JP2005281857A - Raw material for nitrided component having excellent broaching workability and method for manufacturing nitrided component using the raw material - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To propose a raw material for nitrided components which permit easy broaching to have intricate hole shapes and have excellent surface hardness and hardening depth after a soft nitriding treatment and a method for manufacturing the nitrided components using the raw material. <P>SOLUTION: The raw material for the nitrided components is composed of a ferrite pearlite structure which contains, by mass %, 0.10 to 0.40% C, ≤0.50% Si, 0.30 to 1.50% Mn, 0.30 to 2.00% Cr, over 0.15 to 0.50% V, and 0.02 to 0.50% Al, further contains Ni, Mo, S, Bi, Se, Ca, Te, Nb, and Ti at need, consists of the balance Fe and impurity elements and has a ferrite hardness of HV ≥190. Also, the raw material for the nitrided components can be obtained by hot forging the hot rolled steel products composed of the above components after heating to 1,000 to 1,300°C and cooling the steel products at a rate of ≥0.25°C/sec until the surface temperature after the forging falls down to 600 to 690°C, then holding the steel products for ≥20 minutes at the above temperature region to complete the ferrite-pearlite transformation and cooling the steel products down to room temperature. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、歯車部品等複雑な穴形状を有する窒化部品に適した素材及びその素材を用いた窒化部品の製造方法に関するものであり、特にブローチ加工性と窒化特性が共に優れ、熱間鍛造によって製造される窒化部品用素材及び窒化部品の製造方法に関する。   The present invention relates to a material suitable for a nitrided part having a complicated hole shape, such as a gear part, and a method for producing a nitrided part using the material, and is particularly excellent in broachability and nitriding characteristics, and by hot forging. The present invention relates to a nitrided part material to be manufactured and a method for manufacturing a nitrided part.

自動車、建設車両、建設機器等に使用される歯車部品等の中には、断面に複雑な穴形状を有する部品が多数ある。このような複雑な穴形状を一度に仕上げる加工方法としてブローチ加工と呼ばれる方法が実施されている。   Among gear parts used for automobiles, construction vehicles, construction equipment, etc., there are many parts having a complicated hole shape in cross section. As a processing method for finishing such a complicated hole shape at a time, a method called broaching has been implemented.

ブローチ加工とは、ブローチと呼ばれる総形工具を用い、これをあらかじめ被加工物に加工された下穴に挿入し、下方向に引き抜くことにより、加工初期はブローチ下方の荒刃で加工を行い、ブローチの移動によって、最終的には上方の仕上げ刃までを被加工物内に貫通させて所定の形状を仕上げようとする加工方法である。この加工方法は、一度の加工で複雑な穴形状を加工できるというメリットがあるものの、低速であるが重切削の加工であり、必要な加工性を十分に確保できる材料の選択が不可欠となる。 Broaching is a general tool called broach, which is inserted into a pilot hole that has been previously machined into the workpiece, and then pulled downwards. This is a processing method in which a predetermined shape is finished by penetrating the workpiece to the upper finishing blade by the movement of the broach. Although this machining method has an advantage that a complicated hole shape can be machined by a single machining, it is a low-speed but heavy machining, and selection of a material that can sufficiently secure necessary workability is indispensable.

また、複雑な穴形状を有するということは、当然の如く歪の発生は、部品の品質を大きく低下させることとなり、許容されるものではない。しかしながら、必要な強度、耐摩耗性の確保のために、従来から歯車部品に適用されている高周波焼入れを行った場合には、歪の発生が避けられないため、最近では、比較的歪を小さく抑えることのできる表面硬化処理方法である軟窒化処理の検討が進められている。 In addition, having a complicated hole shape, as a matter of course, the occurrence of distortion significantly degrades the quality of the component and is not allowed. However, in order to ensure the necessary strength and wear resistance, the occurrence of distortion is unavoidable when induction hardening is applied to gear parts in the past. Studies on soft nitriding, which is a surface hardening treatment method that can be suppressed, are underway.

しかし、軟窒化処理を可能にするためには、窒化特性を向上するための成分を添加する必要があり、この元素の添加がブローチ加工性を低下させるという問題がある。すなわち、優れた窒化特性の確保が必要なければ、炭素量が0.40%程度の炭素鋼(Cr、Mo等の合金は未添加)の調質品でも使用が可能であり、この場合には、ブローチ加工は問題なく可能である。しかしながら、このような炭素鋼では、必要とする軟窒化特性を得ることができないため、SCM420等の合金鋼の調質品を用いる必要が生じるが、その場合には、ブローチ加工性は大きく低下し、加工が難しくなるため、窒化特性とブローチ加工性が共に優れた窒化部品の製造方法の開発が強く望まれていた。 However, in order to enable soft nitriding, it is necessary to add a component for improving nitriding characteristics, and there is a problem that the addition of this element reduces broachability. In other words, if it is not necessary to secure excellent nitriding properties, carbon steel with a carbon content of about 0.40% (Cr, Mo and other alloys not added) can be used. Processing is possible without problems. However, in such a carbon steel, it is necessary to use a tempered alloy steel such as SCM420 because the required soft nitriding characteristics cannot be obtained, but in that case, broachability is greatly reduced. Since the processing becomes difficult, development of a method for manufacturing a nitrided part having both excellent nitriding characteristics and broachability has been strongly desired.

ブローチ加工に限定して機械加工性を改善したことを特徴としているわけではないが、機械加工性と窒化特性を共に改善したことを特徴とする発明は、既に特許出願されており、例えば特許文献1、2に記載の発明が公開されている。 Although not limited to broaching, it is not characterized by improved machinability, but an invention characterized by improving both machinability and nitriding characteristics has already been patented, for example, patent literature The inventions described in 1 and 2 are disclosed.

特開平8−81734号公報JP-A-8-81734 特開昭59−190321号公報JP 59-190321 A

このうち、特許文献1に記載の鋼は、Vを含有するCr含有合金鋼を熱間加工後500℃までの間を5〜200℃/分の速度で冷却することにより、微粒VCが分散したフェライトパーライト組織として、機械加工性、窒化特性がともに優れた鋼を得ようとするものである。 Among them, in the steel described in Patent Document 1, fine VC is dispersed by cooling the Cr-containing alloy steel containing V at a rate of 5 to 200 ° C./min up to 500 ° C. after hot working. As a ferrite pearlite structure, an attempt is made to obtain a steel excellent in both machinability and nitriding characteristics.

また、特許文献2に記載の鋼は、特許文献1と同様にVを含有するCr含有合金鋼を、熱間加工後、880℃以上から580〜700℃までを0.15〜7.0℃/秒の速度で調整冷却し、引続き580〜700℃に15〜60分間保持してフェライトパーライト組織とし、軟窒化特性と被削性が共に優れた鋼を得ようとするものである。 Moreover, the steel of patent document 2 is the speed | rate of 0.15-7.0 degreeC / second from 880 degreeC or more to 580-700 degreeC after hot processing the Cr containing alloy steel containing V similarly to patent document 1. Then, the steel is adjusted and cooled at 580 to 700 ° C. for 15 to 60 minutes to obtain a ferrite pearlite structure, thereby obtaining a steel excellent in both soft nitriding characteristics and machinability.

