JP2014084504A - Steel product having fine ferrite grain boundary precipitation type martensitic structure, and method for producing teh same - Google Patents

Steel product having fine ferrite grain boundary precipitation type martensitic structure, and method for producing teh same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a steel product having excellent reliability in heat treatment and having high toughness and ductility and high hardness and strength, and a method for producing the same.SOLUTION: In the method for producing a steel product with a structure where fine ferrite and carbides such as cementite are precipitated not in a layer shape but in a divided state in austenite grain boundaries, also, the ferrite largely occupies compared with the carbides, further, the ferrite and the carbides are precipitated on the grain boundaries to a net shape in a lumpy shape, respectively, and a martensitic structure surrounded by the precipitates is present in the base, a steel material or a part of a steel material is rapidly heated to an A3 or A1 transformation point or more by resistance heat by primary energization, thereafter, after a cooling time within 2 seconds, the same is reheated by secondary energization to increase or hold its temperature to the pearlite precipitation line of a continuous cooling transformation fatigue or more, and subsequently, cooling is performed in such a manner that a cooling curve is passed over the pearlite precipitation line regarding continuous cooling transformation, and further, a martensite transformation point is passed through.

Description

本発明は、オーステナイト粒界に、微細なフェライトとセメンタイトなどの炭化物とが分かれて析出され、塊状のフェライトと塊状の炭化物とがネット状に粒界に析出し、生地にはマルテンサイト組織を有する鋼製品及びその製造方法に関する。   In the present invention, fine ferrite and carbide such as cementite are separated and precipitated at the austenite grain boundary, and massive ferrite and massive carbide are precipitated at the grain boundary in a net shape, and the dough has a martensite structure. The present invention relates to a steel product and a manufacturing method thereof.

鋼材をオーステナイト領域にまで加熱して冷却した場合、連続冷却条件でも等温冷却条件でも臨界冷却速度以下に遅く冷却すれば、オーステナイト粒界にパーライトがネット状に析出し、また臨界冷却速度より早く冷却すれば、ネット状組織は析出しないでマルテンサイト組織に変態する。これが、これまで鋼材組織に関して認識されている基本的事項である。
上記オーステナイト粒界にネット状に析出したパーライトは、フェライトとセメンタイトが層状に析出したものである。また、鋼材を均一なオーステナイト組織にするには高い温度と時間が必要である。
When the steel material is heated to the austenite region and cooled, the pearlite precipitates in a net shape at the austenite grain boundaries and cools faster than the critical cooling rate if the steel material is cooled slowly below the critical cooling rate in both continuous and isothermal cooling conditions. Then, the net-like structure is transformed into a martensite structure without being precipitated. This is the basic matter that has been recognized so far for steel structures.
The pearlite precipitated in a net form at the austenite grain boundaries is a layer in which ferrite and cementite are precipitated. Moreover, high temperature and time are required to make the steel material a uniform austenite structure.

マルテンサイト組織を有する鋼材は、靭性が大きく低下するため、焼戻し処理を行い靭性のある製品として使用するのが一般的である。この場合、靭性と強度のどちらを必要とし優先するかで焼戻し処理温度を調整し、これにより用途に応じた性能を有する鋼製品として使用している。   A steel material having a martensitic structure is generally used as a tough product after tempering because the toughness is greatly reduced. In this case, the tempering temperature is adjusted depending on which of toughness and strength is required and given priority, so that the steel product is used as a steel product having performance according to the application.

したがって、靭性と強度との両方を満足する鋼製品は得られないというのが現在の熱処理の姿である。即ち、従来の熱処理(焼戻し)では、マルテンサイト組織全体をトルースタイト、ソルバイト組織などの微細パーライト組織に変換しマルテンサイト組織を無くしてしまうため、強度が低下することはやむを得ないことであった。   Therefore, the current heat treatment is that a steel product that satisfies both toughness and strength cannot be obtained. That is, in the conventional heat treatment (tempering), the entire martensite structure is converted into a fine pearlite structure such as troostite or sorbite structure to eliminate the martensite structure, and thus the strength is unavoidable.

例えば特許文献1には、電気抵抗溶接を行ったボールスタッドを、通電加熱により600〜650℃に加熱して通電焼き戻しをすることにより、溶接部の硬さを下げ靭性を付与することが記載されている。
また特許文献2には、ワークを誘導加熱法などで焼入れし、これを焼き戻しステーションに送り、誘導加熱により300℃程度以下の温度で焼き戻しを行い、ワークの割れなどの製品欠陥を生じにくくすることが記載されている。
For example, Patent Document 1 describes that a ball stud subjected to electrical resistance welding is heated to 600 to 650 ° C. by current heating and subjected to current tempering, thereby reducing the hardness of the welded portion and imparting toughness. Has been.
Further, in Patent Document 2, the workpiece is quenched by induction heating method and the like, sent to a tempering station, tempered at a temperature of about 300 ° C. or less by induction heating, and product defects such as cracking of the workpiece are less likely to occur. It is described to do.

また、本件出願人は、先に特許文献3において、圧入接合における熱処理方法及びこれによる接合構造を開示した。これは電極などの冶具を用い、圧入接合により第一の鋼材(孔部を穿設)に軸体を固相接合し、さらに焼き鈍し、浸炭などの熱処理を行うものである。   In addition, the present applicant previously disclosed in Patent Document 3 a heat treatment method in press-fitting and a joining structure based thereon. In this method, using a jig such as an electrode, the shaft body is solid-phase bonded to the first steel material (having a hole) by press-fitting, further annealed, and subjected to heat treatment such as carburizing.

特開2004−278666JP2004-278666 特開2008−223055JP2008-223055 国際公開2006/033316International Publication 2006/033316

さて、上記各特許文献1〜3に記載の焼き戻し等の熱処理は、焼入れ組織であるマルテンサイト組織全体をトルースタイト、ソルバイトなどのセメンタイトとフェライトの微細な層状組織(微細パーライト)に変換し、マルテンサイト組織をなくするものである。
このため、従来の熱処理では靭性は回復する一方、硬度(強度)は低下するという特性を有する問題があり、これは一般に知られた熱処理の特徴である。
Now, the heat treatment such as tempering described in each of the above Patent Documents 1 to 3 converts the entire martensite structure, which is a quenched structure, into a fine layered structure (fine pearlite) of cementite and ferrite such as troostite and sorbite, It eliminates the martensite organization.
For this reason, the conventional heat treatment has a problem that the toughness is restored while the hardness (strength) is lowered, which is a characteristic of a generally known heat treatment.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、熱処理の信頼性に優れ、高い靭性と延性及び高い硬度及び強度を有する組織、即ち塊状の微細フェライト及びセメンタイトなどの炭化物がネット状に粒界に析出したマルテンサイト組織を有する鋼製品及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and is excellent in heat treatment reliability, and has a structure having high toughness, ductility and high hardness and strength, that is, carbides such as massive fine ferrite and cementite in a net shape. An object of the present invention is to provide a steel product having a martensite structure precipitated at grain boundaries and a method for producing the steel product.

以上の技術的課題を解決するため、本発明に係る鋼製品は、オーステナイト粒界に、微細なフェライトとセメンタイトなどの炭化物とが層状ではなく分かれて析出し、かつ上記炭化物と比べて上記フェライトが大部分を占め、さらに上記フェライトと上記炭化物とがそれぞれ塊状となってネット状に粒界に析出し、生地にはこれら析出物に囲まれたマルテンサイト組織が存在する組織を有する特徴がある。   In order to solve the above technical problems, in the steel product according to the present invention, fine ferrite and carbides such as cementite are separated in the austenite grain boundaries instead of being layered, and the ferrite is compared with the carbides. It occupies most, and the ferrite and the carbide are each formed into a lump and precipitate in the form of nets at grain boundaries, and the dough has a feature that has a structure in which a martensite structure surrounded by these precipitates exists.

また本発明に係る鋼製品は、オーステナイト粒界に、微細なフェライトとセメンタイトなどの炭化物とが層状ではなく分かれて析出し、かつ上記炭化物と比べて上記フェライトが大部分を占め、さらに上記フェライトと上記炭化物とがそれぞれ塊状となってネット状に粒界に析出し、生地にはこれら析出物に囲まれたマルテンサイト組織が存在する組織を鋼材同士の接合部に有するものである。   Further, in the steel product according to the present invention, fine ferrite and carbides such as cementite are separated in the austenite grain boundaries instead of being layered, and the ferrite occupies most of the carbides, and the ferrite and Each of the carbides is agglomerated and precipitated in the form of a net at grain boundaries, and the dough has a structure in which a martensite structure surrounded by these precipitates exists at the joint between the steel materials.

本発明者らは、上記特許文献3に係る抵抗加熱方式の圧入製造方法及び熱処理に関し、さらに種々の実験を重ねているうちに、硬度(強度)の低下が少なくて高い強度が維持され、且つ靭性及び延性に優れた特性を有する鋼製品及びその製造方法を開発するに至った。
この製造方法では、接合条件と接合後の熱処理方法を工夫することによって、従来の熱処理で得られなかった有用な組織を有する鋼製品を得ることができた。
The inventors of the present invention are related to the resistance heating method press-fitting manufacturing method and heat treatment according to Patent Document 3 described above, and while repeating various experiments, the hardness (strength) decreases little and high strength is maintained, and It came to develop the steel product which has the characteristic excellent in toughness and ductility, and its manufacturing method.
In this production method, a steel product having a useful structure that could not be obtained by conventional heat treatment could be obtained by devising the joining conditions and the heat treatment method after joining.

即ち上記鋼製品は、マルテンサイト組織を残したまま、微細なフェライト及びセメンタイトなどの炭化物がそれぞれ塊状になってネット状に粒界に析出したマルテンサイト組織を有するという特徴を備えている。
上記炭化物は鉄炭化物であり、FeC(セメンタイト)だけでなく、Fe20、Fe、Fe、等が含まれたものである。
この組織は、後述する鋼製品の接合部の組織写真に見られるように、非常に延性に富むフェライト、そして少量のセメンタイトなどの炭化物の析出物が結晶粒界に塊状となってネット状に析出した組織、これらの析出物に囲まれたマルテンサイト組織によって構成されている。
That is, the steel product has a feature that a carbide such as fine ferrite and cementite is agglomerated and precipitated at the grain boundary in a net shape while leaving the martensite structure.
The carbide is an iron carbide and includes not only Fe 3 C (cementite) but also Fe 20 C 9 , Fe 7 C 3 , Fe 5 C 2 , and the like.
As can be seen in the structure picture of the joints of steel products described later, this structure is precipitated in a net form by the precipitation of very ductile ferrite and a small amount of carbide precipitates such as cementite at the grain boundaries. And a martensite structure surrounded by these precipitates.

