JP2001303173A - Steel for carburizing and carbo-nitriding - Google Patents

Steel for carburizing and carbo-nitriding

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JP2001303173A
JP2001303173A JP2000125419A JP2000125419A JP2001303173A JP 2001303173 A JP2001303173 A JP 2001303173A JP 2000125419 A JP2000125419 A JP 2000125419A JP 2000125419 A JP2000125419 A JP 2000125419A JP 2001303173 A JP2001303173 A JP 2001303173A
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Japan
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steel
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fatigue
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necessary
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JP2000125419A
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Japanese (ja)
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Tatsuo Fukuzumi
達夫 福住
Hideo Ueno
英生 上野
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Mitsubishi Steel Muroran Inc
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Mitsubishi Steel Muroran Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To produce steel for carburizing and carbo-nitriding in which bending fatigue strength and facial fatigue strength are simultaneously improved. SOLUTION: This steel has a composition containing, by weight, 0.10 to 0.30% C, 0.01 to 0.15% Si, 0.30 to 1.50% Mn, 0.01 to 0.90% Ni, 0.30 to 1.50% Cr, 0.40 to 1.00% Mo, 0.00 to 0.50% Cu, 0.010 to 0.035% Al, 0.00 to 0.50% V, 0.000 to 0.035% Nb, 0.000 to 0.050% Ti, 0.0000 to 0.0030% B, <=0.035% P, <=0.0015% O and 0.0050 to 0.0250% N, and the balance Fe with inevitable impurity elements and in which the parameter represented by Mi/3+Mo is >=0.60%, and the content of retained austenite is also controlled to <=35%, by which surface hardness of >=700 HV is secured. Alternatively, the steel moreover contains, as machinability improving elements, one or more kinds selected from 0.005 to 0.035% S, 0.01 to 0.09% Pb, 0.04 to 0.20% Bi, 0.002 to 0.030% Te, 0.01 to 0.20% Zr, 0.0001 to 0.0100% Ca and 0.015 to 0.100% Sb.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、曲げ疲労強度およ
び面疲労強度ともに高い疲労強度が要求される歯車やシ
ャフト類に適用される浸炭あるいは浸炭窒化用鋼に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a steel for carburizing or carbonitriding applied to gears and shafts requiring high fatigue strength in both bending fatigue strength and surface fatigue strength.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の技術としては、疲労強度の向上策
として、疲労亀裂の原因となる表面硬化層の粒界酸化層
を低減する目的で、Feより酸化され易い元素であるS
i、MnおよびCr等を低減させ、Feより酸化されに
くい元素であるNiおよびMo等で焼入性、機械的性質
を調整する技術やショットピーニングにより表面圧縮残
留応力を付与し、疲労亀裂の進展を抑える技術等があ
る。
2. Description of the Related Art As a conventional technique, as a measure for improving fatigue strength, an element which is more easily oxidized than Fe in order to reduce a grain boundary oxide layer of a surface hardened layer which causes a fatigue crack.
Ni, Mo, etc., elements that reduce i, Mn, Cr, etc., and are less oxidizable than Fe, and provide surface compressive residual stress by shot peening and technology for adjusting hardenability and mechanical properties, and the propagation of fatigue cracks There is a technique to suppress the noise.

【0003】近年、自動車や産業機械類の軽量化および
エンジン高出力化への対応として、歯車やシャフト類の
さらなる小型・軽量化と高応力負荷化が要求されている
が、従来技術による、例えば、単にNiおよびMoの含
有量を向上させた鋼では、曲げ疲労強度は向上するもの
の、面疲労強度が十分でないといった問題点が出てき
た。
[0003] In recent years, gears and shafts have been required to be further reduced in size and weight and to have a higher stress load in order to cope with a reduction in the weight of automobiles and industrial machines and an increase in engine output. On the other hand, in the steel in which the contents of Ni and Mo are simply improved, the bending fatigue strength is improved, but there is a problem that the surface fatigue strength is not sufficient.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、上記のような問題点に鑑み、鋼の化学成分
を調整することで、曲げ疲労強度とともに面疲労強度も
同時に改善することである。
The problem to be solved by the present invention is to improve the bending fatigue strength and the surface fatigue strength simultaneously by adjusting the chemical composition of steel in view of the above problems. It is.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決する手
段として、単にNiおよびMoの含有量を向上するので
はなくて、NiおよびMo含有量の適正な比率を設定し
ながら、Ni含有量を適正な範囲に制御することによ
り、NiおよびMoの含有量向上による曲げ疲労強度の
改善と残留オーステナイトを35%以下に制御し、表面
硬さを700HV以上とすることによる面疲労の改善を
両立することである。
As a means for solving the above-mentioned problems, the Ni content is determined by setting an appropriate ratio of the Ni and Mo contents instead of simply improving the Ni and Mo contents. Is controlled to an appropriate range, thereby improving the bending fatigue strength by increasing the content of Ni and Mo, controlling the retained austenite to 35% or less, and improving the surface fatigue by adjusting the surface hardness to 700 HV or more. It is to be.

【0006】そして、具体的には、重量%で、C =
0.10〜0.30%、Si=0.01〜0.15%、
Mn=0.30〜1.50%、Ni=0.01〜0.9
0%、Cr=0.30〜1.50%、Mo=0.40〜
1.00%、Cu=0.00〜0.50%、Al=0.
010〜0.035%、V =0.00〜0.50%、
Nb=0.000〜0.035%、Ti=0.000〜
0.050%、B =0.0000〜0.0030%、
P =0.035%以下、O =0.0015%以下、
N =0.0050〜0.0250%、を含有し、残部
Feおよび不可避的不純物元素からなり、さらに、Ni
/3+Moで示されるパラメーターが0.60%以上で
あり、かつ、残留オーステナイト量を35%以下に制御
することにより、表面硬さ700HV以上を確保し、さ
らには、被削性を向上する元素で、かつ、疲労特性を著
しく阻害しない元素として重量%で、S =0.005
〜0.035%、Pb=0.01〜0.09%、Bi=
0.04〜0.20%、Te=0.002〜0.030
%、Zr=0.01〜0.20%、Ca=0.0001
〜0.0100%、Sb=0.015〜0.100%、
のうちから1種または2種以上を含有している浸炭およ
び浸炭窒化用鋼を提供することである。
[0006] Specifically, C =
0.10 to 0.30%, Si = 0.01 to 0.15%,
Mn = 0.30-1.50%, Ni = 0.01-0.9
0%, Cr = 0.30-1.50%, Mo = 0.40-
1.00%, Cu = 0.00 to 0.50%, Al = 0.
010-0.035%, V = 0.00-0.50%,
Nb = 0.000-0.035%, Ti = 0.000-
0.050%, B = 0.0000-0.0030%,
P 2 = 0.035% or less, O 2 = 0.0015% or less,
N = 0.0050-0.0250%, the balance being Fe and unavoidable impurity elements.
By controlling the parameter represented by / 3 + Mo to be 0.60% or more and controlling the amount of retained austenite to 35% or less, a surface hardness of 700 HV or more is ensured, and further, an element for improving machinability. And S = 0.005 in weight% as an element that does not significantly impair the fatigue properties.
0.035%, Pb = 0.01 to 0.09%, Bi =
0.04 to 0.20%, Te = 0.002 to 0.030
%, Zr = 0.01 to 0.20%, Ca = 0.0001
~ 0.0100%, Sb = 0.015 to 0.100%,
It is an object of the present invention to provide a carburizing and carbonitriding steel containing one or more of the above.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】本発明者等は、現行使用されてい
るJIS(日本工業規格)に規定されているクロムモリ
ブデン鋼の疲労寿命向上に際し、回転曲げ疲労限15%
以上向上、ローラーピッチング疲労寿命L50寿命5倍以
上向上、を目標値として開発を進めてきたが、上述した
ように従来技術では、曲げ疲労強度は改善するもののピ
ッチング疲労強度はほとんど改善されないといった問題
点に直面し、本発明を成す経緯となった。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The inventors of the present invention have been working to improve the fatigue life of chromium molybdenum steel specified in JIS (Japanese Industrial Standard), which is currently used, with a rotational bending fatigue limit of 15%.
Above improvements, improved roller pitting fatigue life L 50 life 5 times or more, has been developing as a target value, in the conventional as described above techniques, problem pitting fatigue strength of those bending fatigue strength to improve is hardly improved Faced with the point, it was the history of forming the present invention.