しかしながら、前記した従来の発明には次の問題がある。
特許文献1に記載の鋼は、熱間加工後500℃に達するまでを指定された範囲内の速度で冷却することにより、内硬を確保した上でベイナイト組織の生じない加工性の良い組織とすることを特徴としている。しかしながら、実際の製造を考えると、化学成分、加工温度、冷却速度のばらつき等、製造上避けることができないばらつきがあり、得られる内部硬さにばらつきが生じて、安定したブローチ加工性が得られないという問題がある。また、当初の製造条件の設定の際にはベイナイト組織が生成しないことを前提に条件が設定されていたとしても、前記したばらつきの影響により製造した鋼の一部でベイナイト組織が生成してしまう可能性が否定できず、安定して優れた加工性を確保することが難しいという問題があった。
However, the above-described conventional invention has the following problems.
The steel described in Patent Document 1 is cooled at a speed within a specified range until it reaches 500 ° C. after hot working, and has a good workability structure in which a bainite structure does not occur while ensuring internal hardness. It is characterized by doing. However, when considering actual production, there are variations that cannot be avoided in production, such as variations in chemical composition, processing temperature, and cooling rate, resulting in variations in internal hardness, and stable broaching workability is obtained. There is no problem. In addition, even when the conditions are set on the assumption that the bainite structure is not generated when the initial manufacturing conditions are set, the bainite structure is generated in a part of the manufactured steel due to the influence of the above-described variation. The possibility could not be denied, and there was a problem that it was difficult to ensure stable and excellent workability.

また、特許文献2に記載の鋼は、特許文献1の鋼とは異なり、580〜700℃の温度域に一定時間保持して、変態を完了させることを特徴としているため、フェライトパーライト組織を安定して得ることができ、特許文献1に比べ品質の安定性の面では有利な方法となっている。しかしながら、ブローチ加工性を改善するための最適な硬さ(フェライト硬さ等)についての検討が全くされていないため、優れたブローチ加工性を安定して得られないという問題がある。 Further, unlike the steel of Patent Document 1, the steel described in Patent Document 2 is characterized in that the transformation is completed by holding it in a temperature range of 580 to 700 ° C. for a certain period of time, so that the ferrite pearlite structure is stabilized. This is an advantageous method in terms of quality stability as compared with Patent Document 1. However, there has been a problem that excellent broachability cannot be stably obtained because no study has been made on the optimum hardness (ferrite hardness or the like) for improving broachability.

本発明は、以上説明した問題点を解決するために成されたものであり、複雑な穴形状を容易に加工できる優れたブローチ加工性を確保するとともに、軟窒化特性についても優れた窒化部品の製造方法を新規に提案することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and while ensuring excellent broaching workability capable of easily processing complicated hole shapes, nitrided parts having excellent soft nitriding characteristics are also provided. The purpose is to propose a new manufacturing method.

請求項1の発明は、質量%で、C:0.10〜0.40%、Si:0.50%以下、Mn:0.30〜1.50%、Cr:0.30〜2.00%、V:0.15超〜0.50%、Al:0.02〜0.50%を含有し、残部がFe及び不純物元素からなりフェライト硬さがHV190以上のフェライトパーライト組織からなることを特徴とするブローチ加工性に優れた窒化部品用素材である。   The invention of claim 1 is mass%, C: 0.10 to 0.40%, Si: 0.50% or less, Mn: 0.30 to 1.50%, Cr: 0.30 to 2.00%, V: more than 0.15 to 0.50%, Al: 0.02 to A nitrided part material excellent in broachability, characterized by containing 0.50%, the balance being Fe and impurity elements, and a ferrite pearlite structure having a ferrite hardness of HV190 or more.

本発明者等は低速重切削を特徴とするブローチ加工時の工具寿命が、どの要因を変化させると改善されるのかという点について、詳しく調査した。前記した2件の特許文献では、組織をフェライトパーライトとしており、特にベイナイトは、被削性を低下させるので、好ましくないとしている。また、他の組織としては、Cr含有合金鋼を調質した際に得られるソルバイト組織がある。しかし、従来ベイナイト組織が悪いというのは、ベイナイト組織が生じると硬さも硬くなって加工性が低下するという意味であり、硬さを一定とした場合での組織間のブローチ加工性への影響については明確になっていなかった。   The present inventors have investigated in detail about which factors can improve the tool life during broaching, which is characterized by low-speed heavy cutting. In the above-mentioned two patent documents, the structure is ferrite pearlite, and particularly bainite is not preferable because it reduces the machinability. Another structure is a sorbite structure obtained when tempering Cr-containing alloy steel. However, the conventional bad bainite structure means that when the bainite structure occurs, the hardness becomes hard and the workability decreases, and the effect on broaching workability between structures when the hardness is constant. Was not clear.

そこで、本発明者等は熱処理条件を様々に変化させ、硬さが同じであった場合にどの組織が最もブローチ加工性が優れるかという点について詳しく調査した。その結果、同一硬さであっても調質して得られるソルバイト組織は最もブローチ加工性が低下すること、ベイナイト組織はソルバイト組織に比べて優れたブローチ加工性を示すものの、前記特許文献と同様にフェライトパーライト組織とした場合が最もブローチ加工性が改善されることを見出したものである。 Therefore, the present inventors have investigated in detail about which structure has the best broachability when the heat treatment conditions are changed variously and the hardness is the same. As a result, the sorbite structure obtained by tempering even with the same hardness has the most deteriorated broachability, and the bainite structure exhibits superior broachability compared to the sorbite structure, but similar to the above-mentioned patent document It has been found that broach workability is most improved when the ferrite pearlite structure is used.

また、本発明鋼により得られる窒化部品は、部品として要求される強度の点を考慮すると、前記した炭素鋼や合金鋼の調質品(焼入焼もどし材)と同等の内部硬さを確保することが望ましく、特に硬さの低いフェライト部分の硬さの影響を考慮する必要があると考えられる。そこで、フェライト硬さとブローチ加工性との関係について詳しく調査した。その結果、フェライト硬さは、むしろ軟らかい方が、ブローチ加工性が低下すること、優れたブローチ加工性を得るには、フェライト硬さをHV190以上とする必要があること、そのためには、Vを0.15%を超えて添加することにより可能となることを見出したものである。 In addition, the nitrided parts obtained from the steel of the present invention have the same internal hardness as the tempered products (quenched and tempered materials) of carbon steel and alloy steel, considering the strength required for the parts. It is desirable to take account of the influence of the hardness of the ferrite portion having a low hardness. Therefore, the relationship between ferrite hardness and broachability was investigated in detail. As a result, if the ferrite hardness is rather soft, the broaching processability is lowered, and in order to obtain excellent broaching processability, the ferrite hardness needs to be HV190 or more. It has been found that it becomes possible by adding more than 0.15%.

なお、過去の多くの特許文献に記載されている内部硬さは、ほとんどが組織全体の平均的硬さである。また、フェライト硬さがHV190未満であっても、従来鋼の調質品と比較して同等以上の内部硬さを有するフェライトパーライト組織を得ることは十分に可能であり、記載された硬さが調質品と同等以上である場合でもフェライト硬さがHV190以上であるとは限らない。さらに、追加して説明するならば、Vの添加等のフェライト強化のための対策がとられていない発明の場合、調質品と同等以上の硬さを有していても、フェライト硬さはHV190未満と考える方が自然である。それに対し、本発明では、フェライト硬さをHV190以上とした上で、さらに調質品と比べて同等以上の内部硬さを確保可能であることを特徴とするものである。これにより優れたブローチ加工性を確保しつつ、部品としての強度面でも問題のない窒化部品を得ることができる。 The internal hardness described in many past patent documents is almost the average hardness of the entire structure. Moreover, even if the ferrite hardness is less than HV190, it is sufficiently possible to obtain a ferrite pearlite structure having an internal hardness equal to or higher than that of a conventional tempered steel, and the described hardness is Even if it is equal to or higher than the tempered product, the ferrite hardness is not always HV190 or higher. Furthermore, if additionally explained, in the case of an invention in which measures for strengthening ferrite such as addition of V are not taken, even if the hardness is equal to or higher than that of the tempered product, the ferrite hardness is It is natural to think that it is less than HV190. On the other hand, in the present invention, the ferrite hardness is set to HV190 or more, and the internal hardness equal to or higher than that of the tempered product can be secured. As a result, it is possible to obtain a nitrided part that has no problem in terms of strength as a part while ensuring excellent broachability.

