JP2007530780A - Steel for mechanical parts, method for producing mechanical parts from the steel, and mechanical parts obtained by using the steel - Google Patents

Steel for mechanical parts, method for producing mechanical parts from the steel, and mechanical parts obtained by using the steel Download PDF

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Abstract

【課題】機械要素製造に好適な鋼材、機械的要素の製造方法および機械的要素を提供する。
【解決手段】0.19%≦C≦0.25%;1.1%≦Mn≦1.5%;0.8%≦Si≦1.2%;0.01%≦S≦0.09%;トレース量≦P≦0.025%;トレース量≦Ni≦0.25%;1%≦Cr≦1.4%;0.10%≦Mo≦0.25%;トレース量≦Cu≦0.30%;0.010%≦Al≦0.045%;0.010%≦Nb≦0.045%;0.0130%≦N≦0.0300%;任意に、トレース量≦Bi≦0.10%および/またはトレース量≦Pb≦0.12%および/またはトレース量≦Te≦0.015%および/またはトレース量≦Se≦0.030%および/またはトレース量≦Ca≦0.0050%;残部が鉄および不純物よりなり、5回のジョミニ試験の平均値J3m、J11m、J15m、およびJ25m が:α=|J11m−J3m×14/22−J25m×8/22|≦2.5HRC;およびβ=J3m−J15m≦9HRCとなる鋼材を使用する。
【選択図】 図1
A steel material suitable for manufacturing a mechanical element, a method for manufacturing the mechanical element, and a mechanical element are provided.
SOLUTION: 0.19% ≦ C ≦ 0.25%; 1.1% ≦ Mn ≦ 1.5%; 0.8% ≦ Si ≦ 1.2%; 0.01% ≦ S ≦ 0.09 %; Trace amount ≦ P ≦ 0.025%; Trace amount ≦ Ni ≦ 0.25%; 1% ≦ Cr ≦ 1.4%; 0.10% ≦ Mo ≦ 0.25%; Trace amount ≦ Cu ≦ 0 0.010% ≦ Al ≦ 0.045%; 0.010% ≦ Nb ≦ 0.045%; 0.0130% ≦ N ≦ 0.0300%; optionally, trace amount ≦ Bi ≦ 0. 10% and / or trace amount ≦ Pb ≦ 0.12% and / or trace amount ≦ Te ≦ 0.015% and / or trace amount ≦ Se ≦ 0.030% and / or trace amount ≦ Ca ≦ 0.0050% The balance consists of iron and impurities, and the average values of J Jom test of 5 times J 3m , J 11m , J 15m , and J 2 5m is: α = | ≦ 2.5HRC | J 11m -J 3m × 14/22-J 25m × 8/22; to use and β = J 3m -J 15m ≦ 9HRC become steel.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、鋼冶金学の分野に関し、さらに詳しくは、ピニオンなどの機械的要素用の鋼材に関するものである。   The present invention relates to the field of steel metallurgy, and more particularly to a steel material for mechanical elements such as pinions.

歯車製造用の鋼材は、高いレベルの耐接触金属疲労性を有している。これら鋼材から製造された機械要素には、ほとんどの場合、浸炭処理あるいは浸炭窒化処理が施されている。前記浸炭処理あるいは浸炭窒化処理によって、前記機械要素には、十分な表面硬度と機械的強度とが、同時に、特に炭素含量がたった0.10〜0.30%の範囲にあることによって高レベルのコア強度を維持しつつ、付与される。前記浸炭層の炭素含量の上限は、およそ1%である。   Steel for gear production has a high level of contact metal fatigue resistance. In most cases, carburizing treatment or carbonitriding treatment is performed on machine elements manufactured from these steel materials. Due to the carburizing or carbonitriding treatment, the machine element has a high level of surface hardness and mechanical strength, at the same time, in particular with a carbon content in the range of only 0.10 to 0.30%. It is applied while maintaining the core strength. The upper limit of the carbon content of the carburized layer is approximately 1%.

様々な文献に、浸炭を目的とした歯車製造用の鋼材について記載がある。これら文献には、特許文献1が含まれており、この文献には、浸炭処理中の粒界酸化を避けるために、SiおよびMnの含有量が比較的低く(それぞれ、0.45〜1%および0.40〜0.70%に)制限されていることが、記載されている。また、特許文献2には、プラズマを用いて、あるいは減圧下で浸炭され、次にショットブラストされる歯車製造用の鋼材についての記載があり、該鋼材のSiおよびMnの含有量が前記米国特許の場合より高くあり得ることが記載されている。これらの鋼材は、ピニオンに生じる面圧に対する高いレベルの耐性を有しており、それによりピニオンの寿命期間が向上されている。   Various documents describe steel materials for gear production for the purpose of carburizing. These documents include Patent Document 1, which contains relatively low Si and Mn contents (0.45 to 1%, respectively) in order to avoid grain boundary oxidation during the carburizing process. And 0.40 to 0.70%). Patent Document 2 describes a steel material for gear production that is carburized using plasma or under reduced pressure and then shot blasted, and the contents of Si and Mn in the steel material are described in the above-mentioned US patent. It is described that it can be higher than the case of. These steel materials have a high level of resistance to the surface pressure generated in the pinion, thereby improving the lifetime of the pinion.

特許文献3には、ピニオンなどの機械的要素用の鋼材が提案されており、その組成は:0.12%≦C≦0.30%;0.8%≦Si≦1.5%;1.0%≦Mn≦1.6%;0.4%≦Cr≦1.6%;Mo≦0.30%;Ni≦0.6%;Al≦0.06%;Cu≦0.30%;S≦0.10%;P≦0.03%;Nb≦0.050%となっている。この鋼材は、特に、珪素とマンガンの含有量の賢明なバランスによって、総体としての要素として、駆動中の塑性変形が最小化されるという利点を有している。前記浸炭処理もしくは浸炭窒化処理は、前記比較的に高い珪素およびマンガン含有量によって粒界酸化が誘発されないようにするために、好ましくは、非−酸化条件下で、例えば、減圧下で実行されなければならない。   Patent Document 3 proposes a steel material for mechanical elements such as pinions, the composition of which is: 0.12% ≦ C ≦ 0.30%; 0.8% ≦ Si ≦ 1.5%; 1 0.0% ≦ Mn ≦ 1.6%; 0.4% ≦ Cr ≦ 1.6%; Mo ≦ 0.30%; Ni ≦ 0.6%; Al ≦ 0.06%; Cu ≦ 0.30% S ≦ 0.10%; P ≦ 0.03%; Nb ≦ 0.050%. This steel material has the advantage that plastic deformation during driving is minimized, in particular as a whole element, due to a sensible balance of silicon and manganese contents. The carburizing or carbonitriding treatment should preferably be carried out under non-oxidizing conditions, for example under reduced pressure, in order to prevent grain boundary oxidation from being induced by the relatively high silicon and manganese content. I must.

一般に、浸炭処理または浸炭窒化処理は850から930℃の温度範囲にて行われる。しかし、最近では、この処理は、950から1050℃の範囲というさらに高温度(高温度浸炭処理もしくは高温度浸炭窒化処理)にて実行するように試みられる傾向にある。かかる処理温度の上昇によって、同一の浸炭深度を得るための処理時間の長さが短縮されるか、あるいは同一処理時間内での浸炭深度が増大される。それ故、製造者には、設置生産性を向上させるか、目的の製品の性能を向上させるかの選択がある。   Generally, the carburizing process or the carbonitriding process is performed in a temperature range of 850 to 930 ° C. Recently, however, this process tends to be attempted to be performed at higher temperatures (high temperature carburizing or high temperature carbonitriding) ranging from 950 to 1050 ° C. By such an increase in the processing temperature, the length of the processing time for obtaining the same carburizing depth is shortened, or the carburizing depth within the same processing time is increased. Therefore, the manufacturer has a choice between improving installation productivity or improving the performance of the target product.

米国特許第5 518 685号明細書US Pat. No. 5,518,685 特開平4−21757号公報JP-A-4-21757 国際公開WO−A−03 012 156号パンフレットInternational Publication WO-A-03 012 156 Pamphlet

しかしながら、前述の公知の鋼材に対して、高温度浸炭処理あるいは高温度浸炭窒化処理を施すと、多くの問題が発生する。第1の問題として、高温度によって、該機械要素の機械特性に有害な、抑制の乏しい粒子の増加が誘発されることが挙げられる。次の問題として、この浸炭処理あるいは浸炭窒化処理の次の工程である焼き入れ処理において、該機械要素に変形が生じることが挙げられる。これらの問題が生じると、該機械要素の再加工が必要とされたり、もしくは、最悪の場合、廃棄しなければならなくなる。これらの問題は、標準の温度においてではなく、高温度において浸炭処理もしくは浸炭窒化処理に処した直後の要素に対して、前記焼き入れ処理が実行された時に、より顕著である。   However, when the above-mentioned known steel material is subjected to high temperature carburizing treatment or high temperature carbonitriding treatment, many problems occur. The first problem is that high temperatures induce an increase in poorly controlled particles that are detrimental to the mechanical properties of the machine element. The next problem is that deformation occurs in the machine element in the quenching process, which is the next process of the carburizing process or the carbonitriding process. When these problems occur, the machine elements need to be reworked or, in the worst case, must be discarded. These problems are more pronounced when the quenching process is performed on elements immediately after being subjected to carburizing or carbonitriding at high temperatures rather than at standard temperatures.