【0008】先ず、従来技術の問題点を確認した一例を
示す。表1には、確認実験に使用した鋼の化学成分を示
す。ここで、従来技術による高強度鋼とは曲げ疲労強度
を改善するために、従来技術により粒界酸化層深さを低
減するためにSi含有量を低下し、NiおよびMo含有
量を増量した鋼であり、JIS クロムモリブデン鋼1
およびJIS クロムモリブデン鋼2はJIS(日本工
業規格)に規定されているクロムモリブデン鋼である。
これらの鋼はいずれも実炉鋼である。
First, an example in which the problems of the prior art have been confirmed will be described. Table 1 shows the chemical components of the steel used in the confirmation experiment. Here, a high-strength steel according to the prior art is a steel having a reduced Si content and an increased Ni and Mo content in order to improve the bending fatigue strength and to reduce the grain boundary oxide layer depth according to the conventional technology. JIS Chrome Molybdenum Steel 1
And JIS chrome molybdenum steel 2 is chromium molybdenum steel specified by JIS (Japanese Industrial Standards).
All of these steels are actual furnace steels.

【0009】[0009]

【表1】 [Table 1]

【0010】これらの素材から機械加工により、それぞ
れ、静曲げ強さを評価するために図1に示す形状の試験
片を3本、回転曲げ疲労硬度を評価するために図2に示
す形状の試験片を6本、ピッチング疲労強度を評価する
ために図3に示す形状の試験片を5本作製した。これら
の試験片全数を図4に示す条件で浸炭焼入れ−焼戻し処
理を実施した。次に、これらの試験片について、静曲げ
強さ、曲げ疲労強度およびピッチング疲労強度を評価し
た。
Each of these materials was machined by machining to obtain three test pieces having the shape shown in FIG. 1 for evaluating the static bending strength, and a test piece having the shape shown in FIG. 2 for evaluating the rotational bending fatigue hardness. Six pieces and five test pieces having a shape shown in FIG. 3 were prepared for evaluating the pitting fatigue strength. All of these test pieces were carburized and quenched and tempered under the conditions shown in FIG. Next, the static bending strength, bending fatigue strength and pitting fatigue strength of these test pieces were evaluated.

【0011】静曲げ強さは試験片を図5に示すように切
り欠き部を中心にスパン間100mmに設置し、13m
mRの押し冶具にて歪み速度10-2/Sで荷重を負荷し
ていき、破損した際の最大荷重を静曲げ強さ定義して評
価した。曲げ疲労強度は通常の小野式回転曲げ疲労試験
を実施して評価した。ピッチング疲労強度は図6に示す
ローラー・ピッチング疲労試験機で評価した。ここで1
は浸炭焼入れ−焼戻し済みの試験片、2は負荷ローラ
ー、3、4は噛み合い歯車、5は軸受け、6はカップリ
ング、7は伝達ベルト、8はモーターである。図7はロ
ーラー・ピッチング疲労試験機の負荷ローラーの形状を
示す。表2にローラーピッチング疲労試験の条件を示
す。なお、試験片は試験前に抜き取りで各鋼種1本ずつ
表面の残留オーステナイト量と表面硬さを調査した。
As shown in FIG. 5, the static bending strength of the test piece was set at 100 mm between the spans around the notch as shown in FIG.
A load was applied at a strain rate of 10 −2 / S using a mR pushing jig, and the maximum load at the time of breakage was defined and evaluated by static bending strength. The bending fatigue strength was evaluated by performing a normal Ono-type rotary bending fatigue test. The pitting fatigue strength was evaluated using a roller pitting fatigue tester shown in FIG. Where 1
Is a test piece which has been carburized and quenched and tempered, 2 is a load roller, 3 and 4 are meshing gears, 5 is a bearing, 6 is a coupling, 7 is a transmission belt, and 8 is a motor. FIG. 7 shows the shape of the load roller of the roller pitching fatigue tester. Table 2 shows the conditions of the roller pitting fatigue test. The test piece was sampled before the test to examine the amount of retained austenite and the surface hardness of each steel type one by one.

【0012】[0012]

【表2】 [Table 2]

【0013】表3には静曲げ強さの測定結果を示す。Table 3 shows the measurement results of the static bending strength.

【表3】 [Table 3]

【0014】これより、従来技術による高強度鋼の静曲
げ強さは5978Nから6145Nであり、JIS ク
ロムモリブデン鋼1の静曲げ強さの4650Nから47
70NおよびJIS クロムモリブデン鋼2の静曲げ強
さの4589Nから4729Nより高いことがわかる。
これは、NiおよびMo含有量の増量により浸炭層と心
部の靭性が向上したこと、Si含有量低減により粒界酸
化層が低減したことによる。図8には回転曲げ疲労試験
の結果を示す。これより、従来技術による高強度鋼の疲
労限は960MPaであり、JIS クロムモリブデン
鋼1の疲労限の815MPaおよびJIS クロムモリ
ブデン鋼2の疲労限の784MPaより高いことがわか
る。これも、静曲げ強さと同様に、NiおよびMo含有
量の増量により浸炭層と心部の靭性が向上したこと、S
i含有量低減により粒界酸化層が低減したことによる。
したがって、従来技術でも目標値であるJIS クロム
モリブデン鋼の疲労限の15%以上、すなわち、940
MPa以上の向上は可能なことがわかる。図9には回転
曲げ疲労限と静曲げ強さの関係を示す。回転曲げ疲労限
は静曲げ強さが高いほど高いが、一定の静曲げ強さでそ
の効果は飽和し、目標値である回転曲げ疲労限を940
MPa以上とするためには静曲げ強さを5400N以上
とする必要があることがわかった。
Thus, the static bending strength of the high-strength steel according to the prior art is 5978 N to 6145 N, and the static bending strength of JIS chrome molybdenum steel 1 is 4650 N to 47 N.
It can be seen that the static bending strength of 70N and JIS chrome molybdenum steel 2 is higher than 4589N to 4729N.
This is because the toughness of the carburized layer and the core was improved by increasing the Ni and Mo contents, and the grain boundary oxide layer was reduced by reducing the Si content. FIG. 8 shows the results of the rotating bending fatigue test. This indicates that the fatigue limit of the high-strength steel according to the conventional technique is 960 MPa, which is higher than the fatigue limit of JIS chrome molybdenum steel 1 of 815 MPa and the fatigue limit of JIS chrome molybdenum steel 2 of 784 MPa. This shows that, similarly to the static bending strength, the toughness of the carburized layer and the core was improved by increasing the Ni and Mo contents.
This is because the grain boundary oxide layer was reduced by reducing the i content.
Therefore, 15% or more of the fatigue limit of JIS chromium molybdenum steel, which is the target value in the prior art, that is, 940
It can be seen that improvement over MPa is possible. FIG. 9 shows the relationship between the rotational bending fatigue limit and the static bending strength. The rotational bending fatigue limit is higher as the static bending strength is higher, but the effect is saturated at a constant static bending strength, and the rotational bending fatigue limit, which is the target value, is reduced to 940.
It has been found that the static bending strength needs to be 5400 N or more in order to make it MPa or more.

【0015】図10にはローラーピッチング疲労試験の
結果を示す。疲労寿命はL50寿命で評価している。これ
より、従来技術による高強度鋼の疲労寿命でも4.08
×106であり、目標値である15.5×106と比較し
て、大幅に未達である。
FIG. 10 shows the results of a roller pitting fatigue test. Fatigue life is evaluated by the L 50 life. Thus, even the fatigue life of the high-strength steel according to the prior art is 4.08.
× 10 6, which is far below the target value of 15.5 × 10 6 .

