JP2007177317A - Steel for machine structure having excellent strength, ductility, toughness and abrasion resistance, its production method and metal belt using the same - Google Patents

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JP2007177317A JP2006018332A JP2006018332A JP2007177317A JP 2007177317 A JP2007177317 A JP 2007177317A JP 2006018332 A JP2006018332 A JP 2006018332A JP 2006018332 A JP2006018332 A JP 2006018332A JP 2007177317 A JP2007177317 A JP 2007177317A
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Keiichi Maruta
慶一 丸田
Toru Hayashi
透 林
Nobutaka Kurosawa
伸隆 黒澤
Kazukuni Hase
和邦 長谷
Hideto Kimura
秀途 木村
Takaaki Toyooka
高明 豊岡
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a steel for a machine structure having excellent strength, ductility, toughness and abrasion resistance and its production method at a low cost, and to inexpensively provide a metal belt suitable to a belt for a CVT (Continuously Variable Transmission). <P>SOLUTION: The steel for a machine structure having excellent strength, ductility, toughness and abrasion resistance has a steel composition comprising, by mass, >0.30 to 0.50% C, ≤1.0% Si, ≤1.5% Mn, 0.3 to 0.5% Mo, ≤0.1% Ti, and 0.0005 to 0.01% B, and the balance Fe with inevitable impurities, and has a hardened layer with a thickness of ≤50 μm and a Vickers hardness of ≥750 on the surface. The steel structure other than the hardened layer has an old austenite grain size of ≤10 μm, a martensite fraction of ≥90% and a Vickers hardness of 450 to <750. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は,主に自動車や産業機械用部品用の機械構造用鋼に関するものであり、特に、現状高価なマルエージング鋼等が使用されている無段変速機(CVT)に用いられる金属ベルト等へ用いることが好適な、強度、延性、靭性、耐磨耗性に優れた機械構造用鋼およびその製造方法およびこれを用いた金属ベルトに関する。   The present invention mainly relates to steel for machine structural use for automobiles and industrial machine parts, and in particular, a metal belt used for a continuously variable transmission (CVT) in which currently expensive maraging steel or the like is used. The present invention relates to a mechanical structural steel excellent in strength, ductility, toughness and wear resistance, a method for producing the same, and a metal belt using the same.

近年、環境問題への関心の高まりにより、自動車分野等では一層の燃費の向上、排気ガス規制が求められてきている。そのため駆動系の小型高出力化を志向する開発方向であり、一例としては、一般に無段変速機と呼ばれる(変速比)連続可変トランスミッション(Continuously Variable Transmission:CVT)などの開発が盛んである。無段変速機(以下「CVT」と記載する。)は歯車を用いず、ベルト等を用いて摩擦に依って変速比を連続的に変化させる動力伝達機構であり、例えばCVTに用いられる金属ベルトには、高い強度、高い延性、高い靭性、耐磨耗性を併せ持つ必要がある。このような用途には、現状マルエージング鋼が用いられている(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3参照。)。また準安定型オーステナイト系ステンレス鋼を用いる技術も知られている(例えば、特許文献4参照。)。
特開2000−345302号公報 特開2002−38251号公報 特開2003−231921号公報 特開2004−11683号公報
In recent years, due to increasing interest in environmental issues, further improvements in fuel efficiency and exhaust gas regulations have been demanded in the automobile field and the like. Therefore, the development direction is aimed at reducing the size and output of the drive system. As an example, development of a continuously variable transmission (CVT) generally referred to as a continuously variable transmission (transmission ratio) is active. A continuously variable transmission (hereinafter referred to as “CVT”) is a power transmission mechanism that continuously changes a gear ratio by friction using a belt or the like without using a gear. For example, a metal belt used in CVT Must have high strength, high ductility, high toughness, and wear resistance. Currently, maraging steel is used for such applications (see, for example, Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3). A technique using metastable austenitic stainless steel is also known (see, for example, Patent Document 4).
JP 2000-345302 A JP 2002-38251 A JP 2003-231921 A JP 2004-11683 A

上記の特許文献に記載されている鋼に関らず、鋼材料の高強度化をはかろうとする際には、合金元素の添加を行なう方法が一般的である。マルエージング鋼は10数質量%のNiに加えて、CoやMo、Cr等を含有するものであり、準安定型オーステナイト系ステンレス鋼はCrやNiを10数質量%含有する。このような多量の合金元素の添加は、鋼のコストを著しく高めるとともに、昨今の原料枯渇の情勢では生産そのものがおびやかされる恐れもある。   Regardless of the steel described in the above-mentioned patent documents, a method of adding an alloy element is generally used to increase the strength of the steel material. Maraging steel contains Co, Mo, Cr and the like in addition to Ni of several tens of mass%, and metastable austenitic stainless steel contains tens of mass% of Cr and Ni. Addition of such a large amount of alloy elements significantly increases the cost of steel, and in the current situation of material depletion, production itself may be intimidated.

したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、強度、延性、靭性、耐磨耗性に優れた機械構造用鋼およびその製造方法を低コストで提供し、さらにはCVT用ベルトに好適な金属ベルトを安価に提供することにある。   Therefore, the object of the present invention is to solve such problems of the prior art, and to provide a mechanical structural steel excellent in strength, ductility, toughness and wear resistance, and a method for producing the same, and further for CVT. The object is to provide a metal belt suitable for the belt at low cost.

