等は曲げ疲労において割れの起点となる。そのため、表層にセメンタイト等が過剰に多く残存すれば、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が低下してしまう。 On the other hand, if the Cr, Mn and Mo contents are too high relative to the Si content, excessive cementite etc. will be formed during the carburizing process of the vacuum carburizing treatment. In this case, although a certain amount of cementite etc. will be decomposed in the diffusion process, some of the cementite etc. will not be decomposed and will remain in the surface layer. Cementite etc. will be the starting point of cracks during bending fatigue. Therefore, if an excessive amount of cementite etc. remains in the surface layer, the bending fatigue strength of the carburized steel part will decrease.
Cr、Mn及びMoの含有量とSi含有量との比を適切な範囲とすれば、真空浸炭処理の浸炭工程において、鋼材中に侵入するC濃度が適切な範囲となる。その結果、浸炭鋼部品の表層に、十分なC濃度の硬化層を安定して形成することができる。その結果、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度及び面疲労強度を高めることができる。 By setting the ratio of the Cr, Mn and Mo contents to the Si content within an appropriate range, the C concentration that penetrates into the steel material during the carburizing process of the vacuum carburizing treatment will be within an appropriate range. As a result, a hardened layer with a sufficient C concentration can be stably formed on the surface of the carburized steel part. As a result, the bending fatigue strength and surface fatigue strength of the carburized steel part can be increased.
F1=(2Mn+5Cr+Mo)/Siと定義する。化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であって、F1が2.5~7.5であれば、つまり、以下に示す式(1)を満たせば、Mn、Cr、Moの含有量に対するSi含有量が適切な範囲である。そのため、真空浸炭処理において、適量のCが鋼材内に侵入及び拡散する。その結果、化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であって、後述の式(2)~式(4)を満たすことを前提として、鋼材を素材として製造された浸炭鋼部品において、優れた曲げ疲労強度及び優れた面疲労強度が得られる。
2.5≦(2Mn+5Cr+Mo)/Si≦7.5 (1)
It is defined as F1 = (2Mn + 5Cr + Mo) / Si. If the content of each element in the chemical composition is within the above-mentioned range and F1 is 2.5 to 7.5, that is, if the following formula (1) is satisfied, the Si content relative to the contents of Mn, Cr, and Mo is in an appropriate range. Therefore, an appropriate amount of C penetrates and diffuses into the steel material during vacuum carburization. As a result, carburized steel parts manufactured using the steel material as a material can obtain excellent bending fatigue strength and excellent surface fatigue strength, provided that the content of each element in the chemical composition is within the above-mentioned range and satisfies the formulas (2) to (4) described below.
2.5≦(2Mn+5Cr+Mo)/Si≦7.5 (1)
(B)真空浸炭処理を実施する温度域において、式(1)を満たして適量のCが鋼材内に侵入及び拡散しても、真空浸炭処理後の鋼材表層における残留オーステナイト量が過剰に高ければ、十分な硬さが得られず、曲げ疲労強度が低下する場合があった。そこで、本発明者らがさらなる検討を行った結果、次の知見を得た。 (B) Even if an appropriate amount of C penetrates and diffuses into the steel material to satisfy formula (1) in the temperature range in which vacuum carburizing is performed, if the amount of retained austenite in the surface layer of the steel material after vacuum carburizing is excessively high, sufficient hardness may not be obtained and bending fatigue strength may decrease. As a result of further investigation, the inventors of the present invention have come to the following conclusions.
Mn及びNiは、オーステナイト安定化元素であり、いずれも真空浸炭処理後の鋼材の表層における残留オーステナイト量を増加させる。そのため、化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であって、式(1)を満たしても、Mn含有量及びNi含有量を適切に調整しなければ、真空浸炭処理後の鋼材表層において、残留オーステナイトが過剰に存在する。この場合、浸炭鋼部品において、十分な硬さが得られず、十分な曲げ疲労強度が得られない。 Mn and Ni are austenite stabilizing elements, and both increase the amount of retained austenite in the surface layer of steel after vacuum carburization. Therefore, even if the content of each element in the chemical composition is within the above-mentioned range and satisfies formula (1), if the Mn content and Ni content are not appropriately adjusted, excessive retained austenite will be present in the surface layer of the steel after vacuum carburization. In this case, sufficient hardness and sufficient bending fatigue strength cannot be obtained in the carburized steel part.
F2=Mn×Niと定義する。F2が0.05以下であれば、つまり、以下に示す式(2)を満たせば、化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であって、かつ、式(1)、式(3)及び式(4)を満たすことを前提として、浸炭鋼部品の表層における残留オーステナイト量を適切な範囲とすることができる。そのため、十分な表層硬さを有する硬化層が形成される。その結果、浸炭鋼部品において、十分な曲げ疲労強度が得られる。
Mn×Ni≦0.05 (2)
F2 is defined as Mn x Ni. If F2 is 0.05 or less, that is, if the following formula (2) is satisfied, the amount of retained austenite in the surface layer of the carburized steel part can be set to an appropriate range, provided that the content of each element in the chemical composition is within the above-mentioned range and formulas (1), (3) and (4) are satisfied. Therefore, a hardened layer with sufficient surface hardness is formed. As a result, the carburized steel part can obtain sufficient bending fatigue strength.
Mn×Ni≦0.05 (2)
(C)化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であっても、鋼材中にAl介在物が過剰に存在していれば、Al介在物が割れの起点となり得る。そのため、鋼材中にAl介在物が過剰に多く残存すれば、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が低下する場合がある。また、鋼材中のAlは、析出物(AlN)として析出し得る。粗大なAlN(析出物)は、Al介在物と同様に、割れの起点となり得る。そのため、鋼材中に粗大なAlN(析出物)が過剰に多く存在すれば、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が低下する場合がある。 (C) Even if the content of each element in the chemical composition is within the above-mentioned range, if there is an excess of Al inclusions in the steel, the Al inclusions can become the starting point of cracks. Therefore, if there are excessive Al inclusions remaining in the steel, the bending fatigue strength of the carburized steel part may decrease. Furthermore, Al in the steel may precipitate as precipitates (AlN). Coarse AlN (precipitates) can become the starting point of cracks, just like Al inclusions. Therefore, if there is an excessive amount of coarse AlN (precipitates) remaining in the steel, the bending fatigue strength of the carburized steel part may decrease.
F3=Al/Nと定義する。本実施形態の鋼材の化学組成において、各元素含有量が本実施形態の範囲内であることを前提として、F3が1.7未満であれば、Al含有量がN含有量に対して過剰に多い。この場合、Nと結合しなかったAl介在物(酸化系介在物)が過剰に多く形成される。そのため、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が低下する。 F3 is defined as Al/N. In the chemical composition of the steel material of this embodiment, assuming that the content of each element is within the range of this embodiment, if F3 is less than 1.7, the Al content is excessively high compared to the N content. In this case, excessive amounts of Al inclusions (oxidation-based inclusions) that have not bonded with N are formed. As a result, the bending fatigue strength of the carburized steel part decreases.
一方、本実施形態の鋼材の化学組成において、各元素含有量が本実施形態の範囲内であることを前提として、F3が2.4を超えれば、N含有量がAl含有量よりも過剰に多い。この場合、鋼材中の粗大なAlN(析出物)が過剰に多く形成される。そのため、この場合も、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が低下する。 On the other hand, in the chemical composition of the steel material of this embodiment, assuming that the content of each element is within the range of this embodiment, if F3 exceeds 2.4, the N content is excessively higher than the Al content. In this case, an excessive amount of coarse AlN (precipitates) is formed in the steel material. Therefore, in this case as well, the bending fatigue strength of the carburized steel part is reduced.
本実施形態の鋼材の化学組成において、各元素含有量が本実施形態の範囲内であることを前提として、F3が1.7~2.4であれば、つまり、以下に示す式(3)を満たせば、鋼材中のAl介在物の生成を十分に抑制でき、かつ、粗大なAlN(析出物)の生成を十分に抑制できる。そのため、式(1)、式(2)、及び式(4)を満たすことを前提として、浸炭鋼部品において、十分な曲げ疲労強度が得られる。
1.7≦Al/N≦2.4 (3)
In the chemical composition of the steel material of this embodiment, assuming that the content of each element is within the range of this embodiment, if F3 is 1.7 to 2.4, that is, if the following formula (3) is satisfied, the formation of Al inclusions in the steel material can be sufficiently suppressed, and the formation of coarse AlN (precipitates) can be sufficiently suppressed. Therefore, assuming that formulas (1), (2), and (4) are satisfied, sufficient bending fatigue strength can be obtained in the carburized steel part.
1.7≦Al/N≦2.4 (3)
(D)化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内である場合、MnはSと結合してMnSを形成する。MnSは鋼材の被削性を高める。しかしながら、粗大なMnSは、浸炭鋼部品の曲げ疲労において、割れの起点となる。そのため、粗大なMnSが過剰に多く形成されれば、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が低下する。したがって、Mn含有量とS含有量との比を適切に調整して、粗大なMnSが形成されるのを抑制できれば、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度を高めることができる。 (D) When the content of each element in the chemical composition is within the above-mentioned range, Mn combines with S to form MnS. MnS improves the machinability of steel. However, coarse MnS can be the starting point of cracks during bending fatigue of carburized steel parts. Therefore, if excessive amounts of coarse MnS are formed, the bending fatigue strength of the carburized steel parts decreases. Therefore, if the ratio of Mn content to S content can be appropriately adjusted to suppress the formation of coarse MnS, the bending fatigue strength of the carburized steel parts can be increased.
F4=Mn/Sと定義する。F4が22~65であれば、つまり、以下に示す式(4)を満たせば、粗大なMnSの形成を有効に抑制することができる。その結果、化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であって、式(1)~式(3)を満たすことを前提として、浸炭鋼部品において、十分な面疲労強度が得られ、十分な曲げ疲労強度も得られる。
22≦Mn/S≦65 (4)
F4 is defined as Mn/S. If F4 is 22 to 65, that is, if the following formula (4) is satisfied, the formation of coarse MnS can be effectively suppressed. As a result, on the premise that the content of each element in the chemical composition is within the above-mentioned range and formulas (1) to (3) are satisfied, sufficient surface fatigue strength and sufficient bending fatigue strength can be obtained in the carburized steel part.
22≦Mn/S≦65 (4)
本実施形態の鋼材、及び、浸炭鋼部品は、以上の技術思想に基づいて完成したものであり、次の構成を有する。 The steel material and carburized steel parts of this embodiment were completed based on the above technical concepts and have the following configuration:
[1]
化学組成が質量%で、
C:0.10~0.35%、
Si:0.60~1.50%、
Mn:0.20~1.30%、
P:0.030%以下、
S:0.050%以下、
Ni:0.01~0.20%、
Cr:0.65~1.50%、
Mo:0.01~0.60%、
Al:0.045%以下、及び、
N:0.0250%以下、
を含有し、残部はFe及び不純物からなり、式(1)~式(4)を満たす、
鋼材。
2.5≦(2Mn+5Cr+Mo)/Si≦7.5 (1)
Mn×Ni≦0.05 (2)
1.7≦Al/N≦2.4 (3)
22≦Mn/S≦65 (4)
ここで、式(1)~式(4)中の各元素記号には、対応する元素の質量%での含有量が代入される。
[1]
Chemical composition in mass percent:
C: 0.10-0.35%,
Si: 0.60-1.50%,
Mn: 0.20-1.30%,
P: 0.030% or less,
S: 0.050% or less,
Ni: 0.01 to 0.20%,
Cr: 0.65-1.50%,
Mo: 0.01 to 0.60%,
Al: 0.045% or less, and
N: 0.0250% or less,
The balance is Fe and impurities, and satisfies formulas (1) to (4).
Steel.
2.5≦(2Mn+5Cr+Mo)/Si≦7.5 (1)
Mn×Ni≦0.05 (2)
1.7≦Al/N≦2.4 (3)
22≦Mn/S≦65 (4)
Here, the content of the corresponding element in mass % is substituted for each element symbol in formulas (1) to (4).
[2]
[1]に記載の鋼材であって、^
前記化学組成は、Feの一部に代えて、
V:0.50%以下、
Nb:0.030%以下、
Ti:0.200%以下、
Cu:0.50%以下、
W:0.50%以下、
Co:0.50%以下、及び、
B:0.0010%以下、
からなる群から選択される1種以上を含有する、
鋼材。
[2]
The steel material according to [1],
The chemical composition is, in place of a part of Fe,
V: 0.50% or less,
Nb: 0.030% or less,
Ti: 0.200% or less,
Cu: 0.50% or less,
W: 0.50% or less,
Co: 0.50% or less, and
B: 0.0010% or less,
Contains one or more selected from the group consisting of
Steel.
[3]
[1]又は[2]に記載の鋼材であって、
前記化学組成は、Feの一部に代えて、
Ca:0.0015%以下、
Mg:0.010%以下、及び、
希土類元素:0.0100%以下、
からなる群から選択される1種以上を含有する、
鋼材。
[3]
The steel material according to [1] or [2],
The chemical composition is, in place of a part of Fe,
Ca: 0.0015% or less,
Mg: 0.010% or less, and
Rare earth elements: 0.0100% or less,
Contains one or more selected from the group consisting of
Steel.
[4]
[1]~[3]のいずれか1項に記載の鋼材であって、
前記化学組成は、Feの一部に代えて、
Te:0.100%以下、
Bi:0.500%以下、
Pb:0.09%以下、
Sn:0.015%以下、及び、
Sb:0.006%以下、
からなる群から選択される1種以上を含有する、
鋼材。
[4]
The steel material according to any one of [1] to [3],
The chemical composition is, in place of a part of Fe,
Te: 0.100% or less,
Bi: 0.500% or less,
Pb: 0.09% or less,
Sn: 0.015% or less, and
Sb: 0.006% or less,
Contains one or more selected from the group consisting of
Steel.
[5]
浸炭鋼部品であって、
硬化層と、
前記硬化層よりも内部の芯部とを備え、
前記芯部の化学組成は、質量%で、
C:0.10~0.35%、
Si:0.60~1.50%、
Mn:0.20~1.30%、
P:0.030%以下、
S:0.050%以下、
Ni:0.01~0.20%、
Cr:0.65~1.50%、
Mo:0.01~0.60%、
Al:0.045%以下、及び、
N:0.0250%以下、
を含有し、残部はFe及び不純物からなり、式(1)~式(4)を満たし、
前記浸炭鋼部品の表面から50μm深さまでの領域におけるC濃度は、質量%で0.60%以上であり、
前記浸炭鋼部品の表面から20μm深さ位置でのミクロ組織は、マルテンサイトからなり、又は、マルテンサイト及び残留オーステナイトからなり、前記残留オーステナイトの体積率は0~40%である、
浸炭鋼部品。
2.5≦(2Mn+5Cr+Mo)/Si≦7.5 (1)
Mn×Ni≦0.05 (2)
1.7≦Al/N≦2.4 (3)
22≦Mn/S≦65 (4)
ここで、式(1)~式(4)中の各元素記号には、対応する元素の質量%での含有量が代入される。
[5]
A carburized steel part,
A hardened layer;
A core portion is provided inside the hardened layer,
The chemical composition of the core is, in mass%,
C: 0.10-0.35%,
Si: 0.60-1.50%,
Mn: 0.20-1.30%,
P: 0.030% or less,
S: 0.050% or less,
Ni: 0.01 to 0.20%,
Cr: 0.65-1.50%,
Mo: 0.01 to 0.60%,
Al: 0.045% or less, and
N: 0.0250% or less,
and the balance being Fe and impurities, and satisfying formulas (1) to (4),
The carbon concentration in a region from the surface of the carburized steel part to a depth of 50 μm is 0.60% or more by mass%,
The microstructure at a depth of 20 μm from the surface of the carburized steel part is made of martensite or made of martensite and retained austenite, and the volume fraction of the retained austenite is 0 to 40%.
Carburized steel parts.
2.5≦(2Mn+5Cr+Mo)/Si≦7.5 (1)
Mn×Ni≦0.05 (2)
1.7≦Al/N≦2.4 (3)
22≦Mn/S≦65 (4)
Here, the content of the corresponding element in mass % is substituted for each element symbol in formulas (1) to (4).
[6]
[5]に記載の浸炭鋼部品であって、
前記芯部の前記化学組成は、Feの一部に代えて、
V:0.50%以下、
Nb:0.030%以下、
Ti:0.200%以下、
Cu:0.50%以下、
W:0.50%以下、
Co:0.50%以下、及び、
B:0.0010%以下、
からなる群から選択される1種以上を含有する、
浸炭鋼部品。
[6]
A carburized steel part according to [5],
The chemical composition of the core portion is, in place of a part of Fe,
V: 0.50% or less,
Nb: 0.030% or less,
Ti: 0.200% or less,
Cu: 0.50% or less,
W: 0.50% or less,
Co: 0.50% or less, and
B: 0.0010% or less,
Contains one or more selected from the group consisting of
Carburized steel parts.
[7]
[5]又は[6]に記載の浸炭鋼部品であって、
前記芯部の前記化学組成は、Feの一部に代えて、
Ca:0.0015%以下、
Mg:0.0100%以下、及び、
希土類元素:0.0100%以下、
からなる群から選択される1種以上を含有する、
浸炭鋼部品。
[7]
A carburized steel part according to [5] or [6],
The chemical composition of the core portion is, in place of a part of Fe,
Ca: 0.0015% or less,
Mg: 0.0100% or less, and
Rare earth elements: 0.0100% or less,
Contains one or more selected from the group consisting of
Carburized steel parts.
[8]
[5]~[7]のいずれか1項に記載の浸炭鋼部品であって、
前記芯部の前記化学組成は、Feの一部に代えて、
Te:0.100%以下、
Bi:0.500%以下、
Pb:0.09%以下、
Sn:0.015%以下、及び、
Sb:0.006%以下、
からなる群から選択される1種以上を含有する、
浸炭鋼部品。
[8]
A carburized steel part according to any one of [5] to [7],
The chemical composition of the core portion is, in place of a part of Fe,
Te: 0.100% or less,
Bi: 0.500% or less,
Pb: 0.09% or less,
Sn: 0.015% or less, and
Sb: 0.006% or less,
Contains one or more selected from the group consisting of
Carburized steel parts.
以下、本実施形態の鋼材及びその鋼材を素材として製造される浸炭鋼部品について詳述する。各元素の含有量の「%」は特に断りが無い限り「質量%」を意味する。 The steel material of this embodiment and the carburized steel parts manufactured using this steel material are described in detail below. Unless otherwise specified, the "%" for the content of each element means "mass %."
[鋼材の用途]
本実施形態の鋼材は、浸炭鋼部品の素材に適する。具体的には、本実施形態の鋼材は、真空浸炭処理を実施して製造される浸炭鋼部品の素材に適する。なお、本明細書において、真空浸炭処理とは、真空浸炭窒化処理も含む。
[Steel applications]
The steel material of this embodiment is suitable as a material for carburized steel parts. Specifically, the steel material of this embodiment is suitable as a material for carburized steel parts manufactured by carrying out a vacuum carburizing process. In this specification, the vacuum carburizing process also includes a vacuum carbonitriding process.
[鋼材の化学組成]
本実施形態の鋼材の化学組成は、次の元素を含有する。
[Chemical composition of steel]
The chemical composition of the steel material of this embodiment contains the following elements.
