JP2009102733A - Method for producing rolling member - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a rolling member of a high-frequency induction hardening gear, etc., at a low cost for various kinds of materials having high surface pressure resistance of ≥50 HRC in tempered hardness at 300°C. <P>SOLUTION: The method for producing the rolling member is performed as the followings, that a steel material composed of 0.5-1.5 wt.% C, 0.3-1.5 wt.% Cr and 0.2-2.0 wt.% one or more kinds selected from group of V, Ti, Zr, Nb, Ta, Hf and dispersing 0.4-4.0 vol% one or more kinds of carbide, nitride and carbonnitride having 0.2-5 μm average particle diameter composed of the elements, and 7.5-20 vol% cementite, is used. In such a rolling member, the solid solution carbon concentration in a martensite parent phase of rolling-contact surface layer, is adjusted to 0.3-0.8 wt.% by induction-hardening and tempering at low temperature, and in this parent phase, 0.4-4.0 vol% of one or more kinds of the carbide, nitride and carbonnitride, and 2-15 vol% of cementite, are dispersed. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、高周波焼入れ、浸炭焼入れ、浸炭浸窒焼入れ、浸窒焼入れ等によって転動面層を焼入れ硬化して製造される歯車等の転動部材の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method of manufacturing a rolling member such as a gear manufactured by quenching and hardening a rolling surface layer by induction hardening, carburizing and quenching, carburizing and nitriding and quenching, or nitrocarburizing and quenching.

従来、建設・土木用機械の減速機などでは、高耐面圧性(200kgf/mm以上)が重要視される観点から、SCr、SCM、SNCM系低炭素鋼に浸炭焼入れや浸炭浸窒焼入れ処理を施した歯車が一般的に使用されているが、一部、比較的低面圧(〜150kgf/mm)条件で使用するリングギヤ類では、中炭素鋼および中炭素低合金鋼(0.45〜0.6重量%C)に高周波焼入れ等の熱処理を施した歯車が使用されている。 Traditionally, construction and in civil engineering machinery of the reduction gear, from the viewpoint of high resistance to surface-pressure (200 kgf / mm 2 or more) is important, SCr, SCM, carburized or carbonitriding窒焼insertion process SNCM based low carbon steel In general, some ring gears used under relatively low surface pressure (˜150 kgf / mm 2 ) conditions are medium carbon steel and medium carbon low alloy steel (0.45). Gears that have been subjected to heat treatment such as induction quenching to .about.0.6 wt% C) are used.

前記建設・土木用機械に使用されている歯車減速機としては、より高出力化とコンパクト化の観点からより高面圧に耐えるとともに、より高強度で、より低コストな歯車が要望されている。   As a gear reducer used in the construction / civil engineering machine, there is a demand for a gear having higher strength and lower cost as well as withstanding higher surface pressure from the viewpoint of higher output and compactness. .

また、前記建設・土木用機械は走行時において岩石や構造物等の障害物を乗り越えたり、旋回しながらそれら障害物を掘削することが多く、それら走行用、旋回用の歯車減速機の歯車に衝撃的な荷重が作用することによって、浸炭焼入れ歯車の破損が問題になる。   In addition, the construction and civil engineering machines often climb over obstacles such as rocks and structures during driving or excavate these obstacles while turning. Due to the impact load, the carburizing and quenching gear is damaged.

一方、高周波焼入れ硬化歯車においては、浸炭焼入れ歯車よりも高靭性であるが、前述のように150kgf/mm以上の高面圧下で使用した場合にはピッチング、スカッフィングおよび早期摩耗などの耐面圧強度面での不具合が発生し易い問題がある。また、浸炭焼入れ硬化歯車においては、230kgf/mm以上の高面圧下での使用に対して十分な耐久性がなく、コンパクト化のための面圧強度が十分でない問題がある。 On the other hand, induction hardening and hardened gears have higher toughness than carburized and hardened gears. However, as described above, when used under a high surface pressure of 150 kgf / mm 2 or more, surface pressure resistance such as pitching, scuffing, and early wear. There is a problem that defects in strength are likely to occur. In addition, the carburized and hardened gear has a problem that it does not have sufficient durability for use under a high surface pressure of 230 kgf / mm 2 or more, and the surface pressure strength for compactness is not sufficient.

本発明は、前述のような問題点を解消するためになされたもので、滑りを伴う転動条件で使用する歯車では、その耐面圧強度が境界潤滑下で滑りに伴う局部的な凝着による発熱によって歯面温度が300℃まで上昇することに着眼し、転動面の高周波焼入れによってオーステナイト中にほとんど固溶しないV,Ti,Zr,Nb,Ta,Hfのうちの一種以上の炭化物、窒化物および/または炭窒化物を歯面にあらかじめ分散させておくことによって歯面の耐焼付き性を改善し、かつ300℃での焼戻し硬さがHRC50以上となる各種の耐高面圧用の安価な高周波焼入れ歯車等の転動部材の製造方法を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made to solve the above-described problems. In a gear used in a rolling condition with slip, the surface pressure resistance strength is localized adhesion due to slip under boundary lubrication. Focusing on the tooth surface temperature rising to 300 ° C. due to heat generation due to heat generation, and one or more carbides of V, Ti, Zr, Nb, Ta, Hf that hardly dissolve in austenite by induction hardening of the rolling surface, Low cost for various high surface pressure resistance that improves seizure resistance of tooth surface by pre-dispersing nitride and / or carbonitride on tooth surface and tempering hardness at 300 ° C. is HRC50 or more It aims at providing the manufacturing method of rolling members, such as an induction hardening gear.

浸炭焼入れ処理を施したSNCM815、SCM420、SCr420、SMnB420鋼(浸炭肌焼鋼)について、それらの滑りを伴う転動面圧強度(ピッチング強度)を面圧375〜220kgf/mmの範囲で予備調査した結果、10回転でピッチングが発生し始める面圧は210kgf/mmであり、各面圧でピッチングを発生した転動面最表面層のマルテンサイト相のX線半価幅は4〜4.2°に減少するとともに転動面最表面層において顕著な軟化が認められる。 For SNCM815, SCM420, SCr420, and SMnB420 steel (carburized case-hardened steel) that have undergone carburizing and quenching treatment, preliminary investigation of rolling surface pressure strength (pitting strength) with their sliding in the range of surface pressure of 375 to 220 kgf / mm 2 As a result, 10 7 surface pressure pitching starts to occur at a rotation is 210 kgf / mm 2, X-ray half width of the martensite phase of the rolling contact surface outermost layer generated pitching in each surface pressure 4-4 It decreases to 2 ° and remarkable softening is observed in the outermost surface of the rolling contact surface.

また、S55C炭素鋼を焼入れ焼戻し処理によってHRC61〜62に調整した炭素鋼について、面圧250kgf/mmでの転動面圧強度を予備調査した結果、10回転でピッチングが発生し始める面圧がほぼ180kgf/mmであり、面圧250kgf/mmでピッチングを発生した転動面のマルテンサイト相のX線半価幅は前記浸炭肌焼鋼のそれとほぼ同様に3.6〜4.2°に減少している。 Further, the carbon steel was adjusted to HRC61~62 the S55C carbon steel by quenching and tempering treatment, as a result of rolling contact fatigue strength at a surface pressure of 250 kgf / mm 2 were preliminary study, pitching at 107 rotation begins to occur surface pressure approximately 180kgf a / mm 2, X-ray half width of the rolling surface of the martensite phase occurring pitching at a surface pressure of 250 kgf / mm 2 is substantially similar to that of the carburized hardened steel 3.6 to 4. It has decreased to 2 °.

さらに、共析炭素鋼(1)(0.77重量%C)についてもその転動面圧強度を予備調査した結果、10回転でピッチングが発生し始める面圧がほぼ230〜240kgf/mmであり、ほぼ同じ炭素量からなる前記浸炭肌焼鋼の転動面圧強度とほぼ同じであり、浸炭肌焼鋼の方が転動表面の粒界酸化層や不完全焼入れ層が存在することによる転動面圧強度のバラツキによる低下が見られることがわかった。 Furthermore, eutectoid Motoko (1) (0.77 wt% C) is also a result of the preliminary study the rolling contact fatigue strength on, 10 7 surface pressure pitching starts to occur at a rotational almost 230~240kgf / mm 2 It is almost the same as the rolling surface pressure strength of the carburized case-hardened steel consisting of substantially the same carbon amount, and the carburized case-hardened steel has a grain boundary oxide layer and an incompletely hardened layer on the rolling surface. It was found that there was a decrease due to variations in the rolling contact pressure strength due to.

また更に、球状化処理を施した共析炭素鋼(2)(0.85重量%C、0.43重量%Cr)の転動面を高周波焼入れしたものの転動面圧強度を予備調査した結果、10回転でピッチングが発生し始める面圧がほぼ260〜270kgf/mmであり、前記共析炭素鋼(1)(0.77重量%C)の転動面圧強度に比べ高強度化され、この原因が転動面マルテンサイト相中に微細なセメンタイト粒子が約2体積%分散していることによることがわかった。 Furthermore, as a result of preliminary investigation on the rolling contact surface pressure strength of the eutectoid carbon steel (2) subjected to spheroidizing treatment (2) (0.85 wt% C, 0.43 wt% Cr) subjected to induction hardening. The surface pressure at which pitching starts to occur at 10 7 rotations is approximately 260 to 270 kgf / mm 2, which is higher than the rolling surface pressure strength of the eutectoid carbon steel (1) (0.77 wt% C). It has been found that this is due to the fact that about 2% by volume of fine cementite particles are dispersed in the rolling surface martensite phase.

さらに、前記微細なセメンタイト粒子を分散させる(約2体積%)と同時にマルテンサイト硬さを高める観点から、約1.0重量%炭素と1.5重量%のCrを含有するSUJ2を840℃から焼入れた後にHRC62.5になるように焼戻したものの転動面圧強度を予備調査した結果、10回転でピッチングが発生し始める面圧がほぼ270kgf/mmであり、前記共析鋼のそれとほぼ同じ強度を示し、面圧250kgf/mmでピッチングを発生した転動面のマルテンサイト相のX線半価幅は前記浸炭肌焼鋼のそれとほぼ同様に4.2〜4.5°に減少していることがわかった。また、前記微細なセメンタイト粒子をより多く分散させるために、球状化処理を施したSUJ2を加熱温度950〜980℃で高周波焼入れしたものの転動面圧強度が先の840℃から焼入れしたものに比べて、300kgf/mmにまで改善されており、この原因が固溶炭素濃度0.35重量%の転動面マルテンサイト相中に微細なセメンタイト粒子が約10体積%分散していることによることがわかり、さらに少なくとも微細なセメンタイト粒子の下限分散量を2体積%、好ましくは5体積%として、上限分散量が10体積%以上であることがわかった。 Furthermore, from the viewpoint of increasing the martensite hardness while dispersing the fine cementite particles (about 2% by volume), SUJ2 containing about 1.0% by weight carbon and 1.5% by weight Cr is increased from 840 ° C. result of rolling contact fatigue strength despite tempered so that HRC62.5 after quenching and preliminary study, 10 7 are substantially at 270 kgf / mm 2 is the surface pressure which pitting begins to occur at rotation therewith of the eutectoid steel The X-ray half-value width of the martensite phase of the rolling contact surface, which showed almost the same strength and generated pitching at a surface pressure of 250 kgf / mm 2 , was 4.2-4.5 °, almost the same as that of the carburized case-hardened steel. It turns out that it is decreasing. Further, in order to disperse more fine cementite particles, SUJ2 subjected to spheroidizing treatment was induction-quenched at a heating temperature of 950 to 980 ° C., but the rolling contact pressure strength was higher than that obtained from quenching from the previous 840 ° C. 300 kgf / mm 2 , and this is due to the fact that fine cementite particles are dispersed by about 10% by volume in the rolling surface martensite phase with a solid solution carbon concentration of 0.35% by weight. Further, it was found that the lower limit dispersion amount of at least fine cementite particles was 2% by volume, preferably 5% by volume, and the upper limit dispersion amount was 10% by volume or more.

さらに、炭素が0.46、0.55、0.66、0.77、0.85重量%含有される炭素鋼を820℃から焼入れ、100〜350℃で各3時間焼戻したときの硬さとX線半価幅を調査し、さらに、すでに公開されているこれらに関するデータ(例えば「材料」、第26巻280号、P26)を参考にして検討した結果、マルテンサイト相のX線半価幅が4〜4.2°になる硬さはほぼHRC51〜53に焼戻される状態に相当し、例えば浸炭肌焼鋼の表面炭素濃度がほぼ0.7〜0.9重量%に調整されていることを参考にすると、その焼戻し温度はほぼ300℃に相当することがわかった。   Further, the hardness when carbon steel containing 0.46, 0.55, 0.66, 0.77, 0.85 wt% of carbon is quenched from 820 ° C. and tempered at 100 to 350 ° C. for 3 hours each. As a result of investigating the X-ray half width, and further examining the data related to these already published (for example, “Materials”, Vol. 26, No. 26, P26), the X-ray half width of the martensite phase Is equivalent to a state of tempering to approximately HRC 51 to 53, for example, the surface carbon concentration of carburized case-hardened steel is adjusted to approximately 0.7 to 0.9% by weight. As a result, it was found that the tempering temperature corresponds to approximately 300 ° C.

以上の予備試験結果から、本発明では、歯車が高面圧下で噛み合う際に発生する熱によって歯面最表面部が焼戻され、軟化することによって、ピッチングを発生することを明らかにし、さらに、浸炭焼入れ歯車並みのピッチング強度を得るための指標としては300℃での焼戻し硬さがHRC53以上となることが必要であることを明らかにした。   From the above preliminary test results, in the present invention, it is clarified that the tooth surface outermost surface portion is tempered by the heat generated when the gears mesh with each other under high surface pressure, and softens, thereby generating pitching. It was clarified that the tempering hardness at 300 ° C. should be HRC53 or higher as an index for obtaining a pitching strength similar to that of a carburized and quenched gear.

また、SCM420鋼に浸炭焼入れ処理を施した浸炭硬化層の300℃焼戻し硬さと、単に焼入れ処理を施した共析炭素鋼の300℃焼戻し硬さの比較において、焼戻し軟化抵抗性に対するCr,Moの改善がほとんど確認されないために、高周波焼入れ法によって浸炭焼入れ歯車以上のピッチング強度を付与するためには、ほぼ300℃での低温焼戻しにおける焼戻し軟化抵抗性を高める新たな合金設計が必要となること、および、前記共析炭素鋼(2)(0.85重量%C)、SUJ2の転動面圧強度の改善作用のように粒径が0.1〜1.5μmの微細なセメンタイト粒子などをマルテンサイト相中に分散させることが面圧強度を効果的に改善させることを明らかにし、また、セメンタイト粒子としては平均粒子径が1.5μm以下であることが好ましいことを明らかにした。   In addition, in the comparison of the 300 ° C. tempered hardness of the carburized hardened layer obtained by carburizing and quenching SCM420 steel and the 300 ° C. tempered hardness of the eutectoid carbon steel simply subjected to the quenching treatment, Cr and Mo with respect to temper softening resistance were compared. Since almost no improvement has been confirmed, a new alloy design is required to increase the temper softening resistance in low temperature tempering at approximately 300 ° C. in order to impart pitching strength higher than that of carburized and quenched gears by induction hardening. In addition, the cementite carbon steel (2) (0.85 wt% C), fine cementite particles having a particle size of 0.1 to 1.5 μm, such as the effect of improving the rolling contact pressure strength of SUJ2, are martensified. It has been clarified that dispersion in the site phase effectively improves the surface pressure strength, and the cementite particles have an average particle diameter of 1.5 μm or less. It was clarified that it is preferable.

また、前記セメンタイト粒子の分散が耐面圧強度を改善するメカニズムは、境界潤滑状態における摺動時の転動面での耐焼付き性が硬質なセメンタイトの分散によって顕著に改善され、転動面における最表面温度の低減と耐摩耗性の改善によることは明らかであり(硬質粒子分散効果と呼ぶ)、その耐焼付き性をより効果的に改善するために、後述のように、その硬質粒子として鋼との凝着性が極めて少ないV,Ti,Zr,Nb,Ta,Hf等が形成するMC型炭化物、M(C,N)型炭窒化物、MN型窒化物を利用することが好ましいことを明らかにした。   In addition, the mechanism by which the dispersion of the cementite particles improves the surface pressure resistance is that the seizure resistance on the rolling surface during sliding in the boundary lubrication state is remarkably improved by the dispersion of the hard cementite. It is clear that the outermost surface temperature is reduced and the wear resistance is improved (called hard particle dispersion effect). In order to improve the seizure resistance more effectively, as described later, steel is used as the hard particles. It is preferable to use MC type carbides, M (C, N) type carbonitrides, and MN type nitrides formed by V, Ti, Zr, Nb, Ta, Hf, etc., which have a very low adhesion property. Revealed.

なお、前述の浸炭焼入れによるピッチング強度と同等以上(面圧Pmax=230kgf/mm以上)に耐える高周波焼入れ歯車設計としては、ヘルツ面圧の理論解析に基づいて、面圧値の0.3倍の片振り剪断応力(R=0)の疲労強度に耐える硬さが設定されるが、その計算値はほぼHRC53.4であり、前述の予備試験においてピッチングが発生した転動面のマルテンサイト相X線半価幅から求まる硬さ(HRC=53)と極めてよく合致しており、また、その硬さが滑りを伴う転動によって発生する摩擦熱によって、転動面最表面部がほぼ300℃に昇温する時点でピッチングが発生することから、300℃焼戻し硬さが少なくともPmax=230kgf/mmに耐えるためのHRC53以上であるように設定することによって浸炭焼入れ歯車と同等以上の高面圧歯車が開発されることがわかった。 The induction-hardened gear design that can withstand the above-mentioned pitching strength by carburizing and quenching (surface pressure Pmax = 230 kgf / mm 2 or more) is 0.3 times the surface pressure value based on the theoretical analysis of Hertz surface pressure. The hardness to withstand the fatigue strength of the cantilever shear stress (R = 0) is set, but the calculated value is approximately HRC 53.4, and the martensitic phase of the rolling surface where pitting occurred in the above-described preliminary test The hardness obtained from the X-ray half width (HRC = 53) agrees very well, and the hardness of the outermost surface of the rolling surface is approximately 300 ° C. due to frictional heat generated by rolling accompanied by slip. since the pitching occurs at the time of heating to, to 300 ° C. temper hardness is set to be at least Pmax = 230kgf / mm 2 to endure for HRC53 or more Carburized gear equal to or greater than that of the high surface 圧歯 car was found to be developed me.