【0016】したがって、従来技術によるNiおよびM
o含有量を向上した従来技術による高強度鋼では、曲げ
疲労強度は良好なもののピッチング疲労強度はほとんど
改善されず、本発明の目的とするところの曲げ疲労強度
の向上とピッチング疲労強度の向上の両立は不可能であ
ることが改めて確認された。その要因を解明するために
試験前に調査しておいた試験片の表面の残留オーステナ
イト量と硬さを確認したところ、表4に示すように、従
来技術による高強度鋼では残留オーステナイト量が3
5.5%とJIS クロムモリブデン鋼1のそれの1
9.5%およびJIS クロムモリブデン鋼2のそれの
16.5%よりも多く、ピッチング疲労寿命の向上に最
も重要な因子と考えられる表面硬さが従来技術による高
強度鋼の661HVに対して、JIS クロムモリブデ
ン鋼1の766HVおよびJIS クロムモリブデン鋼
2の753HVよりも低いことがわかった。すなわち、
NiおよびMo含有量を増量して、静曲げ強さや曲げ疲
労強度を向上しても、表面硬さが低下すればピッチング
疲労強度の改善は望めないことがわかった。
Therefore, the prior art Ni and M
In the high-strength steel according to the prior art in which the o content is improved, the bending fatigue strength is good but the pitting fatigue strength is hardly improved, and the improvement of the bending fatigue strength and the improvement of the pitting fatigue strength as the object of the present invention is achieved. It was once again confirmed that balancing was impossible. When the amount of retained austenite and the hardness of the surface of the test piece, which were investigated before the test, were confirmed in order to elucidate the factors, as shown in Table 4, the amount of retained austenite was 3 in the conventional high-strength steel.
5.5% of JIS chrome molybdenum steel 1
9.5% and more than 16.5% of that of JIS chromium molybdenum steel 2, the surface hardness considered to be the most important factor for the improvement of pitting fatigue life, compared to 661 HV of the high strength steel according to the prior art, It was found to be lower than 766 HV of JIS chrome molybdenum steel 1 and 753 HV of JIS chrome molybdenum steel 2. That is,
It was found that even if the content of Ni and Mo was increased to improve the static bending strength and the bending fatigue strength, the improvement in pitting fatigue strength could not be expected if the surface hardness was reduced.

【0017】[0017]

【表4】 [Table 4]

【0018】そこで、本発明では上記の知見を基にし
て、鋼の化学成分を調整することで、下記の項目を両立
することを目的に、下記項目(1)および項目(2)項
に及ぼす化学成分の影響を調査した。
Therefore, in the present invention, by adjusting the chemical composition of steel based on the above findings, the following items (1) and (2) are affected for the purpose of achieving both of the following items. The effects of chemical components were investigated.

【0019】項目(1):回転曲げ疲労強度の向上につ
いては、静曲げ強さを従来技術による高強度鋼と同等レ
ベルの5400N以上とする。 項目(2):ピッチング疲労強度の向上については、表
面硬さを700HV以上とする。
Item (1): Regarding the improvement of the rotating bending fatigue strength, the static bending strength is set to 5400 N or more, which is the same level as that of the conventional high-strength steel. Item (2): Regarding the improvement of the pitting fatigue strength, the surface hardness is set to 700 HV or more.

【0020】表5には、これらの項目を評価するために
使用した発明鋼と比較鋼の化学成分を示す。
Table 5 shows the chemical compositions of the inventive steel and the comparative steel used for evaluating these items.

【0021】[0021]

【表5】 [Table 5]

【0022】ここで、第1発明鋼とは特許請求項目1に
該当する発明鋼で、第2発明鋼とは特許請求項目2に該
当する発明鋼である。これらの鋼を高周波真空溶解炉に
より溶製し、溶製した鋼塊を1250℃に加熱後30m
mφに鍛伸し、さらに、925℃で焼準した。これらの
素材から機械加工により、それぞれ、表面の残留オース
テナイト量と表面硬さを測定するために図11に示す形
状の試験片を1本、静曲げ強さを評価するために図1に
示す形状の試験片を3本ずつ作製した。これらの試験片
全数を図4に示す条件で浸炭焼入れ−焼戻し処理を実施
した。その後、図11に示す浸炭焼入れ−焼戻し済みの
試験片は、先ず、X線により、90°毎4箇所につい
て、表面の残留オーステナイト量を測定し、それらの平
均値を求めた。次に、長手方向に垂直に切断し、90°
毎4箇所について、表面から50μmの位置の硬さをマ
イクロビッカース硬さ計で測定して、それらの平均値を
求め表面硬さとした。また、静曲げ強さは前述した試験
方法で評価し、3本の平均値を求めた。それらの結果を
表6に示す。
Here, the first invention steel is an invention steel corresponding to claim 1, and the second invention steel is an invention steel corresponding to claim 2. These steels were melted in a high-frequency vacuum melting furnace, and the melted steel ingot was heated to 1250 ° C. and then heated for 30 m.
It was forged to mφ and further normalized at 925 ° C. From these materials, one specimen having the shape shown in FIG. 11 was measured by machining to measure the amount of retained austenite and the surface hardness, and the shape shown in FIG. 1 was used to evaluate the static bending strength. Were prepared three by three. All of these test pieces were carburized and quenched and tempered under the conditions shown in FIG. After that, the test pieces after carburizing, quenching and tempering shown in FIG. 11 were first measured for the amount of retained austenite on the surface at four points every 90 ° by X-ray, and the average value thereof was obtained. Next, cut perpendicular to the longitudinal direction, 90 °
The hardness at a position of 50 μm from the surface was measured with a micro Vickers hardness tester at each of the four locations, and the average value was determined as the surface hardness. The static bending strength was evaluated by the above-described test method, and an average value of three pieces was obtained. Table 6 shows the results.

【0023】[0023]

【表6】 [Table 6]

【0024】これらの結果について、過去のデータも含
めて重回帰分析等の統計的手法により解析した結果、静
曲げ強さと化学成分の影響について、式1なる関係を見
出し、Ni含有量の影響はMo含有量のそれの約1/3
であることがわかったので、Ni/3+Mo含有量をN
i/3+Moパラメーターと定義し、 静曲げ強さ(N)=−17×C含有量−30×Si含有量+ 56×Mn含有量+323×Ni含有量+ 1038×Mo含有量+定数 (式1) と定義し、表6の結果を整理した。
As a result of analyzing these results by a statistical method such as a multiple regression analysis including past data, a relationship represented by the following equation 1 was found for the effect of the static bending strength and the chemical components. About 1/3 of that of Mo content
It was found that the Ni / 3 + Mo content was N
Static bending strength (N) = − 17 × C content−30 × Si content + 56 × Mn content + 323 × Ni content + 1038 × Mo content + constant (Equation 1) ) And arranged the results in Table 6.

【0025】図12には、静曲げ強さとNi/3+Mo
パラメーターの関係を示す。これより、Ni/3+Mo
パラメーターが0.60wt%以上の範囲では、静曲げ
強さは5400N以上となることがわかる。したがっ
て、Ni/3+Moパラメーターが0.60wt%以上
の範囲であれば項目(1)の要件を満足することがわか
り、これを本発明の請求範囲のひとつとした。一方、表
面硬さについては、確認実験の結果、残留オーステナイ
ト量との相関が強いことが想定されたので、図13に
は、表面硬さと残留オーステナイト量との関係を示す。
これより、残留オーステナイト量が35%以下であれ
ば、表面硬さが700HV以上となり、項目(2)の要
件を満足することがわかり、これを本発明の請求範囲の
ひとつとした。また、残留オーステナイト量はNi含有
量が高いほど高いといわれているが、その定量的な効果
を把握するために、図1には、残留オーステナイト量と
Ni含有量との関係を確認した。これより、Ni含有量
が0.90wt%以下であれば、残留オーステナイト量
が35%以下になることがわかり、これを本発明の請求
項目のひとつとした。
FIG. 12 shows static bending strength and Ni / 3 + Mo.
Shows the relationship between parameters. From this, Ni / 3 + Mo
It can be seen that in the range where the parameter is 0.60 wt% or more, the static bending strength is 5400 N or more. Therefore, it was found that the condition of item (1) was satisfied if the Ni / 3 + Mo parameter was in a range of 0.60 wt% or more, and this was regarded as one of the claims of the present invention. On the other hand, as for the surface hardness, as a result of the confirmation experiment, it was assumed that there was a strong correlation with the amount of retained austenite, and FIG. 13 shows the relationship between the surface hardness and the amount of retained austenite.
From this, it was found that if the amount of retained austenite was 35% or less, the surface hardness was 700 HV or more, satisfying the requirement of item (2), which was regarded as one of the claims of the present invention. The amount of retained austenite is said to be higher as the Ni content is higher, but FIG. 1 shows the relationship between the retained austenite amount and the Ni content in order to grasp the quantitative effect. From this, it was found that when the Ni content was 0.90 wt% or less, the retained austenite amount was 35% or less, and this was regarded as one of the claimed items of the present invention.

