JP2013185186A - Cold forging and nitriding steel, cold forging and nitriding steel material, and cold forged and nitrided component - Google Patents

Cold forging and nitriding steel, cold forging and nitriding steel material, and cold forged and nitrided component Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cold forging and nitriding steel which is excellent in cold forgeability and machinability after cold forging, and is capable of providing a cold forged and nitrided component with high core part hardness, high surface hardness and a deep effective hardened layer depth.SOLUTION: A cold forging and nitriding steel has a chemical composition that contains, by mass, 0.01-0.15% C, less than 0.10% Si, 0.10-0.50% Mn, 0.030% or less P, 0.050% or less S, 0.80-2.0% Cr, 0.03% or more and less than 0.10% V, 0.01-0.10% Al, 0.0080% or less N, and 0.0030% or less O with the balance being Fe and impurities, and satisfies [399×C+26×Si+123×Mn+30×Cr+32×Mo+19×V≤160], [20≤(669.3×logC-1959.6×logN-6983.3)×(0.067×Mo+0.147×V)≤80] and [140×Cr+125×Al+235×V≥160]. Instead of some of Fe, a specific amount of one or more elements among Mo, Cu, Ni, Ti, Nb, Zr, Pb, Ca, Bi, Te, Se and Sb may be contained.

Description

本発明は、冷鍛窒化用鋼、冷鍛窒化用鋼材および冷鍛窒化部品に関する。詳しくは、冷間鍛造性および冷間鍛造後の被削性に優れるとともに、冷間鍛造と窒化の処理を施された部品に、高い芯部硬さおよび表面硬さ、ならびに深い有効硬化層深さを具備させることが可能であって、冷鍛窒化部品の素材として用いるのに好適な冷鍛窒化用鋼および冷鍛窒化用鋼材、ならびにそれを用いた冷鍛窒化部品に関する。   The present invention relates to a steel for cold forging and nitriding, a steel material for cold forging and nitriding, and a cold forging and nitriding component. Specifically, it has excellent cold forgeability and machinability after cold forging, as well as high core hardness and surface hardness, and deep effective hardened layer depth on parts that have been subjected to cold forging and nitriding. The present invention relates to a steel for cold forging and nitriding suitable for use as a material for a cold forging and nitriding component, and a cold forging and nitriding component using the same.

本発明でいう「窒化」には、「Nを侵入・拡散させる」厳密な意味での「窒化」だけではなく、「NおよびCを侵入・拡散させる」処理である「軟窒化」も含む。このため、以下の説明においては、「軟窒化」を含めて単に「窒化」という。   The “nitriding” in the present invention includes not only “nitriding” in the strict sense of “intruding and diffusing N” but also “soft nitriding” which is a process of intruding and diffusing N and C. For this reason, in the following description, “nitriding” including “soft nitriding” is simply referred to.

また、上記の「冷鍛窒化」とは、「冷間鍛造」を行った後、さらに「窒化」処理を施すことを指す。   Further, the above-mentioned “cold forging and nitriding” refers to performing “nitriding” treatment after performing “cold forging”.

歯車、ベルト式無段変速機(CVT)用プーリ等の、自動車のトランスミッションなどに使用される機械構造用部品は、曲げ疲労強度向上、ピッチング強度向上および耐摩耗性向上の点から、通常、表面硬化処理が施される。代表的な表面硬化処理として、浸炭焼入れ、高周波焼入れ、窒化などがある。   Mechanical structural parts used in automobile transmissions, such as gears and pulleys for belt-type continuously variable transmissions (CVT), are usually surfaced in order to improve bending fatigue strength, pitching strength, and wear resistance. A curing process is performed. Typical surface hardening treatments include carburizing quenching, induction quenching, and nitriding.

上記のうちで、浸炭焼入れは、一般的に低炭素鋼を使用し、Ac3点以上の高温のオーステナイト域でCを侵入・拡散させた後、焼入れする処理である。浸炭焼入れは、高い表面硬さと深い有効硬化層深さが得られる長所があるが、変態を伴う処理であるため、熱処理変形が大きくなるという問題がある。したがって、高い部品精度が要求される場合には、浸炭焼入れ後に研削、ホーニングなどの仕上加工が必要となる。また、表層に生成する粒界酸化層、不完全焼入れ層などのいわゆる「浸炭異常層」が曲げ疲労などの破壊起点となり、疲労強度を低下させるといった問題もある。 Among the above, carburizing and quenching is a process in which low carbon steel is generally used, C is intruded and diffused in a high temperature austenite region of Ac 3 or higher, and then quenched. Although carburizing and quenching has an advantage that a high surface hardness and a deep effective hardened layer depth can be obtained, there is a problem that heat treatment deformation becomes large because it is a process involving transformation. Therefore, when high part accuracy is required, finishing such as grinding and honing after carburizing and quenching is required. In addition, a so-called “carburized abnormal layer” such as a grain boundary oxide layer or an incompletely hardened layer formed on the surface layer becomes a fracture starting point such as bending fatigue, and there is a problem that the fatigue strength is lowered.

高周波焼入れは、Ac3点以上の高温のオーステナイト域に急速加熱、冷却して焼入れする処理である。有効硬化層深さの調整が比較的容易である長所があるが、浸炭のようにCを侵入・拡散させる表面硬化処理ではないため、必要な表面硬さ、有効硬化層深さおよび芯部硬さを得るために、浸炭用鋼に比べC量が高い中炭素鋼を使用するのが一般的である。しかしながら、中炭素鋼は素材硬さが低炭素鋼に比べて高いため、被削性が低下する問題があった。また、部品ごとに高周波加熱コイルを作製する必要がある。 Induction hardening is a process of quenching by rapid heating and cooling to a high temperature austenite region of Ac 3 or higher. Although there is an advantage that adjustment of the effective hardened layer depth is relatively easy, it is not a surface hardening treatment that penetrates and diffuses C like carburizing, so the required surface hardness, effective hardened layer depth and core hardness In order to achieve this, it is common to use medium carbon steel having a higher C content than carburizing steel. However, since medium carbon steel has a higher material hardness than low carbon steel, there is a problem that machinability is lowered. Moreover, it is necessary to produce a high-frequency heating coil for each part.

これに対して、窒化は、Ac1点以下の400〜550℃前後の温度で、Nを侵入・拡散させて高い表面硬さと適度な有効硬化層深さを得る処理である。浸炭焼入れおよび高周波焼入れに比べて処理温度が低いため、熱処理変形が小さい長所がある。 On the other hand, nitriding is a process for obtaining high surface hardness and an appropriate effective hardened layer depth by invading and diffusing N at a temperature of 400 to 550 ° C. below the Ac 1 point. Since the processing temperature is lower than that of carburizing and induction hardening, there is an advantage in that heat treatment deformation is small.

また、窒化のうちでも軟窒化は、Ac1点以下の500〜650℃前後の温度で、NおよびCを侵入・拡散させて高い表面硬さを得る処理であり、処理時間が数時間と短時間であることから大量生産に適した処理である。 Among the nitriding processes, soft nitriding is a process for obtaining high surface hardness by invading and diffusing N and C at a temperature of about 500 to 650 ° C. below the Ac 1 point, and the processing time is as short as several hours. Since it is time, it is suitable for mass production.

さらに、昨今の地球温暖化抑制を背景とした温室効果ガス削減の潮流に伴い、浸炭焼入れのような高温で保持する工程の削減が要望されている。加えて、同様に高温で保持する工程を含む熱間鍛造から冷間鍛造へ製造方法を置き換えることで、温室効果ガスを削減できるだけでなく製造コスト低減にも高い効果が得られることから、自動車部品などの機械構造用部品への適用が注目されている。このため、冷間鍛造および窒化は時代に即応した機械構造部品の製造方法である。   Furthermore, with the current trend of reducing greenhouse gases against the background of global warming suppression, there is a demand for reduction of processes that are held at high temperatures such as carburizing and quenching. In addition, by replacing the manufacturing method from hot forging, which also includes a process of holding at high temperature, to cold forging, it is possible not only to reduce greenhouse gases but also to achieve high effects in reducing manufacturing costs. Application to machine structural parts such as For this reason, cold forging and nitriding are methods for manufacturing machine structural parts that are ready for the times.

しかしながら、従来の窒化用鋼には、次の〈1〉〜〈3〉に示すような問題があった。   However, the conventional nitriding steel has problems as shown in the following <1> to <3>.

〈1〉窒化は高温のオーステナイト域からの焼入れ処理を行わない、すなわちマルテンサイト変態を伴う強化ができない表面硬化処理である。このため、窒化部品に所望の芯部硬さを確保させるためには多量の合金元素を含有させる必要があるが、多量の合金元素を含有させると変形抵抗が高くなるため、冷間鍛造で成形加工することが困難になる。   <1> Nitriding is a surface hardening treatment that does not perform quenching treatment from a high temperature austenite region, that is, cannot be strengthened with martensitic transformation. For this reason, in order to secure the desired core hardness in the nitrided part, it is necessary to contain a large amount of alloy element. However, if a large amount of alloy element is contained, the deformation resistance increases, so it is formed by cold forging. It becomes difficult to process.

〈2〉代表的な窒化用鋼としては、JIS G 4053(2008)に規定されているアルミニウムクロムモリブデン鋼(SACM645)があるが、この鋼はCr、Alなどが表面付近に窒化物を生成するため高い表面硬さを得ることができるものの、有効硬化層が浅いので、高い曲げ疲労強度を確保することができない。   <2> As a typical nitriding steel, there is an aluminum chrome molybdenum steel (SACM645) defined in JIS G 4053 (2008). In this steel, Cr, Al, etc. generate nitrides near the surface. Therefore, although high surface hardness can be obtained, high effective bending fatigue strength cannot be ensured because the effective hardened layer is shallow.

〈3〉窒化のうちでも軟窒化は、500〜650℃前後の温度域で数時間保持するため、部品の芯部は焼戻し軟化しやすい。この結果、高面圧が負荷される部品では、芯部で塑性変形が生じやすくなり、接触面がへこんで変形する。   <3> Among nitriding, soft nitriding is held for several hours in a temperature range of about 500 to 650 ° C., so that the core portion of the component is easily tempered and softened. As a result, in a part to which a high surface pressure is applied, plastic deformation is likely to occur at the core, and the contact surface is deformed by being dented.

そこで、前記した問題点を解消するべく、例えば、特許文献1および特許文献2に窒化に関する技術が開示されている。   Therefore, in order to solve the above-described problems, for example, Patent Literature 1 and Patent Literature 2 disclose techniques relating to nitriding.

特許文献1に、圧延後の硬さがビッカース硬さで200以下であって、軟窒化性と冷間鍛造性が優れた軟窒化用鋼を提供することを目的とする「冷間鍛造性に優れた軟窒化用鋼」が開示されている。上記の「軟窒化用鋼」は、質量%で、C:0.05〜0.25%、Si:0.50%以下、Mn:0.55%以下、Cr:0.50〜2.00%、V:0.02〜0.35%およびAl:0.005〜0.050%を含有し、必要に応じてさらに、Nb:0.02〜0.35%を含有し、残部がFeおよび不純物元素からなるものである。   Patent Document 1 discloses that the hardness after rolling is 200 or less in terms of Vickers hardness, and is intended to provide a steel for nitrocarburizing excellent in soft nitriding properties and cold forging properties. An excellent steel for soft nitriding ”is disclosed. Said “steel for soft nitriding” is in mass%, C: 0.05 to 0.25%, Si: 0.50% or less, Mn: 0.55% or less, Cr: 0.50 to 2.00 %, V: 0.02 to 0.35% and Al: 0.005 to 0.050%, and if necessary, Nb: 0.02 to 0.35%, and the balance of Fe And an impurity element.

特許文献2に、表面硬化層が硬く、かつ有効硬化層深さが深く、また必要な心部硬さが得られるとともに切削等機械加工量が少なくてすむ「窒化処理部品の製造方法」が開示されている。上記の「窒化処理部品の製造方法」は、質量%で、C:0.10〜0.40%、Si:0.10〜0.70%、Mn:0.20〜1.50%、Cr:0.50〜2.50%およびV:0.05〜0.60%を含有し、必要に応じてさらに、Al、Mo、Ti、Nb、Ta、B、S、Pb、Te、Se、Ca、BiおよびSbのうちの1種又は2種以上を含有し、残部が実質的にFeから成る組成の鋼材を窒化処理前においてVの析出制御熱処理を行い、しかる後冷間加工を行ったうえで、さらに窒化処理を施すという技術である。   Patent Document 2 discloses a “nitriding component manufacturing method” in which the hardened surface layer is hard, the effective hardened layer depth is deep, the required core hardness is obtained, and the amount of machining such as cutting is small. Has been. The above-mentioned “manufacturing method of nitriding parts” is mass%, C: 0.10 to 0.40%, Si: 0.10 to 0.70%, Mn: 0.20 to 1.50%, Cr : 0.50 to 2.50% and V: 0.05 to 0.60%, and further, if necessary, Al, Mo, Ti, Nb, Ta, B, S, Pb, Te, Se, A steel material containing one or more of Ca, Bi, and Sb, with the balance being substantially composed of Fe, was subjected to V precipitation control heat treatment before nitriding, and then cold worked. In addition, it is a technique of further performing nitriding treatment.

特開平5−171347号公報JP-A-5-171347 特開平7−102343号公報JP-A-7-102343

前述の特許文献1で開示されている鋼は、必ずしも、冷間鍛造性、冷間鍛造後の被削性、耐変形性、曲げ疲労強度および耐摩耗性の全てにおいて優れるというものではない。また、有効硬化層深さもビッカース硬さ(以下、「HV」ということがある。)で400以上の深さを意味するものであり、十分な有効硬化層深さを有しているものではなかった。   The steel disclosed in Patent Document 1 is not necessarily excellent in all of cold forgeability, machinability after cold forging, deformation resistance, bending fatigue strength, and wear resistance. Moreover, the effective hardened layer depth means a depth of 400 or more in terms of Vickers hardness (hereinafter sometimes referred to as “HV”), and does not have a sufficient effective hardened layer depth. It was.

特許文献2で開示されている鋼には、合金元素が多量に含まれている。このため、大きな加工度で冷間鍛造を行うと、必ずしも、十分な冷間鍛造性が確保できず、問題となる場合がある。   The steel disclosed in Patent Document 2 contains a large amount of alloying elements. For this reason, if cold forging is performed at a large workability, sufficient cold forgeability cannot always be ensured, which may be a problem.

本発明は、上記現状に鑑みてなされたもので、冷間鍛造性および冷間鍛造後の被削性に優れるとともに、冷間鍛造と窒化を施された部品に、高い芯部硬さ、高い表面硬さおよび深い有効硬化層深さを具備させることが可能であって、冷鍛窒化部品の素材として用いるのに好適な冷鍛窒化用鋼および冷鍛窒化用鋼材を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above situation, and is excellent in cold forgeability and machinability after cold forging, as well as high core hardness and high in parts subjected to cold forging and nitriding. An object of the present invention is to provide a cold forging and nitriding steel and a cold forging and nitriding steel that can be provided with a surface hardness and a deep effective hardened layer depth, and are suitable for use as a material for cold forging and nitriding parts. To do.