発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討をかさねた。その結果、マルエージング鋼やオーステナイトステンレス鋼のように多量のNiやCrを含有しない成分系の場合であっても、C、Mo、Ti、Bを適正範囲で添加した鋼を、まず窒化処理によって表面に高硬度の層を形成させ、しかる後に高周波による極短時間加熱での焼入れをおこない、低温域での焼戻しをおこなって、表面硬化層以外を旧オーステナイトの微細なマルテンサイト組織とすれば、マルエージング鋼を凌駕する優れた引張強度―伸びバランスおよび高い靭性そして高硬度を示すという知見を得て、以下の特徴を有する本発明を完成させた。
(1)、質量%で、C:0.30%超、0.50%以下、Si:1.0%以下、Mn:1.5%以下、Mo:0.3%以上、0.5%以下、Ti:0.1%以下、B:0.0005%以上、0.01%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼組成であり、表面に厚さ50μm以下かつビッカース硬度750以上の硬化層を有し、該硬化層以外の鋼組織が旧オーステナイト粒径が10μm以下かつマルテンサイト分率が90%以上であり、ビッカース硬度450以上、750未満であることを特徴とする強度、延性、靭性、耐磨耗性に優れた機械構造用鋼。
(2)、鋼組成が、さらに、質量%で、Al:2.0%以下、Cr:2.5%以下、Cu:1.0%以下、Ni:2.0%以下、V:0.5%以下のうちから選んだ1種または2種以上を含有することを特徴とする(1)に記載の強度、延性、靭性、耐磨耗性に優れた機械構造用鋼。
(3)、鋼組成が、さらに、質量%で、Co:2.0%以下、W:1.0%以下、Nb:0.1%以下のうちから選んだ1種または2種以上を含有することを特徴とする(1)または(2)に記載の強度、延性、靭性、耐磨耗性に優れた機械構造用鋼。
(4)、(1)ないし(3)のいずれかに記載の組成を有する鋼を、圧延して所定形状とした後、浸炭処理または窒化処理して表面に硬化層を形成し、その後昇温速度100℃/秒以上で、800℃〜1100℃まで加熱後、直ちに焼入れし、直ちに400℃以下の温度で焼戻すことを特徴とする強度、延性、靭性、耐磨耗性に優れた機械構造用鋼の製造方法。
(5)、硬化層を形成後の加熱を、高周波加熱を用いて行うことを特徴とする(4)に記載の強度、延性、靭性、耐磨耗性に優れた機械構造用鋼の製造方法。
(6)、(1)ないし(3)のいずれかに記載の組成を有する鋼を、圧延して厚さ0.5mm以下の鋼板とし、切断後に溶接して無端のリングを形成し、該リングに浸炭処理または窒化処理を行い表面に硬化層を形成し、その後高周波加熱により加熱して焼入れし、直ちに400℃以下の温度で焼戻すことを特徴とする強度、延性、靭性、耐磨耗性に優れたリングの製造方法。
(7)、(6)に記載の方法で製造されたリングを複数枚重ねて一体化したことを特徴とする強度、延性、靭性、耐磨耗性に優れた金属ベルト。
The inventors have intensively studied to solve the above problems. As a result, even in the case of a component system that does not contain a large amount of Ni or Cr, such as maraging steel or austenitic stainless steel, the steel to which C, Mo, Ti, and B are added in an appropriate range is first subjected to nitriding treatment. If a layer of high hardness is formed on the surface, then quenching is performed by heating for a very short time by high frequency, tempering is performed at a low temperature range, and the other than the surface hardened layer is made a fine martensite structure of prior austenite, Obtaining the knowledge that excellent tensile strength-elongation balance, high toughness and high hardness surpassing maraging steel were obtained, and the present invention having the following characteristics was completed.
(1) In mass%, C: more than 0.30%, 0.50% or less, Si: 1.0% or less, Mn: 1.5% or less, Mo: 0.3% or more, 0.5% or less, Ti: 0.1% or less, B: 0.0005% As mentioned above, it is a steel composition containing 0.01% or less, the balance being Fe and inevitable impurities, having a hardened layer with a thickness of 50 μm or less and a Vickers hardness of 750 or more on the surface, and the steel structure other than the hardened layer is old A machine structural steel excellent in strength, ductility, toughness, and wear resistance, characterized by having an austenite particle size of 10 μm or less, a martensite fraction of 90% or more, and a Vickers hardness of 450 or more and less than 750.
(2) Steel composition is further selected by mass, Al: 2.0% or less, Cr: 2.5% or less, Cu: 1.0% or less, Ni: 2.0% or less, V: 0.5% or less Or the steel for machine structure excellent in the intensity | strength, ductility, toughness, and abrasion resistance as described in (1) characterized by containing 2 or more types.
(3) The steel composition further includes one or more kinds selected from Co: 2.0% or less, W: 1.0% or less, and Nb: 0.1% or less in mass%. Machine structural steel excellent in strength, ductility, toughness, and abrasion resistance as described in (1) or (2).
(4) After rolling the steel having the composition according to any one of (1) to (3) into a predetermined shape, carburizing or nitriding to form a hardened layer on the surface, and then raising the temperature A mechanical structure excellent in strength, ductility, toughness, and wear resistance, characterized by being immediately quenched after being heated to 800 ° C. to 1100 ° C. at a rate of 100 ° C./second or more and immediately tempered at a temperature of 400 ° C. or less. Steel manufacturing method.
(5) The method for producing steel for machine structural use having excellent strength, ductility, toughness, and wear resistance according to (4), wherein the heating after forming the hardened layer is performed using high-frequency heating. .
The steel having the composition according to any one of (6), (1) to (3) is rolled into a steel sheet having a thickness of 0.5 mm or less, welded after cutting to form an endless ring, and the ring Carburized or nitrided to form a hardened layer on the surface, then heated and hardened by high frequency heating, immediately tempered at a temperature of 400 ° C. or less, strength, ductility, toughness, wear resistance An excellent ring manufacturing method.
(7) A metal belt excellent in strength, ductility, toughness, and abrasion resistance, wherein a plurality of rings manufactured by the method described in (6) are stacked and integrated.

本発明によれば、高価な合金元素を多量に添加することなく、高強度、高延性、高靭性、耐磨耗性に優れた機械構造用鋼が得られる。このため、無断変速機用の金属ベルトを安価に提供できる。   According to the present invention, a steel for machine structure excellent in high strength, high ductility, high toughness, and wear resistance can be obtained without adding a large amount of expensive alloy elements. For this reason, a metal belt for a continuously variable transmission can be provided at low cost.

以下に、本発明の詳細を説明する。   Details of the present invention will be described below.

まず、本発明において、鋼組成を上記範囲に限定した理由について説明する。なお、以下の説明において、成分元素の含有量%は全て質量%を意味するものである。   First, the reason why the steel composition is limited to the above range in the present invention will be described. In the following description, the content% of component elements means mass%.

C:0.30%超、0.50%以下とする。
Cは必要な強度、靭性を確保するために必須の元素であり、0.30%以下では所定の強度確保が難しい。いっぽう0.50%を超えると延性、靭性が低下し、また鋼組織中に巨大な炭化物が生成し、疲労特性を著しく低下させるため0.5%を上限とした。
C: Over 0.30% and 0.50% or less.
C is an essential element for securing the necessary strength and toughness, and it is difficult to secure a predetermined strength at 0.30% or less. On the other hand, if it exceeds 0.50%, the ductility and toughness are reduced, and huge carbides are formed in the steel structure, so that the fatigue properties are remarkably lowered.

Si:1.0%以下とする。
Siは脱酸剤として鋼の溶製時に作用するために、含有させることができる。但し、1.0%を超えると鋼の延性を著しく低下させるので、上限を1.0%とした。
Si: 1.0% or less.
Since Si acts as a deoxidizer during the melting of steel, it can be contained. However, if it exceeds 1.0%, the ductility of the steel is significantly reduced, so the upper limit was made 1.0%.

Mn:1.5%以下とする。
Mnは、鋼の溶製時の脱酸剤としての作用を有しているので、含有させることができる。但し、1.5%を超えると鋼の延性を著しく低下させるので、上限を1.5%とした。
Mn: 1.5% or less.
Since Mn has an action as a deoxidizing agent when melting steel, it can be contained. However, if it exceeds 1.5%, the ductility of the steel is significantly reduced, so the upper limit was made 1.5%.

Mo:0.3%以上、0.5%以下とする。
Moは本発明において、特に重要な元素である。Moは延性を大きく損なうことなく強度、靭性を向上させる。その効果を発現するには0.3%以上の添加が必須である。一方で、0.5%を超えて添加しても強度や靭性のそれ以上の向上にならず、コスト高となってしまう。また過剰に添加すると延性も低下する傾向にあるので、上限を0.5%とした。
Mo: 0.3% or more and 0.5% or less.
Mo is a particularly important element in the present invention. Mo improves strength and toughness without significantly impairing ductility. Addition of 0.3% or more is essential to achieve the effect. On the other hand, even if added over 0.5%, the strength and toughness are not further improved, and the cost is increased. In addition, since the ductility tends to decrease when added excessively, the upper limit was made 0.5%.