【0026】これらの結果から、本発明鋼の請求項にあ
るように、Ni/3+Moパラメーターが0.60%以
上とすることにより、回転曲げ疲労強度を向上するため
に静曲げ強さを5400N以上とし、かつ、Ni含有量
を0.90wt%以下とすることにより、ピッチング疲
労強度を向上するために残留オーステナイト量を35%
以下に制限し表面硬さを700HV以上とすることがで
きることがわかった。
From these results, as described in the claims of the steel of the present invention, when the Ni / 3 + Mo parameter is set to 0.60% or more, the static bending strength is set to 5400 N or more in order to improve the rotational bending fatigue strength. And by setting the Ni content to 0.90 wt% or less, the amount of retained austenite is reduced by 35% in order to improve the pitting fatigue strength.
It has been found that the surface hardness can be limited to 700 HV or more.

【0027】以上の研究成果から本発明はなされたが、
次に本発明の化学成分について、その限定理由を説明す
る。なお、歯車用鋼の化学成分は、その使用環境、すな
わち、歯車の大きさ、負荷強度および浸炭あるいは浸炭
窒化条件等を考慮して、種々の範囲に調整されることが
考えられるが、本発明では上述したように、表6に示し
た化学成分の範囲においても、発明の効果が得られるこ
とを確認して、成分請求範囲を請求した。
Although the present invention has been made based on the above research results,
Next, the reasons for limiting the chemical components of the present invention will be described. The chemical composition of the gear steel may be adjusted to various ranges in consideration of its use environment, that is, the size of the gear, the load strength, and the conditions of carburizing or carbonitriding. As described above, the inventors claimed that the effects of the present invention could be obtained even in the range of the chemical components shown in Table 6, and claimed the components.

【0028】C:0.10〜0.30wt% Cは、歯車に要求される心部硬さを確保するためには、
少なくとも0.10wt%以上の添加が必要である。し
かし、その過剰な添加は、心部の硬さが上昇し過ぎ、か
つ心部の靭性を劣化させる。これを回避するためには上
限を0.30wt%に限定する必要がある。したがっ
て、Cの添加量は0.10〜0.30wt%の範囲とし
た。
C: 0.10 to 0.30 wt% C is required to secure the core hardness required for the gear.
It is necessary to add at least 0.10 wt% or more. However, the excessive addition increases the hardness of the core too much and degrades the toughness of the core. To avoid this, it is necessary to limit the upper limit to 0.30 wt%. Therefore, the addition amount of C is set in the range of 0.10 to 0.30 wt%.

【0029】Si:0.01〜0.15wt% Siは、鋼の脱酸に必要な元素であり、少なくとも0.
01wt%以上の添加が必要である。しかしSiは疲労
亀裂発生の起点となると考えられる粒界酸化を助長する
元素でもあり、上限を0.15wt%に限定する必要が
ある。したがって、Siの添加量は0.01〜0.15
wt%の範囲とした。
Si: 0.01-0.15 wt% Si is an element necessary for deoxidizing steel, and is at least 0.1%.
It is necessary to add at least 01 wt%. However, Si is also an element that promotes grain boundary oxidation, which is considered to be a starting point of fatigue crack generation, and its upper limit needs to be limited to 0.15 wt%. Therefore, the addition amount of Si is 0.01 to 0.15.
wt% range.

【0030】Mn:0.30〜1.50wt% Mnは、焼入性を確保するために必要な元素であり、少
なくとも0.30wt%以上の添加が必要である。しか
しながら、その過剰な添加は浸炭前の鋼材が硬くなり過
ぎることにより、冷鍛性や切削性を劣化させる。これを
回避するためには、上限を1.50wt%に限定する必
要がある。したがって、Mnの添加量は0.30〜1.
50wt%の範囲とした。
Mn: 0.30 to 1.50 wt% Mn is an element necessary for securing hardenability, and it is necessary to add at least 0.30 wt% or more. However, excessive addition thereof causes the steel material before carburizing to be too hard, thereby deteriorating cold forgeability and machinability. To avoid this, it is necessary to limit the upper limit to 1.50 wt%. Therefore, the added amount of Mn is 0.30-1.
The range was 50 wt%.

【0031】P:0.035wt%以下 Pはオーステナイト粒界に偏析して粒界を脆弱すること
により靭性や疲労強度を低下する元素であり、0.03
5wt%を超えて含むとこのような弊害が顕著となる。
したがって、Pの含有量を0.035wt%以下と限定
した。
P: not more than 0.035 wt% P is an element that segregates at the austenite grain boundaries and weakens the grain boundaries, thereby reducing toughness and fatigue strength.
If the content exceeds 5 wt%, such adverse effects become remarkable.
Therefore, the content of P is limited to 0.035 wt% or less.

【0032】Ni:0.01〜0.90wt% Niは本発明鋼において、Moと共に重要な元素であ
る。すなわち、上述したようにNiはMoと複合添加す
ることにより浸炭層および心部の靭性を向上させる元素
である。その効果を発揮するためには0.01wt%以
上の添加が必要である。しかしながら、上述したよう
に、0.90wt%を超えると残留オーステナイトを増
加させることにより表面硬さを低下する。これを回避す
るためには上限を0.90wt%に限定する必要があ
る。したがって、Niの添加量は0.01〜0.90w
t%の範囲とした。
Ni: 0.01 to 0.90 wt% Ni is an important element together with Mo in the steel of the present invention. That is, as described above, Ni is an element that improves the toughness of the carburized layer and the core by being combined with Mo. In order to exert the effect, it is necessary to add 0.01 wt% or more. However, as described above, when the content exceeds 0.90 wt%, the surface hardness is reduced by increasing the retained austenite. To avoid this, it is necessary to limit the upper limit to 0.90 wt%. Therefore, the addition amount of Ni is 0.01 to 0.90 w.
t% range.

【0033】Cr:0.30〜1.50wt% Crは、焼入性を確保するために必要な元素であり、少
なくとも0.30wt%以上の添加が必要である。しか
しながら、その過剰な添加は、浸炭前の鋼材が硬くなり
すぎることにより、冷鍛性や切削性を劣化させる。これ
を回避するためには上限を1.50wt%に限定する必
要がある。したがって、Crの添加量は0.30〜1.
50wt%の範囲とした。
Cr: 0.30 to 1.50 wt% Cr is an element necessary for ensuring hardenability, and it is necessary to add at least 0.30 wt% or more. However, the excessive addition deteriorates cold forgeability and machinability due to the steel material before carburizing becoming too hard. In order to avoid this, it is necessary to limit the upper limit to 1.50 wt%. Therefore, the added amount of Cr is 0.30-1.
The range was 50 wt%.

【0034】Mo:0.40〜1.00wt% Moは本発明鋼において、Niと共に重要な元素であ
る。すなわち、MoはNiと複合添加することにより浸
炭層および心部の靭性を向上させる元素である。その効
果を発揮するためには0.40wt%以上の添加が必要
である。
Mo: 0.40-1.00 wt% Mo is an important element together with Ni in the steel of the present invention. That is, Mo is an element that improves the toughness of the carburized layer and the core by being combined with Ni. In order to exert the effect, it is necessary to add 0.40% by weight or more.