具体的には、硬さが低く冷間鍛造が容易で、冷間鍛造後においては切屑処理性に優れ、さらに冷間鍛造と窒化を施した後の芯部硬さがHVで180以上、表面硬さがHVで650以上および有効硬化層深さが0.15mm以上の硬さ特性を得ることができ、冷鍛窒化部品の素材として用いることが可能な冷鍛窒化用鋼および冷鍛窒化用鋼材を提供することを目的とする。   Specifically, the hardness is low and cold forging is easy, and after cold forging is excellent in chip disposal, and the core hardness after cold forging and nitriding is 180 or more in HV, surface Cold forging and nitriding steel and cold forging and nitriding that can obtain hardness characteristics of 650 or more in HV and effective hardened layer depth of 0.15 mm or more and can be used as a material for cold forging and nitriding parts The purpose is to provide steel.

上記の冷鍛窒化用鋼および冷鍛窒化用鋼材を用いた冷鍛窒化部品を提供することもまた、本発明の目的とするところである。   It is also an object of the present invention to provide a cold forging and nitriding component using the cold forging and nitriding steel and the steel for cold forging and nitriding.

前述のとおり、窒化はオーステナイト域からの焼入れ処理を行わない、すなわちマルテンサイト変態を伴う強化ができない表面硬化処理である。このため、窒化部品に所望の芯部硬さを確保させるためには多量の合金元素を含有させる必要があるが、この場合には冷間鍛造で成形加工することが困難である。   As described above, nitriding is a surface hardening treatment that does not perform quenching treatment from the austenite region, that is, cannot be strengthened with martensitic transformation. For this reason, in order to ensure the desired core hardness in the nitrided part, it is necessary to contain a large amount of alloy elements, but in this case, it is difficult to form by cold forging.

そこで、本発明者らは、前記した課題を解決するために、先ず、熱間鍛造および浸炭焼入れのような高温保持を行うことなく機械構造用部品を得る方法として、冷間鍛造により成形加工を施し、窒化により表面硬化処理を行うことによって、機械構造用部品として必要な芯部硬さ、表面硬さおよび有効硬化層深さを確保できる手段について検討した。   Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, the present inventors first performed a forming process by cold forging as a method for obtaining a machine structural component without performing high temperature holding such as hot forging and carburizing and quenching. Then, a means for securing the core hardness, surface hardness and effective hardened layer depth necessary as a machine structural component was examined by performing surface hardening treatment by nitriding.

その結果、合金元素量を必要最小限に抑えて優れた冷間鍛造性を確保し、冷間鍛造による加工硬化と窒化温度での時効硬化との複合効果で高い芯部硬さを得ることができれば、高い芯部硬さと良好な冷間鍛造性という相反する特性の双方を確保することができるとの技術的思想に到達した。   As a result, the amount of alloying elements can be kept to the minimum necessary to ensure excellent cold forgeability, and high core hardness can be obtained through the combined effect of work hardening by cold forging and age hardening at the nitriding temperature. If possible, we have reached the technical idea that both of the conflicting properties of high core hardness and good cold forgeability can be ensured.

そこで、本発明者らは、上記の技術的思想に基づき、さらに実験を重ね、下記(a)〜(e)の知見を得た。   Therefore, the present inventors have further experimented based on the above technical idea, and obtained the following knowledge (a) to (e).

(a)鋼にCrおよびAlを含有させると、窒化によって表面硬さを高めることができる。   (A) When Cr and Al are contained in steel, the surface hardness can be increased by nitriding.

(b)窒化によってさらに高い表面硬さを得るとともに、窒化温度で時効硬化量を大きくするには、鋼中のN含有量を制限したうえで、鋼にVを含有させることが有効である。上記の鋼にMoを含有させればより大きな時効硬化量を得ることができる。   (B) In order to obtain a higher surface hardness by nitriding and to increase the age hardening amount at the nitriding temperature, it is effective to limit the N content in the steel and to contain V in the steel. If Mo is contained in the above steel, a larger age hardening amount can be obtained.

(c)一方で、CrおよびVを含有させると冷間鍛造性が低下する。芯部硬さを下げることなく冷間鍛造性を確保するために、個々の成分元素の含有量を制限するには限界がある。しかしながら、Nの含有量を制限したうえで、C、Si、Mn、Cr、MoおよびVの含有量を特定の範囲に制限すれば、CrおよびVを含有していても、優れた冷間鍛造性を確保することができる。その結果、大きな加工度で冷間鍛造することができるので、加工硬化による強化を図ることができる。   (C) On the other hand, when Cr and V are contained, cold forgeability is lowered. In order to ensure cold forgeability without lowering the core hardness, there is a limit to restricting the content of individual component elements. However, if the content of C, Si, Mn, Cr, Mo and V is limited to a specific range after limiting the N content, excellent cold forging is possible even if Cr and V are contained. Sex can be secured. As a result, since cold forging can be performed with a large degree of processing, strengthening by work hardening can be achieved.

(d)さらに、鋼のC、Mn、Cu、Ni、Cr、MoおよびVの含有量を特定の範囲に制限すれば、冷間鍛造後に優れた被削性を付与することができる。   (D) Furthermore, if the contents of C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo and V in steel are limited to a specific range, excellent machinability can be imparted after cold forging.

(e)上記の冷間鍛造による加工硬化と、窒化温度での時効硬化により、機械構造用部品として必要な高い芯部硬さを確保することができる。   (E) High core hardness required as a machine structural component can be ensured by work hardening by cold forging and age hardening at a nitriding temperature.

本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記(1)〜(5)に示す冷鍛窒化用鋼、(6)に示す冷鍛窒化用鋼材および(7)に示す冷鍛窒化部品にある。   The present invention has been completed based on the above findings, and the gist of the present invention is the cold forging and nitriding steel shown in the following (1) to (5), the cold forging and nitriding steel shown in (6) and (7 ).

(1)質量%で、C:0.01〜0.15%、Si:0.10%未満、Mn:0.10〜0.50%、P:0.030%以下、S:0.050%以下、Cr:0.80〜2.0%、V:0.03%以上0.10%未満、Al:0.01〜0.10%、N:0.0080%以下およびO:0.0030%以下を含有し、残部はFeおよび不純物からなり、さらに、下記の、(1)式で表されるFn1が160以下、(2)式で表されるFn2が20〜80で、かつ(3)式で表されるFn3が160以上である化学組成を有することを特徴とする、冷鍛窒化用鋼。
Fn1=399×C+26×Si+123×Mn+30×Cr+32×Mo+19×V・・・(1)
Fn2=(669.3×logeC−1959.6×logeN−6983.3)×(0.067×Mo+0.147×V)・・・(2)
Fn3=140×Cr+125×Al+235×V・・・(3)
上記の(1)〜(3)式におけるC、Si、Mn、Cr、Mo、V、NおよびAlは、その元素の質量%での含有量を意味する。
(1) By mass%, C: 0.01 to 0.15%, Si: less than 0.10%, Mn: 0.10 to 0.50%, P: 0.030% or less, S: 0.050 %: Cr: 0.80-2.0%, V: 0.03% or more and less than 0.10%, Al: 0.01-0.10%, N: 0.0080% or less, and O: 0.0. 0030% or less, and the balance consists of Fe and impurities, Fn1 represented by the following formula (1) is 160 or less, Fn2 represented by the formula (2) is 20 to 80, and ( 3) A steel for cold forging and nitriding characterized by having a chemical composition in which Fn3 represented by the formula is 160 or more.
Fn1 = 399 × C + 26 × Si + 123 × Mn + 30 × Cr + 32 × Mo + 19 × V (1)
Fn2 = (669.3 × log e C−1959.6 × log e N−6983.3) × (0.067 × Mo + 0.147 × V) (2)
Fn3 = 140 × Cr + 125 × Al + 235 × V (3)
C, Si, Mn, Cr, Mo, V, N, and Al in the above formulas (1) to (3) mean the content of the element in mass%.

(2)Feの一部に代えて、質量%で、Mo:0.50%以下を含有することを特徴とする、上記(1)に記載の冷鍛窒化用鋼。   (2) The steel for cold forging and nitriding as described in (1) above, which contains Mo: 0.50% or less in mass% instead of part of Fe.

(3)Feの一部に代えて、質量%で、Cu:0.50%以下およびNi:0.50%以下から選択される1種以上を含有することを特徴とする、上記(1)または(2)に記載の冷鍛窒化用鋼。   (3) The above (1), characterized in that, instead of a part of Fe, by mass%, at least one selected from Cu: 0.50% or less and Ni: 0.50% or less is contained. Or the steel for cold forge nitriding as described in (2).

(4)Feの一部に代えて、質量%で、Ti:0.20%以下、Nb:0.10%以下およびZr:0.10%以下から選択される1種以上を含有することを特徴とする、上記(1)から(3)までのいずれかに記載の冷鍛窒化用鋼。   (4) Instead of a part of Fe, it contains at least one selected from Ti: 0.20% or less, Nb: 0.10% or less, and Zr: 0.10% or less in mass%. The steel for cold forging and nitriding according to any one of (1) to (3) above, which is characterized.

(5)Feの一部に代えて、質量%で、Pb:0.50%以下、Ca:0.010%以下、Bi:0.30%以下、Te:0.30%以下、Se:0.30%以下およびSb:0.30%以下から選択される1種以上を含有することを特徴とする、上記(1)から(4)までのいずれかに記載の冷鍛窒化用鋼。   (5) Instead of a part of Fe, in mass%, Pb: 0.50% or less, Ca: 0.010% or less, Bi: 0.30% or less, Te: 0.30% or less, Se: 0 The steel for cold forging and nitriding according to any one of (1) to (4) above, comprising at least one selected from 30% or less and Sb: 0.30% or less.

(6)上記(1)から(5)までのいずれかに記載の化学組成を有し、抽出残渣分析による析出物中のV含有量が0.05%以下であることを特徴とする、冷鍛窒化用鋼材。   (6) The chemical composition according to any one of (1) to (5) above, wherein the V content in the precipitate by extraction residue analysis is 0.05% or less. Steel for forging and nitriding.

(7)上記(1)から(5)までのいずれかに記載の化学組成を有し、芯部硬さがビッカース硬さで180以上、表面硬さがビッカース硬さで650以上、有効硬化層深さが0.15mm以上であることを特徴とする、冷鍛窒化部品。   (7) The chemical composition according to any one of (1) to (5) above, having a core hardness of 180 or more in terms of Vickers hardness, a surface hardness of 650 or more in terms of Vickers hardness, and an effective cured layer A cold forged and nitrided part having a depth of 0.15 mm or more.

残部としての「Feおよび不純物」における「不純物」とは、鉄鋼材料を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または製造環境などから混入するものを指す。   The “impurities” in the remaining “Fe and impurities” refer to those mixed from ore as a raw material, scrap, or the manufacturing environment when the steel material is industrially produced.

本発明の冷鍛窒化用鋼および冷鍛窒化用鋼材は、冷間鍛造性および冷間鍛造後の被削性に優れるとともに、冷間鍛造と窒化の処理を施された部品に、高い芯部硬さ、高い表面硬さおよび深い有効硬化層深さを具備させることができる。このため、冷鍛窒化部品の素材として用いるのに好適である。   The steel for cold forging and nitriding of the present invention is excellent in cold forgeability and machinability after cold forging, and has a high core in a part subjected to cold forging and nitriding treatment. Hardness, high surface hardness and deep effective hardened layer depth can be provided. For this reason, it is suitable for using as a raw material of cold forging nitriding components.

また、本発明の冷鍛窒化部品は、耐変形性、曲げ疲労強度および耐摩耗性に優れているため、歯車、CVT用プーリ等の、自動車のトランスミッションなどに使用される機械構造用部品として好適に用いることができる。   Further, the cold forged and nitrided parts of the present invention are excellent in deformation resistance, bending fatigue strength, and wear resistance, and thus are suitable as parts for machine structures used in automobile transmissions such as gears and pulleys for CVT. Can be used.

実施例で用いた冷間鍛造時の変形抵抗測定用平滑試験片の形状を示す図である。図中の寸法の単位は「mm」である。It is a figure which shows the shape of the smooth test piece for a deformation resistance measurement at the time of the cold forging used in the Example. The unit of the dimension in the figure is “mm”. 実施例で用いた冷間鍛造時の限界圧縮率測定用切欠き試験片の形状を示す図である。図中の寸法の単位は「mm」である。It is a figure which shows the shape of the notch test piece for the limit compressibility measurement at the time of the cold forging used in the Example. The unit of the dimension in the figure is “mm”. 実施例で用いた窒化後の硬さ等の測定用丸棒試験片の形状を示す図である。図中の寸法の単位は「mm」である。It is a figure which shows the shape of the round bar test piece for measurement, such as the hardness after nitriding used in the Example. The unit of the dimension in the figure is “mm”. 実施例で用いた切欠き付き小野式回転曲げ疲労試験片の冷間引抜き材から切り出したままの粗形状を示す図である。「3.2S」と表示の箇所を除いて、図中の寸法の単位は「mm」である。It is a figure which shows the rough shape as cut out from the cold drawing material of the Ono type | formula rotation bending fatigue test piece with a notch used in the Example. Except for the part labeled “3.2S”, the unit of the dimension in the figure is “mm”. 実施例で用いた耐摩耗性調査用ブロック試験片Aの形状を示す図である。図中の単位を示していない寸法は「mm」である。It is a figure which shows the shape of the block test piece A for abrasion resistance investigation used in the Example. The dimension which does not show the unit in a figure is "mm". 実施例で用いた耐変形性調査用ブロック試験片Bの形状を示す図である。図中の単位を示していない寸法は「mm」である。It is a figure which shows the shape of the block test piece B for a deformation resistance investigation used in the Example. The dimension which does not show the unit in a figure is "mm". 実施例において、図3〜6に示す試験片に施した軟窒化のヒートパターンを示す図である。In an Example, it is a figure which shows the heat pattern of the soft nitriding given to the test piece shown in FIGS. 実施例で用いた切欠き付き小野式回転曲げ疲労試験片の仕上形状を示す図である。図中の寸法の単位は「mm」である。It is a figure which shows the finishing shape of the Ono-type rotary bending fatigue test piece with a notch used in the Example. The unit of the dimension in the figure is “mm”. 実施例のNC旋盤を用いた旋削加工で生じた切屑の長さについて説明する図である。It is a figure explaining the length of the chip | tip produced by the turning process using the NC lathe of an Example. 実施例で実施したブロックオンリング式摩耗試験の方法を説明する図である。It is a figure explaining the method of the block on ring type abrasion test implemented in the Example. 実施例のブロックオンリング式摩耗試験で用いたリング試験片の形状を示す図である。図中の単位を示していない寸法は「mm」である。It is a figure which shows the shape of the ring test piece used by the block on-ring-type abrasion test of an Example. The dimension which does not show the unit in a figure is "mm". 実施例において、仕上研削前の、リング試験片および押し込み試験治具に施したガス浸炭焼入れ−焼戻しのヒートパターンを示す図である。In an Example, it is a figure which shows the heat pattern of the gas carburizing quenching-tempering performed to the ring test piece and the indentation test jig | tool before finish grinding. 実施例で実施したブロックオンリング式摩耗試験後の摩耗深さの測定方法を説明する図である。It is a figure explaining the measuring method of the wear depth after the block on-ring-type wear test implemented in the Example. 実施例で実施した押し込み試験の方法を説明する図である。It is a figure explaining the method of the indentation test implemented in the Example. 実施例の押し込み試験で用いた押し込み試験治具の形状を示す図である。図中の単位を示していない寸法は「mm」である。It is a figure which shows the shape of the indentation test jig | tool used by the indentation test of the Example. The dimension which does not show the unit in a figure is "mm". (1)式で表されるFn1と実施例の調査1における冷間加工前の硬さ(HV)の関係を整理した図である。It is the figure which arranged the relationship between Fn1 represented by (1) Formula, and the hardness (HV) before cold working in the investigation 1 of an Example. (1)式で表されるFn1と実施例の調査4における冷間鍛造での変形抵抗の関係を整理した図である。It is the figure which arranged the relationship between Fn1 represented by (1) Formula, and the deformation resistance in the cold forging in the investigation 4 of an Example. (1)式で表されるFn1と実施例の調査5における冷間鍛造での限界圧縮率の関係を整理した図である。It is the figure which arranged the relationship between Fn1 represented by (1) Formula, and the limit compression rate in the cold forging in the investigation 5 of an Example. (2)式で表されるFn2と実施例の調査7における窒化後の芯部硬さ(HV)の関係を整理した図である。It is the figure which arranged the relationship between Fn2 represented by (2) Formula, and the core part hardness (HV) after nitriding in the investigation 7 of an Example. (2)式で表されるFn2と実施例の調査10における押し込み変形量の関係を整理した図である。It is the figure which arranged the relationship between Fn2 represented by (2) Formula, and the amount of indentation deformation in the investigation 10 of an Example. (3)式で表されるFn3と実施例の調査7における窒化後の表面硬さ(HV)の関係を整理した図である。It is the figure which arranged the relationship between Fn3 represented by (3) Formula, and the surface hardness (HV) after nitriding in the investigation 7 of an Example. (3)式で表されるFn3と実施例の調査8における回転曲げ疲労強度の関係を整理した図である。It is the figure which arranged the relationship between Fn3 represented by (3) Formula, and the rotation bending fatigue strength in the investigation 8 of an Example. (3)式で表されるFn3と実施例の調査9における摩耗深さの関係を整理した図である。It is the figure which arranged the relationship between Fn3 represented by (3) Formula, and the wear depth in the investigation 9 of an Example.

