JP2010196094A - Steel for carburizing - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a steel for carburizing in which a carburizing hardness distribution can be secured by short time-low CO<SB>2</SB>exhaust carburizing treatment to the conventional carburizing treatment by increasing a C content without reducing its machinability. <P>SOLUTION: The steel for carburizing has a composition containing, by mass, 0.25 to 0.33% C, 0.50 to 2.00% Si, 0.30 to 0.65% Mn, ≤0.035% P, ≤0.035% S, 0.50 to 2.50% Cr, 0.025 to 0.045% Al and 0.0060 to 0.0300% N, and the balance Fe with inevitable impurities, and satisfying 10×C-Si+Mn≤2.70, and has a microstructure composed of a ferrite-pearlite structure, and in which the area ratio of the ferrite rate is ≥45%. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、自動車、建設車両、建設機器等に用いられる浸炭部材用の鋼に関する。   The present invention relates to steel for carburized members used in automobiles, construction vehicles, construction equipment, and the like.

従来、自動車、建設車両、建設機器等に使用される歯車やシャフト等の動力伝達に使用される駆動系鋼部品には、浸炭処理により表面に硬化層を形成する肌焼鋼が多用されている。上記駆動系鋼部品には、優れた耐摩耗性と高靭性が同時に要求されるため、表面は浸炭処理により硬い組織として耐摩耗性を確保し、内部は低Cのままとして高い靭性をもたせるためである。   Conventionally, case hardening steel that forms a hardened layer on the surface by carburizing treatment is frequently used for drive train steel parts used for power transmission such as gears and shafts used in automobiles, construction vehicles, construction equipment, etc. . The above drive train steel parts are required to have excellent wear resistance and high toughness at the same time, so that the surface is hardened by carburizing treatment to ensure wear resistance and the inside remains low C and has high toughness. It is.

そして、近年では、上述の浸炭硬化層を有する駆動系鋼部品は、環境対応から、製造時のコスト低減・CO2排出低減が強く求められている。
それに対し、肌焼部品に多く使用されているCrMo鋼のガス浸炭品の短時間浸炭化技術として様々な技術が報告されている。短時間浸炭処理は、コスト低減・CO2排出低減につながる。
具体的には、素材における炭素含有量を増加させる技術が報告されている(特許文献1)。素地炭素濃度が高いため、所望の炭素濃度が得やすく、浸炭時間を短縮することができる。また、JIS G 4053:2008には、通常浸炭用鋼として使用されるC含有率0.20%のCr鋼、Cr−Mo鋼だけでなく、さらにC含有率を高めたCr鋼、Cr−Mo鋼が記載されている。
And, in recent years, driving system steel part having a carburized case described above, the environmental, cost reduction · CO 2 emissions reduction at the time of production has been strongly demanded.
On the other hand, various techniques have been reported as a short-time carburizing technique for gas carburized products of CrMo steel, which are often used for case-hardening parts. Short-time carburizing treatment leads to cost reduction and CO 2 emission reduction.
Specifically, a technique for increasing the carbon content in the material has been reported (Patent Document 1). Since the base carbon concentration is high, a desired carbon concentration can be easily obtained, and the carburizing time can be shortened. Further, JIS G 4053: 2008 includes not only Cr steel and Cr—Mo steel with a C content of 0.20%, which are usually used as carburizing steel, but also Cr steel with a higher C content, Cr—Mo. Steel is listed.

特開平8−73990号公報JP-A-8-73990

しかしながら、上述の従来技術では、炭素含有量の増加に伴い、切削性の劣化という問題が生じる。切削性改善の手段として、S等の快削元素の添加があるが、肌焼部品に対しては疲労強度の低下の影響が大きく、快削元素の添加は適応し難いという問題がある。そのため、C含有率を高めれば浸炭時間を短縮できることを把握していても、容易には実施することができないのが現状であった。   However, in the above-described conventional technology, a problem of deterioration in machinability occurs with an increase in the carbon content. As a means for improving machinability, there is the addition of free-cutting elements such as S. However, there is a problem that the effect of a decrease in fatigue strength is large on case-hardened parts, and the addition of free-cutting elements is difficult to adapt. Therefore, even if it is understood that the carburizing time can be shortened if the C content is increased, the current situation is that it cannot be carried out easily.