本発明の目的は、機械要素、特にピニオンに高温度浸炭処理もしくは高温度浸炭窒化処理を実行する鋼冶金家に、必要とされている機械的特性を同時に維持しつつ、前述の問題を解決するとともに、より標準の温度で前記浸炭処理もしくは浸炭窒化処理を行った鋼材と特性上同等な鋼材を提供することにある。   The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems while simultaneously maintaining the required mechanical properties for steel metallurgists performing high temperature carburizing or high temperature carbonitriding on mechanical elements, in particular pinions. A further object is to provide a steel material that is characteristically equivalent to the steel material that has been subjected to the carburizing or carbonitriding treatment at a more standard temperature.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る、機械的要素用の鋼材は、その組成が、重量百分率で:
0.19%≦C≦0.25%;
1.1%≦Mn≦1.5%;
0.8%≦Si≦1.2%;
0.01%≦S≦0.09%;
トレース量≦P≦0.025%;
トレース量≦Ni≦0.25%;
1%≦Cr≦1.4%;
0.10%≦Mo≦0.25%;
トレース量≦Cu≦0.30%;
0.010%≦Al≦0.045%;
0.010%≦Nb≦0.045%;
0.0130%≦N≦0.0300%;
任意に、トレース量≦Bi≦0.10%および/またはトレース量≦Pb≦0.12%および/またはトレース量≦Te≦0.015%および/またはトレース量≦Se≦0.030%および/またはトレース量≦Ca≦0.0050%;
その製造操作から得られる残部が鉄および不純物よりなり、該化学組成が、5回のジョミニ試験の平均値J3m、J11m、J15m、およびJ25m が:
α=|J11m−J3m×14/22−J25m×8/22|≦2.5HRC;および
β=J3m−J15m≦9HRCとなるように、調整されていることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the steel material for mechanical elements according to the present invention has a composition in weight percentage:
0.19% ≦ C ≦ 0.25%;
1.1% ≦ Mn ≦ 1.5%;
0.8% ≦ Si ≦ 1.2%;
0.01% ≦ S ≦ 0.09%;
Trace amount ≦ P ≦ 0.025%;
Trace amount ≦ Ni ≦ 0.25%;
1% ≦ Cr ≦ 1.4%;
0.10% ≦ Mo ≦ 0.25%;
Trace amount ≦ Cu ≦ 0.30%;
0.010% ≦ Al ≦ 0.045%;
0.010% ≦ Nb ≦ 0.045%;
0.0130% ≦ N ≦ 0.0300%;
Optionally, trace amount ≦ Bi ≦ 0.10% and / or trace amount ≦ Pb ≦ 0.12% and / or trace amount ≦ Te ≦ 0.015% and / or trace amount ≦ Se ≦ 0.030% and / or Or trace amount ≦ Ca ≦ 0.0050%;
The balance obtained from the manufacturing operation consists of iron and impurities, and the chemical composition has the average values J 3m , J 11m , J 15m , and J 25m of five Jomini tests:
α = | J 11m -J 3m × 14/22-J 25m × 8/22 | ≦ 2.5HRC; and β = J 3m -J 15m ≦ 9HRC As will be characterized in that it is adjusted.

好ましくは、前記組成は、
β=J3m−J15m≦8HRCとなるように調整されている。
Preferably, the composition is
β = J 3m −J 15m ≦ 8HRC is adjusted.

好ましくは、前記組成は:
0.19%≦C≦0.25%;
1.2%≦Mn≦1.5%;
0.85%≦Si≦1.2%;
0.01%≦S≦0.09%;
トレース量≦P≦0.025%;
0.08%≦Ni≦0.25%;
1.1%≦Cr≦1.4%;
0.10%≦Mo≦0.25%;
0.06%≦Cu≦0.30%;
0.010%≦Al≦0.045%;
0.015%≦Nb≦0.045%;
0.0130%≦N≦0.0300%;
任意に、トレース量≦Bi≦0.07%および/またはトレース量≦Pb≦0.12%および/またはトレース量≦Te≦0.010%および/またはトレース量≦Se≦0.020%および/またはトレース量≦Ca≦0.045%;
その製造操作から得られる残部が鉄および不純物よりなる。
Preferably, the composition is:
0.19% ≦ C ≦ 0.25%;
1.2% ≦ Mn ≦ 1.5%;
0.85% ≦ Si ≦ 1.2%;
0.01% ≦ S ≦ 0.09%;
Trace amount ≦ P ≦ 0.025%;
0.08% ≦ Ni ≦ 0.25%;
1.1% ≦ Cr ≦ 1.4%;
0.10% ≦ Mo ≦ 0.25%;
0.06% ≦ Cu ≦ 0.30%;
0.010% ≦ Al ≦ 0.045%;
0.015% ≦ Nb ≦ 0.045%;
0.0130% ≦ N ≦ 0.0300%;
Optionally, trace amount ≦ Bi ≦ 0.07% and / or trace amount ≦ Pb ≦ 0.12% and / or trace amount ≦ Te ≦ 0.010% and / or trace amount ≦ Se ≦ 0.020% and / or Or trace amount ≦ Ca ≦ 0.045%;
The balance obtained from the manufacturing operation consists of iron and impurities.

最も好ましくは、前記組成は:
0.20%≦C≦0.25%;
1.21%≦Mn≦1.45%;
0.85%≦Si≦1.10%;
0.01%≦S≦0.08%;
トレース量≦P≦0.020%;
0.08%≦Ni≦0.20%;
1.10%≦Cr≦1.40%;
0.11%≦Mo≦0.25%;
0.08%≦Cu≦0.30%;
0.010%≦Al≦0.035%;
0.025%≦Nb≦0.040%;
0.0130%≦N≦0.0220%;
任意に、トレース量≦Bi≦0.07%および/またはトレース量≦Pb≦0.12%および/またはトレース量≦Te≦0.010%および/またはトレース量≦Se≦0.020%および/またはトレース量≦Ca≦0.045%;
その製造操作から得られる残部が鉄および不純物よりなる。
Most preferably, the composition is:
0.20% ≦ C ≦ 0.25%;
1.21% ≦ Mn ≦ 1.45%;
0.85% ≦ Si ≦ 1.10%;
0.01% ≦ S ≦ 0.08%;
Trace amount ≦ P ≦ 0.020%;
0.08% ≦ Ni ≦ 0.20%;
1.10% ≦ Cr ≦ 1.40%;
0.11% ≦ Mo ≦ 0.25%;
0.08% ≦ Cu ≦ 0.30%;
0.010% ≦ Al ≦ 0.035%;
0.025% ≦ Nb ≦ 0.040%;
0.0130% ≦ N ≦ 0.0220%;
Optionally, trace amount ≦ Bi ≦ 0.07% and / or trace amount ≦ Pb ≦ 0.12% and / or trace amount ≦ Te ≦ 0.010% and / or trace amount ≦ Se ≦ 0.020% and / or Or trace amount ≦ Ca ≦ 0.045%;
The balance obtained from the manufacturing operation consists of iron and impurities.

また、本発明の主題は、浸炭処理もしくは浸炭窒化処理された鋼材から機械的要素を製造する方法にも関するもので、この製造方法は、前述のタイプの鋼材を機械的要素を製造する目的に用い、機械加工処理、浸炭処理もしくは浸炭窒化処理を実行し、次に焼き入れ処理を行うことを特徴とする。   The subject of the invention also relates to a method for producing mechanical elements from carburized or carbonitrided steel, which is intended for producing mechanical elements from the aforementioned type of steel. It is characterized in that a machining process, a carburizing process or a carbonitriding process is performed, followed by a quenching process.

前記浸炭処理もしくは浸炭窒化処理は、好ましくは、950から1050℃の温度で実行される。   The carburizing or carbonitriding process is preferably performed at a temperature of 950 to 1050 ° C.

また、本発明の主題は、歯車要素などの鋼製の機械要素にも関するもので、この機械要素は、前述の方法によって製造されることを特徴とする。   The subject of the invention also relates to a steel mechanical element, such as a gear element, characterized in that it is manufactured by the method described above.

上述から明らかなように、本発明は、主たる合金元素、および、同時に併存する、明確な含有量の、アルミニウム、ニオブおよび窒素の含有量範囲の精確な調整に基づいている。   As is apparent from the above, the present invention is based on the precise adjustment of the main alloying elements and the content ranges of aluminum, niobium and nitrogen with a coexisting content and a clear content.

所望の結果は、大きく2つに分けられる。   The desired result is roughly divided into two.