次に、本発明であるブローチ加工性に優れた窒化部品の製造方法で使用する鋼の各成分範囲の限定理由について説明する。 Next, the reason for limiting each component range of the steel used in the method for producing a nitrided part excellent in broaching workability according to the present invention will be described.

C:0.10〜0.40%
Cは内部硬さを高め、必要な強度を確保するために必要な元素であり、0.10%以上含有させる必要がある。しかし、0.40%を超えて含有させると軟窒化特性(表面硬さ、硬化深さ)が低下するとともに、内部硬さも高くなりすぎて、被削性、靭性が低下するので、上限を0.40%とした。
C: 0.10 ~ 0.40%
C is an element necessary for increasing the internal hardness and ensuring the necessary strength, and needs to be contained in an amount of 0.10% or more. However, if the content exceeds 0.40%, the soft nitriding properties (surface hardness, hardening depth) are reduced, and the internal hardness is too high, so that the machinability and toughness are reduced, so the upper limit is 0.40%. did.

Si:0.50%以下
Siは、鋼の製造時に脱酸のために必要な元素であり、Siを脱酸元素として使用する場合には、少量含有させる必要のある元素である。しかしながら、Siは窒化特性を低下させる元素であり、含有すると軟窒化後の表面硬さ、硬化深さが低下するので、その含有は、脱酸処理のための最低限の量とする必要があり、上限を0.50%とした。
Si: 0.50% or less
Si is an element necessary for deoxidation during the production of steel. When Si is used as a deoxidation element, it is an element that needs to be contained in a small amount. However, Si is an element that deteriorates the nitriding characteristics. If it is contained, the surface hardness and the hardening depth after soft nitriding will decrease, so its content must be the minimum amount for deoxidation treatment. The upper limit was 0.50%.

Mn:0.30〜1.50%
Mnは、必要な焼入性を確保して内部硬さを高め、要求される強度を確保するために必要な元素であり、その効果を得るためには、0.30%以上含有させる必要がある。しかしながら、多量に含有させると、Cと同様に軟窒化特性が低下するとともに、ベイナイト組織が生成しやすくなり、芯部硬さが高くなりすぎて、被削性、靭性が低下するため、上限を1.50%とした。
Mn: 0.30 to 1.50%
Mn is an element necessary for ensuring the necessary hardenability, increasing the internal hardness, and ensuring the required strength. In order to obtain the effect, it is necessary to contain 0.30% or more. However, if it is contained in a large amount, the soft nitriding characteristics are lowered as in C, and a bainite structure is easily generated, the core hardness becomes too high, and the machinability and toughness are lowered. 1.50%.

Cr:0.30〜2.00%
Crは、軟窒化後の表面硬さ、硬化深さを高めるとともに、焼入性を向上させ、必要な強度を確保する効果があり、本発明にとって非常に重要な元素である。従って、0.30%以上の含有が必要である。しかしながら、多量に含有させるとベイナイト組織が生成しやすくなり、靭性、被削性がともに低下するため、上限を2.00%とした。
Cr: 0.30-2.00%
Cr is an extremely important element for the present invention because it has the effect of increasing the surface hardness and softening depth after soft nitriding, improving the hardenability and ensuring the necessary strength. Therefore, it is necessary to contain 0.30% or more. However, if it is contained in a large amount, a bainite structure is likely to be formed, and both toughness and machinability are lowered. Therefore, the upper limit was made 2.00%.

V:0.15超〜0.50%
Vは本発明にとって最も重要な元素であり、後述の熱間鍛造後の温度保持によって恒温変態したフェライトパーライト組織中のフェライトを強化してフェライト硬さを高め、低速切削性を改善して、優れたブローチ加工性を得るために不可欠な元素である。また、Vの添加によりフェライト硬さが高められるため、その結果従来の調質品と同等以上の内部硬さを得ることも可能となる。また、Vは、軟窒化特性を高める効果もある。以上の効果を十分に得るためには、Vを少なくとも0.15%超、望ましくは0.18%以上含有させる必要がある。しかしながら、多量に含有させても前記効果が飽和し、添加によるコスト高に見合う効果が得られなくなるため、上限を0.50%とした。
V: Over 0.15 ~ 0.50%
V is the most important element for the present invention, and strengthens the ferrite in the ferrite pearlite structure that is isothermally transformed by holding the temperature after hot forging described later, thereby increasing the ferrite hardness and improving the low-speed machinability. It is an indispensable element for obtaining broachability. Further, since the ferrite hardness is increased by the addition of V, as a result, it is possible to obtain an internal hardness equal to or higher than that of a conventional tempered product. V also has the effect of improving soft nitriding characteristics. In order to obtain the above effects sufficiently, it is necessary to contain V at least more than 0.15%, desirably 0.18% or more. However, even if it is contained in a large amount, the above effect is saturated, and an effect commensurate with the high cost of addition cannot be obtained, so the upper limit was made 0.50%.

Al:0.02〜0.50%、
Alは、脱酸に有効な元素であるとともに、窒化処理後の表面硬さを高め、軟窒化特性を改善する元素である。そして、脱酸だけでなく軟窒化特性の改善のために十分な効果を得るためには、最低でも0.02%以上の含有が必要である。しかしながら、多量に含有させると、前記した軟窒化特性向上効果が飽和するとともに、酸化物系介在物(アルミナ)が増加して、疲労強度に悪影響を及ぼすため、上限を0.50%とした。
Al: 0.02-0.50%,
Al is an element effective for deoxidation, and is an element that increases the surface hardness after nitriding and improves soft nitriding characteristics. In order to obtain a sufficient effect not only for deoxidation but also for improving soft nitriding properties, it is necessary to contain 0.02% or more at least. However, if contained in a large amount, the effect of improving the soft nitriding properties is saturated, and oxide inclusions (alumina) increase to adversely affect fatigue strength, so the upper limit was made 0.50%.

次に、請求項1の窒化部品用素材を用いて、窒化部品を製造する方法(請求項3)の製造条件及びその限定理由について、以下に説明する。
請求項3は、請求項1で規定した成分からなる熱間圧延鋼材を、1000〜1300℃に加熱後熱間鍛造し、鍛造後表面温度が600〜690℃となるまで0.25℃/秒以上の速度で冷却した後、該温度域で20分以上温度保持してフェライトパーライト変態を完了させ、室温まで冷却することによりフェライト硬さがHV190以上のフェライトパーライト組織からなる窒化部品用素材を製造し、この素材にブローチ加工等の所定の機械加工を施した後軟窒化処理することを特徴とする窒化部品の製造方法である。
Next, the manufacturing conditions of the method for manufacturing a nitrided part (claim 3) using the nitrided part material according to claim 1 and the reason for limitation will be described below.
Claim 3 is a hot rolled steel material composed of the components defined in claim 1 and is hot forged after heating to 1000 to 1300 ° C., and the surface temperature after forging is 0.25 ° C./second or more until the surface temperature becomes 600 to 690 ° C. After cooling at a speed, the temperature is maintained in the temperature range for 20 minutes or more to complete the ferrite pearlite transformation, and by cooling to room temperature, a ferrite part material having a ferrite pearlite structure having a ferrite hardness of HV190 or more is manufactured, A nitrided part manufacturing method characterized by subjecting this material to predetermined machining such as broaching and then soft nitriding.