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、切削性を低下させることなくC含有率を高めることにより、従来の浸炭処理に対し、短時間で処理でき、CO2排出量も少ない浸炭処理(以下、短時間・低CO2排出浸炭処理という)にて浸炭硬度分布が確保できる浸炭用鋼を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such conventional problems, and by increasing the C content without lowering the machinability, the present invention can be processed in a short time compared to the conventional carburizing process, and CO 2 emission. the amount is small carburizing (hereinafter, briefly, of low CO 2 emission carburizing) is intended to provide a carburized steel for carburizing hardness distribution can be ensured at.

本発明は、C:0.25〜0.33質量%、Si:0.50〜2.00質量%、Mn:0.30〜0.65質量%、P:0.035質量%以下、S:0.035質量%以下、Cr:0.50〜2.50質量%、Al:0.025〜0.045質量%、N:0.0060〜0.0300質量%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物よりなり、
10×C−Si+Mn≦2.70であり、
ミクロ組織がフェライト・パーライト組織からなり、かつ、フェライト率が面積率で45%以上であることを特徴とする浸炭用鋼にある(請求項1)。
In the present invention, C: 0.25 to 0.33 mass%, Si: 0.50 to 2.00 mass%, Mn: 0.30 to 0.65 mass%, P: 0.035 mass% or less, S : 0.035% by mass or less, Cr: 0.50 to 2.50% by mass, Al: 0.025 to 0.045% by mass, N: 0.0060 to 0.0300% by mass, the balance being Fe And inevitable impurities,
10 × C—Si + Mn ≦ 2.70,
The carburizing steel is characterized in that the microstructure is composed of a ferrite / pearlite structure and the ferrite ratio is 45% or more in terms of area ratio (Claim 1).

本発明の浸炭用鋼は、上記のごとく成分組成、及びミクロ組織を制限することにより、従来の浸炭処理に対し、短時間・低CO2排出浸炭処理にて浸炭硬度分布が確保でき、切削性にも優れたものとなる。 As described above, the carburizing steel of the present invention can ensure the carburization hardness distribution in a short time and low CO 2 emission carburizing treatment compared to the conventional carburizing treatment by limiting the component composition and microstructure, as described above. Even better.

上記浸炭用鋼は、Cを0.25〜0.33質量%含有するものである。炭素の含有率を上記範囲とし、素地炭素濃度を高めることにより、所望の炭素濃度が得やすく、浸炭時間を短縮することができる。そのため、従来浸炭用として用いられてきたC含有率が0.20%程度のCr鋼又はCr−Mo鋼に対し、短時間・低CO2排出浸炭処理にて浸炭硬さを確保することができる。 The carburizing steel contains 0.25 to 0.33 mass% of C. By setting the carbon content in the above range and increasing the base carbon concentration, a desired carbon concentration can be easily obtained and the carburizing time can be shortened. Therefore, carburization hardness can be ensured in a short time with low CO 2 emission carburizing treatment for Cr steel or Cr-Mo steel having a C content of about 0.20% that has been used for conventional carburizing. .

Cの含有率を高めることにより切削性を悪化させるパーライト組織率は上昇するため、この部分での切削性低下は免れることができない。そこで、本発明は、炭素含有率を高くしても、切削性を確保する手段として、他の化学成分、ミクロ組織を制限することとした。これにより、フェライト面積を極力上昇させ、かつフェライト硬さを向上させることができ、切削刃具への凝着を抑制することで、ある程度までの素地炭素量上昇に対しても、通常肌焼鋼(SCR420、SCM420)と同等以上の切削性を確保することが可能となる。   Since the pearlite structure ratio that deteriorates the machinability by increasing the C content increases, the machinability deterioration in this portion cannot be avoided. Therefore, in the present invention, even if the carbon content is increased, other chemical components and the microstructure are limited as means for ensuring the machinability. As a result, the ferrite area can be increased as much as possible, and the ferrite hardness can be improved. By suppressing the adhesion to the cutting blade, normal case hardening steel ( It is possible to ensure a machinability equivalent to or higher than that of the SCR 420 and the SCM 420).