【0035】しかしながら、1.00wt%を超える
と、浸炭前の鋼材が硬くなり過ぎることにより、冷鍛性
や切削性を劣化させ、また、Moは比較的高価な元素で
あるためその過剰な添加は経済的な観点からも望ましく
ない。これを回避するためには上限を1.00wt%に
限定する必要がある。したがって、Moの添加量は0.
40〜1.00wt%の範囲とした。
However, if the content exceeds 1.00 wt%, the steel material before carburizing becomes too hard, thereby deteriorating cold forgeability and machinability. In addition, since Mo is a relatively expensive element, excessive addition of Mo is necessary. Is not desirable from an economic point of view. To avoid this, it is necessary to limit the upper limit to 1.00 wt%. Therefore, the amount of Mo added is 0.1.
The range was 40 to 1.00 wt%.

【0036】Cu:0.00〜0.50wt% Cuは積極的に添加しなくても良い場合があるが、Cu
は400〜600℃といった比較的高い温度域において
析出硬化が期待できる元素である。したがって、歯面あ
るいは転動面の温度が著しく上昇する過酷な使用状況が
想定される場合や、航空機材料のようにジェット推進機
やタービン近傍の高温環境で使用される場合には添加す
べきであり、この効果を発揮するためには少なくとも
0.01wt%以上の添加が必要である。しかしなが
ら、その過剰な添加は熱間脆性を増長し、かつ、浸炭性
を阻害する。これを回避するためには上限を0.50w
t%に限定する必要がある。したがって、Cuの添加量
は0.00〜0.50wt%の範囲とした。
Cu: 0.00 to 0.50 wt% Cu may not be added positively in some cases.
Is an element for which precipitation hardening can be expected in a relatively high temperature range of 400 to 600 ° C. Therefore, it should be added when severe usage conditions where the temperature of the tooth surface or rolling surface rises significantly are assumed, or when it is used in a high temperature environment near jet propulsion machines or turbines such as aircraft materials. In order to exhibit this effect, it is necessary to add at least 0.01 wt% or more. However, its excessive addition increases hot brittleness and inhibits carburization. To avoid this, the upper limit is 0.50w
It must be limited to t%. Therefore, the addition amount of Cu is set in the range of 0.00 to 0.50 wt%.

【0037】Al:0.010〜0.035wt% AlはNと結合してAlNを形成し、オーステナイト結
晶粒度を微細化する作用を有する元素であり、その微細
化を介して浸炭層および心部の靭性向上に寄与する。そ
の効果を発揮するためには、少なくとも0.010wt
%以上の添加が必要である。しかし、その過剰な添加は
疲労強度に対して有害なAl23介在物の生成を助長す
る。これを回避するためには上限を0.035wt%に
限定する必要がある。したがって、Alの添加量は0.
010〜0.035wt%の範囲とした。
Al: 0.010-0.035 wt% Al is an element that combines with N to form AlN and has the effect of reducing the austenite crystal grain size. Contributes to the improvement of toughness. At least 0.010 wt.
% Or more is required. However, its excessive addition promotes the formation of Al 2 O 3 inclusions harmful to fatigue strength. To avoid this, it is necessary to limit the upper limit to 0.035 wt%. Therefore, the amount of Al added is 0.1.
It was in the range of 010 to 0.035 wt%.

【0038】V:0.00〜0.50wt% Vは積極的に添加しなくても良い場合があるが、Vは浸
炭温度近傍の比較的低い温度においても炭化物を形成
し、それらによる硬さの向上が期待できると同時に焼入
性を向上する元素でもある。したがって、そのような効
果を必要とする場合には添加すべきであり、この効果を
発揮するためには少なくとも0.01wt%以上の添加
が必要である。しかしながら、その過剰な添加は、浸炭
層の靭性を劣化させ、また、Vは高価な元素であること
から経済的な観点から望ましくなく、かつ、浸炭前の鋼
材が硬くなり過ぎることにより、冷鍛性や切削性を劣化
させる。これを回避するためには上限を0.50wt%
に限定する必要がある。したがって、Vの添加量は0.
00〜0.50wt%の範囲とした。
V: 0.00 to 0.50 wt% V may not need to be positively added, but V forms carbide even at a relatively low temperature near the carburizing temperature, and the hardness due to them. Is an element that can be expected to improve the quenching property at the same time. Therefore, if such an effect is required, it should be added, and at least 0.01 wt% or more is required to exhibit this effect. However, its excessive addition degrades the toughness of the carburized layer, is undesirable from an economical point of view because V is an expensive element, and the steel material before carburizing becomes too hard, resulting in cold forging. Deterioration of workability and machinability. To avoid this, the upper limit is 0.50 wt%
It is necessary to limit to. Therefore, the added amount of V is 0.1.
The content was in the range of 00 to 0.50 wt%.

【0039】Nb=0.000〜0.035wt% Nbは積極的に添加しなくても良い場合があるが、Nb
は鋼中のC、Nと結合して炭窒化物を形成し、AlNと
同様にオーステナイト結晶粒度の微細化に効果のある元
素であり、その微細化を介して浸炭層および心部の靭性
向上に寄与する。したがって、そのような効果を必要と
する場合には添加すべきであり、この効果を発揮するた
めには少なくとも0.001wt%以上の添加が必要で
ある。しかしながら、その過剰な添加は粗大は炭窒化物
を形成、析出し、浸炭層の靭性を損なう。これを回避す
るためには上限を0.050wt%に限定する必要があ
る。したがって、Nbの添加量は0.000〜0.03
5wt%の範囲とした。
Nb = 0.000-0.035 wt% Nb may not need to be added positively in some cases.
Is an element that combines with C and N in steel to form carbonitride and is effective in refining the austenite grain size like AlN. Through the refining, it improves the toughness of the carburized layer and the core. To contribute. Therefore, if such an effect is required, it should be added, and in order to exhibit this effect, at least 0.001 wt% or more must be added. However, its excessive addition coarsely forms and precipitates carbonitrides and impairs the toughness of the carburized layer. To avoid this, it is necessary to limit the upper limit to 0.050 wt%. Therefore, the added amount of Nb is 0.000 to 0.03.
The range was 5 wt%.

【0040】Ti:0.000〜0.050wt% Tiは積極的に添加しなくても良い場合があるが、Ti
は鋼中のC、Nと結合して炭窒化物を形成し、AlNと
同様にオーステナイト結晶粒度を微細化する作用を有す
る元素であり、その微細化を介して浸炭層および心部の
靭性向上に寄与する。
Ti: 0.000 to 0.050 wt% Ti may not be positively added in some cases.
Is an element that combines with C and N in steel to form carbonitrides and has the effect of refining the austenite grain size, similar to AlN. Through the refinement, the toughness of the carburized layer and the core is improved. To contribute.

【0041】また、Tiは鋼中のNが後述するBと結合
してBNを生成し、Bの焼入性向上効果を劣化させるこ
とを防止する元素でもある。したがって、そのような効
果を必要とする場合には添加すべきであり、この効果を
発揮するためには少なくとも0.001wt%以上の添
加が必要である。しかしながら、多量に添加すると大型
のTiNを生成し疲労破壊の起点となる可能性があるた
め、上限を0.050wt%に限定する必要がある。し
たがって、Tiの添加量は0.000〜0.050wt
%の範囲とした。
Ti is also an element that prevents N in steel from combining with B, which will be described later, to form BN, thereby deteriorating the effect of improving the hardenability of B. Therefore, if such an effect is required, it should be added, and in order to exhibit this effect, at least 0.001 wt% or more must be added. However, if a large amount is added, large TiN may be generated and may become a starting point of fatigue fracture. Therefore, it is necessary to limit the upper limit to 0.050 wt%. Therefore, the addition amount of Ti is 0.000 to 0.050 wt.
%.