以下、本発明の各要件について詳しく説明する。なお、各元素の含有量の「%」は「質量%」を意味する。   Hereinafter, each requirement of the present invention will be described in detail. In addition, “%” of the content of each element means “mass%”.

(A)化学組成:
C:0.01〜0.15%
Cは、冷鍛窒化部品の曲げ疲労強度と芯部硬さ確保のために必須の元素であり、0.01%以上の含有量が必要である。しかし、Cの含有量が多すぎると硬さが高くなり冷間鍛造性が低下する。このため、上限を設け、Cの含有量を0.01〜0.15%とした。Cの含有量は0.03%以上とすることが好ましく、また0.13%以下とすることが好ましい。
(A) Chemical composition:
C: 0.01 to 0.15%
C is an essential element for ensuring the bending fatigue strength and core hardness of the cold forged and nitrided parts, and a content of 0.01% or more is necessary. However, if the C content is too large, the hardness increases and cold forgeability decreases. For this reason, the upper limit was set and the C content was set to 0.01 to 0.15%. The C content is preferably 0.03% or more, and more preferably 0.13% or less.

Si:0.10%未満
Siは、鋼に不純物として含有される元素である。一方で、脱酸作用を有する元素でもある。Siの含有量が多すぎると硬さが高くなり冷間鍛造性が低下する。このため、上限を設け、Siの含有量を0.10%未満とした。脱酸作用を得るには、Siは0.02%以上の含有量とするのが好ましい。Siの含有量は0.02%以上とすることが好ましく、また0.09%以下とすることが好ましい。
Si: Less than 0.10% Si is an element contained as an impurity in steel. On the other hand, it is also an element having a deoxidizing action. When there is too much content of Si, hardness will become high and cold forgeability will fall. For this reason, an upper limit was set, and the Si content was less than 0.10%. In order to obtain a deoxidizing action, the Si content is preferably 0.02% or more. The Si content is preferably 0.02% or more, and preferably 0.09% or less.

Mn:0.10〜0.50%
Mnは、冷鍛窒化部品の曲げ疲労強度と芯部硬さを確保する作用および脱酸作用を有する。これらの効果を得るには、0.10%以上の含有量が必要である。しかし、Mnの含有量が多すぎると、硬さが高くなり冷間鍛造性が低下する。このため、上限を設け、Mnの含有量を0.10〜0.50%とした。Mnの含有量は0.30%以上とすることが好ましく、また0.46%以下とすることが好ましい。
Mn: 0.10 to 0.50%
Mn has the action of ensuring the bending fatigue strength and core hardness of the cold forged and nitrided parts and the deoxidizing action. In order to obtain these effects, a content of 0.10% or more is necessary. However, when there is too much content of Mn, hardness will become high and cold forgeability will fall. For this reason, an upper limit was set, and the Mn content was set to 0.10 to 0.50%. The Mn content is preferably 0.30% or more, and more preferably 0.46% or less.

P:0.030%以下
Pは、鋼に含有される不純物である。Pの含有量が多すぎると、結晶粒界に偏析したPが鋼を脆化させる場合がある。このため、上限を設け、Pの含有量を0.030%以下とした。より好ましいPの含有量は0.020%以下である。
P: 0.030% or less P is an impurity contained in steel. When there is too much content of P, P segregated to the grain boundary may make steel embrittle. For this reason, an upper limit is set and the P content is set to 0.030% or less. A more preferable content of P is 0.020% or less.

S:0.050%以下
Sは、鋼に含有される不純物である。また、Sを積極的に含有させれば、Mnと結合してMnSを形成し、被削性を向上させる効果を有する。しかしながら、Sの含有量が0.050%を超えると、粗大なMnSを形成して、熱間加工性および曲げ疲労強度が低下する。そのため、Sの含有量を0.050%以下とした。Sの含有量は、0.030%以下とすることが好ましい。被削性を向上させる効果を得るには、Sの含有量は、0.005%以上とすることが好ましい。
S: 0.050% or less S is an impurity contained in steel. Further, if S is positively contained, it combines with Mn to form MnS and has an effect of improving machinability. However, if the S content exceeds 0.050%, coarse MnS is formed, and hot workability and bending fatigue strength are reduced. Therefore, the content of S is set to 0.050% or less. The S content is preferably 0.030% or less. In order to obtain the effect of improving the machinability, the S content is preferably 0.005% or more.

Cr:0.80〜2.0%
Crは、窒化の際にNと結合して窒化物を生成し、窒化での表面硬さを向上させ、冷鍛窒化部品の曲げ疲労強度と耐摩耗性を確保する効果がある。しかしながら、Crの含有量が0.80%未満では前記の効果を得ることができない。一方、Crの含有量が2.0%を超えると、硬くなって冷間鍛造性が低下する。そのため、Crの含有量を0.80〜2.0%とした。Crの含有量は0.90%以上とすることが好ましく、また1.5%以下とすることが好ましい。
Cr: 0.80 to 2.0%
Cr combines with N during nitriding to form nitrides, improves the surface hardness during nitriding, and has the effect of ensuring the bending fatigue strength and wear resistance of cold forged nitriding parts. However, the above effect cannot be obtained if the Cr content is less than 0.80%. On the other hand, if the content of Cr exceeds 2.0%, it becomes hard and the cold forgeability deteriorates. Therefore, the content of Cr is set to 0.80 to 2.0%. The Cr content is preferably 0.90% or more, and more preferably 1.5% or less.

V:0.03%以上0.10%未満
Vは、窒化の際にCまたは/およびNと結合して、炭化物、窒化物および炭窒化物を形成し、表面硬さを向上する効果を有する。また、窒化温度における時効硬化作用により、すなわち炭化物を形成することにより、芯部硬さを向上させる効果がある。これらの効果を得るには、Vを0.03%以上含有する必要がある。しかし、Vの含有量が多いと硬さが高くなりすぎるばかりか、冷間鍛造性が低下する。このため、上限を設け、Vの含有量を0.03%以上0.10%未満とした。Vの含有量は0.05%以上とすることが好ましい。
V: 0.03% or more and less than 0.10% V combines with C or / and N during nitriding to form carbide, nitride and carbonitride, and has an effect of improving surface hardness. . In addition, there is an effect of improving the core hardness by age hardening at the nitriding temperature, that is, by forming a carbide. In order to acquire these effects, it is necessary to contain V 0.03% or more. However, if the content of V is large, not only the hardness becomes too high, but also the cold forgeability decreases. Therefore, an upper limit is set, and the V content is set to 0.03% or more and less than 0.10%. The V content is preferably 0.05% or more.

Al:0.01〜0.10%
Alは、脱酸作用を有する。また、窒化時にNと結合してAlNを形成し、表面硬さを向上させる効果を有する。これらの効果を得るには、Alを0.01%以上含有させる必要がある。しかし、Alの含有量が多すぎると、硬質で粗大なAl23を形成して冷間鍛造性が低下するばかりか、窒化での有効硬化層が浅くなり曲げ疲労強度およびピッチング強度が低下する問題が生じる。そのため、上限を設け、Alの含有量を0.01〜0.10%とした。Alの含有量は0.02%以上とすることが好ましく、また0.07%以下とすることが好ましい。
Al: 0.01-0.10%
Al has a deoxidizing action. Moreover, it combines with N at the time of nitriding, forms AlN, and has the effect of improving surface hardness. In order to acquire these effects, it is necessary to contain Al 0.01% or more. However, if there is too much Al content, hard and coarse Al 2 O 3 will be formed and the cold forgeability will be lowered, and the effective hardened layer in nitriding will become shallow and the bending fatigue strength and pitting strength will be reduced. Problems arise. Therefore, an upper limit is set, and the Al content is set to 0.01 to 0.10%. The Al content is preferably 0.02% or more, and preferably 0.07% or less.

N:0.0080%以下
Nは、Cとともに、Vなどの元素と結合して、炭窒化物を形成する。熱間圧延時に炭窒化物が析出してしまうと、硬さが高くなり、冷間鍛造性が低下する。また、窒化温度での時効硬化による芯部硬さの向上効果も十分に得られなくなる。そのため、Nの含有量は制限する必要があり、0.0080%以下とした。好ましいNの含有量は0.0070%以下である。
N: 0.0080% or less N, together with C, combines with elements such as V to form carbonitrides. If carbonitride precipitates during hot rolling, the hardness increases and cold forgeability decreases. Further, the effect of improving the core hardness by age hardening at the nitriding temperature cannot be sufficiently obtained. Therefore, the N content needs to be limited and is set to 0.0080% or less. A preferable N content is 0.0070% or less.

O:0.0030%以下
Oは、酸化物系の介在物を形成し、介在物起点の疲労破壊の原因となり、曲げ疲労強度を低下させる。Oの含有量が0.0030%を超えると、曲げ疲労強度の低下が著しい。そのため、Oの含有量を0.0030%以下とした。なお、好ましいOの含有量は0.0020%以下である。
O: 0.0030% or less O forms oxide-based inclusions, causes fatigue failure at the starting point of inclusions, and reduces bending fatigue strength. When the O content exceeds 0.0030%, the bending fatigue strength is significantly reduced. Therefore, the content of O is set to 0.0030% or less. A preferable O content is 0.0020% or less.

本発明の冷鍛窒化用鋼および冷鍛窒化用鋼材の一つは、上述のCからOまでの元素を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、かつ後述するFn1〜Fn3についての条件を満足する化学組成を有するものである。なお、既に述べたように、「Feおよび不純物」における「不純物」とは、鉄鋼材料を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または製造環境などから混入するものを指す。   One of the steels for cold forging and nitriding of the present invention contains the above-mentioned elements from C to O, the balance is made of Fe and impurities, and satisfies the conditions for Fn1 to Fn3 described later. Have a chemical composition. As already described, “impurities” in “Fe and impurities” refers to those mixed from ore, scrap, or production environment as raw materials when industrially producing steel materials.

本発明の冷鍛窒化用鋼および冷鍛窒化用鋼材の他の一つは、上述のFeの一部に代えて、Mo、Cu、Ni、Ti、Nb、Zr、Pb、Ca、Bi、Te、SeおよびSbから選択される1種以上の元素を含有し、かつFn1〜Fn3についての条件を満足する化学組成を有するものである。   Another one of the steels for cold forging and nitriding of the present invention is Mo, Cu, Ni, Ti, Nb, Zr, Pb, Ca, Bi, Te instead of a part of the above-mentioned Fe. , Se and Sb are contained, and the chemical composition satisfies the conditions for Fn1 to Fn3.

以下、任意元素である上記Mo、Cu、Ni、Ti、Nb、Zr、Pb、Ca、Bi、Te、SeおよびSbの作用効果と、含有量の限定理由について説明する。   Hereinafter, the effects of the optional elements Mo, Cu, Ni, Ti, Nb, Zr, Pb, Ca, Bi, Te, Se, and Sb and the reasons for limiting the content will be described.

Mo:0.50%以下
Moは、窒化温度でCと結合して炭化物を形成し、時効硬化により芯部硬さを向上させる作用を有するので、上記効果を得るためにMoを含有させてもよい。しかしながら、0.50%を超えてMoを含有すると、硬くなって冷間鍛造性が低下する。したがって、含有させる場合のMoの量を0.50%以下とした。含有させる場合のMoの量は、0.40%以下であることが好ましい。
Mo: 0.50% or less Mo combines with C at the nitriding temperature to form carbides, and has the effect of improving the core hardness by age hardening. Therefore, even if Mo is added to obtain the above effect, Mo Good. However, if it exceeds 0.50% and contains Mo, it will become hard and cold forgeability will fall. Therefore, the amount of Mo in the case of inclusion is set to 0.50% or less. When Mo is contained, the amount of Mo is preferably 0.40% or less.

一方、前記したMoの効果を安定して得るためには、含有させる場合のMoの量は0.05%以上であることが好ましい。   On the other hand, in order to stably obtain the effect of Mo described above, the amount of Mo in the case of inclusion is preferably 0.05% or more.

CuおよびNiは、いずれも、芯部硬さを向上させる作用を有する。このため、上記の効果を得るために、これらの元素を含有させてもよい。以下、上記のCuおよびNiについて説明する。   Both Cu and Ni have the effect of improving the core hardness. For this reason, in order to acquire said effect, you may contain these elements. Hereinafter, the above Cu and Ni will be described.

Cu:0.50%以下
Cuは、芯部硬さを向上させる作用を有するので、上記の効果を得るためにCuを含有させてもよい。しかしながら、Cuの含有量が多くなると、冷間鍛造性が低下し、加えて、熱間圧延などの高温下ではCuが溶融して液体となる。液体化したCuは結晶粒間に浸潤し、粒界を脆化させ、熱間圧延での表面疵の原因となる。したがって、含有させる場合のCuの量に上限を設け、0.50%以下とした。含有させる場合のCuの量は、0.40%以下であることが好ましい。
Cu: 0.50% or less Cu has an action of improving the core hardness, so that Cu may be contained in order to obtain the above effect. However, when the Cu content increases, the cold forgeability decreases, and in addition, Cu melts and becomes liquid at high temperatures such as hot rolling. The liquefied Cu infiltrates between crystal grains, embrittles grain boundaries, and causes surface defects in hot rolling. Therefore, an upper limit is set for the amount of Cu in the case of inclusion, and it is set to 0.50% or less. When Cu is contained, the amount of Cu is preferably 0.40% or less.