なおさらに、実施例2で後述するように、炭素を0.1〜1.0重量%含有する炭素鋼の300℃焼戻しマルテンサイト相の硬さが
HRC=36×√C(重量%)+20.9
で記述され、この硬さを基準にして各種合金元素の300℃焼戻しマルテンサイト相の硬さに対する影響を調査した結果、300℃焼戻しマルテンサイト相の硬さが
HRC=(36×√C(重量%)+20.9)+4.33×Si(重量%)+7.3×Al(重量%)+3.1×V(重量%)+1.5×Mo(重量%)+1.2×Cr(重量%)×(0.45÷C(重量%))
で記載できることを明らかにした。
Furthermore, as will be described later in Example 2, the hardness of the 300 ° C. tempered martensite phase of carbon steel containing 0.1 to 1.0% by weight of carbon is HRC = 36 × √C (% by weight) +20. 9
As a result of investigating the influence of various alloy elements on the hardness of the 300 ° C. tempered martensite phase based on this hardness, the hardness of the 300 ° C. tempered martensite phase is HRC = (36 × √C (weight %) + 20.9) + 4.33 × Si (wt%) + 7.3 × Al (wt%) + 3.1 × V (wt%) + 1.5 × Mo (wt%) + 1.2 × Cr (wt%) ) × (0.45 ÷ C (% by weight))
It was clarified that it can be described in.

本発明においては、前述の歯車材料・熱処理設計に基づいて、前記鋼中の各合金成分の含有量(重量%)を次のように限定した。   In the present invention, based on the gear material / heat treatment design described above, the content (% by weight) of each alloy component in the steel is limited as follows.

要するに、少なくとも0.5〜1.5重量%の炭素と、V,Ti,Zr,Nb,Ta,Hfの一種以上の合金元素を0.2〜2.0重量%含有するとともに、それらの合金元素からなる平均粒径が0.2〜5μmの炭化物、窒化物および炭窒化物の一種以上が0.4〜4.0体積%分散されている鋼材を用いて、転動面層において誘導加熱焼入れ、低温焼戻しされたマルテンサイト組織母相の固溶炭素濃度が0.3〜0.8重量%に調整され、その母相中に前記炭化物、窒化物および炭窒化物の一種以上が0.4〜4.0体積%分散されていることを特徴とする転動部材を開発した。   In short, at least 0.5 to 1.5% by weight of carbon and one or more alloy elements of V, Ti, Zr, Nb, Ta, Hf are contained in an amount of 0.2 to 2.0% by weight and alloys thereof. Induction heating is performed in the rolling contact surface layer using a steel material in which one or more of carbides, nitrides, and carbonitrides having an average particle size of 0.2 to 5 μm are dispersed in an amount of 0.4 to 4.0% by volume. The solid solution carbon concentration of the quenched and tempered martensite matrix is adjusted to 0.3 to 0.8% by weight, and at least one of the carbides, nitrides, and carbonitrides in the matrix is 0.00. A rolling member characterized by being dispersed in an amount of 4 to 4.0% by volume has been developed.

なお、前記硬質粒子分散効果が作用し始めるのは、通常、0.1体積%以上であり、5.0体積%を越えた場合には摩擦係数の増大による耐焼付き性の減少が起こるとともに相手材に対するアタック性も顕著になることが知られていることから、本発明においては、炭化物、窒化物および炭窒化物の一種以上について、前記分散効果がより明確に現れる0.4体積%を下限値とし、4.0体積%を上限値としたが、前記アタック性を経済性の観点からは、2.0体積%を上限値とすることがより好ましいことは明らかである。   The hard particle dispersion effect usually starts to act at 0.1% by volume or more, and when it exceeds 5.0% by volume, seizure resistance decreases due to an increase in the coefficient of friction and the other party. Since it is known that the attack property to the material is also remarkable, in the present invention, for one or more of carbides, nitrides and carbonitrides, the lower limit of 0.4 volume% at which the dispersion effect appears more clearly The value is 4.0% by volume and the upper limit is set. However, it is clear that the attack property is more preferably 2.0% by volume from the viewpoint of economy.

なお、前記硬質粒子を、例えば、TiC、Vとした場合には、TiC、Vの比重がそれぞれほぼ4.9gr/cm、5.65gr/cmであることから、0.2重量%のTi添加によって(0.25重量%のTiCが形成され、)ほぼ0.4体積%のTiCが形成されること、Vは高周波加熱条件によってはオーステナイト中へのVの固溶が無視できない(最大で0.3重量%V)ことを考慮して、2.0重量%のV添加によってほぼ2体積%のVが形成されることから、前記炭化物、窒化物および/または炭窒化物を形成する合金元素の添加量を0.2〜2.0重量%とした。 Incidentally, the hard particles, for example, TiC, since the case of the V 4 C 3 is, TiC, V 4 C specific gravity of 3 are each approximately 4.9gr / cm 3, a 5.65gr / cm 3, Addition of 0.2 wt% Ti (0.25 wt% TiC is formed) and almost 0.4 vol% TiC is formed, and V 4 C 3 can be introduced into austenite depending on high-frequency heating conditions. Considering that the solid solution of V is not negligible (maximum 0.3 wt% V), the addition of 2.0 wt% of V forms almost 2 vol% of V 4 C 3. The addition amount of alloy elements forming nitrides and / or carbonitrides was set to 0.2 to 2.0% by weight.

さらに、これらの炭化物をあらかじめ分散させた鋼材においては、それら炭化物の形成に消費される炭素量と、前記各種焼入れによって高硬度で高靭性なマルテンサイト母相を得るための固溶炭素量(0.3〜0.9重量%)とをあわせて鋼材炭素量を設定しておくことが必要であって、本発明の転動面層における炭素量は0.5〜1.5重量%と設定されるものであって、高周波焼入れおよび浸窒、浸炭もしくは浸炭浸窒処理後高周波焼入れ処理で、転動面層を焼入れ硬化する転動部材においては、利用する鋼の炭素含有量を0.5〜1.5重量%とするが、浸窒、浸炭もしくは浸炭浸窒処理後油焼入れ処理で転動面層を焼入れ硬化する転動部材においては、0.2〜0.8重量%に調整しておくことが好ましいことは明らかである。   Furthermore, in steel materials in which these carbides are dispersed in advance, the amount of carbon consumed for the formation of these carbides and the amount of solid solution carbon (0) for obtaining a hardened and tough martensitic matrix by the above various quenching. .3 to 0.9% by weight), and the carbon amount in the rolling contact layer of the present invention is set to 0.5 to 1.5% by weight. In the rolling member that quenches and hardens the rolling contact surface layer by induction hardening and nitriding, carburizing, or carburizing and nitrocarburizing induction hardening process, the carbon content of the steel to be used is 0.5. -1.5% by weight, but for rolling members that quench and harden the rolling contact surface layer by oil quenching after nitriding, carburizing or carburizing, adjust to 0.2-0.8% by weight. Obviously, it is preferable to keep it.

また、前記転動面での耐焼付き性や耐摩耗性を効率的に改善するためには、前記鋼の溶製段階で析出分散させる炭化物、窒化物および/または炭窒化物が比較的大きいことが必要であって、それらの平均粒径としては、前述のSUJ2でセメンタイトの分散粒径(0.2〜1.5μm)から0.2μm以上が好ましく、かつ、摺動時の相手材へのアタック性を考慮した場合には5μm以下にしておくことが望まれる。(なお、溶製後の鍛造条件によっても微細化されるが、後述のTiCでは5μm以下,Vでは2μm以下のサイズでほぼ均一に分散調整されることがわかる。) Further, in order to efficiently improve the seizure resistance and wear resistance on the rolling surface, carbides, nitrides and / or carbonitrides that are precipitated and dispersed in the melting stage of the steel must be relatively large. The average particle size is preferably 0.2 μm or more from the dispersed particle size (0.2 to 1.5 μm) of cementite in the above-mentioned SUJ2, and the average particle size to the counterpart material during sliding is In consideration of the attack property, it is desirable that the thickness be 5 μm or less. (Although it is refined depending on the forging conditions after melting, it is understood that the dispersion is adjusted almost uniformly with a size of 5 μm or less for TiC described later and 2 μm or less for V 4 C 3. )

なお、前記転動部材を歯車として適用する場合においては、前記炭化物、窒化物および/または炭窒化物や上記セメンタイトによる内部切り欠き作用で歯元曲げ疲労強度の低下が危惧されるので、前記転動面層(焼入れ硬化層)を短時間の高周波加熱後の焼入れによって、転動面層の旧オーステナイト結晶粒径をASTM10番以上に微細化し、残留オーステナイト量を10〜50体積%残留させるとともに、圧縮残留応力を付加することによって十分対策することとした。さらにまた、歯面、歯元へのショットピーニング処理を施すことによって転動面層の最表面部において、50kgf/mm以上の圧縮残留応力を確実に付与することとした。 In addition, when the rolling member is applied as a gear, since there is a concern that a reduction in tooth root bending fatigue strength is caused by an internal notch action due to the carbide, nitride and / or carbonitride or the cementite, the rolling By compressing the face layer (quenched hardened layer) after high-frequency heating for a short time, the rolling austenite grain size of the rolling austenite is refined to ASTM No. 10 or more, and the amount of retained austenite remains 10 to 50% by volume, and compression A sufficient measure was taken by adding residual stress. Furthermore, a compressive residual stress of 50 kgf / mm 2 or more is reliably applied to the outermost surface portion of the rolling surface layer by performing shot peening treatment on the tooth surface and the tooth base.

前記硬質粒子分散効果は、後述するように炭素鋼(S55C)にTiC,V(No.P7,No.P2)を分散させた高周波焼入れ歯車がほぼSCM420浸炭歯車と同じ面圧強度を示すことを確認したことから、その改善効果が歯面での高面圧下での摺動時の耐焼付き性を改善し、スコーリングの発生や歯面温度の上昇を抑えることに起因していることは明らかであり、安価な高周波焼入れ歯車を製造するのに好ましいことがわかる。さらに、本発明においては、より面圧強度を向上し、コンパクトな高強度歯車とするために、前述のように、短時間の高周波加熱(900〜1050℃)後に焼入れ処理を施す高周波焼入れを適用することによって、転動面層におけるマルテンサイト母相中に1μm以下の微細なセメンタイト粒子を追加して10体積%以下分散させることと、低温の焼戻し軟化抵抗性を高めるSiおよび/またはAlを含有させた鋼材を用いた転動部材を開発した。 As described later, the hard particle dispersing effect is that the induction hardening gear in which TiC, V 4 C 3 (No. P7, No. P2) is dispersed in carbon steel (S55C) has the same surface pressure strength as the SCM420 carburized gear. From the fact that it was confirmed, the improvement effect is due to improving the seizure resistance when sliding under high surface pressure on the tooth surface, and suppressing the occurrence of scoring and the increase in tooth surface temperature. It is clear that it is preferable to manufacture an inexpensive induction-hardened gear. Furthermore, in the present invention, in order to further improve the surface pressure strength and make a compact high-strength gear, as described above, induction hardening is applied in which quenching is performed after short-time high-frequency heating (900 to 1050 ° C.). By adding a fine cementite particle of 1 μm or less in the martensite matrix in the rolling surface layer and dispersing it by 10% by volume or less, and containing Si and / or Al for improving the low temperature temper softening resistance Developed a rolling member using steel material.

なお、前記セメンタイトはその硬さがほぼHv850〜1000であり、マルテンサイト母相硬さと大きな差異が無いことから、相手材料に対するアタック性が少なく、前記硬質粒子分散効果の作用量が小さく、前述のSUJ2高周波焼入れ転動面層のセメンタイト分散量(約10体積%)を考慮して10体積%が有効であるが、面圧強度をより改善する観点から、セメンタイト分散量の上限を15体積%とすることが好ましいことは明らかである。   The cementite has a hardness of approximately Hv 850 to 1000, and is not significantly different from the martensite matrix hardness. Therefore, the cementite has little attack on the counterpart material, and the hard particle dispersion effect is small. 10 volume% is effective in consideration of the cementite dispersion amount (about 10 volume%) of the SUJ2 induction hardening rolling surface layer, but from the viewpoint of further improving the surface pressure strength, the upper limit of the cementite dispersion amount is 15 volume%. It is clear that it is preferable to do so.

前記高周波焼入れ時の加熱温度は炉加熱を主体とする浸炭焼入れ等の焼入れ温度と比べ900〜1050℃と極めて高いために、例えば高周波焼入れ用鋼として多く用いられる炭素鋼を用いた転動部材表面層にセメンタイトを分散させた焼入れ硬化層を形成させることが難しく、また低合金鋼を用いた場合においては目的とする炭素濃度を固溶するマルテンサイト相中にセメンタイトを分散させた焼入れ硬化層を形成させることができない。この問題を解決するために、フェライト相(αFe相)とセメンタイトが共存する状態において、セメンタイトに最も顕著に濃縮する合金元素Crを鋼材中に0.3〜1.5重量%の範囲で添加し、さらに、セメンタイト中にCrを2.5〜10.0重量%の範囲に濃縮させ(第2発明)、焼入れ温度への急速な誘導加熱によってオーステナイトへのセメンタイトの固溶を遅らせることと、そのセメンタイトの固溶を遅らせることによって、オーステナイト中に固溶する炭素濃度を調整することを図った。   Since the heating temperature at the time of induction hardening is as extremely high as 900 to 1050 ° C. compared to the quenching temperature such as carburizing and quenching mainly including furnace heating, for example, the surface of a rolling member using carbon steel often used as induction hardening steel. It is difficult to form a hardened hardened layer in which cementite is dispersed in the layer, and in the case of using low alloy steel, a hardened hardened layer in which cementite is dispersed in the martensite phase that dissolves the target carbon concentration is used. It cannot be formed. In order to solve this problem, in the state where a ferrite phase (αFe phase) and cementite coexist, an alloying element Cr, which is most remarkably concentrated in cementite, is added to the steel material in a range of 0.3 to 1.5% by weight. Furthermore, Cr is concentrated in the cementite in the range of 2.5 to 10.0% by weight (second invention), and the solid solution of cementite in austenite is delayed by rapid induction heating to the quenching temperature; By delaying the solid solution of cementite, the concentration of carbon dissolved in austenite was adjusted.

なお、高周波焼入れ処理に供する鋼におけるセメンタイト中のCr濃度は、その前組織である(フェライト+セメンタイト)二相組織におけるセメンタイトへのCrの濃縮度によって決められるものであり、例えば700℃でその二相組織を十分に加熱すると、セメンタイト中のCr濃度はフェライト中のCr濃度の約28倍に濃縮することが知られている(600℃加熱では約35倍)。このCrの濃縮したセメンタイトは加熱中のオーステナイトへ固溶するが、その際のセメンタイトの固溶機構(速度)は図1に示される加熱温度におけるFe−C−M(合金元素)三元系状態図とその図中に示される炭素の等活量線図(等炭素活量線図)の関係から説明することができる。   The Cr concentration in cementite in the steel subjected to induction hardening is determined by the concentration of Cr in cementite in the two-phase structure (ferrite + cementite), which is the previous structure. It is known that when the phase structure is sufficiently heated, the Cr concentration in cementite is concentrated to about 28 times the Cr concentration in ferrite (about 35 times when heated at 600 ° C.). The cementite enriched with Cr is dissolved in the austenite during heating, and the solid solution mechanism (speed) of the cementite at that time is the Fe-C-M (alloy element) ternary state at the heating temperature shown in FIG. This can be explained from the relationship between the figure and the carbon isoactivity diagram (isocarbon activity diagram) shown in the figure.

図1は、本発明に使用する鋼材主要成分として、炭素との親和力の強いCrと類似の合金元素を添加したFe−C−M3元系状態図の誘導加熱される焼入れ温度における等温断面図を模式的に示したものであり、図中のA点で示す組成の鋼中の炭素活量と等しい炭素活量は図中のA点を通る細線のように、M元素添加によって炭素活量が低下することから等炭素活量線は右肩上がりに推移し、セメンタイトの固溶度線と交わり、その交点(B点)と平衡するM元素が含有したセメンタイト組成点(C点)と直線的に結ばれるものである。   FIG. 1 is an isothermal sectional view at a quenching temperature of induction heating of an Fe-C-M ternary phase diagram in which an alloy element similar to Cr having a strong affinity with carbon is added as a main component of a steel material used in the present invention. The carbon activity equal to the carbon activity in the steel having the composition indicated by point A in the figure is schematically shown, and the carbon activity is increased by the addition of M element as shown by a thin line passing through the point A in the figure. The isocarbon activity curve rises to the right as it decreases, intersects with the solid solubility line of cementite, and is linear with the cementite composition point (point C) contained by the M element that balances with the intersection (point B). It is tied to.

その他の等炭素活量線(細線)は、各炭素活量に応じて計算されるものであり、炭素濃度が高くなるほど炭素活量は大きくなるが、Fe−C軸(Fe−C二元系)での黒鉛の固溶度(D点)が炭素活量Ac=1と定義されるものである。   Other isocarbon activity lines (thin lines) are calculated according to each carbon activity, and the carbon activity increases as the carbon concentration increases, but the Fe-C axis (Fe-C binary system). ) Is defined as the carbon activity Ac = 1.

前記図1中に使用する鋼材組成A点における、焼入れ前組織におけるフェライトとセメンタイトの組成はE点、F点で与えられ、急速に焼入れ温度に加熱された場合には、まず、F点組成のセメンタイトは合金元素Mをその場に残して、極めて拡散性の大きい炭素だけが急速にオーステナイト中に固溶するが、その場合のセメンタイトと局所平衡するオーステナイト界面組成はG点で与えられ、G点の炭素活量が鋼材組成のA点の炭素活量より大きいことから、炭素の化学ポテンシャルの勾配によって急速に炭素が拡散し、極めて短時間でセメンタイトが消失するが、セメンタイトが消失した後に、セメンタイトが固溶した位置と元フェライトであった位置において、図1中の等炭素活量線上のA点組成に向かって合金元素が均質化する(矢印←→で示す)のに伴って、炭素の均質化することがわかる(急速な誘導加熱によってもセメンタイトが容易にオーステナイト中に固溶する例)。   In the steel composition A point used in FIG. 1, the composition of ferrite and cementite in the pre-quenching structure is given by E point and F point. When rapidly heated to the quenching temperature, Cementite leaves the alloy element M in place, and only extremely diffusible carbon rapidly dissolves in austenite. In this case, the austenite interface composition that is locally equilibrated with cementite is given by the G point. Is larger than the carbon activity at point A of the steel composition, carbon diffuses rapidly due to the gradient of the chemical potential of the carbon, and the cementite disappears in a very short time, but after the cementite disappears, the cementite Is homogenized toward the point A composition on the isocarbon activity line in FIG. ← → indicated by) with for, it can be seen that the homogenization of the carbon (example solid solution in cementite readily austenite by rapid induction heating).