C:0.10~0.35%
炭素(C)は、鋼の焼入れ性を高め、鋼材を素材として製造される浸炭鋼部品の芯部の硬さを高める。そのため、Cは、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度を高める。C含有量が0.10%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、C含有量が0.35%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の被削性が低下する。したがって、C含有量は0.10~0.35%である。C含有量の好ましい下限は0.11%であり、さらに好ましくは0.12%であり、さらに好ましくは0.13%である。C含有量の好ましい上限は0.32%であり、さらに好ましくは0.30%であり、さらに好ましくは0.28%である。
C: 0.10-0.35%
Carbon (C) improves the hardenability of steel and increases the hardness of the core of carburized steel parts manufactured from steel materials. Therefore, C increases the bending fatigue strength of carburized steel parts. C content If the C content is less than 0.10%, the above effects cannot be sufficiently obtained even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment. Even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment, the machinability of the steel material decreases. Therefore, the C content is 0.10 to 0.35%. The preferred lower limit of the C content is The upper limit of the C content is preferably 0.32%, more preferably 0.30%. , and more preferably 0.28%.
Si:0.60~1.50%
シリコン(Si)は、鋼の焼戻し軟化抵抗を高め、その結果、鋼材を素材として製造される浸炭鋼部品の面疲労強度(ピッチング特性)を高める。Si含有量が0.60%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Si含有量が1.50%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、真空浸炭処理の温度域におけるセメンタイト等(セメンタイト及び合金炭化物)の生成を阻害する。この場合、真空浸炭処理中において、Cの鋼材への侵入が抑制される。そのため、浸炭鋼部品の表層(硬化層)の深さが低下し、面疲労強度が低下する。したがって、Si含有量は0.60~1.50%である。Si含有量の好ましい下限は0.65%であり、さらに好ましくは0.70%であり、さらに好ましくは0.75%であり、さらに好ましくは0.80%であり、さらに好ましくは0.85%であり、さらに好ましくは0.90%である。Si含有量の好ましい上限は1.45%であり、さらに好ましくは1.40%であり、さらに好ましくは1.35%であり、さらに好ましくは1.30%である。
Si: 0.60-1.50%
Silicon (Si) increases the temper softening resistance of steel, and as a result, increases the surface fatigue strength (pitting characteristics) of carburized steel parts manufactured using the steel material. If the Si content is less than 0.60%, On the other hand, if the Si content exceeds 1.50%, the above-mentioned effect cannot be sufficiently obtained even if the contents of the other elements are within the range of this embodiment. Even if the content of C in the steel is within the above range, it inhibits the formation of cementite and the like (cementite and alloy carbides) in the temperature range of the vacuum carburization treatment. In this case, the penetration of C into the steel material during the vacuum carburization treatment is suppressed. Therefore, the Si content is 0.60 to 1.50%. The preferred lower limit of the Si content is 0. 65%, more preferably 0.70%, more preferably 0.75%, more preferably 0.80%, more preferably 0.85%, and even more preferably 0. The answer is 90%. The upper limit of the Si content is preferably 1.45%, more preferably 1.40%, further preferably 1.35%, and further preferably 1.30%.
Mn:0.20~1.30%
マンガン(Mn)は、鋼の焼戻し軟化抵抗を高め、その結果、鋼材を素材として製造される浸炭鋼部品の面疲労強度(ピッチング特性)を高める。Mn含有量が0.20%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Mn含有量が1.30%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、真空浸炭処理後の浸炭鋼部品の表層における残留オーステナイト量が高くなりすぎる。この場合、浸炭鋼部品の硬さが十分に得られず、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が低下する。したがって、Mn含有量は0.20~1.30%である。Mn含有量の好ましい下限は、0.25%であり、さらに好ましくは0.30%であり、さらに好ましくは0.35%であり、さらに好ましくは0.40%であり、さらに好ましくは0.45%である。Mn含有量の好ましい上限は1.25%であり、さらに好ましくは1.20%であり、さらに好ましくは1.15%であり、さらに好ましくは1.10%であり、さらに好ましくは1.05%であり、さらに好ましくは1.00%である。
Mn: 0.20-1.30%
Manganese (Mn) increases the temper softening resistance of steel, and as a result, increases the surface fatigue strength (pitting properties) of carburized steel parts manufactured using the steel material. If the Mn content is less than 0.20%, On the other hand, if the Mn content exceeds 1.30%, the above-mentioned effects cannot be sufficiently obtained even if the contents of the other elements are within the ranges of this embodiment. Even if the thickness is within the range, the amount of retained austenite in the surface layer of the carburized steel part after vacuum carburizing is too high. In this case, the hardness of the carburized steel part is insufficient, and the bending fatigue strength of the carburized steel part is low. Therefore, the Mn content is 0.20 to 1.30%. The lower limit of the Mn content is preferably 0.25%, more preferably 0.30%, and even more preferably 0. .35%, more preferably 0.40%, and even more preferably 0.45%. The upper limit of the Mn content is preferably 1.25%, more preferably 1.20%, still more preferably 1.15%, still more preferably 1.10%, and still more preferably 1.05%. %, and more preferably 1.00%.
P:0.030%以下
リン(P)は不純物である。Pは、鋼材を素材として浸炭鋼部品を製造する場合の真空浸炭処理において、オーステナイト粒界に偏析して、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度を低下する。P含有量が0.030%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が顕著に低下する。したがって、P含有量は0.030%以下である。P含有量の好ましい上限は0.029%であり、さらに好ましくは0.028%であり、さらに好ましくは0.025%である。P含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、P含有量の過剰な低減は、製造コストを高くする。したがって、通常の工業生産を考慮した場合、P含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.001%であり、さらに好ましくは0.002%である。
P: 0.030% or less Phosphorus (P) is an impurity. In a vacuum carburizing process when manufacturing a carburized steel part using a steel material as a base material, P segregates at the austenite grain boundary, reducing the bending fatigue strength of the carburized steel part. If the P content exceeds 0.030%, the bending fatigue strength of the carburized steel part will be significantly reduced even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. Therefore, the P content is 0.030% or less. The preferred upper limit of the P content is 0.029%, more preferably 0.028%, and even more preferably 0.025%. The P content is preferably as low as possible. However, excessive reduction of the P content increases the manufacturing cost. Therefore, in consideration of normal industrial production, the preferred lower limit of the P content is more than 0%, more preferably 0.001%, and even more preferably 0.002%.
S:0.050%以下
硫黄(S)は不純物である。SはMnと結合してMnSを形成して、鋼材の被削性を高める。しかしながら、S含有量が0.050%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、硫化物が粗大化する。この場合、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が低下する。したがって、S含有量は0.050%以下である。S含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.001%であり、さらに好ましくは0.002%であり、さらに好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.007%である。S含有量の好ましい上限は0.045%であり、さらに好ましくは0.040%であり、さらに好ましくは0.035%であり、さらに好ましくは0.030%である。
S: 0.050% or less Sulfur (S) is an impurity. S combines with Mn to form MnS, which enhances the machinability of the steel material. However, if the S content exceeds 0.050%, the sulfides will become coarse even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. In this case, the bending fatigue strength of the carburized steel part will decrease. Therefore, the S content is 0.050% or less. The preferred lower limit of the S content is more than 0%, more preferably 0.001%, more preferably 0.002%, more preferably 0.005%, and more preferably 0.007%. The preferred upper limit of the S content is 0.045%, more preferably 0.040%, more preferably 0.035%, and more preferably 0.030%.
Ni:0.01~0.20%
ニッケル(Ni)は、鋼の焼入れ性を高めて、鋼材を素材として製造される浸炭鋼部品の芯部の硬さを高める。その結果、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が高まる。Ni含有量が0.01%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ni含有量が0.20%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、浸炭鋼部品の表層の残留オーステナイトの体積率が過剰に多くなる。その結果、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が低下する。したがって、Ni含有量は0.01~0.20%である。Ni含有量の好ましい下限は0.02%であり、さらに好ましくは0.03%であり、さらに好ましくは0.04%である。Ni含有量の好ましい上限は0.17%であり、さらに好ましくは0.14%であり、さらに好ましくは0.11%である。
Ni: 0.01~0.20%
Nickel (Ni) improves the hardenability of steel and increases the hardness of the core of carburized steel parts manufactured from steel materials. As a result, the bending fatigue strength of carburized steel parts is increased. If the Ni content is less than 0.01%, the above effects cannot be sufficiently obtained even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment. Even if the content of Ni is within the range of this embodiment, the volume fraction of the retained austenite in the surface layer of the carburized steel part is excessively large. As a result, the bending fatigue strength of the carburized steel part is reduced. The Ni content is 0.01 to 0.20%. The lower limit of the Ni content is preferably 0.02%, more preferably 0.03%, and even more preferably 0.04%. The preferred upper limit of the amount is 0.17%, more preferably 0.14%, and even more preferably 0.11%.
Cr:0.65~1.50%
クロム(Cr)は、鋼の焼戻し軟化抵抗を高め、その結果、鋼材を素材として製造される浸炭鋼部品の面疲労強度(ピッチング特性)を高める。Cr含有量が0.65%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Cr含有量が1.50%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、真空浸炭処理において、Cが鋼材に過剰に侵入して拡散する。その結果、鋼材の表層に粗大なセメンタイトが過剰に生成する。この場合、真空浸炭処理の拡散工程においても一部の粗大なセメンタイトが分解せずに残存する。その結果、浸炭鋼部品内の粗大なセメンタイトを起点とした割れが発生しやすくなり、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が低下する。したがって、Cr含有量は0.65~1.50%である。Cr含有量の好ましい下限は0.70%であり、さらに好ましくは0.75%であり、さらに好ましくは0.80%であり、さらに好ましくは0.85%である。Cr含有量の好ましい上限は1.45%であり、さらに好ましくは1.40%であり、さらに好ましくは1.35%であり、さらに好ましくは1.30%である。
Cr: 0.65-1.50%
Chromium (Cr) increases the temper softening resistance of steel, and as a result, increases the surface fatigue strength (pitting characteristics) of carburized steel parts manufactured using the steel material. If the Cr content is less than 0.65%, On the other hand, if the Cr content exceeds 1.50%, the above-mentioned effect cannot be sufficiently obtained even if the contents of the other elements are within the range of this embodiment. Even if the amount of carbon in the steel is within the range, excessive carbon penetrates and diffuses into the steel during vacuum carburization. As a result, excessive coarse cementite is formed on the surface layer of the steel. In this case, As a result, cracks are more likely to occur starting from the coarse cementite in the carburized steel component, and the bending fatigue strength of the carburized steel component decreases. , the Cr content is 0.65 to 1.50%. The lower limit of the Cr content is preferably 0.70%, more preferably 0.75%, and even more preferably 0.80%. More preferably, it is 0.85%. The upper limit of the Cr content is preferably 1.45%, more preferably 1.40%, further preferably 1.35%, and further preferably 1.30%.
Mo:0.01~0.60%
モリブデン(Mo)は、鋼の焼戻し軟化抵抗を高め、その結果、鋼材を素材として製造される浸炭鋼部品の面疲労強度(ピッチング特性)を高める。Mo含有量が0.01%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Mo含有量が0.60%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、真空浸炭処理において、Cが鋼材に過剰に侵入して拡散する。その結果、鋼材の表層に粗大なセメンタイトが過剰に生成する。この場合、真空浸炭処理の拡散工程においても一部の粗大なセメンタイトが分解せずに残存する。その結果、浸炭鋼部品内の粗大なセメンタイトを起点とした割れが発生しやすくなり、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が低下する。したがって、Mo含有量は0.01~0.60%である。Mo含有量の好ましい下限は0.02%であり、さらに好ましくは0.03%であり、さらに好ましくは0.04%であり、さらに好ましくは0.05%である。Mo含有量の好ましい上限は0.55%であり、さらに好ましくは0.50%であり、さらに好ましくは0.45%である。
Mo: 0.01~0.60%
Molybdenum (Mo) increases the temper softening resistance of steel, and as a result, increases the surface fatigue strength (pitting properties) of carburized steel parts manufactured using the steel material. If the Mo content is less than 0.01%, Even if the contents of the other elements are within the ranges of this embodiment, the above effects cannot be sufficiently obtained. On the other hand, if the Mo content exceeds 0.60%, the contents of the other elements are not as effective as those of this embodiment. Even if the amount of carbon in the steel is within the range, excessive carbon penetrates and diffuses into the steel during vacuum carburization. As a result, excessive coarse cementite is formed on the surface layer of the steel. In this case, As a result, cracks are more likely to occur starting from the coarse cementite in the carburized steel component, and the bending fatigue strength of the carburized steel component decreases. The Mo content is 0.01 to 0.60%. The lower limit of the Mo content is preferably 0.02%, more preferably 0.03%, and even more preferably 0.04%. More preferably, it is 0.05%. The upper limit of the Mo content is preferably 0.55%, more preferably 0.50%, and further preferably 0.45%.
Al:0.045%以下
アルミニウム(Al)は鋼を脱酸する。しかしながら、Al含有量が0.045%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大なAl介在物(酸化物系介在物)が生成する。粗大なAl介在物は、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度を低下する。したがって、Al含有量は0.045%以下である。Al含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.001%であり、さらに好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.010%である。Al含有量の好ましい上限は、0.042%であり、さらに好ましくは0.039%であり、さらに好ましくは0.036%であり、さらに好ましくは0.033%である。
Al: 0.045% or less Aluminum (Al) deoxidizes steel. However, if the Al content exceeds 0.045%, coarse Al inclusions (oxide-based inclusions) are generated even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. The coarse Al inclusions reduce the bending fatigue strength of the carburized steel parts. Therefore, the Al content is 0.045% or less. The preferred lower limit of the Al content is more than 0%, more preferably 0.001%, more preferably 0.005%, and even more preferably 0.010%. The preferred upper limit of the Al content is 0.042%, more preferably 0.039%, more preferably 0.036%, and even more preferably 0.033%.
N:0.0250%以下
窒素(N)は不純物である。N含有量が0.0250%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、AlNに代表される、粗大な窒化物が生成する。粗大な窒化物は、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度を低下する。したがって、N含有量は0.0250%以下である。N含有量の好ましい上限は0.0230%であり、さらに好ましくは0.0210%であり、さらに好ましくは0.0200%であり、さらに好ましくは0.0190%であり、さらに好ましくは0.0180%である。N含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、N含有量を過剰に低減すれば、製造コストが高くなる。したがって、通常の工業生産を考慮すれば、N含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.0001%であり、さらに好ましくは0.0005%である。
N: 0.0250% or less Nitrogen (N) is an impurity. If the N content exceeds 0.0250%, coarse nitrides, such as AlN, will be generated even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. The coarse nitrides reduce the bending fatigue strength of the carburized steel parts. Therefore, the N content is 0.0250% or less. The preferred upper limit of the N content is 0.0230%, more preferably 0.0210%, more preferably 0.0200%, more preferably 0.0190%, and more preferably 0.0180%. It is preferable that the N content is as low as possible. However, if the N content is reduced excessively, the manufacturing cost will increase. Therefore, in consideration of normal industrial production, the preferred lower limit of the N content is more than 0%, more preferably 0.0001%, and more preferably 0.0005%.
本実施の形態による鋼材の化学組成の残部は、Fe及び不純物からなる。ここで、不純物とは、鋼材を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから混入されるものであって、本実施形態の鋼材に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。 The remainder of the chemical composition of the steel material according to this embodiment is composed of Fe and impurities. Here, impurities refer to substances that are mixed in from raw materials such as ore, scrap, or the manufacturing environment when the steel material is industrially manufactured, and are acceptable within a range that does not adversely affect the steel material according to this embodiment.
[任意元素について]
本実施形態の鋼材はさらに、Feの一部に代えて、V、Nb、Ti、Cu、W、Co及びBからなる群から選択される1種以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも任意元素であり、鋼材を素材として製造された浸炭鋼部品の曲げ疲労強度を高める。
[Optional elements]
The steel material of the present embodiment may further contain, in place of a portion of Fe, one or more elements selected from the group consisting of V, Nb, Ti, Cu, W, Co, and B. All of these elements are optional elements, and increase the bending fatigue strength of a carburized steel part manufactured using the steel material as a material.
V:0.50%以下
バナジウム(V)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、V含有量は0%であってもよい。含有される場合、つまり、V含有量が0%超の場合、Vは析出物(炭化物、窒化物、炭窒化物等)を形成し、ピンニング効果により、真空浸炭処理時における鋼材の結晶粒の粗大化を抑制する。その結果、鋼材を素材として製造された浸炭鋼部品の曲げ疲労強度を高める。Vが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、V含有量が0.50%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の硬さが過剰に高くなる。この場合、鋼材の被削性が低下する。したがって、V含有量は0~0.50%であり、含有される場合、0.50%以下である。V含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.05%であり、さらに好ましくは0.10%である。V含有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。
V: 0.50% or less Vanadium (V) is an optional element and may not be contained. In other words, the V content may be 0%. When vanadium (V) is contained, that is, when the V content is more than 0%, V forms precipitates (carbides, nitrides, carbonitrides, etc.) and suppresses the coarsening of the crystal grains of the steel during vacuum carburization treatment due to the pinning effect. As a result, the bending fatigue strength of the carburized steel parts manufactured using the steel as a material is increased. If even a small amount of V is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. However, if the V content exceeds 0.50%, the hardness of the steel becomes excessively high even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. In this case, the machinability of the steel decreases. Therefore, the V content is 0 to 0.50%, and when contained, it is 0.50% or less. The preferable lower limit of the V content is 0.01%, more preferably 0.05%, and more preferably 0.10%. The preferable upper limit of the V content is 0.40%, and more preferably 0.30%.
Nb:0.030%以下
ニオブ(Nb)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Nb含有量は0%であってもよい。含有される場合、つまり、Nb含有量が0%超の場合、Nbは析出物(炭化物、炭窒化物等)を形成し、ピンニング効果により、真空浸炭処理時における鋼材の結晶粒の粗大化を抑制する。その結果、鋼材を素材として製造された浸炭鋼部品の曲げ疲労強度を高める。Nbが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Nb含有量が0.030%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Nb析出物が粗大化して、ピンニング効果が得られなくなる。したがって、Nb含有量は0~0.030%であり、含有される場合、0.030%以下である。Nb含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.005%である。Nb含有量の好ましい上限は0.027%であり、さらに好ましくは0.025%であり、さらに好ましくは0.020%である。
Nb: 0.030% or less Niobium (Nb) is an optional element and may not be contained. In other words, the Nb content may be 0%. When it is contained, that is, when the Nb content is more than 0%, Nb forms precipitates (carbides, carbonitrides, etc.) and suppresses the coarsening of the crystal grains of the steel material during vacuum carburization treatment due to the pinning effect. As a result, the bending fatigue strength of the carburized steel parts manufactured using the steel material as a material is increased. If even a small amount of Nb is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. However, if the Nb content exceeds 0.030%, even if the contents of other elements are within the range of this embodiment, the Nb precipitates will become coarse and the pinning effect will not be obtained. Therefore, the Nb content is 0 to 0.030%, and when it is contained, it is 0.030% or less. The preferable lower limit of the Nb content is 0.001%, and more preferably 0.005%. The upper limit of the Nb content is preferably 0.027%, more preferably 0.025%, and further preferably 0.020%.