請求項3からなる窒化部品の製造方法では、まず最初に、請求項1で指定した成分からなる鋼を電気炉等で溶解し、熱間圧延により母材を製造する。この母材を所定の寸法に切断し、加熱して熱間鍛造を行う。   In the method for manufacturing a nitrided part according to claim 3, first, steel having the components specified in claim 1 is melted in an electric furnace or the like, and a base material is manufactured by hot rolling. This base material is cut into predetermined dimensions and heated to perform hot forging.

ここで、熱間鍛造時の加熱温度(表面温度)の下限を1000℃としたのは、鍛造時の加熱の際に圧延鋼材中に炭窒化物として析出した状態となっているVを十分に固溶させ、後述の温度保持中にフェライト中に析出させて、析出硬化によりフェライト硬さを向上させるためである。V炭窒化物は、肌焼鋼で結晶粒微細化のために利用されるAlやNbの炭窒化物に比べれば低い温度でも固溶するが、それでも十分に固溶させるためには1000℃以上には加熱する必要がある。固溶が不十分の場合には、後工程の温度保持中の微細析出が不十分となって、析出硬化による強化が小さくなり、フェライト硬さが低下して、ブローチ加工性が低下する結果となる。 Here, the lower limit of the heating temperature (surface temperature) at the time of hot forging was set to 1000 ° C., because the V that is precipitated as carbonitride in the rolled steel material at the time of heating at the forging sufficiently This is because the solid is dissolved and precipitated in the ferrite while maintaining the temperature described later, and the ferrite hardness is improved by precipitation hardening. V carbonitride dissolves at low temperatures compared to Al and Nb carbonitrides used for grain refinement in case-hardened steel, but it still exceeds 1000 ° C to achieve sufficient solid solution. It is necessary to heat. When solid solution is insufficient, fine precipitation during temperature holding in the subsequent process becomes insufficient, strengthening by precipitation hardening is reduced, ferrite hardness is lowered, and broach workability is reduced. Become.

また、加熱温度の上限を1300℃としたのは、1300℃まで加熱すれば、Vは既に完全に固溶した状態となっており、これ以上温度を高くしても何の効果も得ることができず、エネルギーの無駄になるだけであるとともに、結晶粒が粗大化して靭性が低下するという問題があるからである。 In addition, the upper limit of the heating temperature is 1300 ° C. If heated to 1300 ° C, V is already in a completely solid solution state, and any effect can be obtained even if the temperature is increased further. This is because it is not possible and only wastes energy, and the crystal grains become coarse and the toughness is lowered.

鍛造が終了すると、それから表面温度が600〜690℃となるまで0.25℃/秒の速度で冷却される。この冷却は、遅くなるとフェライト硬さが低下するとともに、後述の温度保持で得られるフェライトパーライト組織が粗大化して靭性が低下する原因となるので、少なくとも0.25℃/秒以上の速度で冷却することとした。この冷却速度の指定は、最終製品のフェライト硬さを調整するためのものであり、炉内に装入する際の温度の表面温度を600〜690℃に限定するものではない。炉内に装入する際の被熱処理物の温度は、製造時のばらつきによって変動するため、若干の装入温度の変動(例えば装入温度が500℃代まで低下したり、690℃を若干超える温度となった場合)があっても、最終製品の品質に影響はなく、炉内温度が正確に管理されている限り、狙いとする品質の製品を得ることができる。なぜなら、保持温度が正確に管理されていれば、装入温度が多少変動しても、温度保持中にフェライトパーライト変態が進行、かつ完了するとともに、フェライト中に前記鍛造時の加熱により固溶させたVが炭窒化物として微細に析出し、フェライト硬さが向上して、目的とする製品を製造することができるからである。   When the forging is completed, it is cooled at a rate of 0.25 ° C./second until the surface temperature reaches 600 to 690 ° C. As this cooling slows down, the ferrite hardness decreases, and the ferrite pearlite structure obtained by maintaining the temperature described later becomes coarse and the toughness decreases, so cooling at a rate of at least 0.25 ° C./second or more did. The designation of the cooling rate is for adjusting the ferrite hardness of the final product, and does not limit the surface temperature of the temperature when charged into the furnace to 600 to 690 ° C. Since the temperature of the material to be heat-treated at the time of charging in the furnace fluctuates due to variations during manufacturing, a slight fluctuation in charging temperature (for example, the charging temperature decreases to the 500 ° C range or slightly exceeds 690 ° C) If there is a temperature), there is no effect on the quality of the final product, and as long as the furnace temperature is accurately controlled, a product with the desired quality can be obtained. This is because if the holding temperature is accurately controlled, even if the charging temperature fluctuates somewhat, the ferrite pearlite transformation proceeds and is completed during the temperature holding, and is dissolved in the ferrite by heating during the forging. This is because V is precipitated finely as carbonitrides and the ferrite hardness is improved, and the intended product can be produced.

ここで、保持温度の範囲を600〜690℃としたのは、この範囲の温度より低くても高くてもフェライトパーライト変態に要する時間が長くなって、効率良く製造することができなくなるためである。さらに、600℃未満の場合には、成分によってはベイナイトノーズにかかるおそれが生じ、温度保持中にベイナイトが生成される可能性があり、690℃を超える場合には、内部硬さが低下して必要な硬さを得ることが難しくなるからである。 Here, the reason why the holding temperature range is set to 600 to 690 ° C. is that the ferrite pearlite transformation takes a long time even if the temperature is lower or higher than this temperature range, so that it cannot be efficiently manufactured. . Furthermore, if the temperature is lower than 600 ° C, there is a risk that bainite nose may occur depending on the components, and bainite may be generated during the temperature holding. If it exceeds 690 ° C, the internal hardness decreases. This is because it is difficult to obtain the required hardness.

また、保持時間の下限を20分としたのは、これより保持時間が短くなると、温度保持中にフェライトパーライト変態を完了させることが困難となり、その後の冷却でベイナイトが生成する懸念があるからである。前記した通り、優れたブローチ加工性を得るためには、組織をフェライトパーライトとする必要があり、この温度保持中に変態を完了させておく必要があるため、保持時間の下限を20分とした。温度保持中にフェライトパーライト変態が完了さえしていれば狙いとする効果が得られるため、保持時間の上限については特に限定していないが、極端に長くなると生産性が低下してコストアップとなるので、長くても2時間以内とすることが好ましい。 In addition, the lower limit of the holding time is set to 20 minutes because if the holding time is shorter than this, it becomes difficult to complete the ferrite pearlite transformation during temperature holding, and there is a concern that bainite may be generated by subsequent cooling. is there. As described above, in order to obtain excellent broachability, the structure needs to be ferrite pearlite, and since the transformation needs to be completed during this temperature holding, the lower limit of the holding time is set to 20 minutes. . If the ferrite pearlite transformation is completed during the temperature holding, the target effect can be obtained, so the upper limit of the holding time is not particularly limited, but if it becomes extremely long, the productivity decreases and the cost increases. Therefore, it is preferable to be within 2 hours at the longest.