Ti:0.1%以下とする。
Tiは、不可避的不純物として混入するNと結合することで、BがBNを形成してBの焼入れ性向上効果が消失することを防止する。この効果を得るためには0.005%以上含有することが好ましいが、0.1%を超えて添加してもTiNが大量に形成されて、強度や疲労強度の低下を招くため、上限を0.1%とする。
Ti: 0.1% or less.
Ti combines with N mixed as an unavoidable impurity to prevent B from forming BN and disappearing the effect of improving the hardenability of B. In order to obtain this effect, it is preferable to contain 0.005% or more, but even if added over 0.1%, a large amount of TiN is formed, leading to a decrease in strength and fatigue strength, so the upper limit is made 0.1% .

B:0.0005%以上、0.01%以下とする。
Bは、焼入れ性の向上に有効であり、また粒界強化により鋼全体の強度向上に寄与する有用な元素である。そのためには0.0005%以上の含有が必要である。しかし0.01%を超えて含有してもその効果は飽和するので、上記範囲に限定した。
B: 0.0005% or more and 0.01% or less.
B is a useful element that is effective in improving hardenability and contributes to improving the strength of the entire steel by grain boundary strengthening. For that purpose, the content of 0.0005% or more is necessary. However, even if contained over 0.01%, the effect is saturated, so it was limited to the above range.

以上が、本発明における基本成分であるが、本発明ではその他にも、以下に述べる元素を適宜含有させることができる。   The above is the basic component in the present invention, but in the present invention, other elements described below can be appropriately contained.

Al、Cr、Cu、Ni、Vの中から選んだ1種又は2種以上を含有してもよい。   You may contain 1 type, or 2 or more types selected from Al, Cr, Cu, Ni, and V.

Al:2.0%以下とする。
Alは脱酸に有効な元素である。また焼入れ時のオーステナイト粒成長を抑制することによって、強度、靭性の維持に有効であり、窒化層の硬化にも有益な元素である。しかしながら含有量が2.0%を超えて含有させてもその効果は飽和し、むしろコスト上昇を招く不利が生じるので上記の範囲に限定した。
Al: 2.0% or less.
Al is an element effective for deoxidation. Further, by suppressing the austenite grain growth during quenching, it is effective in maintaining strength and toughness, and is also an element useful for hardening the nitride layer. However, even if the content exceeds 2.0%, the effect is saturated, and a disadvantage that causes an increase in cost occurs. Therefore, the content is limited to the above range.

Cr:2.5%以下とする。
Crは焼入れ性の向上に有効であり、硬化深さを確保する上で有用である。しかし過度に含有すると、炭化物安定効果によって残留炭化物の生成を助長し、強度の低下をまねく。従ってCr含有はできる限り低減することが望ましいが、2.5%までは許容できる。なお、焼入れ性を向上させる作用を発現させるためには、0.2%以上含有させることが好ましい。
Cr: 2.5% or less.
Cr is effective for improving the hardenability and is useful for securing the hardening depth. However, if contained excessively, the formation of residual carbides is promoted by the carbide stabilizing effect, resulting in a decrease in strength. Therefore, it is desirable to reduce the Cr content as much as possible, but up to 2.5% is acceptable. In addition, in order to express the effect | action which improves hardenability, it is preferable to make it contain 0.2% or more.

Cu:1.0%以下とする。
Cuは焼入れ性の向上に有効であり、またフェライト中に固溶して強度を向上させる。しかし1.0%を超えて含有すると熱延時に割れが発生する。そこで上記の範囲に限定した。なお、焼入れ性や強度を向上させる作用を発現させるためには、0.2%以上含有させることが好ましい。
Cu: 1.0% or less.
Cu is effective in improving the hardenability, and improves the strength by solid solution in ferrite. However, if it exceeds 1.0%, cracking occurs during hot rolling. Therefore, it is limited to the above range. In order to develop the effect of improving hardenability and strength, it is preferable to contain 0.2% or more.

Ni:2.0%以下とする。
Niは焼入れ性を向上させるのに有効であり、また炭化物の生成を抑制するため、膜状炭化物の粒界への生成を抑制し粒界強度を上げることで強度、靭性の向上に寄与する。ただしNiは非常に高価な元素であり、2.0%を超えて添加しても効果が飽和するばかりで、鋼材コストが著しく上昇する。そこで2.0%以下とすることが好ましい。なお、焼入れ性や強度、靭性を向上させる作用を発現させるためには、0.5%以上含有させることが好ましい。
Ni: 2.0% or less.
Ni is effective in improving the hardenability and also suppresses the formation of carbides, thereby suppressing the generation of film-like carbides at the grain boundaries and increasing the grain boundary strength, thereby contributing to the improvement of strength and toughness. However, Ni is a very expensive element, and even if added over 2.0%, the effect is not only saturated, but the steel material cost is remarkably increased. Therefore, it is preferable to set it to 2.0% or less. In order to develop the effect of improving hardenability, strength, and toughness, 0.5% or more is preferably contained.

V:0.5%以下とする。
Vは、鋼中でCと結合し強化元素としての作用が期待される。また焼き戻し軟化抵抗性を向上させる効果もあり、強度向上に寄与する。しかし0.5%を超えて含有してもその効果は飽和するため、上記の範囲に限定した。なお、強度を向上させる作用を発現させるためには、0.1%以上含有させることが好ましい。
V: 0.5% or less.
V binds to C in steel and is expected to act as a strengthening element. It also has the effect of improving resistance to temper softening and contributes to strength improvement. However, even if contained over 0.5%, the effect is saturated, so it was limited to the above range. In addition, in order to express the effect | action which improves an intensity | strength, it is preferable to make it contain 0.1% or more.

さらに本発明では以下に示すCo、W、Nb成分のうちから選んだ1種または2種以上を含有することができる。   Furthermore, in this invention, 1 type, or 2 or more types selected from Co, W, and Nb component shown below can be contained.

Co:2.0%以下とする。
Coは粒界強化に有効な元素であり、添加によって強度、靭性の向上をもたらす。ただし非常に高価であり、2.0%を超える添加では安価に製造するという本来の発明意義が失われてしまう。そこで2.0%以下の範囲に限定した。
Co: 2.0% or less.
Co is an element effective for strengthening grain boundaries, and its addition improves strength and toughness. However, it is very expensive, and if it exceeds 2.0%, the original invention significance of producing at low cost is lost. Therefore, it is limited to the range of 2.0% or less.

W:1.0%以下とする。
Wは安定した炭化物を形成し、強化元素として有効である。一方で、1.0%を超えて含有するとむしろ強度が低下するので上記の範囲に限定した。
W: 1.0% or less.
W forms a stable carbide and is effective as a strengthening element. On the other hand, if the content exceeds 1.0%, the strength is rather lowered, so the content is limited to the above range.

Nb:0.1%以下とする。
Nbは焼入れ性向上効果のほかに、析出強化元素として強度や靭性の向上に寄与する。この効果を発現させるためには0.005%以上含有させることが好ましい。しかし0.1%を超えて含有しても、その効果は飽和するので0.1%以下とすることが好ましい。
Nb: 0.1% or less.
Nb contributes to the improvement of strength and toughness as a precipitation strengthening element in addition to the effect of improving hardenability. In order to exhibit this effect, it is preferable to contain 0.005% or more. However, even if the content exceeds 0.1%, the effect is saturated, so 0.1% or less is preferable.