まず、Cの含有率0.25〜0.33%に対し、10×C−Si+Mn≦2.70とすることにより、C量に対しSi、及びMnのバランスを高Si低Mnとなるよう制御する。Siの含有率を高めにし、Mnの含有率を低めにすることにより、フェライト面積率を確保することができる。また、Siの含有率を高めにすることにより、C含有率に応じ必要なフェライト硬さを高めることができる。   First, by setting 10 × C—Si + Mn ≦ 2.70 for the C content of 0.25 to 0.33%, the balance of Si and Mn is controlled to be high Si and low Mn with respect to the C amount. To do. By increasing the Si content and decreasing the Mn content, the ferrite area ratio can be secured. Further, by increasing the Si content, the required ferrite hardness can be increased according to the C content.

また、上記浸炭用鋼は、ミクロ組織をフェライト・パーライトとすることにより、歯切れ加工(ホブ切削)等の際の切削性を得ることができる。
また、フェライト・パーライト組織においては、パーライト組織が切削性を悪化させる。そのため、通常肌焼鋼(SCR420、SCM20)同等以上の切削性を確保するために、フェライト率を面積率で45%以上確保することとした。
Moreover, the said carburizing steel can acquire the machinability in the case of a chopping process (hob cutting) etc. by making a microstructure into a ferrite pearlite.
Further, in the ferrite / pearlite structure, the pearlite structure deteriorates the machinability. Therefore, in order to ensure a machinability equal to or higher than that of normal case-hardened steel (SCR420, SCM20), the ferrite ratio is to be secured at 45% or more in terms of area ratio.

このように、本発明によれば、切削性を低下させることなくC含有率を高めることにより、従来の浸炭処理に対し、短時間・低CO2排出浸炭処理にて浸炭硬度分布が確保できる浸炭用鋼を提供することができる。 Thus, according to the present invention, the carburization hardness distribution can be ensured in a short time and with a low CO 2 emission carburizing process compared to the conventional carburizing process by increasing the C content without reducing the machinability. Steel can be provided.

実施例1における、炭素含有率(質量%)と、切削長(m)との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the carbon content rate (mass%) in Example 1, and cutting length (m). 実施例1における、関係式10×C−Si+Mnの値と、切削長(m)との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the value of relational expression 10 * C-Si + Mn in Example 1, and cutting length (m).

第1の発明の浸炭用鋼は、上述したように、C:0.25〜0.33質量%、Si:0.50〜2.00質量%、Mn:0.30〜0.65質量%、P:0.035質量%以下、S:0.035質量%以下、Cr:0.50〜2.50質量%、Al:0.025〜0.045質量%、N:0.0060〜0.0300質量%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物よりなりなる。   As described above, the carburizing steel of the first invention is C: 0.25-0.33% by mass, Si: 0.50-2.00% by mass, Mn: 0.30-0.65% by mass. , P: 0.035 mass% or less, S: 0.035 mass% or less, Cr: 0.50-2.50 mass%, Al: 0.025-0.045 mass%, N: 0.0060-0 0.0300% by mass, and the balance consists of Fe and inevitable impurities.

C:0.25〜0.33質量%,
Cは浸炭によって強化することができない内部の強度(内部硬さ)を確保するため、及び迅速浸炭化のために必要な元素であり、0.25質量%以上含有させる必要がある。一方、Cの含有率が0.33質量%を超える場合には、フェライト率の確保が困難となり、Si、Mn等の他元素の最適化を行っても被削性劣化、冷鍛性劣化となるおそれがある。
C: 0.25 to 0.33 mass%,
C is an element necessary for securing internal strength (internal hardness) that cannot be strengthened by carburizing and for rapid carburizing, and needs to be contained in an amount of 0.25% by mass or more. On the other hand, when the C content exceeds 0.33 mass%, it is difficult to secure the ferrite ratio, and even if other elements such as Si and Mn are optimized, machinability deterioration and cold forgeability deterioration There is a risk.

Si:0.50〜2.00質量%,
Siは、フェライト率を確保し、切削性を確保するために必要な元素であり、0.50質量%以上含有している必要がある。一方、Siの含有率が2.00質量%を超える場合には、フェライト硬さが高くなり切削性が低下するおそれがある。
Si: 0.50 to 2.00% by mass,
Si is an element necessary for ensuring the ferrite rate and ensuring machinability, and it is necessary to contain 0.50% by mass or more. On the other hand, when the Si content exceeds 2.00% by mass, the ferrite hardness increases and the machinability may be reduced.