しかし、鋼中への合金元素添加量がより多く添加され(H点)、セメンタイト中により多くの合金元素が濃縮する(J点)場合においては、セメンタイトが合金元素Mをその場に残して炭素だけが固溶するとした時のセメンタイトと平衡するオーステナイト中の炭素活量が(K点)、元のA点組成の炭素活量より低くなることから、K点を通る等炭素活量線に沿って極短時間で炭素は拡散するが、それ以上の固溶が進行し、セメンタイトが完全に固溶するためには、K点からセメンタイトの固溶度線に沿ってのB点へ合金元素Mが拡散しない限り、セメンタイトが固溶できないことがわかり、セメンタイトの固溶が合金元素Mの拡散に律速されながら急速に遅くなることがわかる。また、セメンタイトが完全に固溶するための時間は、元のC点組成を通る等炭素活量線とセメンタイト固溶度線との交点とセメンタイト中のB点との合金元素濃度差が大きくなるほど遅くなることが明らかであり、高周波加熱・焼入れによるセメンタイトの分散が容易に行われることがわかる。そしてまた、セメンタイト中のCM濃度で決まるK点位置を通る等炭素活量線上の元フェライト中のM濃度での炭素濃度によって、マルテンサイト母相中の固溶炭素濃度を調整することができることは明らかである。なお、1000℃で2秒間加熱保持した時の合金元素が拡散する距離は、同条件で炭素が拡散する距離約12μmに対して約0.03μm程度であり、また、0.5μm径のセメンタイト粒子半径の約12%程度の拡散距離であることから、セメンタイトが上記機構にしたがって残留し、オーステナイト母相中に炭素が十分に拡散し、急冷後には高硬度なマルテンサイト母相が形成されることがわかる。   However, when more alloying element is added to the steel (H point) and more alloying elements are concentrated in the cementite (J point), the cementite will leave the alloying element M in place and carbon. The carbon activity in austenite that equilibrates with cementite when only the solid solution is dissolved (K point) is lower than the carbon activity of the original A point composition, so along the isocarbon activity line passing through the K point Carbon diffuses in an extremely short time, but further solid solution progresses, and in order for cementite to completely dissolve, alloy element M moves from point K to point B along the solid solubility line of cementite. It can be seen that the cementite cannot be dissolved unless it diffuses, and the solid solution of cementite is slowed down while being controlled by the diffusion of the alloy element M. In addition, the time for complete dissolution of cementite is such that the difference in alloy element concentration between the intersection of the isocarbon activity line passing through the original C point composition and the cementite solid solubility line and the B point in the cementite increases. It is clear that it becomes slow, and it can be seen that the cementite is easily dispersed by high-frequency heating and quenching. In addition, it is possible to adjust the solid solution carbon concentration in the martensite matrix by the carbon concentration at the M concentration in the original ferrite on the isocarbon activity line passing through the K point position determined by the CM concentration in the cementite. it is obvious. The distance that the alloy element diffuses when heated and held at 1000 ° C. for 2 seconds is about 0.03 μm with respect to the distance that carbon diffuses under the same condition, about 0.03 μm, and 0.5 μm diameter cementite particles Because the diffusion distance is about 12% of the radius, cementite remains according to the above mechanism, carbon diffuses sufficiently in the austenite matrix, and a hard martensite matrix is formed after quenching. I understand.

さらに、A1温度から焼入れ温度900〜1050℃に誘導加熱するまでのオーステナイト(γ相)へのセメンタイトの固溶時間が10秒以内に制御される誘導加熱とその後の急冷処理を施すことによって、セメンタイトが未固溶状態で分散しているマルテンサイト母相中の炭素濃度は、前述のように、炭素拡散で支配されるK点を通る等炭素活量に相当する炭素濃度と等しくなり、それに応じたマルテンサイト硬さが得られることがわかるが、その母相となるγ相の焼入れ性は元のフェライト中の合金元素濃度と前記のγ相中の炭素濃度でほぼ決まり、鋼材への添加濃度から計算される焼入れ性(DI値)より大きく低下することがわかるので、歯車にこの原理を適用することによって、焼入れ硬化層が歯形形状に沿って形成され易くなり、歯形に沿って圧縮残留応力を発生させて焼割れを防止するとともに、歯元、歯底部の曲げ疲労強度をより高めた歯車部材を開発した。また、前記焼入れ性の低下割合は、焼入れ前組織中のセメンタイトに合金元素が濃縮するほど大きくなり、Cr、Mn、Moのセメンタイトに濃縮し易い元素ほどその低下は顕著に起こることも明らかである。   Furthermore, by performing induction heating in which the solid solution time of cementite in the austenite (γ phase) from A1 temperature to induction heating to 900 to 1050 ° C. is controlled within 10 seconds and subsequent quenching treatment, cementite As described above, the carbon concentration in the martensite matrix in which the carbon is dispersed in an undissolved state is equal to the carbon concentration corresponding to the equivalent carbon activity passing through the K point governed by carbon diffusion, and accordingly, However, the hardenability of the γ phase, which is the parent phase, is almost determined by the alloy element concentration in the original ferrite and the carbon concentration in the γ phase. By applying this principle to the gear, it becomes easy to form a hardened hardened layer along the tooth profile shape. Thereby preventing quench cracking by generating compressive residual stress along the shape, developed tooth root, a more elevated gear member fatigue strength bending of the tooth bottom. It is also clear that the rate of decrease in hardenability increases as the alloy element concentrates in the cementite in the pre-quenching structure, and the decrease is more noticeable as the element is more easily concentrated in the cementite of Cr, Mn, and Mo. .

より具体的にするために、図2に示すFe−C−Cr三元系状態図と等炭素活量線図(at1000℃)を使って1000℃にすばやく加熱して焼入れ処理を行う高周波焼入れの場合を以下に検討する。   In order to be more specific, induction hardening is performed by rapidly heating to 1000 ° C. using the Fe—C—Cr ternary phase diagram and the isocarbon activity diagram (at 1000 ° C.) shown in FIG. The case is considered below.

(1)急速にセメンタイトが固溶する場合(セメンタイト中のCr濃度が低い場合)
図2中のA点(0.8重量%C,0.4重量%Cr)で示す鋼を(セメンタイト+フェライト)共存領域の700℃で十分加熱するとB点(セメンタイト、2.6重量%Cr)とC点(フェライト、0.09重量%Cr)の組成になり、この状態で例えば高周波加熱によってオーステナイト状態になる1000℃に急速加熱すると、B点,C点はA点に向かって均質化していくことになるが、前述のように、B点のセメンタイト中の合金元素がオーステナイト中をほとんど拡散しない間に炭素がフェライト組成を持っていたオーステナイト(C点)にD点を経由しながら矢印(↑↓)で示すように急速に拡散し、セメンタイトを固溶した後、A点を通る炭素の等活量線(等炭素活量線)で平衡化し、その後の加熱によってCr元素がA点に向かって均質化することで、より迅速なセメンタイトの固溶を達成することができ、マルテンサイト母相の炭素濃度もほぼA点と同じ炭素濃度となって、より高硬度なマルテンサイトが得られることがわかる。
(1) When cementite rapidly dissolves (when Cr concentration in cementite is low)
When the steel indicated by point A (0.8 wt% C, 0.4 wt% Cr) in Fig. 2 is sufficiently heated at 700 ° C in the coexistence region of (cementite + ferrite), point B (cementite, 2.6 wt% Cr) ) And C point (ferrite, 0.09 wt% Cr), and in this state, when rapidly heated to 1000 ° C. where it becomes an austenite state by high frequency heating, the B point and C point are homogenized toward the A point. As mentioned above, while the alloy element in the cementite at point B hardly diffuses in the austenite, the arrow passes through the point D to the austenite (point C) in which the carbon had a ferrite composition. After rapidly diffusing and dissolving cementite as indicated by (↑ ↓), equilibration with the carbon isoactivity curve (isocarbon activity curve) passing through the point A, the Cr element is converted to the point A by the subsequent heating. For By homogenizing, it is possible to achieve a faster solid solution of cementite, and the carbon concentration of the martensite matrix is almost the same as that of point A, so that martensite with higher hardness can be obtained. I understand that.

(2)セメンタイトの固溶が大きく遅延される場合1
図2中のE点(0.8重量%C,1重量%Cr)で示す鋼をフェライトとセメンタイト共存領域の700℃で十分加熱するとG点(フェライト、0.24重量%Cr)とF点(セメンタイト、6.61重量%Cr)の組成になり、この状態で例えば高周波加熱によってオーステナイト状態になる1000℃に急速加熱すると、前述の例のごとく、F点はH点に向かって固溶していくことになるが、H点(セメンタイトが固溶する場合のセメンタイトと等炭素活量の関係にあるオーステナイト界面)での炭素活量が元のE点の炭素活量よりも低くなるために、まずH点までセメンタイトが炭素の拡散律速機構ですばやく固溶した後、さらに長時間の加熱を続けることによってセメンタイトと平衡するγ相組成(H点)がセメンタイトの固溶度線に沿ってE点と等炭素活量の関係にあるセメンタイトの固溶度線上のI点にCrの拡散を伴いながらセメンタイトを固溶し、オーステナイト(γ)組成がI点に到達した時点でセメンタイトが完全に固溶することがわかる。したがって、短時間の加熱、焼入れ後のマルテンサイト母相中の炭素濃度は、H点を通る等炭素活量線上のG点とほぼ同じCr濃度(0.24重量%)での炭素濃度約0.6重量%となり、非常に硬質なマルテンサイト中に約3体積%のセメンタイトが未固溶状態で分散することがわかる。
(2) When the cementite solid solution is greatly delayed 1
When steel indicated by point E (0.8 wt% C, 1 wt% Cr) in Fig. 2 is sufficiently heated at 700 ° C in the coexistence region of ferrite and cementite, point G (ferrite, 0.24 wt% Cr) and point F (Cementite, 6.61 wt% Cr). In this state, when rapidly heated to 1000 ° C., which becomes an austenite state by high-frequency heating, the F point becomes a solid solution toward the H point as described above. However, the carbon activity at the H point (the austenite interface having the same carbon activity as cementite when the cementite is dissolved) is lower than the carbon activity at the original E point. First, after cementite quickly dissolves to the H point by the diffusion-controlled mechanism of carbon, the γ-phase composition (H point) that equilibrates with cementite by further heating for a long time is the solid solubility curve of cementite. Along with this, the cementite is dissolved at the point I on the solid solubility line of the cementite, which is in the relationship with the E point and the isocarbon activity, with the diffusion of Cr, and when the austenite (γ) composition reaches the point I, the cementite It turns out that it dissolves completely. Therefore, the carbon concentration in the martensitic matrix after heating and quenching for a short time is about 0 at the same Cr concentration (0.24 wt%) as the G point on the isocarbon activity line passing through the H point. It can be seen that about 3% by volume of cementite is dispersed in an undissolved state in very hard martensite.

(3)セメンタイトの固溶が大きく遅延される場合2
前記(2)の場合におけるH点は、セメンタイトと異なるCr炭化物とオーステナイト(γ相)が平衡し、非平衡なセメンタイトとオーステナイト(γ相)の二相平衡がセメンタイトの固溶過程において成り立つと仮定しているが、このセメンタイトの固溶過程において、Cr炭化物の固溶度線上のJ点を通る等炭素活量線(約0.2)までは、炭素拡散律速でセメンタイトが固溶するが、それ以後のセメンタイトの固溶は、セメンタイト消失前にCr炭化物が形成される必要性のないように、オーステナイト(γ相)界面組成は、少なくともCr炭化物が析出しなくても良い(オーステナイト(γ相)+セメンタイト+Cr)三相共存領域のK点に到達する拘束条件が加わるためにセメンタイトの固溶がより遅延されることがわかる。この場合の前記高周波加熱・焼入れによって得られるマルテンサイト母相中の炭素濃度は約0.45重量%となり、硬質な(HRC57〜61)マルテンサイト母相中に約5体積%のセメンタイトが未固溶状態で分散することがわかる。
(3) When the dissolution of cementite is greatly delayed 2
In the case of (2), the H 7 point is that Cr 7 C 3 carbide different from cementite and austenite (γ phase) are in equilibrium, and the two-phase equilibrium of non-equilibrium cementite and austenite (γ phase) is in the solution process of cementite. In this solid solution process of cementite, up to the isocarbon activity line (about 0.2) passing through point J on the solid solubility line of Cr 7 C 3 carbide, the cementite is controlled by carbon diffusion rate. However, the subsequent cementite solid solution does not require the formation of Cr 7 C 3 carbide before the disappearance of cementite, so that the austenite (γ phase) interface composition is at least Cr 7 C 3 carbide. There does not need to be deposited (the austenite (gamma phase) + cementite + Cr 7 C 3) of the cementite to constraints reaching the K point of the three-phase coexisting region is applied It can be seen that the solvent is more delay. In this case, the carbon concentration in the martensite matrix obtained by the induction heating and quenching is about 0.45% by weight, and about 5% by volume of cementite is not solidified in the hard (HRC 57-61) martensite matrix. It turns out that it disperses in a molten state.

なお、前述の検討結果から、セメンタイトの顕著な遅延が発生する限界点は1000℃の加熱条件ではセメンタイト中のCr濃度が約3重量%に濃縮する(J点)場合であることは明らかであり、900℃の加熱では約2.5重量%であるので、例えば、C:0.55重量%、Cr:0.3重量%を含有する鋼を700℃で加熱する場合のセメンタイト中の[Cr濃度]=αKCr×鋼中のCr濃度/(1−(鋼中の炭素濃度/6.67)×(1−αKCr))は2.6重量%と算出されることから、Crの下限添加量はほぼ0.3重量%であり、好ましくは0.4重量%以上であることがわかる。ここで、αKCrはフェライト相とセメンタイト間のCrの濃縮性をあらわす分配係数であって、分配係数αKM=セメンタイト中のM元素濃度(重量%)÷フェライト中のM元素濃度(重量%)と定義されるものであり、各合金元素の分配係数(700℃での)は、
αKCr=28、αKMn=10.5、αKv=9.0、αKMo=7.5、αKW=2.0、αKNi=0.34、αKSi,Al≒0であることが知られており、Crが各種合金中で最もセメンタイトへ濃縮することがわかる。
From the above-mentioned examination results, it is clear that the limit point at which a significant delay of cementite occurs is when the Cr concentration in cementite is concentrated to about 3% by weight (point J) under heating conditions of 1000 ° C. When heated at 900 ° C., about 2.5% by weight, for example, [Cr in cementite in the case where steel containing C: 0.55% by weight and Cr: 0.3% by weight is heated at 700 ° C. Concentration] = αKCr × Cr concentration in steel / (1- (carbon concentration in steel / 6.67) × (1-αKCr)) is calculated as 2.6% by weight, so the lower limit addition amount of Cr Is about 0.3 wt%, preferably 0.4 wt% or more. Here, αKCr is a distribution coefficient representing the concentration of Cr between the ferrite phase and cementite, and is defined as distribution coefficient αKM = M element concentration in cementite (wt%) ÷ M element concentration in ferrite (wt%). The distribution coefficient (at 700 ° C.) of each alloy element is
It is known that αKCr = 28, αKMn = 10.5, αKv = 9.0, αKMo = 7.5, αKW = 2.0, αKNi = 0.34, αKSi, Al≈0, and Cr is It turns out that it concentrates most to cementite in various alloys.

さらに、前記900〜1050℃で高周波加熱・焼入れ法を転動部材に適用するために、その焼入れ後に140℃以上の焼戻し処理したマルテンサイト母相硬さを少なくともHRC55以上に高める必要があることから、マルテンサイト母相中の炭素濃度を0.3重量%、より好ましくは0.4重量%以上に高めるために、セメンタイト中のCr濃度が10重量%以下となるように調整することが必要であることがわかる。よって、本発明においては、セメンタイト中のCr濃度が2.5〜10重量%の範囲で調整されるのが好ましいことがわかる。   Furthermore, in order to apply the high-frequency heating / quenching method to the rolling member at 900 to 1050 ° C., it is necessary to increase the martensitic matrix hardness after tempering at 140 ° C. or higher to at least HRC 55 or higher after the quenching. In order to increase the carbon concentration in the martensite matrix to 0.3 wt%, more preferably 0.4 wt% or more, it is necessary to adjust the Cr concentration in cementite to 10 wt% or less. I know that there is. Therefore, in this invention, it turns out that it is preferable to adjust Cr density | concentration in cementite in the range of 2.5 to 10 weight%.

また、前記炭素拡散律速で拡散する時のマルテンサイト母相中の炭素濃度が約0.9重量%C以上になると、前記高周波加熱・焼入れ時の焼割れ性が高まり易いことから、その炭素濃度が0.3〜0.8重量%となるように調整されることが好ましいので、鋼材炭素量は未固溶セメンタイト量を2〜15体積%とすると、0.5〜1.5重量%で適用できることがわかる。   Further, when the carbon concentration in the martensite matrix when diffusing at the carbon diffusion rate is about 0.9 wt% or more, the carbon cracking property at the time of induction heating and quenching is likely to increase, so the carbon concentration Is preferably adjusted so as to be 0.3 to 0.8% by weight, and the amount of steel carbon is 0.5 to 1.5% by weight when the amount of undissolved cementite is 2 to 15% by volume. It turns out that it is applicable.

したがって、0.5〜1.5重量%炭素を添加するときのCr量としては1.8重量%以下であることが好ましいが、経済的な観点からは1.5重量%以下で調整されることが好ましい。さらには、後述するように歯車用鋼材に適用する場合においては、焼入れ性を抑えるために、1.0重量%以下で使用されることが好ましい。   Therefore, the Cr amount when adding 0.5 to 1.5 wt% carbon is preferably 1.8 wt% or less, but is adjusted to 1.5 wt% or less from an economical viewpoint. It is preferable. Furthermore, when applied to gear steel as will be described later, it is preferably used at 1.0% by weight or less in order to suppress hardenability.

またさらに、前述の炭素との親和力が大きく、フェライトとセメンタイト間の分配係数αKMが大きいV、Cr、Mo、Wがセメンタイトへの濃縮傾向が大きいだけでなく、前記(3)の関係で記載したようなCr炭化物の存在と同様に、Fe21Mo、V、WC特殊炭化物が存在することから、Crと同様の検討がされ、セメンタイト中のV、Mo、W濃度がそれぞれ0.3重量%V、1重量%Mo、1重量%W以上に調整されることが必要とわかり、その結果、V:0.1重量%以上、Mo:0.3重量%以上およびW:0.5重量%以上の添加によって前記セメンタイトの固溶遅延が発現されるので、本発明においては少なくともCrが0.3重量%以上および/またはVが0.1重量%以上添加されるものとし、Mo、Wが必要に応じて複合添加されることが好ましいものとした。 Furthermore, V, Cr, Mo, and W, which have a large affinity with carbon and have a large partition coefficient αKM between ferrite and cementite, are not only highly concentrated to cementite, but also described in the relationship (3) above. Similar to the presence of such Cr 7 C 3 carbides, Fe 21 Mo 2 C 6 , V 4 C 3 , and WC special carbides are present, so the same examination as Cr 7 C 3 is conducted, and V in the cementite, It is understood that the Mo and W concentrations need to be adjusted to 0.3 wt% V, 1 wt% Mo, 1 wt% W or more, respectively. As a result, V: 0.1 wt% or more, Mo: 0.3 Addition of not less than wt% and W: 0.5 wt% or more causes a solid solution delay of the cementite, so in the present invention, at least Cr is 0.3 wt% or more and / or V is 0.1 wt% Add more Shall be, Mo, W is assumed is preferably added in combination as needed.