以上説明した元素以外の残部はFeおよび不可避的不純物である。主な不可避的不純物としては、S、P、N、Oが挙げられる。これら元素は、S:0.05%以下、P:0.05%以下、N:0.01%以下、O:0.01%以下であれば許容できる。   The balance other than the elements described above is Fe and inevitable impurities. The main inevitable impurities include S, P, N, and O. These elements are acceptable if S: 0.05% or less, P: 0.05% or less, N: 0.01% or less, and O: 0.01% or less.

以上、好適成分組成範囲について説明したが、本発明では、成分組成を上記の範囲に限定した上で、以下に説明するように鋼組織が調整されている必要がある。   As mentioned above, although the suitable component composition range was demonstrated, in this invention, after limiting a component composition to said range, the steel structure needs to be adjusted so that it may demonstrate below.

表面硬化層:表面に厚さ50μm以下、硬さHv750以上の硬化層を有する。
マルエージング鋼と同等以上の耐磨耗性が必要な環境で使用するために、本発明では、鋼の表面に硬化層を形成し、表面硬さをビッカース硬さで750以上とする。この場合硬化層の厚さが50μm超えであっても硬化層自体の硬さには変化はなく、硬化層形成のための処理時間が長くなりコスト高をまねき、むしろ延性低下の要因ともなる。そこで上記範囲に限定した。耐磨耗性を維持するためには、硬化層の厚さは5μm以上とすることが好ましい。硬化層は、鋼の表面の少なくとも一部に形成されている必要があり、鋼板の場合は、板面である両表面に形成されていることが好ましい。
Surface hardened layer: The surface has a hardened layer having a thickness of 50 μm or less and a hardness of Hv750 or more.
In order to use in an environment where wear resistance equal to or higher than that of maraging steel is required, in the present invention, a hardened layer is formed on the surface of the steel, and the surface hardness is set to 750 or more in terms of Vickers hardness. In this case, even if the thickness of the cured layer exceeds 50 μm, there is no change in the hardness of the cured layer itself, the treatment time for forming the cured layer becomes longer, resulting in higher costs, and rather a factor in reducing ductility. Therefore, it is limited to the above range. In order to maintain the wear resistance, the thickness of the cured layer is preferably 5 μm or more. The hardened layer needs to be formed on at least a part of the surface of the steel. In the case of a steel plate, the hardened layer is preferably formed on both surfaces which are plate surfaces.

次に、表面の硬化層以外の鋼組織について説明する。   Next, the steel structure other than the hardened layer on the surface will be described.

旧オーステナイト粒径:10μm以下とする。
本発明では旧オーステナイト粒径の調整が重要である。旧オーステナイト粒径を微細化することで粒界に析出する膜状炭化物を抑制し粒界強度を上げることができる。旧オーステナイト粒径の微細化により高強度、高延性、高靭性が発現する。そのためには粒径は10μm以下であることが必要である。
Prior austenite grain size: 10 μm or less.
In the present invention, it is important to adjust the prior austenite particle size. By refining the prior austenite grain size, film-like carbides precipitated at the grain boundaries can be suppressed and the grain boundary strength can be increased. High strength, high ductility, and high toughness are exhibited by refinement of the prior austenite grain size. For this purpose, the particle size needs to be 10 μm or less.

マルテンサイト組織の分率:90%以上とする。
マルテンサイトは強度を得るために必須の組織である。本発明の場合には分率で90%以上のマルテンサイト組織とすることで優れた特性を発揮する。そのため上記範囲に限定した。マルテンサイトの分率が90%以下である場合には、強度の上昇に寄与しない残留オーステナイト相等の未変態相や炭化物等の析出物の量が多くなりすぎて、マルエージング鋼と同等以上の高強度化の達成は困難となる。マルテンサイト組織の分率は、例えば、鋼表面を腐食後、一定面積を光学顕微鏡により観察し、面積率から測定することができる。
Martensite structure fraction: 90% or more.
Martensite is an essential structure for obtaining strength. In the case of the present invention, the martensitic structure having a fraction of 90% or more exhibits excellent characteristics. Therefore, it was limited to the above range. If the martensite fraction is 90% or less, the amount of precipitates such as untransformed phases such as retained austenite phase and carbides that do not contribute to the increase in strength is excessive, and it is as high as maraging steel. Achievement of strength becomes difficult. The fraction of the martensite structure can be measured from the area ratio by, for example, observing a certain area with an optical microscope after corroding the steel surface.

硬さ:ビッカース硬さで450以上、750未満とする。
現状高価であるマルエージング鋼と代替するために、本発明の鋼がマルエージング鋼と同等以上の強度レベルを持つためには、硬さはビッカース硬さで450以上である必要がある。また延性、靭性レベルを維持するためには、硬さ上限を規定する必要がある。そこでビッカース硬さで450以上、750未満の範囲に限定した。硬化層以外の母相がこの硬さ範囲であれば微細粒と重畳して、高強度、高延性、高靭性を発現する。
Hardness: Vickers hardness is 450 or more and less than 750.
In order to replace the maraging steel, which is currently expensive, in order for the steel of the present invention to have a strength level equal to or higher than that of the maraging steel, the hardness needs to be 450 or more in terms of Vickers hardness. Moreover, in order to maintain a ductility and toughness level, it is necessary to prescribe | regulate a hardness upper limit. Therefore, the Vickers hardness is limited to a range of 450 or more and less than 750. If the parent phase other than the hardened layer is in this hardness range, it is superposed on the fine grains and exhibits high strength, high ductility, and high toughness.

以上の成分組成および鋼組織を満足することにより、マルエージング鋼と同等の特性を持つ、引張強度2000MPa以上、全伸び10%以上を満足し、かつ高靭性を維持し、耐磨耗性に優れた機械構造用鋼となる。   By satisfying the above component composition and steel structure, it has the same characteristics as maraging steel, has a tensile strength of 2000 MPa or more, satisfies a total elongation of 10% or more, maintains high toughness, and has excellent wear resistance. Steel for machine structural use.

次に、本発明の強度、延性、靭性、耐磨耗性に優れた機械構造用鋼の製造方法を説明する。本発明の機械構造用鋼は、上記の成分組成を有する鋼を用い、所定の形状とした素材の表面に硬化層を形成し、焼入れ焼き戻しを行なって製造する。   Next, the manufacturing method of the steel for machine structure excellent in the strength, ductility, toughness, and wear resistance of the present invention will be described. The steel for machine structure of the present invention is manufactured by using a steel having the above-described composition, forming a hardened layer on the surface of a material having a predetermined shape, and performing quenching and tempering.

上述の成分を含む鋼には、転炉による溶製で製造されたものでも、真空溶製により製造されたものでも使用できる。鋼塊または連鋳スラブは加熱されて熱間圧延され、酸洗してスケール除去された後に冷間圧延で所定の厚さに整えられ、所定形状とする。   As the steel containing the above-described components, either steel manufactured by melting in a converter or steel manufactured by vacuum melting can be used. The ingot or continuous cast slab is heated and hot-rolled, pickled and scaled, and then cold-rolled to a predetermined thickness to obtain a predetermined shape.