Mn:0.30〜0.65質量%,
Mnは、焼入れ性を高め、部品の内部まで強度を確保するのに必要な元素であり、0.30質量%以上含有している必要がある。一方、Mnの含有率が0.65質量%を超える場合には、フェライト率が確保できず、被削性を確保できなくなるおそれがある。
Mn: 0.30 to 0.65% by mass,
Mn is an element necessary for improving the hardenability and securing the strength to the inside of the part, and it is necessary to contain 0.30% by mass or more. On the other hand, if the Mn content exceeds 0.65% by mass, the ferrite rate cannot be ensured and the machinability may not be ensured.

P:0.035質量%以下,
Pの含有率が0.035質量%を超える場合には、粒界に偏析し疲労強度を低下させるおそれがある。
P: 0.035% by mass or less,
If the P content exceeds 0.035% by mass, segregation at grain boundaries may occur and fatigue strength may be reduced.

S:0.035質量%以下,
Sは、被削性向上に有効な元素である。また、Sは、製造時に少量の混入が避けられない不純物であり、例えば、MnS等のような硫化物系介在物となって存在している。しかし、この介在物は、疲労破壊起点となるため、浸炭処理後の疲労強度を重視する本発明では、被削性はS以外の元素の最適化により確保することとし、不純物として含有する範囲(0.035質量%以下)でのみ、その含有を許容することとした。
S: 0.035% by mass or less,
S is an element effective for improving machinability. In addition, S is an impurity that cannot be avoided in a small amount during production, and is present as a sulfide inclusion such as MnS. However, since this inclusion becomes a fatigue fracture starting point, in the present invention in which the fatigue strength after carburizing treatment is important, the machinability is ensured by optimizing elements other than S, and is included as an impurity ( The content was allowed only at 0.035% by mass or less.

Cr:0.50〜2.50質量%,
Crは、内部硬さ(強度)確保するために0.50質量%以上含有させる必要がある。また、本発明では低Mnを実現するために、高めの下限としている。一方、Crの含有率が2.50質量%を超える場合には、硬さが高くなり加工性低下が低下するおそれがある。
Cr: 0.50 to 2.50 mass%,
In order to ensure internal hardness (strength), Cr needs to be contained by 0.50% by mass or more. In the present invention, in order to realize low Mn, the lower limit is set high. On the other hand, when the Cr content exceeds 2.50% by mass, the hardness increases and the workability may decrease.

Al:0.025〜0.045質量%,
Alは、AlNとして存在し、ピン止め効果により浸炭処理における結晶粒異常成長防止に効果のある元素である。そのため、Alは、耐組織あれ性を確保するために、0.025質量%以上含有させる必要がある。一方、Alの含有率が0.045質量%を超える場合には、耐組織あれ性確保の効果が飽和し、疲労強度が低下するおそれがある。
Al: 0.025 to 0.045% by mass,
Al is an element that exists as AlN and is effective in preventing abnormal growth of crystal grains in the carburizing process due to the pinning effect. Therefore, Al must be contained in an amount of 0.025% by mass or more in order to ensure the structure resistance. On the other hand, when the Al content exceeds 0.045% by mass, the effect of ensuring the structure resistance is saturated, and the fatigue strength may be reduced.

N:0.0060〜0.0300質量%,
Nは、AlやNbと結合し、AlNやNb(C、N)となって鋼中に存在し、浸炭処理時に起きる異常粒成長を防止するために効果のある元素である。そのため、Nは、耐組織あれ性を確保するために、0.0060質量%以上含有させる必要がある。一方、Nの含有率が0.0300質量%を超える場合には、耐組織あれ性確保の効果が飽和し、疲労強度が低下するおそれがある。
N: 0.0060 to 0.0300 mass%,
N is an element that combines with Al and Nb, becomes AlN and Nb (C, N), exists in the steel, and is effective in preventing abnormal grain growth that occurs during carburizing. Therefore, N needs to be contained in an amount of 0.0060% by mass or more in order to ensure the structure resistance. On the other hand, when the N content exceeds 0.0300% by mass, the effect of ensuring the structure resistance is saturated, and the fatigue strength may be reduced.

また、上記C、Si、及びMnの含有率の関係は、10×C−Si+Mn≦2.70である。上記式において、C、Si、Mnはそれぞれの含有率(質量%)である。
10×C−Si+Mn>2.70の場合には、Cの含有率に対するSi、Mnの含有率バランスがとれず、フェライト率とフェライト硬さを確保できず、被削性を確保し難くなるおそれがある。
Moreover, the relationship of the content rate of the said C, Si, and Mn is 10 * C-Si + Mn <= 2.70. In said formula, C, Si, and Mn are each content rate (mass%).
In the case of 10 × C-Si + Mn> 2.70, the content ratio of Si and Mn with respect to the content ratio of C cannot be balanced, and the ferrite ratio and the hardness of the ferrite cannot be secured, so that it is difficult to secure the machinability. There is.