一方、前記したCuの効果を安定して得るためには、含有させる場合のCuの量は0.10%以上であることが好ましい。   On the other hand, in order to stably obtain the effect of Cu described above, the amount of Cu in the case of inclusion is preferably 0.10% or more.

Ni:0.50%以下
Niは、芯部硬さを向上させる作用を有するので、上記の効果を得るためにNiを含有させてもよい。しかしながら、Niの含有量が多くなると、冷間鍛造性が低下する。したがって、含有させる場合のNiの量に上限を設け、0.50%以下とした。含有させる場合のNiの量は、0.40%以下であることが好ましい。
Ni: 0.50% or less Since Ni has an action of improving the core hardness, Ni may be contained in order to obtain the above effect. However, when the Ni content increases, the cold forgeability decreases. Therefore, an upper limit is set for the amount of Ni in the case of inclusion, and it is set to 0.50% or less. When Ni is contained, the amount of Ni is preferably 0.40% or less.

一方、前記したNiの効果を安定して得るためには、含有させる場合のNiの量は0.10%以上であることが好ましい。   On the other hand, in order to stably obtain the effect of Ni described above, the amount of Ni in the case of inclusion is preferably 0.10% or more.

上記のCuおよびNiは、そのうちのいずれか1種のみ、または、2種の複合で含有させることができる。これらの元素を複合して含有させる場合の合計量は1.00%であってもよいが、0.80%以下であることが好ましい。また、Cuを含有させる場合には、前記した熱間圧延での表面疵の発生を避けるために、Niを複合して含有させることが好ましい。   Said Cu and Ni can be contained only in any 1 type or 2 types of composites. The total amount when these elements are contained in combination may be 1.00%, but is preferably 0.80% or less. In addition, when Cu is contained, it is preferable to contain Ni in combination in order to avoid the occurrence of surface flaws in the hot rolling described above.

Ti、NbおよびZrは、いずれも、結晶粒を微細化して曲げ疲労強度を向上させる作用を有する。このため、上記の効果を得るために、これらの元素を含有させてもよい。以下、上記のTi、NbおよびZrについて説明する。   Ti, Nb, and Zr all have the effect of refining crystal grains and improving the bending fatigue strength. For this reason, in order to acquire said effect, you may contain these elements. Hereinafter, the Ti, Nb, and Zr will be described.

Ti:0.20%以下
Tiは、Cまたは/およびNと結合して、微細な炭化物、窒化物および炭窒化物を形成して結晶粒を微細化し、曲げ疲労強度を向上させる作用を有する。したがって、上記の効果を得るためにTiを含有させてもよい。しかしながら、Tiの含有量が多い場合には、粗大なTiNが生成するので、却って曲げ疲労強度が低下する。そのため、含有させる場合のTiの量に上限を設け、0.20%以下とした。含有させる場合のTiの量は、0.10%以下であることが好ましい。
Ti: 0.20% or less Ti combines with C or / and N to form fine carbides, nitrides, and carbonitrides to refine crystal grains and improve bending fatigue strength. Therefore, Ti may be contained to obtain the above effect. However, when the Ti content is large, coarse TiN is generated, so that the bending fatigue strength decreases. Therefore, an upper limit is set for the amount of Ti in the case of inclusion, and it is set to 0.20% or less. When Ti is contained, the amount of Ti is preferably 0.10% or less.

一方、前記したTiの効果を安定して得るためには、含有させる場合のTiの量は0.005%以上であることが好ましい。   On the other hand, in order to stably obtain the effect of Ti described above, the amount of Ti when contained is preferably 0.005% or more.

Nb:0.10%以下
Nbは、Cまたは/およびNと結合して、微細な炭化物、窒化物および炭窒化物を形成して結晶粒を微細化し、曲げ疲労強度を向上させる作用を有する。したがって、上記の効果を得るためにNbを含有させてもよい。しかしながら、Nbの含有量が多い場合には、硬さが上昇し、冷間鍛造性が低下する。そのため、含有させる場合のNbの量に上限を設け、0.10%以下とした。含有させる場合のNbの量は、0.07%以下であることが好ましい。
Nb: 0.10% or less Nb combines with C or / and N to form fine carbides, nitrides, and carbonitrides to refine crystal grains and improve bending fatigue strength. Therefore, Nb may be included to obtain the above effect. However, when there is much content of Nb, hardness will rise and cold forgeability will fall. Therefore, an upper limit is set for the amount of Nb in the case of inclusion, and the content is made 0.10% or less. When Nb is contained, the amount of Nb is preferably 0.07% or less.

一方、前記したNbの効果を安定して得るためには、含有させる場合のNbの量は0.020%以上であることが好ましい。   On the other hand, in order to stably obtain the above-described effect of Nb, the amount of Nb when contained is preferably 0.020% or more.

Zr:0.10%以下
Zrも、Cまたは/およびNと結合して、微細な炭化物、窒化物および炭窒化物を形成して結晶粒を微細化し、曲げ疲労強度を向上させる作用を有する。したがって、上記の効果を得るためにZrを含有させてもよい。しかしながら、Zrの含有量が多い場合には、硬さが上昇し、冷間鍛造性が低下する。そのため、含有させる場合のZrの量に上限を設け、0.10%以下とした。含有させる場合のZrの量は、0.07%以下であることが好ましい。
Zr: 0.10% or less Zr also has an action of combining with C or / and N to form fine carbides, nitrides and carbonitrides to refine crystal grains and improve bending fatigue strength. Therefore, Zr may be contained in order to obtain the above effect. However, when there is much content of Zr, hardness will rise and cold forgeability will fall. Therefore, an upper limit is set for the amount of Zr in the case of inclusion, and the content is made 0.10% or less. The amount of Zr when contained is preferably 0.07% or less.

一方、前記したZrの効果を安定して得るためには、含有させる場合のZrの量は0.002%以上であることが好ましい。   On the other hand, in order to stably obtain the effect of Zr described above, the amount of Zr when contained is preferably 0.002% or more.

上記のTi、NbおよびZrは、そのうちのいずれか1種のみ、または、2種以上の複合で含有させることができる。これらの元素を複合して含有させる場合の合計量は0.40%であってもよいが、0.24%以下であることが好ましい。   Said Ti, Nb, and Zr can be contained only in any one of them, or 2 or more types of composites. The total amount when these elements are combined and contained may be 0.40%, but is preferably 0.24% or less.

Pb、Ca、Bi、Te、SeおよびSbは、いずれも、被削性を向上させる作用を有する。このため、上記の効果を得るために、これらの元素を含有させてもよい。以下、上記のPb、Ca、Bi、Te、SeおよびSbについて説明する。   Pb, Ca, Bi, Te, Se, and Sb all have an effect of improving machinability. For this reason, in order to acquire said effect, you may contain these elements. Hereinafter, the above Pb, Ca, Bi, Te, Se, and Sb will be described.

Pb:0.50%以下
Pbは、被削性を向上させる作用を有する。したがって、上記の効果を得るためにPbを含有させてもよい。しかしながら、Pbの含有量が多い場合には、熱間加工性が低下し、さらに、冷鍛窒化部品の靱性低下も招く。そのため、含有させる場合のPbの量に上限を設け、0.50%以下とした。含有させる場合のPbの量は、0.20%以下であることが好ましい。
Pb: 0.50% or less Pb has an effect of improving machinability. Therefore, Pb may be contained in order to obtain the above effect. However, when the content of Pb is large, the hot workability is lowered, and further, the toughness of the cold forged nitriding part is reduced. Therefore, an upper limit is set for the amount of Pb in the case of inclusion, and it is set to 0.50% or less. When Pb is contained, the amount of Pb is preferably 0.20% or less.

一方、前記したPbの効果を安定して得るためには、含有させる場合のPbの量は0.02%以上であることが好ましい。   On the other hand, in order to stably obtain the effect of Pb described above, the amount of Pb when contained is preferably 0.02% or more.

Ca:0.010%以下
Caは、被削性を向上させる作用を有する。したがって、上記の効果を得るためにCaを含有させてもよい。しかしながら、Caの含有量が多い場合には、熱間加工性が低下し、さらに、冷鍛窒化部品の靱性低下も招く。そのため、含有させる場合のCaの量に上限を設け、0.010%以下とした。含有させる場合のCaの量は、0.005%以下であることが好ましい。
Ca: 0.010% or less Ca has an effect of improving machinability. Therefore, Ca may be contained in order to obtain the above effect. However, when there is much content of Ca, hot workability falls and also the toughness fall of cold forge nitriding components is caused. Therefore, an upper limit is set for the amount of Ca in the case of inclusion, and it is set to 0.010% or less. When Ca is contained, the amount of Ca is preferably 0.005% or less.

一方、前記したCaの効果を安定して得るためには、含有させる場合のCaの量は0.0003%以上であることが好ましい。   On the other hand, in order to stably obtain the effect of Ca described above, the amount of Ca when contained is preferably 0.0003% or more.

Bi:0.30%以下
Biも、被削性を向上させる作用を有する。したがって、上記の効果を得るためにBiを含有させてもよい。しかしながら、Biの含有量が多い場合には、熱間加工性が低下し、さらに、冷鍛窒化部品の靱性低下も招く。そのため、含有させる場合のBiの量に上限を設け、0.30%以下とした。含有させる場合のBiの量は、0.10%以下であることが好ましい。
Bi: 0.30% or less Bi also has an effect of improving machinability. Therefore, Bi may be included to obtain the above effect. However, when the Bi content is large, the hot workability is lowered, and further, the toughness of the cold forged and nitrided parts is also reduced. Therefore, an upper limit is set for the amount of Bi in the case of inclusion, and it is set to 0.30% or less. When contained, the amount of Bi is preferably 0.10% or less.

一方、前記したBiの効果を安定して得るためには、含有させる場合のBiの量は0.005%以上であることが好ましい。   On the other hand, in order to stably obtain the above-described effects of Bi, the amount of Bi when contained is preferably 0.005% or more.

Te:0.30%以下
Teは、被削性を向上させる作用を有する。したがって、上記の効果を得るためにTeを含有させてもよい。しかしながら、Teの含有量が多い場合には、熱間加工性が低下し、さらに、冷鍛窒化部品の靱性低下も招く。そのため、含有させる場合のTeの量に上限を設け、0.30%以下とした。含有させる場合のTeの量は、0.10%以下であることが好ましい。
Te: 0.30% or less Te has an effect of improving machinability. Therefore, Te may be included to obtain the above effect. However, when the content of Te is large, the hot workability is lowered, and further, the toughness of the cold forged and nitrided parts is reduced. Therefore, an upper limit is set for the amount of Te in the case of inclusion, and it is set to 0.30% or less. When Te is contained, the amount of Te is preferably 0.10% or less.

一方、前記したTeの効果を安定して得るためには、含有させる場合のTeの量は0.003%以上であることが好ましい。   On the other hand, in order to stably obtain the above-described effect of Te, the amount of Te when contained is preferably 0.003% or more.

Se:0.30%以下
Seも、被削性を向上させる作用を有する。したがって、上記の効果を得るためにSeを含有させてもよい。しかしながら、Seの含有量が多い場合には、熱間加工性が低下し、さらに、冷鍛窒化部品の靱性低下も招く。そのため、含有させる場合のSeの量に上限を設け、0.30%以下とした。含有させる場合のSeの量は、0.10%以下であることが好ましい。
Se: 0.30% or less Se also has an effect of improving machinability. Therefore, Se may be contained in order to obtain the above effect. However, when the Se content is large, the hot workability is lowered, and further, the toughness of the cold forged and nitrided parts is also reduced. Therefore, an upper limit is set for the amount of Se in the case of inclusion, and it is set to 0.30% or less. When contained, the amount of Se is preferably 0.10% or less.

一方、前記したSeの効果を安定して得るためには、含有させる場合のSeの量は0.005%以上であることが好ましい。   On the other hand, in order to stably obtain the effect of Se described above, the amount of Se when contained is preferably 0.005% or more.

Sb:0.30%以下
Sbは、被削性を向上させる作用を有する。したがって、上記の効果を得るためにSbを含有させてもよい。しかしながら、Sbの含有量が多い場合には、熱間加工性が低下し、さらに、冷鍛窒化部品の靱性低下も招く。そのため、含有させる場合のSbの量に上限を設け、0.30%以下とした。含有させる場合のSbの量は、0.10%以下であることが好ましい。
Sb: 0.30% or less Sb has an effect of improving machinability. Therefore, Sb may be contained in order to obtain the above effect. However, when the Sb content is large, the hot workability is lowered, and further, the toughness of the cold forged nitriding component is also lowered. Therefore, an upper limit is set for the amount of Sb in the case of inclusion, and it is set to 0.30% or less. When contained, the amount of Sb is preferably 0.10% or less.

一方、前記したSbの効果を安定して得るためには、含有させる場合のSbの量は0.005%以上であることが好ましい。   On the other hand, in order to stably obtain the above-described effect of Sb, the amount of Sb when contained is preferably 0.005% or more.

上記のPb、Ca、Bi、Te、SeおよびSbは、そのうちのいずれか1種のみ、または、2種以上の複合で含有させることができる。これらの元素を複合して含有させる場合の合計量は0.50%以下であることが好ましく、0.30%以下であれば一層好ましい。   Said Pb, Ca, Bi, Te, Se, and Sb can be contained only in one of them, or 2 or more types of composites. The total amount when these elements are contained in combination is preferably 0.50% or less, and more preferably 0.30% or less.

Fn1:160以下
本発明の冷鍛窒化用鋼および冷鍛窒化用鋼材は、
Fn1=399×C+26×Si+123×Mn+30×Cr+32×Mo+19×V・・・(1)
で表されるFn1が160以下でなければならない。ただし、(1)式におけるC、Si、Mn、Cr、MoおよびVは、その元素の質量%での含有量を意味する。
Fn1: 160 or less The steel for cold forge nitriding and the steel for cold forge nitriding of the present invention are:
Fn1 = 399 × C + 26 × Si + 123 × Mn + 30 × Cr + 32 × Mo + 19 × V (1)
Fn1 represented by the following must be 160 or less. However, C, Si, Mn, Cr, Mo and V in the formula (1) mean the content in mass% of the element.

上記のFn1は、冷間鍛造性の指標となるパラメータである。Fn1が160以下であれば、冷間鍛造前の硬さが低くなって、良好な冷間鍛造性が確保できる。一方、Fn1が160を超えると、冷間鍛造前の硬さが高くなり過ぎ、冷間鍛造性が低下する。Fn1は、80以上であることが好ましい。なお、MoおよびVが非添加で不純物レベルでしか含まれない場合には、(1)式におけるMoおよびVを「0(ゼロ)」とする。   Said Fn1 is a parameter used as an index of cold forgeability. If Fn1 is 160 or less, the hardness before cold forging becomes low, and good cold forgeability can be ensured. On the other hand, if Fn1 exceeds 160, the hardness before cold forging becomes too high, and cold forgeability deteriorates. Fn1 is preferably 80 or more. When Mo and V are not added and are contained only at the impurity level, Mo and V in the equation (1) are set to “0 (zero)”.