Ti:0.200%以下
チタン(Ti)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ti含有量は0%であってもよい。含有される場合、つまり、Ti含有量が0%超の場合、Tiは析出物(炭化物、窒化物、炭窒化物等)を形成し、ピンニング効果により、真空浸炭処理時における鋼材の結晶粒の粗大化を抑制する。その結果、鋼材を素材として製造された浸炭鋼部品の曲げ疲労強度を高める。Tiが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ti含有量が0.200%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Ti析出物が粗大化して、ピンニング効果が得られなくなる。したがって、Ti含有量は0~0.200%であり、含有される場合、0.200%以下である。Ti含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.010%である。Ti含有量の好ましい上限は0.180%であり、さらに好ましくは0.160%であり、さらに好ましくは0.140%であり、さらに好ましくは0.120%であり、さらに好ましくは0.100%である。
Ti: 0.200% or less Titanium (Ti) is an optional element and may not be contained. In other words, the Ti content may be 0%. When titanium (Ti) is contained, that is, when the Ti content is more than 0%, Ti forms precipitates (carbides, nitrides, carbonitrides, etc.) and suppresses the coarsening of crystal grains of steel during vacuum carburization treatment due to the pinning effect. As a result, the bending fatigue strength of carburized steel parts manufactured using steel as a material is increased. If even a small amount of Ti is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. However, if the Ti content exceeds 0.200%, even if the contents of other elements are within the range of this embodiment, the Ti precipitates become coarse and the pinning effect cannot be obtained. Therefore, the Ti content is 0 to 0.200%, and when contained, it is 0.200% or less. The preferable lower limit of the Ti content is 0.001%, more preferably 0.005%, and even more preferably 0.010%. The upper limit of the Ti content is preferably 0.180%, more preferably 0.160%, further preferably 0.140%, further preferably 0.120%, and further preferably 0.100%.
Cu:0.50%以下
銅(Cu)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Cu含有量は0%であってもよい。含有される場合、つまり、Cu含有量が0%超の場合、Cuは鋼の焼入れ性を高めて、鋼材を素材として製造される浸炭鋼部品の芯部の硬さを高める。その結果、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が高まる。Cuが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Cu含有量が0.50%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Cu含有量は0~0.50%であり、含有される場合、0.50%以下である。Cu含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.05%であり、さらに好ましくは0.08%であり、さらに好ましくは0.10%である。Cu含有量の好ましい上限は0.48%であり、さらに好ましくは0.46%である。
Cu: 0.50% or less Copper (Cu) is an optional element and may not be contained. In other words, the Cu content may be 0%. When it is contained, that is, when the Cu content is more than 0%, Cu increases the hardenability of the steel and increases the hardness of the core of the carburized steel part manufactured using the steel as a material. As a result, the bending fatigue strength of the carburized steel part is increased. If even a small amount of Cu is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. However, if the Cu content exceeds 0.50%, the hot workability of the steel material decreases even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. Therefore, the Cu content is 0 to 0.50%, and if it is contained, it is 0.50% or less. The preferable lower limit of the Cu content is 0.01%, more preferably 0.05%, more preferably 0.08%, and more preferably 0.10%. The preferable upper limit of the Cu content is 0.48%, and more preferably 0.46%.
W:0.50%以下
タングステン(W)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、W含有量は0%であってもよい。含有される場合、つまり、W含有量が0%超の場合、Wは鋼の焼入れ性を高めて、鋼材を素材として製造される浸炭鋼部品の芯部の硬さを高める。その結果、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が高まる。Wが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、W含有量が0.50%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が過剰に高くなる。この場合、鋼材の被削性が低下する。したがって、W含有量は0~0.50%であり、含有される場合、0.50%以下である。W含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.05%であり、さらに好ましくは0.08%である。W含有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。
W: 0.50% or less Tungsten (W) is an optional element and may not be contained. In other words, the W content may be 0%. When it is contained, that is, when the W content is more than 0%, W increases the hardenability of the steel and increases the hardness of the core of the carburized steel part manufactured using the steel as a material. As a result, the bending fatigue strength of the carburized steel part is increased. If even a small amount of W is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. However, if the W content exceeds 0.50%, the strength of the steel becomes excessively high even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. In this case, the machinability of the steel decreases. Therefore, the W content is 0 to 0.50%, and when it is contained, it is 0.50% or less. The preferable lower limit of the W content is 0.01%, more preferably 0.05%, and more preferably 0.08%. The preferable upper limit of the W content is 0.40%, and more preferably 0.30%.
Co:0.50%以下
コバルト(Co)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Co含有量は0%であってもよい。含有される場合、つまり、Co含有量が0%超の場合、Coは鋼の焼入れ性を高めて、鋼材を素材として製造される浸炭鋼部品の芯部の硬さを高める。その結果、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が高まる。Coが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Co含有量が0.50%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が過剰に高くなる。この場合、鋼材の被削性が低下する。したがって、Co含有量は0~0.50%であり、含有される場合、0.50%以下である。Co含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.05%であり、さらに好ましくは0.08%である。Co含有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。
Co: 0.50% or less Cobalt (Co) is an optional element and may not be contained. That is, the Co content may be 0%. When it is contained, that is, when the Co content is more than 0%, Co increases the hardenability of the steel and increases the hardness of the core of the carburized steel part manufactured using the steel as a material. As a result, the bending fatigue strength of the carburized steel part is increased. If even a small amount of Co is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. However, if the Co content exceeds 0.50%, the strength of the steel becomes excessively high even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. In this case, the machinability of the steel decreases. Therefore, the Co content is 0 to 0.50%, and when it is contained, it is 0.50% or less. The preferred lower limit of the Co content is 0.01%, more preferably 0.05%, and more preferably 0.08%. The preferred upper limit of the Co content is 0.40%, and more preferably 0.30%.
B:0.0010%以下
ボロン(B)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、B含有量は0%であってもよい。含有される場合、つまり、B含有量が0%超の場合、Bは鋼の焼入れ性を高めて、鋼材を素材として製造される浸炭鋼部品の芯部の硬さを高める。その結果、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が高まる。Bが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、B含有量が0.0010%を超えれば、その効果が飽和する。したがって、B含有量は0~0.0010%であり、含有される場合、0.0010%以下である。B含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0002%であり、さらに好ましくは0.0003%である。B含有量の好ましい上限は0.0009%であり、さらに好ましくは0.0008%である。
B: 0.0010% or less Boron (B) is an optional element and may not be contained. In other words, the B content may be 0%. When it is contained, that is, when the B content is more than 0%, B increases the hardenability of the steel and increases the hardness of the core of the carburized steel part manufactured using the steel material as a material. As a result, the bending fatigue strength of the carburized steel part is increased. If even a small amount of B is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. However, if the B content exceeds 0.0010%, the effect is saturated. Therefore, the B content is 0 to 0.0010%, and if it is contained, it is 0.0010% or less. The preferable lower limit of the B content is 0.0001%, more preferably 0.0002%, and more preferably 0.0003%. The preferable upper limit of the B content is 0.0009%, and more preferably 0.0008%.
本実施形態の鋼材はさらに、Feの一部に代えて、Ca、Mg、及び、希土類元素(REM)からなる群から選択される1種以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも任意元素であり、鋼材を素材として製造された浸炭鋼部品の曲げ疲労強度を高める。 The steel material of this embodiment may further contain one or more elements selected from the group consisting of Ca, Mg, and rare earth elements (REM) in place of a portion of the Fe. All of these elements are optional elements, and increase the bending fatigue strength of carburized steel parts manufactured using the steel material as a material.
Ca:0.0015%以下
カルシウム(Ca)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ca含有量は0%であってもよい。含有される場合、つまり、Ca含有量が0%超の場合、Caは鋼材中の硫化物を改質し、熱間加工時において硫化物が延伸するのを抑制する。その結果、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が高まる。Caが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ca含有量が0.0015%を超えれば、上記効果が飽和する。したがって、Ca含有量は0~0.0015%であり、含有される場合、0.0015%以下である。Ca含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0002%である。Ca含有量の好ましい上限は0.0012%であり、さらに好ましくは0.0010%である。
Ca: 0.0015% or less Calcium (Ca) is an optional element and may not be contained. That is, the Ca content may be 0%. When it is contained, that is, when the Ca content is more than 0%, Ca modifies the sulfides in the steel material and inhibits the sulfides from elongating during hot working. As a result, the bending fatigue strength of the carburized steel part is increased. If even a small amount of Ca is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. However, if the Ca content exceeds 0.0015%, the above effect is saturated. Therefore, the Ca content is 0 to 0.0015%, and if it is contained, it is 0.0015% or less. The preferable lower limit of the Ca content is 0.0001%, and more preferably 0.0002%. The preferable upper limit of the Ca content is 0.0012%, and more preferably 0.0010%.
Mg:0.010%以下
マグネシウム(Mg)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Mg含有量は0%であってもよい。含有される場合、つまり、Mg含有量が0%超の場合、Mgは鋼材中の硫化物を改質し、熱間加工時において硫化物が延伸するのを抑制する。その結果、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が高まる。Mgが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Mg含有量が0.010%を超えれば、上記効果が飽和する。したがって、Mg含有量は0~0.010%であり、含有される場合、0.010%以下である。Mg含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.002%である。Mg含有量の好ましい上限は0.009%であり、さらに好ましくは0.008%である。
Mg: 0.010% or less Magnesium (Mg) is an optional element and may not be contained. That is, the Mg content may be 0%. When it is contained, that is, when the Mg content is more than 0%, Mg modifies the sulfides in the steel material and inhibits the sulfides from elongating during hot working. As a result, the bending fatigue strength of the carburized steel part is increased. If even a small amount of Mg is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. However, if the Mg content exceeds 0.010%, the above effect is saturated. Therefore, the Mg content is 0 to 0.010%, and if it is contained, it is 0.010% or less. The preferable lower limit of the Mg content is 0.001%, and more preferably 0.002%. The preferable upper limit of the Mg content is 0.009%, and more preferably 0.008%.
希土類元素:0.0100%以下
希土類元素(REM)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、REM含有量は0%であってもよい。含有される場合、つまり、REM含有量が0%超の場合、REMは鋼材中の硫化物を改質し、熱間加工時において硫化物が延伸するのを抑制する。その結果、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が高まる。REMが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、REM含有量が0.0100%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大な酸化物の形成が促進される。この場合、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が低下する。したがって、REM含有量は0~0.0100%であり、含有される場合、0.0100%以下である。REM含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0010%であり、さらに好ましくは0.0020%である。REM含有量の好ましい上限は0.0098%であり、さらに好ましくは0.0097%である。
Rare earth element: 0.0100% or less Rare earth elements (REM) are optional elements and may not be contained. That is, the REM content may be 0%. When contained, that is, when the REM content is more than 0%, REM modifies the sulfides in the steel material and inhibits the sulfides from elongating during hot working. As a result, the bending fatigue strength of the carburized steel part is increased. If even a small amount of REM is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. However, if the REM content exceeds 0.0100%, the formation of coarse oxides is promoted even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. In this case, the bending fatigue strength of the carburized steel part is reduced. Therefore, the REM content is 0 to 0.0100%, and when contained, it is 0.0100% or less. The preferable lower limit of the REM content is 0.0001%, more preferably 0.0010%, and even more preferably 0.0020%. The upper limit of the REM content is preferably 0.0098%, and more preferably 0.0097%.
本実施形態の鋼材はさらに、Feの一部に代えて、Te、Bi、Pb、Sn及びSbからなる群から選択される1種以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、鋼材の被削性を高める。 The steel material of this embodiment may further contain one or more elements selected from the group consisting of Te, Bi, Pb, Sn, and Sb in place of a portion of Fe. These elements are optional elements, and all of them improve the machinability of the steel material.
Te:0.100%以下
テルル(Te)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Te含有量は0%であってもよい。含有される場合、つまり、Te含有量が0%超の場合、Teは鋼材の被削性を高める。Teが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Te含有量が0.100%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Te含有量は0~0.100%であり、含有される場合、0.100%以下である。Te含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.002%である。Te含有量の好ましい上限は0.095%であり、さらに好ましくは0.090%である。
Te: 0.100% or less Tellurium (Te) is an optional element and may not be contained. That is, the Te content may be 0%. When it is contained, that is, when the Te content is more than 0%, Te enhances the machinability of the steel material. If even a small amount of Te is contained, the above effect can be obtained to some extent. However, if the Te content exceeds 0.100%, the hot workability of the steel material decreases even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. Therefore, the Te content is 0 to 0.100%, and when it is contained, it is 0.100% or less. The preferred lower limit of the Te content is 0.001%, and more preferably 0.002%. The preferred upper limit of the Te content is 0.095%, and more preferably 0.090%.
Bi:0.500%以下
ビスマス(Bi)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Bi含有量は0%であってもよい。含有される場合、つまり、Bi含有量が0%超の場合、Biは鋼材の被削性を高める。Biが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Bi含有量が0.500%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Bi含有量は0~0.500%であり、含有される場合0.500%以下である。Bi含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.010%である。Bi含有量の好ましい上限は0.450%であり、さらに好ましくは0.400%であり、さらに好ましくは0.350%であり、さらに好ましくは0.300%である。
Bi: 0.500% or less Bismuth (Bi) is an optional element and may not be contained. That is, the Bi content may be 0%. When contained, that is, when the Bi content is more than 0%, Bi enhances the machinability of the steel material. If even a small amount of Bi is contained, the above effect can be obtained to some extent. However, if the Bi content exceeds 0.500%, the hot workability of the steel material decreases even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. Therefore, the Bi content is 0 to 0.500%, and when contained, it is 0.500% or less. The preferred lower limit of the Bi content is 0.001%, more preferably 0.005%, and more preferably 0.010%. The preferred upper limit of the Bi content is 0.450%, more preferably 0.400%, more preferably 0.350%, and more preferably 0.300%.
Pb:0.09%以下
鉛(Pb)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Pb含有量は0%であってもよい。含有される場合、つまり、Pb含有量が0%超の場合、Pbは鋼材の被削性を高める。Pbが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Pb含有量が0.09%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Pb含有量は0~0.09%であり、含有される場合、0.09%以下である。Pb含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.02%である。Pb含有量の好ましい上限は0.08%であり、さらに好ましくは0.07%である。
Pb: 0.09% or less Lead (Pb) is an optional element and may not be contained. In other words, the Pb content may be 0%. When it is contained, that is, when the Pb content is more than 0%, Pb enhances the machinability of the steel material. If even a small amount of Pb is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. However, if the Pb content exceeds 0.09%, the hot workability of the steel material decreases even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. Therefore, the Pb content is 0 to 0.09%, and when it is contained, it is 0.09% or less. The preferable lower limit of the Pb content is 0.01%, and more preferably 0.02%. The preferable upper limit of the Pb content is 0.08%, and more preferably 0.07%.
Sn:0.015%以下
すず(Sn)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Sn含有量は0%であってもよい。含有される場合、つまり、Sn含有量が0%超の場合、Snは鋼材の被削性を高める。Snが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Sn含有量が0.015%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Sn含有量は0~0.015%であり、含有される場合、0.015%以下である。Sn含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.005%である。Sn含有量の好ましい上限は0.013%であり、さらに好ましくは0.010%である。
Sn: 0.015% or less Tin (Sn) is an optional element and may not be contained. In other words, the Sn content may be 0%. When it is contained, that is, when the Sn content is more than 0%, Sn enhances the machinability of the steel material. If even a small amount of Sn is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. However, if the Sn content exceeds 0.015%, the hot workability of the steel material decreases even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. Therefore, the Sn content is 0 to 0.015%, and when it is contained, it is 0.015% or less. The preferable lower limit of the Sn content is 0.001%, and more preferably 0.005%. The preferable upper limit of the Sn content is 0.013%, and more preferably 0.010%.
Sb:0.006%以下
アンチモン(Sb)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Sb含有量は0%であってもよい。含有される場合、つまり、Sb含有量が0%超の場合、Sbは鋼材の被削性を高める。Sbが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Sb含有量が0.006%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Sb含有量は0~0.006%であり、含有される場合、0.006%以下である。Sb含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.002%である。Sb含有量の好ましい上限は0.005%である。
Sb: 0.006% or less Antimony (Sb) is an optional element and may not be contained. In other words, the Sb content may be 0%. When it is contained, that is, when the Sb content is more than 0%, Sb enhances the machinability of the steel material. If even a small amount of Sb is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. However, if the Sb content exceeds 0.006%, the hot workability of the steel material decreases even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. Therefore, the Sb content is 0 to 0.006%, and when it is contained, it is 0.006% or less. The preferable lower limit of the Sb content is 0.001%, and more preferably 0.002%. The preferable upper limit of the Sb content is 0.005%.
[式(1)~式(4)について]
本実施形態の鋼材の化学組成は、各元素含有量が上述の本実施形態の範囲内であることを前提として、さらに、式(1)~式(4)を満たす。
2.5≦(2Mn+5Cr+Mo)/Si≦7.5 (1)
Mn×Ni≦0.05 (2)
1.7≦Al/N≦2.4 (3)
22≦Mn/S≦65 (4)
ここで、式(1)~式(4)中の各元素記号には、対応する元素の質量%での含有量が代入される。
以下、各式について説明する。
[Regarding formulas (1) to (4)]
The chemical composition of the steel material of this embodiment further satisfies formulas (1) to (4), on the premise that the content of each element is within the range of this embodiment described above.
2.5≦(2Mn+5Cr+Mo)/Si≦7.5 (1)
Mn×Ni≦0.05 (2)
1.7≦Al/N≦2.4 (3)
22≦Mn/S≦65 (4)
Here, the content of the corresponding element in mass % is substituted for each element symbol in formulas (1) to (4).
Each formula will be explained below.
[式(1)について]
F1=(2Mn+5Cr+Mo)/Siと定義する。F1は、鋼材を素材として浸炭鋼部品を製造する製造工程中の真空浸炭処理において、浸炭工程中の鋼材表層におけるセメンタイトの形成能を示す指標である。
[Regarding formula (1)]
F1 is defined as (2Mn+5Cr+Mo)/Si. F1 is an index showing the ability of cementite to be formed in the surface layer of a steel material during a vacuum carburizing process in a manufacturing process for producing carburized steel parts using steel material as a raw material.