また、ミクロ組織がフェライト・パーライト組織からなり、かつ、フェライト率が面積率で45%以上である。
ミクロ組織にマルテンサイト、ベイナイト等のフェライト・パーライト以外の組織が混在する場合には切削性が低下するおそれがある。但し、マルテンサイト、ベイナイト等の組織の存在がごくわずかな量であれば、切削性低下への影響は大きくないので、本発明における「フェライト・パーライト組織」とは、マルテンサイト、ベイナイト等のフェライト・パーライト以外の組織分率が5%未満である組織と定義する。
また、フェライト率が面積率で45%未満である場合には、切削性が悪化するおそれがある。
Further, the microstructure is composed of a ferrite / pearlite structure, and the ferrite ratio is 45% or more in terms of area ratio.
When a microstructure other than ferrite and pearlite such as martensite and bainite is mixed in the microstructure, the machinability may be lowered. However, if the presence of a structure such as martensite and bainite is very small, the effect on the machinability deterioration is not significant, so the “ferrite / pearlite structure” in the present invention refers to ferrite such as martensite and bainite. -It is defined as a tissue with a tissue fraction other than perlite being less than 5%.
Further, when the ferrite ratio is less than 45% in terms of area ratio, the machinability may be deteriorated.

ミクロ組織の制御は、成分のバランス設計と熱処理の制御で実現することが可能である。
フェライト・パーライト組織からなるミクロ組織は、熱処理により調整することが可能である。
フェライト率は、低Mn、Cr化、及び熱処理により確保することができる。また、フェライト率は、さらに、焼きならし・焼きなまし実施時の冷却時において、フェライト析出温度域で保持又は緩冷却を実施することで確保することが可能である。
Control of the microstructure can be realized by balance design of components and control of heat treatment.
The microstructure composed of the ferrite / pearlite structure can be adjusted by heat treatment.
The ferrite rate can be secured by low Mn, Cr conversion, and heat treatment. Further, the ferrite ratio can be ensured by holding or slow cooling in the ferrite precipitation temperature range during cooling during normalizing / annealing.

上記浸炭用鋼は、さらに、Mo:0.35質量%以下を含有することが好ましい(請求項2)。
Moは、焼入性、強度向上に有効な元素である。しかし、Moの含有率が0.35質量%を超える場合には、硬さが高くなり加工性が低下するおそれがある。
The carburizing steel preferably further contains Mo: 0.35% by mass or less (claim 2).
Mo is an element effective for improving hardenability and strength. However, when the Mo content exceeds 0.35% by mass, the hardness increases and the workability may decrease.

また、上記浸炭用鋼は、さらに、Nb:0.20質量%以下、Ti:0.20質量%以下、V:0.30質量%以下を含有することが好ましい(請求項3)。
Nb、Ti、Vは、結晶粒微細化による靭性・疲労強度の向上に有効な元素である。Nb、Ti、Vの含有率がそれぞれの上限を上回る場合には、上述の効果は飽和し、粗大析出物が発生し、疲労強度が低下するおそれがある。
The carburizing steel preferably further contains Nb: 0.20% by mass or less, Ti: 0.20% by mass or less, and V: 0.30% by mass or less.
Nb, Ti, and V are effective elements for improving toughness and fatigue strength by refining crystal grains. When the contents of Nb, Ti, and V exceed the respective upper limits, the above-described effects are saturated, coarse precipitates are generated, and the fatigue strength may be reduced.