【0042】B:0.0000〜0.0030wt% Bは積極的に添加しなくても良い場合があるが、Bは浸
炭前の鋼材の冷鍛性や切削性を劣化させることなく、焼
入性を向上する元素である。また、BはPに優先して結
晶粒界に偏析し、Pの偏析による結晶粒界の脆化を防ぐ
元素でもある。したがって、そのような効果を必要とす
る場合には添加すべきであり、この効果を発揮するため
には少なくとも0.0001wt%以上の添加が必要で
ある。しかしながら、0.0050wt%以上添加して
もその効果が飽和するとともに、熱間加工性を劣化する
ために、上限を0.050wt%に限定する必要があ
る。したがって、Bの添加量は0.0000〜0.00
30wt%の範囲とした。
B: 0.0000 to 0.0030 wt% B may not be added positively, but B is hardened without deteriorating the cold forgeability and machinability of the steel material before carburizing. It is an element that improves the properties. B is also an element that segregates at the crystal grain boundary in preference to P and prevents embrittlement of the crystal grain boundary due to segregation of P. Therefore, if such an effect is required, it should be added, and in order to exhibit this effect, it is necessary to add at least 0.0001 wt% or more. However, even if 0.0050 wt% or more is added, the effect is saturated and the hot workability is deteriorated, so it is necessary to limit the upper limit to 0.050 wt%. Therefore, the addition amount of B is 0.0000 to 0.00.
The range was 30 wt%.

【0043】O:0.0015wt%以下 Oは、鋼中においては酸化物系介在物として存在し、疲
労強度を損なう元素である。したがって、Oの上限を
0.0015wt%以下と規定した。
O: 0.0015 wt% or less O is an element existing as an oxide-based inclusion in steel and impairing the fatigue strength. Therefore, the upper limit of O is specified as 0.0015 wt% or less.

【0044】N:0.0050〜0.0250wt% NはAlやNbと結合してAlN、NbNを形成し、オ
ーステナイト結晶粒度の微細化に効果のある元素であ
り、その微細化を介して浸炭層および心部の靭性向上に
寄与する。その効果を発揮するためには、少なくとも
0.0050wt%以上の添加が必要である。しかし、
Bを添加し、焼入性の向上を図るためにはできるだけ少
ない方が良く、かつ、その過剰な添加は凝固時の鋼塊表
面での気泡の発生や鋼材の鍛造性の劣化を招く。これを
回避するためには上限を0.0250wt%に限定する
必要がある。したがって、Nの添加量は0.0050〜
0.0250wt%の範囲とした。
N: 0.0050 to 0.0250 wt% N combines with Al and Nb to form AlN and NbN, and is an element effective in refining the austenite crystal grain size. It contributes to improving the toughness of the layer and the core. In order to exhibit the effect, it is necessary to add at least 0.0050 wt% or more. But,
In order to improve the hardenability by adding B, it is preferable that the amount is as small as possible, and excessive addition causes generation of bubbles on the surface of the steel ingot during solidification and deterioration of the forgeability of the steel material. In order to avoid this, it is necessary to limit the upper limit to 0.0250 wt%. Therefore, the addition amount of N is 0.0050 to
The range was 0.0250 wt%.

【0045】Ni/3+Moパラメーター:0.60w
t%以上 Ni含有量の1/3とMo含有量を加えたNi/3+M
oパラメーターは本発明鋼において、最も重要なパラメ
ーターである。すなわち、NiおよびMoは、該当する
それぞれの項で記したように、それぞれ、浸炭層および
心部の靭性を向上させる元素であるが、上述したように
回転曲げ疲労強度の疲労限を従来の高強度鋼レベルであ
る940MPa以上とするためにはNi/3+Moパラ
メーターを0.60wt%以上とし、静曲げ強さを54
00N以上に向上する必要がある。したがって、Ni/
3+Moパラメーターは0.60wt%以上とした。
Ni / 3 + Mo parameter: 0.60 w
t / 3 or more Ni / 3 + M with 1/3 of Ni content and Mo content added
The o parameter is the most important parameter in the steel of the present invention. That is, Ni and Mo are elements that improve the toughness of the carburized layer and the core, respectively, as described in the respective sections. In order to obtain a strength steel level of 940 MPa or more, the Ni / 3 + Mo parameter is set to 0.60 wt% or more, and the static bending strength is set to 54%.
It is necessary to improve it to more than 00N. Therefore, Ni /
The 3 + Mo parameter was 0.60 wt% or more.

【0046】残留オーステナイト量:35%以下 上述したように残留オーステナイト量が35%を超える
と表面硬さが700HV以下となる可能性がある。した
がって、残留オーステナイト量を35%以下と規定し
た。
Retained austenite amount: 35% or less As described above, when the retained austenite amount exceeds 35%, the surface hardness may be 700 HV or less. Therefore, the amount of retained austenite was specified to be 35% or less.

【0047】表面硬さ:700HV以上 上述したように表面硬さが700HV未満となるとピッ
チング疲労強度を改善できない。したがって、表面硬さ
を700HV以上と規定した。
Surface hardness: 700 HV or more As described above, if the surface hardness is less than 700 HV, the pitting fatigue strength cannot be improved. Therefore, the surface hardness was specified to be 700 HV or more.

【0048】S:0.005〜0.035wt% Sは大部分は硫化物系介在物として鋼中に存在し、歯車
のように切削加工により成形される部品では、被削性の
向上に有効な元素である。そのためには少なくとも0.
005wt%以上の添加が必要である。しかし、その過
剰な添加は、疲労強度低下を招く要因となる。これを回
避するためには上限を0.035wt%に限定する必要
がある。したがって、Sの添加量は0.005〜0.0
35wt%の範囲とした。
S: 0.005 to 0.035 wt% S is mostly present as sulfide-based inclusions in steel, and is effective for improving machinability in parts formed by cutting such as gears. Element. To do so, at least 0.
It is necessary to add 005 wt% or more. However, excessive addition thereof causes a reduction in fatigue strength. To avoid this, it is necessary to limit the upper limit to 0.035 wt%. Therefore, the addition amount of S is 0.005 to 0.0
The range was 35 wt%.

【0049】Pb:0.01〜0.09wt% PbはSと同様に歯車のように切削加工により成形され
る部品では、被削性の向上に有効な元素である。そのた
めには少なくとも0.01wt%以上の添加が必要であ
る。しかしながら、その過剰な添加は、疲労強度低下を
招く要因となる元素である。また、0.10wt%以上
ではPbの取扱い上、集塵装置、方法等の法的な規制を
受ける。これを回避するためには上限を0.09wt%
に限定する必要がある。したがって、Pbの添加量は
0.01〜0.09wt%の範囲とした。
Pb: 0.01 to 0.09 wt% Pb is an element effective for improving machinability in a part formed by cutting like a gear like S. For that purpose, addition of at least 0.01 wt% is necessary. However, excessive addition is an element that causes a reduction in fatigue strength. If the content is 0.10 wt% or more, the handling of Pb is subject to legal regulations such as dust collectors and methods. To avoid this, the upper limit is 0.09 wt%
It is necessary to limit to. Therefore, the addition amount of Pb is set in the range of 0.01 to 0.09 wt%.

【0050】Bi:0.04〜0.20wt% BiはSやPbと同様に歯車のように切削加工により成
形される部品では、被削性の向上に有効な元素である。
そのためには少なくとも0.04wt%以上の添加が必
要である。しかしながら、その過剰な添加は、靭性を低
下させる。これを回避するためには上限を0.20wt
%に限定する必要がある。したがって、Biの添加量は
0.04〜0.20wt%の範囲とした。
Bi: 0.04 to 0.20 wt% Bi, like S and Pb, Bi is an element effective for improving machinability in a part formed by cutting like a gear.
For that purpose, it is necessary to add at least 0.04 wt% or more. However, its excessive addition reduces toughness. To avoid this, the upper limit is 0.20 wt
It is necessary to limit to%. Therefore, the added amount of Bi is set in the range of 0.04 to 0.20 wt%.

【0051】Te:0.002〜0.030wt% Teは硫化物系酸化物と母相であるFeの界面エネルギ
ーを増加させ、その形状を紡錘形とし被削性を向上させ
る元素である。そのためには少なくとも0.002wt
%以上の添加が必要である。しかし、その過剰な添加
は、熱間脆性を生ずる。これを回避するためには上限を
0.030wt%に限定する必要がある。したがって、
Teの添加量は0.002〜0.030wt%の範囲と
した。
Te: 0.002 to 0.030 wt% Te is an element that increases the interfacial energy between the sulfide-based oxide and the parent phase, Fe, makes the shape spindle-shaped, and improves machinability. For that, at least 0.002wt
% Or more is required. However, its excessive addition causes hot embrittlement. In order to avoid this, it is necessary to limit the upper limit to 0.030 wt%. Therefore,
The amount of Te added was in the range of 0.002 to 0.030 wt%.