真空浸炭処理は、真空又は減圧下において、浸炭工程と拡散工程とを1回ずつ実施する、又は、浸炭工程と拡散工程とを交互に繰り返して複数回実施する。浸炭工程では、炭化水素系のガスを導入し、鋼材表層に適切な量のセメンタイトを形成させる。そして、拡散工程では、炭化水素系のガスの導入を停止する。そのため、拡散工程において、セメンタイトが分解され、セメンタイトの分解により鋼材表層の炭素の濃度が高まる。その結果、真空浸炭処理の拡散工程では、ガス浸炭処理の拡散工程と比較して、表層のオーステナイト中の炭素濃度の勾配が大きくなり、鋼材内部へのC侵入量を高めることができる。上述のとおり、真空浸炭処理の拡散工程では、炭化水素系のガスを導入せず、前段の浸炭工程で鋼材表層に形成されたセメンタイトを炭素(C)供給源として、鋼材内部にCを拡散浸透させる。その結果、真空浸炭処理は、ガス浸炭処理と比較して、短時間で硬化層を形成することができる。真空浸炭処理はさらに、真空又は減圧下で実施される。そのため、鋼材表層において粒界酸化層が形成しにくい。そのため、鋼材の化学組成において、Si、Cr及びMnといった酸化物を形成しやすい元素の含有量を高めることができる。 In the vacuum carburizing process, a carburizing step and a diffusion step are performed once each in a vacuum or under reduced pressure, or the carburizing step and the diffusion step are alternately repeated multiple times. In the carburizing step, a hydrocarbon-based gas is introduced to form an appropriate amount of cementite on the surface layer of the steel material. Then, in the diffusion step, the introduction of the hydrocarbon-based gas is stopped. Therefore, in the diffusion step, the cementite is decomposed, and the carbon concentration in the surface layer of the steel material increases due to the decomposition of the cementite. As a result, in the diffusion step of the vacuum carburizing process, the gradient of the carbon concentration in the austenite in the surface layer is larger than in the diffusion step of the gas carburizing process, and the amount of C penetrating into the inside of the steel material can be increased. As described above, in the diffusion step of the vacuum carburizing process, no hydrocarbon-based gas is introduced, and the cementite formed on the surface layer of the steel material in the previous carburizing step is used as a carbon (C) supply source to diffuse and penetrate C into the inside of the steel material. As a result, the vacuum carburizing process can form a hardened layer in a short time compared to the gas carburizing process. The vacuum carburizing process is further performed under vacuum or reduced pressure. Therefore, a grain boundary oxide layer is less likely to form on the surface of the steel material. Therefore, the content of elements that easily form oxides, such as Si, Cr, and Mn, can be increased in the chemical composition of the steel material.
本実施の形態の鋼材の化学組成において、Mn、Cr及びMoはいずれもCとの親和性が高く、真空浸炭処理の浸炭工程において、鋼材の表層にセメンタイトや合金炭化物(以下、セメンタイト等)を形成させやすい。一方、SiはCとの親和性が低く、真空浸炭処理の浸炭工程において、鋼材の表層にセメンタイト等を形成させにくい。したがって、本実施形態の鋼材の化学組成において、各元素含有量が本実施形態の範囲内であることを前提として、Mn、Cr、Mo及びSiの含有量を適切に調整することにより、真空浸炭処理の浸炭工程における鋼材表層のセメンタイト等の量を適切な範囲に調整できる。 In the chemical composition of the steel material of this embodiment, Mn, Cr, and Mo all have a high affinity with C, and are likely to form cementite and alloy carbides (hereinafter, cementite, etc.) on the surface layer of the steel material in the carburizing process of the vacuum carburizing treatment. On the other hand, Si has a low affinity with C, and is unlikely to form cementite, etc. on the surface layer of the steel material in the carburizing process of the vacuum carburizing treatment. Therefore, in the chemical composition of the steel material of this embodiment, the amount of cementite, etc. on the surface layer of the steel material in the carburizing process of the vacuum carburizing treatment can be adjusted to an appropriate range by appropriately adjusting the contents of Mn, Cr, Mo, and Si, assuming that the content of each element is within the range of this embodiment.
本実施形態の鋼材の化学組成において、各元素含有量が本実施形態の範囲内であることを前提として、F1が2.5未満である場合、Mn、Cr及びMoの含有量に対して、Si含有量が過剰に高い。この場合、真空浸炭処理の浸炭工程において、鋼材の表層にセメンタイト等が形成されにくい。そのため、拡散工程において、オーステナイト中の炭素濃度の勾配が小さくなる。その結果、真空浸炭処理において、鋼材内部へのCの侵入及び拡散が不足する。その結果、浸炭鋼部品の表層の硬さが低くなり、面疲労強度(ピッチング特性)が低下する。 In the chemical composition of the steel material of this embodiment, assuming that the content of each element is within the range of this embodiment, if F1 is less than 2.5, the Si content is excessively high relative to the contents of Mn, Cr, and Mo. In this case, cementite and the like are unlikely to form in the surface layer of the steel material in the carburizing process of the vacuum carburizing treatment. Therefore, the gradient of the carbon concentration in the austenite becomes small in the diffusion process. As a result, the penetration and diffusion of C into the interior of the steel material is insufficient in the vacuum carburizing treatment. As a result, the hardness of the surface layer of the carburized steel part decreases, and the surface fatigue strength (pitting characteristics) decreases.
一方、本実施形態の鋼材の化学組成において、各元素含有量が本実施形態の範囲内であることを前提として、F1が7.5を超える場合、Si含有量に対して、Mn、Cr及びMoの含有量が過剰に高い。この場合、真空浸炭処理の浸炭工程において、鋼材の表層にセメンタイト等が過剰に多く形成される。その結果、拡散工程中にセメンタイト等がある程度は分解されるものの、粗大なセメンタイト等の一部は分解されずに残存する。そのため、浸炭鋼部品中に粗大なセメンタイト等が残存する場合がある。この場合、粗大なセメンタイト等は割れの起点となるため、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が低下する。 On the other hand, in the chemical composition of the steel material of this embodiment, assuming that the content of each element is within the range of this embodiment, when F1 exceeds 7.5, the content of Mn, Cr, and Mo is excessively high relative to the Si content. In this case, cementite, etc. is formed in an excessively large amount on the surface layer of the steel material in the carburizing process of the vacuum carburizing treatment. As a result, although the cementite, etc. is decomposed to a certain extent during the diffusion process, some of the coarse cementite, etc. remains without being decomposed. Therefore, coarse cementite, etc. may remain in the carburized steel part. In this case, the coarse cementite, etc. becomes the starting point of cracks, and the bending fatigue strength of the carburized steel part decreases.
F1が2.5~7.5であれば、Mn、Cr、Moの含有量に対するSi含有量が適切な範囲である。そのため、真空浸炭処理の浸炭工程において、適切な量のCが鋼材に侵入する。その結果、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であり、式(2)、式(3)及び式(4)を満たすことを前提として、鋼材を素材として製造された浸炭鋼部品は、高い曲げ疲労強度及び高い面疲労強度を有する。 If F1 is 2.5 to 7.5, the Si content relative to the Mn, Cr, and Mo contents is in the appropriate range. Therefore, an appropriate amount of C penetrates into the steel material during the carburizing process of the vacuum carburizing treatment. As a result, carburized steel parts manufactured using the steel material as a material have high bending fatigue strength and high surface fatigue strength, provided that the content of each element in the chemical composition is within the range of this embodiment and formulas (2), (3), and (4) are satisfied.
F1の好ましい下限は2.6であり、さらに好ましくは2.8であり、さらに好ましくは3.0であり、さらに好ましくは3.5であり、さらに好ましくは4.0である。F1の好ましい上限は7.4であり、さらに好ましくは7.3であり、さらに好ましくは7.2であり、さらに好ましくは7.0であり、さらに好ましくは6.8である。F1は計算により得られた値の小数第二位を四捨五入して得られた値である。 The preferred lower limit of F1 is 2.6, more preferably 2.8, more preferably 3.0, more preferably 3.5, and more preferably 4.0. The preferred upper limit of F1 is 7.4, more preferably 7.3, more preferably 7.2, more preferably 7.0, and more preferably 6.8. F1 is a value obtained by rounding the value obtained by calculation to one decimal place.
[式(2)について]
F2=Mn×Niと定義する。F2は、鋼材表層における残留オーステナイト量に関する指標である。Mn及びNiは、オーステナイト安定化元素であり、いずれも浸炭処理後の鋼材表層における残留オーステナイト量を過剰に増加させる。そのため、これらの元素含有量が過剰に多ければ、浸炭鋼部品において、十分な曲げ疲労強度が得られない。
[Regarding formula (2)]
F2 is defined as Mn×Ni. F2 is an index related to the amount of retained austenite in the surface layer of a steel material. Mn and Ni are austenite stabilizing elements, and both of them excessively increase the amount of retained austenite in the surface layer of a steel material after carburizing. Therefore, if the content of these elements is excessively high, sufficient bending fatigue strength cannot be obtained in the carburized steel part.
本実施形態の鋼材の化学組成において、各元素含有量が本実施形態の範囲内であることを前提として、F2が0.05を超えれば、浸炭処理後において、鋼材表層における残留オーステナイト量が過剰に増加する。この場合、浸炭鋼部品において、十分な曲げ疲労強度が得られない。F2が0.05以下であれば、Mn含有量及びNi含有量が適切な範囲に抑えられている。その結果、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であり、式(1)、式(3)及び式(4)を満たすことを前提として、鋼材を素材として製造された浸炭鋼部品では、高い曲げ疲労強度が得られる。 In the chemical composition of the steel material of this embodiment, if F2 exceeds 0.05, the amount of retained austenite in the steel surface layer increases excessively after carburizing, assuming that the content of each element is within the range of this embodiment. In this case, sufficient bending fatigue strength is not obtained in the carburized steel part. If F2 is 0.05 or less, the Mn content and Ni content are kept within appropriate ranges. As a result, assuming that the content of each element in the chemical composition is within the range of this embodiment and satisfies formulas (1), (3), and (4), a carburized steel part manufactured using the steel material as a material will have high bending fatigue strength.
F2の好ましい上限は0.04であり、さらに好ましくは0.03であり、さらに好ましくは0.02であり、さらに好ましくは0.01である。F2の下限は特に限定されない。F2は0であってもよい。なお、F2は計算により得られた値の小数第三位を四捨五入して得られた値である。 The preferred upper limit of F2 is 0.04, more preferably 0.03, more preferably 0.02, and even more preferably 0.01. There is no particular limit to the lower limit of F2. F2 may be 0. Note that F2 is a value obtained by rounding off the value obtained by calculation to two decimal places.
[式(3)について]
F3=Al/Nと定義する。F3は、曲げ疲労強度に影響するAl介在物と、析出物であるAlNとに関する指標である。Al介在物は、浸炭鋼部品の曲げ疲労において、割れの起点となる。また、粗大なAlN(析出物)も、浸炭鋼部品の曲げ疲労において、割れの起点となる。したがって、Al介在物及び粗大なAlN(析出物)の生成をなるべく抑える方が好ましい。
[Regarding formula (3)]
F3 is defined as F3=Al/N. F3 is an index related to Al inclusions and AlN precipitates that affect bending fatigue strength. Al inclusions become the starting points of cracks during bending fatigue of carburized steel parts. Furthermore, coarse AlN (precipitates) also become the starting points of cracks during bending fatigue of carburized steel parts. Therefore, it is preferable to suppress the formation of Al inclusions and coarse AlN (precipitates) as much as possible.
本実施形態の鋼材の化学組成において、各元素含有量が本実施形態の範囲内であることを前提として、F3が1.7未満であれば、Al含有量がN含有量に対して過剰に多い。この場合、鋼材中のAl介在物が過剰に多くなる。そのため、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が低下する。 In the chemical composition of the steel material of this embodiment, assuming that the content of each element is within the range of this embodiment, if F3 is less than 1.7, the Al content is excessively high relative to the N content. In this case, there will be an excessive amount of Al inclusions in the steel material. As a result, the bending fatigue strength of the carburized steel part will decrease.
一方、本実施形態の鋼材の化学組成において、各元素含有量が本実施形態の範囲内であることを前提として、F3が2.4を超えれば、N含有量がAl含有量よりも過剰に多い。この場合、鋼材中の粗大なAlN(析出物)が過剰に多くなる。そのため、この場合も、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が低下する。 On the other hand, in the chemical composition of the steel material of this embodiment, assuming that the content of each element is within the range of this embodiment, if F3 exceeds 2.4, the N content is excessively higher than the Al content. In this case, the amount of coarse AlN (precipitates) in the steel material becomes excessively large. Therefore, in this case as well, the bending fatigue strength of the carburized steel part decreases.
本実施形態の鋼材の化学組成において、各元素含有量が本実施形態の範囲内であることを前提として、F3が1.7~2.4であれば、鋼材中のAl介在物の生成を十分に抑制でき、かつ、粗大なAlN(析出物)の生成を十分に抑制できる。そのため、式(1)、式(2)及び式(4)を満たすことを前提として、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度を高めることができる。 In the chemical composition of the steel material of this embodiment, assuming that the content of each element is within the range of this embodiment, if F3 is 1.7 to 2.4, the formation of Al inclusions in the steel material can be sufficiently suppressed, and the formation of coarse AlN (precipitates) can also be sufficiently suppressed. Therefore, assuming that formulas (1), (2), and (4) are satisfied, the bending fatigue strength of the carburized steel part can be increased.
F3の好ましい下限は1.8であり、さらに好ましくは1.9であり、さらに好ましくは2.0である。F3の好ましい上限は2.3であり、さらに好ましくは2.2であり、さらに好ましくは2.1である。なお、F3は計算により得られた値の小数第二位を四捨五入して得られた値である。 The preferred lower limit of F3 is 1.8, more preferably 1.9, and even more preferably 2.0. The preferred upper limit of F3 is 2.3, more preferably 2.2, and even more preferably 2.1. Note that F3 is a value obtained by rounding off the calculated value to one decimal place.
[式(4)について]
F4=Mn/Sと定義する。F4は、曲げ疲労強度に影響するMnSに関する指標である。MnSは鋼材の被削性を高める。しかしながら、粗大なMnSは、浸炭鋼部品の曲げ疲労において、割れの起点となる。そのため、粗大なMnSが過剰に多く形成されれば、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が低下する。
[Regarding formula (4)]
F4 is defined as Mn/S. F4 is an index related to MnS, which affects bending fatigue strength. MnS improves the machinability of steel materials. However, coarse MnS can be the starting point of cracks during bending fatigue of carburized steel parts. Therefore, if excessive coarse MnS is formed, the bending fatigue strength of the carburized steel parts will decrease.
本実施形態の鋼材の化学組成において、各元素含有量が本実施形態の範囲内であることを前提として、F4が22未満であれば、鋼材中のMn含有量に対してS含有量が過剰に高い。この場合、粗大なMnSが過剰に多く形成される。そのため、鋼材を素材として製造された浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が低下する。さらに、FeSが粒界に過剰に生成する。そのため、鋼材の熱間加工性が低下する。 In the chemical composition of the steel material of this embodiment, assuming that the content of each element is within the range of this embodiment, if F4 is less than 22, the S content is excessively high relative to the Mn content in the steel material. In this case, excessively large coarse MnS is formed. As a result, the bending fatigue strength of carburized steel parts manufactured using the steel material as a material decreases. Furthermore, excessive FeS is formed at the grain boundaries. As a result, the hot workability of the steel material decreases.
一方、本実施形態の鋼材の化学組成において、各元素含有量が本実施形態の範囲内であることを前提として、F4が65を超えれば、鋼材中のS含有量に対してMn含有量が過剰に高い。この場合、Mnが鋼材の中心軸付近に偏析する。そのため、この中心偏析部において、粗大なMnSが過剰に多く形成される。その結果、鋼材を素材として製造された浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が低下する。 On the other hand, in the chemical composition of the steel material of this embodiment, assuming that the content of each element is within the range of this embodiment, if F4 exceeds 65, the Mn content is excessively high relative to the S content in the steel material. In this case, Mn segregates near the central axis of the steel material. Therefore, in this central segregation area, an excessive amount of coarse MnS is formed. As a result, the bending fatigue strength of the carburized steel part manufactured using the steel material as a material decreases.
本実施形態の鋼材の化学組成において、各元素含有量が本実施形態の範囲内であることを前提として、F4が22~65であれば、Mn含有量とS含有量との関係が適切である。そのため、粗大なMnSが過剰に生成するのを抑制できる。その結果、鋼材を素材として製造された浸炭鋼部品において、十分な曲げ疲労強度が得られる。 In the chemical composition of the steel material of this embodiment, assuming that the content of each element is within the range of this embodiment, if F4 is 22 to 65, the relationship between the Mn content and the S content is appropriate. Therefore, the excessive generation of coarse MnS can be suppressed. As a result, sufficient bending fatigue strength is obtained in carburized steel parts manufactured using the steel material as a material.
F4の好ましい下限は24であり、さらに好ましくは26であり、さらに好ましくは28あり、さらに好ましくは30であり、さらに好ましくは32であり、さらに好ましくは34である。F4の好ましい上限は63であり、さらに好ましくは61であり、さらに好ましくは59であり、さらに好ましくは57であり、さらに好ましくは55であり、さらに好ましくは53である。なお、F4は計算により得られた値の小数第一位を四捨五入して得られた値である。 The preferred lower limit of F4 is 24, more preferably 26, more preferably 28, more preferably 30, more preferably 32, and more preferably 34. The preferred upper limit of F4 is 63, more preferably 61, more preferably 59, more preferably 57, more preferably 55, and more preferably 53. Note that F4 is a value obtained by rounding off the calculated value to one decimal place.
[鋼材のミクロ組織について]
本実施形態の鋼材のミクロ組織は特に限定されない。本実施形態の鋼材の課題は、鋼材を素材として製造される浸炭鋼部品において、高い曲げ疲労強度及び高い面疲労強度を得ることである。そして、鋼材を素材として浸炭鋼部品を製造する製造工程において、後述するとおり、例えば、鋼材に対して真空浸炭処理が実施される。真空浸炭処理では鋼材をAc3変態点温度以上に加熱するため、鋼材のミクロ組織がリセットされる。そのため、浸炭鋼部品の素材である鋼材のミクロ組織は特に限定されない。本実施形態の鋼材は、化学組成中の各元素含有量が上述の範囲であって、さらに、式(1)~式(4)を満たす。そのため、本実施形態の鋼材を素材として、真空浸炭処理を実施して浸炭鋼部品を製造した場合、浸炭鋼部品において、高い曲げ疲労強度及び高い面疲労強度(ピッチング特性)が得られる。
[About the microstructure of steel materials]
The microstructure of the steel material of this embodiment is not particularly limited. The objective of the steel material of this embodiment is to obtain high bending fatigue strength and high surface fatigue strength in a carburized steel part manufactured using the steel material as a material. In the manufacturing process for manufacturing a carburized steel part using the steel material as a material, for example, a vacuum carburizing treatment is performed on the steel material as described below. In the vacuum carburizing treatment, the steel material is heated to the A c3 transformation point temperature or higher, so that the microstructure of the steel material is reset. Therefore, the microstructure of the steel material that is the material for the carburized steel part is not particularly limited. The steel material of this embodiment has each element content in the chemical composition in the above-mentioned range, and further satisfies formulas (1) to (4). Therefore, when a carburized steel part is manufactured using the steel material of this embodiment as a material and a vacuum carburizing treatment is performed, the carburized steel part can obtain high bending fatigue strength and high surface fatigue strength (pitting characteristics).
[本実施形態の鋼材の用途]
本実施形態の鋼材は、真空浸炭処理を施して製造される浸炭鋼部品の素材として好適である。特に、自動車や建設車両等の機械製品に利用される歯車に代表される、曲げ疲労強度と面疲労強度(ピッチング特性)とを求められる浸炭鋼部品の素材として好適である。なお、本実施形態の鋼材は、ガス浸炭処理を施して製造される浸炭鋼部品の素材として用いることも可能である。
[Use of the steel material according to this embodiment]
The steel material of this embodiment is suitable as a material for carburized steel parts manufactured by vacuum carburizing. In particular, it is suitable as a material for carburized steel parts that require bending fatigue strength and surface fatigue strength (pitting characteristics), such as gears used in mechanical products such as automobiles and construction vehicles. The steel material of this embodiment can also be used as a material for carburized steel parts manufactured by gas carburizing.