なお、Vは前述のように0.3重量%を越えるとV炭化物が高周波焼入れ後のマルテンサイト母相中に残留するようになり、かつ、Vが顕著な前述の硬質粒子分散効果を発揮することから、V添加量範囲としては0.1〜2.0重量%が好ましいことがわかる。 When V exceeds 0.3% by weight as described above, V 4 C 3 carbides remain in the martensite matrix after induction hardening, and V 4 C 3 is remarkable. Since the particle dispersion effect is exhibited, it is understood that 0.1 to 2.0% by weight is preferable as the V addition amount range.

Mo、V、WはそれぞれMo:約2重量%、V:約0.6重量%、W:約1.5重量%までセメンタイトに固溶できることが知られているが、上記のMo:1重量%以下、V:0.3重量%以下、W:1重量%以下の範囲の場合には、前記(2)の関係でセメンタイトの固溶遅延作用に関係するので、前記(2)の関係のCrの作用に加算されることは明らかであり、セメンタイト中の(Cr+V+Mo+W)濃度が2.5〜10重量%に調整されることがより好ましいことが明らかである。   It is known that Mo, V, and W can be dissolved in cementite up to Mo: about 2% by weight, V: about 0.6% by weight, and W: about 1.5% by weight. % Or less, V: 0.3% by weight or less, and W: 1% by weight or less, because it relates to the solid solution delaying action of cementite in the relationship of (2), the relationship of (2) above. It is clear that it is added to the action of Cr, and it is clear that the (Cr + V + Mo + W) concentration in cementite is more preferably adjusted to 2.5 to 10% by weight.

また、MnはV,MoよりもαKMnが大きく、セメンタイト中に顕著に濃縮する元素であるが、オーステナイト状態での特殊炭化物の存在が無く、かつ、通常添加される鋼組成範囲(〜1.5重量%)においては(セメンタイト中〜8.5重量%Mn)、前記(2)の関係によるセメンタイトの固溶遅延作用がないことは明らかであるので、Mnは1.5重量%以下を適量とできることは明らかである。   Further, Mn has a larger αKMn than V and Mo, and is an element that is remarkably concentrated in cementite. However, there is no special carbide in the austenite state, and the steel composition range that is usually added (˜1.5). Weight%) (˜8.5 wt% Mn in cementite), it is clear that there is no solid solution delaying action of the cementite due to the relationship (2) above, so Mn should be 1.5 wt% or less. Obviously we can do it.

なお、前記セメンタイトとフェライト間の分配係数αKMは前述のように700℃で十分加熱したときのものであって、例えば加熱温度を600℃に下げた時にはそれらの分配係数はより大きくなり、Cr、Mn,V,Moはよりセメンタイトに濃縮されるが、その加熱が短時間すぎた場合には十分に濃縮されないので、あらかじめ鋼の共析温度以下で加熱処理しておくことが好ましいことは明らかである。   The distribution coefficient αKM between the cementite and the ferrite is that when sufficiently heated at 700 ° C. as described above. For example, when the heating temperature is lowered to 600 ° C., the distribution coefficient becomes larger, Cr, Although Mn, V, and Mo are more concentrated to cementite, it is clear that it is preferable to heat-treat in advance below the eutectoid temperature of the steel because it is not sufficiently concentrated when the heating is too short. is there.

さらに、前記転動面層のマルテンサイト母相中にパーライト組織の板状セメンタイトや粗大セメンタイト粒子が分散することは強度的に好ましくないことは明らかであり、高周波焼入れの前処理として、セメンタイトを粒状化し、平均粒径1μm以下に微細化しておくことがより好ましいことは明らかであるが、そのセメンタイト粒子の微細化はαKMの大きな元素を添加することが必要であり、セメンタイトへの濃縮傾向が最も大きいCrを添加することが好ましいことは明らかである。   Furthermore, it is clear that it is not preferable in terms of strength to disperse pearlite-structured plate-like cementite or coarse cementite particles in the martensite matrix of the rolling surface layer, and as a pretreatment for induction hardening, cementite is granular. It is clear that it is more preferable to reduce the size to an average particle size of 1 μm or less. However, it is necessary to add an element having a large αKM, and the concentration tendency to cementite is the most. Clearly, it is preferable to add large Cr.

上記セメンタイトへの合金の濃縮は(フェライト+セメンタイト)二相組織における熱処理であるが、A1温度以上で(オーステナイト+セメンタイト)二相組織において加熱することによってもセメンタイトへの合金元素の濃縮を図ることができるので、例えば800℃での、セメンタイト中の合金元素Mの濃度÷オーステナイト中の合金元素Mの濃度=γKMで定義されるγKM(セメンタイト/オーステナイト間の合金元素Mの分配係数。例えば、γKCr:8.5、γKV:13、γKMo:4.2、γKMn:2.4である。)を用いてセメンタイト中の合金元素濃度を調整することができることは明らかである。   Concentration of the alloy to cementite is a heat treatment in a (ferrite + cementite) two-phase structure, but the alloy element is also concentrated in the cementite by heating in the two-phase structure at (Austenite + cementite) above the A1 temperature. For example, at 800 ° C., the concentration of alloy element M in cementite / the concentration of alloy element M in austenite = the concentration of alloy element M in austenite = γKM (partition coefficient of alloy element M between cementite / austenite. For example, γKCr. : 8.5, γKV: 13, γKMo: 4.2, γKMn: 2.4), it is apparent that the alloying element concentration in cementite can be adjusted.

また、前述のように急速、短時間加熱した時の溶解したセメンタイトの位置周辺や未溶解セメンタイトの周辺においては、先の図1、図2の等炭素活量線の関係から理解されるように、Ms温度を顕著に低下させるC、Mn、Cr、Moが濃縮しており、それらの周辺において残留オーステナイト相が形成されやすくなり、特に、内部切欠きになりやすい上記特殊炭化物、窒化物、炭窒化物やセメンタイトが分散した転動面層における靭性を回復し、かつ面圧強度を改善する上で好ましいことは明らかであり、本発明においては残留オーステナイト相が10〜50体積%の範囲に調整されることとした。   Further, as described above, in the vicinity of the position of dissolved cementite and the vicinity of undissolved cementite when heated rapidly and for a short time, as understood from the relationship of the isocarbon activity lines in FIGS. 1 and 2 above. Cs, Mn, Cr, and Mo that remarkably lower the Ms temperature are concentrated, and the residual austenite phase is likely to be formed in the vicinity thereof. In particular, the above-mentioned special carbides, nitrides, and charcoals that are prone to internal notches It is clear that it is preferable to recover toughness in the rolling contact layer in which nitride and cementite are dispersed and to improve the surface pressure strength, and in the present invention, the residual austenite phase is adjusted in the range of 10 to 50% by volume. It was decided to be done.

残留オーステナイトの下限値は従来の浸炭焼入れによる残留オーステナイト相量を参考にし、上限の残留オーステナイト相量は50体積%以上では耐摩耗性が顕著に低減することがよく知られていることから50体積%とした。   The lower limit value of the retained austenite is referred to the amount of retained austenite phase by conventional carburizing and quenching, and it is well known that the upper limit retained austenite phase amount is 50 volume% or more, so that the wear resistance is significantly reduced. %.

また、前述のように高周波焼入れ前組織をセメンタイト球状化組織とする場合においては、素材調質(焼入れ焼戻し熱処理)による球状化を図る場合には、一旦深いマルテンサイト層を形成する必要があるために、必然的に焼入れ性の高い鋼を使う必要があるが、本発明においては球状化焼きなまし処理によって実施されることが好ましく、とりわけ、共析温度を顕著に高めるSi、Alを多量に添加する鋼においては、その熱処理時間が大幅に短縮できる特徴を有している。   In addition, in the case where the structure before induction hardening is a cementite spheroidized structure as described above, a deep martensite layer needs to be formed once when spheroidizing is performed by material refining (quenching and tempering heat treatment). In addition, it is inevitably necessary to use a steel having high hardenability, but in the present invention, it is preferably carried out by spheroidizing annealing, and in particular, a large amount of Si and Al that significantly increase the eutectoid temperature is added. Steel has a feature that its heat treatment time can be greatly shortened.

前記高周波焼入れを実施して利用する転動部材は、その際の加熱均質時間が数秒以内であることが多く、前述のようにセメンタイトにCr,Mo,V、Mn等を濃縮して高周波焼入れした場合に、マルテンサイト母相内での合金元素の均質化はほとんど進まないために、焼戻し軟化抵抗性が低下することによって、前述の転動面強度に対するセメンタイトによる粒子分散効果が十分に発現されず、浸炭焼入れ転動部材に較べてもその面圧強度が改善されないことが危惧されるために、セメンタイト中にほとんど濃縮せず、マルテンサイト母相に効率良く残留して、マルテンサイト母相の焼戻し軟化抵抗性を高めるSi、Alを、少なくとも前記鋼材に、Si:0.5〜3.0重量%もしくはAl:0.20〜1.5重量%のいずれか一方または(Si+Al):0.5〜3.0重量%を含有し、さらに、V,Ti,Zr,Nb,Ta,Hf,Mn,Ni,Cr,Mo,Cu,W,B,Caの一種以上の合金元素とP,S,N,O等の不可避的不純物元素が含有され、残部が実質的にFeから鋼材を用いることとした。またさらに、上記鋼材からなる転動面層を焼入れ処理もしくは高周波焼入れ処理後に300℃以下の焼戻し処理を施し、その焼入れ硬化層が300℃の焼戻しによってもHRC50以上となるように、
5≦4.3×Si(重量%)+7.3×Al(重量%)+3.1×V(重量%)+1.5×Mo(重量%)+1.2×Cr(重量%)×(0.45÷C(重量%))
の関係を満足するように調整されてなる鋼材を用いることがより好ましいこととした。
The rolling member used by performing the induction hardening often has a heating homogenization time within a few seconds. As described above, Cr, Mo, V, Mn, etc. are concentrated in the cementite and induction-quenched. In this case, since the homogenization of the alloy elements in the martensite matrix hardly progresses, the particle dispersion effect due to cementite on the rolling contact surface strength is not sufficiently exhibited due to the decrease in temper softening resistance. Because there is a concern that the surface pressure strength is not improved compared to carburized and quenched rolling members, it hardly concentrates in cementite and remains efficiently in the martensite matrix, temper softening of the martensite matrix Si or Al for improving resistance is added to at least the steel material, either Si: 0.5 to 3.0 wt% or Al: 0.20 to 1.5 wt%. (Si + Al): 0.5 to 3.0% by weight, and more than one of V, Ti, Zr, Nb, Ta, Hf, Mn, Ni, Cr, Mo, Cu, W, B, and Ca An alloy element and unavoidable impurity elements such as P, S, N, and O are contained, and the balance is substantially made of Fe. Furthermore, the rolling surface layer made of the steel material is subjected to tempering treatment at 300 ° C. or lower after quenching treatment or induction quenching treatment, and the hardened hardened layer becomes HRC50 or more by tempering at 300 ° C.
5 ≦ 4.3 × Si (wt%) + 7.3 × Al (wt%) + 3.1 × V (wt%) + 1.5 × Mo (wt%) + 1.2 × Cr (wt%) × (0 .45 ÷ C (wt%))
It is more preferable to use a steel material adjusted so as to satisfy the above relationship.

なお、前述のS55C炭素鋼の300℃焼戻し硬さはHRC47であり、このマルテンサイト母相中に前記硬質粒子分散させた場合において、ほぼ浸炭焼入れ歯車の面圧強度に匹敵することを考慮して、本発明においては300℃の焼戻し処理によってもマルテンサイト母相の硬さがHRC50以上となるようにしたが、より面圧強度を高めた転動部材としては、その硬さがHRC53以上であることがより好ましい。   In addition, the 300 ° C. tempering hardness of the S55C carbon steel described above is HRC47, and considering that when the hard particles are dispersed in this martensite matrix, it almost matches the surface pressure strength of the carburized and quenched gear. In the present invention, the hardness of the martensite matrix is set to HRC50 or higher even by tempering at 300 ° C., but as a rolling member with higher surface pressure strength, the hardness is HRC53 or higher. It is more preferable.

また、本発明では、Si,Al等のフェライト安定化元素を多量に添加するので、高周波焼入れ時においてフェライト相が焼入れ硬化層に残留する危険性がまず検討される必要があるが、図3に示すように3重量%Siを添加した鋼においては炭素量を0.35重量%以上で、より好ましくは0.45重量%以上に添加することによって高周波焼入れ時の加熱温度(900〜1050℃)において十分にオーステナイト化することがわかる。また、Siの代わりにAlを添加する場合においては、AlはSiの2倍以上のフェライト安定化能力を持つことから、本発明においては1.5重量%をAl上限添加量とすることが好ましいことは明らかである。   In the present invention, since a large amount of ferrite stabilizing elements such as Si and Al is added, it is necessary to first examine the risk that the ferrite phase remains in the hardened hardened layer during induction hardening. As shown, in the steel added with 3 wt% Si, the heating temperature during induction hardening (900 to 1050 ° C.) by adding the carbon amount to 0.35 wt% or more, more preferably 0.45 wt% or more. It can be seen that the austenite is sufficiently formed. In addition, when Al is added instead of Si, since Al has a ferrite stabilizing ability that is twice or more that of Si, in the present invention, it is preferable that 1.5% by weight is the Al upper limit addition amount. It is clear.

前記高周波焼入れの前組織として、(フェライト+パーライト)組織であっても、粗大なフェライトが存在する場合には、短時間の高周波加熱によって均質化され難いことから、本発明のように前記Ti,V,Zr,Nb,Ta,Hfの炭化物、炭窒化物を含有し、(フェライト+パーライト)組織を細かくし、粗大フェライトの発生を抑えることや鋼中の炭素量を0.6重量以上に調整することが好ましいことは明らかである。   Even if it is a (ferrite + pearlite) structure as a structure prior to induction hardening, it is difficult to homogenize by high-frequency heating for a short time when coarse ferrite is present. Contains carbides, carbonitrides of V, Zr, Nb, Ta, and Hf, refines the structure of (ferrite + pearlite), suppresses the generation of coarse ferrite, and adjusts the amount of carbon in steel to 0.6 weight or more It is clear that it is preferable to do so.

なお、Cr,Mn,Moは鋼の焼入れ性を顕著に高め、高濃度な炭素を含有する鋼においては高周波焼入れ焼入れ時の焼割れ性が高まるために、Cr,Mn,MoをA1温度(共析変態温度)〜550℃加熱状態で十分にセメンタイト中に濃縮させ、そのセメンタイトを残留させるように高周波焼入れすることによって、オーステナイトの焼入れ性を大幅に低減することが好ましく、とりわけMnは鋼の焼入れ性を最も高める元素であり、Crの添加によって前述のように残留するセメンタイト中にMnを濃縮させることは高周波焼入れによるオーステナイトの焼入れ性を低減する作用が発現されるので、高周波加熱・焼入れ法で歯車を歯形に沿って焼入れ硬化させる輪郭焼入れにとって都合が良いが、より好ましくは、鋼材におけるMn添加量を0.2〜0.5重量%に制限することが好ましいことは明らかであり、本発明においては、転動部材に利用する鋼として、少なくともCr:0.3〜1.5重量%および/またはV:0.1〜0.3重量%を含有し、さらに、Mn:0.2〜0.5重量%、Mo:0.5重量%以下、W:0.5重量%以下の一種以上を含有することが好ましいことは明らかである。   Note that Cr, Mn, and Mo significantly increase the hardenability of the steel, and in steels containing high concentrations of carbon, the cracking properties during induction hardening and quenching increase. It is preferable that the hardenability of austenite is significantly reduced by concentrating in cementite sufficiently in a heated state at a temperature of 550 ° C. and induction hardening so as to leave the cementite, and in particular, Mn is a hardened steel. It is an element that enhances the properties most. Concentration of Mn in the residual cementite by adding Cr as described above has the effect of reducing the hardenability of austenite by induction hardening. It is convenient for contour quenching in which the gear is hardened by hardening along the tooth profile, but more preferably, Mn addition in the steel material is performed. It is clear that it is preferable to limit the amount to 0.2 to 0.5% by weight, and in the present invention, at least Cr: 0.3 to 1.5% by weight and steel used for the rolling member / Or V: 0.1 to 0.3 wt%, Mn: 0.2 to 0.5 wt%, Mo: 0.5 wt% or less, W: 0.5 wt% or less It is clear that it is preferable to contain the above.

さらに、前記V,Ti,Zr,Nb,Ta,Hfの一種以上の合金元素からなる平均粒径が0.2〜5μmの炭化物、窒化物および/または炭窒化物や平均粒径1.5μm以下のセメンタイト粒子を分散させた転動面層に、浸炭、浸炭浸窒もしくは浸窒処理によって、V,Ti,Zr,Nb,Ta,Hfの一種以上の合金元素からなる平均粒径が0.2μm以下の窒化物および/または炭窒化物が新たに析出分散され、その転動面層の炭素量がC:0.65〜1.5重量%および/または窒素量がN:0.1〜0.7重量%に調整されていることを特徴とする高耐面圧強度に優れた転動部材を開発した。   Further, carbides, nitrides and / or carbonitrides having an average particle size of 0.2 to 5 μm, and an average particle size of 1.5 μm or less, composed of one or more alloy elements of V, Ti, Zr, Nb, Ta, and Hf. The average particle diameter of one or more alloy elements of V, Ti, Zr, Nb, Ta, and Hf is 0.2 μm by carburizing, carburizing, or nitriding treatment on the rolling surface layer in which the cementite particles are dispersed. The following nitrides and / or carbonitrides are newly deposited and dispersed, and the rolling surface layer has a carbon content of C: 0.65 to 1.5% by weight and / or a nitrogen content of N: 0.1 to 0. Developed a rolling member with excellent surface pressure strength, characterized by being adjusted to 0.7% by weight.

前述のように、あらかじめV,Ti,Zr,Nb,Ta,Hfの一種以上の合金元素からなる平均粒径が0.2〜5μmの炭化物、窒化物および/または炭窒化物を分散させた鋼に、浸炭、浸炭浸窒、浸窒処理を施した場合においては、マトリックス中に固溶するV,Ti,Zr,Nb,Ta,Hfがより微細な窒化物や炭窒化物として析出することや、マトリックス中に固溶するV,Ti,Zr,Nb,Ta,Hfがより固溶度の小さな炭窒化物として、あらかじめ分散している炭化物が炭窒化物に変化するとともに部分的に一旦再固溶してより安定な炭窒化物として0.2μm以下の微細に析出することが起こり、その転動面層の耐焼付き性が画期的に改善されると同時に耐面圧強度が改善されることを明らかにした。   As described above, steel in which carbides, nitrides and / or carbonitrides having an average particle diameter of 0.2 to 5 μm made of one or more alloy elements of V, Ti, Zr, Nb, Ta, and Hf are dispersed in advance. In addition, when carburizing, carburizing, nitriding, or nitriding treatment is performed, V, Ti, Zr, Nb, Ta, Hf dissolved in the matrix may precipitate as finer nitrides or carbonitrides. V, Ti, Zr, Nb, Ta, and Hf dissolved in the matrix are carbonitrides having a lower solid solubility, and the previously dispersed carbides are changed to carbonitrides and partially re-solidified once. It melts and precipitates as fine as 0.2 μm or less as a more stable carbonitride, and the seizure resistance of the rolling surface layer is remarkably improved and the surface pressure strength is improved at the same time. It revealed that.