温度保持が終了したら、室温まで冷却する。この際、既に変態は完了しているため、急冷しても、徐冷しても良く、冷却速度が変化しても組織には何ら影響がない。従って、実際の製造現場の都合に合わせて実施しやすい条件で冷却すれば良い。以上の工程によりブローチ加工性に優れた鍛造部品を製造することができる。 When the temperature holding is finished, cool to room temperature. At this time, since the transformation has already been completed, it may be cooled rapidly or slowly, and even if the cooling rate is changed, there is no influence on the tissue. Therefore, the cooling may be performed under conditions that are easy to implement in accordance with the convenience of the actual manufacturing site. A forged part having excellent broachability can be produced by the above process.

また、室温まで冷却後の組織は、フェライトパーライト組織としているが、これはベイナイト、ソルバイト組織の生成を全く許容しないという意味ではない。実際の製造においては様々な条件のばらつきによって特にベイナイト組織は生成してしまう可能性があるため、全く許容しないとすると製造が難しくなる恐れがあるためである。具体的には3%以下程度に抑制することが望ましい。但し0%であることが望ましいことは、勿論である。 The structure after cooling to room temperature is a ferrite pearlite structure, but this does not mean that bainite and sorbite structures are not allowed to be produced. This is because, in actual production, a bainite structure may be generated due to variations in various conditions, and production may be difficult if not allowed at all. Specifically, it is desirable to suppress it to about 3% or less. However, of course, 0% is desirable.

製造された熱間鍛造部品は、最終形状に対し、まだ荒成形の状態であるため、さらに所定の加工が施される。この際他の加工とともに、前記したブローチ加工も実施され、所定の製品形状に仕上げ加工される。この際、前記した工程で製造したことにより、適切な硬さと組織に調整されているため、容易にブローチ加工を施すことができ、仕上げ加工を完了することができる。 Since the manufactured hot forged part is still in a rough-formed state with respect to the final shape, further predetermined processing is performed. At this time, the broaching described above is also carried out together with other processes, and finished into a predetermined product shape. At this time, since it is adjusted to an appropriate hardness and structure by manufacturing in the above-described process, broaching can be easily performed, and finishing can be completed.

最後に軟窒化処理がされる。この軟窒化処理は、通常の窒化鋼に普通に実施されている条件でも良いが、若干条件を最適化して実施しても勿論構わない。前記した成分範囲の鋼は、Al、V等の窒化特性を高める元素が添加され、優れた窒化特性を有しているため、容易に狙いとする表面硬さ、硬化深さを得ることができる。 Finally, soft nitriding is performed. This soft nitriding treatment may be carried out under the conditions that are normally carried out for ordinary nitriding steels, but may of course be carried out with a slight optimization of the conditions. Steels with the above component ranges are added with elements that enhance nitriding properties such as Al and V, and have excellent nitriding properties, so that the desired surface hardness and hardening depth can be easily obtained. .

以上説明した工程で製造することにより、複雑な穴形状を有する部品を効率良く(=工具寿命が長く、生産効率が良い)ブローチ加工することができ、かつ軟窒化後の表面硬さ、硬化深さに優れた窒化部品を製造することができる。 By manufacturing in the process described above, parts with complex hole shapes can be efficiently broached (= long tool life and good production efficiency), and the surface hardness after soft nitriding and the depth of hardening can be achieved. An excellent nitrided part can be manufactured.

請求項1に記載した鋼成分からなる窒化部品用素材を以上説明した工程で製造することによりブローチ加工が容易で、かつ窒化特性の優れた部品を製造することができるが、本発明では、必要に応じてNi、Mo、S、Bi、Se、Ca、Te、Nb、Tiの1種又は2種以上の元素を添加して、さらに軟窒化特性、強度、靭性、被削性を改善することができる(請求項2)。以下、それぞれの成分の限定理由について説明する。 By manufacturing the material for nitrided parts comprising the steel component according to claim 1 through the process described above, a part that is easy to broach and has excellent nitriding characteristics can be manufactured. Add one or more elements of Ni, Mo, S, Bi, Se, Ca, Te, Nb, Ti according to the conditions, and further improve soft nitriding properties, strength, toughness, and machinability (Claim 2). Hereinafter, the reason for limitation of each component is demonstrated.

Ni:2.00%以下、Mo:0.50%以下
Ni、Moは、本発明で得られる窒化部品の強度と靭性をさらに改善するために有効な元素であり、必要に応じ添加できる元素である。しかし、Ni、Moは請求項1で用いる各合金元素と比較して高価な元素であり、その添加量は得られる効果と添加によるコスト増加を比較して適切に調整する必要がある。但し、多量に添加すると、効果が飽和し、コスト増加に見合う特性の向上が得られる可能性がなくなるので、上限をNiは2.00%、Moは0.50%に限定した。
Ni: 2.00% or less, Mo: 0.50% or less
Ni and Mo are effective elements for further improving the strength and toughness of the nitrided part obtained in the present invention, and can be added as necessary. However, Ni and Mo are expensive elements as compared with the alloy elements used in claim 1, and the amount of addition must be appropriately adjusted by comparing the effect obtained and the cost increase due to the addition. However, if added in a large amount, the effect is saturated, and there is no possibility of improving the properties commensurate with the cost increase, so the upper limit was limited to 2.00% for Ni and 0.50% for Mo.

S:0.20%以下、Bi:0.30%以下、Se:0.30%以下、Ca:0.10%以下、Te:0.30%以下
S、Bi、Se、Ca、Teは被削性を改善する元素として良く知られている元素であり、必要に応じ請求項1で使用する鋼に加えさらに適量添加することによって、被削性(ブローチ加工性)を改善することができる元素である。しかし、これらの元素の添加は熱間加工性を劣化させ鍛造成形性が低下する原因になるとともに、疲労強度、靭性に悪影響を及ぼすため、その添加は最小限に抑える必要がある。そこで、多くてもBi、Se、Teは0.30%以下、Sは0.20%以下、Caは0.10%以下とする必要がある。
S: 0.20% or less, Bi: 0.30% or less, Se: 0.30% or less, Ca: 0.10% or less, Te: 0.30% or less
S, Bi, Se, Ca, and Te are elements well known as elements for improving machinability, and if necessary, in addition to the steel used in claim 1, machinability ( It is an element that can improve broachability. However, the addition of these elements deteriorates hot workability and causes forging formability to deteriorate, and also adversely affects fatigue strength and toughness. Therefore, the addition of these elements must be minimized. Therefore, at most, Bi, Se, and Te are required to be 0.30% or less, S is 0.20% or less, and Ca is 0.10% or less.

Nb:0.50%以下、Ti:1.00%以下
Nb、Tiは窒化処理により表面から鋼中に侵入するNと結合して硬質の窒化物を形成するため、窒化処理後の表面硬さを高め、軟窒化特性を改善することのできる元素である。従って、要求される窒化処理後の表面硬さに合わせて必要に応じ添加することができる。しかしながら、多量に添加しすぎても効果が飽和し、添加によるコスト増加に見合う効果が得られないため、上限をNbは0.50%、Tiは1.00%とした。
Nb: 0.50% or less, Ti: 1.00% or less
Nb and Ti are elements that can increase the surface hardness after nitriding treatment and improve soft nitriding characteristics because they combine with N that penetrates into the steel from the surface by nitriding treatment to form hard nitride. . Therefore, it can be added as required according to the required surface hardness after nitriding. However, the effect is saturated even if it is added in a large amount, and an effect commensurate with the increase in cost due to the addition cannot be obtained. Therefore, the upper limit was set to 0.50% for Nb and 1.00% for Ti.