[本実施形態の鋼材の製造方法]
本実施形態の鋼材の製造方法の一例を説明する。以降に説明する鋼材の製造方法は、本実施形態の鋼材を製造するための一例である。したがって、上述の構成を有する鋼材は、以降に説明する製造方法以外の他の製造方法により製造されてもよい。しかしながら、以降に説明する製造方法は、本実施形態の鋼材の製造方法の好ましい一例である。
[Method of manufacturing steel material according to this embodiment]
An example of a method for manufacturing the steel material of this embodiment will be described. The method for manufacturing the steel material described below is one example for manufacturing the steel material of this embodiment. Therefore, the steel material having the above-mentioned configuration may be manufactured by a manufacturing method other than the manufacturing method described below. However, the manufacturing method described below is a preferred example of the method for manufacturing the steel material of this embodiment.
本実施形態の鋼材の製造方法の一例は、素材を準備する工程(素材準備工程)と、素材を熱間加工して鋼材を製造する工程(熱間加工工程)とを備える。以下、各工程について説明する。 An example of a method for manufacturing a steel material according to this embodiment includes a process for preparing a raw material (raw material preparation process) and a process for hot working the raw material to manufacture a steel material (hot working process). Each process will be described below.
[素材準備工程]
素材準備工程では、本実施形態の鋼材の素材を準備する。具体的には、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であり、かつ、式(1)~式(4)を満たす溶鋼を製造する。精錬方法は特に限定されず、周知の方法を用いればよい。例えば、周知の方法で製造された溶銑に対して転炉での精錬(一次精錬)を実施する。転炉から出鋼した溶鋼に対して、周知の二次精錬を実施する。二次精錬において、成分調整の合金元素の添加を実施して、各元素含有量が本実施形態の範囲内であり、かつ、式(1)~式(4)を満たす化学組成を有する溶鋼を製造する。
[Material preparation process]
In the material preparation step, a material for the steel material of this embodiment is prepared. Specifically, molten steel is produced in which the content of each element in the chemical composition is within the range of this embodiment and satisfies formulas (1) to (4). The refining method is not particularly limited, and any known method may be used. For example, molten iron produced by a known method is refined in a converter (primary refining). The molten steel tapped from the converter is subjected to known secondary refining. In the secondary refining, alloy elements are added to adjust the composition, and molten steel is produced in which the content of each element is within the range of this embodiment and has a chemical composition that satisfies formulas (1) to (4).
上述の精錬方法により製造された溶鋼を用いて、周知の鋳造法により素材を製造する。例えば、溶鋼を用いて造塊法によりインゴットを製造する。また、溶鋼を用いて連続鋳造法によりブルームを製造してもよい。以上の方法により、素材(インゴット又はブルーム)を製造する。 The molten steel produced by the above-mentioned refining method is used to manufacture materials using known casting methods. For example, the molten steel is used to manufacture ingots using an ingot casting method. The molten steel may also be used to manufacture blooms using a continuous casting method. Materials (ingots or blooms) are manufactured using the above methods.
[熱間加工工程]
熱間加工工程では、素材準備工程にて準備された素材(インゴット又はブルーム)に対して、熱間加工を実施して、本実施形態の鋼材(棒鋼)を製造する。熱間加工方法は、熱間鍛造でもよいし、熱間圧延でもよい。以下の説明では、熱間加工が熱間圧延である場合について説明する。この場合、熱間加工工程は例えば、分塊圧延工程と、仕上げ圧延工程とを含む。
[Hot processing process]
In the hot working process, hot working is performed on the material (ingot or bloom) prepared in the material preparation process to produce the steel material (steel bar) of this embodiment. The hot working method may be hot forging or hot rolling. In the following description, the case where the hot working is hot rolling will be described. In this case, the hot working process includes, for example, a blooming process and a finish rolling process.
[分塊圧延工程]
分塊圧延工程では、素材を熱間圧延してビレットを製造する。具体的には、分塊圧延工程では、分塊圧延機により素材に対して熱間圧延(分塊圧延)を実施して、ビレットを製造する。分塊圧延機の下流に連続圧延機が配置されている場合、分塊圧延後のビレットに対してさらに、連続圧延機を用いて熱間圧延を実施して、さらにサイズの小さいビレットを製造してもよい。分塊圧延工程での加熱温度は周知の範囲で足りる。加熱温度は例えば、1000~1300℃である。
[Slabbing rolling process]
In the blooming process, the material is hot rolled to produce a billet. Specifically, in the blooming process, the material is hot rolled (blooming) by a blooming mill to produce a billet. If a continuous rolling mill is disposed downstream of the blooming mill, the billet after blooming may be further hot rolled by the continuous rolling mill to produce a smaller billet. The heating temperature in the blooming process may be within a known range. The heating temperature is, for example, 1000 to 1300°C.
[仕上げ圧延工程]
仕上げ圧延工程では、分塊圧延工程で製造されたビレットに対して連続圧延機を用いて熱間圧延を実施して、鋼材である棒鋼を製造する。仕上げ圧延工程での加熱温度は周知の温度で足りる。加熱温度は例えば900~1250℃である。熱間圧延後の鋼材を常温まで冷却する。冷却方法は特に限定されないが、例えば、放冷である。
[Finish rolling process]
In the finish rolling process, the billet produced in the blooming process is hot-rolled using a continuous rolling mill to produce a steel bar. A known heating temperature is sufficient for the finish rolling process. The heating temperature is, for example, 900 to 1250°C. The steel after hot rolling is cooled to room temperature. The cooling method is not particularly limited, but for example, it is natural cooling.
以上の製造方法により、本実施形態の鋼材が製造される。なお、上述の製造方法は、本実施形態の鋼材を製造するための製造方法の一例である。したがって、上述の製造方法以外の他の方法により、本実施形態の鋼材を製造してもよい。つまり、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であり、式(1)~式(4)を満たす鋼材であれば、製造方法は限定されない。 The steel material of this embodiment is manufactured by the above manufacturing method. Note that the above manufacturing method is one example of a manufacturing method for manufacturing the steel material of this embodiment. Therefore, the steel material of this embodiment may be manufactured by a method other than the above manufacturing method. In other words, as long as the content of each element in the chemical composition is within the range of this embodiment and the steel material satisfies formulas (1) to (4), the manufacturing method is not limited.
上述の製造方法の一例では、素材準備工程を実施した後、熱間加工工程を実施している。しかしながら、本実施形態の鋼材の製造方法は、素材準備工程を実施した後、熱間加工工程を実施しなくてもよい。つまり、本実施形態の鋼材は、鋳造材(インゴット又はブルーム、ビレット)であってもよい。 In the example of the manufacturing method described above, a hot working process is carried out after the material preparation process. However, in the manufacturing method of the steel material of this embodiment, it is not necessary to carry out the hot working process after carrying out the material preparation process. In other words, the steel material of this embodiment may be a cast material (ingot, bloom, or billet).
また、素材準備工程後の鋼材、又は、熱間加工工程後の鋼材に対して、周知の焼準処理、及び/又は、周知の球状化焼鈍を実施してもよい。球状化焼鈍では例えば、焼鈍温度を720~780℃とし、焼鈍温度での保持時間を3~8時間とする。さらに、焼鈍温度から600℃までの冷却時間を4時間以上(8時間以下)とする。その後、放冷する。 In addition, the steel material after the material preparation process or the steel material after the hot working process may be subjected to a well-known normalizing process and/or a well-known spheroidizing annealing process. In spheroidizing annealing, for example, the annealing temperature is set to 720 to 780°C, and the holding time at the annealing temperature is set to 3 to 8 hours. Furthermore, the cooling time from the annealing temperature to 600°C is set to 4 hours or more (8 hours or less). Then, the steel material is allowed to cool.
[浸炭鋼部品の構成]
本実施形態の浸炭鋼部品は、上述の本実施形態の鋼材を素材として真空浸炭処理(真空浸炭処理又は真空浸炭窒化処理)を施して製造される。浸炭鋼部品は、例えば、自動車及び建設車両等に用いられる機械部品であり、例えば、歯車である。
[Composition of carburized steel parts]
The carburized steel part of this embodiment is manufactured by subjecting the steel material of this embodiment described above to a vacuum carburizing process (vacuum carburizing process or vacuum carbonitriding process). The carburized steel part is a machine part, such as a gear, used in, for example, automobiles and construction vehicles.
本実施形態の浸炭鋼部品は、硬化層と、硬化層よりも内部の芯部とを備える。硬化層は、真空浸炭処理によりCが侵入及び拡散して硬化した層である。具体的には、真空浸炭処理を実施した場合、硬化層は浸炭層に相当し、真空浸炭窒化処理を実施した場合、硬化層は浸炭窒化層に相当する。芯部は、硬化層よりも内部の部分であって、真空浸炭によるCの侵入及び拡散の影響がない領域である。硬化層と芯部とは周知のミクロ組織観察により区別可能であることは、当業者において周知の技術事項である。 The carburized steel part of this embodiment has a hardened layer and a core part inside the hardened layer. The hardened layer is a layer hardened by the penetration and diffusion of C by vacuum carburization. Specifically, when vacuum carburization is performed, the hardened layer corresponds to the carburized layer, and when vacuum carbonitriding is performed, the hardened layer corresponds to the carbonitrided layer. The core part is a part inside the hardened layer, and is an area that is not affected by the penetration and diffusion of C by vacuum carburization. It is a technical matter well known to those skilled in the art that the hardened layer and the core part can be distinguished by well-known microstructural observation.
[芯部について]
本実施形態の浸炭鋼部品の芯部の化学組成は、上述の本実施形態の鋼材の化学組成と同じである。具体的には、本実施形態の浸炭鋼部品の芯部の化学組成は、質量%で、C:0.10~0.35%、Si:0.60~1.50%、Mn:0.20~1.30%、P:0.030%以下、S:0.050%以下、Ni:0.01~0.20%、Cr:0.65~1.50%、Mo:0.01~0.60%、Al:0.045%以下、及び、N:0.0250%以下、を含有し、残部がFe及び不純物からなり、式(1)~式(4)を満たす。
2.5≦(2Mn+5Cr+Mo)/Si≦7.5 (1)
Mn×Ni≦0.05 (2)
1.7≦Al/N≦2.4 (3)
22≦Mn/S≦65 (4)
ここで、式(1)~式(4)中の各元素記号には、対応する元素の質量%での含有量が代入される。
[About the core]
The chemical composition of the core of the carburized steel part of this embodiment is the same as that of the steel material of this embodiment described above. Specifically, the chemical composition of the core of the carburized steel part of this embodiment contains, in mass%, C: 0.10-0.35%, Si: 0.60-1.50%, Mn: 0.20-1.30%, P: 0.030% or less, S: 0.050% or less, Ni: 0.01-0.20%, Cr: 0.65-1.50%, Mo: 0.01-0.60%, Al: 0.045% or less, and N: 0.0250% or less, with the balance being Fe and impurities, and satisfies formulas (1) to (4).
2.5≦(2Mn+5Cr+Mo)/Si≦7.5 (1)
Mn×Ni≦0.05 (2)
1.7≦Al/N≦2.4 (3)
22≦Mn/S≦65 (4)
Here, the content of the corresponding element in mass % is substituted for each element symbol in formulas (1) to (4).
芯部の化学組成はさらに、Feの一部に代えて、V:0.50%以下、Nb:0.030%以下、Ti:0.200%以下、Cu:0.50%以下、W:0.50%以下、Co:0.50%以下、及び、B:0.0010%以下、からなる群から選択される1種以上を含有してもよい。 The chemical composition of the core may further contain, in place of a portion of Fe, one or more elements selected from the group consisting of V: 0.50% or less, Nb: 0.030% or less, Ti: 0.200% or less, Cu: 0.50% or less, W: 0.50% or less, Co: 0.50% or less, and B: 0.0010% or less.
芯部の化学組成はさらに、Feの一部に代えて、Ca:0.0015%以下、Mg:0.010%以下、及び、希土類元素:0.0100%以下、からなる群から選択される1種以上を含有してもよい。 The chemical composition of the core may further contain, in place of a portion of Fe, one or more elements selected from the group consisting of Ca: 0.0015% or less, Mg: 0.010% or less, and rare earth elements: 0.0100% or less.
芯部の化学組成はさらに、Feの一部に代えて、Te:0.100%以下、Bi:0.500%以下、Pb:0.09%以下、Sn:0.015%以下、及び、Sb:0.006%以下、からなる群から選択される1種以上を含有してもよい。 The chemical composition of the core may further contain, in place of a portion of Fe, one or more elements selected from the group consisting of Te: 0.100% or less, Bi: 0.500% or less, Pb: 0.09% or less, Sn: 0.015% or less, and Sb: 0.006% or less.
[硬化層について]
硬化層の構成は次のとおりである。
(1)浸炭鋼部品の表面から50μm深さまでの領域でのC濃度が質量%で0.60%以上である。
(2)浸炭鋼部品の表面から20μm深さ位置でのミクロ組織は、マルテンサイトからなり、又は、マルテンサイト及び残留オーステナイトからなり、残留オーステナイトの体積率は0~40%である。
以下、各構成について説明する。
[About the hardened layer]
The composition of the hardened layer is as follows:
(1) The carbon concentration in the region from the surface of the carburized steel component to a depth of 50 μm is 0.60% or more by mass.
(2) The microstructure at a depth of 20 μm from the surface of the carburized steel part consists of martensite or of martensite and retained austenite, and the volume fraction of the retained austenite is 0 to 40%.
Each component will be described below.
[表層のC濃度について]
浸炭鋼部品の表面から50μm深さまでの領域(以下、表層領域という)は、硬化層に含まれる。表層領域でのC濃度は質量%で0.60%以上である。硬化層のC濃度は芯部のC濃度よりも高い。表層領域でのC濃度が質量%で0.60%以上であれば、硬化層の硬さが十分に硬い。そのため、浸炭鋼部品において、十分な面疲労強度及び十分な曲げ疲労強度が得られる。
[C concentration in the surface layer]
The area from the surface of the carburized steel part to a depth of 50 μm (hereinafter referred to as the surface region) is included in the hardened layer. The C concentration in the surface region is 0.60% or more by mass. The C concentration in the hardened layer is higher than the C concentration in the core. If the C concentration in the surface region is 0.60% or more by mass, the hardness of the hardened layer is sufficiently high. Therefore, the carburized steel part can obtain sufficient surface fatigue strength and sufficient bending fatigue strength.
表層領域でのC濃度の好ましい下限は0.65%であり、さらに好ましくは0.70%であり、さらに好ましくは0.75%である。表層領域でのC濃度の上限は特に限定されない。表層領域でのC濃度の好ましい上限は例えば、1.30%であり、さらに好ましくは1.20%であり、さらに好ましくは1.10%である。 The preferred lower limit of the C concentration in the surface region is 0.65%, more preferably 0.70%, and even more preferably 0.75%. The upper limit of the C concentration in the surface region is not particularly limited. The preferred upper limit of the C concentration in the surface region is, for example, 1.30%, more preferably 1.20%, and even more preferably 1.10%.
[表層のC濃度の測定方法]
表層領域のC濃度は次の方法で測定できる。浸炭鋼部品の表面から50μm深さまで切削加工を実施して、表面から50μm深さまでの表層領域の切粉を採取する。採取した切粉を用いて化学分析を実施する。具体的には、採取した切粉に対して、周知の高周波燃焼法(燃焼-赤外線吸収法)を実施して、C濃度を得る。具体的には、上述の切粉を酸素気流中で高周波誘導加熱により燃焼して、発生した二酸化炭素,一酸化炭素を検出し、C濃度(質量%)を求める。得られたC濃度(質量%)を、浸炭鋼部品の表面から50μm深さまでの領域(表層領域)におけるC濃度(質量%)と定義する。
[Method for measuring C concentration in surface layer]
The carbon concentration in the surface region can be measured by the following method. Cutting is performed from the surface of the carburized steel part to a depth of 50 μm, and chips from the surface region to a depth of 50 μm are collected. Chemical analysis is performed using the collected chips. Specifically, the well-known high-frequency combustion method (combustion-infrared absorption method) is performed on the collected chips to obtain the carbon concentration. Specifically, the above-mentioned chips are burned by high-frequency induction heating in an oxygen stream, and the generated carbon dioxide and carbon monoxide are detected to obtain the carbon concentration (mass %). The obtained carbon concentration (mass %) is defined as the carbon concentration (mass %) in the region (surface region) from the surface of the carburized steel part to a depth of 50 μm.
[硬化層のミクロ組織について]
浸炭鋼部品の表面から20μm深さ位置は、硬化層に含まれる。浸炭鋼部品の表面から20μm深さ位置でのミクロ組織は、マルテンサイトからなり、又は、マルテンサイト及び残留オーステナイトからなり、残留オーステナイトの体積率は0~40%である。つまり、ミクロ組織がマルテンサイト及び残留オーステナイトからなる場合、残留オーステナイトの体積率は40%以下である。なお、硬化層におけるミクロ組織が主としてマルテンサイトとなることは技術常識である。
[Microstructure of the hardened layer]
The
浸炭鋼部品の表面から20μm深さ位置での残留オーステナイトの体積率が40%を超えれば、硬化層の硬さが低すぎる。この場合、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が低くなる。浸炭鋼部品の表面から20μm深さ位置での残留オーステナイトの体積率が0~40%であれば、硬化層が十分な硬さを有する。そのため、浸炭鋼部品の曲げ疲労強度が高まる。炭鋼部品の表面から20μm深さ位置での残留オーステナイトの体積率の好ましい上限は35%であり、さらに好ましくは30%であり、さらに好ましくは28%である。残留オーステナイトの体積率は低い方が好ましい。しかしながら、残留オーステナイトを0%にすることは困難で、製造コストも高くなる。したがって、工業生産を考慮した場合、残留オーステナイトの好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは1%である。 If the volume fraction of the retained austenite at a depth of 20 μm from the surface of the carburized steel part exceeds 40%, the hardness of the hardened layer is too low. In this case, the bending fatigue strength of the carburized steel part is low. If the volume fraction of the retained austenite at a depth of 20 μm from the surface of the carburized steel part is 0-40%, the hardened layer has sufficient hardness. Therefore, the bending fatigue strength of the carburized steel part is increased. The preferred upper limit of the volume fraction of the retained austenite at a depth of 20 μm from the surface of the carburized steel part is 35%, more preferably 30%, and even more preferably 28%. The lower the volume fraction of the retained austenite, the better. However, it is difficult to reduce the retained austenite to 0%, and the manufacturing cost will be high. Therefore, when considering industrial production, the preferred lower limit of the retained austenite is more than 0%, and even more preferably 1%.