上記鋼製品の金属組織は、マルテンサイトの組織の生地に、フェライトの塊及び炭化部の塊が混合してネット状に連なって粒界に析出した組織であり、また炭化物の塊に比べてフェライトの塊の部分が多くを占めている。この鋼製品は、上記フェライトのネット状組織により延性、靭性などの特性が得られ、またマルテンサイト組織が生地に存在している。
例えば、強く、崩れにくい石垣は硬くて強い大きな石だけでなく、石同士の隙間を埋める目地が存在してはじめて、優れた石垣ができる。この強く、崩れにくい石垣と同じように、マルテンサイトの周囲にフェライトを中心としたネット状の析出物が存在することによって、硬度及び強度などと延性、靭性を併せ持った優れた特性が得られるのである。
このような金属組織は、従来知られていたパーライトのようにフェライトと炭化物とがサンドイッチ状に層状構造を形成しているものとは異質である。
The metal structure of the steel product is a structure in which a mass of ferrite and a mass of carbonized portion are mixed with a martensite structure dough, and is formed in a net shape and precipitated at grain boundaries. The lump part occupies a lot. In this steel product, properties such as ductility and toughness are obtained by the above-mentioned ferrite net-like structure, and a martensite structure is present in the fabric.
For example, a strong and hard-to-crush stone wall is not only a hard and strong large stone, but an excellent stone wall can be formed only when there is a joint that fills the gap between stones. Like this strong and hard-to-break stone wall, the presence of a net-like precipitate centered on ferrite around martensite provides excellent properties with both hardness and strength as well as ductility and toughness. is there.
Such a metal structure is different from a structure in which ferrite and carbide form a layered structure in a sandwich shape like conventionally known pearlite.

このネット状の析出物には脆いセメンタイトのような炭化物が少なく、また生地にはマルテンサイトがそのまま存在している。このため、上記鋼製品の組織は硬度及び強度(接合強度)、延性及び靭性を兼ね備えたものとなっている。
なお一般には、マルテンサイトの粒界に硬く脆いセメンタイトがネット状に析出した組織が知られているが、セメンタイトは延性が殆どないため、このような組織を持つものは割れが発生し易く、強度を要求される部材には用いられず用途も限られる。
There are few brittle cementite-like carbides in the net-like precipitates, and martensite is present in the dough. For this reason, the structure of the steel product has hardness and strength (joining strength), ductility and toughness.
In general, a structure in which hard brittle cementite precipitates in a net shape at the grain boundaries of martensite is known, but since cementite has almost no ductility, those having such a structure are prone to cracking, It is not used for members that require high pressure, and uses are limited.

本発明に係る鋼製品の製造方法は、鋼材又は鋼材の一部をA3又はA1変態点以上に加熱(急速)して、鋼材組織をオーステナイト組織に変化させた後、急速冷却をする。この冷却時に、冷却速度を制御することにより、鋼材の連続冷却変態図(CCT線図:Continuous Cooling Transformation diagram)において、冷却曲線が連続冷却変態に係るパーライト析出線(Ps線)上を通過するように調整し、さらにマルテンサイト変態点を通過して冷却することである。
この冷却速度を制御する方法として、本発明では再加熱の手段及び接合部の温度低下を抑制する手段を採用する。
In the method for producing a steel product according to the present invention, a steel material or a part of the steel material is heated (rapidly) to the A3 or A1 transformation point or more to change the steel material structure to an austenite structure, and then rapidly cooled. During this cooling, the cooling rate is controlled so that the cooling curve passes on the pearlite precipitation line (Ps line) related to the continuous cooling transformation in the continuous cooling transformation diagram (CCT diagram) of the steel material. And then passing through the martensitic transformation point and cooling.
As a method for controlling the cooling rate, the present invention employs a reheating means and a means for suppressing a temperature drop of the joint.

鋼材の冷却過程において、通常は最初に微細パーライト(フェライトとセメンタイトの層状組織)が析出する。本発明に係る冷却過程においても、微細フェライトとセメンタイトなどの炭化物とがオーステナイト粒界に析出するが、これは層状ではなく、それぞれ塊状になってネット状に析出しており、これは上記通常のものとは大きな違いである。   In the cooling process of a steel material, usually fine pearlite (a layered structure of ferrite and cementite) is first precipitated. Even in the cooling process according to the present invention, fine ferrite and carbides such as cementite are precipitated at the austenite grain boundaries, but they are not layered, but are each agglomerated and precipitated in a net shape, which is It is a big difference from things.

この後冷却が進行するに伴って、素地全体(未変態部)がマルテンサイト変態によってマルテンサイトに変化する。このような冷却過程を経ることによって、マルテンサイトの粒界にネット状の析出物が存在する本発明に係る鋼製品の組織が得られる。
この鋼製品の製造プロセスでは、拡散接合後の焼戻し処理工程は必要ではなく、特に焼戻し工程を追加しないで、強度と靭性を有する材質を得ることができることも本発明の製造方法の優れた特徴の一つである。
Thereafter, as the cooling proceeds, the entire substrate (untransformed portion) changes to martensite by martensitic transformation. By passing through such a cooling process, the structure of the steel product according to the present invention in which net-like precipitates exist at the martensite grain boundaries is obtained.
This steel product manufacturing process does not require a tempering process after diffusion bonding, and it is also possible to obtain a material having strength and toughness without adding a tempering process. One.

本発明に係る鋼製品の製造方法は電気抵抗熱を用いる方法であり、鋼材又は鋼材の一部をオーステナイト組織にするために、一次通電による抵抗熱によりA3又はA1変態点以上に急速加熱した後、2秒以内、又は連続冷却変態図において、オーステナイトからパーライトまたはフェライト、またはセメンタイトが析出される析出線の最短(時間)析出部分を通過する冷却曲線としての臨界冷却曲線が、上記析出線を通過する時間よりも短時間の冷却時間をおく。
そして、この冷却時間の後二次通電による再加熱を行って温度を連続冷却変態図のパーライト析出線以上の温度に上昇又は保持させ、つまりオーステナイトからマルテンサイトに至る変態過程において、鋼材の温度を急速に上昇させた後、冷却し、この冷却時に、冷却曲線が連続冷却変態に係るパーライト析出線(Ps線)上を通過し、さらにマルテンサイト変態点(Ms線)を通過して冷却することである。
The method for producing a steel product according to the present invention is a method using electrical resistance heat, and in order to make a steel material or a part of the steel material an austenitic structure, after rapid heating to the A3 or A1 transformation point or higher by resistance heat by primary energization. Within 2 seconds, or in the continuous cooling transformation diagram, the critical cooling curve as the cooling curve that passes through the shortest (time) precipitation part of pearlite or ferrite or cementite from austenite passes through the precipitation line Allow a shorter cooling time than the time to perform.
Then, after this cooling time, reheating by secondary energization is performed to raise or maintain the temperature above the pearlite precipitation line in the continuous cooling transformation diagram, that is, in the transformation process from austenite to martensite, After rapidly rising, cooling is performed, and during this cooling, the cooling curve passes on the pearlite precipitation line (Ps line) related to the continuous cooling transformation, and further passes through the martensite transformation point (Ms line) for cooling. It is.

上記一次通電は金属組織をオーステナイト組織にするものであり、二次通電は、冷却曲線がPs線を通過するように金属組織の冷却を遅らせるための通電である。この二次通電により、上記オーステナイト組織を微細フェライトとセメンタイト等の炭化物とがネット状に析出した組織に変化させる。   The primary energization makes the metal structure an austenite structure, and the secondary energization is an energization for delaying the cooling of the metal structure so that the cooling curve passes through the Ps line. By this secondary energization, the austenite structure is changed to a structure in which fine ferrite and carbides such as cementite are precipitated in a net shape.

一次通電後に二次通電を行わない場合、鋼製品に係る金属組織は、連続冷却変態図における冷却曲線がPs線を通過しないでPs線を避け、このPs線の時間軸の短時間側(左側)を通り、即ち上記臨界冷却曲線の左側を通り、Ps線近傍或いはこれ以下の温度に冷却される。
このため、一次通電後、2秒以内の冷却時間後、又は連続冷却変態図において、オーステナイトからパーライトまたはフェライト、またはセメンタイトが析出される析出線の最短析出部分を通過する臨界冷却曲線が、上記析出線を通過する時間よりも短時間に二次通電を行い、これにより金属組織を一旦Ps線以上の温度に再加熱し、冷却曲線を連続冷却変態図における時間軸の長時間方向(右側)、即ち上記臨界冷却曲線の右側を通るように移動させて冷却を遅延させ、冷却曲線がPs線を通過するようにする。
When the secondary energization is not performed after the primary energization, the metal structure of the steel product is such that the cooling curve in the continuous cooling transformation diagram does not pass the Ps line and avoids the Ps line. ), That is, the left side of the critical cooling curve, and is cooled to a temperature near or below the Ps line.
For this reason, after the primary energization, after the cooling time within 2 seconds, or in the continuous cooling transformation diagram, the critical cooling curve passing through the shortest precipitation portion of the precipitation line where pearlite, ferrite, or cementite is precipitated from austenite is the above precipitation. Secondary energization is performed in a shorter time than the time of passing through the wire, whereby the metal structure is once reheated to a temperature higher than the Ps wire, and the cooling curve is extended in the long time direction (right side) of the time axis in the continuous cooling transformation diagram. That is, it is moved so as to pass the right side of the critical cooling curve to delay the cooling so that the cooling curve passes through the Ps line.

上記冷却に関し、冷却曲線が上記臨界冷却曲線の右側を通るように冷却速度を制御し冷却することにより、冷却曲線が最初にPs線を横切るため、オーステナイト組織に塊状の微細フェライトとセメンタイト等の炭化物とがネット状に析出する。この冷却速度制御は、本発明に係る鋼製品を製造するための基本的な技術思想である。   Regarding the above cooling, the cooling curve first crosses the Ps line by controlling the cooling rate so that the cooling curve passes on the right side of the critical cooling curve, so that the austenitic structure is agglomerated fine ferrite and cementite such as cementite. And precipitate in a net shape. This cooling rate control is a basic technical idea for manufacturing a steel product according to the present invention.