まず、主たる合金元素の含有量が、変曲点を全く示さないジェミニ曲線を達成するように選択される。かかる条件によって、前記焼き入れ処理中の変形を最小化することが可能になる。係る観点において、高温度にて実行される前記浸炭処理もしくは浸炭窒化処理が、前述のように、特に重要となる。   First, the content of the main alloying element is selected to achieve a Gemini curve that shows no inflection points. Such conditions make it possible to minimize deformation during the quenching process. From such a viewpoint, the carburizing process or the carbonitriding process performed at a high temperature is particularly important as described above.

注記されるべきことは、慣用の標準試験を用いて製造される鋼材の前記ジェミニ曲線は、前記鋼材の焼き入れ可能性を示すということである。この曲線は、ジェット水流を用いてその母線の一つの長さ方向に沿う一端に水が噴射されることにより焼き入れされた円柱状試験片の硬度を測定するによって作成される。硬度は、前記水が噴射された一端からいくらかの距離x(mm単位で)離れた点において測定され、その対応する値がJxと指定される。Jxmは、距離xにおける硬度を測定する5回の試験において得られた値の平均値を表す。 It should be noted that the Gemini curve of steel produced using conventional standard tests indicates the quenchability of the steel. This curve is created by measuring the hardness of a cylindrical specimen that has been quenched by jetting water onto one end along one length of its generatrix using a jet stream. The hardness is measured at a point some distance x (in mm) away from the end where the water was jetted, and its corresponding value is designated J x . J xm represents an average value of values obtained in five tests for measuring the hardness at the distance x.

欧州特許公開第0 890 653号公報に開示されているように(この文献により、読者はさらに詳細を参照可能である)、この出願人は、全く変曲点を持たないジェミニ曲線を示す鋼材の組成が、浸炭処理もしくは浸炭窒化処理の次に行われる焼き入れ処理における変形を大幅に低減するために、有用であることを明示している。かかる全く変曲点を持たないジェミニ曲線は、値J11m、J3m、J25mおよびJ15mが下記関係:
α=|J11m−J3m×14/22−J25m×8/22|≦2.5HRC;
β=J3m−J15m≦9HRC、あるいは好ましくは、≦8HRC
を満足する場合に、生成される。
As disclosed in European Patent Publication No. 0 890 653 (which allows the reader to refer to further details), the Applicant has identified a steel material exhibiting a Gemini curve with no inflection points. It clearly demonstrates that the composition is useful for significantly reducing deformation in the quenching process that follows the carburizing or carbonitriding process. Such Gemini curves without any inflection points have the following relations with the values J 11m , J 3m , J 25m and J 15m :
α = | J 11m −J 3m × 14 / 22−J 25m × 8/22 | ≦ 2.5HRC;
β = J 3m −J 15m ≦ 9 HRC, or preferably ≦ 8 HRC
Is generated when the above is satisfied.

したがって、本発明に係る鋼材の組成は、前記関係が本発明においても生成されるように、調整される。   Therefore, the composition of the steel material according to the present invention is adjusted so that the relationship is also generated in the present invention.

また、本発明の鋼材の組成は、特にアルミニウム、ニオブおよび窒素が明確な含有量で含まれることにより、浸炭処理もしくは浸炭窒化処理が高温度にて実行された場合であっても、粒子のサイズを制御することができるように、調整される。   In addition, the composition of the steel material of the present invention has a distinct size, particularly when aluminum, niobium and nitrogen are contained, so that the particle size can be reduced even when carburizing or carbonitriding is performed at a high temperature. Is adjusted so that it can be controlled.

最後に、この鋼材の組成は、当然、前記所望の機械的特性を提供しなければならない。何よりも特に監視されるべき基準には、浸炭深さ(慣用的には、測定硬度が550HVである箇所における浸炭の深さとして定義されている)、前記浸炭された機械要素の表面とコア間の硬度の偏差、およびコア硬度が含まれる。前記浸炭された鋼材の表面とコア間の硬度の偏差は、焼き入れ処理中の変形を最小化するために、でき得る限り小さくなければならない。また、前記コア硬度は、機械要素が駆動中の歪みに効果的に反応するために、したがって、前記機械要素が耐久性および金属疲労に関して高いレベルの強度を有するために、高くなければならない。   Finally, the steel composition must of course provide the desired mechanical properties. Among other things, the criteria to be specifically monitored include the carburization depth (conventionally defined as the carburization depth at the point where the measured hardness is 550 HV), between the surface of the carburized machine element and the core. Hardness deviation, and core hardness. The deviation in hardness between the carburized steel surface and the core should be as small as possible to minimize deformation during the quenching process. Also, the core hardness must be high in order for the machine element to react effectively to driving strain, and thus for the machine element to have a high level of strength with respect to durability and metal fatigue.

本発明にかかる鋼材は、高温度浸炭処理に最適であり、浸炭処理後の機械特性を低下させることなく、浸炭時間を短縮することと、生産性を向上し、浸炭処理コストを低減することができ、特に、ピニオンなどの機械要素を製造するために適している。   The steel material according to the present invention is optimal for high-temperature carburizing treatment, and can reduce carburizing time, improve productivity, and reduce carburizing cost without reducing mechanical properties after carburizing treatment. Particularly suitable for producing mechanical elements such as pinions.

以下に、4つの比較鋼材と本発明に係る3つの鋼材のジェミニ曲線を示す添付図面を参照して、本発明をさらに説明する。以下の説明を読むことにより、本発明はさらによく理解されるであろう。   Hereinafter, the present invention will be further described with reference to the accompanying drawings showing the four comparative steel materials and the Gemini curves of the three steel materials according to the present invention. The present invention will be better understood by reading the following description.

本発明に係る鋼材は、主として、歯車要素などの高いレベルの歪みに曝される機械要素を製造することを目的としている。前記要素は、ほぼ850〜930℃の標準温度と、950〜1050℃の範囲の高い温度の両温度で、(最も酸化されやすい元素の酸化を防ぐために、好ましくは、低圧下、もしくは非酸化雰囲気下にて、)浸炭処理もしくは浸炭窒化処理されることを意図している。これらの要素は、高いレベルの耐疲労性、高い強度を有していなければならず、また、浸炭処理もしくは浸炭窒化処理の次に行われる焼き入れ処理などの熱処理中の変形はごく僅かでなければならない。本発明の鋼材は、以下の組成を有する(全ての百分率は、重量百分率である)。   The steel material according to the present invention is primarily intended to produce mechanical elements that are exposed to high levels of strain, such as gear elements. The element is at both a standard temperature of approximately 850-930 ° C. and a high temperature in the range of 950-1050 ° C. (preferably under low pressure or in a non-oxidizing atmosphere to prevent oxidation of the most oxidizable elements) Below, it is intended to be carburized or carbonitrided. These elements must have a high level of fatigue resistance, high strength, and there should be very little deformation during heat treatment such as quenching after carburizing or carbonitriding. I must. The steel of the present invention has the following composition (all percentages are percentages by weight).

本発明に係る鋼材の炭素含有量は、0.19%と0.25%との間である。これらの含有量は歯車製造用鋼材における標準量である。さらに、この範囲に設定することにより、残りの元素の含有量の調整が可能になり、それにより前記ジェミニ曲線を所望の形状にすることが可能となる。さらに、下限値0.19%は、焼き入れ処理により獲得されるコア硬度から設定されたものである。0.25%を超えると、硬度が高くなりすぎて鋼材に対して必要な機械加工が困難になるおそれがある。好適な範囲は、0.20〜0.25%である。   The carbon content of the steel according to the present invention is between 0.19% and 0.25%. These contents are standard amounts in gear manufacturing steel. Furthermore, by setting to this range, it is possible to adjust the content of the remaining elements, thereby making it possible to make the Gemini curve into a desired shape. Further, the lower limit of 0.19% is set from the core hardness obtained by the quenching process. If it exceeds 0.25%, the hardness becomes so high that the necessary machining for the steel material may be difficult. A suitable range is 0.20 to 0.25%.

本発明に係る鋼材のマンガン含有量は、1.1%と1.5%の間である。この下限値は、必要なジェミニ曲線を生成するために、残りの元素の含有量と相関して、設定されたものである。1.5%を超えると、偏析が発生し、また、前記焼き入れ処理中にバンディングが生じるおそれがある。さらに、かかる高い含有量では、その製造操作中の鋼製ラドルの耐熱性被膜の過剰な腐食がもたらされてしまう。この含有量範囲をさらに限定することは不要である。というのは、製鋼所においてかかる精確な品質のものを製造することは非常に困難であるからである。好適な範囲は1.2〜1.5%であり、さらに好ましくは1.21〜1.45%である。   The manganese content of the steel according to the invention is between 1.1% and 1.5%. This lower limit value is set in correlation with the content of the remaining elements in order to generate a necessary Gemini curve. If it exceeds 1.5%, segregation occurs, and banding may occur during the quenching process. Furthermore, such high contents result in excessive corrosion of the heat-resistant coating of the steel ladle during its manufacturing operation. It is not necessary to further limit the content range. This is because it is very difficult to produce such an accurate product at a steel mill. A suitable range is 1.2 to 1.5%, more preferably 1.21 to 1.45%.