(実施例1)
本例は、本発明の実施例にかかる浸炭用鋼について説明する。
本例では、まず、本発明の実施例として、表1に示す組成を有する6種類の浸炭用鋼(試料E1〜試料E6)、及び本発明の比較例として、表1に示す組成を有する12種類の浸炭用鋼(試料C1〜試料C12)を作製した。
比較例のうち、試料C1〜試料C7は、一部の条件が本発明の上限を満足しない比較鋼であり、試料C8〜試料C12は、JIS G 4053:2008に記載の従来のCr鋼及びCr−Mo鋼である。
Example 1
In this example, carburizing steel according to an example of the present invention will be described.
In this example, first, as an example of the present invention, six types of carburizing steels (samples E1 to E6) having the compositions shown in Table 1 and 12 having the compositions shown in Table 1 as comparative examples of the present invention. Various types of carburizing steels (Sample C1 to Sample C12) were produced.
Among the comparative examples, sample C1 to sample C7 are comparative steels in which some conditions do not satisfy the upper limit of the present invention, and sample C8 to sample C12 are the conventional Cr steel and Cr described in JIS G 4053: 2008. -Mo steel.

また、表1には、10×C−Si+Mnの値、フェライト面積率(%)、及び後述の切削長(m)を併せて示す。
ミクロ組織の観察は、試料E1〜試料E6、及び試料C1〜試料C12について、φ50試験片を焼鈍処理の後、D/4の部位のミクロ組織をナイタールで腐食し、光学顕微鏡を用いて観察した。そして、フェライト面積率(%)を測定し、フェライト・パーライト以外の組織の有無を確認した。その結果、全ての試料について、ベイナイト、マルテンサイト等のフェライト・パーライト以外の組織の面積率は5%未満となっていた。
Table 1 also shows a value of 10 × C—Si + Mn, a ferrite area ratio (%), and a cutting length (m) described later.
The microstructure was observed with respect to Sample E1 to Sample E6 and Sample C1 to Sample C12, after the φ50 test piece was annealed, the microstructure of the D / 4 portion was corroded with nital and observed using an optical microscope. . And the ferrite area ratio (%) was measured and the presence or absence of structure | tissues other than a ferrite pearlite was confirmed. As a result, the area ratio of the structures other than ferrite and pearlite such as bainite and martensite was less than 5% for all samples.

上記試料E1〜試料E6は、C:0.25〜0.33質量%、Si:0.50〜2.00質量%、Mn:0.30〜0.65質量%、P:0.035質量%以下、S:0.035質量%以下、Cr:0.50〜2.50質量%、Al:0.025〜0.045質量%、N:0.0060〜0.0300質量%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物よりなること、10×C−Si+Mn≦2.70であること、ミクロ組織がフェライト・パーライト組織からなり、かつ、フェライト率が面積率で45%以上であることがわかる。   Sample E1 to Sample E6 are: C: 0.25 to 0.33 mass%, Si: 0.50 to 2.00 mass%, Mn: 0.30 to 0.65 mass%, P: 0.035 mass% %: S: 0.035% by mass or less, Cr: 0.50-2.50% by mass, Al: 0.025-0.045% by mass, N: 0.0060-0.0300% by mass The balance is made of Fe and inevitable impurities, 10 × C-Si + Mn ≦ 2.70, the microstructure is made of a ferrite / pearlite structure, and the ferrite ratio is 45% or more in area ratio. Recognize.

上記試料C8は、0.2%C肌焼鋼(SCR420)である。
また、上記試料C9〜試料C12は、Cの含有率が0.25〜0.40質量%の従来JIS−Cr鋼である。
The sample C8 is 0.2% C case hardening steel (SCR420).
Samples C9 to C12 are conventional JIS-Cr steels having a C content of 0.25 to 0.40 mass%.

次に、得られた浸炭用鋼(試料E1〜試料E6、及び試料C1〜試料C12)について、切削性(歯切れ加工性)の評価を行った。
まず、試料E1〜試料E6、及び試料C1〜試料C12のそれぞれついて、Φ50×L450mmの円柱試験片の長手方向の幅10mm、深さ10mmの溝が等間隔に4本加工された試験片を作製した。この試験片を、円周速度170m/minとなるよう回転させながら、0.2mm/revの送り速度で工具を移動させるという切削試験を行い、工具の横逃げ面摩耗量が0.3mmとなるまでの切削長を測定した。切込量は1mmに設定した。切削工具は無被覆超硬P30を用いている。結果を表1に併せて示す。
歯切れ加工性は、SCR420(試料C8)の切削長3850m以上であれば、歯切れ加工性が良好であるとして合格とし、3850m未満である場合を不合格とした。
Next, the carburizing steel (sample E1 to sample E6, and sample C1 to sample C12) was evaluated for machinability (cribability).
First, for each of Sample E1 to Sample E6 and Sample C1 to Sample C12, a test piece is prepared by processing four grooves having a width of 10 mm in the longitudinal direction and a depth of 10 mm of a cylindrical test piece of Φ50 × L450 mm at equal intervals. did. A cutting test in which the tool is moved at a feed rate of 0.2 mm / rev while rotating the test piece at a circumferential speed of 170 m / min is performed, and the lateral flank wear amount of the tool becomes 0.3 mm. The cutting length up to was measured. The depth of cut was set to 1 mm. The cutting tool uses uncoated carbide P30. The results are also shown in Table 1.
If the cutting length of the SCR420 (sample C8) was 3850 m or more, the cutting performance was acceptable, and the case where it was less than 3850 m was rejected.