Fn2:20〜80
本発明の冷鍛窒化用鋼および冷鍛窒化用鋼材は、
Fn2=(669.3×logeC−1959.6×logeN−6983.3)×(0.067×Mo+0.147×V)・・・(2)
で表されるFn2が20〜80でなければならない。ただし、(2)式におけるC、N、MoおよびVは、その元素の質量%での含有量を意味する。
Fn2: 20-80
The steel for cold forging and nitriding and the steel for cold forging and nitriding of the present invention are
Fn2 = (669.3 × log e C−1959.6 × log e N−6983.3) × (0.067 × Mo + 0.147 × V) (2)
Fn2 represented by must be 20-80. However, C, N, Mo and V in the formula (2) mean the content in mass% of the element.

上記のFn2は、冷間鍛造後の窒化による時効硬化量、すなわち、窒化による芯部硬さの向上代の指標となるパラメータである。Fn2が20以上であれば、窒化後の時効硬化量が大きくなり芯部硬さが向上する。しかしながら、Fn2が80を超えると、上記の効果が飽和する。なお、MoおよびVが非添加で不純物レベルでしか含まれない場合には、(2)式におけるMoおよびVを「0(ゼロ)」とする。   Fn2 is a parameter that serves as an index for the amount of age hardening by nitriding after cold forging, that is, an allowance for improving the core hardness by nitriding. If Fn2 is 20 or more, the amount of age hardening after nitriding is increased, and the core hardness is improved. However, if Fn2 exceeds 80, the above effect is saturated. When Mo and V are not added and are contained only at the impurity level, Mo and V in the equation (2) are set to “0 (zero)”.

Fn3:160以上
本発明の冷鍛窒化用鋼および冷鍛窒化用鋼材は、
Fn3=140×Cr+125×Al+235×V・・・(3)
で表されるFn3が160以上でなければならない。ただし、(3)式におけるCr、AlおよびVは、その元素の質量%での含有量を意味する。
Fn3: 160 or more The steel for cold forging and nitriding and the steel for cold forging and nitriding of the present invention are:
Fn3 = 140 × Cr + 125 × Al + 235 × V (3)
Fn3 represented by the following must be 160 or more. However, Cr, Al, and V in the formula (3) mean the content of the element in mass%.

上記のFn3は、窒化後の、表面硬さ、曲げ疲労強度および耐摩耗性の指標となるパラメータである。   Said Fn3 is a parameter used as a parameter | index of the surface hardness, bending fatigue strength, and abrasion resistance after nitriding.

Cr、AlおよびVは、窒化中に冷鍛窒化部品の表面近傍に硬さの高い、窒化物および炭窒化物を生成し、表面硬さを向上させることができる。Fn3を160以上とすることで、表面硬さはHVで650以上となり、浸炭焼入れ材と同等の曲げ疲労強度と耐摩耗性が得られる。Fn3が160より小さい場合、表面硬さが低く、浸炭焼入れ材に比べて曲げ疲労強度および耐摩耗性が劣る。Fn3は、170以上であることが好ましく、また300以下であることが好ましい。   Cr, Al and V can generate nitrides and carbonitrides having high hardness in the vicinity of the surface of the cold forging nitrided part during nitriding, and can improve the surface hardness. By setting Fn3 to 160 or more, the surface hardness is 650 or more in HV, and bending fatigue strength and wear resistance equivalent to those of the carburized and quenched material can be obtained. When Fn3 is smaller than 160, the surface hardness is low, and the bending fatigue strength and wear resistance are inferior to those of the carburized and quenched material. Fn3 is preferably 170 or more, and preferably 300 or less.

(B)抽出残渣分析による析出物中のV含有量:
本発明の冷鍛窒化用鋼材は、前項(A)に記載の化学組成を有することに加えて、抽出残渣分析による析出物中のV含有量を0.05%以下と規定する。
(B) V content in precipitates by extraction residue analysis:
In addition to having the chemical composition described in the preceding item (A), the steel for cold forging and nitriding of the present invention defines the V content in the precipitate by extraction residue analysis to be 0.05% or less.

冷鍛窒化用鋼材中に微細なV析出物、すなわちVの、炭化物、窒化物および炭窒化物が多く析出すると、フェライトが強化されて硬さが高くなり、冷間鍛造性が低下する。したがって、冷間鍛造性を確保するために、抽出残渣分析による析出物中のV含有量は0.05%以下であることが好ましい。析出物中のV含有量は、0.03%以下であることが一層好ましい。   When a large amount of fine V precipitates, that is, V carbides, nitrides and carbonitrides, are precipitated in the steel for cold forging and nitriding, the ferrite is strengthened and the hardness is increased, and the cold forgeability is lowered. Therefore, in order to ensure cold forgeability, the V content in the precipitates by extraction residue analysis is preferably 0.05% or less. The V content in the precipitate is more preferably 0.03% or less.

抽出残渣分析による析出物中のV含有量は、例えば、適宜の試験片を採取し、10%AA系溶液中で定電流電気分解し、抽出した溶液をメッシュサイズ0.2μmのフィルターでろ過して、ろ過物について一般的な化学分析を行うことによって求めることができる。上記の10%AA系溶液とは、テトラメチルアンモニウムクロライド、アセチルアセトンおよびメタノールを1:10:100で混合した溶液である。   V content in the precipitate by extraction residue analysis is, for example, collecting an appropriate test piece, subjecting it to constant current electrolysis in a 10% AA-based solution, and filtering the extracted solution through a filter having a mesh size of 0.2 μm. Thus, it can be obtained by conducting a general chemical analysis on the filtrate. The 10% AA-based solution is a solution obtained by mixing tetramethylammonium chloride, acetylacetone and methanol at 1: 10: 100.

上述のように、熱間圧延または熱間鍛造のままではVの、炭化物、窒化物および炭窒化物が析出して、冷間鍛造性が十分でない場合がある。したがって、抽出残渣分析による析出物中のV含有量が0.05%以下である冷鍛窒化用鋼材を得るには、熱間圧延または/および熱間鍛造後に、例えば、850〜950℃に加熱した後、強制風冷して室温まで冷却することによって「焼準」することが好ましい。   As described above, if hot rolling or hot forging is used, V, carbides, nitrides and carbonitrides may precipitate and cold forgeability may not be sufficient. Therefore, in order to obtain a steel for cold forging and nitriding whose V content in the precipitate by extraction residue analysis is 0.05% or less, it is heated to, for example, 850 to 950 ° C. after hot rolling or / and hot forging. Then, it is preferable to “normalize” by forced air cooling and cooling to room temperature.

上記温度域で加熱した後、大気中で放冷して、または徐冷して、室温まで冷却することによって「焼準」を行うと、冷却過程で再度Vの、炭化物、窒化物および炭窒化物が析出して硬さが高くなり、冷間鍛造性が低下する場合がある。そのため、加熱した後は、Vの、炭化物、窒化物および炭窒化物が析出しないように、例えば、800〜500℃の温度範囲での平均冷却速度が0.5〜5.0℃/秒となる強制風冷によって冷却することが好ましい。   After heating in the above temperature range, it is allowed to cool in the atmosphere or gradually cooled and then cooled to room temperature to perform “normalization”, and V, carbide, nitride and carbonitriding are again performed during the cooling process. A thing precipitates and hardness becomes high and cold forgeability may fall. Therefore, after heating, for example, the average cooling rate in the temperature range of 800 to 500 ° C. is 0.5 to 5.0 ° C./second so that carbides, nitrides and carbonitrides of V do not precipitate. It is preferable to cool by forced air cooling.

(C)冷鍛窒化部品:
本発明の冷鍛窒化部品は、前記(A)項に記載の化学組成を有することに加えて、芯部硬さがHVで180以上、表面硬さがHVで650以上、有効硬化層深さが0.15mm以上でなければならない。
(C) Cold forged nitriding parts:
In addition to having the chemical composition described in the above item (A), the cold forged nitriding component of the present invention has a core hardness of 180 or more in HV, a surface hardness of 650 or more in HV, and an effective hardened layer depth. Must be at least 0.15 mm.

上記の条件を満たす場合に、冷鍛窒化部品は、耐変形性、曲げ疲労強度および耐摩耗性に優れ、歯車、CVT用プーリ等の、自動車のトランスミッションなどに使用される機械構造用部品として好適に用いることができる。   When the above conditions are satisfied, the cold forged nitrided parts are excellent in deformation resistance, bending fatigue strength and wear resistance, and are suitable as mechanical structural parts used in automobile transmissions such as gears and pulleys for CVT. Can be used.

芯部硬さは、HVで200以上であることが好ましく、また350以下であることが好ましい。表面硬さは、HVで670以上であることが好ましく、また800以下であることが好ましい。有効硬化層深さは、0.40mm以下であることが好ましい。   The core hardness is preferably 200 or more in HV and 350 or less. The surface hardness is preferably 670 or more in HV, and preferably 800 or less. The effective hardened layer depth is preferably 0.40 mm or less.

(D)冷鍛窒化部品の製造方法:
上記(C)項の冷鍛窒化部品は、例えば、素材が円筒状の形状を有する場合、前記(A)項に記載の化学組成を有する冷鍛窒化用鋼材に対して、好ましくは、前記(A)項に記載の化学組成と前記(B)項に記載の抽出残渣分析による析出物中のV含有量を有する冷鍛窒化用鋼材に対して、50%以上の圧縮率で冷間鍛造を行った後、400〜650℃で1〜30時間の窒化を施すことによって、製造することができる。圧縮率とは、冷間鍛造前の素材の高さをH0、冷間鍛造後の部品の高さをHとした場合、{(H0−H)/H0}×100で表わされる値である。
(D) Manufacturing method of cold forged nitriding parts:
For example, when the material has a cylindrical shape, the cold forging and nitriding component of the above (C) is preferably the above-described (C) forging and nitriding steel material having the chemical composition described in the above (A). Cold forging at a compression ratio of 50% or more with respect to the steel for cold forging and nitriding having the chemical composition described in the item A) and the V content in the precipitate by the extraction residue analysis described in the item (B). After performing, it can manufacture by performing nitriding for 1 to 30 hours at 400-650 ° C. And compression ratio, the height of the pre-cold forging material H 0, if the height of the component after cold forging and is H, represented by {(H 0 -H) / H 0} × 100 value It is.

冷鍛窒化部品の芯部硬さを向上させるには冷間鍛造での加工度、すなわちひずみを大きくして、加工硬化による強化を活用することが好ましい。   In order to improve the core hardness of the cold forged nitriding component, it is preferable to increase the degree of work in cold forging, that is, to increase the strain and to utilize the strengthening by work hardening.

上記冷間鍛造を行った後は、加工硬化による強化に加えて、時効硬化による強化を活用するために、400〜650℃で1〜30時間の窒化を施すことが好ましい。   After the cold forging is performed, it is preferable to perform nitriding at 400 to 650 ° C. for 1 to 30 hours in order to utilize strengthening by age hardening in addition to strengthening by work hardening.

窒化を行う温度が低く400℃未満の場合、冷鍛窒化部品に高い表面硬さを付与できるものの、有効硬化層が浅くなり、さらに時効硬化による芯部硬さ向上を達成し難い。一方、窒化を行う温度が高く650℃を超える場合、冷鍛窒化部品の有効硬化層は深くなるものの、表面硬さが低くなり、さらに芯部硬さも低くなってしまう。窒化を行う温度は、450℃以上であることが好ましく、また630℃以下であることが好ましい。   When the nitriding temperature is low and less than 400 ° C., a high surface hardness can be imparted to the cold forged nitriding component, but the effective hardened layer becomes shallow, and it is difficult to achieve core hardness improvement by age hardening. On the other hand, when the nitriding temperature is high and exceeds 650 ° C., the effective hardened layer of the cold forged nitriding component becomes deep, but the surface hardness is lowered and the core hardness is also lowered. The temperature for nitriding is preferably 450 ° C. or higher, and preferably 630 ° C. or lower.

窒化を施す時間は、冷鍛窒化部品に必要とされる有効硬化層の深さによって変えるが、1時間未満の場合には、有効硬化層が浅くなる。一方、30時間を超える長時間の場合は、大量生産に適さない。窒化を行う時間は、1時間以上であることが好ましく、また20時間以下であることが好ましい。   The nitriding time varies depending on the depth of the effective hardened layer required for the cold forged nitriding component, but when it is less than 1 hour, the effective hardened layer becomes shallow. On the other hand, a long time exceeding 30 hours is not suitable for mass production. The nitriding time is preferably 1 hour or longer, and preferably 20 hours or shorter.

本発明の冷鍛窒化部品を得るための窒化方法は、特に規定されるものではなく、ガス窒化、塩浴窒化、イオン窒化等を用いることができる。軟窒化の場合には、例えばNH3に加えてRXガスを併用し、NH3とRXガスが1:1の雰囲気において処理を行えばよい。 The nitriding method for obtaining the cold forged nitriding component of the present invention is not particularly defined, and gas nitriding, salt bath nitriding, ion nitriding, or the like can be used. In the case of soft-nitriding, for example a combination of RX gas in addition to NH 3, NH 3 and RX gas 1: processing may be performed in one of an atmosphere.

窒化を施す時間は処理温度により異なるが、例えば、軟窒化を590℃で行う場合には9時間で、前記(C)項で述べた表面硬さ、芯部硬さおよび有効硬化層深さを得ることができる。   The nitriding time varies depending on the processing temperature. For example, when soft nitriding is performed at 590 ° C., the nitriding time is 9 hours, and the surface hardness, core hardness, and effective hardened layer depth described in the above section (C) are set. Can be obtained.

また、脆弱な化合物の形成を抑制したい場合には、NH3による窒化の前処理としてフッ素ガスを使用したり、窒化にNH3とH2との混合ガスを使用することが好ましい。 When it is desired to suppress the formation of brittle compounds, or using fluorine gas as a pretreatment for nitridation by NH 3, it is preferable to use a mixed gas of NH 3 and H 2 to nitriding.

以下、ガス軟窒化で処理した実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples treated with gas soft nitriding, but the present invention is not limited to these examples.

表1に示す化学成分を有する鋼1〜16を180kg真空溶解炉によって溶製し、インゴットに鋳造した。   Steels 1 to 16 having chemical components shown in Table 1 were melted in a 180 kg vacuum melting furnace and cast into an ingot.

表1中の鋼1〜11は、化学組成が本発明で規定する範囲内にある本発明例の鋼であり、一方、鋼12〜16は、化学組成が本発明で規定する条件から外れた比較例の鋼である。   Steels 1 to 11 in Table 1 are steels according to examples of the present invention whose chemical composition is within the range specified by the present invention, while Steels 12 to 16 are outside the conditions specified by the present invention for chemical composition. It is steel of a comparative example.

上記の比較例の鋼のうちで鋼12は、JIS G 4052(2008)に規定されたSCr420Hに相当する鋼である。   Among the steels of the above comparative examples, steel 12 is steel corresponding to SCr420H defined in JIS G 4052 (2008).