本発明に係る鋼材の珪素含有量は、0.8%と1.2%の間である。この範囲に設定することで、残りの元素の含有量と相関して、前記ジェミニ曲線の必要な形状を得ることができる。下限値0.8%は、必要なコア硬度を得るためと、浸炭処理もしくは浸炭窒化処理後の表面とコア間の硬度偏差を限定するために、設定されたものである。1.2%を超えると、珪素(それ自身僅かに偏析するが、)が他の元素の偏析を促進しやすいので、過剰の偏析が生じるおそれがある。また、浸炭処理もしくは浸炭窒化処理中の酸化を増加させるおそれがある。好適な範囲は、0.85〜1.20%であり、さらに好ましくは、0.85〜1.10%である。   The silicon content of the steel material according to the present invention is between 0.8% and 1.2%. By setting to this range, the required shape of the Gemini curve can be obtained in correlation with the content of the remaining elements. The lower limit of 0.8% is set in order to obtain a necessary core hardness and to limit the hardness deviation between the surface after the carburizing or carbonitriding treatment and the core. If it exceeds 1.2%, silicon (which slightly segregates itself) tends to promote segregation of other elements, so that excessive segregation may occur. Moreover, there exists a possibility of increasing the oxidation during a carburizing process or carbonitriding process. The preferred range is 0.85 to 1.20%, and more preferably 0.85 to 1.10%.

本発明に係る鋼材の硫黄含有量は、0.01%と0.09%の間であり、下限値は、適正な機械加工性を得るために、設定されたものである。0.09%を超えると、熱鍛造性がかなり大幅に低下するおそれがある。好適な範囲は、0.01〜0.08%である。   The sulfur content of the steel material according to the present invention is between 0.01% and 0.09%, and the lower limit is set to obtain appropriate machinability. If it exceeds 0.09%, the heat forgeability may be considerably lowered. A preferable range is 0.01 to 0.08%.

本発明に係る鋼材の燐含有量は、トレース量と0.025%の間である。一般に、施行中の標準では、この範囲の燐含有最大量を要求する傾向にある。さらに、この値を超えると、ニオブと相互反応して、ブルームまたは鋼片の形状に熱成形する工程および/または後続の鋳造工程において鋼材を脆弱にするおそれがある。この燐含有量は、好ましくは上限値0.020%である。   The phosphorus content of the steel material according to the present invention is between the trace amount and 0.025%. In general, standards in force tend to require maximum phosphorus content in this range. Further, exceeding this value may interact with niobium and cause the steel to become brittle in the process of thermoforming into the shape of a bloom or billet and / or subsequent casting processes. The phosphorus content is preferably an upper limit of 0.020%.

本発明に係る鋼材のニッケル含有量は、トレース量と0.25%の間である。この元素は、故意により多くの含有量で導入されるのであるが、この金属にかかるコストを不必要に増大させてしまう。実際には、手の込んだ添加を行わなくても、鍛造の原材料の溶融物から自然に得られるニッケル含有量で十分である。好適な範囲は、0.08〜0.20%である。   The nickel content of the steel material according to the present invention is between the trace amount and 0.25%. This element is deliberately introduced in a higher content, but unnecessarily increases the cost of this metal. In practice, the nickel content naturally obtained from the melt of the forging raw material is sufficient without elaborate addition. A suitable range is 0.08 to 0.20%.

本発明に係る鋼材のクロム含有量は、1.00%と1.40%の間である。この範囲に設定することで、残りの元素の含有量との相関で、ジェミニ曲線の所望とする形状を得ることができる。さらに、下限値を1.00%とすることよって、製品のコア硬度を高いレベルに維持することができる。1.40%を超えると、製造コストが不必要に増大してしまう。好適な範囲は、1.10〜1.40%である。   The chromium content of the steel according to the present invention is between 1.00% and 1.40%. By setting to this range, the desired shape of the Gemini curve can be obtained by correlation with the content of the remaining elements. Furthermore, by setting the lower limit to 1.00%, the core hardness of the product can be maintained at a high level. If it exceeds 1.40%, the production cost will increase unnecessarily. The preferred range is 1.10 to 1.40%.

本発明に係る鋼材のモリブデン含有量は、0.10%と0.25%の間である。この範囲に設定することで、残りの元素の含有量との相関で、ジェミニ曲線の所望とする形状と、コア硬度とを得ることができる。好適な範囲は、0.11〜0.25%である。   The molybdenum content of the steel according to the present invention is between 0.10% and 0.25%. By setting within this range, the desired shape of the Gemini curve and the core hardness can be obtained by correlation with the content of the remaining elements. The preferred range is 0.11 to 0.25%.

本発明に係る鋼材の銅含有量は、トレース量と0.30%の間である。前記ニッケルの場合と同様に、原材料の溶融後に得られるニッケルの含有量によって、一般的に、純粋かつ単純に維持される。0.30%を超えると、製品の展性およびコア強度が低下してしまう。好ましい範囲は、0.06〜0.30%であり、前記ジェミニ曲線の形状と焼き入れ後の硬度を最適化するために、0.08〜0.30%であることが好ましい。   The copper content of the steel material according to the present invention is between the trace amount and 0.30%. As with the nickel, it is generally kept pure and simple by the nickel content obtained after melting the raw material. If it exceeds 0.30%, the malleability and the core strength of the product are lowered. A preferred range is 0.06 to 0.30%, and in order to optimize the shape of the Gemini curve and the hardness after quenching, it is preferably 0.08 to 0.30%.

本発明に係る鋼材のアルミニウム、ニオブおよび窒素の含有量は、精確な限度内に制御されなければならない。これらは、相互反応により、金属粒の細かさの制御を可能とする元素である。この細かさは、浸炭層もしくは浸炭窒化処理層における強度を高いレベルに保持し、耐疲労性を高いレベルに保持し、焼き入れ処理中の変形のバラツキを低減させるために、必要である。さらに、前記ジェミニ曲線の必要な形状を得ることが重要である。粒径の制御は、本発明の明細書において、なかんずく重要である。というのは、本発明の鋼材は、粒径の過剰な増大を引き起こすことなく、高温度の浸炭処理もしくは浸炭窒化処理に供され得なければならないからである。   The content of aluminum, niobium and nitrogen in the steel material according to the invention must be controlled within precise limits. These are elements that enable the fineness of metal particles to be controlled by mutual reaction. This fineness is necessary to maintain the strength in the carburized layer or the carbonitriding layer at a high level, to maintain the fatigue resistance at a high level, and to reduce variation in deformation during the quenching process. Furthermore, it is important to obtain the required shape of the Gemini curve. The control of the particle size is especially important in the description of the present invention. This is because the steel material of the present invention must be capable of being subjected to high temperature carburizing or carbonitriding without causing an excessive increase in particle size.

この粒径制御は、実質的に、アルミニウムおよび/または窒化ニオブおよび窒化炭素の沈降によって、実行される。したがって、かかる制御を行うために、これら2つの元素が有意量含有されていることが必要であり、同時に、窒素の含有量が、一般的に、標準状態で実行された製造工程から得られたものより大幅に高いことが必要である。   This particle size control is performed substantially by precipitation of aluminum and / or niobium nitride and carbon nitride. Therefore, in order to perform such control, it is necessary that a significant amount of these two elements is contained, and at the same time, the nitrogen content is generally obtained from a manufacturing process carried out under standard conditions. It needs to be significantly higher than that.

前記アルミニウム含有量は、0.010%と0.045%との間でなければならない。前述の粒径制御因子に加えて、この元素により、該鋼材の脱酸素化と酸化物の含有に関する鋼材純度を制御する。0.010%未満となると、前述の観点から、その効果が不十分となってしまう。0.045%を超えると、酸化物の含有に関する純度が、主たる目的の製品に対しては不十分になるおそれがある。好適な範囲は、0.010〜0.035%である。   The aluminum content should be between 0.010% and 0.045%. In addition to the aforementioned particle size control factor, this element controls the purity of the steel material related to deoxygenation and oxide content of the steel material. If the content is less than 0.010%, the effect is insufficient from the viewpoint described above. If it exceeds 0.045%, the purity related to the oxide content may be insufficient for the main target product. A suitable range is from 0.010 to 0.035%.

前記ニオブ含有量は、0.010%と0.045%の間でなければならない。0.010%未満となると、特にアルミニウム含有量が最低であると、前記粒径制御の効果が十分でなくなってしまう。0.045%を超えると、前述のように、特に燐との相互作用が生じ得る場合、該鋼材の連続鋳造中にクラックが発生するおそれがある。好適な範囲は、0.015〜0.045%であり、より好ましくは0.015〜0.040%である。   The niobium content should be between 0.010% and 0.045%. When the content is less than 0.010%, particularly when the aluminum content is the lowest, the effect of controlling the particle size becomes insufficient. If it exceeds 0.045%, as mentioned above, cracks may occur during continuous casting of the steel material, particularly when interaction with phosphorus can occur. A suitable range is 0.015-0.045%, More preferably, it is 0.015-0.040%.