図1には、試料E1〜試料E6、及び試料C1〜試料C12について、炭素含有率と切削長との関係を示す。図1は、横軸に炭素含有率(質量%)、縦軸に切削長(m)をとった。図1において、記号E1〜E6、C1〜C12は、それぞれ試料E1〜試料E6、試料C1〜試料C12の結果を示す。また、曲線Aは、従来のJIS鋼(Si:0.20〜0.25%、Mn:0.71〜0.87%,試料C8〜試料C12)の結果を結んだ線である。   FIG. 1 shows the relationship between the carbon content and the cutting length for Samples E1 to E6 and Samples C1 to C12. In FIG. 1, the horizontal axis represents the carbon content (% by mass), and the vertical axis represents the cutting length (m). In FIG. 1, symbols E1 to E6 and C1 to C12 indicate the results of Sample E1 to Sample E6 and Sample C1 to Sample C12, respectively. Curve A is a line connecting the results of conventional JIS steel (Si: 0.20 to 0.25%, Mn: 0.71 to 0.87%, Sample C8 to Sample C12).

図2には、10×C−Si+Mnの値と切削長との関係を示す。図2は、横軸に関係式10×C−Si+Mnの値、縦軸に切削長(m)をとった。図2において、記号E1〜E6、C1〜C12は、それぞれ試料E1〜試料E6、試料C1〜試料C12の結果を示す。なお、図2には、本発明の実施例である試料E1〜試料E6のデータを○、関係式の条件は満足するが一部の成分が範囲外のデータを△、関係式の値が本発明の条件を満足しないデータを×で示した。   FIG. 2 shows the relationship between the value of 10 × C—Si + Mn and the cutting length. In FIG. 2, the horizontal axis represents the value of the relational expression 10 × C—Si + Mn, and the vertical axis represents the cutting length (m). In FIG. 2, symbols E1 to E6 and C1 to C12 indicate the results of Samples E1 to E6 and Samples C1 to C12, respectively. In FIG. 2, the data of sample E1 to sample E6, which is an embodiment of the present invention, is indicated by ◯, the relational expression conditions are satisfied, but some components are out of range, and the relational expression value is Data that does not satisfy the conditions of the invention are indicated by x.

図1、及び図2より明らかなように、従来のJIS鋼試料C8(C含有率0.20%)を他元素の最適化を考慮することなく、浸炭時間短縮のため、単純に炭素含有率を増量すると、試料C9の結果よりCをわずか0.05%増量し、0.25%としただけで切削長が3850mから1600mまで大幅に低下した。さらに、0.40%まで増量(試料C12)していくと、810mまで大きく低下する(図1参照)。   As is clear from FIGS. 1 and 2, the conventional JIS steel sample C8 (C content: 0.20%) is simply carbon content for shortening the carburizing time without considering optimization of other elements. When the amount was increased, the cutting length was significantly reduced from 3850 m to 1600 m just by increasing C by 0.05% from the result of sample C9 and setting it to 0.25%. Furthermore, if it increases to 0.40% (sample C12), it will fall greatly to 810m (refer FIG. 1).

それに対し、本発明で提案した10×C−Si+Mn≦2.70を満足するように、Si、Mn量の最適化を図った上で、Cの増量を図った本発明鋼の実施例である試料E1〜試料E6は、いずれも、0.2%C肌焼鋼(SCR420)と同等以上の良好な歯切れ加工性を示した。これより、関係式の値を満足するように、Si、Mn量を最適化することによって、Cを0.33%まで増量しても、試料E6の結果から明らかなように、従来鋼であるSCr420とほぼ同等の被削性を維持することができることがわかった。   On the other hand, it is an embodiment of the steel of the present invention in which the amount of C is increased after optimization of the amounts of Si and Mn so as to satisfy 10 × C—Si + Mn ≦ 2.70 proposed in the present invention. Samples E1 to E6 all showed good crushing workability equal to or better than 0.2% C case-hardened steel (SCR420). Thus, even if C is increased to 0.33% by optimizing the amounts of Si and Mn so as to satisfy the value of the relational expression, as is clear from the result of sample E6, it is a conventional steel. It was found that machinability substantially equivalent to that of SCr420 can be maintained.