【0052】Zr:0.01〜0.20wt% Zrは、被削性を向上させる元素である。そのためには
少なくとも0.01wt%以上の添加が必要である。し
かし、その過剰な添加は、靭性を低下させる。これを回
避するためには上限を0.20wt%に限定する必要が
ある。したがって、Zrの添加量は0.01〜0.20
wt%の範囲とした。
Zr: 0.01 to 0.20 wt% Zr is an element for improving machinability. For that purpose, addition of at least 0.01 wt% is necessary. However, its excessive addition reduces toughness. To avoid this, it is necessary to limit the upper limit to 0.20 wt%. Therefore, the addition amount of Zr is 0.01 to 0.20.
wt% range.

【0053】Ca:0.0001〜0.0100wt% Caは、被削性を向上させる元素である。そのためには
少なくとも0.0001wt%以上の添加が必要であ
る。しかし、その過剰な添加は、靭性を低下させる。こ
れを回避するためには上限を0.0100wt%に限定
する必要がある。したがって、Caの添加量は0.00
01〜0.0100wt%の範囲とした。
Ca: 0.0001 to 0.0100 wt% Ca is an element that improves machinability. For that purpose, it is necessary to add at least 0.0001 wt% or more. However, its excessive addition reduces toughness. To avoid this, it is necessary to limit the upper limit to 0.0100 wt%. Therefore, the amount of Ca added is 0.00
The range was from 0.01 to 0.0100 wt%.

【0054】Sb:0.015〜0.100wt% Sbはマトリックス中に固溶し、鋼を脆化させることに
より、被削性を向上させる元素である。また、Sbは粒
界酸化深さを低減する効果を有し、疲労強度の向上に寄
与する。そのためには少なくとも0.015wt%以上
の添加が必要である。しかし、その過剰な添加は、靭性
を低下させる。これを回避するためには上限を0.10
0wt%に限定する必要がある。したがって、Sbの添
加量は0.015〜0.100wt%の範囲とした。
Sb: 0.015 to 0.100 wt% Sb is an element that forms a solid solution in the matrix and embrittles steel, thereby improving machinability. Further, Sb has an effect of reducing the grain boundary oxidation depth, and contributes to the improvement of the fatigue strength. For that purpose, it is necessary to add at least 0.015 wt% or more. However, its excessive addition reduces toughness. To avoid this, the upper limit is 0.10
It is necessary to limit to 0 wt%. Therefore, the addition amount of Sb is set in the range of 0.015 to 0.100 wt%.

【0055】[0055]

【実施例】次に、具体的な実施例を挙げて、本発明を更
に詳細に説明する。表7には以上の知見を基にして実炉
で溶製した発明鋼とそれらと対比するための比較鋼の化
学成分を示す。
Next, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. Table 7 shows the chemical compositions of invention steels produced in an actual furnace based on the above findings and comparative steels for comparison with the invention steels.

【0056】[0056]

【表7】 [Table 7]

【0057】ここで発明鋼1はボロン無添加鋼であり、
発明鋼2はボロン添加鋼であり、実炉にて溶製した。ま
た、比較鋼は表1に示した鋼と同じで、従来技術による
高強度鋼とは曲げ疲労強度を改善するために、従来技術
によるNiおよびMo含有量を向上した鋼であり、JI
S クロムモリブデン鋼1およびJIS クロムモリブ
デン鋼2はJIS(日本工業規格)に規定されているク
ロムモリブデン鋼である。発明鋼1および発明鋼2は、
前述した確認実験と同様に、静曲げ強さを評価するため
に図1に示す形状の試験片を3本、回転曲げ疲労強度を
評価するために図2に示す形状の試験片を6本、ピッチ
ング疲労強度を評価するために図3に示す形状の試験片
を5本作製した。これらの試験片全数を図4に示す条件
で浸炭焼入れ−焼戻し処理を実施し、静曲げ強さ、回転
曲げ疲労強度およびピッチング疲労強度を評価した。こ
れらの評価方法も確認実験のそれらと同様である。
Here, the invention steel 1 is a boron-free steel.
Invention Steel 2 is a boron-added steel and was melted in an actual furnace. The comparative steel is the same as the steel shown in Table 1. The high-strength steel according to the prior art is a steel in which the contents of Ni and Mo are increased according to the prior art in order to improve the bending fatigue strength.
S Chromium molybdenum steel 1 and JIS Chromium molybdenum steel 2 are chromium molybdenum steels specified in JIS (Japanese Industrial Standards). Invention Steel 1 and Invention Steel 2
As in the confirmation experiment described above, three test pieces having the shape shown in FIG. 1 were used to evaluate the static bending strength, and six test pieces having the shape shown in FIG. 2 were used to evaluate the rotational bending fatigue strength. In order to evaluate the pitting fatigue strength, five test pieces having the shape shown in FIG. 3 were produced. All of these test pieces were carburized and quenched and tempered under the conditions shown in FIG. 4 to evaluate static bending strength, rotary bending fatigue strength and pitting fatigue strength. These evaluation methods are the same as those in the confirmation experiment.

【0058】表8には発明鋼1および発明鋼2の静曲げ
強さの測定結果を、前述した比較鋼における確認実験の
結果と合わせて示す。
Table 8 shows the measurement results of the static bending strengths of the inventive steel 1 and the inventive steel 2, together with the results of the confirmation experiment for the comparative steel described above.

【0059】[0059]

【表8】 [Table 8]

【0060】これより、発明鋼1の静曲げ強さは548
9Nから5599Nであり、また、発明鋼2の静曲げ強
さは5792Nから5832Nであり、いずれも、目標
値である5400N以上であることがわかった。したが
って、本発明鋼の静曲げ強さは、比較鋼であるJIS
クロムモリブデン鋼よりも高く、従来技術による高強度
鋼と同等レベルであることが確認された。図15には、
発明鋼1および発明鋼2の回転曲げ疲労試験の結果を、
前述した比較鋼における確認実験の結果と合わせて示
す。これより、発明鋼1の回転曲げ疲労限は955MP
aであり、また、発明鋼2の回転曲げ疲労限は960M
Paであり、いずれも、目標値である940MPa以上
の回転曲げ疲労限を有することがわかった。したがっ
て、本発明鋼の回転曲げ疲労強度は、比較鋼であるJI
S クロムモリブデン鋼よりも高く、従来技術による高
強度鋼と同等レベルであることが確認された。表9には
発明鋼1および発明鋼2のローラーピッチング疲労試験
片の残留オーステナイト量と表面硬さの測定結果を、前
述した比較鋼における確認実験の結果と合わせて示す。
From this, the static bending strength of Invention Steel 1 was 548.
It was 9N to 5599N, and the static bending strength of Invention Steel 2 was 5792N to 5832N, all of which were higher than the target value of 5400N. Therefore, the static bending strength of the steel of the present invention is determined by the comparison steel JIS.
It was higher than chromium molybdenum steel and was confirmed to be at the same level as high strength steel according to the prior art. In FIG.
The results of the rotary bending fatigue test of Invention Steel 1 and Invention Steel 2 were as follows:
The results are shown together with the results of the confirmation experiment on the comparative steel described above. Thus, the rotational bending fatigue limit of Invention Steel 1 is 955MP.
a, and the rotational bending fatigue limit of Invention Steel 2 is 960 M
Pa was found to have a rotational bending fatigue limit of 940 MPa or more, which is the target value. Therefore, the rotational bending fatigue strength of the steel of the present invention was determined by the comparative steel JI.
S It was higher than the chromium molybdenum steel, and was confirmed to be at the same level as the high-strength steel according to the prior art. Table 9 shows the measurement results of the amount of retained austenite and the surface hardness of the roller pitting fatigue test specimens of Invention Steel 1 and Invention Steel 2, together with the results of the confirmation experiment for the comparative steel described above.