前述のアルミニウムとニオブの含有量との相関において、窒素含有量は0.0130%と0.0300%との間(130〜300ppm)でなければならない。それによって、粒径の所望の調整と、前記ジェミニ曲線の所望の形状とが、得られる。好適な範囲は、0.0130〜0.0220%である。   In the aforementioned correlation between aluminum and niobium content, the nitrogen content should be between 0.0130% and 0.0300% (130-300 ppm). Thereby, the desired adjustment of the particle size and the desired shape of the Gemini curve are obtained. A preferable range is 0.0130 to 0.0220%.

必要に応じて、周知の一つもしくはそれ以上の元素、特に、鉛、テルル、セレン、カルシウム、ビスマスを、機械加工性を向上させるために、本発明の鋼材に添加してもよい。最大含有量は0.10%であり、Biでは好ましくは0.07%、Pbでは0.12%、Teでは0.015%、好ましくは0.010%、Seでは0.030%、好ましくは0.020%、Caでは0.0050%、好ましくは0.0045%である。   If necessary, one or more known elements, in particular lead, tellurium, selenium, calcium, bismuth, may be added to the steel of the present invention in order to improve machinability. The maximum content is 0.10%, preferably 0.07% for Bi, 0.12% for Pb, 0.015% for Te, preferably 0.010%, 0.030% for Se, preferably It is 0.020% and in Ca is 0.0050%, preferably 0.0045%.

残りの元素は、鋼材に一般的にその製造操作から導入される不純物として含まれているものであり、故意に添加されるものではない。特に、チタン含有量は、0.005%を超えてはならない。本発明に係る鋼材は窒素の含有量が非常に高いので、この含有量を超えると、粗い窒化チタンおよび/または窒化炭素が形成され(それは顕微鏡にて確認できる)、疲労強度を低減し、機械加工性を損なうおそれがある。さらに、チタンは窒素を補足してしまうので、そうなると、もう窒素は粒径の制御に有用でなくなってしまう。   The remaining elements are contained in the steel material as impurities generally introduced from the manufacturing operation, and are not intentionally added. In particular, the titanium content should not exceed 0.005%. Since the steel material according to the present invention has a very high nitrogen content, when this content is exceeded, coarse titanium nitride and / or carbon nitride is formed (which can be confirmed with a microscope), reducing fatigue strength, There is a possibility that workability is impaired. Furthermore, because titanium supplements nitrogen, nitrogen is no longer useful for particle size control.

以下、本発明の実施例を説明する。添付図面には、4つの鋼材のジェミニ曲線を示したが、これら鋼材の組成を表1に示す。鋼材A、B、CおよびDは比較の鋼材である。鋼材E、FおよびGは本発明に係る鋼材である。   Examples of the present invention will be described below. In the accompanying drawings, Gemini curves of four steel materials are shown. Table 1 shows the compositions of these steel materials. Steel materials A, B, C and D are comparative steel materials. Steel materials E, F and G are steel materials according to the present invention.

Figure 2007530780
試料Aでは、前記定義のサイズαは8.7であり、前記定義のサイズβは19.1である。したがって、これらは、本発明が要求する最大値を超えている。そのジェミニ曲線が非常にはっきりした変曲点を有していることが確認できる。
Figure 2007530780
In sample A, the defined size α is 8.7 and the defined size β is 19.1. Therefore, these exceed the maximum values required by the present invention. It can be confirmed that the Gemini curve has a very clear inflection point.

試料Bでは、αは2.38であり、βは11.1である。したがって、βは、本発明での要求を満たさず、また、そのジェミニ曲線は、この鋼材は前述の限定内のニオブと窒素とを有していてはいるものの、はっきりした変曲点を有している。この主な理由は、該鋼材の珪素含有量が不十分であることにある。   In sample B, α is 2.38 and β is 11.1. Therefore, β does not meet the requirements of the present invention, and its Gemini curve has a clear inflection point, although this steel material has niobium and nitrogen within the aforementioned limits. ing. The main reason is that the silicon content of the steel material is insufficient.

試料Cでは、αは3.38であり、βは10.7である。αもβも前述の限定内であり、そのジェミニ曲線ははっきりした変曲点を有している。CrおよびMnは必要最小値を少し下まわっており、特に窒素含有量が不十分である。   In sample C, α is 3.38 and β is 10.7. Both α and β are within the aforementioned limits, and the Gemini curve has a clear inflection point. Cr and Mn are slightly below the required minimum values, and the nitrogen content is particularly insufficient.

試料Dでは、αは2.845であり、βは9.5であり、前述の限定外である。そのジェミニ曲線は、Crと窒素の含有量が不足であるため、はっきりした変曲点を有している。   In sample D, α is 2.845 and β is 9.5, which is outside the above-mentioned limitation. The Gemini curve has a clear inflection point due to the lack of Cr and nitrogen content.

しかし、本発明に係る試料Eでは、αは0.41であり、βは2.7である。要求される条件は満たしており、そのジェミニ曲線はほとんど直線状であり、変曲点を有していない。   However, in the sample E according to the present invention, α is 0.41 and β is 2.7. The required conditions are met and the Gemini curve is almost straight and has no inflection points.

同様に、本発明に係る試料Fでは、αは0.23であり、βは3.7である。この試料においても、そのジェミニ曲線はほとんど直線状であり、変曲点は有していない。   Similarly, in the sample F according to the present invention, α is 0.23 and β is 3.7. Even in this sample, the Gemini curve is almost linear and has no inflection point.

同様に、本発明に係る試料Gでは、αは0.83であり、βは6.6である。そのジェミニ曲線はほとんど直線状であり、はっきりした変曲点は有していない。   Similarly, in the sample G according to the present invention, α is 0.83 and β is 6.6. The Gemini curve is almost straight and does not have a clear inflection point.

表1に示す浸炭処理中の鋼材A、BおよびEの特性は、同様に、標準の温度条件と高温度とにおいて測定されたものである。   The characteristics of the steel materials A, B and E during carburizing treatment shown in Table 1 are similarly measured under standard temperature conditions and high temperatures.

標準の温度(930℃)での浸炭処理は、浸炭された表面における炭素含有量を0.75%とするために、円柱状の試料を用いて、同一の条件下、低圧下にて行った。これらの浸炭処理に続いて、ガス状媒質(この試験では、窒素を用いたが、例えば、10%の水素を含む窒素/水素混合物も使用可能である)内で、二通りの圧力条件:5バールと20バールの圧力条件下で、焼き入れ処理を行った。この試験は、700〜800HVの表面硬度と、0.50mmの浸炭深さ(すなわち、硬度が550HVである箇所における浸炭の深さ)を得ることを目標に行ったものである。結果を、表2(5バールでの試験)と表3(20バールでの試験)に示す。   Carburizing treatment at a standard temperature (930 ° C.) was performed under a low pressure under the same conditions using a cylindrical sample in order to obtain a carbon content of 0.75% on the carburized surface. . Following these carburizing treatments, in a gaseous medium (nitrogen was used in this test, but a nitrogen / hydrogen mixture containing, for example, 10% hydrogen can also be used), two pressure conditions: 5 Quenching was performed under pressure conditions of bar and 20 bar. This test was conducted for the purpose of obtaining a surface hardness of 700 to 800 HV and a carburization depth of 0.50 mm (that is, a carburization depth at a location where the hardness is 550 HV). The results are shown in Table 2 (test at 5 bar) and Table 3 (test at 20 bar).

Figure 2007530780
Figure 2007530780

Figure 2007530780
これらの試験が示すように、比較の鋼材Aは、所望の浸炭深さを容易に実現し得ない。それは、焼き入れ可能性が欠如しているためである。
Figure 2007530780
As these tests show, the comparative steel A cannot easily achieve the desired carburization depth. This is due to the lack of quenchability.

比較の鋼材BおよびCと本発明に係る鋼材Eの3つの鋼材の全ては、浸炭用の標準温度条件下において目的の浸炭深さを得ている。   All of the three steel materials of the comparative steel materials B and C and the steel material E according to the present invention have obtained the desired carburization depth under the standard temperature conditions for carburization.

5バールにおける焼き入れ媒質では、比較の鋼材Bおよび本発明に係る鋼材Eの表面硬度とコア硬度との間の偏差ΔHVはほぼ同程度(ΔHV=352および354)であり、比較の鋼材A(ΔHV=497)に対してはより低い。しかし、20バールにおける焼き入れ媒質では、比較の鋼材BとCのΔHVは、本発明の鋼材EのΔHVに比べると、かなり不適である(それぞれ、ΔHV=297、330および226)。その結果、浸炭要素が厳しい条件下で焼き入れされた時に生じる変形の原因となる、これら硬度の偏差によって発生した残留歪みが、本発明の鋼材を使用することによって、最小化され得ることが確認された。   In the quenching medium at 5 bar, the deviation ΔHV between the surface hardness and the core hardness of the comparative steel B and the steel E according to the present invention is approximately the same (ΔHV = 352 and 354), and the comparative steel A ( It is lower for ΔHV = 497). However, in the quenching medium at 20 bar, the ΔHV of the comparative steels B and C is considerably unsuitable compared to the ΔHV of the steel E of the present invention (ΔHV = 297, 330 and 226, respectively). As a result, it has been confirmed that the residual strain caused by these hardness deviations, which causes deformation when the carburized element is quenched under severe conditions, can be minimized by using the steel material of the present invention. It was done.