その後に、まず浸炭処理または窒化処理を行ない、表面に硬化層を形成する。浸炭処理は通常のガス浸炭を用いて行なうことができる。窒化処理の方法はガス窒化や、塩浴窒化で行なうことができる。   Thereafter, carburization or nitriding is first performed to form a hardened layer on the surface. The carburizing process can be performed using ordinary gas carburizing. Nitriding can be performed by gas nitriding or salt bath nitriding.

表面に硬化層を形成した後に、鋼組織をマルテンサイト組織とするために焼入れ焼き戻しを行う。   After forming the hardened layer on the surface, quenching and tempering are performed to make the steel structure a martensite structure.

焼入れ処理:高周波焼入れを行なうことが好ましい。
表面硬化させた後に極短時間の加熱による焼入れをおこなう点が本発明の製造方法における重要な条件の1つである。これは先に生成した硬化層を消失させないためであり、また、不必要な結晶粒の粗大化を避け微細な結晶粒組織を得るためである。このためには、昇温速度100℃/s以上で、最高温度800℃〜1100℃に加熱し、最高温度に到達後、即座に焼き入れる。このような極短時間の加熱とするためには、高周波加熱を用い、水焼入れとすることが好ましい。
Quenching treatment: It is preferable to perform induction hardening.
One of the important conditions in the production method of the present invention is that quenching is performed by heating for a very short time after the surface is cured. This is to prevent the hardened layer generated previously from disappearing, and to avoid unnecessary coarsening of crystal grains and to obtain a fine crystal grain structure. For this purpose, it is heated to a maximum temperature of 800 ° C. to 1100 ° C. at a temperature rising rate of 100 ° C./s or more, and immediately quenched after reaching the maximum temperature. In order to achieve such extremely short heating, it is preferable to use high-frequency heating and water quenching.

焼き戻し温度:400℃以下とする。
焼き戻し温度も本発明では重要な条件である。このような低温は、通常では焼き戻しに使用されない温度域である。しかし本発明の場合には、この温度域とすることで、含有しているBが拡散したり不必要な析出をすることなく、粒界に濃化して粒界の強化に適切に寄与する。そして焼き戻し温度が高くないことで、表面硬化層および微細粒効果との重畳により、一定以上の強度レベルおよび靭性、表面硬度を維持する。
Tempering temperature: 400 ° C. or less.
The tempering temperature is also an important condition in the present invention. Such a low temperature is a temperature range not normally used for tempering. However, in the case of the present invention, by using this temperature range, the contained B is concentrated at the grain boundary without appropriately diffusing or unnecessary precipitation, and appropriately contributing to strengthening of the grain boundary. And since the tempering temperature is not high, the strength level, toughness, and surface hardness above a certain level are maintained by superimposing the surface hardened layer and the fine grain effect.

本発明の製造方法においては、硬化層を形成後に焼入れ焼戻しを行なう点も重要な条件である。焼き入れ後に表面硬化処理を行なうと、強度が低下して高強度と耐磨耗性の両立が困難となる。   In the production method of the present invention, it is also an important condition that quenching and tempering is performed after the hardened layer is formed. When the surface hardening treatment is performed after quenching, the strength is lowered and it is difficult to achieve both high strength and wear resistance.

かくして得られた鋼材は、安価に製造できるにもかかわらず、マルエージング鋼に匹敵する強度延性バランスを有し、高強度、高延性、高靭性、耐磨耗性を必要とする自動車部品等への使用が可能となる。   Although the steel material thus obtained can be manufactured at a low cost, it has a balance of strength and ductility comparable to maraging steel and can be used for automobile parts that require high strength, high ductility, high toughness, and wear resistance. Can be used.

次に、本発明の機械構造用鋼を用いて製造する金属ベルトについて説明する。   Next, the metal belt manufactured using the steel for machine structure of the present invention will be described.

金属ベルトは、以下のようにして製造することができる。成分組成が本発明の範囲の鋼を、0.5mm以下の厚さの鋼板として製造し、帯状に裁断した両端部を溶接してループ形状とし、リング(無端リング)を形成する。溶接には、例えばレーザー溶接やプラズマ溶接を用いることができる。形成した無端リングに浸炭処理または窒化処理を行ない、表面に硬化層を形成した後に、上記のように焼き入れ焼き戻しを行い、高強度、高延性、高靭性、耐磨耗性を有する無端リングを製造する。このような無端リングを複数枚、例えば10枚重ねて金属ベルトとする。   The metal belt can be manufactured as follows. A steel having a component composition in the range of the present invention is manufactured as a steel plate having a thickness of 0.5 mm or less, and both ends cut into a belt shape are welded to form a loop shape to form a ring (endless ring). For welding, for example, laser welding or plasma welding can be used. Carrying or nitriding the formed endless ring and forming a hardened layer on the surface, followed by quenching and tempering as described above, and endless ring having high strength, high ductility, high toughness, and wear resistance Manufacturing. A plurality of such endless rings, for example, 10 are stacked to form a metal belt.

無端リングを製造する際には、ループ形状とした後に、硬化層の形成、焼き入れ焼戻しを行なうことが重要である。0.5mm以下の厚さの鋼板に所定の熱処理を行い本発明の機械構造用鋼を製造した後に、裁断し、溶接して無端リングを製造すると、溶接部の強度、表面硬度が得られないため望ましくない。   When manufacturing an endless ring, it is important to form a hardened layer and quench and temper after forming a loop shape. When a steel sheet for machine structural use according to the present invention is manufactured by subjecting a steel sheet having a thickness of 0.5 mm or less to a predetermined heat treatment, cutting and welding to produce an endless ring, the strength and surface hardness of the welded portion cannot be obtained. Therefore, it is not desirable.

上記のようにして製造した無端リングは、表面に厚さ50μm以下でビッカース硬度750以上の硬化層を有し、かつ、硬化層以外の鋼の旧オーステナイト粒径が10μm以下でマルテンサイト分率が90%以上であり、ビッカース硬度450以上、750未満である本発明の機械構造用鋼からなるものである。   The endless ring produced as described above has a hardened layer with a thickness of 50 μm or less and a Vickers hardness of 750 or more on the surface, and the prior austenite grain size of steel other than the hardened layer is 10 μm or less and has a martensite fraction. It is 90% or more, and is made of the steel for machine structure of the present invention having a Vickers hardness of 450 or more and less than 750.

金属ベルトはその表面部分に耐磨耗性が必要であるため、複数枚重ねた表層部である、両外側の2枚のみを本発明鋼を用いた無端リングとすれば効果がある。その場合は、表層部以外の無端リングには、例えば上記の無端リングを硬化層の形成を省略して製造したものを用いることが好ましい。   Since the metal belt needs to have wear resistance on the surface portion, it is effective if only the two outer layers, which are the surface layer portions stacked on each other, are endless rings using the steel of the present invention. In that case, for the endless ring other than the surface layer portion, it is preferable to use, for example, the endless ring manufactured by omitting the formation of the hardened layer.