また、本発明に係る鋼製品1の製造方法は、第一の鋼材4と第二の鋼材6との接合部2を、一次通電による抵抗熱によりA3又はA1変態点以上に急速加熱して固相拡散接合を行った後、2秒以内の冷却時間をおき、この後上記接合部に、二次通電による再加熱を行って、温度を連続冷却変態図のパーライト析出線以上の温度に上昇又は保持させ、オーステナイトからマルテンサイトに至る変態過程において、鋼材の温度を(急速に)上昇(又は保持)させた後冷却し、この冷却時に、冷却曲線が連続冷却変態に係るパーライト析出線(Ps線)上を通過し、さらにマルテンサイトの変態点(Ms線)を通過して冷却することである。   Moreover, the manufacturing method of the steel product 1 according to the present invention is a method in which the joining portion 2 between the first steel material 4 and the second steel material 6 is rapidly heated above the A3 or A1 transformation point by resistance heat by primary energization. After performing phase diffusion bonding, a cooling time of 2 seconds or less is set, and then the above-mentioned bonded portion is reheated by secondary energization to increase the temperature to a temperature equal to or higher than the pearlite precipitation line in the continuous cooling transformation diagram. In the transformation process from austenite to martensite, the steel material temperature is (rapidly) increased (or maintained) and then cooled, and during this cooling, the pearlite precipitation line (Ps line) in which the cooling curve is related to the continuous cooling transformation ) Passing over and further passing through the martensite transformation point (Ms line) and cooling.

これから、上記一次通電は固相拡散接合を行うための通電であり、かつ接合部の金属組織をオーステナイト組織にするための通電といえる。また上記二次通電により、冷却曲線がPs線を通過し、この二次通電によりオーステナイト組織がフェライト等の炭化物がネット状に析出した組織に変化する。   From this, it can be said that the primary energization is an energization for performing solid phase diffusion bonding and an energization for changing the metal structure of the joint to an austenite structure. The secondary energization changes the cooling curve through the Ps line, and the secondary energization changes the austenite structure to a structure in which carbides such as ferrite are precipitated in a net shape.

本発明に係る鋼製品1の製造方法は、第一の鋼材4の孔部5内に第二の鋼材6を所定の圧力で押圧するとともに、これら両鋼材間に一次通電を行って両鋼材の接合部2をA3又はA1変態点以上に急速加熱し、上記両鋼材の接合部2を軟化させて上記第二の鋼材6を上記第一の鋼材4の孔部5に圧入して固相拡散接合を行った後、2秒以内の冷却時間をおき、この後上記接合部2に二次通電による再加熱を行って、温度を連続冷却変態図のパーライト析出線以上の温度に上昇又は保持させ、オーステナイトからマルテンサイトに至る変態過程において、鋼材の温度を(急速に)上昇(又は保持)させた後冷却し、この冷却時に、冷却曲線が連続冷却変態に係るパーライト析出線上を通過し、さらにマルテンサイトの変態点を通過して冷却することである。   The manufacturing method of the steel product 1 which concerns on this invention presses the 2nd steel material 6 with the predetermined pressure in the hole 5 of the 1st steel material 4, and performs primary electricity supply between these steel materials, and both steel materials The joining part 2 is rapidly heated to the A3 or A1 transformation point or more, the joining part 2 of both the steel materials is softened, and the second steel material 6 is press-fitted into the hole 5 of the first steel material 4 to solid phase diffusion. After joining, a cooling time of 2 seconds or less is allowed, and then the joint 2 is reheated by secondary energization to raise or maintain the temperature above the pearlite precipitation line in the continuous cooling transformation diagram. In the transformation process from austenite to martensite, the temperature of the steel material is (rapidly) increased (or maintained) and then cooled, and during this cooling, the cooling curve passes over the pearlite precipitation line related to the continuous cooling transformation, Cool through the martensitic transformation point. It is.

また本発明に係る鋼製品の製造方法は、上記二次通電の電流値を、上記一次通電の電流値の1/2以上としたことである。
上記二次通電の電流値が一次通電の電流値の1/2以上であれば、接合後の冷却曲線が時間軸の長時間方向に移動してPs線を通過することから、接合部2における上記ネット状組織が明瞭に析出される。
Moreover, the manufacturing method of the steel product which concerns on this invention is setting the electric current value of the said secondary electricity supply to 1/2 or more of the electric current value of the said primary electricity supply.
If the current value of the secondary energization is 1/2 or more of the current value of the primary energization, the cooling curve after joining moves in the long time direction of the time axis and passes through the Ps line. The net-like structure is clearly deposited.

上記二次通電による再加熱によって、接合部2の冷却曲線がPs線を通過するように冷却速度を遅らせることができ、これにより接合部に上記鋼製品の組織として「塊状のフェライトと塊状のセメンタイトが網状に析出した鋼材の組織」ができるのは、組織が急速加熱に伴う不安定なオーステナイト組織の生成、塑性変形を伴う急速な圧入、急速な冷却などを伴うためであり、これは上記圧入による固相拡散接合という非平衡で且つ特異な状態にあるため、上記塊状のフェライト及びセメンタイトが連なったネット状組織が生じたものと考えられる。   By reheating by the secondary energization, the cooling rate can be delayed so that the cooling curve of the joint portion 2 passes through the Ps line. As a result, the structure of the steel product is formed in the joint portion as “bulky ferrite and massive cementite. The reason why the structure of the steel material in which the network is deposited is because the structure involves the formation of an unstable austenite structure accompanying rapid heating, rapid press-fitting with plastic deformation, rapid cooling, etc. It is considered that a net-like structure in which the above-mentioned massive ferrite and cementite are connected is generated because it is in a non-equilibrium and unique state of solid phase diffusion bonding.

このようなメカニズムであれば、上記二次通電により冷却曲線を時間軸の長時間方向に移動させる製造方法以外にも、上記圧入による固相拡散接合という非平衡で且つ特異な条件の下で、接合部2の冷却曲線の冷却速度を臨界冷却速度より遅延させる等の制御によっても、上記と同様の鋼材の組織を得ることが可能と考えられる。この冷却曲線の冷却速度を制御する方法として、接合部の温度低下を抑制する手段を用いる。
なお、一次通電のみの圧入による固相拡散接合では、加熱時間が短かく、冷却速度も冷却(水冷)された電極等により非常に速いため上記鋼製品の組織を得るのは容易ではない。
If it is such a mechanism, in addition to the manufacturing method of moving the cooling curve in the long-time direction of the time axis by the secondary energization, under the non-equilibrium and unique conditions of solid phase diffusion bonding by the press-fitting, It is considered that the same steel structure as described above can be obtained by controlling the cooling rate of the cooling curve of the joint 2 to be delayed from the critical cooling rate. As a method for controlling the cooling rate of this cooling curve, means for suppressing the temperature drop of the joint is used.
In solid phase diffusion bonding by press-fitting only with primary energization, it is not easy to obtain the structure of the steel product because the heating time is short and the cooling rate is very fast due to a cooled (water-cooled) electrode.

本発明に係る鋼製品1の製造方法は、鋼材又は鋼材の一部を、通電による抵抗熱によりA3又はA1変態点以上に急速加熱するとともに、温度低下の抑制手段により上記鋼材の冷却速度を遅らせ、連続冷却変態図における冷却曲線が臨界冷却曲線より遅くなるように制御し、上記冷却曲線が連続冷却変態に係るパーライト析出線上を通過し、さらにマルテンサイト変態点を通過して冷却することである。
ここで上記「臨界冷却曲線」とは、連続冷却変態図(CCT線図)においてオーステナイトからパーライトまたはフェライト、またはセメンタイトが析出される析出線の最短(時間)析出部分を通過する冷却曲線のことをいう。また、「臨界冷却速度」は、上記臨界冷却曲線に係る冷却速度である。
The manufacturing method of the steel product 1 according to the present invention rapidly heats a steel material or a part of the steel material to the A3 or A1 transformation point or more by resistance heat by energization, and delays the cooling rate of the steel material by means of suppressing temperature decrease. The cooling curve in the continuous cooling transformation diagram is controlled to be slower than the critical cooling curve, and the cooling curve passes through the pearlite precipitation line related to the continuous cooling transformation, and further passes through the martensitic transformation point to cool. .
Here, the “critical cooling curve” refers to a cooling curve that passes through the shortest (time) precipitation portion of the precipitation line where pearlite, ferrite, or cementite is precipitated from austenite in the continuous cooling transformation diagram (CCT diagram). Say. The “critical cooling rate” is a cooling rate related to the critical cooling curve.

また、本発明に係る鋼製品1の製造方法は、第一の鋼材4と第二の鋼材6との接合部2を、通電による抵抗熱によりA3又はA1変態点以上に急速加熱して固相拡散接合を行うとともに、温度低下の抑制手段により上記接合部2の冷却速度を遅らせ、連続冷却変態図における冷却曲線が時間軸の長時間方向に移動するように制御し、上記冷却曲線が連続冷却変態に係るパーライト析出線(Ps線)上を通過し、さらにマルテンサイト変態点を通過して冷却することである。   Moreover, the manufacturing method of the steel product 1 which concerns on this invention is the solid phase by rapidly heating the junction part 2 of the 1st steel material 4 and the 2nd steel material 6 to A3 or A1 transformation point or more with the resistance heat by electricity supply. While performing diffusion bonding, the cooling rate of the bonded portion 2 is delayed by means of temperature drop suppression means, and the cooling curve in the continuous cooling transformation diagram is controlled to move in the long-time direction of the time axis, and the cooling curve is continuously cooled. It passes on the pearlite precipitation line (Ps line) which concerns on transformation, and also passes through a martensitic transformation point and is cooled.

また、本発明に係る鋼製品1の製造方法は、第一の鋼材4の孔部5内に第二の鋼材6を所定の圧力で押圧するとともに、これら両鋼材間に通電を行って両鋼材の接合部2をA3又はA1変態点以上に急速加熱し、上記両鋼材の接合部2を軟化させて上記第二の鋼材を上記第一の鋼材の孔部5に圧入して固相拡散接合を行うとともに、温度低下の抑制手段により上記接合部2の冷却速度を遅らせ、連続冷却変態図における冷却曲線が上記臨界冷却曲線より遅くなるように制御し、上記冷却曲線が連続冷却変態に係るパーライト析出線上を通過し、さらにマルテンサイト変態点を通過して冷却することである。   Moreover, the manufacturing method of the steel product 1 which concerns on this invention presses the 2nd steel material 6 with the predetermined pressure in the hole 5 of the 1st steel material 4, and supplies with electricity between both these steel materials, and both steel materials The joint 2 is rapidly heated to the A3 or A1 transformation point or more, the joint 2 of the two steel materials is softened, and the second steel is press-fitted into the hole 5 of the first steel, so that solid phase diffusion welding is performed. And the cooling rate in the continuous cooling transformation diagram is controlled so as to be slower than the critical cooling curve by means of temperature drop suppression means, and the cooling curve is a pearlite related to the continuous cooling transformation. It passes on the precipitation line and further passes through the martensitic transformation point to cool.