最後に、最も高いレベルのコア硬度は、本発明に係る鋼材Eにより得られている。したがって、駆動中に高レベルの歪みに曝される歯車要素であって、そして、駆動中の耐疲労性を高いレベルに維持するために、駆動中の前記要素に印加される歪みに勝る(特に、前記浸炭層の下部およびコア部の硬度が高いレベルにある点において)高レベルの機械的特性を有する要素が探し求められており、本発明に係る前記鋼材は、浸炭処理における所与の条件下に置かれたものであり、駆動中の耐疲労性が高レベルあるものとして最適である。   Finally, the highest level of core hardness is obtained with the steel E according to the invention. Thus, a gear element that is exposed to a high level of strain during driving and outweighs the strain applied to the driving element in order to maintain a high level of fatigue resistance during driving (particularly There is a need for an element with a high level of mechanical properties (in that the hardness of the lower and core parts of the carburized layer is at a high level), and the steel according to the present invention is It is most suitable for those with a high level of fatigue resistance during driving.

また、浸炭試験を、前述の比較の鋼材AとDおよび本発明に係る鋼材Eの円柱状試料に対して、高温度(980℃)にて、実行した。この例では、浸炭された表面の炭素含有量は再び0.75%であった。前記2例では、表面硬度が700〜800HVと測定され、浸炭深さが、硬度550HVの箇所で、0.50mmであった。浸炭処理の次に行った、ガス状媒質(窒素)中での焼き入れは、20バールの圧力下で、鋼材AおよびDに対して、鋼材Eに対しては1.5バールのみで、行った。その結果を、表4に示した。また、粒径の評価は、ASTM規格に従って行った。   Further, the carburization test was performed at a high temperature (980 ° C.) on the above-described comparative steel materials A and D and the cylindrical sample of the steel material E according to the present invention. In this example, the carbon content of the carburized surface was again 0.75%. In the two examples, the surface hardness was measured as 700 to 800 HV, and the carburization depth was 0.50 mm at a location where the hardness was 550 HV. The quenching in the gaseous medium (nitrogen), performed after the carburizing treatment, was performed at a pressure of 20 bar for steels A and D and for steel E only at 1.5 bar. It was. The results are shown in Table 4. The particle size was evaluated according to the ASTM standard.

Figure 2007530780
930℃の標準の温度での浸炭処理では、前記2例の鋼材は、目的の表面硬度を達成している。
Figure 2007530780
In the carburizing process at a standard temperature of 930 ° C., the steel materials of the two examples achieve the target surface hardness.

比較Aは、浸炭深さを増大させ、他の全ては同じにさせるとして知られている一層厳しい条件下で焼き入れされているけれども、本発明では、その比較Aのものよりもかなり大きな浸炭深さを得ることができている。   Although comparison A is quenched under more severe conditions known to increase the carburization depth and all others to be the same, in the present invention, the carburization depth is significantly greater than that of comparison A. I can get it.

表面とコアとの間の硬度偏差は、本発明のものは、比較AおよびDに比べてかなり少ない(それぞれ、ΔHV=240(試料E)、428(試料A)および274(試料D))。浸炭処理の次に行われる焼き入れ操作中の変形に関する前述の利点もまた、この例では、さらに向上されている。   The hardness deviation between the surface and the core is considerably less for the present invention than for comparisons A and D (ΔHV = 240 (sample E), 428 (sample A) and 274 (sample D), respectively)). The aforementioned advantages regarding deformation during the quenching operation that follows the carburizing process are also further improved in this example.

コア硬度は、焼き入れ媒質の圧力がより低いにもかかわらず、本発明のものでは、前記比較のものに比べて、より高くなっている。また、標準の温度で焼き入れしたものの前記駆動中の耐疲労性の向上に関する結果も、この例では、先と同様となっている。   The core hardness is higher in the present invention than in the comparative example, despite the lower pressure of the quenching medium. In addition, in this example, the result relating to the improvement of the fatigue resistance during the driving although being quenched at the standard temperature is the same as the above.

最後に、浸炭領域内および浸炭領域外の両領域において、本発明に係る鋼材は、前記比較の鋼材AおよびDに比べて細かなASTM粒径を有している。そのため、高温度での浸炭処理中において粒径が増大するおそれがより少ない。このことは、非常に重要な利点である。というのは、浸炭処理された要素の粒径が増大すると、浸炭された要素の歯元の耐疲労性と強度に非常に有害な影響がもたらされるからである。したがって、本発明に係る鋼材は、高温度で浸炭処理もしくは浸炭窒化処理される歯車要素(あるいは、同様な特性が要求される他の全ての要素)の製造への使用に申し分ないほどに適しており、その特性を該要素の全ての特性を犠牲にすることなく、経済的に達成できる。   Finally, in both the carburized region and the region outside the carburized region, the steel material according to the present invention has a fine ASTM particle size as compared with the comparative steel materials A and D. Therefore, there is less risk that the particle size will increase during the carburizing process at high temperature. This is a very important advantage. This is because increasing the particle size of the carburized element has a very detrimental effect on the fatigue resistance and strength of the root of the carburized element. Therefore, the steel material according to the present invention is perfectly suitable for use in the production of gear elements (or all other elements that require similar properties) that are carburized or carbonitrided at high temperatures. And its properties can be achieved economically without sacrificing all the properties of the element.

また、他の浸炭試験を、低圧にて、比較の鋼材Aと、本発明にかかる鋼材Eとに対して、実施した。   Further, other carburization tests were performed on the comparative steel material A and the steel material E according to the present invention at low pressure.

低圧浸炭処理を、鋼材Aに対して、930℃にて実施し、次に、20バールでガス焼き入れを行ったが、目的のHV=550における浸炭深さ0.50mmを得るためには、72分間の浸炭処理が必要であった。本発明に係る鋼材Eを使用して、低圧浸炭処理を930℃で実施し、次にガス焼き入れ(鋼材Aの場合と同じガスで)を行ったが、同じHV=550における浸炭深さ0.50mmを得るためには、30分間の浸炭処理で十分であった。   Low-pressure carburizing treatment was performed on steel A at 930 ° C., and then gas quenching was performed at 20 bar. In order to obtain a target carburization depth of 0.50 mm at HV = 550, A 72 minute carburization treatment was required. Using the steel material E according to the present invention, low-pressure carburizing treatment was performed at 930 ° C., and then gas quenching (with the same gas as in the case of the steel material A) was performed, but the carburization depth at the same HV = 550 was 0. In order to obtain 50 mm, carburizing treatment for 30 minutes was sufficient.

低圧浸炭処理を、鋼材Aに対して、980℃の高温度で実施し、次に20バールでガス焼き入れを行ったが、目的のHV=550における浸炭深さ0.50mmを得るためには、30分間の浸炭処理が必要であった。本発明に係る鋼材Eでは、同じHV=550における浸炭深さ0.50mmを得るために、980℃で、20分間の低圧浸炭処理と、たった1.5バールの圧力でのガス焼き入れ処理で十分であった。鋼材AとEに用いた焼き入れガスは、当然、同じものであった。   Low-pressure carburizing treatment was performed on steel A at a high temperature of 980 ° C., and then gas quenching was performed at 20 bar. In order to obtain a target carburization depth of 0.50 mm at HV = 550 , Carburizing treatment for 30 minutes was necessary. In steel E according to the present invention, in order to obtain a carburization depth of 0.50 mm at the same HV = 550, a low-pressure carburization treatment at 980 ° C. for 20 minutes and a gas quenching treatment at a pressure of only 1.5 bar. It was enough. The quenching gas used for the steel materials A and E was naturally the same.

このことは、本発明に係る鋼材Eでは、標準の浸炭温度(930℃)および高温度(980℃)の両温度で、浸炭処理時間が短縮され、それにより、浸炭処理コスト(浸炭ガス量、浸炭時間、・・・)が低減でき、該浸炭された要素を得るための生産性を向上し得ることを示している。   This means that in the steel material E according to the present invention, the carburizing time is shortened at both the standard carburizing temperature (930 ° C.) and the high temperature (980 ° C.), thereby reducing the carburizing cost (the amount of carburizing gas, This shows that the carburizing time,...) Can be reduced, and the productivity for obtaining the carburized element can be improved.