本発明の機械構造用鋼を用いて製造した金属ベルトは、マルエージング鋼を用いて製造された金属ベルトと同等以上の強度、延性、靭性、耐磨耗性を有し、しかも低コストで製造可能であり、CVT用金属ベルト等に好適に用いることができる。   Metal belts manufactured using the steel for machine structural use according to the present invention have strength, ductility, toughness, and wear resistance equivalent to or higher than those manufactured using maraging steel, and are manufactured at low cost. It can be used suitably for a metal belt for CVT or the like.

表1に示す化学成分を有する鋼No.2〜19の鋼を真空溶製にて製造した。これらの鋼を1100℃加熱して熱間圧延し厚さ3mmの板とした。その後酸洗して表面スケールを除去した後に、冷間圧延をおこなった。圧延は多数回おこない、厚さ0.8mmの時点で1回焼鈍をおこなって加工歪を除去し、さらに冷間圧延した。最終的な厚さは0.4mm厚さとして素材とし、これに以下の熱処理を行い、記号1−2〜1−19の試験片を製造し、引張試験、靭性の評価、組織評価、表面硬さ測定に供した。   Steel No. 1 having chemical components shown in Table 1. 2 to 19 steels were produced by vacuum melting. These steels were heated to 1100 ° C. and hot-rolled to give a plate having a thickness of 3 mm. Thereafter, pickling was performed to remove the surface scale, and then cold rolling was performed. Rolling was performed many times, and when the thickness was 0.8 mm, annealing was performed once to remove processing strain, and further cold rolling was performed. The final thickness is 0.4 mm and the material is subjected to the following heat treatment to produce test pieces of symbols 1-2 to 1-19, tensile test, toughness evaluation, structure evaluation, surface hardness It was used for the measurement.

Figure 2007177317
Figure 2007177317

素材より、引張試験片(JIS5号)の形状に放電加工で試験片を切り出した。この試験片にタフトライド処理を570℃で120分間おこない、表面に窒化硬化層を設けた。次に高周波加熱によって300℃/sの昇温速度で920℃に加熱した後、即焼入れした。その後170℃で20分間の焼き戻しをおこない、引張試験に供した。 A test piece was cut out from the material by electric discharge machining into a shape of a tensile test piece (JIS No. 5). The test piece was subjected to tuftride treatment at 570 ° C. for 120 minutes, and a nitrided hard layer was provided on the surface. Next, after heating to 920 ° C. at a heating rate of 300 ° C./s by high-frequency heating, water quenching was performed immediately. Thereafter, tempering was carried out at 170 ° C. for 20 minutes and subjected to a tensile test.

表1に示す鋼No.1はマルエージング鋼(Fe―18質量%Ni−8質量%Co−5質量%Mo―0.4質量%Ti)であり、マルエージング鋼においても冷間圧延で0.4mm厚さとして素材とし、上記と同じ形状の試験片を切り出した後、820℃加熱後空冷によって焼入れし、520℃加熱によってエージング処理を行った。その後ガス窒化(550℃で5時間処理)をおこなった。(記号1−1)
靭性の評価のみは上述と異なり、熱間圧延で15mm厚さとした。圧延材のC方向と一致するようにUノッチのシャルピー試験を切り出した。試験片は上記と同じ条件で窒化処理を施された後、高周波焼入れにて300℃/sの昇温速度で920℃に加熱された後、即焼入れした。焼き戻しは170℃で30分間おこない、その後シャルピー試験に供した。マルエージング鋼については上記と同じ条件で熱処理を行なった。試験温度は40℃、−40℃の2条件でおこない、その吸収エネルギーを比較した。
Steel No. shown in Table 1 No. 1 is maraging steel (Fe-18 mass% Ni-8 mass% Co-5 mass% Mo-0.4 mass% Ti). The maraging steel is also made into a raw material having a thickness of 0.4 mm by cold rolling. After cutting out a test piece having the same shape as in Example 1, the sample was heated at 820 ° C., then quenched by air cooling, and subjected to an aging treatment by heating at 520 ° C. Thereafter, gas nitriding (treatment at 550 ° C. for 5 hours) was performed. (Symbol 1-1)
Only the evaluation of toughness was different from the above, and the thickness was 15 mm by hot rolling. A U-notch Charpy test was cut out so as to coincide with the C direction of the rolled material. The test piece was subjected to nitriding under the same conditions as described above, then heated to 920 ° C. at 300 ° C./s with a temperature increase rate by induction hardening, and then immediately quenched with water . Tempering was performed at 170 ° C. for 30 minutes and then subjected to a Charpy test. The maraging steel was heat-treated under the same conditions as described above. The test was performed under two conditions of 40 ° C. and −40 ° C., and the absorbed energy was compared.

組織評価は以下に示す方法で行なった。まず硬化層深さについては、断面からマイクロビッカース10gで10μmピッチで硬さを測定し、その硬さプロファイルからHv750以上である部分の深さを硬化層深さとして求めた。硬化層の硬さは、Hv750以上である硬さ測定値の平均値とした。硬化層以外の組織部分の硬さは、厚み方向中央部の硬さ測定値を採用した。旧オーステナイト粒径に関しては、腐食によってオーステナイト粒径を現出させた後、1000倍で観察撮影し、得られた画像から切断法にて求めた。マルテンサイト分率に関しては、3%硝酸アルコールで腐食後に400倍で5視野の観察撮影をおこない、得られた画像からマルテンサイトの面積率を求めて分率とした。   The tissue evaluation was performed by the following method. First, regarding the depth of the hardened layer, the hardness was measured at a pitch of 10 μm with 10 g of micro Vickers from the cross section, and the depth of the portion of Hv750 or higher was obtained as the hardened layer depth from the hardness profile. The hardness of the hardened layer was an average value of hardness measurement values of Hv750 or higher. For the hardness of the tissue part other than the hardened layer, the hardness measurement value at the center in the thickness direction was adopted. Regarding the prior austenite particle size, the austenite particle size was revealed by corrosion, then observed and photographed at 1000 times, and obtained from the obtained image by a cutting method. As for the martensite fraction, observation and photographing were carried out at 5 times with 400% after corrosion with 3% nitric acid alcohol, and the area ratio of martensite was obtained from the obtained image to obtain the fraction.

マルテンサイト組織の分率、旧オーステナイト粒径、硬化層(窒化層)深さおよび表面硬度、引張強度、全伸び、靭性の測定結果を表1中に併せて示す。表1によれば、成分および窒化層を含む組織が本発明の範囲内にある鋼は、引張強度が2000MPa以上、全伸び10%以上、シャルピー吸収エネルギーが低温においても高温においても40J以上でありマルエージング鋼と同等以上であり、強度延性バランスがマルエージング鋼を上回る良好な結果を示した。   Table 1 also shows the measurement results of the fraction of martensite structure, prior austenite grain size, hardened layer (nitriding layer) depth and surface hardness, tensile strength, total elongation, and toughness. According to Table 1, a steel having a structure including a component and a nitrided layer within the scope of the present invention has a tensile strength of 2000 MPa or more, a total elongation of 10% or more, and a Charpy absorbed energy of 40 J or more at both low and high temperatures. The results were good as the maraging steel, and the strength ductility balance exceeded that of the maraging steel.