Figure 2013185186
Figure 2013185186

各インゴットは、1250℃で5時間保持する均質化処理を施した後、熱間鍛造によって、直径が35mmで長さが1000mmの棒鋼および直径が45mmで長さが1000mmの棒鋼を作製した。   Each ingot was homogenized by holding at 1250 ° C. for 5 hours, and then hot forging produced a steel bar having a diameter of 35 mm and a length of 1000 mm and a steel bar having a diameter of 45 mm and a length of 1000 mm.

上記棒鋼のうち、鋼1〜11および鋼13〜16の棒鋼には、950℃で1時間保持した後、矯正風冷して室温まで冷却することによって「焼準」を行なった。熱電対を棒鋼に挿入して測定した結果、矯正風冷の800〜500℃の温度範囲での平均冷却速度は直径35mmの棒鋼のR/2部(「R」は棒鋼の半径を表す。)で1.48℃/秒であり、また直径45mmの棒鋼のR/2部で0.78℃/秒であった。   Among the steel bars, steels 1 to 11 and steels 13 to 16 were kept at 950 ° C. for 1 hour and then subjected to “normalization” by straightening and cooling to room temperature. As a result of measuring by inserting a thermocouple into the steel bar, the average cooling rate in the temperature range of 800 to 500 ° C. with straight air cooling was R / 2 part of the steel bar having a diameter of 35 mm (“R” represents the radius of the steel bar). 1.48 ° C./second, and 0.72 ° C./second in the R / 2 part of a steel bar having a diameter of 45 mm.

一方、Vを含有しない鋼12の棒鋼は、920℃で1時間保持した後、大気中で放冷して室温まで冷却することによって「焼準」を行った。   On the other hand, the steel bar of steel 12 containing no V was held at 920 ° C. for 1 hour, then allowed to cool in the atmosphere and cooled to room temperature, and “normalized”.

各鋼について、上記のようにして焼準した直径35mmの棒鋼の一部から、各種の試験片を採取した。   About each steel, various test pieces were extract | collected from a part of 35-mm-diameter bar steel normalized as mentioned above.

具体的には、各鋼について、焼準した直径35mmの棒鋼を、いわゆる「横断」、すなわち、軸方向(長さ方向)に対して垂直に切断した。次いで、切断面が被検面になるように樹脂に埋め込んだ後、切断面が鏡面仕上となるように研磨して、焼準まま、すなわち冷間加工前のビッカース硬さ測定用の試験片とした。   Specifically, for each steel, a normalized steel bar having a diameter of 35 mm was cut so-called “crossing”, that is, perpendicular to the axial direction (length direction). Next, after embedding in the resin so that the cut surface becomes the test surface, it is polished so that the cut surface has a mirror finish, and is subjected to normalization, that is, a test piece for measuring Vickers hardness before cold working, did.

また、各鋼について、焼準した直径35mmの棒鋼のR/2部から、抽出残渣分析用として、10mm×10mm×10mmの試料を切り出した。   Moreover, about each steel, the sample of 10 mm x 10 mm x 10 mm was cut out from R / 2 part of the normalized steel bar of 35 mm in diameter for extraction residue analysis.

さらに、各鋼について、焼準した直径35mmの棒鋼の中心部から、冷間鍛造時の変形抵抗測定用として、軸方向に平行に、図1に示す平滑試験片を6個ずつ切り出した。同様に、焼準した直径35mmの棒鋼の中心部から、冷間鍛造時の限界圧縮率測定用として、軸方向に平行に、図2に示す切欠き試験片を5個ずつ切り出した。   Further, for each steel, six smooth test pieces shown in FIG. 1 were cut out in parallel to the axial direction from the center part of the normalized steel bar having a diameter of 35 mm for measuring deformation resistance during cold forging. Similarly, five notch test pieces shown in FIG. 2 were cut out in parallel to the axial direction from the center part of the normalized steel bar having a diameter of 35 mm in order to measure the critical compressibility during cold forging.

各鋼について、焼準した直径35mmの棒鋼の残りおよび焼準した直径45mmの棒鋼は、ピーリングした後、冷間鍛造の代わりに冷間での引抜き加工によりひずみを与え、その引抜き加工後の特性で冷間鍛造後の特性を評価した。   For each steel, the remainder of the normalized 35 mm diameter steel bar and the normalized 45 mm diameter steel bar were peeled and strained by cold drawing instead of cold forging, and the properties after drawing The properties after cold forging were evaluated.

すなわち、焼準した直径35mmの棒鋼の残りは、直径28mmにピーリングし、酸洗および潤滑処理を行った後、直径が15.45mmとなるよう冷間で引抜き加工を施した。   That is, the remainder of the normalized steel bar having a diameter of 35 mm was peeled to a diameter of 28 mm, pickled and lubricated, and then cold-drawn so that the diameter became 15.45 mm.

引抜き加工に用いたダイスの直径は、順に26.5mm、23.5mm、21.5mm、19.95mm、18.17mmおよび15.45mmである。なお、直径28mmから15.45mmに引抜き加工を行った際の総減面率は70%である。   The diameters of the dies used for the drawing are 26.5 mm, 23.5 mm, 21.5 mm, 19.95 mm, 18.17 mm and 15.45 mm in this order. In addition, the total area reduction rate when performing a drawing process from a diameter of 28 mm to 15.45 mm is 70%.

各鋼について、上記のようにして得た直径が15.45mmの冷間引抜き材を横断した。次いで、切断面が被検面になるように樹脂に埋め込んだ後、切断面が鏡面仕上となるように研磨して、引抜き加工後(すなわち、冷間加工後)のビッカース硬さ測定用試験片を作製した。   For each steel, a cold drawn material having a diameter of 15.45 mm obtained as described above was traversed. Next, after embedding in the resin so that the cut surface becomes the test surface, the sample is polished so that the cut surface has a mirror finish, and after the drawing process (that is, after the cold working), a test piece for Vickers hardness measurement Was made.

さらに、各鋼について、直径15.45mmの冷間引抜き材の中心部から、軸方向に平行に、窒化後の硬さ等の測定用として図3に示す直径10mmの丸棒試験片を切り出し、さらに、図4に示す粗形状の切欠き付き小野式回転曲げ疲労試験片を切り出した。   Furthermore, for each steel, from the center of the cold drawn material having a diameter of 15.45 mm, a 10 mm diameter round bar test piece shown in FIG. Further, a coarse notched Ono type rotating bending fatigue test piece shown in FIG. 4 was cut out.

同様に、上記冷間引抜き材の中心部から、軸方向に平行に、図5に示す長さ15.75mm、幅10.16mmで厚さ6.35mmのブロック試験片(以下、「ブロック試験片A」という。)および、図6に示す長さ25mm、幅5mmで厚さ12.5mmのブロック試験片(以下、「ブロック試験片B」という。)を切り出した。   Similarly, a block test piece having a length of 15.75 mm, a width of 10.16 mm and a thickness of 6.35 mm shown in FIG. 5 is formed in parallel with the axial direction from the center of the cold drawn material (hereinafter referred to as “block test piece”). A ”) and a block test piece (hereinafter referred to as“ block test piece B ”) having a length of 25 mm, a width of 5 mm, and a thickness of 12.5 mm shown in FIG.

図1〜6中に示した上記の各切り出し試験片における単位を示していない寸法は、「3.2S」と表示の箇所を除いて「mm」であり、図中の仕上記号「▽」、「▽▽」および「▽▽▽」は、JIS B 0601(1982)の解説表1に記載されていた表面粗さを示す「三角記号」である。   The dimensions not showing the unit in each of the above-described cutout test pieces shown in FIGS. 1 to 6 are “mm” except for the portion indicated as “3.2S”, and the finish symbol “▽”, “▽▽” and “▽▽▽” are “triangular symbols” indicating the surface roughness described in the explanatory table 1 of JIS B 0601 (1982).

「▽▽▽」に付した「3.2S」は、最大高さRmaxで3.2μm以下であることを意味する。「▽」に付した「Rq:0.10〜0.20μm」は、JIS B 0601(2001)に規定される二乗平均平方根粗さ「Rq」が0.10〜0.20μmであることを意味する。   “3.2S” attached to “▽▽▽” means that the maximum height Rmax is 3.2 μm or less. “Rq: 0.10 to 0.20 μm” attached to “▽” means that the root mean square roughness “Rq” defined in JIS B 0601 (2001) is 0.10 to 0.20 μm. To do.

一方、焼準した直径45mmの棒鋼は、直径34.7mmにピーリングし、酸洗および潤滑処理を行った後、直径が29mmとなるよう冷間で引抜き加工を施した。   On the other hand, the normalized steel bar having a diameter of 45 mm was peeled to a diameter of 34.7 mm, subjected to pickling and lubrication, and then cold-drawn so as to have a diameter of 29 mm.

引抜き加工に用いたダイスの直径は、順に32.88mm、30.5mmおよび29mmである。なお、直径34.7mmから29mmに引抜き加工を行った際の総減面率は30%である。   The diameters of the dies used for drawing are 32.88 mm, 30.5 mm, and 29 mm in this order. In addition, the total area reduction rate when performing a drawing process from a diameter of 34.7 mm to 29 mm is 30%.

各鋼について、上記のようにして得た直径29mmの冷間引抜き材を、長さ300mmに切断し、引抜き加工後(すなわち、冷間加工後)の被削性調査用試験片とした。   For each steel, the cold-drawn material with a diameter of 29 mm obtained as described above was cut into a length of 300 mm, and used as a test piece for machinability investigation after drawing (that is, after cold working).

上記のようにして作製した試験片のうち、窒化後の硬さ等の測定用である直径10mmの丸棒試験片、粗形状の切欠き付き小野式回転曲げ疲労試験片、ブロック試験片Aおよびブロック試験片Bに窒化を施した。具体的には、図7に示すヒートパターンによる「ガス軟窒化」を施した。なお、「120℃油冷却」は油温120℃の油中に投入して冷却したことを示す。   Among the test pieces produced as described above, a round bar test piece having a diameter of 10 mm, which is used for measuring the hardness after nitriding, an ono type rotary bending fatigue test piece having a rough notch, a block test piece A, and The block specimen B was nitrided. Specifically, “gas soft nitriding” by the heat pattern shown in FIG. 7 was performed. Note that “120 ° C. oil cooling” indicates that the oil was cooled in oil at an oil temperature of 120 ° C.

「ガス軟窒化」を施した上記粗形状の切欠き付き小野式回転曲げ疲労試験片を仕上加工して、図8に示す切欠き付き小野式回転曲げ疲労試験片を作製した。   The above-notched Ono-type rotating bending fatigue test piece with notches having been subjected to “gas soft nitriding” was finished to produce the Ono-type rotating bending fatigue test piece with notches shown in FIG.

図8に示した切欠き付き小野式回転曲げ疲労試験片における寸法の単位は「mm」であり、図中の仕上記号「▽」および「▽▽▽」は先の図1〜6におけると同様、それぞれ、JIS B 0601(1982)の解説表1に記載されていた表面粗さを示す「三角記号」である。   The unit of dimensions in the notched Ono type rotating bending fatigue test piece shown in FIG. 8 is “mm”, and the finish symbols “▽” and “▽▽▽” in the figure are the same as those in FIGS. These are “triangular symbols” indicating the surface roughness described in Table 1 of JIS B 0601 (1982).

「〜」は「波形記号」であり、生地であること、すなわち、「ガス軟窒化」した表面のままであることを意味する。   “˜” is a “waveform symbol”, meaning that it is a dough, that is, it remains a “gas soft-nitrided” surface.

上記のようにして作製した各試験片を用いて、次に示す試験を行った。   The following tests were performed using the test pieces prepared as described above.

調査1:冷間加工前のビッカース硬さ試験
鏡面仕上した冷間加工前のビッカース硬さ測定用試験片の中心部1点とR/2部4点の計5点のHVを、JIS Z 2244(2009)に記載の「ビッカース硬さ試験−試験方法」に準拠して、試験力を9.8Nとしてビッカース硬さ試験機で測定し、5点の算術平均値を冷間加工前の硬さとした。
Investigation 1: Vickers hardness test before cold working Five points of HV, JIS Z 2244, of one center part and four R / 2 parts of a Vickers hardness measurement specimen before mirror working that was mirror finished. In accordance with “Vickers hardness test-test method” described in (2009), the test force was measured with a Vickers hardness tester at 9.8 N, and the arithmetic average value of 5 points was calculated as the hardness before cold working. did.

調査2:抽出残渣分析
抽出残渣分析用として切り出した10mm×10mm×10mmの試料を10%AA系溶液中で定電流電気分解した。すなわち、表面の付着物を除去するため、先ず、電流:1000mA、時間:28分の条件で試料について予備電気分解を行った後、試料表面の付着物をアルコール中で超音波洗浄して試料から除去し、付着物を除去された試料の質量を測定し、次いで行う電気分解前の試料の質量とした。
Investigation 2: Extraction residue analysis A 10 mm × 10 mm × 10 mm sample cut out for extraction residue analysis was subjected to constant current electrolysis in a 10% AA-based solution. That is, in order to remove the deposits on the surface, first, preliminary electrolysis was performed on the sample under the conditions of current: 1000 mA, time: 28 minutes, and then the deposit on the sample surface was ultrasonically washed in alcohol from the sample. The mass of the sample from which the adhering material was removed was measured, and then the mass of the sample before electrolysis to be performed was used.

次いで、電流:173mA、時間:142分の条件で試料を電気分解した。電気分解した試料を取り出し、試料表面の付着物(残渣)をアルコール中で超音波洗浄して試料から除去した。その後、電気分解後の溶液および超音波洗浄に用いた溶液を、メッシュサイズ0.2μmのフィルターで吸引ろ過して残渣を採取した。付着物(残渣)を除去された試料については質量を測定し、電気分解後の試料の質量とした。そして電気分解前後の試料の質量の測定値の差から、「電気分解された試料の質量」を求めた。   Next, the sample was electrolyzed under the conditions of current: 173 mA and time: 142 minutes. The electrolyzed sample was taken out, and the deposit (residue) on the sample surface was ultrasonically washed in alcohol to remove it from the sample. Thereafter, the electrolyzed solution and the solution used for ultrasonic cleaning were suction filtered with a filter having a mesh size of 0.2 μm to collect a residue. About the sample from which the deposit | attachment (residue) was removed, mass was measured and it was set as the mass of the sample after electrolysis. The “mass of the electrolyzed sample” was determined from the difference in the measured values of the mass of the sample before and after electrolysis.

上記のフィルター上に採取した残渣は、シャーレに移して乾燥させ、質量を測定した後、酸分解処理した。   The residue collected on the filter was transferred to a petri dish, dried, measured for mass, and then subjected to an acid decomposition treatment.

上記の酸分解した溶液を、ICP発光分析装置(高周波誘導結合プラズマ発光分光分析装置)によって分析し、「残渣中のVの質量」を求めた。   The acid-decomposed solution was analyzed with an ICP emission spectrometer (high-frequency inductively coupled plasma emission spectrometer) to determine “the mass of V in the residue”.

そして、各鋼について、上記のようにして求めた「残渣中のVの質量」を、「電気分解された試料の質量」で除し、百分率表示したものを、「抽出残渣分析による析出物中のV含有量」とした。   Then, for each steel, the “mass of V in the residue” obtained as described above is divided by the “mass of the electrolyzed sample” and expressed as a percentage. V content ”.