本発明に係る鋼製品1の製造方法は、上記温度低下の抑制手段として、上記鋼材(接合部材)及び/又は上記鋼材(接合部材)を保持する電極(受け電極9及び加圧電極8)の温度を予め加熱により高めておくことである。
上記温度低下の抑制手段としては以下の方法がある。
上記抑制手段として、予め加熱等の手段により接合部材(第一の鋼材4、第二の鋼材6等)の温度を高めて保持しておき、この接合部材を用いて接合を行う。例えば、温度を一定に保持した恒温槽で接合部材を保管し、これを使用する。
この場合、接合部材の接合時に接合部の温度は上昇するが、接合後は、接合部材の接合部2以外の温度が予め高められていることから、接合部2の熱が周辺に奪われる(熱伝導)熱量が抑制され、接合部の温度低下も抑制され接合部2の冷却速度を遅らせる。
The manufacturing method of the steel product 1 according to the present invention includes the steel material (joining member) and / or the electrode (the receiving electrode 9 and the pressure electrode 8) that holds the steel material (joining member) as means for suppressing the temperature drop. The temperature is raised by heating in advance.
As a means for suppressing the temperature decrease, there are the following methods.
As the suppression means, the temperature of the joining member (first steel material 4, second steel material 6 or the like) is raised in advance by means such as heating, and joining is performed using this joining member. For example, the joining member is stored in a thermostatic bath that keeps the temperature constant and used.
In this case, the temperature of the joining portion rises when the joining member is joined, but after joining, the temperature of the joining member other than the joining portion 2 is increased in advance, so that the heat of the joining portion 2 is taken away to the periphery ( Heat conduction) The amount of heat is suppressed, the temperature drop of the joint is suppressed, and the cooling rate of the joint 2 is delayed.

また上記抑制手段として、接合部材を保持する電極を加熱等の手段により高めておき、当該電極に接合部材を保持して接合を行う。例えば、電極内部を流通する冷却水を温めておき、この冷却水を用い電極を所定温度に保持して使用する。この場合、接合部2から熱伝導により電極に奪われる熱量が抑制され、接合部の冷却速度が遅延される。
また、鋼材(特に第二の鋼材6)の内、電極(特に加圧電極8)に保持された部位と、接合部との間の距離を長くした場合には、接合部2の熱が電極に伝達しにくくなり接合部2の温度低下が抑制される。通電電流量に影響のない範囲で、電極と接合部材との接触部分を少なくし、電極への熱伝導量を低減して接合部2の温度低下を抑制することもできる。
Further, as the suppression means, the electrode holding the joining member is raised by means such as heating, and the joining member is held on the electrode for joining. For example, the cooling water flowing inside the electrode is warmed, and this cooling water is used to keep the electrode at a predetermined temperature. In this case, the amount of heat taken by the electrode from the joint 2 by heat conduction is suppressed, and the cooling rate of the joint is delayed.
Moreover, when the distance between the part hold | maintained by the electrode (especially the pressurization electrode 8) among steel materials (especially 2nd steel material 6) and a junction part is lengthened, the heat | fever of the junction part 2 is an electrode. It is difficult to transmit to the joint 2 and the temperature drop of the joint 2 is suppressed. In the range where there is no influence on the amount of energization current, the contact portion between the electrode and the bonding member can be reduced, the amount of heat conduction to the electrode can be reduced, and the temperature drop of the bonding portion 2 can be suppressed.

他に、上記抑制手段として、接合時に(接合前から接合後にかけて)、接合部材の接合部2の近傍に温風、又は熱風を吹き付け、接合後の接合部2の温度低下を抑制し、接合部の冷却速度を遅らせる。この温風、熱風の吹き付けには、温風器等が利用できる。
また上記抑制手段として、接合部材を保持した電極と接合部2との間に距離をおき、接合部から電極にかけての熱伝導を抑制し、或いは接合部材自体を冷却され難い形状(中空等)に形成し、接合部からの熱伝導を抑制する。
このように、上記抑制手段としては上記種々の方法があるが、要は接合部2の温度低下を抑制することができる手段であれば良く、これにより接合部の温度低下が抑制できる。
In addition, as the suppression means, at the time of joining (from before joining to after joining), warm air or hot air is blown in the vicinity of the joining portion 2 of the joining member to suppress the temperature drop of the joining portion 2 after joining, Reduce the cooling rate of the part. A warm air heater etc. can be utilized for blowing of this warm air and hot air.
Further, as the suppression means, a distance is set between the electrode holding the bonding member and the bonding portion 2 to suppress heat conduction from the bonding portion to the electrode, or the bonding member itself has a shape (hollow, etc.) that is difficult to be cooled. Forming and suppressing heat conduction from the joint.
As described above, there are various methods as the suppression means. In short, any means that can suppress the temperature decrease of the joint portion 2 may be used, and thereby the temperature decrease of the joint portion can be suppressed.

本発明に係る鋼製品1の製造方法は、上記鋼材として、炭素量0.18〜1.20%(好ましくは0.32〜0.90%)の鋼材又は浸炭処理、浸炭浸窒処理をした鋼材を用いることである。なお、このような炭素量等の鋼材は、上記第一の鋼材4及び第二の鋼材6の一方又は双方に用いる。   In the method for manufacturing the steel product 1 according to the present invention, the steel material is a steel material having a carbon content of 0.18 to 1.20% (preferably 0.32 to 0.90%), carburized, or carburized and nitrided. It is to use steel. Such a steel material such as a carbon amount is used for one or both of the first steel material 4 and the second steel material 6.

本発明に係る鋼製品によれば、微細なフェライト及びセメンタイトなどの炭化物がそれぞれ塊状にネット状に粒界に析出したマルテンサイト組織を有するものであり、また、上記組織を鋼材同士の接合部に有するものとしたから、熱処理の信頼性に優れ高い靭性、延性及び高い強度、硬度を有する組織が得られるという効果がある。   According to the steel product of the present invention, carbides such as fine ferrite and cementite each have a martensitic structure precipitated in the form of a net in the form of a lump in the form of a net, and the structure is used as a joint between steel materials. Since it has it, there exists an effect that the structure | tissue which is excellent in the reliability of heat processing and has high toughness, ductility, high intensity | strength, and hardness is obtained.

また、本発明に係る鋼製品の製造方法によれば、鋼材、鋼材の一部、又は第一の鋼材と第二の鋼材の接合部に、微細なフェライト及びセメンタイトなどの炭化物がそれぞれ塊状にネット状に粒界に析出したマルテンサイト組織が生成されることから、熱処理の信頼性に優れ高い靭性、延性及び高い強度、硬度を有する組織が得られるという効果がある。   In addition, according to the method for manufacturing a steel product according to the present invention, fine ferrite and cementite such as cementite are respectively formed in a lump in the steel material, a part of the steel material, or the joint between the first steel material and the second steel material. Since a martensite structure precipitated at the grain boundaries is generated, there is an effect that a structure having excellent toughness, ductility, high strength, and hardness is obtained with excellent heat treatment reliability.

実施の形態に係り、製造中の鋼製品の接合状態を示す図である。It is a figure which concerns on embodiment and shows the joining state of the steel products in manufacture. 実施の形態に係り、鋼材を電極に保持させた状態を示す図である。It is a figure which concerns on embodiment and shows the state which hold | maintained steel materials to the electrode. 実施の形態に係り、製造装置における電極機構の系統図である。It is a systematic diagram of the electrode mechanism in the manufacturing apparatus according to the embodiment. (a)は鋼製品(二次通電熱処理有り)の接合部(右側が第一の鋼材(浸炭処理鋼)側、左側が第二の鋼材(S20C)側)における組織写真であり、(b)は(a)の一部(枠内)を拡大したものである。(A) is a structure photograph of the joining part (the right side is the first steel material (carburized steel) side, the left side is the second steel material (S20C) side) of the steel product (with secondary energization heat treatment), (b) Is an enlarged view of part (a) of (a). (a)は図4の組織写真の一部(第一の鋼材(浸炭処理鋼)側)を抽出したものであり、(b)は(a)の走査型電子顕微鏡写真(SEM写真)である。(A) is a part extracted from the structure photograph of FIG. 4 (first steel (carburized steel) side), and (b) is a scanning electron micrograph (SEM photograph) of (a). . 図5の組織の電子線マイクロアナライザー写真(EPMA写真)であり、FE−EPMAによる炭素のマッピング結果を示す。(C(炭素)の元素分析をして濃度分布状態を表示)。(元写真はカラーであるが、ここではモノクロ化して組織の説明を補足した。)It is an electron beam microanalyzer photograph (EPMA photograph) of the structure | tissue of FIG. 5, and shows the carbon mapping result by FE-EPMA. (The elemental analysis of C (carbon) is performed to display the concentration distribution state). (The original photo is in color, but here I made it monochrome and supplemented the explanation of the organization.) 図6のネット状析出物について画像処理を行った結果(画像処理写真)を示す図であり、(a)は、炭素量が少ない部分(図6で「フェライト」と矢示)を抽出した画像、(b)は、炭素量が多い部分(図6で「炭化物」と矢示)を抽出した画像を示す。(元の写真はカラー表示で抽出し区別しているが、ここではモノクロ化して該当箇所を○で囲んで区別した。)It is a figure which shows the result (image processing photograph) which performed the image process about the net-like precipitate of FIG. 6, (a) is the image which extracted the part ("ferrite" and arrow in FIG. 6) with little carbon content. , (B) shows an image obtained by extracting a portion having a large amount of carbon (indicated by “carbide” in FIG. 6). (The original photo is extracted and distinguished by color display, but here it is converted to black and white and the relevant part is surrounded by a circle.) (a)は鋼製品(二次通電熱処理無し)の接合部(右側が第一の鋼材(浸炭処理鋼)側、左側が第二の鋼材(S20C)側)における組織写真であり、(b)は(a)の一部(枠内)を拡大したものである。(A) is a structure photograph of a steel product (without secondary energization heat treatment) at the joint (the right side is the first steel (carburized steel) side, the left side is the second steel (S20C) side), (b) Is an enlarged view of part (a) of (a). 鋼材の接合部から約0.5mm離れた部位の温度を熱電対で測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the temperature of the site | part about 0.5 mm away from the junction part of steel materials with the thermocouple. 実施の形態に係り、鋼製品の製造工程における鋼材の連続冷却変態図(CCT線図)を示したものである。The continuous cooling transformation diagram (CCT diagram) of the steel materials in the manufacturing process of the steel product according to the embodiment is shown. 鋼製品の接合部の組織写真を示すもので、(a)(b)は第二の製造方法、(c)は第一の製造方法によるものであり、それぞれ上段に全体写真を、下段に部分の拡大写真を示す。The structure photograph of the joint part of a steel product is shown, (a) (b) is according to the second manufacturing method, (c) is according to the first manufacturing method. An enlarged photograph of is shown. 鋼製品(二次通電の有無)における硬度の分布(接合部近傍)を示すグラフである。It is a graph which shows hardness distribution (joining part vicinity) in steel products (the presence or absence of secondary electricity supply). 第一の製造方法における冷却時間について、せん断剥離強度に及ぼす冷却時間の影響に関し、冷却時間を変化させた場合の鋼製品のせん断剥離強度と冷却時間との関係をグラフに示したものである。About the cooling time in a 1st manufacturing method, regarding the influence of the cooling time exerted on the shear peel strength, the relationship between the shear peel strength of the steel product and the cooling time when the cooling time is changed is shown in a graph. 二次通電の有無が炭素量によってどのような影響を与えるかを調べるため、第二の鋼材にS35C、及びS45Cを用いて製造した鋼製品の接合部近傍の組織写真を示したものである。In order to investigate how the presence or absence of secondary energization affects the amount of carbon, a structural photograph in the vicinity of the joint of a steel product manufactured using S35C and S45C as the second steel material is shown. 二次通電の各パターン1〜4のそれぞれについて、鋼材の接合部における通電開始からの時間とそのときの接合部の温度を測定した結果を示すグラフである。接合部の温度測定は、非接触温度計(ジャパンセンサー株式会社製のファイバ型放射温度計)により行った。It is a graph which shows the result of having measured the time from the energization start in the junction part of steel materials, and the temperature of the junction part at that time about each of the patterns 1-4 of secondary energization. The junction temperature was measured with a non-contact thermometer (fiber type radiation thermometer manufactured by Japan Sensor Co., Ltd.). 二次通電の各パターン1〜4につき、各鋼製品の接合部(略中央から左側が第一の鋼材(浸炭処理鋼)側、右側が第二の鋼材(S35C)側)における組織写真を示すもので、(a)はパターン1、(b)はパターン2、(c)はパターン3、(d)はパターン4を示す。For each pattern 1 to 4 of secondary energization, a structure photograph of each steel product at the joint (left side from the center is the first steel material (carburized steel) side, right side is the second steel material (S35C) side) is shown. (A) shows pattern 1, (b) shows pattern 2, (c) shows pattern 3, and (d) shows pattern 4.