本実施例においてはマルテンサイト分率、旧オーステナイト粒径の影響を調べた。表1の鋼No.4について、マルテンサイト分率、旧オーステナイト粒径の影響を見るために、高周波加熱の温度(焼入れ温度)およびその回数を変化させて、種々の条件で試験片を製造した。その他の実験方法は全て実施例1と同じとした。測定結果を表2に示す。表2によれば、マルテンサイトの分率が90%より低くなると強度が顕著に低下してしまうことがわかる。また旧オーステナイト粒径が10μmより大きくなると強度や延性が低下するが、靭性も顕著に低下することがわかる。   In this example, the effects of martensite fraction and prior austenite grain size were examined. Steel No. 1 in Table 1 In order to observe the effects of martensite fraction and prior austenite grain size on No. 4, test pieces were produced under various conditions by changing the frequency (quenching temperature) and frequency of high-frequency heating. All other experimental methods were the same as in Example 1. The measurement results are shown in Table 2. According to Table 2, it can be seen that when the martensite fraction is lower than 90%, the strength is significantly reduced. It can also be seen that when the prior austenite grain size is larger than 10 μm, the strength and ductility are reduced, but the toughness is also significantly reduced.

Figure 2007177317
Figure 2007177317

本実施例においては、他の成分(Al、Cr、Cu、Ni、V、Co、W、Nb)の添加の効果を調べた。表3に示すような化学成分を有する鋼(鋼No.21〜34)を真空溶製にて製造した。その他の実験方法は全て実施例1と同じとして、記号3−1〜3−14について、引張試験、靭性の評価、組織評価、表面硬さ測定を行なった。結果を表3中に併せて示す。Co添加はさらに鋼を高強度化させ、Cr、Wが過度に含有されると強度と靭性の低下を招き、またAl、Cu、Ni、V、Nbについては過度に添加してもその効果が飽和することがわかる。   In this example, the effect of adding other components (Al, Cr, Cu, Ni, V, Co, W, Nb) was examined. Steels having chemical components as shown in Table 3 (steel Nos. 21 to 34) were manufactured by vacuum melting. All other experimental methods were the same as in Example 1, and for the symbols 3-1 to 3-14, a tensile test, toughness evaluation, structure evaluation, and surface hardness measurement were performed. The results are also shown in Table 3. Co addition further increases the strength of the steel, and if Cr and W are contained excessively, the strength and toughness are reduced. Al, Cu, Ni, V, and Nb are also effective even if added excessively. It turns out to be saturated.

Figure 2007177317
Figure 2007177317

本実施例においては、表1の鋼No.4について、焼入れ焼戻しの条件の影響について調べた。記号4−1の試験片は、窒化処理までは実施例1における記号1−4(高周波加熱焼入れ)と同様におこない、その後の焼入れに関して赤外線誘導加熱(昇温速度20℃/s)でおこなった。最高温度に到達するまでの時間は1時間であった。最高温度に到達後は即取り出して水焼入れ処理をおこなった。その後焼戻し処理は170℃で30分施した。   In this example, steel No. 1 in Table 1 was used. For No. 4, the effect of quenching and tempering conditions was examined. The test piece of the symbol 4-1 was performed in the same manner as the symbol 1-4 (high-frequency heating quenching) in Example 1 until the nitriding treatment, and the subsequent quenching was performed by infrared induction heating (temperature increase rate 20 ° C./s). . The time to reach the maximum temperature was 1 hour. After reaching the maximum temperature, it was immediately removed and subjected to water quenching. Thereafter, tempering was performed at 170 ° C. for 30 minutes.

また焼戻し温度の影響については、記号4−2〜4−4の試験片について、実施例1における記号1−4(焼戻し温度170℃)と同様に焼入れまでおこなった後、焼戻し温度を225、450、550℃に変化させて測定をおこなった。   Moreover, about the influence of tempering temperature, after performing to quenching similarly to the code | symbol 1-4 in Example 1 (tempering temperature 170 degreeC) about the test piece of symbols 4-2 to 4-4, tempering temperature is set to 225,450. The measurement was carried out at 550 ° C.

結果を表4に示す。雰囲気炉加熱では旧オーステナイト粒径が大きくなり必要な特性が発現しない。また窒化層が散逸してしまい、その効果が消滅することがわかる。   The results are shown in Table 4. In the atmosphere furnace heating, the prior austenite grain size becomes large and the necessary characteristics are not exhibited. It can also be seen that the nitride layer is dissipated and the effect disappears.

焼戻し温度に関しては、400℃以上で強度が顕著に低下する。また550℃以上で焼戻すと、表面硬化層が失われることがわかる。   Regarding the tempering temperature, the strength is significantly reduced at 400 ° C. or higher. Moreover, it turns out that a surface hardening layer is lost when it tempers at 550 degreeC or more.

Figure 2007177317
Figure 2007177317

本実施例においては、実際に無端リングを製造した際の疲労強度について評価した。鋼No.1、4、11について、実施例1と同様にして0.4mm厚さの素材を製造し、幅20mmに裁断して両端部を溶接してリング状につなぎ、その後記号1−1、1−4、1−11、2−5、4−3と同様の熱処理を行ない、無端リングを製造した。疲労強度は、図1に示すようなSUJ2製のプーリー1(ベルト車1aの外径120mm、ベルト車1bの外径200mm)に無端リング2を掛けて、一定の引っ張り荷重(P=3500N)をかけながら回転数2000rpmで回転させた際の破断までの回転数を測定して評価した。実験に供した素材は、マルエージング鋼(記号1−1)、本発明鋼(記号1−4)、比較鋼(記号1−11、2−5、4−3)である。試験は各3回(n=3)行なった。   In this example, the fatigue strength when actually manufacturing an endless ring was evaluated. Steel No. For 1, 4 and 11, a 0.4 mm-thick material was produced in the same manner as in Example 1, cut to a width of 20 mm, welded at both ends, and connected in a ring shape, and then symbols 1-1, 1- Heat treatment similar to 4, 1-11, 2-5 and 4-3 was performed to produce an endless ring. The fatigue strength is determined by applying a constant tensile load (P = 3500 N) by applying an endless ring 2 to a pulley 1 made of SUJ2 as shown in FIG. 1 (the outer diameter of the belt wheel 1a is 120 mm and the outer diameter of the belt wheel 1b is 200 mm). The number of rotations until breakage when rotating at 2000 rpm while being applied was measured and evaluated. The materials used for the experiment are maraging steel (symbol 1-1), steel of the present invention (symbol 1-4), and comparative steels (symbols 1-11, 2-5, 4-3). Each test was performed three times (n = 3).

結果を表5に示す。本発明鋼を用いた無端リング(無端リングNo.5−2)は、破断までの回数がマルエージング鋼(無端リングNo.5−1)と同等であるが、比較鋼を用いた無端リング(無端リングNo.5−3〜5−5)では、破断までの回数が顕著に低下することがわかる。   The results are shown in Table 5. The endless ring (endless ring No. 5-2) using the steel of the present invention has the same number of times to break as the maraging steel (endless ring No. 5-1), but the endless ring using comparative steel ( In endless rings No. 5-3 to 5-5), it can be seen that the number of times until breakage is significantly reduced.