なお、前記浸炭、浸炭浸窒、浸窒処理で極めて細かな炭化物、窒化物および/または炭窒化物を新たに分散させる層深さは、その分散作用が摺動面における耐焼付き性の改善と転動面層の焼戻し軟化が最表面層部に集中することおよび、歯車部材などの転動面摩耗寿命が100μmまでの範囲で決定されることから、経済的な観点から100μm以下とすることが好ましいことは明らかである。   In addition, the layer depth at which extremely fine carbides, nitrides and / or carbonitrides are newly dispersed in the carburizing, carburizing and nitriding treatments, and the dispersion action improves seizure resistance on the sliding surface. Since the temper softening of the rolling surface layer concentrates on the outermost surface layer portion and the rolling surface wear life of the gear member or the like is determined in the range of up to 100 μm, it may be set to 100 μm or less from an economical viewpoint. It is clear that it is preferable.

前記転動面層の焼入れ方法としては高周波焼入れを前提にして、安価な転動部材に関する開発であるが、前記V,Ti,Zr,Nb,Ta,Hfの一種以上の合金元素からなる平均粒径が0.2〜5μmの炭化物、窒化物および/または炭窒化物をあらかじめ分散させておくこと、1μm以下のセメンタイト粒子を分散させた転動面層に、浸炭、浸炭浸窒もしくは浸窒処理によって、V,Ti,Zr,Nb,Ta,Hfの一種以上の合金元素からなる平均粒径が0.2μm以下の炭化物、窒化物および/または炭窒化物を新たに析出分散させることによって転動面層の耐面圧強度を改善する手法は、浸炭焼入れ、浸炭浸窒焼入れ方法によっても適用されることは明らかであるが、浸炭、浸炭浸窒後に前述の高周波焼入れ処理を施すことによって、微細なセメンタイト粒子の分散、大きな圧縮残留応力の付与、旧オーステナイト結晶粒の微細化、マルテンサイト母相の固溶炭素濃度の調整による強靭化等の改善が図れることがより好ましいことは明らかである。   The rolling surface layer is hardened by induction hardening on the premise of induction hardening. However, an average grain composed of one or more alloy elements of V, Ti, Zr, Nb, Ta, and Hf is used. Carbide, carburizing or nitrocarburizing treatment is performed on a rolling surface layer in which cementite particles having a diameter of 1 μm or less are dispersed by previously dispersing carbide, nitride and / or carbonitride having a diameter of 0.2 to 5 μm. Rolling by newly depositing and dispersing carbide, nitride and / or carbonitride having an average particle size of 0.2 μm or less composed of one or more alloy elements of V, Ti, Zr, Nb, Ta, and Hf It is clear that the method of improving the surface pressure resistance of the surface layer can be applied by carburizing and carburizing and nitrocarburizing methods, but by applying the above-mentioned induction hardening treatment after carburizing and carburizing and nitriding. It is clear that it is more preferable to improve the dispersion of fine cementite particles, application of large compressive residual stress, refinement of prior austenite crystal grains, and toughening by adjusting the solid solution carbon concentration of the martensite matrix. .

さらに、浸炭、浸炭浸窒もしくは浸窒処理を施した後に転動面層を高周波焼入れで転動面層を強化する方法を適用する場合においては、少なくともC:0.2〜0.8重量%を含有するとともに、Si:0.5〜3.0重量%もしくはAl:0.2〜1.5重量%のいずれか一方もしくは(Si+Al):0.5〜3.0重量%を含有し、さらに、Mn,Ni,Cr,Mo,V,Cu,W,Ti,Nb,B,Zr,Ta,Hf,Caの一種以上の合金元素とP,S,N,O等の不可避的不純物元素が含有され、残部が実質的にFeからなる鋼材を用いることが機械加工の経済性、高周波焼入れ後において歯形に沿った焼入れ硬化層の形成、前記大きな圧縮残留応力のより効果的な発生、前記微細なセメンタイト粒子の分散、旧オーステナイト結晶粒の微細化など、歯車部材にとってより好ましいことは明らかである。   Furthermore, in the case of applying a method of strengthening the rolling surface layer by induction hardening after carburizing, carburizing or nitriding treatment, at least C: 0.2 to 0.8% by weight And containing either Si: 0.5 to 3.0 wt% or Al: 0.2 to 1.5 wt% or (Si + Al): 0.5 to 3.0 wt%, Further, one or more alloy elements of Mn, Ni, Cr, Mo, V, Cu, W, Ti, Nb, B, Zr, Ta, Hf, and Ca, and inevitable impurity elements such as P, S, N, and O are included. It is contained that the steel material is substantially composed of Fe, and the economical efficiency of machining, formation of a hardened hardening layer along the tooth profile after induction hardening, more effective generation of the large compressive residual stress, the fine Dispersion of cementite particles, former austenite Such finer Akiratsubu, it is clear and more preferable for the gear member.

前記浸炭もしくは浸炭浸窒処理を施す転動部材に使用する鋼材においては、V,Ti,Zr,Nb,Ta,Hfを炭化物としてあらかじめ分散させるのに必要な炭素量を除いた残りの炭素量が0.1〜0.3重量%となるように調整されるものであって、Siを多量に添加する場合には、高周波焼入れ時に浸炭もしくは浸炭浸窒層より内部位置においてフェライト相が残留しやすくなり、十分な強度のマルテンサイトが形成されないことが危惧されることから、オーステナイト相を安定化するMn,Niを(Mn+Ni):1.0〜2.5重量%として焼入れ温度を低く抑えるとともに、前記セメンタイトを分散させるためのCr:0.5〜1.5重量%、焼入れ性を高めるためのMo:0.35重量%以下、B:0.0005〜0.005重量%を含有させることが好ましいこととした。   In the steel material used for the rolling member subjected to the carburizing or nitrocarburizing treatment, the remaining carbon amount excluding the carbon amount necessary to disperse V, Ti, Zr, Nb, Ta, and Hf in advance as a carbide is obtained. It is adjusted to be 0.1 to 0.3% by weight, and when adding a large amount of Si, the ferrite phase tends to remain in the inner position than the carburized or carburized nitrogen layer during induction hardening. Since there is a concern that martensite having sufficient strength is not formed, Mn and Ni for stabilizing the austenite phase are set to (Mn + Ni): 1.0 to 2.5% by weight, and the quenching temperature is kept low. Cr for dispersing cementite: 0.5 to 1.5% by weight, Mo for enhancing hardenability: 0.35% by weight or less, B: 0.0005 to 0.005 It was it preferably contains an amount%.

またさらに、前記添加量のAlとNi:0.3〜1.5重量%を共存させることにより、顕著な強靭性作用が発現することをすでに特願2002−135274号で報告しており、とりわけ、0.6重量%および1.2重量%炭素を含有する高硬度マルテンサイト組織においても優れたシャルピー衝撃特性を示すことは、歯車の耐衝撃荷重を画期的に改善できる歯車材料として有効であることは明らかである。本発明ではNi添加が鋼材をより高価なものとするために、1.5重量%以下とした。   Furthermore, it has already been reported in Japanese Patent Application No. 2002-135274 that a remarkable toughness effect is exhibited by coexistence of the added amounts of Al and Ni: 0.3 to 1.5% by weight, The excellent Charpy impact properties even in a hard martensite structure containing 0.6% by weight and 1.2% by weight carbon are effective as gear materials that can dramatically improve the impact load resistance of gears. It is clear that there is. In the present invention, the addition of Ni is made 1.5% by weight or less in order to make the steel material more expensive.

前記転動部材が、浸炭焼入れ、浸炭浸窒焼入れ、または浸炭もしくは浸炭浸窒処理後に高周波焼入れした歯車部材であった場合においても、前記炭化物、窒化物および/または炭窒化物、さらにセメンタイト等の内部切欠き作用による歯元曲げ強度の劣化を抑えるために、歯元部において少なくとも50kgf/mm以上の圧縮残留応力が残留しているように、ショットピーニング等の物理的加工手段を使った歯車部材が好ましいことは明らかである。 Even when the rolling member is a gear member that is induction-hardened after carburizing and quenching, carburizing and nitriding, or carburizing or carburizing and nitriding, the carbide, nitride and / or carbonitride, and cementite, etc. A gear using physical processing means such as shot peening so that compressive residual stress of at least 50 kgf / mm 2 or more remains in the root portion in order to suppress deterioration of the root bending strength due to the internal notch action. Clearly, the member is preferred.

なお、前記各発明につながる各合金元素の働きについてまとめて次に記述する。   The function of each alloy element that leads to each of the above inventions will be described below.

V,Ti,Zr,Nb,Ta,Hf:0.2〜2.0重量%
前記合金元素は鋼中の炭素、窒素と反応してMC型炭化物、窒化物およびM(CN)型炭窒化物を形成し、また、鋼中に対する固溶度が極めて小さいことから、製鋼段階で容易に鋼中に微細に分散析出するが、これらの物質は、鋼の焼入れ硬化層に較べても極めて硬質(ビッカース硬さで1500以上)で優れた熱的、化学的に安定性を持ち、例えば超硬、サーメットのように極めて高温度にさらされる工具においても優れた耐摩耗性と耐焼付き性を示していることから明らかなように、これらの微量の分散によって摺動時の耐焼付き性を改善するが、多量に分散した場合においては、摺動時の摩擦係数が大きくなり、耐焼付き性の劣化と相手材料に対するアタック性が顕著になる問題がある。したがって、本発明においては0.4〜4体積%の範囲に分散量を限定して、耐焼付き性の改善を適正化した。
V, Ti, Zr, Nb, Ta, Hf: 0.2 to 2.0% by weight
The alloy element reacts with carbon and nitrogen in steel to form MC type carbide, nitride and M (CN) type carbonitride, and since the solid solubility in steel is extremely small, These materials easily disperse and precipitate finely in steel, but these materials are extremely hard (Vickers hardness of 1500 or more) and have excellent thermal and chemical stability compared to the hardened and hardened layer of steel. For example, carbide and cermet, such as tools exposed to extremely high temperatures, show excellent wear resistance and seizure resistance. However, when it is dispersed in a large amount, there is a problem that the friction coefficient at the time of sliding becomes large, and the seizure resistance is deteriorated and the attack property against the counterpart material becomes remarkable. Therefore, in the present invention, the amount of dispersion is limited to the range of 0.4 to 4% by volume, and the improvement of seizure resistance is optimized.

前記合金元素のうち、V炭化物は比較的オーステナイトに対する固溶度が大きく、高周波加熱条件によっては0.3重量%V相当量が固溶するために、V添加量は0.4〜2重量%とすることが好ましいが、さらに、0.1重量%以上のVの添加によって高周波加熱によるセメンタイトの固溶が遅延され、セメンタイト粒子が転動面層に有効に残留されることから、V添加量の下限値としては0.1重量%とした。また、前述のように、Vは低温焼戻しの軟化抵抗性を高めるとともに、より高温度の焼戻し軟化抵抗性ではSi,Alよりも更に顕著な軟化抵抗性を示すことから、より好ましくは0.2重量%以上を積極的に添加することが好ましい。 Among the alloy elements, V 4 C 3 carbide has a relatively large solid solubility with respect to austenite, and depending on the high-frequency heating conditions, 0.3 wt% V equivalent is solid solution. It is preferable to be 2 wt%, but further, the addition of 0.1 wt% or more of V delays the solid solution of cementite by high frequency heating, and the cementite particles effectively remain in the rolling surface layer. The lower limit of the V addition amount was 0.1% by weight. Further, as described above, V enhances the softening resistance at low temperature tempering, and at the higher temperature tempering softening resistance, the softening resistance is more remarkable than Si and Al. It is preferable to actively add at least wt%.

また更に、高周波焼入れの加熱時に過熱しすぎた場合においてもオーステナイト中に前記炭化物、窒化物および/または炭窒化物を分散させることによってオーステナイト結晶粒の粗大化を防止できることは極めて好ましいことである。   Furthermore, it is very preferable that the austenite crystal grains can be prevented from becoming coarse by dispersing the carbide, nitride and / or carbonitride in the austenite even when it is overheated during induction hardening.

Si:0.5〜3.0重量%
Siは350℃以下の低温焼戻し温度域での焼戻し軟化抵抗性を顕著に高める元素であり、その焼戻し軟化抵抗性を高める機構としては低温度で析出するε炭化物をより安定化し、セメンタイトの析出をより高温度側に引き上げることによって軟化を防止することが示されている。
Si: 0.5 to 3.0% by weight
Si is an element that remarkably enhances the temper softening resistance in the low temperature tempering temperature range of 350 ° C. or lower. As a mechanism for improving the temper softening resistance, ε carbide precipitated at a low temperature is further stabilized, and cementite is precipitated. It has been shown that softening is prevented by pulling to higher temperatures.

Siの下限添加量は、1重量%当りのSiの300℃焼戻しでの軟化抵抗△HRCが4.3であることと、0.55重量%炭素から求まる300℃焼戻しのベース硬さがHRC47.6であることから、300℃焼戻し硬さHRC50を確保するためのSi添加量は約0.5重量%であり、さらに、0.15重量%のSiが共存する場合のAl添加量は、軟化抵抗ΔHRCが7.3であることから、約0.25重量%となることより、Si、Al添加下限量と設定した。   The lower limit addition amount of Si is that the softening resistance ΔHRC at 300 ° C. tempering of Si per 1 wt% is 4.3 and the base hardness of 300 ° C. tempering obtained from 0.55 wt% carbon is HRC47. Therefore, the Si addition amount for securing the 300 ° C. tempering hardness HRC50 is about 0.5 wt%, and the Al addition amount when 0.15 wt% Si coexists is softened. Since the resistance ΔHRC was 7.3, the lower limit amount of Si and Al was set because the resistance ΔHRC was about 0.25% by weight.

また、そのSi上限量は前述のマルテンサイト母相中の固溶炭素量0.3〜0.8重量%の範囲でAc3変態温度が900℃を越えないようにし、むやみに高周波焼入れ温度を高くしないようにするために3.0重量%としたが、浸炭、浸炭浸窒処理後に油焼入れする場合においては、その鋼材の炭素量を0.2〜0.8重量%にする必要があることから、焼入れ温度がむやみに高くなり過ぎないようにその上限値を2重量%に抑えることが好ましいことは明らかである。   The upper limit of Si is such that the Ac3 transformation temperature does not exceed 900 ° C. within the range of 0.3 to 0.8% by weight of solid solution carbon in the martensite matrix, and the induction hardening temperature is unnecessarily high. However, in the case of oil quenching after carburizing and carburizing and nitriding, the carbon content of the steel material must be 0.2 to 0.8% by weight. Therefore, it is clear that the upper limit value is preferably suppressed to 2% by weight so that the quenching temperature does not become excessively high.

Al:0.25〜1.5重量%
Alは強力な脱酸作用を示すことおよび、鋼中に含有される不純物元素であるP,Sを結晶粒界から排斥する作用が強力であることから鋼材の清浄度化に有効であること、さらに、本発明では、AlがSiよりも低温焼戻し軟化抵抗性を高める元素であることを確認し(ΔHRC=7.3)、Alを単独に添加する場合の添加量を0.25〜1.5重量%とし、Siの一部を0.15〜1.5重量%のAlで置き換えて利用する場合には(Si+Al):0.5〜3.0重量%とすることを特徴としたが、前述のようにAlはSiよりもさらに強力なフェライト安定化元素であり、Ac3温度をSiに比べて約1.6倍より高める作用を有するので、その最大の添加量を1.5重量%以下とした(2.5重量%/1.6)。また、浸炭、浸炭浸窒処理後に油焼入れもしくは高周波焼入れする場合においては、その鋼材の炭素量を0.2〜0.8重量%にする必要があることから、焼入れ温度がむやみに高くなり過ぎないようにその上限値を1重量%に抑えることが好ましいことは明らかである。
Al: 0.25 to 1.5% by weight
Al has a strong deoxidizing action and is effective in purifying steel materials because it has a strong action of rejecting P and S, which are impurity elements contained in steel, from grain boundaries, Furthermore, in the present invention, it is confirmed that Al is an element that enhances the low-temperature temper softening resistance than Si (ΔHRC = 7.3), and the addition amount when adding Al alone is 0.25 to 1. 5% by weight, and when Si is partially replaced with 0.15 to 1.5% by weight of Al (Si + Al): 0.5 to 3.0% by weight, As mentioned above, Al is a ferrite stabilizing element that is stronger than Si, and has the effect of raising the Ac3 temperature by about 1.6 times compared to Si, so its maximum addition amount is 1.5 wt%. The following was set (2.5% by weight / 1.6). In addition, when oil quenching or induction quenching after carburizing and carburizing and nitriding treatment, the carbon content of the steel material needs to be 0.2 to 0.8 wt%, so the quenching temperature becomes excessively high. Obviously, it is preferable to keep the upper limit to 1% by weight.

Ni:
前記添加量のAlとNi:0.3〜2.5重量%を共存させることにより、顕著な強靭性作用が発現することをすでに特願2002−240967号で報告しており、とりわけ、0.6重量%および1.2重量%炭素を含有する高硬度マルテンサイト組織が優れたシャルピー衝撃特性を示すことは、歯車の耐衝撃荷重を画期的に改善できることは歯車材料として有効であることは明らかである。本発明ではNi添加が鋼材をより高価なものとするために、1.5重量%以下とした。また、Niはオーステナイトを安定化する元素であり、その添加はSi,Alと共存する場合において焼入れ温度を低減することから、浸炭、浸炭浸窒焼入れ処理を施して転動面層を硬化する転動部材ではMn添加量と合わせて利用することが好ましく、その目安は、例えば最大3重量%Siを添加する場合において(Mn+Ni):2.5重量%であることが好ましい。
Ni:
It has already been reported in Japanese Patent Application No. 2002-240967 that when the added amounts of Al and Ni: 0.3 to 2.5% by weight coexist, a remarkable toughness action is exhibited. The fact that a high hardness martensite structure containing 6 wt% and 1.2 wt% carbon exhibits excellent Charpy impact characteristics is that it is effective as a gear material that the impact load of a gear can be dramatically improved. it is obvious. In the present invention, the addition of Ni is made 1.5% by weight or less in order to make the steel material more expensive. Ni is an element that stabilizes austenite, and its addition reduces the quenching temperature when coexisting with Si and Al. Therefore, the rolling surface layer that hardens the rolling surface layer by carburizing and carburizing and nitrocarburizing quenching is applied. The moving member is preferably used together with the amount of Mn added, and the guideline is preferably (Mn + Ni): 2.5% by weight when, for example, a maximum of 3% by weight Si is added.