以下、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、第一の実施の形態に係り、微細フェライト及びセメンタイトなどの炭化物粒界析出型マルテンサイト組織を鋼材同士の接合部2に有する鋼製品1及びその製造状態(終了時)を示したものである。また図2は、上記鋼製品を製造する途中の状態を示したものである。
上記鋼製品1は、板状(プレート)の第一の鋼材4、及びこの第一の鋼材4の孔部5に接合される軸状(シャフト)の第二の鋼材6からなる。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 relates to the first embodiment, and shows a steel product 1 having a carbide grain boundary precipitation type martensite structure such as fine ferrite and cementite in a joint portion 2 between steel materials and a manufacturing state thereof (at the end). Is. Moreover, FIG. 2 shows the state in the middle of manufacturing the said steel products.
The steel product 1 includes a plate-shaped (plate) first steel material 4 and a shaft-shaped (shaft) second steel material 6 joined to the hole 5 of the first steel material 4.

上記第一の鋼材4は所定の厚さを有し、この第一の鋼材4に設けられた孔部5は断面の直径が一定の円形であり、第一の鋼材4の板面から垂直方向に孔部5の内壁面部が形成されている。
ここでは、第一の鋼材4の板厚を3.2mmとし、孔部5の内径を11.15mmとしている。この第一の鋼材4の板厚は、1mm以上が適当であるが、板厚の上限は孔部5の内径(第二の鋼材6の太さ)或いは電源トランス12の容量などに依存する。
The first steel material 4 has a predetermined thickness, and the hole 5 provided in the first steel material 4 has a circular shape with a constant cross-sectional diameter, and is perpendicular to the plate surface of the first steel material 4. The inner wall surface of the hole 5 is formed in
Here, the plate | board thickness of the 1st steel material 4 shall be 3.2 mm, and the internal diameter of the hole 5 is 11.15 mm. The plate thickness of the first steel material 4 is suitably 1 mm or more, but the upper limit of the plate thickness depends on the inner diameter of the hole 5 (the thickness of the second steel material 6) or the capacity of the power transformer 12.

上記第二の鋼材6は断面が一定の円柱状(又は円筒状)であり、平坦な上面部及び下面部を有している。また、第二の鋼材6の下面部の周囲は角部が切除されて面取部26が形成されている。
ここでは第二の鋼材6は、外径が11.55mmである。この第二の鋼材6の外径は、第一の鋼材4の板厚の2倍以上、或いは孔部の深さの2倍以上が適当である。
The second steel material 6 has a columnar shape (or cylindrical shape) with a constant cross section, and has a flat upper surface portion and lower surface portion. Further, a corner portion is cut off around the lower surface portion of the second steel material 6 to form a chamfered portion 26.
Here, the second steel material 6 has an outer diameter of 11.55 mm. The outer diameter of the second steel material 6 is suitably at least twice the plate thickness of the first steel material 4 or at least twice the depth of the hole.

上記第二の鋼材6の挿入部分25の外径(直径)は、第一の鋼材4の孔部5の内径より僅かに大きく、圧入代はこれらの差となる。この圧入代により、第二の鋼材6の挿入部分25の外周部位が、第一の鋼材4の孔部5の内壁面部と接して擦られて接合界面を形成し、全周に及ぶ圧入接合が行われる。この時、接合部は全周でなく、複数個の部分接合で構成される圧入接合でもよい。また、第一の鋼材4の孔部5の上縁部、及び第二の鋼材6の下面部の縁部の何れか或いは両方に面取り加工を施している。   The outer diameter (diameter) of the insertion portion 25 of the second steel material 6 is slightly larger than the inner diameter of the hole 5 of the first steel material 4, and the press-fitting allowance is the difference between these. By this press-fitting allowance, the outer peripheral portion of the insertion portion 25 of the second steel material 6 is rubbed in contact with the inner wall surface of the hole 5 of the first steel material 4 to form a joining interface, and press-fitting joining over the entire circumference is performed. Done. At this time, the joining portion may be press-fit joining constituted by a plurality of partial joints instead of the entire circumference. Further, chamfering is performed on either or both of the upper edge portion of the hole 5 of the first steel material 4 and the edge portion of the lower surface portion of the second steel material 6.

圧入の条件として所定の圧入代(d)と、圧入深さ(h)を設定する。この圧入代(d)は直径に対するものであり、ここでd=第二の鋼材6の外径(D2)−第一の鋼材4の孔部5の内径(D1)となる。また、圧入深さ(h)はh=第二の鋼材6の挿入部分の圧入(侵入)の深さとなる。   As a press-fitting condition, a predetermined press-fitting allowance (d) and a press-fitting depth (h) are set. This press-fitting allowance (d) is relative to the diameter, where d = the outer diameter (D2) of the second steel material 6−the inner diameter (D1) of the hole 5 of the first steel material 4. Further, the press-in depth (h) is h = the depth of press-in (intrusion) of the insertion portion of the second steel material 6.

この実施の形態では、圧入代(d)は、0.4mm(11.55−11.15mm)としている。圧入代は、圧入が可能な範囲であれば良い。圧入代の範囲は0.1mm〜0.7mmが実用的であるが、0.3mm〜0.5mmの範囲であればバリも少なくまた高い強度も得られて良好である。
また、圧入深さ(又は第一の鋼材の板厚)は1mm〜6mmの範囲が実用的で良好であり、孔部5の内径(略第二の鋼材6の外径)は4mm〜50mmの範囲が電源の容量等からして好ましい。
In this embodiment, the press-fit allowance (d) is 0.4 mm (11.55-11.15 mm). The press-fitting allowance may be in a range where press-fitting is possible. The range of the press-fitting allowance is practically 0.1 mm to 0.7 mm, but if it is in the range of 0.3 mm to 0.5 mm, it is good because there are few burrs and high strength is obtained.
Also, the press-fit depth (or the thickness of the first steel material) is practically good in the range of 1 mm to 6 mm, and the inner diameter of the hole 5 (substantially the outer diameter of the second steel material 6) is 4 mm to 50 mm. The range is preferable from the viewpoint of the capacity of the power source.

他に、上記第一の鋼材4に替えて、孔部5が垂直方向に穿設された鋼材(直方体等種々の形状)を用いることができる。第二の鋼材6は平坦な上面部及び下面部を有しているのが好ましいが、第二の鋼材の下面部(挿入部分)は、第一の鋼材の接合予定部(孔部)の面形状に合わせた曲面形状をしていても良く、上面部も通電ができる形状であれば、平面以外の形状でも良い。   In addition, instead of the first steel material 4, steel materials (various shapes such as a rectangular parallelepiped) in which the holes 5 are formed in the vertical direction can be used. The second steel material 6 preferably has a flat upper surface portion and a lower surface portion. However, the lower surface portion (insertion portion) of the second steel material is a surface of a planned joining portion (hole portion) of the first steel material. It may have a curved surface shape that matches the shape, and the upper surface portion may have a shape other than a flat surface as long as it can be energized.

また上記第二の鋼材6(挿入部分)は、上記孔部5とは断面を相似形状とした場合には全周が接合される形態となるが、相似形状としない第二の鋼材を採用することも可能である。この場合、第二の鋼材として例えば断面多角形状(角部が円弧状の四角形等)のものを用い、第一の鋼材との接合部は全周でなく、複数個の部分接合で構成される形態としてもよい。
何れにしても、第一の鋼材4の孔部5と第二の鋼材6との間(全周或いは一部)に上記圧入代は必要である。
In addition, the second steel material 6 (insertion portion) adopts a second steel material that is not formed in a similar shape although the entire circumference is joined when the cross-section is similar to the hole 5. It is also possible. In this case, as the second steel material, for example, one having a polygonal cross section (such as a square having a circular arc shape at the corners) is used, and the joint with the first steel material is not composed of the entire circumference but is composed of a plurality of partial joints. It is good also as a form.
In any case, the above press-fitting allowance is necessary between the hole 5 of the first steel material 4 and the second steel material 6 (entire circumference or part).