Figure 2007177317
Figure 2007177317

本実施例においては、表1に示す鋼No.4を用いて行なった。実施例1と同様に引張試験片を製造し、窒化処理を行なった後、焼入れ焼戻しを行なった、実施例1の記号1−4と全く同じ物と、以下に示すように焼入れ後に窒化処理をおこなった記号6−1についての比較を行なった。   In this example, the steel No. 1 shown in Table 1 was used. 4 was used. A tensile test piece was produced in the same manner as in Example 1, and after performing nitriding treatment, quenching and tempering were performed, exactly the same as symbol 1-4 in Example 1, and nitriding treatment was performed after quenching as shown below. A comparison was made on the symbol 6-1 performed.

すなわち、記号6−1については、鋼No.4を用いて実施例1と同様にして製造した素材より、引張試験片(JIS5号)の形状に放電加工で試験片を切り出した。次に高周波加熱により920℃に加熱した後、即焼入れした。その後170℃で20分間の焼戻しを行なった。さらにこの試験片にタフトライド処理を570℃×120分間行い、表面に窒化硬化層を設けた。その後評価に供した。   That is, for the symbol 6-1, steel no. From the material manufactured in the same manner as in Example 1 using 4, a test piece was cut out in the shape of a tensile test piece (JIS No. 5) by electric discharge machining. Next, after heating to 920 ° C. by high frequency heating, quenching was performed immediately. Thereafter, tempering was performed at 170 ° C. for 20 minutes. Further, this test piece was subjected to tuftride treatment at 570 ° C. for 120 minutes, and a nitrided hardened layer was provided on the surface. It used for evaluation after that.

試験片の評価方法は実施例1と同じであり、引張試験、靭性の評価、組織評価、表面硬さ測定を行なった。   The test piece evaluation method was the same as in Example 1, and a tensile test, toughness evaluation, structure evaluation, and surface hardness measurement were performed.

評価結果を表6に示す。焼入れ焼戻し後に窒化処理をおこなった記号6−1は、表面は良好な硬化層が形成されて十分な硬さを有しているが、硬化層以外の組織の硬さ(内部硬度)が低下して本発明の範囲外であり、全体としての強度が低下して、引張強度は高温焼戻しをおこなったのと同じレベル(実施例4の記号4−4)にまで低下した。   The evaluation results are shown in Table 6. The sign 6-1 that has been subjected to nitriding after quenching and tempering has a sufficient hardness with a good hardened layer formed on the surface, but the hardness (internal hardness) of the structure other than the hardened layer decreases. Thus, it was outside the scope of the present invention, the strength as a whole was lowered, and the tensile strength was lowered to the same level (symbol 4-4 in Example 4) as high temperature tempering.

Figure 2007177317
Figure 2007177317

無端リングの疲労強度試験方法を示す概略図。Schematic which shows the fatigue strength test method of an endless ring.

符号の説明Explanation of symbols

1 プーリー
1a、1b ベルト車
2 無端リング
1 Pulley 1a, 1b Belt wheel 2 Endless ring

Claims (7)

質量%で、C:0.30%超、0.50%以下、Si:1.0%以下、Mn:1.5%以下、Mo:0.3%以上、0.5%以下、Ti:0.1%以下、B:0.0005%以上、0.01%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼組成であり、表面に厚さ50μm以下かつビッカース硬度750以上の硬化層を有し、該硬化層以外の鋼組織が旧オーステナイト粒径が10μm以下かつマルテンサイト分率が90%以上であり、ビッカース硬度450以上、750未満であることを特徴とする強度、延性、靭性、耐磨耗性に優れた機械構造用鋼。   In mass%, C: more than 0.30%, 0.50% or less, Si: 1.0% or less, Mn: 1.5% or less, Mo: 0.3% or more, 0.5% or less, Ti: 0.1% or less, B: 0.0005% or more, 0.01% The steel composition comprising the following, the balance being Fe and inevitable impurities, having a hardened layer with a thickness of 50 μm or less and a Vickers hardness of 750 or more on the surface, and the steel structure other than the hardened layer has a prior austenite grain size A machine structural steel excellent in strength, ductility, toughness, and wear resistance characterized by having a martensite fraction of 10% or less, a martensite fraction of 90% or more, and a Vickers hardness of 450 or more and less than 750. 鋼組成が、さらに、質量%で、Al:2.0%以下、Cr:2.5%以下、Cu:1.0%以下、Ni:2.0%以下、V:0.5%以下のうちから選んだ1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の強度、延性、靭性、耐磨耗性に優れた機械構造用鋼。   Steel composition is one or more selected from mass%, Al: 2.0% or less, Cr: 2.5% or less, Cu: 1.0% or less, Ni: 2.0% or less, V: 0.5% or less The steel for machine structural use according to claim 1, which is excellent in strength, ductility, toughness, and wear resistance. 鋼組成が、さらに、質量%で、Co:2.0%以下、W:1.0%以下、Nb:0.1%以下のうちから選んだ1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の強度、延性、靭性、耐磨耗性に優れた機械構造用鋼。   The steel composition further comprises one or more selected from Co: 2.0% or less, W: 1.0% or less, and Nb: 0.1% or less in mass%. The steel for machine structure excellent in strength, ductility, toughness, and wear resistance according to claim 2. 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の組成を有する鋼を、圧延して所定形状とした後、浸炭処理または窒化処理して表面に硬化層を形成し、その後昇温速度100℃/秒以上で、800℃〜1100℃まで加熱後、直ちに焼入れし、直ちに400℃以下の温度で焼戻すことを特徴とする強度、延性、靭性、耐磨耗性に優れた機械構造用鋼の製造方法。   The steel having the composition according to any one of claims 1 to 3 is rolled into a predetermined shape, and then a carburizing process or a nitriding process is performed to form a hardened layer on the surface. Production of steel for mechanical structures with excellent strength, ductility, toughness, and wear resistance, characterized by being immediately quenched after being heated to 800 ° C to 1100 ° C for at least 2 seconds and then immediately tempered at a temperature of 400 ° C or lower. Method. 硬化層を形成後の加熱を、高周波加熱を用いて行うことを特徴とする請求項4に記載の強度、延性、靭性、耐磨耗性に優れた機械構造用鋼の製造方法。   Heating after forming a hardened layer is performed using high frequency heating, The manufacturing method of the steel for machine structures excellent in the intensity | strength, ductility, toughness, and abrasion resistance of Claim 4 characterized by the above-mentioned. 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の組成を有する鋼を、圧延して厚さ0.5mm以下の鋼板とし、切断後に溶接して無端のリングを形成し、該リングに浸炭処理または窒化処理を行い表面に硬化層を形成し、その後高周波加熱により加熱して焼入れし、直ちに400℃以下の温度で焼戻すことを特徴とする強度、延性、靭性、耐磨耗性に優れたリングの製造方法。   The steel having the composition according to any one of claims 1 to 3 is rolled into a steel sheet having a thickness of 0.5 mm or less, welded after cutting to form an endless ring, and carburizing treatment or A ring with excellent strength, ductility, toughness and wear resistance, characterized by forming a hardened layer on the surface by nitriding, then heating and quenching by high-frequency heating, and immediately tempering at a temperature of 400 ° C. or lower Manufacturing method. 請求項6に記載の方法で製造されたリングを複数枚重ねて一体化したことを特徴とする強度、延性、靭性、耐磨耗性に優れた金属ベルト。   A metal belt excellent in strength, ductility, toughness, and abrasion resistance, wherein a plurality of rings manufactured by the method according to claim 6 are stacked and integrated.
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