[残留オーステナイトの体積率の測定方法]
残留オーステナイトの体積率は,次の方法で測定される。浸炭鋼部品の表面から20μm深さ位置まで電解研磨で研磨して、表面から20μm深さ位置を露出させる。X線回折装置を用いて、露出させた面の任意の位置にX線を照射して、残留オーステナイトの体積率(%)を測定する。残留オーステナイトの体積率はX線回折で得られた(211)bccの回折ピークの積分強度と、(220)fccの回折ピークの積分強度との比(積分強度比)から算出する。具体的には、残留オーステナイトの体積率(%)は、(211)bcc(α相)の積分強度をIαとし、(220)fcc(γ相)の積分強度をIγとしたとき、次の式から求めることができる。
残留オーステナイトの体積率=Iγ/(RIα+Iγ)
ここで、R=0.36746である。
[Method for measuring volume fraction of retained austenite]
The volume fraction of retained austenite is measured by the following method. The surface of the carburized steel part is polished by electrolytic polishing to a depth of 20 μm, and the
Volume fraction of retained austenite = Iγ / (RIα + Iγ)
Here, R = 0.36746.
以上の構成を有する浸炭鋼部品は、芯部の化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であり、かつ、式(1)~式(4)を満たす。さらに、浸炭鋼部品の表面から50μm深さまでの領域(表層領域)でのC濃度が0.60%以上であり、浸炭鋼部品の表面から20μm深さ位置でのミクロ組織はマルテンサイトからなり、又は、マルテンサイト及び残留オーステナイトからなり、残留オーステナイトの体積率は0~40%である。そのため、本実施形態の浸炭鋼部品は高い曲げ疲労強度及び高い面疲労強度を有する。 The carburized steel part having the above configuration has the content of each element in the chemical composition of the core within the above-mentioned range, and satisfies formulas (1) to (4). Furthermore, the C concentration in the region from the surface of the carburized steel part to a depth of 50 μm (surface region) is 0.60% or more, and the microstructure at a depth of 20 μm from the surface of the carburized steel part consists of martensite or martensite and retained austenite, with the volume fraction of retained austenite being 0 to 40%. Therefore, the carburized steel part of this embodiment has high bending fatigue strength and high surface fatigue strength.
[浸炭鋼部品の製造方法]
本実施形態の浸炭鋼部品の製造方法の一例を説明する。以降に説明する浸炭鋼部品の製造方法は、本実施形態の浸炭鋼部品を製造するための一例である。したがって、上述の構成を有する浸炭鋼部品は、以降に説明する製造方法以外の他の製造方法により製造されてもよい。しかしながら、以降に説明する製造方法は、本実施形態の浸炭鋼部品の製造方法の好ましい一例である。
[Manufacturing method of carburized steel parts]
An example of a manufacturing method for the carburized steel part of this embodiment will be described. The manufacturing method for the carburized steel part described below is one example for manufacturing the carburized steel part of this embodiment. Therefore, the carburized steel part having the above-mentioned configuration may be manufactured by a manufacturing method other than the manufacturing method described below. However, the manufacturing method described below is a preferred example of a manufacturing method for the carburized steel part of this embodiment.
浸炭鋼部品は、熱間加工工程又は冷間加工工程と、切削加工工程と、熱処理工程とを備える。熱間加工工程及び冷間加工工程は、いずれかの工程が実施される。 Carburized steel parts are processed through a hot or cold working process, a cutting process, and a heat treatment process. Either the hot working process or the cold working process is performed.
[熱間加工工程]
熱間加工工程が実施される場合、本実施形態の鋼材に対して熱間加工を実施する。熱間加工は例えば、周知の熱間鍛造である。熱間加工工程での加熱温度は例えば、1000~1300℃である。熱間加工後の鋼材は放冷(空冷)される。
[Hot processing process]
When the hot working step is carried out, hot working is carried out on the steel material of this embodiment. The hot working is, for example, the well-known hot forging. The heating temperature in the hot working step is, for example, 1000 to 1300°C. The steel material after the hot working is allowed to cool (air-cooled).
[冷間加工工程]
冷間加工工程が実施される場合、本実施形態の鋼材に対して周知の球状化焼鈍を実施した後、冷間加工を実施する。冷間加工の条件は特に制限されない。
[Cold working process]
When the cold working step is performed, the steel material of the present embodiment is subjected to a well-known spheroidizing annealing, and then cold working is performed. The conditions of the cold working are not particularly limited.
[切削加工工程]
切削加工工程では、熱間加工工程後の鋼材に対して、切削加工を実施して、所定形状の中間品を製造する。切削加工を実施することにより、熱間加工工程又は冷間加工工程だけでは困難な、精密形状を浸炭鋼部品に付与することができる。
[Cutting process]
In the cutting process, the steel material after the hot working process is cut to produce an intermediate product of a predetermined shape. By performing cutting, it is possible to give the carburized steel part a precise shape that would be difficult to achieve by the hot working process or cold working process alone.
[熱処理工程]
切削加工工程後の中間品に対して、熱処理を実施する。ここで、「熱処理」は、周知の真空浸炭処理工程と、周知の焼入れ工程と、周知の焼戻し工程とを含む。真空浸炭処理工程において、周知の条件を適宜調整して、浸炭鋼部品の硬化層のC濃度及びミクロ組織を調整することは、当業者に周知の技術事項である。以下、周知の真空浸炭処理工程、焼入れ工程、及び、焼戻し工程について説明する。
[Heat treatment process]
The intermediate product after the cutting process is subjected to a heat treatment. Here, "heat treatment" includes a well-known vacuum carburizing process, a well-known quenching process, and a well-known tempering process. In the vacuum carburizing process, it is a well-known technical matter for those skilled in the art to adjust the C concentration and microstructure of the hardened layer of the carburized steel part by appropriately adjusting well-known conditions. The well-known vacuum carburizing process, quenching process, and tempering process will be described below.
[真空浸炭処理工程]
図1は、真空浸炭処理工程S10及び焼入れ工程S20のヒートパターンの一例を示す図である。真空浸炭処理工程S10は、加熱工程S0と、浸炭工程S1と、拡散工程S2とを含む。図1のヒートパターンでは、浸炭工程S1後、拡散工程S2が実施されており、さらに浸炭工程S1及び拡散工程S2が繰り返し実施されている。このように、真空浸炭処理工程S10では、浸炭工程S1及び拡散工程S2が複数回繰り返して実施されてもよいし、浸炭工程S1及び拡散工程S2が1回ずつ実施されてもよい。浸炭工程S1及び拡散工程S2が3回以上繰り返し実施されてもよい。
[Vacuum carburizing process]
Fig. 1 is a diagram showing an example of a heat pattern of the vacuum carburizing process S10 and the quenching process S20. The vacuum carburizing process S10 includes a heating step S0, a carburizing process S1, and a diffusion step S2. In the heat pattern of Fig. 1, the carburizing process S1 is followed by the diffusion step S2, and the carburizing process S1 and the diffusion step S2 are then repeatedly performed. In this way, in the vacuum carburizing process S10, the carburizing process S1 and the diffusion step S2 may be repeated multiple times, or the carburizing process S1 and the diffusion step S2 may be performed once each. The carburizing process S1 and the diffusion step S2 may be repeated three or more times.
加熱工程S0では、炉内に装入された中間品を浸炭温度Tcまで加熱する。加熱工程S0での浸炭温度Tcは、例えば900~1100℃である。加熱工程S0ではさらに、炉内を真空又は減圧する。たとえば、炉内を1kPa以下まで減圧する。 In the heating step S0, the intermediate product loaded into the furnace is heated to the carburizing temperature Tc. The carburizing temperature Tc in the heating step S0 is, for example, 900 to 1100°C. In the heating step S0, the furnace is further evacuated or depressurized. For example, the furnace is depressurized to 1 kPa or less.
浸炭工程S1では、真空又は減圧下において、炉内に炭化水素系のガスを導入し、上記浸炭温度Tcで中間品を所定時間(保持時間t1)保持して、浸炭処理を実施する。浸炭工程S1における導入ガスは炭化水素系ガスであれば特に限定されないが、例えばアセチレンやプロパン等を使用する。浸炭温度Tcでの保持時間t1は特に限定されないが、例えば5~120分である。真空又は減圧下で浸炭を実施することにより、ガス浸炭処理の場合と比較して鋼材表層に侵入するC濃度を高めることができる。 In the carburizing process S1, a hydrocarbon gas is introduced into the furnace in a vacuum or under reduced pressure, and the intermediate product is held at the carburizing temperature Tc for a specified time (holding time t1) to carry out the carburizing process. The gas introduced in the carburizing process S1 is not particularly limited as long as it is a hydrocarbon gas, but for example, acetylene or propane is used. The holding time t1 at the carburizing temperature Tc is not particularly limited, but is, for example, 5 to 120 minutes. By carrying out carburizing in a vacuum or under reduced pressure, the C concentration penetrating into the steel surface can be increased compared to gas carburizing processing.
拡散工程S2では、炉内に炭化水素系のガスを導入しない状態で、浸炭温度Tcで所定時間(保持時間t2)保持する。拡散工程における炉内の圧力は、浸炭工程S1と同じでもよいし、浸炭工程S1における残留ガスを取り除くため、浸炭工程S1よりも減圧してもよい(例えば、100Pa以下)。浸炭温度Tcでの保持時間t2は特に限定されないが、例えば、5~120分である。 In the diffusion step S2, the carburizing temperature Tc is maintained for a predetermined time (retention time t2) without introducing any hydrocarbon gas into the furnace. The pressure in the furnace in the diffusion step may be the same as that in the carburizing step S1, or may be reduced in pressure (e.g., 100 Pa or less) compared to the carburizing step S1 in order to remove any residual gas from the carburizing step S1. The retention time t2 at the carburizing temperature Tc is not particularly limited, but is, for example, 5 to 120 minutes.
真空浸炭処理工程S10では、浸炭工程S1において、鋼材表層にCを侵入させて、表層にセメンタイト等を形成させる。そして、拡散工程S2において、表層中のセメンタイト等を分解して表層のCを内部に拡散する。真空又は減圧下で浸炭工程S1及び拡散工程S2の組合せを1回又は複数回繰り返し実施することにより、ガス浸炭処理と比較して、短時間で多くのC量を鋼材中に侵入及び拡散することができる。 In the vacuum carburizing process S10, in the carburizing process S1, C penetrates the surface layer of the steel material, forming cementite and the like in the surface layer. Then, in the diffusion process S2, the cementite and the like in the surface layer are decomposed and the C in the surface layer is diffused inward. By repeating the combination of the carburizing process S1 and the diffusion process S2 once or multiple times under vacuum or reduced pressure, a large amount of C can penetrate and diffuse into the steel material in a short time compared to gas carburizing.
[焼入れ工程]
真空浸炭処理工程S10後の中間品に対して焼入れ工程S20を実施する。焼入れ工程S20では、真空浸炭処理工程S10後の中間品をAr3点以上の焼入れ温度で保持後、中間品を急冷して焼入れする。焼入れ温度Tsでの保持時間t3は特に限定されないが、例えば、15~60分である。焼入れ温度Tsは、浸炭温度Tcよりも低い方が好ましい。焼入れ処理における冷却方法は、油冷又は水冷である。具体的には、冷却媒体である油又は水を入れた冷却浴に、焼入れ温度に保持された中間品を浸漬して急冷する。
[Quenching process]
The intermediate product after the vacuum carburizing process S10 is subjected to a quenching process S20. In the quenching process S20, the intermediate product after the vacuum carburizing process S10 is held at a quenching temperature equal to or higher than the Ar3 point, and then the intermediate product is quenched. The holding time t3 at the quenching temperature Ts is not particularly limited, but is, for example, 15 to 60 minutes. The quenching temperature Ts is preferably lower than the carburizing temperature Tc. The cooling method in the quenching process is oil cooling or water cooling. Specifically, the intermediate product held at the quenching temperature is immersed in a cooling bath containing oil or water as a cooling medium to be quenched.
[焼戻し工程]
焼入れ工程後の中間品に対して、周知の焼戻し工程を実施する。焼戻し温度は例えば、100~200℃である。焼戻し温度での保持時間は例えば、60~150分である。
[Tempering process]
The intermediate product after the quenching process is subjected to a known tempering process. The tempering temperature is, for example, 100 to 200° C. The holding time at the tempering temperature is, for example, 60 to 150 minutes.
[その他の工程]
本実施形態の浸炭鋼部品の製造方法はさらに、ショットピーニング工程及び仕上げ研削加工工程を含んでもよい。これらの工程は任意の工程である。
[Other steps]
The method for manufacturing the carburized steel part of this embodiment may further include a shot peening step and a finish grinding step, which are optional steps.
[ショットピーニング工程]
ショットピーニング工程は任意の工程であり、実施しなくてもよい。実施する場合、ショットピーニング工程では、熱処理工程後の中間品に対して、ショットピーニング処理を実施する。ショットピーニング処理を実施することにより、浸炭鋼部品の硬化層中の残留オーステナイトが加工誘起変態してマルテンサイトとなる。その結果、硬化層中の残留オーステナイト体積率が低下する。ショットピーニング処理は例えば、直径が1.0mm以下のカットワイヤ又はショット粒を用い、アークハイトを0.3mmA以上とし、カバレージを300%以上とするのが好ましい。
[Shot peening process]
The shot peening process is an optional process and does not have to be performed. If performed, the shot peening process is performed on the intermediate product after the heat treatment process. By performing the shot peening process, the retained austenite in the hardened layer of the carburized steel part undergoes processing-induced transformation to martensite. As a result, the volume fraction of the retained austenite in the hardened layer decreases. For example, the shot peening process preferably uses a cut wire or shot grains having a diameter of 1.0 mm or less, has an arc height of 0.3 mmA or more, and has a coverage of 300% or more.
[仕上げ研削加工工程]
仕上げ研削加工工程は任意の工程であり、実施しなくてもよい。実施する場合、仕上げ研削加工工程では、熱処理工程後又はショットピーニング工程後の中間品に対して、仕上げ研削加工を実施して、表面性状を整える。
[Finish grinding process]
The finish grinding process is an optional process and does not have to be performed. If performed, the finish grinding process is performed on the intermediate product after the heat treatment process or the shot peening process to adjust the surface properties.
以上の製造工程により、本実施形態の浸炭鋼部品を製造できる。なお、上述の製造方法は、本実施形態の浸炭鋼部品を製造するための製造方法の一例である。したがって、上述の製造方法以外の他の方法により、本実施形態の浸炭鋼部品を製造してもよい。つまり、浸炭鋼部品の芯部の化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であり、式(1)~式(4)を満たし、浸炭鋼部品の表面から50μm深さまでの領域でのC濃度が0.60%以上であり、浸炭鋼部品の表面から20μm深さ位置でのミクロ組織はマルテンサイトからなり、又は、マルテンサイト及び残留オーステナイトからなり、残留オーステナイトの体積率は0~40%であれば、浸炭鋼部品の製造方法は特に限定されない。 The above manufacturing process allows the carburized steel part of this embodiment to be manufactured. The above manufacturing method is one example of a manufacturing method for manufacturing the carburized steel part of this embodiment. Therefore, the carburized steel part of this embodiment may be manufactured by a method other than the above manufacturing method. In other words, the manufacturing method of the carburized steel part is not particularly limited as long as the content of each element in the chemical composition of the core of the carburized steel part is within the range of this embodiment, formulas (1) to (4) are satisfied, the C concentration in the region from the surface of the carburized steel part to a depth of 50 μm is 0.60% or more, the microstructure at a depth of 20 μm from the surface of the carburized steel part consists of martensite or consists of martensite and retained austenite, and the volume fraction of the retained austenite is 0 to 40%.
以下、実施例により本実施形態の鋼材及び浸炭鋼部品の効果をさらに具体的に説明する。以下の実施例での条件は、本実施形態の鋼材及び浸炭鋼部品の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例である。したがって、本実施形態の鋼材及び浸炭鋼部品はこの一条件例に限定されない。 The effects of the steel material and carburized steel parts of this embodiment will be explained in more detail below using examples. The conditions in the following examples are one example of conditions adopted to confirm the feasibility and effects of the steel material and carburized steel parts of this embodiment. Therefore, the steel material and carburized steel parts of this embodiment are not limited to this one example of conditions.
[鋼材の製造]
表1に示す化学組成を有する溶鋼を製造した。
[Steel manufacturing]
Molten steel having the chemical composition shown in Table 1 was produced.
表1の溶鋼を用いて、造塊法によりインゴットを製造した。インゴットの長手方向に垂直な断面は180mm×180mmの矩形であった。製造したインゴットを常温まで放冷した。 Ingots were produced by the ingot casting method using the molten steel in Table 1. The cross section perpendicular to the longitudinal direction of the ingot was a rectangle measuring 180 mm x 180 mm. The produced ingot was allowed to cool to room temperature.
インゴットを1200℃で2時間加熱した。加熱後のインゴットに対して熱間加工(熱間鍛伸)を実施して、直径40mm、長さ1000mmの鋼材(棒鋼)を製造した。熱間加工後の鋼材を常温まで放冷した。放冷後の鋼材に対して、焼準処理を実施した。焼準処理での処理温度は925℃とし、処理温度での保持時間は90分であった。保持時間経過後の鋼材を放冷した。放冷時の鋼材の冷却速度は0.3~0.9℃/秒であった。以上の工程により、各試験番号の鋼材(棒鋼)を製造した。 The ingot was heated at 1200°C for 2 hours. The heated ingot was then hot worked (hot forging) to produce steel material (steel bar) with a diameter of 40 mm and a length of 1000 mm. The hot worked steel material was allowed to cool to room temperature. Normalizing was performed on the steel material after cooling. The normalizing temperature was 925°C, and the holding time at the treatment temperature was 90 minutes. After the holding time had elapsed, the steel material was allowed to cool. The cooling rate of the steel material when allowed to cool was 0.3 to 0.9°C/second. Through the above process, steel materials (steel bars) of each test number were produced.
なお、試験番号46の鋼材は、JIS G 4805(2019)に規定されたSCr420に相当する化学組成を有した。試験番号46の鋼材を「基準鋼材」とした。 The steel material with test number 46 had a chemical composition equivalent to SCr420 as specified in JIS G 4805 (2019). The steel material with test number 46 was designated as the "reference steel material."
[評価試験]
[浸炭鋼部品試験片の製造]
製造された各試験番号の鋼材を用いて、各試験番号において、次の3種類の浸炭鋼部品試験片を作製した。
[Evaluation test]
[Manufacture of carburized steel part test pieces]
The steel materials produced with the respective test numbers were used to prepare the following three types of carburized steel part test pieces for each test number.
(1)小ローラ試験片
図2に本実施例で作製した小ローラ試験片の側面図を示す。図2中の数字は、寸法(単位はmm)を示す。図2中の「φ」は直径を意味する。図2中の逆三角形の記号は、JIS B 0601(1982)の解説表1に記載されている表面粗さを示す「仕上げ記号」を意味する。仕上げ記号に付した「G」は、JIS B 0122(1978)に規定の研削を示す加工方法の略号を意味する。小ローラ試験片は、面疲労強度を測定するための試験片である。小ローラ試験片は各試験番号で複数本用意した。
(1) Small roller test piece Figure 2 shows a side view of the small roller test piece produced in this example. The numbers in Figure 2 indicate dimensions (unit: mm). "φ" in Figure 2 means diameter. The inverted triangle symbol in Figure 2 means the "finishing symbol" indicating the surface roughness described in Table 1 of JIS B 0601 (1982). The "G" attached to the finishing symbol means the abbreviation of the processing method indicating the grinding specified in JIS B 0122 (1978). The small roller test piece is a test piece for measuring surface fatigue strength. Multiple small roller test pieces were prepared for each test number.