なお、関係式を満足するようにCr、Si、Mn量を調整することによる効果は、図2より明確に把握することができる。しかしながら、C含有率が0.33%を超えると、Si、Mn量を最適化しても、比較鋼である試料C4、C5の結果の通り、被削性が低下することが明らかとなった。   In addition, the effect by adjusting Cr, Si, and Mn amount so that a relational expression may be satisfied can be grasped | ascertained clearly from FIG. However, when the C content exceeds 0.33%, it became clear that even if the Si and Mn amounts are optimized, the machinability is lowered as a result of the samples C4 and C5 which are comparative steels.

なお、本例では、短時間・低CO2排出浸炭処理にて浸炭硬度分布についての実験は行っていないが、上記浸炭用鋼(試料E1〜試料E6)は、Cを0.25〜0.33質量%含有するものであり、従来浸炭用鋼として一般的に用いられている炭素含有率0.20%程度の鋼に比較して、素地炭素濃度が高く、上述したように浸炭時間を短縮することができる。そのため、本例の試料E1〜試料E6は、従来のCr鋼やCrMo鋼に対し、短時間・低CO2排出浸炭処理にて必要とする浸炭硬さ及び硬化層深さを確保できることは言うまでもない。
このように、本発明によれば、従来鋼の有する被削性を劣化させることなくC含有率を高めることができるため、短時間・低CO2排出浸炭処理にて浸炭硬度分布が確保でき、浸炭処理費用の低減に大きく貢献することができる。
In this example, no experiment was conducted on the carburization hardness distribution in a short time, low CO 2 emission carburizing treatment, but the carburizing steel (sample E1 to sample E6) has a C of 0.25 to 0. Compared with steel with a carbon content of about 0.20%, which is generally used as a carburizing steel, it has a high carbon concentration and shortens the carburizing time as described above. can do. Therefore, the sample E1~ sample E6 of this example, with respect to conventional Cr steel or CrMo steel, can of course be ensured carburized hardness and hardening depth requires a short time, low CO 2 emissions carburizing .
Thus, according to the present invention, it is possible to increase the C content without degrading the machinability of the conventional steel, so it is possible to ensure the carburization hardness distribution in a short time and low CO 2 emission carburizing treatment, This can greatly contribute to the reduction of carburizing cost.

Claims (3)

C:0.25〜0.33質量%、Si:0.50〜2.00質量%、Mn:0.30〜0.65質量%、P:0.035質量%以下、S:0.035質量%以下、Cr:0.50〜2.50質量%、Al:0.025〜0.045質量%、N:0.0060〜0.0300質量%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物よりなり、
10×C−Si+Mn≦2.70であり、
ミクロ組織がフェライト・パーライト組織からなり、かつ、フェライト率が面積率で45%以上であることを特徴とする浸炭用鋼。
C: 0.25 to 0.33 mass%, Si: 0.50 to 2.00 mass%, Mn: 0.30 to 0.65 mass%, P: 0.035 mass% or less, S: 0.035 Less than mass%, Cr: 0.50-2.50 mass%, Al: 0.025-0.045 mass%, N: 0.0060-0.0300 mass%, the balance being Fe and inevitable impurities And
10 × C—Si + Mn ≦ 2.70,
A carburizing steel characterized in that the microstructure is a ferrite-pearlite structure and the ferrite ratio is 45% or more in terms of area ratio.
請求項1において、さらに、Mo:0.35質量%以下を含有することを特徴とする浸炭用鋼。   The carburizing steel according to claim 1, further comprising Mo: 0.35 mass% or less. 請求項1又は請求項2において、さらに、Nb:0.20質量%以下、Ti:0.20質量%以下、V:0.30質量%以下を含有することを特徴とする浸炭用鋼。   3. The carburizing steel according to claim 1, further comprising Nb: 0.20 mass% or less, Ti: 0.20 mass% or less, and V: 0.30 mass% or less.
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