Cr:
Crは焼入れ性を顕著に高める元素であるが、高周波焼入れ法を利用して歯車歯面部を焼入れ硬化する場合には、高周波加熱によってAc3変態温度以上に加熱された表面層部のみが急速に冷却されれば良いので、歯車材としての焼入れ性(DI値)は、通常の炭素鋼レベルの焼入れ性DI値:2.0inch以上を越える必要性が無いために、前述のようにセメンタイトを分散させない歯車材料としては、その焼割れ性を軽減するために、Crは0.5重量%以下に調整されることが多いが、前述のように高周波焼入れ法によってセメンタイトを分散させる場合においては、セメンタイトを微細化するために0.3〜1.5重量%Crを添加することが好ましい。また、この場合においてはセメンタイトの球状化処理によって、Crをセメンタイト中に十分に濃縮させておき、高周波加熱時に発生するオーステナイト中への合金元素の固溶を抑えて、実質的なオーステナイト相の焼入れ性を抑えることによって焼割れ性を抑制することが好ましいが、焼入れ性にほとんど影響を与えないVによってセメンタイトの分散を図り、Cr添加量を0.5重量%以下に留めることも好ましいことは明らかである。また、前述の浸炭、浸炭浸窒後に油焼入れする転動部材においては、焼入れ性を確保する観点からCrは1.5重量%以下であることが好ましい。
Cr:
Cr is an element that remarkably enhances hardenability. However, when the gear tooth surface is hardened by induction hardening, only the surface layer heated to the Ac3 transformation temperature or higher by high-frequency heating is rapidly cooled. Therefore, the hardenability (DI value) as a gear material does not need to exceed the hardenability DI value of ordinary carbon steel level: 2.0 inch or more, so that cementite is not dispersed as described above. As a gear material, Cr is often adjusted to 0.5% by weight or less in order to reduce its cracking property. However, in the case where cementite is dispersed by induction hardening as described above, cementite should be added. In order to reduce the size, it is preferable to add 0.3 to 1.5% by weight of Cr. In this case, the cementite is spheroidized to sufficiently concentrate Cr in the cementite and suppress the solid solution of the alloy elements in the austenite that occurs during high-frequency heating, thereby substantially quenching the austenite phase. It is clear that it is preferable to suppress the cracking property by suppressing the property, but it is also preferable to disperse the cementite by V which hardly affects the hardenability and to keep the Cr addition amount to 0.5% by weight or less. It is. Moreover, in the rolling member which carries out oil hardening after the above-mentioned carburizing and carburizing and nitriding, Cr is preferably 1.5% by weight or less from the viewpoint of ensuring hardenability.

Mn:
Mnは、顕著な脱硫作用を示すだけでなく、前述のようにオーステナイトを安定化させる元素であるが、さらに、鋼の焼入れ性を向上させる有効な元素であるために、目的に応じて適量添加されるが、前記マルテンサイト母相中の固溶炭素量を0.3〜0.8重量%含有する転動部材では、オーステナイトが炭素によって十分に安定化されることを考慮すると、そのMn下限量は0.2重量%であり、また、浸炭、浸炭浸窒処理を施して転動面層を高周波焼入れする転動部材ではオーステナイトを十分に安定化する炭素量が少ないために、例えばフェライトを安定化させるSiを最大3重量%添加する場合において、安価なMnを最大2重量%程度まで添加すること、もしくはNi添加量と合わせて(Mn+Ni):2.5重量%とすることが好ましい。
Mn:
Mn is not only a remarkable desulfurization action, but also an element that stabilizes austenite as described above. Furthermore, since Mn is an effective element that improves the hardenability of steel, an appropriate amount is added depending on the purpose. However, in a rolling member containing 0.3 to 0.8% by weight of solid solution carbon in the martensite matrix, considering that austenite is sufficiently stabilized by carbon, The limiting amount is 0.2% by weight. In addition, in a rolling member that performs carburizing and carburizing and nitrocarburizing treatment and induction-quenching the rolling surface layer, the amount of carbon that sufficiently stabilizes austenite is small. When adding up to 3% by weight of stabilizing Si, add up to about 2% by weight of inexpensive Mn, or (Mn + Ni): 2.5% by weight together with the amount of Ni added Preferred.

Mo:
Moは鋼の焼入れ性を向上させる有効な元素であるとともに、焼戻し脆性を抑える元素であることから、本発明では通常肌焼きSCM鋼と同レベルの0.35重量%以下の範囲で添加されることが好ましいものとしたが、前述の高周波焼入れ法が適用される転動部材においては、0.3重量%以上の添加によって高周波加熱時のオーステナイトへのセメンタイトの固溶を遅延するが、その役割と経済的な観点を考慮して不可欠な添加元素でないことは明らかであり、Wについてもほぼ同様である。
Mo:
Mo is an effective element that improves the hardenability of the steel and is an element that suppresses temper brittleness. Therefore, in the present invention, it is usually added in the range of 0.35% by weight or less, which is the same level as the case-hardened SCM steel. In rolling members to which the above-described induction hardening method is applied, the addition of 0.3% by weight or more delays the solid solution of cementite in austenite during induction heating, but its role It is clear that it is not an indispensable additive element in consideration of the economic viewpoint, and W is almost the same.

次に、転動部材の製造方法について、第1発明による転動部材の製造方法は、
0.5〜1.5重量%の炭素および0.3〜1.5重量%のCrと、V,Ti,Zr,Nb,Ta,Hfからなるグループから選ばれる一種以上の合金元素を0.2〜2.0重量%含有し、それらの合金元素からなる平均粒径が0.2〜5μmの炭化物、窒化物および炭窒化物の一種以上が0.4〜4.0体積%、セメンタイトが7.5〜20体積%分散されている鋼材を用いて、誘導加熱焼入れ、低温焼戻しされた転動面層のマルテンサイト組織母相の固溶炭素濃度が0.3〜0.8重量%に調整され、その母相中に前記炭化物、窒化物および炭窒化物の一種以上が0.4〜4.0体積%、セメンタイトが2〜15体積%分散されていることを特徴とするものである。
Next, about the manufacturing method of a rolling member, the manufacturing method of the rolling member by 1st invention is the following.
0.5 to 1.5% by weight of carbon, 0.3 to 1.5% by weight of Cr, and one or more alloy elements selected from the group consisting of V, Ti, Zr, Nb, Ta, and Hf are added in an amount of 0. One to one or more of carbides, nitrides and carbonitrides having an average particle size of 0.2 to 5 μm, containing 2 to 2.0% by weight of those alloy elements, 0.4 to 4.0% by volume, and cementite Using a steel material dispersed by 7.5 to 20% by volume, the solid solution carbon concentration of the matrix phase martensitic structure of the rolling contact surface layer that has been induction-hardened and tempered at a low temperature is 0.3 to 0.8% by weight. In the matrix, one or more of the carbide, nitride and carbonitride are dispersed in an amount of 0.4 to 4.0% by volume, and cementite is dispersed in an amount of 2 to 15% by volume. .

また、第2発明による転動部材の製造方法は、
0.5〜1.5重量%の炭素および0.3〜1.5重量%のCrと、V,Ti,Zr,Nb,Ta,Hfからなるグループから選ばれる一種以上の合金元素を0.2〜2.0重量%含有し、それらの合金元素からなる平均粒径が0.2〜5μmの炭化物、窒化物および炭窒化物の一種以上が0.4〜4.0体積%、セメンタイトが7.5〜20体積%分散されている鋼材を用いて、A1温度から900〜1050℃の焼入れ温度までを10秒以内で急速加熱した後に急冷する誘導加熱焼入れ、低温焼戻しされた転動面層のマルテンサイト組織母相の固溶炭素濃度が0.35〜0.8重量%に調整され、その母相中に平均粒径が1.5μm以下の粒子状セメンタイトを2〜15体積%分散させ、さらに、残留オーステナイトを10〜50体積%残留させた前記炭化物、窒化物および炭窒化物の一種以上が0.4〜4.0体積%、セメンタイトが2〜15体積%分散されていることを特徴とするものである。
Moreover, the manufacturing method of the rolling member by 2nd invention is as follows.
0.5 to 1.5% by weight of carbon, 0.3 to 1.5% by weight of Cr, and one or more alloy elements selected from the group consisting of V, Ti, Zr, Nb, Ta, and Hf are added in an amount of 0. One to one or more of carbides, nitrides and carbonitrides having an average particle size of 0.2 to 5 μm, containing 2 to 2.0% by weight of those alloy elements, 0.4 to 4.0% by volume, and cementite Using a steel material dispersed in an amount of 7.5 to 20% by volume, induction heating quenching and rapid tempering rolling surface layer which are rapidly heated within 10 seconds from A1 temperature to a quenching temperature of 900 to 1050 ° C. The solid solution carbon concentration of the martensite structure matrix is adjusted to 0.35 to 0.8% by weight, and 2 to 15% by volume of particulate cementite having an average particle size of 1.5 μm or less is dispersed in the matrix. Furthermore, 10 to 50% by volume of residual austenite remains. One or more of the retained carbide, nitride and carbonitride are dispersed in an amount of 0.4 to 4.0% by volume, and cementite is dispersed in an amount of 2 to 15% by volume.

また、第3発明による転動部材の製造方法は、
0.2〜0.8重量%の炭素および0.5〜1.5重量%のCrと、V,Ti,Zr,Nb,Ta,Hfからなるグループから選ばれる一種以上の合金元素を0.2〜2.0重量%含有し、それらの合金元素からなる平均粒径が0.2〜5μmの炭化物、窒化物および炭窒化物の一種以上が0.4〜4.0体積%が分散する鋼材を用いて、その転動面層に浸炭、浸炭浸窒もしくは浸窒処理を施して、V,Ti,Zr,Nb,Ta,Hfからなるグループから選ばれる一種以上の合金元素からなる平均粒径が0.2μm以下の窒化物および/または炭窒化物が新たに析出分散され、その転動面の炭素量が0.65〜1.5重量%および/または窒素量が0.1〜0.7重量%に調整されるとともにセメンタイトが7.5〜20体積%分散されて、さらにその転動面層を誘導加熱焼入れ、低温焼戻しされた転動面層のマルテンサイト組織母相の固溶炭素濃度が0.35〜0.8重量%に調整され、その母相中に前記炭化物、窒化物および炭窒化物の一種以上が0.4〜4.0体積%、セメンタイトが2〜15体積%分散されていることを特徴とするものである。
Moreover, the manufacturing method of the rolling member by 3rd invention is as follows.
One or more alloy elements selected from the group consisting of 0.2 to 0.8% by weight of carbon and 0.5 to 1.5% by weight of Cr and V, Ti, Zr, Nb, Ta, and Hf One to one or more of carbides, nitrides, and carbonitrides containing 2 to 2.0% by weight and having an average particle size of 0.2 to 5 μm composed of those alloy elements are dispersed in an amount of 0.4 to 4.0% by volume. An average grain composed of one or more alloy elements selected from the group consisting of V, Ti, Zr, Nb, Ta, and Hf by using a steel material, carburizing, carburizing, or nitriding the rolling surface layer. Nitride and / or carbonitride having a diameter of 0.2 μm or less is newly precipitated and dispersed, and the amount of carbon on the rolling surface is 0.65 to 1.5% by weight and / or the amount of nitrogen is 0.1 to 0. 0.7% by weight and cementite is dispersed by 7.5 to 20% by volume, Furthermore, the solid solution carbon concentration of the martensitic matrix of the rolling surface layer of the rolling surface layer that has been induction-heated and quenched by low-temperature tempering is adjusted to 0.35 to 0.8% by weight. One or more of carbides, nitrides and carbonitrides are dispersed in an amount of 0.4 to 4.0% by volume, and cementite is dispersed in an amount of 2 to 15% by volume.

前記各発明において、転動面層における圧縮残留応力を高めるために、ショットピーニングの物理的加工を施すことが好ましい(第4発明)。   In each of the above inventions, it is preferable to perform physical processing of shot peening in order to increase the compressive residual stress in the rolling contact surface layer (fourth invention).

なお、高周波焼入れ法を利用して歯車歯面部を焼入れ硬化する場合には、高周波加熱によってAc3変態温度以上に加熱された表面層部のみが焼入れ硬化されれば良いので、歯車材としての焼入れ性(DI値)は、通常の炭素鋼レベルの焼入れ性2.0inch以上を越える必要性はあまり無く、安価な鋼材が利用できる特徴があるので、本発明ではMn,Cr添加量をより低く調整し、Si,Al,Ni,Mo,V等の合金元素を調整して鋼材のDI値が2.0inch以下となるようにすることがより好ましいことは明らかである。   In addition, when quenching and hardening the gear tooth surface portion using the induction hardening method, it is sufficient that only the surface layer portion heated to the Ac3 transformation temperature or higher by high-frequency heating is hardened and hardened. (DI value) is not required to exceed the hardenability of ordinary carbon steel level of 2.0 inch or more, and has the feature that inexpensive steel can be used. Therefore, in the present invention, the addition amount of Mn and Cr is adjusted to be lower. It is clear that it is more preferable to adjust alloy elements such as Si, Al, Ni, Mo, and V so that the DI value of the steel material is 2.0 inches or less.

上記鋼材を用いた高周波焼入れ方法としては、室温もしくはA1温度以下で予熱した状態からA1温度を越えて850〜1100℃の焼入れ温度までを誘導加熱による10秒以内の急速加熱した後に急冷する高周波焼入れ作業によって少なくとも転動面層を焼入れ硬化させることとした。後述するように十分に球状化処理したSUJ2(1.01重量%C−1.5重量%Cr、Hv200)を6℃/secの加熱速度で各焼入れ温度に加熱した後に急冷した時の焼入れ硬化層硬さ、セメンタイト残留量、マルテンサイト相の固溶炭素量を調査した結果から、十分硬質なマルテンサイト母相中に5体積%以上のセメンタイトを高密度に分散させる組織が十分に形成されることが明らかであるが、この場合における適正加熱温度は900〜1000℃であることがわかるが、SUJ2よりCr濃度を下げた場合には、セメンタイト中のCr濃度が下がり、適正加熱下限温度が1100℃程度になることが明らかである。また、少なくとも6℃/secの加熱速度から推定した場合においては、本発明の主旨とする歯車部材において、大きな圧縮残留応力の発生や歯形に沿った焼入れ硬化層の形成が難しいことから、転動面層の内部発熱による急速加熱に適した高周波(誘導)加熱方式を用いて、とりわけ高周波加熱速度から換算して上記高周波加熱時間が10秒以内であることが好ましいことは明らかである。   As the induction hardening method using the above steel material, induction hardening is performed after rapid heating within 10 seconds by induction heating from a preheated state at room temperature or below A1 temperature to a hardening temperature of 850 to 1100 ° C. exceeding A1 temperature. At least the rolling contact surface layer was quenched and hardened by the work. Quenching hardening when SUJ2 (1.01 wt% C-1.5 wt% Cr, Hv200) sufficiently spheroidized as described later is heated to each quenching temperature at a heating rate of 6 ° C / sec and then rapidly cooled. As a result of investigating the layer hardness, the cementite residual amount, and the solid solution carbon content of the martensite phase, a structure in which 5% by volume or more of cementite is dispersed at a high density in a sufficiently hard martensite matrix is sufficiently formed. Although it is clear that the proper heating temperature in this case is 900 to 1000 ° C., when the Cr concentration is lowered from SUJ2, the Cr concentration in cementite is lowered, and the proper heating lower limit temperature is 1100. It is clear that the temperature is about ° C. In addition, when estimated from a heating rate of at least 6 ° C./sec, it is difficult to generate a large compressive residual stress and to form a hardened hardened layer along the tooth profile in the gear member of the present invention. It is clear that the high-frequency heating time is preferably 10 seconds or less in terms of a high-frequency heating rate using a high-frequency (induction) heating method suitable for rapid heating by internal heat generation of the face layer.

さらにまた、転動部材の転動面層を300℃〜A1温度に予熱し、900〜1100℃の焼入れ温度まで、60kHz以下の周波数、加熱速度150℃/sec以上の条件で急速に高周波加熱後、急冷し、より低歪で歯形に沿った焼入れ硬化層が形成された転動部材がより好ましく、生産の経済性からは加熱速度の上限2500℃/secとし、3秒以内の急速加熱により高周波焼入れ方法が好ましいことは明らかである。   Furthermore, the rolling contact surface layer of the rolling member is preheated to a temperature of 300 ° C. to A1 and rapidly heated to a quenching temperature of 900 to 1100 ° C. at a frequency of 60 kHz or less and a heating rate of 150 ° C./sec or more. More preferred is a rolling member that is rapidly cooled and formed with a hardened hardened layer along the tooth profile with a lower strain. From the economic point of view of production, the upper limit of the heating rate is 2500 ° C./sec. Clearly, a quenching method is preferred.

次に、本発明による転動部材の製造方法の具体的な実施例について、図面を参照しつつ説明する。   Next, specific examples of the method for manufacturing a rolling member according to the present invention will be described with reference to the drawings.

[実施例1:焼入れ焼戻し炭素鋼および浸炭焼入れ肌焼き鋼のピッチング強度(予備試験)]
本実施例では、歯車での歯面における滑りを伴う転動疲労強度を調べるために、図4に示される試験片を用いてローラピッチング試験を実施し、各種の焼入れ焼戻し炭素鋼および浸炭焼入れ肌焼き鋼のピッチング強度を調べた。表1は本実施例に用いた各種炭素鋼、肌焼き鋼の化学成分を示したものであり、各種鋼材は図4(a)の小ローラ形状に加工した後、No.1、2、4は820℃で30分加熱後に水焼入れし160℃で3時間焼戻して、試験に供した。また、No.3は素材調質処理後に転動面を40kHz高周波電源を用いて焼入れ硬化し、前述と同様の焼戻し処理を施した。さらに、No.5は930℃で5時間の浸炭処理(炭素ポテンシャル0.8)した後850℃に冷却し、850℃で30分保持した後に60℃の焼入れ油に焼入れた後、前述と同様の焼戻し処理を施した。
[Example 1: Pitting strength of quenched and tempered carbon steel and carburized and quenched case-hardened steel (preliminary test)]
In this example, in order to investigate the rolling fatigue strength accompanied by slipping on the tooth surface of the gear, a roller pitching test was performed using the test piece shown in FIG. 4, and various quenched and tempered carbon steels and carburized and quenched skins were used. The pitching strength of the baked steel was examined. Table 1 shows the chemical components of various carbon steels and case-hardened steels used in this example. After the various steel materials were processed into the small roller shape shown in FIG. 1, 2, and 4 were heated at 820 ° C. for 30 minutes and then quenched with water, tempered at 160 ° C. for 3 hours, and subjected to the test. No. In No. 3, the rolling surface was quenched and hardened using a 40 kHz high frequency power source after the material tempering treatment, and the same tempering treatment as described above was performed. Furthermore, no. 5 was carburized at 930 ° C. for 5 hours (carbon potential 0.8), cooled to 850 ° C., held at 850 ° C. for 30 minutes, quenched into 60 ° C. quenching oil, and then tempered in the same manner as described above. gave.