(2)回転曲げ疲労試験片
図3に本実施例で作製した回転曲げ疲労試験片の側面図を示す。図3中の数字は、寸法(単位はmm)を示す。図3中の「φ」は直径を意味する。図3中の「R」は曲率半径を意味する。回転曲げ疲労試験片は、回転曲げ疲労強度を測定するための試験片である。
(2) Rotating bending fatigue test specimen Figure 3 shows a side view of the rotating bending fatigue test specimen prepared in this example. The numbers in Figure 3 indicate dimensions (unit: mm). "φ" in Figure 3 means diameter. "R" in Figure 3 means radius of curvature. The rotating bending fatigue test specimen is a test specimen for measuring rotating bending fatigue strength.
(3)硬化層調査用試験片
硬化層調査用試験片は各試験番号で2本用意した。硬化層調査用試験片は直径26mm長さ100mmの円柱状の試験片とした。
(3) Test pieces for investigating the hardened layer Two test pieces for investigating the hardened layer were prepared for each test number. The test pieces for investigating the hardened layer were cylindrical test pieces with a diameter of 26 mm and a length of 100 mm.
各浸炭鋼部品試験片を次の方法で作製した。 Test pieces for each carburized steel part were prepared using the following method.
[小ローラ試験片]
各試験番号の鋼材を機械加工して、小ローラ試験片の粗形状を有する粗試験片を製造した。粗試験片に対して、次のパターン1~パターン3のいずれかの熱処理を実施した。各試験番号で実施した熱処理パターン(1~3)を表2の「熱処理パターン」欄に示す。なお、「熱処理パターン」欄の「-」は熱処理を実施しなかったことを意味する。
[Small roller test piece]
The steel material of each test number was machined to produce a rough test piece having the rough shape of the small roller test piece. The rough test piece was subjected to one of the following heat treatments,
(パターン1)
次の真空浸炭処理工程を実施した。100Pa以下の炉内圧力でアセチレンガスを導入する浸炭工程を実施した。浸炭工程の温度を930℃とし、保持時間を80分とした。浸炭工程後、拡散工程を実施した。拡散工程では、アセチレンガスの導入を停止し、炉内圧力を10Pa以下とした。拡散工程での温度を930℃とし、保持時間を20分とした。拡散工程後、焼入れ工程を実施した。焼入れ工程では、温度を900℃とし、保持時間を30分とした。保持時間経過後、60℃の油を用いて油冷した。焼入れ工程後、焼戻し工程を実施した。焼戻し工程では、温度を180℃とし、保持時間を120分とした。
(Pattern 1)
The following vacuum carburizing process was carried out. A carburizing process was carried out in which acetylene gas was introduced at a furnace pressure of 100 Pa or less. The temperature in the carburizing process was 930°C, and the holding time was 80 minutes. After the carburizing process, a diffusion process was carried out. In the diffusion process, the introduction of acetylene gas was stopped, and the furnace pressure was set to 10 Pa or less. The temperature in the diffusion process was 930°C, and the holding time was 20 minutes. After the diffusion process, a quenching process was carried out. In the quenching process, the temperature was 900°C, and the holding time was 30 minutes. After the holding time had elapsed, oil cooling was performed using oil at 60°C. After the quenching process, a tempering process was carried out. In the tempering process, the temperature was 180°C, and the holding time was 120 minutes.
(パターン2)
次の真空浸炭処理工程を実施した。100Pa以下の炉内圧力でアセチレンガスを導入する浸炭工程を実施した。浸炭工程の温度を950℃とし、保持時間を50分とした。浸炭工程後、拡散工程を実施した。拡散工程では、アセチレンガスの導入を停止し、炉内圧力を10Pa以下とした。拡散工程での温度を950℃とし、保持時間を15分とした。拡散工程後、焼入れ工程を実施した。焼入れ工程では、温度を900℃とし、保持時間を30分とした。保持時間経過後、60℃の油を用いて油冷した。焼入れ工程後、焼戻し工程を実施した。焼戻し工程では、温度を180℃とし、保持時間を120分とした。
(Pattern 2)
The following vacuum carburizing process was carried out. A carburizing process was carried out in which acetylene gas was introduced at a furnace pressure of 100 Pa or less. The temperature in the carburizing process was set to 950°C, and the holding time was set to 50 minutes. After the carburizing process, a diffusion process was carried out. In the diffusion process, the introduction of acetylene gas was stopped, and the furnace pressure was set to 10 Pa or less. The temperature in the diffusion process was set to 950°C, and the holding time was set to 15 minutes. After the diffusion process, a quenching process was carried out. In the quenching process, the temperature was set to 900°C, and the holding time was set to 30 minutes. After the holding time had elapsed, the specimen was oil-cooled using oil at 60°C. After the quenching process, a tempering process was carried out. In the tempering process, the temperature was set to 180°C, and the holding time was set to 120 minutes.
(パターン3)
次の真空浸炭処理工程を実施した。100Pa以下の炉内圧力でアセチレンガスを導入する浸炭工程を実施した。浸炭工程の温度を970℃とし、保持時間を15分とした。浸炭工程後、拡散工程を実施した。拡散工程では、アセチレンガスの導入を停止し、炉内圧力を10Pa以下とした。拡散工程での温度を970℃とし、保持時間を40分とした。拡散工程後、焼入れ工程を実施した。焼入れ工程では、温度を900℃とし、保持時間を30分とした。保持時間経過後、60℃の油を用いて油冷した。焼入れ工程後、焼戻し工程を実施した。焼戻し工程では、温度を180℃とし、保持時間を120分とした。
(Pattern 3)
The following vacuum carburizing process was carried out. A carburizing process was carried out in which acetylene gas was introduced at a furnace pressure of 100 Pa or less. The temperature in the carburizing process was 970°C, and the holding time was 15 minutes. After the carburizing process, a diffusion process was carried out. In the diffusion process, the introduction of acetylene gas was stopped, and the furnace pressure was set to 10 Pa or less. The temperature in the diffusion process was 970°C, and the holding time was 40 minutes. After the diffusion process, a quenching process was carried out. In the quenching process, the temperature was 900°C, and the holding time was 30 minutes. After the holding time had elapsed, oil cooling was performed using oil at 60°C. After the quenching process, a tempering process was carried out. In the tempering process, the temperature was 180°C, and the holding time was 120 minutes.
また、試験番号46(基準鋼材)に関しては、粗試験片に対して、次の基準鋼材熱処理パターン(周知のガス浸炭処理)を実施した。具体的には、カーボンポテンシャルCPが1.0%の雰囲気中において、試験片を930℃で180分保持した(浸炭工程)。その後、カーボンポテンシャルCPを0.8%とし、930℃で120分保持した(拡散工程)。その後、870℃まで降温し、870℃で30分保持した後、60℃の油で油冷した(焼入れ工程)。油冷後の粗試験片に対して、焼戻し処理を実施した。焼戻し温度は180℃であり、焼戻し温度での保持時間は120分であった。 For test number 46 (reference steel), the following reference steel heat treatment pattern (well-known gas carburizing process) was performed on the rough test piece. Specifically, the test piece was held at 930°C for 180 minutes in an atmosphere with a carbon potential CP of 1.0% (carburizing process). Then, the carbon potential CP was set to 0.8% and the test piece was held at 930°C for 120 minutes (diffusion process). The temperature was then lowered to 870°C, and the test piece was held at 870°C for 30 minutes, after which it was oil-cooled in 60°C oil (quenching process). The rough test piece after oil cooling was subjected to a tempering process. The tempering temperature was 180°C, and the holding time at the tempering temperature was 120 minutes.
熱処理後、粗試験片の中央部の円筒部に対して研削加工を実施して、図2に示す直径26mmの円筒部に仕上げた。このとき、JIS B 0601(2001)に準拠した、算術平均粗さRaが0.6~0.8μmとなり、最大高さRzが2.0~4.0μmとなるように、直径26mmの円筒部の表面を仕上げた。研削深さは約10μmであった。 After the heat treatment, the cylindrical part in the center of the rough test piece was ground to produce a cylindrical part with a diameter of 26 mm as shown in Figure 2. At this time, the surface of the cylindrical part with a diameter of 26 mm was finished so that the arithmetic mean roughness Ra was 0.6 to 0.8 μm and the maximum height Rz was 2.0 to 4.0 μm, in accordance with JIS B 0601 (2001). The grinding depth was approximately 10 μm.
さらに、一部の試験番号の粗試験片に対して、ショットピーニングを実施した(表2中の「ショットピーニング」欄で「有」と記載)。ショットピーニングでは、市販の直径0.6mmのラウンドカットワイヤを投射材とした。さらに、アークハイトを0.4mmAとし、カバレージを300%とした。ショットピーニングは、図2に示す直径26mmの円筒部の外周面に対して実施した。残りの試験番号の粗試験片に対しては、ショットピーニングを実施しなかった(表2中の「ショットピーニング」欄で「無」と記載)。以上の製造工程により、各試験番号の小ローラ試験片を作製した。 In addition, shot peening was performed on the rough test pieces of some of the test numbers (indicated as "Yes" in the "Shot Peening" column in Table 2). For the shot peening, a commercially available round cut wire with a diameter of 0.6 mm was used as the projectile. Furthermore, the arc height was set to 0.4 mmA, and the coverage was set to 300%. Shot peening was performed on the outer circumferential surface of the cylindrical part with a diameter of 26 mm shown in Figure 2. Shot peening was not performed on the rough test pieces of the remaining test numbers (indicated as "No" in the "Shot Peening" column in Table 2). Small roller test pieces of each test number were produced by the above manufacturing process.
[回転曲げ疲労試験片]
各試験番号の鋼材を機械加工して、回転曲げ疲労試験片の粗試験片を製造した。粗試験片に対して、上述のパターン1~パターン3のいずれかの熱処理を実施した。各試験番号の粗試験片に対して実施した熱処理のパターンは表2に記載のとおりであった。なお、試験番号46の粗試験片に対しては、上述の基準鋼材熱処理パターンの熱処理を実施した。一部の試験番号の熱処理後の粗試験片に対して、ショットピーニング処理を実施した(表2中の「ショットピーニング」欄で「有」と記載)。ショットピーニングでは、市販の直径0.5mmで硬さが900HVの高硬度粒子を投射材とした。さらに、アークハイトを0.4mmAとし、カバレージを300%とした。残りの試験番号の粗試験片に対しては、ショットピーニング処理を実施しなかった(表2中の「ショットピーニング」欄で「無」と記載)。
[Rotating bending fatigue test piece]
The steel material of each test number was machined to produce a rough test piece for a rotating bending fatigue test piece. The rough test pieces were subjected to any one of the heat treatments of the above-mentioned
ショットピーニング処理後、又は、熱処理後の粗試験片の表面に対して切削加工を実施して、図3に示す寸法の回転曲げ疲労試験片を作製した。なお、回転曲げ疲労試験片の長手方向中央位置に形成された切り欠き部には、表面性状を整える切削加工は実施しなかった。以上の製造工程により、回転曲げ疲労試験片を作製した。 After shot peening or heat treatment, the surface of the rough test piece was machined to produce a rotating bending fatigue test piece with the dimensions shown in Figure 3. Note that no machining was performed to adjust the surface properties of the notch formed in the longitudinal center of the rotating bending fatigue test piece. The rotating bending fatigue test piece was produced by the above manufacturing process.
[硬化層調査用試験片]
各試験番号の鋼材を機械加工して、直径26mm、長さ100mmの円柱状の粗試験片を2本作製した。粗試験片に対して、上述のパターン1~パターン3のいずれかの熱処理を実施した。各試験番号の粗試験片に対して実施した熱処理のパターンは表2に記載のとおりであった。その後、小ローラ試験片と同様に、粗試験片の外周面に対して研削加工を実施して、外周面を仕上げた。このとき、JIS B 0601(2001)に準拠した算術平均粗さRaが0.6~0.8μmとなり、最大高さRzが2.0~4.0μmとなるように、直径26mmの粗試験片の外周面を仕上げた。研削深さは約10μmであった。
[Test piece for hardened layer investigation]
The steel material of each test number was machined to prepare two cylindrical rough test pieces with a diameter of 26 mm and a length of 100 mm. The rough test pieces were subjected to the heat treatment of any one of the above-mentioned
さらに、一部の試験番号の粗試験片に対して、ショットピーニング処理を実施した(表2中の「ショットピーニング」欄で「有」と記載)。ショットピーニングでは、市販の直径0.5mmで硬さが900HVの高硬度粒子を投射材とした。さらに、アークハイトを0.4mmAとし、カバレージを300%とした。残りの試験番号の粗試験片に対しては、ショットピーニング処理を実施しなかった(表2中の「ショットピーニング」欄で「無」と記載)。以上の製造工程により、硬化層調査用試験片を作製した。 Furthermore, shot peening was performed on the rough test pieces of some of the test numbers (indicated as "Yes" in the "Shot Peening" column in Table 2). For shot peening, commercially available high-hardness particles with a diameter of 0.5 mm and a hardness of 900 HV were used as the projectile. Furthermore, the arc height was set to 0.4 mmA, and the coverage was set to 300%. Shot peening was not performed on the rough test pieces of the remaining test numbers (indicated as "No" in the "Shot Peening" column in Table 2). Test pieces for investigating the hardened layer were produced by the above manufacturing process.
[二円筒転がり疲労試験に用いる大ローラ試験片の製造]
面疲労強度を測定するための二円筒転がり疲労試験に用いる大ローラ試験片を次の方法で製造した。JIS G 4805(2008)に規定のSUJ2に相当する化学組成を有する、直径140mmの円柱素材から、図4に示す形状を有する大ローラ試験片の粗試験片を切り出した。図4中の数値は、寸法(単位はmm)を示す。また、図4中の逆三角形の記号は、JIS B 0601(1982)の解説表1に記載されている表面粗さを示す「仕上げ記号」を意味する。仕上げ記号に付した「G」は、JIS B 0122(1978)に規定の研削を示す加工方法の略号を意味する。
[Manufacture of large roller test pieces for twin cylinder rolling fatigue testing]
A large roller test piece used in a twin-cylinder rolling fatigue test to measure surface fatigue strength was manufactured by the following method. A rough test piece of the large roller test piece having the shape shown in FIG. 4 was cut out from a cylindrical material with a diameter of 140 mm having a chemical composition equivalent to SUJ2 specified in JIS G 4805 (2008). The numbers in FIG. 4 indicate dimensions (unit: mm). The inverted triangle symbol in FIG. 4 indicates the "finishing symbol" indicating the surface roughness described in the explanatory table 1 of JIS B 0601 (1982). The "G" attached to the finishing symbol indicates the abbreviation of the processing method indicating grinding specified in JIS B 0122 (1978).
切り出した粗試験片に対して、焼入れを実施した。焼入れ温度は870℃とし、焼入れ温度での保持時間は90分とした。保持時間経過後、60℃の油で急冷した。焼入れ後の粗試験片の外周面に対して切削加工を実施して仕上げた。算術平均粗さRaが0.6~0.8μmとなり、最大高さRzが2.0~4.0μmとなるように、外周面を仕上げた。以上の製造工程により、大ローラ試験片を作製した。 The cut rough test pieces were then quenched. The quenching temperature was 870°C, and the holding time at the quenching temperature was 90 minutes. After the holding time had elapsed, the pieces were quenched in oil at 60°C. The outer peripheral surface of the quenched rough test pieces was then finished by cutting. The outer peripheral surface was finished so that the arithmetic mean roughness Ra was 0.6 to 0.8 μm, and the maximum height Rz was 2.0 to 4.0 μm. Using the above manufacturing process, large roller test pieces were produced.
[浸炭鋼部品試験片の硬化層のC濃度測定試験]
各試験番号の硬化層調査用試験片を用いて、浸炭鋼部品の表面から50μm深さまでの領域におけるC濃度を次の方法で測定した。硬化層調査用試験片の表面から50μm深さまで旋削加工を実施して、切粉を採取した。採取した切粉を用いて化学分析を実施した。具体的には、採取した切粉を酸に溶解させて溶液を得た。得られた溶液に対して、周知の高周波燃焼法(燃焼-赤外線吸収法)を実施して、C濃度を得た。具体的には、上述の溶液を酸素気流中で高周波誘導加熱により燃焼して、発生した二酸化炭素を検出し、C濃度(質量%)を求めた。得られたC濃度(質量%)を、浸炭鋼部品の表面から50μm深さまでの領域(表層領域)におけるC濃度(質量%)と定義した。
[C concentration measurement test of hardened layer of carburized steel part test piece]
Using the test pieces for hardened layer investigation of each test number, the C concentration in the region from the surface to a depth of 50 μm was measured by the following method. Turning was performed from the surface of the test pieces for hardened layer investigation to a depth of 50 μm, and cutting chips were collected. Chemical analysis was performed using the collected cutting chips. Specifically, the collected cutting chips were dissolved in acid to obtain a solution. The well-known high-frequency combustion method (combustion-infrared absorption method) was performed on the obtained solution to obtain the C concentration. Specifically, the above-mentioned solution was burned by high-frequency induction heating in an oxygen stream, and the generated carbon dioxide was detected to obtain the C concentration (mass %). The obtained C concentration (mass %) was defined as the C concentration (mass %) in the region from the surface of the carburized steel part to a depth of 50 μm (surface region).
[浸炭鋼部品試験片の硬化層の残留オーステナイト体積率測定試験]
各試験番号の硬化層調査用試験片を用いて、浸炭鋼部品の表面から20μm深さ位置での残留オーステナイトの体積率を次の方法で求めた。浸炭鋼部品の表面から20μm深さ位置まで電解研磨で研磨して、表面から20μm深さ位置を露出させた。X線回折装置を用いて、露出させた面の任意の位置にX線を照射して、残留オーステナイトの体積率(%)を測定した。残留オーステナイトの体積率はX線回折で得られた(211)bccの回折ピークの積分強度と、(220)fccの回折ピークの積分強度との比(積分強度比)から算出した。具体的には、残留オーステナイトの体積率(%)は、(211)bcc(α相)の積分強度をIαとし、(220)fcc(γ相)の積分強度をIγとしたとき、次の式から求めた。
残留オーステナイトの体積率=Iγ/(RIα+Iγ)
ここで、R=0.36746とした。
[Measurement test of retained austenite volume fraction in hardened layer of carburized steel part test piece]
Using the test pieces for hardened layer investigation of each test number, the volume fraction of the retained austenite at a depth of 20 μm from the surface of the carburized steel part was obtained by the following method. The carburized steel part was polished by electrolytic polishing to a depth of 20 μm from the surface, and the depth of 20 μm from the surface was exposed. Using an X-ray diffraction device, an arbitrary position on the exposed surface was irradiated with X-rays to measure the volume fraction (%) of the retained austenite. The volume fraction of the retained austenite was calculated from the ratio (integral intensity ratio) of the integrated intensity of the diffraction peak of (211) bcc obtained by X-ray diffraction to the integrated intensity of the diffraction peak of (220) fcc. Specifically, the volume fraction (%) of the retained austenite was calculated from the following formula, where the integrated intensity of (211) bcc (α phase) is Iα and the integrated intensity of (220) fcc (γ phase) is Iγ.