調査3:冷間加工後のビッカース硬さ試験
前記「調査1」の場合と同様に、JIS Z 2244(2009)に準拠して、鏡面仕上した冷間加工後のビッカース硬さ測定用試験片の中心部1点とR/2部4点の計5点のHVを、試験力を9.8Nとしてビッカース硬さ試験機で測定し、5点の算術平均値を冷間加工後の硬さとした。
Investigation 3: Vickers hardness test after cold working In the same manner as in the case of "Investigation 1", according to JIS Z 2244 (2009), a test piece for measuring Vickers hardness after cold working after mirror finishing was used. HV of 5 points in total, 1 point in the center and 4 points in the R / 2 part, was measured with a Vickers hardness tester with a test force of 9.8 N, and the arithmetic average value of 5 points was the hardness after cold working .

調査4:冷間鍛造での変形抵抗測定
図1に示した平滑試験片を10%、20%、30%、40%、50%および60%の各圧縮率で、端面拘束圧縮により冷間圧縮し、その際の変形抵抗を測定した。各変形抵抗は、社団法人日本塑性加工学会編の「鍛造」(1997年、初版第2刷、コロナ社)の158ページの表5.2に記載の方法にしたがって、平均変形抵抗(公称圧力/見掛けの拘束係数)を算出した。
Investigation 4: Measurement of deformation resistance in cold forging Cold compression of the smooth test piece shown in FIG. 1 at 10%, 20%, 30%, 40%, 50% and 60% compression by end face constrained compression The deformation resistance at that time was measured. Each deformation resistance is determined according to the method described in Table 5.2 on page 158 of “Forging” (1997, first edition, second edition, Corona) edited by the Japan Society for Technology of Plasticity. Apparent constraint coefficient) was calculated.

次いで、各鋼について、横軸を対数ひずみ、縦軸を変形抵抗とし、6点のプロットから近似曲線を作成した。得られた近似曲線から、対数ひずみが1.0となる場合の変形抵抗を求め、その値が550MPa以下である場合、冷間鍛造性に優れるとして、これを目標とした。上記でいう「対数ひずみ」とは、前記社団法人日本塑性加工学会編の「鍛造」158ページ表5.2の平均対数ひずみεを指す。   Next, for each steel, an approximate curve was created from a 6-point plot, with the horizontal axis representing logarithmic strain and the vertical axis representing deformation resistance. From the obtained approximate curve, the deformation resistance when the logarithmic strain was 1.0 was obtained, and when the value was 550 MPa or less, it was set as the target because it was excellent in cold forgeability. The “logarithmic strain” mentioned above refers to the average logarithmic strain ε in Table 5.2 on page 158 of “Forging” edited by the Japan Society for Technology of Plasticity.

調査5:冷間鍛造での限界圧縮率測定
図2に示した切欠き試験片を、切欠き部に肉眼で割れが発生するまで冷間圧縮し、割れが発生した時の圧縮率を求めた。そして、5個の試験片について、各々割れが発生した時の圧縮率を求め、この圧縮率の低い方から3番目の試験片の圧縮率を限界圧縮率とした。そして、その限界圧縮率が65%以上である場合、冷間鍛造性に優れるとして、これを目標とした。
Investigation 5: Limit compression ratio measurement in cold forging The notch specimen shown in FIG. 2 was cold-compressed until cracks occurred in the notch with the naked eye, and the compressibility when cracks occurred was obtained. . And about 5 test pieces, the compression rate when a crack generate | occur | produced was calculated | required, and the compression rate of the 3rd test piece from the one where this compression rate is low was made into the limit compression rate. And when the critical compression ratio was 65% or more, this was set as the target because it was excellent in cold forgeability.

調査6:被削性試験
直径29mmに冷間引抜き後、長さ300mmに切断した試験片の外周部を、NC旋盤を用いて旋削加工して被削性を調査した。
Investigation 6: Machinability test The outer periphery of a test piece cut to a length of 300 mm after cold drawing to a diameter of 29 mm was turned using an NC lathe to investigate the machinability.

旋削加工は、チップブレーカのないWCを主体とした超硬工具を使用し、切削速度:150m/min、切込み:0.2mm、送り:0.8mm/revとし、水溶性潤滑剤で潤滑を施した状態で実施した。旋削加工時の切屑処理性によって冷間加工後の被削性を評価した。   Turning uses a carbide tool mainly made of WC without chip breaker, cutting speed: 150 m / min, cutting depth: 0.2 mm, feeding: 0.8 mm / rev, and lubrication with water-soluble lubricant It carried out in the state. The machinability after cold working was evaluated by the chip disposability during turning.

切屑処理性は、各鋼について、旋削後の任意10個の切屑のうちで、図9に示す切屑長さが最大となる切屑を選び、その長さを測定することにより評価した。切屑処理性は、切屑長さが、5mm以下の場合、5mmを超えて10mm以下の場合および10mmを超える場合について、それぞれ、「特に良好(◎)」、「良好(○)」および「不良(×)」と評価した。   The chip disposability was evaluated for each steel by selecting a chip having the maximum chip length shown in FIG. 9 from any 10 chips after turning and measuring the length. The chip disposability is defined as “particularly good (」) ”,“ good (◯) ”and“ bad ”(when the chip length is 5 mm or less and over 10 mm or less and over 10 mm, respectively). X) ".

切屑処理性が良好以上の評価(◎または○)の場合に、被削性が優れるとして、これを目標とした。   In the case where the chip disposability was evaluated as good or better (◎ or ○), the machinability was considered excellent, and this was the target.

調査7:窒化(ガス軟窒化)後の芯部硬さ、表面硬さおよび有効硬化層深さの測定
ガス軟窒化した前記直径10mmの丸棒試験片を横断し、切断面が被検面になるように樹脂に埋め込んだ後、前記面が鏡面仕上げになるように研磨し、ビッカース硬さ試験機を使用して、芯部硬さを測定した。また、マイクロビッカース硬さ測定機を使用して、表面硬さおよび有効硬化層深さを調査した。
Survey 7: Measurement of core hardness, surface hardness and effective hardened layer depth after nitriding (gas soft nitriding) Crossing the 10 mm diameter round bar test piece that has been gas soft nitrided, the cut surface becomes the test surface After being embedded in the resin, the surface was polished so as to have a mirror finish, and the core hardness was measured using a Vickers hardness tester. Moreover, the surface hardness and the effective hardened layer depth were investigated using the micro Vickers hardness measuring machine.

具体的には、JIS Z 2244(2009)に準拠して、鏡面仕上した試験片の中心部1点とR/2部4点の計5点のHVを、試験力を9.8Nとしてビッカース硬さ試験機で測定し、5点の算術平均値を「芯部硬さ」とした。   Specifically, in accordance with JIS Z 2244 (2009), a Vickers hardness with a test force of 9.8 N, a total of 5 HVs of 1 center part and 4 parts of R / 2 part of the mirror-finished test piece. Measured with a thickness tester, the arithmetic average value of 5 points was defined as “core hardness”.

同じ埋め込み試料を用いて、上記の場合と同様にJIS Z 2244(2009)に準拠して、マイクロビッカース硬さ測定機によって、試験力を0.98Nとして試験片の表面から0.01mmの深さ位置における任意の10点のHVを測定し、その値を算術平均して「表面硬さ」とした。   Using the same embedded sample, in accordance with JIS Z 2244 (2009) in the same manner as above, a micro Vickers hardness tester sets the test force to 0.98 N and a depth of 0.01 mm from the surface of the test piece. Arbitrary 10 points of HV at the position were measured, and the values were arithmetically averaged to obtain “surface hardness”.

さらに、同じ埋め込み試料を用いて、JIS Z 2244(2009)に準拠して、マイクロビッカース硬さ測定機によって、試験力を1.96Nとして鏡面仕上げした試験片の表面から順次HVを測定し、硬さの分布図を作成した。そして、HVで550となる位置までの表面からの距離を「有効硬化層深さ」とした。   Furthermore, using the same embedded sample, HV was measured sequentially from the surface of the test piece mirror-finished with a test force of 1.96 N using a micro Vickers hardness measuring machine in accordance with JIS Z 2244 (2009). A distribution map was created. And the distance from the surface to the position which becomes 550 in HV was made into the "effective hardened layer depth."

調査8:小野式回転曲げ疲労試験
窒化(軟窒化)後に仕上加工した小野式回転曲げ疲労試験片を用いて、下記の試験条件によって小野式回転曲げ疲労試験を実施し、繰返し数が107回において破断しない最大の強度を「回転曲げ疲労強度」とした。回転曲げ疲労強度が400MPa以上である場合、回転曲げ疲労強度が優れるとして、これを目標とした。
Survey 8: Ono type rotating bending fatigue test Using the Ono type rotating bending fatigue test piece finished after nitriding (soft nitriding), the Ono type rotating bending fatigue test was conducted under the following test conditions, and the number of repetitions was 10 7 times. The maximum strength at which fracture does not occur was defined as “rotary bending fatigue strength”. When the rotational bending fatigue strength was 400 MPa or more, the rotational bending fatigue strength was considered to be excellent, and this was targeted.

・温度:室温、
・雰囲気:大気中、
・回転数:3000rpm。
・ Temperature: Room temperature,
・ Atmosphere: In the air
-Number of rotations: 3000 rpm.

調査9:耐摩耗性の調査
ブロックオンリング式摩耗試験によって、耐摩耗性を調査した。すなわち、図10に示すように、窒化(軟窒化)したブロック試験片Aの長さ15.75mmで厚さ6.35mmの面(以下、「試験面」という。)をリング試験片に押し付けて、リング試験片を回転させて摩耗試験を実施した。
Investigation 9: Investigation of wear resistance The wear resistance was investigated by a block-on-ring wear test. That is, as shown in FIG. 10, a nitrided (soft nitrided) block test piece A having a length of 15.75 mm and a thickness of 6.35 mm (hereinafter referred to as “test surface”) is pressed against the ring test piece. The wear test was carried out by rotating the ring specimen.

具体的には、試験チャンバー内に潤滑油として市販のオートマティックトランスミッション油を100ミリリットル入れ、90℃まで昇温させた後、試験力1000Nでブロック試験片Aの試験面をリング試験片に押し付け、0.1m/秒のすべり速度で、総すべり距離が8000mになるまでリング試験片を回転させた。   Specifically, after putting 100 ml of a commercially available automatic transmission oil as a lubricating oil in the test chamber and raising the temperature to 90 ° C., the test surface of the block test piece A is pressed against the ring test piece with a test force of 1000 N. The ring specimen was rotated at a sliding speed of 1 m / sec until the total sliding distance reached 8000 m.

上記のリング試験片には、JIS G 4053(2008)で規定されたSCM420の直径45mmの棒鋼から、その棒鋼と軸方向を揃えて、概ね図11に示す形状に試験片を切り出し、図12に示すヒートパターンによる「ガス浸炭焼入れ−焼戻し」を施し、その後、外周部を100μm研削して、図11に示す寸法形状に仕上げたものを使用した。   The above-mentioned ring test piece is cut out from a 45 mm diameter steel bar of SCM420 specified in JIS G 4053 (2008), with the steel bar aligned in the axial direction and cut into a shape generally shown in FIG. “Gas carburizing quenching-tempering” was performed according to the heat pattern shown, and then the outer peripheral portion was ground by 100 μm and finished to the shape shown in FIG.

図11に示した上記のリング試験片における単位を示していない寸法は「mm」であり、図中の仕上記号「▽」は、JIS B 0601(1982)の解説表1に記載されていた表面粗さを示す「三角記号」である。また、「▽」に付した「Rq:0.15〜0.35μm」は、JIS B 0601(2001)に規定される二乗平均平方根粗さ「Rq」が0.15〜0.35μmであることを意味する。   The dimension which does not show the unit in said ring test piece shown in FIG. 11 is "mm", and the finishing symbol "▽" in the figure is the surface described in the explanatory table 1 of JIS B 0601 (1982). It is a “triangular symbol” indicating roughness. In addition, “Rq: 0.15 to 0.35 μm” attached to “▽” means that the root mean square roughness “Rq” defined in JIS B 0601 (2001) is 0.15 to 0.35 μm. Means.

図12中の「Cp」はカーボンポテンシャルを表す。また、「80℃油冷却」は油温80℃の油中に投入して冷却したことを表す。   “Cp” in FIG. 12 represents a carbon potential. Further, “80 ° C. oil cooling” indicates that the oil is cooled by being put into oil having an oil temperature of 80 ° C.

ブロックオンリング式摩耗試験終了後、ブロック試験片Aの試験面を表面粗さ計を用いて、図13の矢印1、矢印2、矢印3に示すように、非接触部、接触部、非接触部と連続して測定し、断面曲線において非接触部と接触部の最大の差を摩耗深さとした。なお、各3箇所ずつ測定し、その平均値を摩耗深さとした。このときの摩耗深さが10.0μm以下であれば耐摩耗性に優れると判断し、これを目標とした。   After completion of the block-on-ring wear test, the test surface of the block test piece A is measured using a surface roughness meter, as shown by arrows 1, 2, and 3 in FIG. The maximum difference between the non-contact portion and the contact portion in the cross-sectional curve was taken as the wear depth. In addition, it measured for each three places and made the average value the wear depth. If the wear depth at this time was 10.0 μm or less, it was judged that the wear resistance was excellent, and this was the target.

上記の「非接触部」と「接触部」は、リング試験片との「非接触部」と「接触部」を指す。   The above “non-contact part” and “contact part” refer to “non-contact part” and “contact part” with the ring test piece.

調査10:耐変形性の調査
押し込み試験によって、耐変形性を調査した。すなわち、図14に示すように、窒化(軟窒化)したブロック試験片Bの長さ25mmで厚さ12.5mmの面(以下、「試験面」という。)に図15に示す形状の押し込み試験治具を押し込んで、耐変形性を調査した。押し込み試験治具は、ブロックオンリング式摩耗試験のリング試験片と同様に、JIS G 4053(2008)で規定されたSCM420の直径45mmの棒鋼から、その棒鋼と軸方向を揃えて、概ね図15に示す形状に試験片を切り出した。図12に示すヒートパターンによる「ガス浸炭焼入れ−焼戻し」を施し、その後、外周部を100μm研削して、図15に示す寸法形状に仕上げたものを使用した。
Investigation 10: Investigation of deformation resistance Deformation resistance was investigated by an indentation test. That is, as shown in FIG. 14, an indentation test of the shape shown in FIG. 15 is performed on a surface (hereinafter referred to as “test surface”) having a length of 25 mm and a thickness of 12.5 mm of the nitrided (soft-nitrided) block test piece B. The jig was pushed in and the deformation resistance was investigated. The indentation test jig is a 45 mm diameter steel bar of SCM420 specified in JIS G 4053 (2008), as in the case of the ring test piece of the block-on-ring wear test. A test piece was cut into the shape shown in FIG. The “gas carburizing quenching-tempering” by the heat pattern shown in FIG. 12 was performed, and then the outer peripheral portion was ground by 100 μm and finished to the dimensional shape shown in FIG.