Figure 2009102733
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なお、大ローラはNo.4のSUJ2材を820℃で30分加熱後に水焼入れし160℃で3時間焼戻したものを使用し、ローラピッチング試験は70℃の#30エンジンオイルで潤滑しながら、小ローラを1050rpm、大ローラ(負荷ローラ)を292rpmとして40%の滑り率を与え、面圧を375〜220kgf/mmの種々の条件で負荷を与えて実施した。 The large roller is No. 4 SUJ2 material was heated at 820 ° C for 30 minutes and then water-quenched and tempered at 160 ° C for 3 hours. The roller pitching test was lubricated with # 30 engine oil at 70 ° C, with a small roller at 1050 rpm and a large roller. (Load roller) was set at 292 rpm to give a slip rate of 40%, and surface pressure was applied under various conditions of 375 to 220 kgf / mm 2 .

図5は各種面圧でピッチングが発生した繰り返し回数をまとめて示したものであり、基準とする浸炭肌焼き鋼における各面圧における最小繰り返し数をつないだ寿命線を図中の実線で示したが、ピッチング発生繰り返し数が10回となる時の面圧を転動面疲労強度と定義した場合、そのピッチング強度は約210kgf/mmとなることがわかった。また、同様の整理の仕方で検討すると、No.1:175kgf/mm、No.2:240kgf/mm、No.3(高周波焼入れ):260kgf/mm、No.4:270kgf/mmおよびNo.4(高周波焼入れ):290kgf/mmとなり、高周波焼入れによって、セメンタイト粒子を約2体積%、約10体積%を分散させたNo.3、No.4の転動面疲労強度が顕著に改善されていることがわかる。さらに、浸炭肌焼き鋼はバラツキが多少大きく、この原因が転動面での浸炭時の粒界酸化や不完全焼入れ層の存在や残留オーステナイト量が多いこと等によるもので、平均的なピッチング発生回数で比較した場合には、No.2のピッチング強度と変わらないことがわかる。 FIG. 5 summarizes the number of repetitions in which pitching occurred at various surface pressures. The life line connecting the minimum number of repetitions at each surface pressure in the case-hardened case-hardened steel is shown by the solid line in the figure. but if the pitting number of repetitions was defined as the rolling surface fatigue strength the surface pressure at which the 10 7 times, the pitting strength was found to be approximately 210 kgf / mm 2. In addition, when the same arrangement is considered, no. 1: 175 kgf / mm 2 , No. 1 2: 240 kgf / mm 2 , No. 3 (Induction hardening): 260 kgf / mm 2 , No. 3 4: 270 kgf / mm 2 and no. 4 (induction hardening): 290 kgf / mm 2 , No. 4 in which about 2% by volume and about 10% by volume of cementite particles were dispersed by induction hardening. 3, no. It can be seen that the rolling contact surface fatigue strength of No. 4 is remarkably improved. In addition, carburized case-hardened steel has some variation, which is due to grain boundary oxidation during carburizing on the rolling surface, the presence of an incompletely hardened layer, and a large amount of retained austenite. When compared by the number of times, No. It can be seen that the pitching strength of 2 is not different.

また、ピッチングを発生した転動面のマルテンサイト相のX線半価幅を調査した結果、No.1:3.6〜4.0°、No.2:4〜4.2°、No.3:4.2〜4.4°、No.4:4.3〜4.6°、No.5:4〜4.2°であった。   Further, as a result of investigating the X-ray half width of the martensitic phase of the rolling contact surface where pitching occurred, 1: 3.6-4.0 °, No. 2: 4 to 4.2 °, no. 3: 4.2-4.4 °, no. 4: 4.3-4.6 °, no. 5: 4 to 4.2 °.

さらに、前記熱処理を施したNo.1〜5の試験片を250〜350℃で各3時間焼戻した時のX線半価幅を調査した結果、前記ピッチング発生転動面の半価幅はほぼ300℃で焼戻した半価幅と合致し、また「材料、第26巻、280号、P26」で報告されている各種炭素濃度の炭素鋼の焼戻し硬さと半価幅の関係ともほぼ合致することがわかる。   Further, No. 1 subjected to the heat treatment. As a result of investigating the X-ray half width when the test pieces of 1 to 5 were tempered at 250 to 350 ° C. for 3 hours each, the half width of the pitching generation rolling surface was tempered at about 300 ° C. In addition, it can be seen that the relationship between the tempering hardness and the half-value width of carbon steel having various carbon concentrations reported in "Materials, Vol. 26, No. 280, P26" is almost matched.

[実施例2:焼戻し軟化抵抗性の確認]
表2は本実施例で使用した合金組成を示したものである。熱処理は810〜870℃で30分加熱後に水冷し、300℃、350℃で3時間焼戻しした試験片のロックウェル硬さHRCを調査し、さらに、これらの硬さに対する各合金元素添加量の影響を解析した。
[Example 2: Confirmation of resistance to temper softening]
Table 2 shows the alloy composition used in this example. Heat treatment was performed at 810 to 870 ° C. for 30 minutes, then water cooled, and the Rockwell hardness HRC of the test pieces tempered at 300 ° C. and 350 ° C. for 3 hours was investigated. Further, the influence of each alloy element addition amount on these hardnesses Was analyzed.

Figure 2009102733
Figure 2009102733

なお、予備実験としては、0.1〜1.0重量%の炭素と0.3〜0.9重量%のMnを含有する炭素鋼についても調査し、前記合金元素の影響の解析のベースデータとした。その結果、
250℃では HRC=34×√C(重量%)+26.5
300℃では HRC=36×√C(重量%)+20.9
350℃では HRC=38×√C(重量%)+15.3
で近似されることがわかった。
As a preliminary experiment, carbon steel containing 0.1 to 1.0% by weight of carbon and 0.3 to 0.9% by weight of Mn was also investigated, and base data for analyzing the influence of the alloy elements It was. as a result,
At 250 ° C., HRC = 34 × √C (weight%) + 26.5
At 300 ° C., HRC = 36 × √C (weight%) + 20.9
At 350 ° C., HRC = 38 × √C (wt%) + 15.3
It was found that

また、これらの炭素鋼硬さをベースに合金元素の影響を解析した結果、焼戻し軟化抵抗△HRCは、例えば300℃で、次式で記述できることがわかった。
ΔHRC=4.3×Si(重量%)+7.3×Al(重量%)+1.2×Cr(重量%)×(0.45÷C(重量%))+1.5×Mo(重量%)+3.1×V(重量%)
Further, as a result of analyzing the influence of the alloy element based on the hardness of these carbon steels, it was found that the temper softening resistance ΔHRC can be described by the following equation at 300 ° C., for example.
ΔHRC = 4.3 × Si (wt%) + 7.3 × Al (wt%) + 1.2 × Cr (wt%) × (0.45 ÷ C (wt%)) + 1.5 × Mo (wt%) + 3.1 × V (% by weight)

この結果から、AlはSiの1.7倍の焼戻し軟化抵抗性を発現することがわかり、転動面圧強度の改善元素として極めて効果的であることがわかった。   From this result, it was found that Al exhibited 1.7 times the temper softening resistance of Si and was found to be extremely effective as an element for improving the rolling contact pressure strength.

図6は、前記解析結果から求まる焼戻し硬さと実測した焼戻し硬さの合致性を示したものであり,そのバラツキ幅がHRC±1の範囲で精度良く予測できることがわかる。また、実施例1のSCM420(No.5)の浸炭層(0.8重量%炭素)の300℃焼戻し硬さについても図6の☆印で示しており、計算値と良く合致していることがわかる。   FIG. 6 shows the consistency between the tempering hardness obtained from the analysis result and the actually measured tempering hardness, and it can be seen that the variation width can be accurately predicted within the range of HRC ± 1. Further, the 300 ° C. tempering hardness of the carburized layer (0.8 wt% carbon) of SCM420 (No. 5) of Example 1 is also indicated by ☆ in FIG. 6 and is in good agreement with the calculated value. I understand.

[実施例3:焼戻し軟化抵抗性に優れた鋼材によるピッチング強度の改善1]
表3は本実施例で使用する鋼材の合金成分を示したものである。No.P1〜No.P3は850〜920℃から焼入れた後に160℃で3時間の焼戻し処理を施し、No.P4〜No.P9は実施例1と同じ高周波加熱条件で高周波焼入れしたものをローラピッチング試験に供したものである。
[Example 3: Improvement 1 of pitching strength by a steel material excellent in temper softening resistance]
Table 3 shows the alloy components of the steel materials used in this example. No. P1-No. P3 was quenched from 850 to 920 ° C. and then tempered at 160 ° C. for 3 hours. P4-No. P9 is the one subjected to induction hardening under the same induction heating conditions as in Example 1 and subjected to a roller pitching test.

Figure 2009102733
Figure 2009102733

なお、ピッチング強度の試験は実施例1とほぼ同じ条件で実施し、その結果を図7に示した。また同図中の実線で実施例1で求めたピッチング発生線を図7の実線で示し、さらに、本実施例で求めたピッチング発生線を破線で示した。   The pitching strength test was performed under substantially the same conditions as in Example 1, and the results are shown in FIG. Further, the solid line in the figure shows the pitching generation line obtained in Example 1 by the solid line in FIG. 7, and the pitching generation line obtained in this example is shown by the broken line.

これらの結果から、Al,Siの単独、もしくは複合添加により、そしてさらに、No.P4〜9の比較からV,Ti添加によって顕著に転動面の耐ピッチング強度が画期的に改善されることがわかった。また、セメンタイトを分散させたNo.4、No.9とNo.5、No.6の比較から、耐ピッチング強度がセメンタイトの分散によって顕著に改善されることがわかる。   From these results, it was found that Al, Si was added alone or in combination, and further, no. From the comparison of P4-9, it was found that the addition of V and Ti markedly improved the anti-pitching strength of the rolling surface. No. 1 in which cementite was dispersed. 4, no. 9 and No. 5, no. From the comparison of 6, it can be seen that the pitting resistance is remarkably improved by the dispersion of cementite.

図8は1.94重量%のVを添加したNo.P6合金中に分散するV炭化物を示したものであり、ほぼその粒径が1.5μm以下で均一に分散していることがわかる。 FIG. 8 shows No. 1 with 1.94 wt% V added. The V 4 C 3 carbide dispersed in the P6 alloy is shown, and it can be seen that the particle size is approximately 1.5 μm or less and is uniformly dispersed.

[実施例4:焼戻し軟化抵抗性に優れた鋼材によるピッチング強度の改善2]
表4は本実施例で使用する鋼材の合金成分を示したものである。No.G1〜No.G5は図9で示されるように、950℃で炭素ポテンシャル(CP)1.2重量%Cでの2hr浸炭期、CP=0.8での4hr拡散期からなる浸炭処理を施した後に850℃に降温し、60℃の焼入れ油に焼入れ、さらに、180℃で3hrの焼戻し処理を施した(浸炭焼入れ焼戻し処理)。さらに、図9中の850℃の恒温期を2hrとして、その恒温期にアンモニアガスを添加し浸窒処理を施した浸炭浸窒焼入れ焼戻し処理を施したものも準備し、先の実施例と同じ条件でローラピッチング試験を実施した。
[Example 4: Improvement of pitching strength 2 by steel material excellent in temper softening resistance]
Table 4 shows the alloy components of the steel materials used in this example. No. G1-No. As shown in FIG. 9, G5 is 850 ° C. after performing a carburizing treatment at 950 ° C. consisting of a 2 hr carburizing period at a carbon potential (CP) of 1.2 wt% C and a 4 hr diffusion period at CP = 0.8. Then, it was quenched into a quenching oil at 60 ° C., and further subjected to a tempering treatment at 180 ° C. for 3 hours (carburizing quenching tempering treatment). In addition, a constant temperature period of 850 ° C. in FIG. 9 is set to 2 hours, and a carburizing / nitrogen quenching / tempering process in which ammonia gas is added to the constant temperature period and subjected to a nitriding process is also prepared, which is the same as the previous example. A roller pitching test was performed under the conditions.

Figure 2009102733
Figure 2009102733

図10にローラピッチング試験結果を示した。その結果、浸炭焼入れ焼戻し処理試験片において、Ti,V添加による顕著な転動面強度の向上が確認されるが、さらに、浸炭浸窒焼入れ焼戻し処理を施した水準がより転動面強化されていることがわかる。   FIG. 10 shows the result of the roller pitching test. As a result, in the carburized quenching and tempering test specimen, it was confirmed that the rolling surface strength was significantly improved by adding Ti and V, but the level of the carburizing and quenching quenching and tempering treatment was further enhanced. I understand that.

図11はNo.G3を浸炭浸窒処理した転動面層のX線マイクロアナライザーによってTiの分布状況を調べたものであり、図12は転動面層の電子顕微鏡写真を示したものであるが、あらかじめ分散させたTiCのほかに転動面層へのC,Nの拡散浸透処理によって新たなTiCNが極めて微細に分散析出していることがわかる。   FIG. The distribution state of Ti was examined by X-ray microanalyzer of the rolling surface layer obtained by carburizing and nitriding G3, and FIG. 12 shows an electron micrograph of the rolling surface layer. In addition to TiC, it can be seen that new TiCN is very finely dispersed and precipitated by the diffusion permeation treatment of C and N into the rolling surface layer.

[実施例5:炭化物、窒化物、炭窒化物分散による摺動特性の改善1]
本実施例は実施例3、4と同じ鋼材を用いて、図13に示されるような定速摩擦摩耗摺動試験片を用いて80℃のエンジンオイル#30で潤滑しながら、周速度が10m/sec、また、相手材料にSCM420に浸炭焼入れ焼戻しの処理を施して、表面硬さがHRC60になるように調整したものを使い、同じ押し付け圧を5分間保持し、押し付け圧力を25kgf/cm毎に増加させて急激に摩擦係数が増大する時点(焼き付き状態)の押し付け圧力(kgf/cm)を測定した。
[Example 5: Improvement of sliding characteristics by dispersion of carbide, nitride, and carbonitride 1]
In this example, the same steel material as in Examples 3 and 4 was used, and a peripheral speed was 10 m while being lubricated with engine oil # 30 at 80 ° C. using a constant speed friction wear sliding test piece as shown in FIG. / Sec, and the other material was subjected to carburizing, quenching and tempering treatment on SCM420, and the surface hardness was adjusted to HRC60, the same pressing pressure was maintained for 5 minutes, and the pressing pressure was 25 kgf / cm 2 The pressing pressure (kgf / cm 2 ) at the time when the coefficient of friction suddenly increases (burn-in state) was increased every time.

本発明の表3中の摺動試験片は870℃から焼入れ、160℃で3時間焼き戻したものであり、表4中の摺動試験片は実施例4の熱処理を施し、また、比較材料としてSCM420の浸炭焼入れ焼き戻したもの(SCM420+GCQT)、SCM44040(SCM440+QT)、S55C(S55C+QT)、SUJ2(SUJ2+QT)を焼入れ焼戻ししたものを使った。   The sliding test pieces in Table 3 of the present invention were quenched from 870 ° C. and tempered at 160 ° C. for 3 hours, and the sliding test pieces in Table 4 were subjected to the heat treatment of Example 4 and were compared materials. SCM420 carburized, quenched and tempered (SCM420 + GCQT), SCM44040 (SCM440 + QT), S55C (S55C + QT), and SUJ2 (SUJ2 + QT) were used.

この結果は、表3,表4に合わせて示してあるが、明らかに、No.P4〜9、No.G1〜5において硬質粒子の分散効果によって耐焼付き性が顕著に改善されている。とりわけ、Ti添加による耐焼付き性の改善は顕著であることがわかる。   The results are shown in Tables 3 and 4, but clearly no. P4-9, no. In G1-5, the seizure resistance is remarkably improved by the dispersion effect of the hard particles. In particular, it can be seen that the improvement in seizure resistance due to the addition of Ti is significant.

[実施例6:セメンタイト粒子の分散条件と耐摩耗性の確認]
本実施例では、前記マルテンサイト母相中にセメンタイトが高密度に分散され、滑りを伴う転動部材の耐摩耗性が顕著に改善されることを検証するために、表1に示した鋼材を用いて、高周波焼入れ前組織を調整しながら、各種条件で高周波焼入れを実施し、その焼入れ組織観察を行うとともに耐摩耗性を調査した。
[Example 6: Confirmation of dispersion conditions and wear resistance of cementite particles]
In this example, in order to verify that cementite is dispersed at a high density in the martensite matrix and the wear resistance of the rolling member accompanied by slip is remarkably improved, the steel materials shown in Table 1 are used. The induction hardening was performed under various conditions while adjusting the structure before induction hardening, and the quenched structure was observed and the wear resistance was investigated.

図14(a)(b)(c)は、表1中のNo.4鋼材(SUJ2相当材)を810℃に2hr加熱し、600℃までを徐冷するセメンタイトの球状化処理(徐冷法)を施した後、高周波加熱によって6℃/secの加熱速度で800〜1000℃の各温度に加熱した後に水焼入れし、その焼入れ層硬さからマルテンサイト中の炭素濃度と未固溶セメンタイト量の関係を調査した結果を示したものである。この図から明らかに、Crのセメンタイトへの濃縮(約9重量%Cr)によって、加熱時のオーステナイトへのセメンタイトの固溶が遅延すること、転動部材として必要な十分な硬さのマルテンサイトを得るためには、少なくとも900℃以上に加熱温度を設定することが必要であること、そのときのマルテンサイト中の炭素濃度が約0.3重量%であり、12体積%の硬質なセメンタイト粒子が分散していること等から、歯車部材としての耐焼付き性(耐スコーリング性)、耐ピッチング性、耐摩耗性に優れた特性を示すことがわかる。   14 (a), 14 (b), and 14 (c) are Nos. Four steel materials (SUJ2-equivalent materials) were heated to 810 ° C. for 2 hours, subjected to cementite spheroidization treatment (slow cooling method) to gradually cool to 600 ° C., and then heated at 800 to 1000 ° C. at a heating rate of 6 ° C./sec by high-frequency heating. It shows the result of investigating the relationship between the carbon concentration in martensite and the amount of undissolved cementite from the hardness of the quenched layer after heating to each temperature. Clearly, the concentration of Cr to cementite (about 9 wt% Cr) delays solid solution of cementite in austenite during heating, and martensite with sufficient hardness required for rolling members. In order to obtain, it is necessary to set the heating temperature to at least 900 ° C., the carbon concentration in the martensite at that time is about 0.3% by weight, and 12% by volume of hard cementite particles From the fact that it is dispersed, it can be seen that the gear member has excellent seizure resistance (scoring resistance), pitting resistance, and wear resistance.