なお、以上説明した任意添加元素を添加した鋼を用いて窒化部品を製造する場合においての製造方法は、前記した任意添加元素を用いない場合に行う方法と全く同じである。従って、同様に熱間鍛造及び温度保持をすることによって、ブローチ加工性の優れた窒化部品用素材を製造することができ、さらにブローチ加工等の機械加工を行った後窒化処理を行うことによって、表面硬さ、硬化深さの点で優れた窒化部品を製造することができる(請求項4)。   In addition, the manufacturing method in the case of manufacturing a nitrided part using the steel which added the arbitrary addition element demonstrated above is completely the same as the method performed when not using an arbitrary addition element mentioned above. Therefore, by similarly performing hot forging and holding the temperature, it is possible to produce a material for nitride parts with excellent broachability, and by performing nitriding after performing mechanical processing such as broaching, A nitrided part excellent in terms of surface hardness and curing depth can be produced.

次に、本発明である窒化部品用素材及びその素材を用いた窒化部品の製造方法の特徴を比較例と対比して、実施例により説明する。表1に実施例として用いた供試鋼の化学成分を示す。   Next, the characteristics of the nitrided part material and the method of manufacturing the nitrided part using the material according to the present invention will be described in comparison with comparative examples. Table 1 shows chemical components of the test steels used as examples.

Figure 2005281857
Figure 2005281857

表1において、1〜14鋼は本発明で指定した成分範囲内の鋼であり、このうち、1〜5鋼が請求項1、3に該当する供試鋼、6〜14鋼が請求項2、4に該当する供試鋼である。また、15〜21鋼はいずれかの成分が本発明で規定する範囲を外れている供試鋼であり、22、23鋼は従来から広く用いられてきた鋼であるJISのSCM420、S45Cである(以下、1〜14鋼を本発明鋼、15〜21鋼を比較鋼、22、23鋼を従来鋼と記す。)。   In Table 1, steels 1 to 14 are steels within the composition range specified in the present invention, among which steels 1 to 5 are test steels corresponding to claims 1 and 3 and steels 6 to 14 are claims 2. This is a test steel corresponding to No.4. In addition, steels 15 to 21 are test steels whose components are outside the range specified in the present invention, and steels 22 and 23 are JIS SCM420 and S45C, which are steels that have been widely used conventionally. (Hereinafter, steels 1 to 14 are referred to as invention steels, steels 15 to 21 are referred to as comparative steels, and steels 22 and 23 are referred to as conventional steels).

また、供試鋼は短時間に多数の成分の鋼の評価をするため、本発明鋼、比較鋼については、30kg真空誘導溶解炉によって溶解した鋼塊を用い、これを鍛伸及び機械加工してφ60mm×90mmの丸棒試験片を準備し、従来鋼である22、23鋼については、実際に製造されているφ60の丸棒の一部を採取することにより、同様にφ60×90mmの試験片を準備して、後述の試験を実施した。この試験片のうち、1〜21鋼の試験片については、1200℃に加熱して高さが40mmとなるまで据込み加工し、加工後640℃までを0.4℃/秒の速度で冷却し、かつ30分間温度保持した後室温まで空冷した。また、従来鋼である22、23鋼については、1200℃に加熱し、前記と同じ方法で熱間鍛造後そのまま空冷し、焼入(860℃)及び焼もどし処理を行った。焼もどし処理は、芯部硬さが、前記1〜21鋼の平均程度(HV230)となるよう調整(22鋼は590℃、23鋼は600℃)して実施した。このようにして得られた試験片をその材料特性に影響が生じない方法で切断及び機械加工して、幅が40mm×高さが20mmの試験片を作成した。また、同時に軟窒化特性試験用の試験片(直径20mm)も作成し、後述の試験を行った。 In addition, in order to evaluate the steel of many components in a short time for the test steel, the steel of the present invention and the comparative steel were ingots and machined using steel ingots melted in a 30kg vacuum induction melting furnace. Φ60mm × 90mm round bar specimens were prepared, and for conventional steels 22 and 23, a portion of the φ60 round bar that was actually manufactured was sampled to obtain a φ60 × 90mm test. A piece was prepared and the test described below was performed. Among these test pieces, the test pieces of 1 to 21 steel were heated to 1200 ° C and upset to a height of 40 mm, and after processing, cooled to 640 ° C at a rate of 0.4 ° C / second, The temperature was maintained for 30 minutes and then cooled to room temperature. In addition, the conventional steels Nos. 22 and 23 were heated to 1200 ° C., air-cooled as they were after hot forging by the same method as described above, and subjected to quenching (860 ° C.) and tempering treatment. The tempering treatment was carried out by adjusting the core hardness so as to be an average degree (HV230) of the steels 1 to 21 (22 steel was 590 ° C. and 23 steel was 600 ° C.). The test piece thus obtained was cut and machined by a method that does not affect the material properties, and a test piece having a width of 40 mm and a height of 20 mm was prepared. At the same time, a test piece (diameter 20 mm) for soft nitriding property test was prepared, and the test described later was performed.

次にブローチ加工性の評価方法について説明する。実際の部品製造に使用されるブローチ歯は、非常に高価であるため、本実験では、評価用のブローチ歯(幅4mm、すくい角18°、2番角2°、横逃げ角13°、歯数5)を準備し、前記した幅が40mmの試験片を図1に示すような切削方向で総切削長40000mmのフライス加工(切削速度7m/分、削り代0.05mm)を実施し、フライス加工中の切削抵抗を測定した。この加工の際、加工性が良いほど加工時の切削抵抗が小さくなるので、ブローチ加工性はフライス加工中の切削抵抗を測定することにより、評価することができる。但し、加工の進行とともに、ブローチ歯が摩耗し、その影響が切削抵抗に影響する可能性があるので、前記加工の最終段階(総切削長40000mmの加工が終了する時を含む最終段階)での切削抵抗を測定した。また、切削試験片の一部を利用して、フェライト硬さについても測定を行った。 Next, a method for evaluating broachability will be described. Broach teeth used for actual parts manufacturing are very expensive.In this experiment, broach teeth for evaluation (width 4 mm, rake angle 18 °, second angle 2 °, side clearance angle 13 °, teeth Formula 5) was prepared, and the above-mentioned test piece having a width of 40 mm was milled (cutting speed 7 m / min, cutting allowance 0.05 mm) in the cutting direction as shown in FIG. The cutting resistance inside was measured. In this processing, the better the workability, the smaller the cutting resistance at the time of processing. Therefore, broachability can be evaluated by measuring the cutting resistance during milling. However, as the processing progresses, the broach teeth wear and the influence may affect the cutting resistance, so in the final stage of the above processing (the final stage including when the total cutting length of 40,000 mm is finished) Cutting resistance was measured. Moreover, the ferrite hardness was also measured using a part of the cutting test piece.

軟窒化特性は、前記した直径20mmの試験片を用いRXガスにアンモニアを混合した雰囲気ガス中にて560℃×2.5時間の条件で軟窒化処理を実施し、処理後に表面硬さと硬化深さを測定した。なお、ここで測定した硬化深さは、HV513(HRC50)となる深さである。結果を表2に示す The soft nitriding characteristics were obtained by performing the soft nitriding treatment under the condition of 560 ° C x 2.5 hours in the atmosphere gas in which ammonia was mixed with RX gas using the test piece having a diameter of 20 mm as described above. It was measured. Note that the curing depth measured here is a depth at which HV513 (HRC50) is obtained. The results are shown in Table 2.