また、本発明に係る鋼材は、その焼き入れ可能性を制御できるので、理想的な浸炭深さを得るために焼き入れガスの圧力を低減することができ、それにより、浸炭要素の変形をさらに低減もしくは無くすことができ、また、ガス焼き入れ炉のチャンバー内の焼き入れガス成分における技術に関して省力および簡素化を実現することができる。   In addition, since the steel according to the present invention can control the quenchability, the pressure of the quenching gas can be reduced to obtain an ideal carburizing depth, thereby further reducing the deformation of the carburizing element. It can be reduced or eliminated, and labor saving and simplification can be realized regarding the technology in the quenching gas components in the chamber of the gas quenching furnace.

また、浸炭処理を、低圧にて、切り欠きなしの衝撃強さ試料(寸法:L=55mm、断面10×10mm)に対して、高温度(980℃)にて、実施した。比較の鋼材Aに対しては、20バールの圧力下でのガス焼き入れ処理の前に、実施し、他方、本発明に係る鋼材Eに対しては、この例では、わずか1.5バールの圧力下でのガス焼き入れ処理の前に、実施した。目的とした浸炭深さは、焼き入れガスのタイプ同様に、同一とした。このようにして浸炭処理と焼き入れを行った試料を、次に、雰囲気温度での衝撃によって、破壊した。この方法により得られた破壊エネルギーは、それぞれ:
比較の鋼材Aでは、19ジュールであり、
本発明に係る鋼材Eでは、29ジュールであった。
Moreover, the carburizing process was implemented at high temperature (980 degreeC) with respect to the impact strength sample (dimension: L = 55mm, cross section 10x10mm) without a notch in low pressure. For the comparative steel A, it is carried out before the gas quenching process under a pressure of 20 bar, whereas for the steel E according to the invention, in this example it is only 1.5 bar. It was performed before the gas quenching process under pressure. The intended carburization depth was the same as the quenching gas type. The sample thus carburized and quenched was then destroyed by impact at ambient temperature. The destruction energies obtained by this method are:
In comparative steel A, it is 19 joules,
In the steel material E according to the present invention, it was 29 joules.

同時に、比較の鋼材Aの衝撃強さ試料を、先と同じ浸炭深さを得るために、低圧下、標準温度(930℃)で、浸炭処理した。それらは、次に、同じガスで、20バールの圧力下で、浸炭処理された。これらの試料を、次に、前述のように雰囲気温度にて破壊し、同様に測定して得られた破壊エネルギーは17ジュールであった。この破壊エネルギーは、高温度にて浸炭処理された本発明に係る鋼材Eに比べて、大変に低い。   At the same time, the impact strength sample of the comparative steel material A was carburized at a standard temperature (930 ° C.) under a low pressure in order to obtain the same carburization depth as before. They were then carburized with the same gas under a pressure of 20 bar. These samples were then destroyed at ambient temperature as described above, and the fracture energy obtained by measuring in the same manner was 17 joules. This breaking energy is very low compared to the steel material E according to the present invention that has been carburized at a high temperature.

このことが示すことは、比較の鋼材Aが本発明に係る鋼材Eのコア硬度(500HV)よりも低いコア強度(312HV)を有しているにもかかわらず、高温度にて浸炭処理された鋼材Eの硬度が、高温度もしくは標準温度で浸炭処理された同一の最終浸炭深さを有する比較の鋼材Aの硬度よりも高いということである。すなわち、特定の浸炭深さを得る目的で高温度浸炭処理を実行するために、本発明に係る鋼材を使用した場合、実際は逆に、この鋼材から得られた浸炭要素の硬度は、同様の浸炭深さを得るために高温度もしくは標準温度にて浸炭処理された比較の鋼材を使用した場合に比較して、低下しない。前記2つの鋼材間のコア硬度に関する相違は、この観点において不利益ではない。また、このことが示すことは、本発明に係る鋼材は、特に高温度での浸炭処理に好適であり、浸炭時間を短縮することと、生産性を向上し、標準温度もしくは高温度にて浸炭処理される公知の鋼材に比較して浸炭処理コストを低減することとの両方のために、好適であるということである。これらの要素を用いて得られる、硬度などの特性は、比較の鋼材を用いた場合と比べて、低下しない。   This shows that the comparative steel A was carburized at a high temperature despite having a core strength (312 HV) lower than the core hardness (500 HV) of the steel E according to the present invention. That is, the hardness of the steel material E is higher than the hardness of the comparative steel material A having the same final carburization depth carburized at a high temperature or a standard temperature. That is, when the steel material according to the present invention is used to perform the high temperature carburizing process for the purpose of obtaining a specific carburizing depth, the hardness of the carburized element obtained from this steel material is actually the same It does not decrease compared to the case of using a comparative steel material that has been carburized at high or standard temperature to obtain depth. The difference regarding the core hardness between the two steel materials is not detrimental in this respect. In addition, this shows that the steel material according to the present invention is particularly suitable for carburizing treatment at high temperature, shortening the carburizing time, improving productivity, and carburizing at standard temperature or high temperature. It is suitable for both reducing the carburizing cost compared to the known steel being processed. Properties such as hardness obtained by using these elements are not deteriorated as compared with the case of using a comparative steel material.

また、前述の条件下で、本発明に係る鋼材Eの曲げ疲労試料(該試料の中心には、広幅のU形切り欠きを形成した)を、低圧下、高温度(980℃)で、浸炭処理した。浸炭処理の後に、目的の浸炭深さと、焼き入れガスのタイプを前記衝撃強さ試料でと同様にして、たった1.5バールの圧力下でガス焼き入れを行った。同様にして、ガス浸炭処理を、従来技術に係る鋼材Aに対してと、鋼材Eの同様の曲げ疲労試料に対して、930℃の標準温度で、前述と同様の浸炭深さを実現するために、行った。浸炭処理の後、試料を、鋼材Aの曲げ疲労に関して硬度と強度を向上させるために、オイル焼き入れ処理に供した。次に、同様に浸炭処理した鋼材EとAの2つの試料バッチの疲れ限度を、(その広幅のU形切り欠きには曲げ疲労に関する負荷が集中する)4点における曲げ疲労に関して比較した。この曲げ疲労試験を、前記条件下で浸炭処理および焼き入れ処理された各鋼材AとEに対して、一千万回まで実行した。   Further, under the above-described conditions, a bending fatigue sample of steel E according to the present invention (a wide U-shaped notch was formed at the center of the sample) was carburized at a high temperature (980 ° C.) under a low pressure. Processed. After the carburizing treatment, gas quenching was carried out under a pressure of only 1.5 bar, in the same way as with the impact strength sample with the desired carburization depth and quenching gas type. Similarly, in order to realize the same carburization depth at the standard temperature of 930 ° C. for the steel material A according to the prior art and the same bending fatigue sample of the steel material E, the gas carburizing treatment is performed Went to. After the carburizing treatment, the sample was subjected to an oil quenching treatment in order to improve the hardness and strength with respect to the bending fatigue of the steel material A. Next, the fatigue limits of two sample batches of steel materials E and A that were similarly carburized were compared with respect to bending fatigue at four points (the load related to bending fatigue is concentrated in the wide U-shaped notch). This bending fatigue test was performed up to 10 million times for each of the steel materials A and E which were carburized and quenched under the above conditions.

これら条件下での、本発明に係る鋼材Eの一千万回の疲れ限度は、1405MPaであり、鋼材Aのそれは、たったの1165MPaであった。   Under these conditions, the fatigue limit of the steel material E according to the present invention of 10 million times was 1405 MPa, and that of the steel material A was only 1165 MPa.

これらが示すことは、特定の浸炭深さを得ることを目的とした高温度浸炭処理を実行するために、本発明に係る鋼材を使用すると、曲げ疲労に関する強度が低下せず、従来技術に係る鋼材に対して標準浸炭温度で実行される慣用の浸炭処理に比べて、非常に有益であることである。前記従来技術の鋼材は、その曲げ疲労に関する強度を向上させるために、同じ深さ浸炭処理され、同様にオイル中にて焼き入れされたものである。   These show that when steel materials according to the present invention are used to perform a high temperature carburizing process aimed at obtaining a specific carburizing depth, the strength related to bending fatigue does not decrease and the conventional technology It is very beneficial compared to conventional carburizing processes performed at standard carburizing temperatures on steel. In order to improve the strength related to bending fatigue, the steel materials of the prior art are carburized at the same depth and similarly quenched in oil.

この点に加えるべきことは、これらの曲げ疲労試験は、自動車のギアボックス内の歯車の歯元、歯車機構もしくは歯車要素の疲労強度をシミュレートすることを意図したものであることである。先に述べたように、このことが示すことは、本発明に係る鋼材が、高温度浸炭処理に最適であり、これらの要素を用いて得られる、浸炭処理された、ピニオンまたは歯車機構の歯の曲げ疲労に関する強度などを低下させることなく、浸炭時間を短縮することと、生産性を向上し、標準温度にて浸炭処理される公知の鋼材に比較して浸炭処理コストを低減することとの両方のために、好適であるということである。   What should be added to this point is that these bending fatigue tests are intended to simulate the fatigue strength of gear teeth, gear mechanisms or gear elements in an automobile gearbox. As mentioned earlier, this indicates that the steel according to the present invention is optimal for high temperature carburizing treatment, and carburized pinion or gear mechanism teeth obtained using these elements. Reducing the carburizing time without reducing the strength related to bending fatigue, and improving productivity and reducing the carburizing cost compared to known steel materials carburized at standard temperature. It is preferred for both.