また、高周波加熱温度を1000℃に設定した場合においても約6体積%のセメンタイトが0.7重量%Cのマルテンサイト母相中に分散した極めて硬質な焼入れ硬化層が得られることがわかるが、残留オーステナイト相が多くなって焼入れ硬化層の硬さが飽和することから、転動部材としては、焼き割れ性を考慮して高周波焼入れ温度が1050℃以下であること、マルテンサイト中の炭素量が0.7重量%以下であること、セメンタイト分散量が2体積%以上であることのいずれかの条件が満足されるようにすることが必要であることがわかる。   In addition, even when the high-frequency heating temperature is set to 1000 ° C., it can be seen that an extremely hard quench hardened layer in which about 6% by volume of cementite is dispersed in a 0.7% by weight C martensite matrix can be obtained. Since the retained austenite phase increases and the hardness of the hardened hardened layer is saturated, the rolling member has an induction hardening temperature of 1050 ° C. or less in consideration of quenching cracking properties, and the amount of carbon in martensite. It can be seen that it is necessary to satisfy one of the conditions of 0.7% by weight or less and the cementite dispersion amount of 2% by volume or more.

また、Fe−0.98重量%C−0.55重量%Si−1.11重量%Mn−1.08重量%Cr(後述の表5、No.W3)を、上記球状化処理したものと、820℃で1.5hr保持した後に空冷し、パーライト状セメンタイトと粒状セメンタイトと分散させたものを準備し、通常の高周波加熱速度よりも極めて速い加熱速度1000℃/secで900〜1100℃の各温度に加熱した後に焼入れた摺動面の組織を調査した。   Further, Fe-0.98 wt% C-0.55 wt% Si-1.11 wt% Mn-1.08 wt% Cr (Table 5, No. W3 described later) and the above spheroidizing treatment , Kept at 820 ° C. for 1.5 hours and then air-cooled to prepare a dispersion of pearlite-like cementite and granular cementite, and each of 900 to 1100 ° C. at a heating rate of 1000 ° C./sec which is extremely higher than the normal high-frequency heating rate. The structure of the sliding surface quenched after heating to temperature was investigated.

図15は、上記球状化処理(徐冷法)したものの1000℃の加熱温度から焼き入れたものの組織を示したものであり、粒状セメンタイトが高密度に分散し、またさらに、図16に示すようにその焼入れ層中における硬さは、残留オーステナイトが30〜45体積%を含有するにもかかわらず、最大Hv830にまで顕著に硬化されていることがわかり、残留オーステナイト量としては50体積%まで含有しても耐摩耗性に問題なく利用できることがわかる。なお、SUJ3を従来通りの炉加熱830℃からの油焼入れ熱処理における残留オーステナイトに比べて顕著な増量が認められることは明らかである。   FIG. 15 shows the structure of the spheroidizing treatment (slow cooling method) that was quenched from a heating temperature of 1000 ° C., and the granular cementite was dispersed at a high density. Further, as shown in FIG. As for the hardness in the hardened layer, it can be seen that even though the retained austenite contains 30 to 45% by volume, it is markedly hardened to the maximum Hv830, and the amount of retained austenite is contained up to 50% by volume. It can also be seen that it can be used without any problem in wear resistance. In addition, it is clear that a remarkable increase in SUJ3 is recognized as compared with the retained austenite in the oil quenching heat treatment from 830 ° C. in the conventional furnace heating.

また、図17は、上記パーライト状セメンタイトと粒状セメンタイトと分散させたものを加熱速度1000℃/secで1000℃に加熱した後に焼き入れた摺動面の組織を示したものであるが、明らかに、マルテンサイト母相中にパーライト組織状の板状セメンタイトが分散しており、図15の組織硬さ(Hv880)より顕著に(Hv940)硬化していることがわかった。   FIG. 17 shows the structure of a sliding surface obtained by heating the pearlite cementite and granular cementite dispersed at 1000 ° C. at a heating rate of 1000 ° C./sec. It was found that pearlite-structured plate-like cementite was dispersed in the martensite matrix, and it was hardened (Hv940) more significantly than the structure hardness (Hv880) in FIG.

さらに、パーライト前組織を含む本鋼材を使って、パーライト状セメンタイトが分散する加熱速度と加熱温度との関係を調査した結果、加熱速度150℃/sec、加熱温度900℃の焼入れ組織でもパーライト状セメンタイトが分散しその時の焼入れ硬化層の硬さはHv945まで顕著に硬化することがわかり、少なくともセメンタイトを安定して分散させるためには850℃を加熱温度の下限とした場合には100℃/sec以上の加熱速度が必要であることが明らかであるが、加熱速度が150℃/sec以上であることが好ましいことは明らかである。また、A1温度を越えて1050℃の焼入れ温度まで急速加熱する時間は3秒以内が好ましいことがわかる。   Furthermore, as a result of investigating the relationship between the heating rate at which the pearlite-like cementite is dispersed and the heating temperature using the present steel material containing the pearlite-pre-textured structure, the pearlite-like cementite is also obtained in a quenched structure at a heating rate of 150 ° C / sec and a heating temperature of 900 ° C It was found that the hardness of the quenched and hardened layer at that time was significantly hardened to Hv945, and at least 100 ° C / sec when 850 ° C was set as the lower limit of the heating temperature in order to stably disperse cementite. Although it is clear that the heating rate is necessary, it is clear that the heating rate is preferably 150 ° C./sec or more. It can also be seen that the time for rapid heating beyond the A1 temperature to a quenching temperature of 1050 ° C. is preferably within 3 seconds.

なお、図15、図17中には電子顕微鏡内部でEDAX(Energy Dispersive Analysis of X−ray)によって分析したセメンタイト中のCr濃度を示したが、パーライト状セメンタイトにおいても顕著なCrの濃縮が観察されることがわかるが、粒状セメンタイトよりもより低濃度Crであるために、パーライト状セメンタイトが固溶しやすい結果となっており、焼入れ前組織においてパーライト状セメンタイト中にCrを濃縮させる加熱処理を施すことによって、さらに安定してパーライト状セメンタイトを分散させることができることは明らかである。   FIGS. 15 and 17 show the Cr concentration in cementite analyzed by EDAX (Energy Dispersive Analysis of X-ray) inside the electron microscope, but significant Cr concentration is also observed in pearlite cementite. As can be seen, since the Cr concentration is lower than that of granular cementite, the result is that pearlitic cementite is likely to be in solid solution, and heat treatment is performed to concentrate Cr in the pearlite cementite in the pre-quenched structure. Thus, it is clear that the pearlite cementite can be dispersed more stably.

さらに、急速加熱焼入れしたNo.1鋼材のマルテンサイト相の格子定数測定から求めたマルテンサイト中の炭素濃度は0.5重量%であり、先のNo.1の結果(0.7重量%)と較べ急速な高周波加熱によって固溶炭素濃度が低減し、セメンタイト分散量が増加することは転動部材の耐面圧強度と耐摩耗性を改善する意味合いからは好ましい方法であることは明らかである。   Furthermore, rapid heating and hardening No. The carbon concentration in martensite obtained from the measurement of the lattice constant of the martensite phase of steel No. 1 was 0.5% by weight. Compared with the result of 1 (0.7% by weight), the solid solution carbon concentration is reduced by rapid high-frequency heating, and the cementite dispersion is increased in order to improve the surface pressure strength and wear resistance of the rolling member. Is clearly the preferred method.

また、後述の表5中の0.53重量%炭素を含有するNo.W2(SCM453相当材)の球状化処理材を1000℃に誘導加熱速度:1000℃/secで焼入れ処理した組織を図18に示すが、低炭素な鋼材を用いた転動部材(歯車部材)の耐面圧強度、耐焼付き性、耐摩耗性を改善するために平均粒径0.2μm程度の微細なセメンタイトが十分残留していることがわかる。   Further, in No. 5 containing 0.53% by weight carbon in Table 5 described later. FIG. 18 shows a structure obtained by quenching a spheroidizing material of W2 (equivalent to SCM453) at 1000 ° C. at an induction heating rate of 1000 ° C./sec. The structure of a rolling member (gear member) using a low-carbon steel material is shown in FIG. It can be seen that fine cementite having an average particle size of about 0.2 μm remains sufficiently to improve the surface pressure strength, seizure resistance, and wear resistance.

表5は、上記と同様に加熱温度1000℃/secで1000℃に加熱した後に焼き入れた各種セメンタイトを分散させた鋼材を用いて、前記滑りを与えたローラピッチング試験法を使って、面圧240kgf/mm、2×10回の試験後の小ローラの摩耗深さ(μm)で転動面層の耐摩耗性を評価した結果を示したものであり、明らかに2体積%以上のセメンタイトの分散によって耐摩耗性が向上することがわかるが、従来の浸炭焼入れした転動面(表5中のSCM420+浸炭焼入れ)の耐摩耗性と比較する場合においては、2体積%以上のセメンタイトが分散することがより好ましいことは明らかである。 Table 5 shows the surface pressure using the roller pitching test method in which the above-mentioned slip was applied using steel materials in which various cementites were dispersed after being heated to 1000 ° C. at a heating temperature of 1000 ° C./sec in the same manner as described above. 240 kgf / mm 2 , 2 × 10 6 shows the result of evaluating the wear resistance of the rolling surface layer by the wear depth (μm) of the small roller after 6 tests. It can be seen that the abrasion resistance is improved by the dispersion of cementite. However, when compared with the wear resistance of a conventional carburized and quenched rolling surface (SCM420 + carburized and quenched in Table 5), 2% by volume or more of cementite is present. Clearly, it is more preferable to disperse.

また、マルテンサイト母相中にパーライト状にセメンタイトが分散した組織は、粒状セメンタイトが分散したものに比べて耐摩耗性に優れることがわかる。   It can also be seen that the structure in which cementite is dispersed in a pearlite form in the martensite matrix is superior in wear resistance as compared with that in which granular cementite is dispersed.

Figure 2009102733
Figure 2009102733

Fe−C−M系状態図と炭素の等炭素活量線図を使ったγ相への固溶機構図Solid solution mechanism diagram in γ phase using Fe-CM system phase diagram and carbon isocarbon activity diagram Fe−C−Cr系等炭素活量線図(at1000℃)Fe-C-Cr isocarbon activity diagram (at 1000 ° C) Fe−3重量%Siに対する合金元素の影響を示した状態図Phase diagram showing the effect of alloying elements on Fe-3 wt% Si ローラピッチング試験用試験片を示す図であり、(a)は小ローラ試験片、(b)は大ローラ試験片It is a figure which shows the test piece for roller pitching tests, (a) is a small roller test piece, (b) is a large roller test piece. ローラピッチング強度の予備試験結果を示すグラフGraph showing the preliminary test results of roller pitching strength 焼戻し硬さの実測値と計算値の比較(at300℃)を示すグラフGraph showing comparison of measured value and calculated value of tempering hardness (at 300 ° C) 本発明転動部材のピッチング強度を示すグラフ(1)Graph (1) showing the pitching strength of the rolling member of the present invention No.P6の転動面層の金属組織を示す写真No. Photo showing the metal structure of the P6 rolling surface layer 浸炭焼入れ焼戻し処理の熱処理パターンを示す図The figure which shows the heat treatment pattern of carburizing quenching tempering processing 本発明転動部材のピッチング強度を示すグラフ(2)Graph (2) showing the pitching strength of the rolling member of the present invention No.G3に浸炭浸窒焼入れ処理を施した転動面層のX線マイクロアナライザー分析によるTiの分布状況を示した写真No. Photo showing the distribution of Ti by X-ray microanalyzer analysis of the rolling surface layer of carburizing and nitriding quenching of G3 No.G3に浸炭浸窒焼入れ処理を施した転動面層の金属組織を示す写真No. Photograph showing the metallographic structure of the rolling contact layer after carburizing and nitriding treatment of G3 定速摩擦摩耗試験片の形状を示す図Diagram showing the shape of a constant speed frictional wear test piece 高周波加熱温度と焼入れ硬さとの関係を示すグラフ(a)、高周波加熱温度とマルテンサイトC濃度(6℃/sec)との関係を示すグラフ(b)および高周波加熱温度とθ相体積%との関係を示すグラフ(c)The graph (a) showing the relationship between the high-frequency heating temperature and the quenching hardness, the graph (b) showing the relationship between the high-frequency heating temperature and the martensite C concentration (6 ° C./sec), and the high-frequency heating temperature and the θ phase volume%. Graph showing relationship (c) 粒状セメンタイトが分散した焼入れ硬化組織を示す写真Photo showing hardened and hardened structure with dispersed granular cementite 加熱温度と焼入れ硬さ、残留γ量との関係を示すグラフGraph showing the relationship between heating temperature, quenching hardness and residual γ amount パーライト組織状セメンタイトが分散した焼入れ硬化組織を示す写真Photograph showing a hardened and hardened structure in which pearlite-structured cementite is dispersed 焼入れ焼戻しによるセメンタイトの球状化処理したNo.W2合金の焼入れ硬化組織を示す写真A cementite spheroidized by quenching and tempering. Photograph showing the hardened structure of W2 alloy

Claims (4)

0.5〜1.5重量%の炭素および0.3〜1.5重量%のCrと、V,Ti,Zr,Nb,Ta,Hfからなるグループから選ばれる一種以上の合金元素を0.2〜2.0重量%含有し、それらの合金元素からなる平均粒径が0.2〜5μmの炭化物、窒化物および炭窒化物の一種以上が0.4〜4.0体積%、セメンタイトが7.5〜20体積%分散されている鋼材を用いて、誘導加熱焼入れ、低温焼戻しされた転動面層のマルテンサイト組織母相の固溶炭素濃度が0.3〜0.8重量%に調整され、その母相中に前記炭化物、窒化物および炭窒化物の一種以上が0.4〜4.0体積%、セメンタイトが2〜15体積%分散されていることを特徴とする転動部材の製造方法。   0.5 to 1.5% by weight of carbon, 0.3 to 1.5% by weight of Cr, and one or more alloy elements selected from the group consisting of V, Ti, Zr, Nb, Ta, and Hf are added in an amount of 0. One to one or more of carbides, nitrides and carbonitrides having an average particle size of 0.2 to 5 μm, containing 2 to 2.0% by weight of those alloy elements, 0.4 to 4.0% by volume, and cementite Using a steel material dispersed by 7.5 to 20% by volume, the solid solution carbon concentration of the matrix phase martensitic structure of the rolling contact surface layer that has been induction-hardened and tempered at a low temperature is 0.3 to 0.8% by weight. One or more of the carbides, nitrides, and carbonitrides are dispersed in the parent phase in an amount of 0.4 to 4.0% by volume and cementite is dispersed in a volume of 2 to 15% by volume. Manufacturing method. 0.5〜1.5重量%の炭素および0.3〜1.5重量%のCrと、V,Ti,Zr,Nb,Ta,Hfからなるグループから選ばれる一種以上の合金元素を0.2〜2.0重量%含有し、それらの合金元素からなる平均粒径が0.2〜5μmの炭化物、窒化物および炭窒化物の一種以上が0.4〜4.0体積%、セメンタイトが7.5〜20体積%分散されている鋼材を用いて、A1温度から900〜1050℃の焼入れ温度までを10秒以内で急速加熱した後に急冷する誘導加熱焼入れ、低温焼戻しされた転動面層のマルテンサイト組織母相の固溶炭素濃度が0.35〜0.8重量%に調整され、その母相中に平均粒径が1.5μm以下の粒子状セメンタイトを2〜15体積%分散させ、さらに、残留オーステナイトを10〜50体積%残留させた前記炭化物、窒化物および炭窒化物の一種以上が0.4〜4.0体積%、セメンタイトが2〜15体積%分散されていることを特徴とする転動部材の製造方法。   0.5 to 1.5% by weight of carbon, 0.3 to 1.5% by weight of Cr, and one or more alloy elements selected from the group consisting of V, Ti, Zr, Nb, Ta, and Hf are added in an amount of 0. One to one or more of carbides, nitrides and carbonitrides having an average particle size of 0.2 to 5 μm, containing 2 to 2.0% by weight of those alloy elements, 0.4 to 4.0% by volume, and cementite Using a steel material dispersed in an amount of 7.5 to 20% by volume, induction heating quenching and rapid tempering rolling surface layer which are rapidly heated within 10 seconds from A1 temperature to a quenching temperature of 900 to 1050 ° C. The solid solution carbon concentration of the martensite structure matrix is adjusted to 0.35 to 0.8% by weight, and 2 to 15% by volume of particulate cementite having an average particle size of 1.5 μm or less is dispersed in the matrix. Furthermore, 10 to 50% by volume of residual austenite remains. One or more of the retained carbides, nitrides and carbonitrides are dispersed in an amount of 0.4 to 4.0% by volume, and cementite is dispersed in an amount of 2 to 15% by volume. 0.2〜0.8重量%の炭素および0.5〜1.5重量%のCrと、V,Ti,Zr,Nb,Ta,Hfからなるグループから選ばれる一種以上の合金元素を0.2〜2.0重量%含有し、それらの合金元素からなる平均粒径が0.2〜5μmの炭化物、窒化物および炭窒化物の一種以上が0.4〜4.0体積%が分散する鋼材を用いて、その転動面層に浸炭、浸炭浸窒もしくは浸窒処理を施して、V,Ti,Zr,Nb,Ta,Hfからなるグループから選ばれる一種以上の合金元素からなる平均粒径が0.2μm以下の窒化物および/または炭窒化物が新たに析出分散され、その転動面の炭素量が0.65〜1.5重量%および/または窒素量が0.1〜0.7重量%に調整されるとともにセメンタイトが7.5〜20体積%分散されて、さらにその転動面層を誘導加熱焼入れ、低温焼戻しされた転動面層のマルテンサイト組織母相の固溶炭素濃度が0.35〜0.8重量%に調整され、その母相中に前記炭化物、窒化物および炭窒化物の一種以上が0.4〜4.0体積%、セメンタイトが2〜15体積%分散されていることを特徴とする転動部材の製造方法。   One or more alloy elements selected from the group consisting of 0.2 to 0.8% by weight of carbon and 0.5 to 1.5% by weight of Cr and V, Ti, Zr, Nb, Ta, and Hf One to one or more of carbides, nitrides, and carbonitrides containing 2 to 2.0% by weight and having an average particle size of 0.2 to 5 μm composed of those alloy elements are dispersed in an amount of 0.4 to 4.0% by volume. An average grain composed of one or more alloy elements selected from the group consisting of V, Ti, Zr, Nb, Ta, and Hf by using a steel material and subjecting the rolling surface layer to carburizing, carburizing, or nitriding. Nitride and / or carbonitride having a diameter of 0.2 μm or less is newly precipitated and dispersed, and the amount of carbon on the rolling surface is 0.65 to 1.5% by weight and / or the amount of nitrogen is 0.1 to 0. 0.7% by weight and cementite is dispersed by 7.5 to 20% by volume, Furthermore, the solid solution carbon concentration of the martensitic matrix of the rolling surface layer of the rolling surface layer that has been induction-heated and quenched by low-temperature tempering is adjusted to 0.35 to 0.8% by weight. One or more of carbide, nitride and carbonitride are dispersed in an amount of 0.4 to 4.0% by volume, and cementite is dispersed in an amount of 2 to 15% by volume. 前記転動面層における圧縮残留応力を高めるために、ショットピーニングの物理的加工を施すことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の転動部材の製造方法。   The method for manufacturing a rolling member according to claim 1, wherein physical processing of shot peening is performed in order to increase compressive residual stress in the rolling surface layer.
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