【0061】[0061]

【表9】 [Table 9]

【0062】これより、発明鋼1の残留オーステナイト
量は22.8%で表面硬さは746HVであり、また、
発明鋼2の残留オーステナイト量は26.3%で表面硬
さは720HVであり、いずれも、残留オーステナイト
量は35%以下で、表面硬さは700HV以上であり、
比較鋼である従来技術による高強度鋼よりも残留オース
テナイト量よりも少なく表面硬さが高いことが確認され
た。図16には発明鋼1および発明鋼2のピッチング疲
労試験の結果を、前述した比較鋼における確認実験の結
果と合わせて示す。
From the results, the amount of retained austenite of Invention Steel 1 was 22.8% and the surface hardness was 746 HV.
Inventive steel 2 had a retained austenite content of 26.3% and a surface hardness of 720 HV, in all cases, a residual austenite content of 35% or less and a surface hardness of 700 HV or more,
It was confirmed that the amount of retained austenite was smaller and the surface hardness was higher than that of the comparative high-strength steel according to the prior art. FIG. 16 shows the results of the pitting fatigue tests of Invention Steel 1 and Invention Steel 2 together with the results of the above-described confirmation experiments on the comparative steel.

【0063】これより、発明鋼1のL50寿命は16.3
2×106であり、また、発明鋼2のL50寿命は18.
68×106であり、いずれも、目標値である15.5
×106以上で、いずれの比較鋼よりも約5〜8倍改善
されていることがわかった。これは、これらの発明鋼は
表面硬さが高く、かつ、NiおよびMo含有量増量によ
る浸炭層および心部の靭性が向上されていることによ
る。
[0063] From this, the inventive steels 1 L 50 life 16.3
The L50 life of invention steel 2 is 2 × 10 6 .
68 × 10 6 , both of which are the target values of 15.5.
It was found to be about 5 to 8 times better than any of the comparative steels at × 10 6 or more. This is because these inventive steels have a high surface hardness, and the toughness of the carburized layer and the core is improved by increasing the contents of Ni and Mo.

【0064】したがって、本発明により、所期の目標通
り、鋼の化学成分を調整することで、曲げ疲労強度とと
もに面疲労強度も同時に改善できることが確認された。
Therefore, according to the present invention, it was confirmed that the surface fatigue strength as well as the bending fatigue strength can be simultaneously improved by adjusting the chemical composition of the steel as intended.

【0065】[0065]

【発明の効果】以上のように、本発明により、鋼の化学
成分を調整することだけで、曲げ疲労強度とともに面疲
労強度も改善することができ、発明が解決しようとする
課題を解決できる。したがって、本発明の効果として
は、現状の製造工程においても、浸炭歯車の小型、軽量
化が可能となり、また、同じ形状、寸法でもより高出力
化が可能となり、歯車類を使用する産業界において、コ
ストの低減と信頼性の向上に広く貢献することが挙げら
れる。
As described above, according to the present invention, the surface fatigue strength as well as the bending fatigue strength can be improved only by adjusting the chemical composition of steel, and the problems to be solved by the invention can be solved. Therefore, as an effect of the present invention, even in the current manufacturing process, it is possible to reduce the size and weight of the carburized gear, and to achieve a higher output even with the same shape and dimensions. And contributes widely to reducing costs and improving reliability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】静曲げ強さ評価用の試験片形状。FIG. 1 shows the shape of a test piece for evaluating static bending strength.

【図2】回転曲げ疲労強度評価用の試験片形状。FIG. 2 shows the shape of a test piece for evaluating rotational bending fatigue strength.

【図3】ピッチング疲労強度評価用の試験片形状。FIG. 3 shows a test piece shape for evaluating pitting fatigue strength.

【図4】浸炭焼入れ−焼戻し条件。FIG. 4 shows carburizing-tempering conditions.

【図5】静曲げ強さ評価試験の概要。FIG. 5 is an outline of a static bending strength evaluation test.

【図6】ローラーピッチング疲労試験機の概要。FIG. 6 is an outline of a roller pitching fatigue tester.

【図7】ローラーピッチング疲労試験機の負荷ローラー
の形状。
FIG. 7 shows the shape of a load roller of a roller pitching fatigue tester.

【図8】回転曲げ疲労試験結果。FIG. 8 shows the results of a rotating bending fatigue test.

【図9】回転曲げ疲労限と静曲げ強さの関係。FIG. 9 shows the relationship between the rotational bending fatigue limit and static bending strength.

【図10】ローラーピッチング疲労試験結果。FIG. 10 shows the results of a roller pitting fatigue test.

【図11】残留オーステナイト量および表面硬さ評価用
の試験片形状。
FIG. 11 is a test piece shape for evaluating the amount of retained austenite and the surface hardness.

【図12】静曲げ強さとNi/3+Moパラメーターと
の関係。
FIG. 12 shows the relationship between static bending strength and Ni / 3 + Mo parameter.

【図13】表面硬さと残留オーステナイト量との関係。FIG. 13 shows the relationship between surface hardness and the amount of retained austenite.

【図14】残留オーステナイト量とNi含有量との関
係。
FIG. 14 shows the relationship between the retained austenite amount and the Ni content.

【図15】発明鋼1および発明鋼2と比較鋼の回転曲げ
疲労試験結果。
FIG. 15 shows the results of a rotary bending fatigue test of Invention Steel 1 and Invention Steel 2 and Comparative Steel.

【図16】発明鋼1および発明鋼2と比較鋼のローラー
ピッチング疲労試験結果。
FIG. 16 shows the results of a roller pitting fatigue test of Invention Steel 1 and Invention Steel 2 and Comparative Steel.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 重量%で、C =0.10〜0.30
%、Si=0.01〜0.15%、Mn=0.30〜
1.50%、Ni=0.01〜0.90%、Cr=0.
30〜1.50%、Mo=0.40〜1.00%、Cu
=0.00〜0.50%、Al=0.010〜0.03
5%、V =0.00〜0.50%、Nb=0.000
〜0.035%、Ti=0.000〜0.050%、B
=0.0000〜0.0030%、P =0.035
%以下、O =0.0015%以下、N =0.005
0〜0.0250%、を含有し、残部Feおよび不可避
的不純物元素からなり、さらに、Ni/3+Moで示さ
れるパラメーター(以下、Ni/3+Moパラメーター
と称す)が0.60%以上であり、かつ、残留オーステ
ナイト量を35%以下に制御することにより、表面硬さ
700HV以上を確保することを特徴とする、浸炭およ
び浸炭窒化用鋼。
1. C = 1.10 to 0.30% by weight
%, Si = 0.01 to 0.15%, Mn = 0.30 to
1.50%, Ni = 0.01-0.90%, Cr = 0.
30-1.50%, Mo = 0.40-1.00%, Cu
= 0.00-0.50%, Al = 0.10-0.03
5%, V = 0.00 to 0.50%, Nb = 0.000
0.00.035%, Ti = 0.000 to 0.050%, B
= 0.00000-0.0030%, P = 0.035
%, O = 0.0015% or less, N = 0.005
0 to 0.0250%, the balance being Fe and unavoidable impurity elements, and a parameter indicated by Ni / 3 + Mo (hereinafter, referred to as Ni / 3 + Mo parameter) is 0.60% or more, and A steel for carburizing and carbonitriding, characterized in that the surface hardness is maintained at 700 HV or more by controlling the amount of retained austenite to 35% or less.
【請求項2】 被削性を向上する元素で、かつ、疲労特
性を著しく阻害しない元素として重量%で、S =0.
005〜0.035%、Pb=0.01〜0.09%、
Bi=0.04〜0.20%、Te=0.002〜0.
030%、Zr=0.01〜0.20%、Ca=0.0
001〜0.0100%、Sb=0.015〜0.10
0%、のうちから1種または2種以上を含有しているこ
とを特徴とする請求項1に記載されている浸炭および浸
炭窒化用鋼。
2. An element which improves machinability and which does not significantly impair fatigue properties, is expressed as S = 0.
005-0.035%, Pb = 0.01-0.09%,
Bi = 0.04-0.20%, Te = 0.002-0.
030%, Zr = 0.01 to 0.20%, Ca = 0.0
001 to 0.0100%, Sb = 0.015 to 0.10
The steel for carburizing and carbonitriding according to claim 1, wherein the steel contains one or more of 0%.
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