図3は、上記鋼製品の製造装置の系統図を示したものである。
上記製造装置は、受け電極9、この受け電極9を保持する下部プラテン11、加圧電極8、この加圧電極8を保持する上部プラテン10、電源供給用の電源トランス12(TR)、及び電極に対して電源の供給遮断等の制御を行うサイリスタ14(SCR)等を有している。また、上記製造装置は他に、位置決め機構及び加圧機構(図示せず)などを有している。
上記受け電極9及び加圧電極8は、何れもクローム銅製であり、また上記下部プラテン11及び上部プラテン10は何れも真鍮製である。
FIG. 3 is a system diagram of the steel product manufacturing apparatus.
The manufacturing apparatus includes a receiving electrode 9, a lower platen 11 that holds the receiving electrode 9, a pressurizing electrode 8, an upper platen 10 that holds the pressing electrode 8, a power supply transformer 12 (TR) for supplying power, and an electrode The thyristor 14 (SCR) and the like for controlling the power supply interruption and the like. In addition, the manufacturing apparatus has a positioning mechanism, a pressure mechanism (not shown), and the like.
The receiving electrode 9 and the pressing electrode 8 are both made of chrome copper, and the lower platen 11 and the upper platen 10 are both made of brass.

上記受け電極9は、円柱形状で、上面部30の中央には所定の深さの円形の穴部32(或いは貫通孔部)が形成されている。この穴部32は、上記第二の鋼材6を上記第一の鋼材4に圧入接合したときに、第一の鋼材4の孔部5の周辺が圧入方向に変形するのでこの逃げを形成するために設けたものである。
上記穴部32の穴の大きさ(D:直径)は、第二の鋼材6よりも少し大きく形成する。これは、第二の鋼材6が受け電極9の穴部32に接触しないようにするためである。また、穴部32の穴の大きさ(D:直径)は、上記第一の鋼材4の孔部5の内径より少し大きめとするのが望ましい。
The receiving electrode 9 has a cylindrical shape, and a circular hole 32 (or a through hole) having a predetermined depth is formed in the center of the upper surface portion 30. The hole 32 is formed so that the periphery of the hole 5 of the first steel material 4 is deformed in the press-fitting direction when the second steel material 6 is press-fitted and joined to the first steel material 4. Is provided.
The size (D: diameter) of the hole 32 is slightly larger than that of the second steel material 6. This is to prevent the second steel material 6 from contacting the hole 32 of the receiving electrode 9. Moreover, it is desirable that the size (D: diameter) of the hole 32 is slightly larger than the inner diameter of the hole 5 of the first steel material 4.

また上記受け電極9の内部には、冷却水が通過する冷却回路34が形成されている。この冷却回路34は、受け電極9を上から見た場合に、上記穴部32を囲む状態でコの字状に形成され、また受け電極9の上下間の上部寄りの位置に水平状に形成されている。   A cooling circuit 34 through which cooling water passes is formed inside the receiving electrode 9. The cooling circuit 34 is formed in a U shape so as to surround the hole 32 when the receiving electrode 9 is viewed from above, and is formed horizontally at a position near the upper part between the upper and lower sides of the receiving electrode 9. Has been.

上記下部プラテン11は、上面部に受け電極9を載置し保持する保持部40、及びこの保持部40から延設される導通部42を有している。この導通部42は、電源トランス12の出力端子と電気的に接続されている。また、保持部40の下面部は製造装置の支持部に載置固定されている。
そして、この下部プラテン11の内部には、冷却水が通過する冷却回路44が形成されている。この冷却回路44は、導通部42から保持部40に至り、この保持部40をコの字状に廻って導通部42に戻る形状に形成されている。この下部プラテン11は、受け電極9の冷却にも寄与する。
The lower platen 11 has a holding part 40 for placing and holding the receiving electrode 9 on the upper surface part, and a conduction part 42 extending from the holding part 40. The conduction part 42 is electrically connected to the output terminal of the power transformer 12. Moreover, the lower surface part of the holding part 40 is mounted and fixed to the support part of the manufacturing apparatus.
A cooling circuit 44 through which cooling water passes is formed inside the lower platen 11. The cooling circuit 44 is formed in a shape that extends from the conducting portion 42 to the holding portion 40, goes around the holding portion 40 in a U shape, and returns to the conducting portion 42. The lower platen 11 also contributes to cooling of the receiving electrode 9.

上記加圧電極8は、円柱形状であり、下面部の中央には所定の深さの円形の保持穴部46が形成されている。
また、加圧電極8の内部には、冷却水が通過する冷却回路48が形成されている。この冷却回路48は、加圧電極8を上から見た場合に、上記保持穴部46を囲む状態でコの字状に形成され、また加圧電極8の上下間の中央部に水平状に形成されている。この加圧電極8の保持穴部46は、上記第二の鋼材6を保持する。
The pressurizing electrode 8 has a cylindrical shape, and a circular holding hole 46 having a predetermined depth is formed at the center of the lower surface portion.
In addition, a cooling circuit 48 through which cooling water passes is formed inside the pressure electrode 8. The cooling circuit 48 is formed in a U shape so as to surround the holding hole 46 when the pressurizing electrode 8 is viewed from above, and is horizontally formed in the central portion between the upper and lower sides of the pressurizing electrode 8. Is formed. The holding hole 46 of the pressure electrode 8 holds the second steel material 6.

上記上部プラテン10は、下面部に加圧電極8を取り付ける加圧保持部50、及びこの加圧保持部50から延設される導通部52を有している。この導通部52は、電源トランス12の出力端子と電気的に接続されている。
また上部プラテン10の内部には、冷却水が通過する冷却回路54が形成されている。この冷却回路54は、導通部52から加圧保持部50に至り、この加圧保持部50をコの字状に廻って導通部52に戻る形状に形成されている。この上部プラテン10は、加圧電極8の冷却にも寄与する。
The upper platen 10 has a pressure holding part 50 for attaching the pressure electrode 8 to the lower surface part, and a conduction part 52 extending from the pressure holding part 50. The conduction portion 52 is electrically connected to the output terminal of the power transformer 12.
A cooling circuit 54 through which cooling water passes is formed inside the upper platen 10. The cooling circuit 54 is formed in a shape that extends from the conducting portion 52 to the pressurizing and holding portion 50, goes around the pressurizing and holding portion 50 in a U shape, and returns to the conducting portion 52. The upper platen 10 also contributes to cooling the pressure electrode 8.

また、加圧保持部50の上面部は、製造装置のプレス機構(油圧式など)のアクチュエータ部に固定されており、このアクチュエータ部は制御部からの指示で加圧保持部50を上下に移動させ、一定の加圧力を伴って降下移動する。   Further, the upper surface portion of the pressure holding unit 50 is fixed to an actuator unit of a press mechanism (hydraulic type or the like) of the manufacturing apparatus, and this actuator unit moves the pressure holding unit 50 up and down by an instruction from the control unit. And move downward with a constant applied pressure.

さて、上記各冷却回路は、直列に連結され、給水装置から給水バルブ56を通過した冷却水は、順に加圧電極8の冷却回路48、上部プラテン10の冷却回路54、受け電極9の冷却回路34、及び下部プラテン11の冷却回路44を通過して各部を冷却し、排水バルブ58を通過して排水される。また、電源トランス12及びサイリスタ14についても、上記冷却水が内部に形成された冷却回路を通過して各部を冷却する。
勿論、上記各冷却回路は、各電極毎、各プラテン毎に独立に、また電極とプラテンに分けてそれぞれ独立に連結することは可能である。
The cooling circuits are connected in series, and the cooling water that has passed through the water supply valve 56 from the water supply device is, in order, the cooling circuit 48 for the pressure electrode 8, the cooling circuit 54 for the upper platen 10, and the cooling circuit for the receiving electrode 9. 34 and the cooling circuit 44 of the lower platen 11 to cool each part, and the water is discharged through the drain valve 58. Further, the power transformer 12 and the thyristor 14 also cool each part through the cooling circuit in which the cooling water is formed.
Of course, each of the cooling circuits can be connected independently for each electrode and each platen, and separately for each electrode and platen.

上記通電に用いる電源は、直流、交流、或いは大容量のコンデンサーを利用した直流電流等を用いることができる。また、制御部(図示せず)からの制御により、上記プレス機構の加圧力の加減調整、電源トランス12からの受け電極9及び加圧電極8に対する通電の開始停止制御(サイリスタ14による)、及び冷却回路の冷却水の流量の調節及び開閉制御等を行うことができる。   As the power source used for the energization, direct current, alternating current, or direct current using a large-capacity capacitor can be used. In addition, by control from the control unit (not shown), adjustment of the pressurizing force of the press mechanism, start / stop control of energization to the receiving electrode 9 and the pressing electrode 8 from the power transformer 12 (by the thyristor 14), and It is possible to adjust the flow rate of the cooling water in the cooling circuit, control opening and closing, and the like.

ここで、上記製造装置を用いた鋼製品1の製造方法に関し、その工程を説明する。
先ず、上記鋼製品の製造用鋼材には、第一の鋼材4の材料として浸炭処理をした鋼材を、また第二の鋼材6の材料として炭素鋼(S20C)を用いる。
Here, the process is demonstrated regarding the manufacturing method of the steel product 1 using the said manufacturing apparatus.
First, a steel material that has been carburized as the material of the first steel material 4 and carbon steel (S20C) as the material of the second steel material 6 are used as the steel materials for manufacturing the steel products.

製造に際しては、予め製造装置(制御部)に対して接合条件を設定する。この接合条件として、加圧力、加圧時間、一次及び二次通電による通電加熱時間、一次及び二次通電電流値、冷却時間及び電流の通電パターンなどがある。
この実施の形態では、上記加圧力を9.0kNとしている。この加圧力は、通電前に加圧したとき圧入が生じない加圧力を最大とし、また通電開始直後に短絡による火花放電を起さない加圧力を最小とする。このため、最適な加圧力は上記最大の加圧力の60%〜90%が適切である。
In manufacturing, joining conditions are set in advance for a manufacturing apparatus (control unit). The joining conditions include pressure, pressurization time, energization heating time by primary and secondary energization, primary and secondary energization current values, cooling time, and energization pattern of current.
In this embodiment, the applied pressure is 9.0 kN. This pressurizing force maximizes the pressurizing force that does not cause press-fitting when pressurized before energization, and minimizes the pressurizing force that does not cause a spark discharge due to a short circuit immediately after energization. For this reason, the optimum pressing force is appropriately 60% to 90% of the maximum pressing force.

また、ここでは上記一次通電による通電加熱時間を0.25秒、一次通電電流値を22kA、二次通電による通電加熱時間を0.2秒、二次通電電流値を15kAとし、また一次通電停止後から二次通電開始までの冷却時間を0.2秒に設定している。
製造工程の開始前に、制御部からの指示に基づき給水バルブ56及び排水バルブ58を開いて給水装置から各冷却回路に送る冷却水の給水を開始する。
Also, here, the energization heating time by the primary energization is 0.25 seconds, the primary energization current value is 22 kA, the energization heating time by the secondary energization is 0.2 seconds, the secondary energization current value is 15 kA, and the primary energization is stopped. The cooling time from the start to the start of secondary energization is set to 0.2 seconds.
Prior to the start of the manufacturing process, the water supply valve 56 and the drain valve 58 are opened based on an instruction from the control unit, and the supply of the cooling water sent from the water supply device to each cooling circuit is started.