Figure 2005281857
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表2から明らかなように、本発明の実施例である1〜14鋼を据込み鍛造し、温度保持して恒温変態させたものは、いずれも、フェライト硬さがHV190以上のフェライトパーライト組織を有しており、ベイナイト及びソルバイト組織は生じておらず、その結果軟窒化特性は劣るもののブローチ加工性には問題のない従来鋼であるS45Cの調質品(23鋼)と比較して10%以上切削抵抗が低下し、優れたブローチ加工性が得られていた。また、ブローチ加工性が優れるだけでなく、軟窒化特性についても従来鋼であるSCM420(22鋼)と比較して同等以上の窒化特性を有することが明らかとなった。   As is apparent from Table 2, all the steels 1 to 14 according to the examples of the present invention were upset and forged and maintained at a constant temperature to transform the ferrite pearlite structure having a ferrite hardness of HV190 or more. 10% compared with the tempered product of S45C (23 steel), which is a conventional steel that has no bainite and sorbite structure, resulting in poor soft nitriding properties but no problem with broachability. As described above, cutting resistance was reduced, and excellent broachability was obtained. It was also revealed that not only broachability is excellent, but also the nitriding characteristics are equivalent to or better than the conventional steel SCM420 (22 steel).

それに対し、比較例である15〜21鋼を据込み鍛造し、温度保持して恒温変態させたものは、ブローチ加工性、軟窒化特性のいずれかが劣ることが明らかとなった。すなわち、15鋼はC含有率が高いため、表2には具体的数値は示していないが、芯部硬さが上昇して、ブローチ加工性が低下するとともに、軟窒化特性も低下したものであり、16鋼は、Si含有率が高いため、軟窒化特性が低下したものであり、17、19鋼は、MnまたはCr含有率が高いため、ベイナイト組織が生成して芯部硬さが増加し、ブローチ加工性が低下するとともに、17鋼は軟窒化特性が低下したものであり、18、20鋼は、軟窒化特性改善のために必要な元素であるCrまたはAl含有率が低いため、軟窒化特性が低下して窒化処理後の表面硬さが低く、硬化深さが浅くなったものであり、21鋼は、V含有率が低いためフェライト硬さが低下して、ブローチ加工性が低下したものである。なお、15、17、19、21鋼は、本発明に比べブローチ加工性が低下するものの、S45Cとほぼ同等のブローチ加工性は有していた。そして、このうち19、21鋼は窒化特性も本発明鋼とほぼ同等であるので、S45Cと同等のブローチ加工性で良いのであれば、使用は可能である。   On the other hand, it was clarified that one of the comparative examples 15-21 steel that was upset and forged and kept at a constant temperature and transformed at a constant temperature was inferior in broachability and soft nitriding properties. That is, 15 steel has a high C content, so no specific numerical values are shown in Table 2, but the core hardness increased, broachability decreased, and nitrocarburizing characteristics also decreased. Yes, steel No. 16 has a high Si content and therefore soft nitriding characteristics have been reduced. Steel Nos. 17 and 19 have a high Mn or Cr content, so a bainite structure is formed and the core hardness increases. However, while broaching processability is reduced, 17 steel has a reduced soft nitriding property, and 18 and 20 steels have a low content of Cr or Al, which is an element necessary for improving the soft nitriding property. The soft nitriding characteristics are reduced, the surface hardness after nitriding treatment is low, and the hardening depth is shallow. 21 steel has low V content, so the ferrite hardness decreases and broachability is low. It is a drop. In addition, steels 15, 17, 19, and 21 had broaching workability substantially the same as S45C, although broaching workability decreased compared to the present invention. Of these, steels 19 and 21 have almost the same nitriding properties as the steel of the present invention, and can be used if broaching workability equivalent to S45C is sufficient.

また、従来鋼である22鋼(SCM420の調質品)は、調質によりソルバイト組織となってしまうため、芯部硬さを、本発明の試験片と同等に調整してもブローチ加工性が劣るものである。なお、23鋼(S45Cの調質品)は、軟窒化特性については、試験するまでもなく大きく劣ることがわかっているので、試験は実施していない。切削抵抗の結果は、問題なくブローチ加工ができる基準値を把握するために実施したもので、本発明の実施例のデータとの比較については、前記した通りである。 In addition, since 22 steel (tempered product of SCM420), which is a conventional steel, has a sorbite structure due to tempering, broaching workability is maintained even if the core hardness is adjusted to be equivalent to the test piece of the present invention. It is inferior. Note that the 23 steel (S45C tempered product) has not been tested because it is known that the soft nitriding properties are greatly inferior without being tested. The result of the cutting resistance was carried out in order to grasp the reference value that can be broached without any problem, and the comparison with the data of the example of the present invention is as described above.

この結果より、従来の方法では、ブローチ加工性と、軟窒化特性のいずれか一方しか、その要求レベルを満足できるものが得られなかったのに対し、本発明の方法を適用することにより、ブローチ加工しやすく、かつ軟窒化処理後の表面硬さ、硬化深さに優れた窒化部品を得ることができることが明らかになった。 As a result, the conventional method has only obtained one of broaching workability and soft nitriding characteristics that can satisfy the required level, but by applying the method of the present invention, It became clear that a nitrided part that is easy to process and has excellent surface hardness and depth after soft nitriding can be obtained.

前記実施例では、鍛造条件、鍛造後の温度保持条件等を固定して、評価した結果を示した。本実施例では、前記した表1に示した1鋼を用い、表3に示すように鍛造条件、温度保持条件を変化させて、ブローチ加工性がどのように変化するかについて、前記実施例と表3の条件以外については同じ方法で評価した。結果を表4に示す。 In the said Example, the result of having evaluated forging conditions, the temperature maintenance conditions after forging, etc. was shown. In this example, using one steel shown in Table 1, the forging conditions and the temperature holding conditions are changed as shown in Table 3, and how the broaching workability changes with the above examples. The conditions other than those in Table 3 were evaluated by the same method. The results are shown in Table 4.

Figure 2005281857
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Figure 2005281857
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表4において、A〜Cの製造方法が本発明の条件を満足する場合であり、D〜Hの条件は、いずれかの製造条件が、本発明の条件を満足しない場合である。
この結果をみると、条件Dにより得た試験片は、加熱温度が低いために、鋼中のV炭窒化物の固溶が不十分となり、フェライト硬さが低下しブローチ加工性が低下したものであり、条件Eは、据込み鍛造後の冷却速度が遅すぎたため、Dと同様にフェライト硬さが低下し、加工性が低下したものである。
In Table 4, it is a case where the manufacturing method of A-C satisfies the conditions of this invention, and the conditions of DH are the cases where any manufacturing conditions do not satisfy the conditions of this invention.
Looking at this result, the test piece obtained under Condition D had a low heating temperature, so the solid solution of V carbonitride in the steel became insufficient, the ferrite hardness decreased, and broachability decreased. In condition E, the cooling rate after upsetting forging was too slow, and as with D, the ferrite hardness decreased and the workability decreased.

また、F、Gの条件で作製した試験片は、恒温変態させる温度条件が適切でなかったため、温度保持中のフェライトパーライト変態が期待通りに進行せず、変態が完了しないうちに空冷されたもので、その空冷でベイナイトが生成し、ブローチ加工性が低下したものであり、条件Hは、設定温度は適切であるが、温度保持時間が10分と短すぎたため、フェライトパーライト変態が完全に終了しないうちに空冷されることとなり、ベイナイトが生成してブローチ加工性が低下したものである。
これに対し、本発明で指定した条件を満足しているA〜Cの条件で作製した試験片は、全て従来鋼S45Cと比較して同等以上のブローチ加工性を有していることが確認できた。
In addition, the specimens prepared under the conditions of F and G were not cooled properly because the temperature conditions for isothermal transformation were not appropriate, and the ferrite pearlite transformation during temperature holding did not proceed as expected, and the sample was air-cooled before the transformation was completed. In this condition, bainite was generated by air cooling and broachability decreased, and under condition H, the set temperature was appropriate, but the temperature holding time was too short, 10 minutes, so the ferrite pearlite transformation was completely completed. Before it is air-cooled, bainite is generated and broachability is lowered.
On the other hand, it can be confirmed that all the test pieces produced under the conditions A to C satisfying the conditions specified in the present invention have the same or better broachability than the conventional steel S45C. It was.