Volume fraction of retained austenite = Iγ / (RIα + Iγ)
Here, R = 0.36746.
[面疲労強度測定試験(二円筒転がり疲労試験)]
小ローラ試験片及び大ローラ試験片を用いた二円筒転がり疲労試験を実施して、面疲労強度を次のとおり求めた。試験機として、コマツエンジニアリング社製のRP201を用いた。図5に示すとおり、小ローラ試験片10の直径26mmの円筒部と、大ローラ試験片20の外周面中央位置(直径130mmの外周部分)とを接触させながら転動させた。接触時の面圧はヘルツ面圧で1800~3500MPaとした。小ローラ試験片10の回転数を1500rpmとした。小ローラ試験片10の周速は123m/分とし、大ローラ試験片10の周速は172m/分とした。試験中、小ローラ試験片と大ローラ試験片との接触部分に潤滑油を供給した。潤滑油はオートマチック用オイルとし、油温を100℃、油量を1.0L/分とした。試験での打切繰り返し回数は、一般的な鋼の疲労限度を示す2.0×107回とした。小ローラ試験片においてピッチングが発生せずに2.0×107回に達した最大面圧(MPa)を、小ローラ試験片の疲労限度とした。ピッチング発生の検出は、試験機に備え付けられた振動計によって行った。振動発生後に、小ローラ試験片と大ローラ試験片の両方の回転を停止させ、ピッチング発生と回転数を確認した。本実施例においては、歯車部品への適用を想定し、試験番号46のSCr420規格を満たす鋼材(基準鋼材)の小ローラ試験片の疲労限度を基準値とした。疲労限度が基準鋼材の1.20倍以上であった場合、面疲労強度に優れると判断した(表2中の「面疲労強度」欄で「○」)。一方、疲労限度が基準鋼材の1.20倍未満であった場合、面疲労強度が低いと判断した(表2中の「面疲労強度」欄で「×」)。
[Surface fatigue strength measurement test (two-cylinder rolling fatigue test)]
A two-cylinder rolling fatigue test was carried out using the small roller test piece and the large roller test piece to determine the surface fatigue strength as follows. A RP201 manufactured by Komatsu Engineering Co., Ltd. was used as the test machine. As shown in FIG. 5, the cylindrical portion of the small
[回転曲げ強度測定試験(回転曲げ疲労試験)]
回転曲げ疲労試験片を用いて、JIS Z 2274(1978)に規定の「金属材料の回転曲げ疲れ試験方法」に準拠した回転曲げ疲労試験を実施した。試験は常温、大気雰囲気中で実施し、回転数を3000rpmとした。応力負荷繰り返し回数が107サイクル後において破断しなかった最大応力を、曲げ疲労強度(MPa)とした。得られた曲げ疲労強度が、基準鋼材である試験番号46の曲げ疲労強度の1.20倍以上であれば、曲げ疲労強度に優れると判断した(表2中の「曲げ疲労強度」欄で「○」)。一方、得られた曲げ疲労強度が、基準鋼材である試験番号46の曲げ疲労強度の1.20倍未満であれば、曲げ疲労強度が低いと判断した(表2中の「曲げ疲労強度」欄で「×」)。
[Rotating bending strength measurement test (rotating bending fatigue test)]
Rotating bending fatigue tests were carried out using rotating bending fatigue test pieces in accordance with the "Rotating bending fatigue test method for metallic materials" specified in JIS Z 2274 (1978). The test was carried out at room temperature in an air atmosphere, and the rotation speed was 3000 rpm. The maximum stress at which the specimen did not break after 107 cycles of repeated stress loading was taken as the bending fatigue strength (MPa). If the obtained bending fatigue strength was 1.20 times or more the bending fatigue strength of the reference steel material, test number 46, it was judged to have excellent bending fatigue strength ("○" in the "Bending fatigue strength" column in Table 2). On the other hand, if the obtained bending fatigue strength was less than 1.20 times the bending fatigue strength of the reference steel material, test number 46, it was judged to have low bending fatigue strength ("X" in the "Bending fatigue strength" column in Table 2).
[評価結果]
試験結果を表2に示す。
[Evaluation Results]
The test results are shown in Table 2.
表2を参照して、試験番号1~26の鋼材の化学組成中の各元素含有量は適切であり、さらに、F1~F4が式(1)~式(4)を満たした。そのため、真空浸炭処理して製造した浸炭鋼部品では、浸炭鋼部品の表面から50μm深さまでの領域におけるC濃度が質量%で0.60%以上であり、浸炭鋼部品の表面から20μm深さ位置でのミクロ組織は、マルテンサイトと残留オーステナイトとからなり、残留オーステナイトの体積率は40%以下であった。その結果、優れた曲げ疲労強度及び優れた面疲労強度が得られた。
Referring to Table 2, the content of each element in the chemical composition of the steel materials of
一方、試験番号27では、C含有量が低かった。そのため、曲げ疲労強度が低かった。 On the other hand, test number 27 had a low C content. As a result, the bending fatigue strength was low.
試験番号28では、Si含有量が高すぎた。そのため、表層のC含有量が低すぎ、面疲労強度が低かった。
In
試験番号29では、Si含有量が低すぎた。そのため、面疲労強度が低かった。 In test number 29, the Si content was too low. As a result, the surface fatigue strength was low.
試験番号30では、Mn含有量が高すぎた。そのため、曲げ疲労強度が低かった。なお、Mn含有量が高すぎたため、浸炭鋼部品の表面から20μm深さ位置でのミクロ組織において、残留オーステナイトの体積率が40%を超えた。
In
試験番号31では、Mn含有量が低すぎた。そのため、面疲労強度が低かった。 In test number 31, the Mn content was too low. As a result, the surface fatigue strength was low.
試験番号32では、P含有量が高すぎた。そのため、曲げ疲労強度が低かった。 In test number 32, the P content was too high. As a result, the bending fatigue strength was low.
試験番号33では、S含有量が高すぎた。そのため、曲げ疲労強度が低かった。 In test number 33, the S content was too high. As a result, the bending fatigue strength was low.
試験番号34では、Cr含有量が高すぎた。そのため、曲げ疲労強度が低かった。 In test number 34, the Cr content was too high. As a result, the bending fatigue strength was low.
試験番号35では、Cr含有量が低すぎた。そのため、面疲労強度が低かった。 In test number 35, the Cr content was too low. As a result, the surface fatigue strength was low.
試験番号36では、Al含有量が高すぎた。そのため、曲げ疲労強度が低かった。 In test number 36, the Al content was too high. As a result, the bending fatigue strength was low.
試験番号37では、N含有量が高すぎた。そのため、曲げ疲労強度が低かった。 In test number 37, the N content was too high. As a result, the bending fatigue strength was low.
試験番号38では、鋼材の化学組成中の各元素含有量は適切であったものの、F1が式(1)の上限を超えた。その結果、曲げ疲労強度が低かった。 In test number 38, the content of each element in the chemical composition of the steel was appropriate, but F1 exceeded the upper limit of formula (1). As a result, the bending fatigue strength was low.
試験番号39では、鋼材の化学組成中の各元素含有量は適切であったものの、F1が式(1)の下限未満であった。その結果、面疲労強度が低かった。 In test number 39, the content of each element in the chemical composition of the steel was appropriate, but F1 was below the lower limit of formula (1). As a result, the surface fatigue strength was low.
試験番号40では、鋼材の化学組成中の各元素含有量は適切であったものの、F3が式(3)の上限を超えた。その結果、曲げ疲労強度が低かった。 In test number 40, the content of each element in the chemical composition of the steel was appropriate, but F3 exceeded the upper limit of formula (3). As a result, the bending fatigue strength was low.
試験番号41では、鋼材の化学組成中の各元素含有量は適切であったものの、F3が式(3)の下限未満であった。その結果、曲げ疲労強度が低かった。 In test number 41, the content of each element in the chemical composition of the steel was appropriate, but F3 was below the lower limit of formula (3). As a result, the bending fatigue strength was low.
試験番号42では、鋼材の化学組成中の各元素含有量は適切であったものの、F4が式(4)の上限を超えた。その結果、曲げ疲労強度が低かった。 In test number 42, the content of each element in the chemical composition of the steel was appropriate, but F4 exceeded the upper limit of formula (4). As a result, the bending fatigue strength was low.
試験番号43では、鋼材の化学組成中の各元素含有量は適切であったものの、F4が式(4)の下限未満であった。その結果、熱間鍛造時に割れが発生した。そのため、試験番号43は、上記の各評価試験を実施しなかった。 In test number 43, the content of each element in the chemical composition of the steel was appropriate, but F4 was below the lower limit of formula (4). As a result, cracks occurred during hot forging. Therefore, the above evaluation tests were not performed on test number 43.
試験番号44では、Mo含有量が低すぎた。そのため、面疲労強度が低すぎた。 In test number 44, the Mo content was too low. As a result, the surface fatigue strength was too low.
試験番号45では、鋼材の化学組成中の各元素含有量は適切であったものの、F2が式(2)の上限を超えた。そのため、浸炭鋼部品の表層の残留オーステナイトの体積率が40%を超え、曲げ疲労強度が低かった。 In test number 45, the content of each element in the chemical composition of the steel was appropriate, but F2 exceeded the upper limit of formula (2). As a result, the volume fraction of retained austenite in the surface layer of the carburized steel part exceeded 40%, and the bending fatigue strength was low.
以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。 The above describes an embodiment of the present invention. However, the above-described embodiment is merely an example for implementing the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the above-described embodiment can be modified as appropriate within the scope of the spirit of the present invention.
Claims (8)
C:0.10~0.35%、
Si:0.60~1.50%、
Mn:0.20~1.30%、
P:0.030%以下、
S:0.050%以下、
Ni:0.01~0.20%、
Cr:0.65~1.50%、
Mo:0.01~0.60%、
Al:0.045%以下、
N:0.0250%以下、
V:0~0.50%、
Nb:0~0.030%、
Ti:0~0.200%、
Cu:0~0.50%、
W:0~0.50%、
Co:0~0.50%、
B:0~0.0050%、
Ca:0~0.0015%、
Mg:0~0.010%、
希土類元素:0~0.0100%、
Te:0~0.100%、
Bi:0~0.500%、
Pb:0~0.09%、
Sn:0~0.015%、及び、
Sb:0~0.006%、
を含有し、残部はFe及び不純物からなり、式(1)~式(4)を満たす、
鋼材。
2.5≦(2Mn+5Cr+Mo)/Si≦7.5 (1)
Mn×Ni≦0.03 (2)
1.9≦Al/N≦2.1 (3)
24≦Mn/S≦65 (4)
ここで、式(1)~式(4)中の各元素記号には、対応する元素の質量%での含有量が代入される。 Chemical composition in mass percent:
C: 0.10-0.35%,
Si: 0.60-1.50%,
Mn: 0.20-1.30%,
P: 0.030% or less,
S: 0.050% or less,
Ni: 0.01 to 0.20%,
Cr: 0.65-1.50%,
Mo: 0.01-0.60%,
Al: 0.045% or less ,
N: 0.0250% or less,
V: 0-0.50%,
Nb: 0 to 0.030%,
Ti: 0-0.200%,
Cu: 0 to 0.50%,
W: 0-0.50%,
Co: 0 to 0.50%,
B: 0 to 0.0050%,
Ca: 0-0.0015%,
Mg: 0 to 0.010%,
Rare earth elements: 0 to 0.0100%,
Te: 0 to 0.100%,
Bi: 0-0.500%,
Pb: 0 to 0.09%,
Sn: 0 to 0.015%, and
Sb: 0 to 0.006%,
The balance is Fe and impurities, and satisfies formulas (1) to (4).
Steel.
2.5≦(2Mn+5Cr+Mo)/Si≦7.5 (1)
Mn×Ni≦ 0.03 (2)
1.9 ≦Al/N≦ 2.1 (3)
24 ≦Mn/S≦65 (4)
Here, the content of the corresponding element in mass % is substituted for each element symbol in formulas (1) to (4).
前記化学組成は、Feの一部に代えて、
V:0.01~0.50%、
Nb:0.001~0.030%、
Ti:0.001~0.200%、
Cu:0.01~0.50%、
W:0.01~0.50%、
Co:0.01~0.50%、及び、
B:0.0001~0.0010%、
からなる群から選択される1種以上を含有する、
鋼材。 The steel material according to claim 1,
The chemical composition is, in place of a part of Fe,
V: 0.01~ 0.50 %,
Nb: 0.001-0.030 %,
Ti: 0.001-0.200 %,
Cu: 0.01-0.50 %,
W: 0.01~ 0.50 %,
Co: 0.01 to 0.50 %, and
B: 0.0001 to 0.0010 %,
Contains one or more selected from the group consisting of
Steel.
前記化学組成は、Feの一部に代えて、
Ca:0.0001~0.0015%、
Mg:0.001~0.010%、及び、
希土類元素:0.0001~0.0100%、
からなる群から選択される1種以上を含有する、
鋼材。 The steel material according to claim 1 or 2,
The chemical composition is, in place of a part of Fe,
Ca: 0.0001-0.0015 %,
Mg: 0.001 to 0.010 %, and
Rare earth elements: 0.0001-0.0100 %,
Contains one or more selected from the group consisting of
Steel.
前記化学組成は、Feの一部に代えて、
Te:0.001~0.100%、
Bi:0.001~0.500%、
Pb:0.01~0.09%、
Sn:0.001~0.015%、及び、
Sb:0.001~0.006%、
からなる群から選択される1種以上を含有する、
鋼材。 The steel material according to any one of claims 1 to 3,
The chemical composition is, in place of a part of Fe,
Te: 0.001~ 0.100 %,
Bi: 0.001~ 0.500 %,
Pb: 0.01-0.09 %,
Sn: 0.001 to 0.015 %, and
Sb: 0.001-0.006 %,
Contains one or more selected from the group consisting of
Steel.
硬化層と、
前記硬化層よりも内部の芯部とを備え、
前記芯部の化学組成は、質量%で、
C:0.10~0.35%、
Si:0.60~1.50%、
Mn:0.20~1.30%、
P:0.030%以下、
S:0.050%以下、
Ni:0.01~0.20%、
Cr:0.65~1.50%、
Mo:0.01~0.60%、
Al:0.045%以下、
N:0.0250%以下、
V:0~0.50%、
Nb:0~0.030%、
Ti:0~0.200%、
Cu:0~0.50%、
W:0~0.50%、
Co:0~0.50%、
B:0~0.0050%、
Ca:0~0.0015%、
Mg:0~0.010%、
希土類元素:0~0.0100%、
Te:0~0.100%、
Bi:0~0.500%、
Pb:0~0.09%、
Sn:0~0.015%、及び、
Sb:0~0.006%、
を含有し、残部はFe及び不純物からなり、式(1)~式(4)を満たし、
前記浸炭鋼部品の表面から50μm深さまでの領域におけるC濃度は、質量%で0.60%以上であり、
前記浸炭鋼部品の表面から20μm深さ位置でのミクロ組織は、マルテンサイトからなり、又は、マルテンサイト及び残留オーステナイトからなり、前記残留オーステナイトの体積率は0~40%である、
浸炭鋼部品。
2.5≦(2Mn+5Cr+Mo)/Si≦7.5 (1)
Mn×Ni≦0.03 (2)
1.9≦Al/N≦2.1 (3)
24≦Mn/S≦65 (4)
ここで、式(1)~式(4)中の各元素記号には、対応する元素の質量%での含有量が代入される。 A carburized steel part,
A hardened layer;
A core portion is provided inside the hardened layer,
The chemical composition of the core is, in mass%,
C: 0.10-0.35%,
Si: 0.60 to 1.50%,
Mn: 0.20-1.30%,
P: 0.030% or less,
S: 0.050% or less,
Ni: 0.01 to 0.20%,
Cr: 0.65-1.50%,
Mo: 0.01-0.60%,
Al: 0.045% or less ,
N: 0.0250% or less,
V: 0-0.50%,
Nb: 0 to 0.030%,
Ti: 0-0.200%,
Cu: 0 to 0.50%,
W: 0-0.50%,
Co: 0 to 0.50%,
B: 0 to 0.0050%,
Ca: 0-0.0015%,
Mg: 0 to 0.010%,
Rare earth elements: 0 to 0.0100%,
Te: 0 to 0.100%,
Bi: 0-0.500%,
Pb: 0 to 0.09%,
Sn: 0 to 0.015%, and
Sb: 0 to 0.006%,
and the balance being Fe and impurities, and satisfying formulas (1) to (4),
The carbon concentration in a region from the surface of the carburized steel part to a depth of 50 μm is 0.60% or more by mass%,
The microstructure at a depth of 20 μm from the surface of the carburized steel part is made of martensite or made of martensite and retained austenite, and the volume fraction of the retained austenite is 0 to 40%.
Carburized steel parts.
2.5≦(2Mn+5Cr+Mo)/Si≦7.5 (1)
Mn×Ni≦ 0.03 (2)
1.9 ≦Al/N≦ 2.1 (3)
24 ≦Mn/S≦65 (4)
Here, the content of the corresponding element in mass % is substituted for each element symbol in formulas (1) to (4).
前記芯部の前記化学組成は、Feの一部に代えて、
V:0.01~0.50%、
Nb:0.001~0.030%、
Ti:0.001~0.200%、
Cu:0.01~0.50%、
W:0.01~0.50%、
Co:0.01~0.50%、及び、
B:0.0001~0.0010%、
からなる群から選択される1種以上を含有する、
浸炭鋼部品。 6. A carburized steel component according to claim 5,
The chemical composition of the core portion is, in place of a part of Fe,
V: 0.01~ 0.50 %,
Nb: 0.001-0.030 %,
Ti: 0.001-0.200 %,
Cu: 0.01-0.50 %,
W: 0.01~ 0.50 %,
Co: 0.01 to 0.50 %, and
B: 0.0001 to 0.0010 %,
Contains one or more selected from the group consisting of
Carburized steel parts.
前記芯部の前記化学組成は、Feの一部に代えて、
Ca:0.0001~0.0015%、
Mg:0.001~0.010%、及び、
希土類元素:0.0001~0.0100%、
からなる群から選択される1種以上を含有する、
浸炭鋼部品。 A carburized steel part according to claim 5 or claim 6,
The chemical composition of the core portion is, in place of a part of Fe,
Ca: 0.0001-0.0015 %,
Mg: 0.001 to 0.010 %, and
Rare earth elements: 0.0001-0.0100 %,
Contains one or more selected from the group consisting of
Carburized steel parts.
前記芯部の前記化学組成は、Feの一部に代えて、
Te:0.001~0.100%、
Bi:0.001~0.500%、
Pb:0.01~0.09%、
Sn:0.001~0.015%、及び、
Sb:0.001~0.006%、
からなる群から選択される1種以上を含有する、
浸炭鋼部品。
A carburized steel part according to any one of claims 5 to 7,
The chemical composition of the core portion is, in place of a part of Fe,
Te: 0.001~ 0.100 %,
Bi: 0.001~ 0.500 %,
Pb: 0.01-0.09 %,
Sn: 0.001 to 0.015 %, and
Sb: 0.001-0.006 %,
Contains one or more selected from the group consisting of
Carburized steel parts.
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