そして、図2に示すように、各電極に、それぞれ第一の鋼材4と第二の鋼材6を保持させる。受け電極9に対しては、その上面部30に第一の鋼材4を載置する。このとき、受け電極9の穴部32の中心に、第一の鋼材4の孔部5の中心が位置するように位置決めをして配置する。この際、第一の鋼材4が所定の位置に収まるよう、位置決め部材などを用いてもよい。   And as shown in FIG. 2, the 1st steel material 4 and the 2nd steel material 6 are hold | maintained at each electrode, respectively. For the receiving electrode 9, the first steel material 4 is placed on the upper surface portion 30. At this time, positioning is performed so that the center of the hole 5 of the first steel material 4 is positioned at the center of the hole 32 of the receiving electrode 9. At this time, a positioning member or the like may be used so that the first steel material 4 is placed in a predetermined position.

また、加圧電極8には第二の鋼材6を保持させる。この第二の鋼材6を、加圧電極8の保持穴部46に差し込み物理的に狭持保持させる。このように、保持穴部46で第二の鋼材6を狭持することで、第二の鋼材6自体の電気抵抗の影響を軽減する。   The pressurization electrode 8 holds the second steel material 6. This second steel material 6 is inserted into the holding hole 46 of the pressurizing electrode 8 and is physically held. Thus, by holding the second steel material 6 by the holding hole 46, the influence of the electrical resistance of the second steel material 6 itself is reduced.

次に、プレス機構による加圧の工程により、第二の鋼材6は、加圧電極8に保持された状態で上部プラテン10により所定の位置決め位置に移動させる。そして、プレス機構は上部プラテン10を押圧し、加圧電極8に保持された第二の鋼材6を加圧力とともに降下させ、やがて第二の鋼材6は第一の鋼材4の孔部5と係合し、第二の鋼材6は第一の鋼材4の孔部5に対して一定の加圧力を伴った状態が維持される。   Next, the second steel material 6 is moved to a predetermined positioning position by the upper platen 10 while being held by the pressure electrode 8 by a pressurizing process by a press mechanism. Then, the press mechanism presses the upper platen 10 and lowers the second steel material 6 held by the pressure electrode 8 together with the applied pressure, and the second steel material 6 eventually engages with the hole 5 of the first steel material 4. As a result, the second steel material 6 is maintained in a state with a constant pressure against the hole 5 of the first steel material 4.

そして、制御部からの指示により、サイリスタ14が作動(電源供給)し加圧電極8と受け電極9間に一次通電が開始される。これにより、第二の鋼材6と第一の鋼材4の孔部5との接合部2に大容量の電流が流れ、電気抵抗熱の発生とともに接合部2が軟化し第二の鋼材6の圧入が開始され、第二の鋼材6の挿入部25が第一の鋼材4の孔部5内を降下移動する。   Then, in accordance with an instruction from the control unit, the thyristor 14 is activated (power is supplied), and primary energization is started between the pressurizing electrode 8 and the receiving electrode 9. As a result, a large-capacity current flows through the joint portion 2 between the second steel material 6 and the hole 5 of the first steel material 4, and the joint portion 2 softens as the electric resistance heat is generated, so that the second steel material 6 is press-fitted. Is started, and the insertion portion 25 of the second steel material 6 moves down in the hole 5 of the first steel material 4.

この場合、第二の鋼材6が第一の鋼材4の孔部5に圧入され、このとき両鋼材の接合界面にしごきの作用が生じ圧入接合が行われ、第一の鋼材4に第二の鋼材6を接合した接合品(鋼製品の製造途中のもの)が得られる。これは、上記接合界面には第一の鋼材4と第二の鋼材6との各壁面同士の間が滑り方向の移動によりしごかれ、これにより表面の酸化物層などの不純物質層が削られて表面が清浄化され、この清浄な組織に固相状態の拡散接合(固相拡散接合)が行われる。   In this case, the second steel material 6 is press-fitted into the hole 5 of the first steel material 4, and at this time, the ironing action occurs at the joint interface between the two steel materials, and the press-fit joining is performed. A joined product obtained by joining the steel members 6 (in the middle of manufacturing the steel product) is obtained. This is because the surface of the first steel material 4 and the second steel material 6 is squeezed between the wall surfaces of the first steel material 4 and the second steel material 6 by the movement in the sliding direction, thereby removing an impurity layer such as an oxide layer on the surface. Then, the surface is cleaned, and diffusion bonding in a solid phase state (solid phase diffusion bonding) is performed on this clean tissue.

上記製造方法では、上述したように一定の加圧力による圧入接合が行われ、瞬時に接合部が発熱され短時間で第二の鋼材6の先端部は第一の鋼材4の孔部5に圧入され接合を完了する。   In the above manufacturing method, as described above, press-fit joining is performed with a constant applied pressure, the joint is heated instantaneously, and the tip of the second steel 6 is press-fitted into the hole 5 of the first steel 4 in a short time. To complete the joining.

上記圧入時は、一次通電により第一の鋼材4の孔部5と第二の鋼材6との接合部2は高温となる。一次通電停止後は、第一の鋼材と第二の鋼材との接合部2は冷却される。上記一次通電の停止後、接合品の状態はそのままとし上記冷却時間をおいて直ぐに二次通電による熱処理を行う。
ここで、一次通電の停止は圧入接合の終了と同時期であり、一次通電は上記拡散接合に要する通電であり、この一次通電による拡散接合終了後の通電が二次通電となる。
At the time of the press-fitting, the joint portion 2 between the hole portion 5 of the first steel material 4 and the second steel material 6 becomes high temperature due to primary energization. After the primary energization is stopped, the joint 2 between the first steel material and the second steel material is cooled. After the primary energization is stopped, heat treatment by secondary energization is performed immediately after the cooling time while maintaining the state of the joined product.
Here, the stop of the primary energization is the same time as the end of the press-fit bonding, and the primary energization is an energization necessary for the diffusion bonding, and the energization after the end of the diffusion bonding by the primary energization is the secondary energization.

上記二次通電の通電停止後は、接合品をそのまま空冷して鋼製品を得る。
このように上記実施形態に係る鋼製品の製造方法(ここでは「第一の製造方法」という。)は、第一の鋼材4の孔部内5に第二の鋼材6を所定の圧力で押圧するとともに、これら両鋼材間に一次通電を行って両鋼材の接合部2の組織をオーステナイト化するためにA3又はA1変態点以上の温度に急速加熱し、上記両鋼材の接合部2を軟化させて上記第二の鋼材6を上記第一の鋼材4の孔部5に圧入して固相拡散接合を行った後、0.2秒の冷却時間をおき、この後上記接合部2に二次通電を行って温度を連続冷却変態図(図10)のパーライト析出線(Ps線)以上の温度に急速に上昇させた後、空冷することである。
この空冷時に、冷却曲線が連続冷却変態に係るPs線上を通過し、さらにマルテンサイトの変態点(Ms線)を通過して冷却する。
After stopping the energization of the secondary energization, the joined product is air-cooled to obtain a steel product.
As described above, the method for manufacturing a steel product according to the above-described embodiment (herein referred to as “first manufacturing method”) presses the second steel material 6 into the hole 5 of the first steel material 4 with a predetermined pressure. At the same time, primary energization is carried out between these two steel materials, and in order to austenite the structure of the joint portion 2 of both steel materials, it is rapidly heated to a temperature above the A3 or A1 transformation point, and the joint portion 2 of both the steel materials is softened. After the second steel material 6 is press-fitted into the hole 5 of the first steel material 4 and solid phase diffusion bonding is performed, a cooling time of 0.2 seconds is set, and then the energization portion 2 is subjected to secondary energization. The temperature is rapidly raised to a temperature equal to or higher than the pearlite precipitation line (Ps line) in the continuous cooling transformation diagram (FIG. 10), and then air-cooled.
During this air cooling, the cooling curve passes through the Ps line related to the continuous cooling transformation, and further passes through the martensitic transformation point (Ms line) for cooling.

また、二次通電による熱処理を行った上記第一の製造方法の他に、比較のため、ここでは別途二次通電を行わない製造方法(ここでは「第二の製造方法」という。)により鋼製品1を製造した。この、第二の製造方法における製造条件(二次通電を除く)、材料等は全て二次通電を行った第一の製造方法と同じである。
この二次通電を行わない製造工程では、一次通電の停止後は、接合品(製造途中の鋼製品)はそのまま冷却する。そして、加圧機構による加圧を除荷し、さらに鋼製品を各電極から取り外す。
In addition to the first manufacturing method in which heat treatment by secondary energization is performed, for comparison, steel is manufactured by a manufacturing method (herein referred to as “second manufacturing method”) in which secondary energization is not separately performed. Product 1 was manufactured. The manufacturing conditions (excluding secondary energization), materials, and the like in this second manufacturing method are all the same as in the first manufacturing method in which secondary energization was performed.
In the manufacturing process in which the secondary energization is not performed, the joined product (the steel product being manufactured) is cooled as it is after the primary energization is stopped. And the pressurization by a pressurization mechanism is unloaded, and also steel products are removed from each electrode.

図4(a)(b)及び図5(a)(b)は、上記第一の製造方法(二次通電による熱処理)により得られた鋼製品の接合部(近傍)の組織写真である。
図4(b)は図4(a)の一部(枠内)を拡大したものであり、図中、左寄りに見られる境界(接合部2)から右側が第一の鋼材4(浸炭処理をしたプレート材)の部分、左側が第二の鋼材6(S20Cの軸体)の部分である。図5(a)は、図4(b)の内で第一の鋼材4の部分を示したものであり、図5(b)は図5(a)のSEM写真である。
4 (a) (b) and FIGS. 5 (a) and 5 (b) are structural photographs of the joint (near) of the steel product obtained by the first manufacturing method (heat treatment by secondary energization).
FIG. 4 (b) is an enlarged view of part (inside the frame) of FIG. 4 (a), and the right side from the boundary (joint part 2) seen on the left side is the first steel material 4 (carburizing treatment). The left side is the portion of the second steel material 6 (S20C shaft). Fig.5 (a) shows the part of the 1st steel material 4 in FIG.4 (b), FIG.5 (b) is a SEM photograph of Fig.5 (a).