このように優れたブローチ加工性は、単なる内部硬さを管理するのみでは不十分であり、組織をベイナイトやソルバイトをほとんど含むことのないフェライトパーライト組織とし、かつフェライト硬さをHV190以上とすることが必要であり、そのためには、成分を特定範囲内に限定した上で、鍛造時の加熱温度、その後の冷却速度、温度保持条件を適切に調整することが効果的であることがわかる。   In this way, it is not enough to manage the internal hardness simply by controlling the internal hardness, and the structure should be a ferrite pearlite structure that hardly contains bainite and sorbite, and the ferrite hardness should be HV190 or more. Therefore, it is effective to appropriately adjust the heating temperature at the time of forging, the subsequent cooling rate, and the temperature holding conditions after limiting the components within a specific range.

以上説明した基礎評価により、ブローチ加工がしやすく、かつ軟窒化特性にも優れた窒化部品の製造ができる可能性が明確となったので、実生産設備でその効果を確認するため、表1の1鋼に相当する鋼を実生産用の電気炉で溶解し、表3に示すAの条件で窒化部品を製造し、軟窒化特性とブローチ加工性の評価を行った。その結果、前記実施例で示した基礎評価結果とほぼ同様の効果が得られることが確認できた。なお、前記した実施例ではブローチ歯の摩耗量について示していないが、この実部品での評価により、切削抵抗が低下でき、摩耗も小さく抑えられたので、工具寿命を大きく改善できることが確認できた。   The basic evaluation explained above has revealed the possibility of producing a nitrided part that is easy to broach and has excellent soft nitriding characteristics. Steel corresponding to steel No. 1 was melted in an electric furnace for actual production, nitrided parts were produced under the conditions A shown in Table 3, and soft nitriding characteristics and broachability were evaluated. As a result, it was confirmed that substantially the same effect as the basic evaluation result shown in the above example was obtained. In addition, although it did not show about the amount of wear of broach teeth in the above-mentioned example, it has been confirmed that the tool life can be greatly improved because the cutting resistance can be reduced and the wear can be suppressed to a small extent by evaluation with this actual part. .

以上説明した通り、本発明は、成分を特定範囲に限定し、かつ適切な条件で鍛造及び恒温変態させることによって、フェライト硬さがHV190以上のフェライトパーライト組織とすることにより、ブローチ加工を容易にし、かつ軟窒化後の表面硬さ、硬化深さの優れた窒化部品を製造することができる。そのため、断面形状が複雑な穴形状を有する窒化部品を容易に製造することが可能となり、産業への貢献は極めて大きいものである。   As described above, the present invention facilitates broaching by limiting the components to a specific range and forging and isothermal transformation under appropriate conditions to obtain a ferrite pearlite structure having a ferrite hardness of HV190 or more. In addition, a nitrided part having excellent surface hardness and hardening depth after soft nitriding can be produced. Therefore, a nitrided part having a hole shape with a complicated cross-sectional shape can be easily manufactured, and the contribution to the industry is extremely large.

ブローチ加工性の評価方法を説明する図である。It is a figure explaining the evaluation method of broach workability.

Claims (4)

質量%で、C:0.10〜0.40%、Si:0.50%以下、Mn:0.30〜1.50%、Cr:0.30〜2.00%、V:0.15超〜0.50%、Al:0.02〜0.50%を含有し、残部がFe及び不純物元素からなりフェライト硬さがHV190以上のフェライトパーライト組織からなることを特徴とするブローチ加工性に優れた窒化部品用素材。 In mass%, C: 0.10 to 0.40%, Si: 0.50% or less, Mn: 0.30 to 1.50%, Cr: 0.30 to 2.00%, V: more than 0.15 to 0.50%, Al: 0.02 to 0.50%, the balance A material for nitride parts with excellent broachability, characterized in that is made of Fe and an impurity element and has a ferrite pearlite structure with a ferrite hardness of HV190 or higher. 請求項1記載の鋼に加えて、さらに質量%でNi:2.00%以下、Mo:0.50%以下、S:0.20%以下、Bi:0.30%以下、Se:0.30%以下、Ca:0.10%以下、Te:0.30%以下、Nb:0.50%以下、Ti:1.00%以下の1種または2種以上を含有することを特徴とするブローチ加工性に優れた窒化部品用素材。 In addition to the steel according to claim 1, Ni: 2.00% or less, Mo: 0.50% or less, S: 0.20% or less, Bi: 0.30% or less, Se: 0.30% or less, Ca: 0.10% or less, A material for nitride parts having excellent broachability, characterized by containing one or more of Te: 0.30% or less, Nb: 0.50% or less, and Ti: 1.00% or less. 質量%で、C:0.10〜0.40%、Si:0.50%以下、Mn:0.30〜1.50%、Cr:0.30〜2.00%、V:0.15超〜0.50%、Al:0.02〜0.50%を含有し、残部がFe及び不純物元素からなる熱間圧延鋼材を、1000〜1300℃に加熱後熱間鍛造し、鍛造後表面温度が600〜690℃となるまで0.25℃/秒以上の速度で冷却した後、該温度域で20分以上温度保持してフェライトパーライト変態を完了させ、室温まで冷却することによりフェライト硬さがHV190以上のフェライトパーライト組織からなる窒化部品用素材を製造し、この素材にブローチ加工等の所定の機械加工を施した後軟窒化処理することを特徴とする窒化部品の製造方法。 In mass%, C: 0.10 to 0.40%, Si: 0.50% or less, Mn: 0.30 to 1.50%, Cr: 0.30 to 2.00%, V: more than 0.15 to 0.50%, Al: 0.02 to 0.50%, the balance Hot-rolled steel consisting of Fe and impurity elements, hot forged after heating to 1000-1300 ° C., after cooling at a rate of 0.25 ° C./second or more until the surface temperature after forging becomes 600-690 ° C., Hold the temperature in the temperature range for 20 minutes or more to complete the ferrite pearlite transformation and cool to room temperature to produce a material for nitride parts consisting of ferrite pearlite structure with a ferrite hardness of HV190 or more. A method for producing a nitrided part, characterized by performing a soft nitriding treatment after a predetermined machining. 請求項3に記載の製造方法で使用する鋼に加えて、さらに質量%でNi:2.00%以下、Mo:0.50%以下、S:0.20%以下、Bi:0.30%以下、Se:0.30%以下、Ca:0.10%以下、Te:0.30%以下、Nb:0.50%以下、Ti:1.00%以下の1種または2種以上を含有する熱間圧延鋼材に、請求項3記載の製造方法を施すことを特徴とする窒化部品の製造方法。
In addition to the steel used in the production method according to claim 3, Ni: 2.00% or less, Mo: 0.50% or less, S: 0.20% or less, Bi: 0.30% or less, Se: 0.30% or less, Applying the production method according to claim 3 to hot rolled steel containing one or more of Ca: 0.10% or less, Te: 0.30% or less, Nb: 0.50% or less, Ti: 1.00% or less. A method for producing a nitrided component.
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