以上のように、本発明にかかる鋼材は、高温度浸炭処理に最適であり、浸炭処理後の機械特性を低下させることなく、浸炭時間を短縮することと、生産性を向上し、浸炭処理コストを低減することができ、特に、ピニオンなどの機械要素を製造するために適している。   As described above, the steel material according to the present invention is optimal for high-temperature carburizing treatment, and without reducing the mechanical properties after carburizing treatment, shortening the carburizing time, improving productivity, and carburizing treatment cost. And is particularly suitable for manufacturing mechanical elements such as pinions.

4つの比較鋼材と本発明に係る3つの鋼材のジェミニ曲線を示す図である。It is a figure which shows the gemini curve of four comparative steel materials and three steel materials which concern on this invention.

Claims (8)

その組成が、重量百分率で:
0.19%≦C≦0.25%;
1.1%≦Mn≦1.5%;
0.8%≦Si≦1.2%;
0.01%≦S≦0.09%;
トレース量≦P≦0.025%;
トレース量≦Ni≦0.25%;
1%≦Cr≦1.4%;
0.10%≦Mo≦0.25%;
トレース量≦Cu≦0.30%;
0.010%≦Al≦0.045%;
0.010%≦Nb≦0.045%;
0.0130%≦N≦0.0300%;
任意に、トレース量≦Bi≦0.10%および/またはトレース量≦Pb≦0.12%および/またはトレース量≦Te≦0.015%および/またはトレース量≦Se≦0.030%および/またはトレース量≦Ca≦0.0050%;
その製造操作から得られる残部が鉄および不純物よりなり、該化学組成が、5回のジョミニ試験の平均値J3m、J11m、J15m、およびJ25m が:
α=|J11m−J3m×14/22−J25m×8/22|≦2.5HRC;および
β=J3m−J15m≦9HRCとなるように、調整されていることを特徴とする機械的要素用の鋼材。
Its composition is in weight percentage:
0.19% ≦ C ≦ 0.25%;
1.1% ≦ Mn ≦ 1.5%;
0.8% ≦ Si ≦ 1.2%;
0.01% ≦ S ≦ 0.09%;
Trace amount ≦ P ≦ 0.025%;
Trace amount ≦ Ni ≦ 0.25%;
1% ≦ Cr ≦ 1.4%;
0.10% ≦ Mo ≦ 0.25%;
Trace amount ≦ Cu ≦ 0.30%;
0.010% ≦ Al ≦ 0.045%;
0.010% ≦ Nb ≦ 0.045%;
0.0130% ≦ N ≦ 0.0300%;
Optionally, trace amount ≦ Bi ≦ 0.10% and / or trace amount ≦ Pb ≦ 0.12% and / or trace amount ≦ Te ≦ 0.015% and / or trace amount ≦ Se ≦ 0.030% and / or Or trace amount ≦ Ca ≦ 0.0050%;
The balance obtained from the manufacturing operation consists of iron and impurities, and the chemical composition has the average values J 3m , J 11m , J 15m , and J 25m of five Jomini tests:
α = | J 11m -J 3m × 14/22-J 25m × 8/22 | ≦ 2.5HRC; such that and β = J 3m -J 15m ≦ 9HRC , characterized in that it is adjusted mechanically Steel material for structural elements.
前記組成が、
β=J3m−J15m≦8HRCとなるように調整されていることを特徴とする請求項1に記載の機械的要素用の鋼材。
The composition is
The steel material for a mechanical element according to claim 1, wherein β is adjusted so as to satisfy J = J 3m −J 15m ≦ 8HRC.
前記組成が:
0.19%≦C≦0.25%;
1.2%≦Mn≦1.5%;
0.85%≦Si≦1.2%;
0.01%≦S≦0.09%;
トレース量≦P≦0.025%;
0.08%≦Ni≦0.25%;
1.1%≦Cr≦1.4%;
0.10%≦Mo≦0.25%;
0.06%≦Cu≦0.30%;
0.010%≦Al≦0.045%;
0.015%≦Nb≦0.045%;
0.0130%≦N≦0.0300%;
任意に、トレース量≦Bi≦0.07%および/またはトレース量≦Pb≦0.12%および/またはトレース量≦Te≦0.010%および/またはトレース量≦Se≦0.020%および/またはトレース量≦Ca≦0.045%;
その製造操作から得られる残部が鉄および不純物よりなることを特徴とする請求項1または2に記載の機械的要素用の鋼材。
Said composition is:
0.19% ≦ C ≦ 0.25%;
1.2% ≦ Mn ≦ 1.5%;
0.85% ≦ Si ≦ 1.2%;
0.01% ≦ S ≦ 0.09%;
Trace amount ≦ P ≦ 0.025%;
0.08% ≦ Ni ≦ 0.25%;
1.1% ≦ Cr ≦ 1.4%;
0.10% ≦ Mo ≦ 0.25%;
0.06% ≦ Cu ≦ 0.30%;
0.010% ≦ Al ≦ 0.045%;
0.015% ≦ Nb ≦ 0.045%;
0.0130% ≦ N ≦ 0.0300%;
Optionally, trace amount ≦ Bi ≦ 0.07% and / or trace amount ≦ Pb ≦ 0.12% and / or trace amount ≦ Te ≦ 0.010% and / or trace amount ≦ Se ≦ 0.020% and / or Or trace amount ≦ Ca ≦ 0.045%;
3. The steel material for a mechanical element according to claim 1, wherein the balance obtained from the manufacturing operation is made of iron and impurities.
前記組成が:
0.20%≦C≦0.25%;
1.21%≦Mn≦1.45%;
0.85%≦Si≦1.10%;
0.01%≦S≦0.08%;
トレース量≦P≦0.020%;
0.08%≦Ni≦0.20%;
1.10%≦Cr≦1.40%;
0.11%≦Mo≦0.25%;
0.08%≦Cu≦0.30%;
0.010%≦Al≦0.035%;
0.025%≦Nb≦0.040%;
0.0130%≦N≦0.0220%;
任意に、トレース量≦Bi≦0.07%および/またはトレース量≦Pb≦0.12%および/またはトレース量≦Te≦0.010%および/またはトレース量≦Se≦0.020%および/またはトレース量≦Ca≦0.045%;
その製造操作から得られる残部が鉄および不純物よりなることを特徴とする請求項3に記載の機械的要素用の鋼材。
Said composition is:
0.20% ≦ C ≦ 0.25%;
1.21% ≦ Mn ≦ 1.45%;
0.85% ≦ Si ≦ 1.10%;
0.01% ≦ S ≦ 0.08%;
Trace amount ≦ P ≦ 0.020%;
0.08% ≦ Ni ≦ 0.20%;
1.10% ≦ Cr ≦ 1.40%;
0.11% ≦ Mo ≦ 0.25%;
0.08% ≦ Cu ≦ 0.30%;
0.010% ≦ Al ≦ 0.035%;
0.025% ≦ Nb ≦ 0.040%;
0.0130% ≦ N ≦ 0.0220%;
Optionally, trace amount ≦ Bi ≦ 0.07% and / or trace amount ≦ Pb ≦ 0.12% and / or trace amount ≦ Te ≦ 0.010% and / or trace amount ≦ Se ≦ 0.020% and / or Or trace amount ≦ Ca ≦ 0.045%;
The steel material for a mechanical element according to claim 3, wherein the balance obtained from the manufacturing operation is made of iron and impurities.
浸炭処理もしくは浸炭窒化処理された鋼材から機械的要素を製造する方法であって、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の鋼材を機械的要素を製造する目的に用い、機械加工処理、浸炭処理もしくは浸炭窒化処理を実行し、次に焼き入れ処理を行うことを特徴とする機械的要素の製造方法。
A method of manufacturing a mechanical element from a steel material subjected to carburizing or carbonitriding,
The steel material according to any one of claims 1 to 4 is used for the purpose of producing a mechanical element, and a machining process, a carburizing process or a carbonitriding process is performed, and then a quenching process is performed. A method for manufacturing a mechanical element.
前記浸炭処理もしくは浸炭窒化処理が950から1050℃の温度で実行されることを特徴とする請求項5に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 5, wherein the carburizing process or the carbonitriding process is performed at a temperature of 950 to 1050 ° C. 6. 請求項5または6に記載の製造方法によって製造されることを特徴とする鋼製機械的要素。   A steel mechanical element manufactured by the manufacturing method according to claim 5 or 6. 歯車要素であることを特徴とする請求項7に記載の機械的要素。   The mechanical element according to claim 7, wherein the mechanical element is a gear element.
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