具体的には、油圧サーボ試験機を用いて、試験力5000Nでブロック試験片Bの試験面に押し込み試験治具を押し込んだ。試験力を解除した後、ブロック試験片Bの試験面における押し込み変形量を調査10と同様に表面粗さ計で各3箇所ずつ測定し、3箇所の平均値を押し込み変形量とした。押し込み変形量が5.0μm以下であれば、耐変形性に優れると判断し、これを目標とした。   Specifically, the indentation test jig was pushed into the test surface of the block test piece B with a test force of 5000 N using a hydraulic servo tester. After releasing the test force, the amount of indentation deformation on the test surface of the block test piece B was measured with a surface roughness meter at three locations in the same manner as in Investigation 10, and the average value of the three locations was used as the indentation deformation amount. If the indentation deformation amount was 5.0 μm or less, it was judged that the deformation resistance was excellent, and this was the target.

図15に示した上記の押し込み試験治具における単位を示していない寸法は「mm」であり、図中の仕上記号「▽」は、JIS B 0601(1982)の解説表1に記載されていた表面粗さを示す「三角記号」である。また、「▽」に付した「Rq:0.10〜0.20μm」は、JIS B 0601(2001)に規定される二乗平均平方根粗さ「Rq」が0.10〜0.20μmであることを意味する。   The dimension which does not show the unit in the above indentation test jig shown in FIG. 15 is “mm”, and the finish symbol “▽” in the figure was described in the explanation table 1 of JIS B 0601 (1982). It is a “triangular symbol” indicating the surface roughness. In addition, “Rq: 0.10 to 0.20 μm” attached to “▽” means that the root mean square roughness “Rq” defined in JIS B 0601 (2001) is 0.10 to 0.20 μm. Means.

表2に調査1〜10の各試験結果をまとめて示す。ただし、表2には、窒化(ガス軟窒化)後の芯部硬さ(HV)と冷間加工後の硬さ(HV)の差を、窒化による時効硬化量(ΔHV)として示した。なお、Vを含有しない鋼12を用いた場合には、抽出残渣分析による析出物中にVが認められなかった。このため、試験番号12の析出物中のV含有量欄は「−」と表記した。   Table 2 summarizes the test results of the surveys 1 to 10. However, in Table 2, the difference between the core hardness (HV) after nitriding (gas soft nitriding) and the hardness after cold working (HV) is shown as age hardening amount (ΔHV) by nitriding. In addition, when the steel 12 which does not contain V was used, V was not recognized in the precipitate by an extraction residue analysis. For this reason, the V content column in the precipitate of the test number 12 was described as “−”.

上記の各試験結果のうち、Fn1と調査1における冷間加工前の硬さ(HV)の関係、Fn1と調査4における冷間鍛造での変形抵抗の関係およびFn1と調査5における冷間鍛造での限界4縮率の関係を整理して、それぞれ、図16〜18に示す。   Of the above test results, the relationship between Fn1 and hardness before cold working (HV) in Survey 1, the relationship between Fn1 and deformation for cold forging in Survey 4, and the cold forging in Fn1 and Survey 5 The relations of the 4th reduction ratio are shown in FIGS.

図19と図20に、それぞれ、Fn2と調査7における窒化後の芯部硬さ(HV)の関係およびFn2と調査10における押し込み変形量の関係を整理して示す。   19 and 20 respectively show the relationship between Fn2 and the core hardness (HV) after nitriding in Investigation 7 and the relationship between Fn2 and the amount of indentation deformation in Investigation 10.

図21〜23に、それぞれ、Fn3と調査7における窒化後の表面硬さ(HV)の関係、Fn3と調査8における回転曲げ疲労強度の関係およびFn3と調査9における摩耗深さの関係を整理して示す。   FIGS. 21 to 23 summarize the relationship between Fn3 and the surface hardness (HV) after nitriding in Survey 7, the relationship between Fn3 and rotational bending fatigue strength in Survey 8, and the relationship between Fn3 and wear depth in Survey 9, respectively. Show.

Figure 2013185186
Figure 2013185186

表2から、窒化前の素材が本発明で規定する条件を満たす本発明例の試験番号1〜11の場合、冷間鍛造性および冷間加工後の被削性に優れており、しかも、窒化後に本発明で規定する芯部硬さ、表面硬さおよび有効硬化層深さの全てを満たすため、耐変形性に優れ、高い回転曲げ疲労強度および優れた耐摩耗性を有している。   From Table 2, in the case of test numbers 1 to 11 of the present invention examples where the material before nitriding satisfies the conditions specified in the present invention, it is excellent in cold forgeability and machinability after cold working, and nitriding In order to satisfy all of the core hardness, surface hardness and effective hardened layer depth specified later in the present invention, it has excellent deformation resistance, high rotational bending fatigue strength, and excellent wear resistance.

上記の本発明例のうちでも、Teを含有する鋼5を用いた試験番号5、SeおよびSbを含有する鋼6を用いた試験番号6、PbおよびCaを含有する鋼10を用いた試験番号10、Biを含有する鋼11を用いた試験番号11は、いずれも、冷間加工後の被削性が特に優れることも明らかである。   Among the examples of the present invention, test number 5 using steel 5 containing Te, test number 6 using steel 6 containing Se and Sb, test number using steel 10 containing Pb and Ca It is clear that all of the test numbers 11 using the steel 11 containing 10 and Bi are particularly excellent in machinability after cold working.

これに対して、比較例の試験番号12は、用いた鋼12のC、Si、Mnの含有量がいずれも本発明で規定する範囲を超えて多く、本発明で「160以下」と規定するFn1が219と高い。そのため、限界圧縮率が55%と低く、変形抵抗が638MPaと高いことから冷間鍛造性に劣る。また、鋼12は、Vが含有されておらずFn2も0で、本発明で規定する範囲から外れているため、押し込み変形量が5.1μmであり耐変形性にも劣っている。さらに、鋼12はFn3も140で、本発明の「160以上」という規定から外れ、加えて窒化後の有効硬化層深さが本発明で規定する値より浅い、0.12mmであり、また、窒化後の表面硬さが本発明で規定する値より低いHVで612であるため、回転曲げ疲労強度が390MPaと低く、摩耗深さが13.0μmと大きく耐摩耗性にも劣っている。   On the other hand, in the test number 12 of the comparative example, the contents of C, Si, and Mn of the steel 12 used are all more than the range defined in the present invention, and are defined as “160 or less” in the present invention. Fn1 is as high as 219. Therefore, the cold compressibility is inferior because the critical compression ratio is as low as 55% and the deformation resistance is as high as 638 MPa. Moreover, since the steel 12 does not contain V and Fn2 is 0 and is out of the range defined in the present invention, the amount of indentation deformation is 5.1 μm and the deformation resistance is also inferior. Further, the steel 12 has an Fn3 of 140, which deviates from the definition of “160 or more” of the present invention, and in addition, the effective hardened layer depth after nitriding is 0.12 mm, which is shallower than the value specified by the present invention. Since the surface hardness after nitriding is 612, which is HV lower than the value specified in the present invention, the rotational bending fatigue strength is as low as 390 MPa, the wear depth is as large as 13.0 μm, and the wear resistance is also poor.

試験番号13は、用いた鋼13のFn1が169と発明で規定する範囲を超えて高いため、限界圧縮率が59%と低く、変形抵抗が619MPaと高いことから冷間鍛造性に劣る。   Test No. 13 is inferior in cold forgeability because Fn1 of steel 13 used is 169, which is high beyond the range specified in the invention, and the critical compression ratio is as low as 59% and the deformation resistance is as high as 619 MPa.

試験番号14は、用いた鋼14のFn2が3で、本発明の「20〜80」という規定から外れており、しかも窒化後の芯部硬さが本発明で規定する値より低いHVで168であるため、押し込み変形量が5.5μmと大きく耐変形性に劣っている。   Test No. 14 has an Fn2 of 3 for the steel 14 used, which is not within the range of “20 to 80” of the present invention, and the core hardness after nitriding is 168 at HV lower than the value defined by the present invention. Therefore, the amount of indentation deformation is as large as 5.5 μm and the deformation resistance is poor.

試験番号15は、用いた鋼15のVの含有量が0.15%と本発明で規定する範囲を超えて多いため、抽出残渣における析出物中のV含有量が規定から外れている。そのため、限界圧縮率が61%と低く、変形抵抗が588MPaと高いことから冷間鍛造性に劣り、加えて冷間加工(冷間での引抜き加工)後の硬さがHVで251と高いことから被削性にも劣る。   In Test No. 15, the V content of the steel 15 used is 0.15%, which is more than the range specified in the present invention, so the V content in the precipitate in the extraction residue is out of the specification. Therefore, the critical compressibility is as low as 61% and the deformation resistance is as high as 588 MPa, so that the cold forgeability is inferior. In addition, the hardness after cold working (cold drawing) is as high as 251 in HV. Inferior to machinability.

試験番号16は、用いた鋼16のFn3が、本発明の「160以上」という規定から外れているため窒化後の表面硬さがHVで588と低く、有効硬化層深さも本発明で規定する値より浅い0.12mmである。そのため、回転曲げ疲労強度が370MPaと低く、摩耗深さが11.0μmと大きく耐摩耗性にも劣っている。   The test number 16 is that the Fn3 of the steel 16 used deviates from the definition of “160 or more” of the present invention, so the surface hardness after nitriding is as low as 588 in HV, and the effective hardened layer depth is also defined in the present invention. It is 0.12 mm shallower than the value. Therefore, the rotational bending fatigue strength is as low as 370 MPa, the wear depth is as large as 11.0 μm, and the wear resistance is inferior.

本発明の冷鍛窒化用鋼および冷鍛窒化用鋼材は、冷間鍛造性および冷間鍛造後の被削性に優れるとともに、冷間鍛造と窒化の処理を施された部品に、高い芯部硬さ、高い表面硬さおよび深い有効硬化層深さを具備させることができる。このため、冷鍛窒化部品の素材として用いるのに好適である。   The steel for cold forging and nitriding of the present invention is excellent in cold forgeability and machinability after cold forging, and has a high core in a part subjected to cold forging and nitriding treatment. Hardness, high surface hardness and deep effective hardened layer depth can be provided. For this reason, it is suitable for using as a raw material of cold forging nitriding components.

また、本発明の冷鍛窒化部品は、耐変形性、曲げ疲労強度および耐摩耗性に優れているため、歯車、CVT用プーリ等の、自動車のトランスミッションなどに使用される機械構造用部品として好適に用いることができる。   Further, the cold forged and nitrided parts of the present invention are excellent in deformation resistance, bending fatigue strength, and wear resistance, and thus are suitable as parts for machine structures used in automobile transmissions such as gears and pulleys for CVT. Can be used.

Claims (7)

質量%で、C:0.01〜0.15%、Si:0.10%未満、Mn:0.10〜0.50%、P:0.030%以下、S:0.050%以下、Cr:0.80〜2.0%、V:0.03%以上0.10%未満、Al:0.01〜0.10%、N:0.0080%以下およびO:0.0030%以下を含有し、残部はFeおよび不純物からなり、さらに、下記の、(1)式で表されるFn1が160以下、(2)式で表されるFn2が20〜80で、かつ(3)式で表されるFn3が160以上である化学組成を有することを特徴とする、冷鍛窒化用鋼。
Fn1=399×C+26×Si+123×Mn+30×Cr+32×Mo+19×V・・・(1)
Fn2=(669.3×logeC−1959.6×logeN−6983.3)×(0.067×Mo+0.147×V)・・・(2)
Fn3=140×Cr+125×Al+235×V・・・(3)
上記の(1)〜(3)式におけるC、Si、Mn、Cr、Mo、V、NおよびAlは、その元素の質量%での含有量を意味する。
In mass%, C: 0.01 to 0.15%, Si: less than 0.10%, Mn: 0.10 to 0.50%, P: 0.030% or less, S: 0.050% or less, Cr: 0.80 to 2.0%, V: 0.03% or more and less than 0.10%, Al: 0.01 to 0.10%, N: 0.0080% or less, and O: 0.0030% or less And the balance is Fe and impurities, Fn1 represented by the following formula (1) is 160 or less, Fn2 represented by the formula (2) is 20 to 80, and the formula (3) A steel for cold forging and nitriding characterized by having a chemical composition in which Fn3 represented by the formula is 160 or more.
Fn1 = 399 × C + 26 × Si + 123 × Mn + 30 × Cr + 32 × Mo + 19 × V (1)
Fn2 = (669.3 × log e C−1959.6 × log e N−6983.3) × (0.067 × Mo + 0.147 × V) (2)
Fn3 = 140 × Cr + 125 × Al + 235 × V (3)
C, Si, Mn, Cr, Mo, V, N, and Al in the above formulas (1) to (3) mean the content of the element in mass%.
Feの一部に代えて、質量%で、Mo:0.50%以下を含有することを特徴とする、請求項1に記載の冷鍛窒化用鋼。   The steel for cold forging and nitriding according to claim 1, characterized by containing Mo: 0.50% or less in mass% instead of part of Fe. Feの一部に代えて、質量%で、Cu:0.50%以下およびNi:0.50%以下から選択される1種以上を含有することを特徴とする、請求項1または2に記載の冷鍛窒化用鋼。   It replaces with a part of Fe and contains 1 or more types selected from Cu: 0.50% or less and Ni: 0.50% or less by the mass%, The claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned. Steel for cold forging and nitriding. Feの一部に代えて、質量%で、Ti:0.20%以下、Nb:0.10%以下およびZr:0.10%以下から選択される1種以上を含有することを特徴とする、請求項1から3までのいずれかに記載の冷鍛窒化用鋼。   Instead of a part of Fe, it contains one or more selected from Ti: 0.20% or less, Nb: 0.10% or less, and Zr: 0.10% or less in mass%. The steel for cold forging and nitriding according to any one of claims 1 to 3. Feの一部に代えて、質量%で、Pb:0.50%以下、Ca:0.010%以下、Bi:0.30%以下、Te:0.30%以下、Se:0.30%以下およびSb:0.30%以下から選択される1種以上を含有することを特徴とする、請求項1から4までのいずれかに記載の冷鍛窒化用鋼。   Instead of a part of Fe, in mass%, Pb: 0.50% or less, Ca: 0.010% or less, Bi: 0.30% or less, Te: 0.30% or less, Se: 0.30% The steel for cold forging and nitriding according to any one of claims 1 to 4, comprising at least one selected from the following and Sb: 0.30% or less. 請求項1から5までのいずれかに記載の化学組成を有し、抽出残渣分析による析出物中のV含有量が0.05%以下であることを特徴とする、冷鍛窒化用鋼材。   A steel material for cold forging and nitriding having the chemical composition according to any one of claims 1 to 5 and having a V content in a precipitate by an extraction residue analysis of 0.05% or less. 請求項1から5までのいずれかに記載の化学組成を有し、芯部硬さがビッカース硬さで180以上、表面硬さがビッカース硬さで650以上、有効硬化層深さが0.15mm以上であることを特徴とする、冷鍛窒化部品。   It has the chemical composition according to any one of claims 1 to 5, the core hardness is 180 or more in terms of Vickers hardness, the surface hardness is 650 or more in terms of Vickers hardness, and the effective hardened layer depth is 0.15 mm. Cold forged and nitrided parts characterized by the above.
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