ここで、上記鋼製品1の組織写真によれば、第一の鋼材4の組織は、マルテンサイト組織を残したまま、微細なフェライト及びセメンタイトなどの炭化物がそれぞれ塊状にネット状に粒界に析出したマルテンサイト組織からなる鋼組織(ここでは「フェライト及び炭化物のネット状析出組織」という。)を有している点が特徴的である。   Here, according to the structure photograph of the steel product 1 described above, the structure of the first steel material 4 is such that fine carbides such as ferrite and cementite are precipitated in the form of a lump in the form of nets and at the grain boundaries while leaving the martensite structure. It is characterized by having a steel structure (herein referred to as “ferrite and carbide net-like precipitation structure”) composed of a martensite structure.

図6は、上記図5に表された組織のEPMA写真(元はカラー写真)であり、FE−EPMAによる炭素濃度分布のマッピング結果を示したものである。この写真において、炭素量が少ない部分は「フェライト」と矢示表示した黒い部分(以下「フェライト部」という)、多い部分は「炭化物」と矢示(元は赤)表示した部分(以下「炭化物部」という。)である。   FIG. 6 is an EPMA photograph (originally a color photograph) of the tissue shown in FIG. 5 and shows the mapping result of the carbon concentration distribution by FE-EPMA. In this picture, the part with a small amount of carbon is the black part indicated by “ferrite” (hereinafter referred to as “ferrite part”), and the part with a large amount of carbon indicated by “carbide” (originally red) (hereinafter referred to as “carbide”). Part ")).

ここで、上記図5の組織の材料は鋼材を浸炭処理したものであるから、この組織は鉄と炭素の化合物でありその他の元素は微量である。
図6に示されるネット状の析出物は、オーステナイト粒界にフェライトと鉄炭化物が析出したものであり、炭素が多く存在する「炭化物部」と、炭素が存在しない部分「フェライト部」に分かれたものである。このため上記「フェライト部」は、マルテンサイトが分解して生じたフェライトからなる組織である。
Here, since the material of the structure of FIG. 5 is obtained by carburizing a steel material, this structure is a compound of iron and carbon, and the other elements are trace amounts.
The net-like precipitate shown in FIG. 6 is a precipitate of ferrite and iron carbide precipitated at the austenite grain boundary, and was divided into a “carbide portion” in which a large amount of carbon is present and a “ferrite portion” in which no carbon is present. Is. For this reason, the “ferrite part” is a structure made of ferrite produced by decomposition of martensite.

また、この図6の写真でわかるように、ネット状組織を構成している部分は大部分が黒く炭素が検出されていないフェライトと炭素濃度が高いセメンタイトなどの炭化物でそれぞれ塊状に構成され、特にフェライトによる組織が大部分を占めていることがわかる。
上記ネット状組織は、主にフェライトの塊同士が連続的或いは離散的にネット状に析出され、このネット状の輪の中に、部分的に炭化物の塊が介在した形態である。このネット状の輪を形成する塊状の組織は、大部分がフェライトで構成され、一部がセメンタイトなどの炭化物で構成されている。
In addition, as can be seen from the photograph in FIG. 6, the portion constituting the net-like structure is mainly composed of a ferrite in which carbon is not detected and carbon such as cementite having a high carbon concentration. It can be seen that the structure of ferrite accounts for the majority.
The net-like structure is a form in which ferrite masses are precipitated in a net shape continuously or discretely, and carbide masses are partially interposed in the net-like ring. The massive structure forming the net-like ring is mostly composed of ferrite and partly composed of carbides such as cementite.

さらに従来知られていたパーライトのようにフェライトと炭化物とがサンドイッチ状に層状構造を形成していないことも示されている。ネット状析出物に囲まれた灰色のまだら部分がマルテンサイト組織である。
このように上記ネット状組織は、マルテンサイトの組織の生地に、多くのフェライトの塊及び一部の炭化部の塊が混合してネット状に析出された組織である。このネット状組織は、上記フェライトの塊が析出した組織により延性及び靭性などの特性が得られ、またマルテンサイト組織が生地となって残存していることから硬度、強度などの特性が得られている。
Further, it is also shown that ferrite and carbides do not form a layered structure in a sandwich shape as in the conventionally known pearlite. The gray mottled portion surrounded by the net-like precipitate is the martensite structure.
As described above, the net-like structure is a structure in which a large number of ferrite masses and some carbonized masses are mixed into the martensite fabric and precipitated in a net shape. This net-like structure has properties such as ductility and toughness due to the structure in which the ferrite agglomerates are precipitated, and since the martensite structure remains as a fabric, properties such as hardness and strength are obtained. Yes.

上記図6の写真で「炭化物部」がセメンタイトなどの炭化物であることを証明するため、このEPMAのデータを用いて解析を行った。この写真によれば、黒色部で表示されるフェライト部の画面全体に占める面積は5.0%、炭化物部で表示される炭化物と推定する部分の画面全体に占める面積は1.1%である。この結果を用いて炭化物部の炭素濃度を解析すると炭素濃度は約8%であった。この数値からこの部分の析出物はグラファイトではなく、セメンタイトなどの鉄炭化物であることが特定できた。なお、上記EPMAの面分析データの解析は第三者機関により行った。   In order to prove that the “carbide portion” is a carbide such as cementite in the photograph of FIG. 6 described above, an analysis was performed using this EPMA data. According to this photograph, the area of the ferrite portion displayed in the black portion occupies the entire screen is 5.0%, and the portion of the portion estimated to be the carbide displayed in the carbide portion occupies the entire screen of 1.1%. . When the carbon concentration of the carbide part was analyzed using this result, the carbon concentration was about 8%. From this value, it was confirmed that the precipitate in this portion was not graphite but iron carbide such as cementite. The EPMA surface analysis data was analyzed by a third party.

図7(a)(b)は、上記図6のネット状析出物について画像処理を行った結果を示すものである。同図(a)は、上記炭素が存在しない「フェライト部」を抽出(○で囲んだ部分)した画像、同図(b)は、上記炭素が多く存在する「炭化物部」を抽出(○で囲んだ部分)した画像をそれぞれ示している。
この分析結果からも、面積率は上記「フェライト部」が5.0%、上記「炭化物部」が1.1%であることが判明した。
ここで、上記図5の浸炭処理をした材料の炭素濃度は共析鋼濃度と略同じ7.7%であり、この炭素が全量「炭化物部」に移動したと考えられるから、この「炭化物部」の炭素濃度は上記のように約8%である。この炭素濃度の値は、Fe3Cなどの鉄カーバイト(鉄炭化物)と同じであり、このため「炭化物部」は鉄炭化物が析出された組織である。
FIGS. 7A and 7B show the results of image processing performed on the net-like precipitate shown in FIG. The figure (a) is an image obtained by extracting the “ferrite part” in which the carbon does not exist (a part surrounded by a circle), and the figure (b) shows the “carbide part” in which the carbon is abundant (by The enclosed images are shown respectively.
Also from this analysis result, it was found that the area ratio was 5.0% for the “ferrite part” and 1.1% for the “carbide part”.
Here, the carbon concentration of the carburized material in FIG. 5 is 7.7%, which is substantially the same as the eutectoid steel concentration, and it is considered that this carbon has moved to the “carbide portion”. Is about 8% as described above. The value of this carbon concentration is the same as that of iron carbide (iron carbide) such as Fe3C. Therefore, the “carbide portion” is a structure in which iron carbide is deposited.

したがって、上記鋼製品1の接合部は、図5(b)に見られるように、析出物の大部分は靭性、延性に富むフェライト組織であって、脆い炭化物の析出物は少なく、かつ板状ではなく、塊状に析出し、割れなどの起因になりにくい形状を有していることもわかる。また素地はマルテンサイト組織がそのまま存在している。   Therefore, as shown in FIG. 5 (b), the joint portion of the steel product 1 has a ferrite structure in which most of the precipitates are rich in toughness and ductility, and there are few precipitates of brittle carbides, and a plate shape. It turns out that it has a shape which precipitates in a lump shape and is unlikely to cause cracks. The substrate has a martensite structure as it is.

このように、上記鋼製品1の接合部近傍(1.0mm以下)の組織は、マルテンサイトの存在により強度が維持され、粒界への微細フェライトの析出により、歪み及び応力が緩和され靭性及び延性が回復し、この組織は相反する性能を両立させるものである。
通常の焼戻し組織では、マルテンサイト組織全体を再加熱によりトルースタイト、ソルバイトなどの微細パーライト組織に変換させたものであり、マルテンサイトを無くしてしまっているため、延性が回復しているが、強度は低下する。
Thus, the structure in the vicinity of the joint portion (1.0 mm or less) of the steel product 1 is maintained in strength due to the presence of martensite, and strain and stress are relieved by precipitation of fine ferrite at the grain boundaries, and toughness and Ductility is restored and this structure is compatible with conflicting performance.
In a normal tempered structure, the entire martensite structure is converted to a fine pearlite structure such as troostite and sorbite by reheating, and since martensite is lost, the ductility is restored. Will decline.

なお、図4(a)(b)に示す第二の鋼材6の部分は、上記微細フェライトなどが粒界に析出した組織は少ないが、本発明の組織を薄く有していることがわかる。これは、第一の鋼材4として炭素量の少ない炭素鋼S20C(炭素量0.2%)を用いているためである。   4 (a) and 4 (b), it can be seen that the portion of the second steel material 6 has a thin structure of the present invention, although there is little structure in which the fine ferrite and the like are precipitated at the grain boundaries. This is because carbon steel S20C (carbon content 0.2%) with a small amount of carbon is used as the first steel material 4.

図8(a)(b)は、上記第二の製造方法により得られた鋼製品の接合部における組織写真である。この組織は、フェライト及び炭化物のネット状析出組織は見られず、殆どが焼入れによるマルテンサイト組織であり、これは硬くて脆いものである。   FIGS. 8 (a) and 8 (b) are structural photographs at the joint of the steel product obtained by the second manufacturing method. This structure does not show a net-like precipitation structure of ferrite and carbide, and is mostly a martensite structure by quenching, which is hard and brittle.

ここで、上記第一の製造方法に係り、上記一次通電及び二次通電に伴う上記鋼製品1の製造過程における鋼材の接合部近傍の温度の変化、及びこれに基づく鋼材の連続冷却変態図について説明する。
図9は、上記鋼材の接合部から約0.5mm離れた部位の温度を熱電対で測定した結果の一例を示したものである。なお、ここでの測定条件は、一次通電は22kA(電流値)×0.25秒(通電加熱時間)、二次通電は22kA×0.25秒であり、また冷却時間は0.5秒である。
接合部の寸法
第一の鋼材 板厚:3.2mm 孔径:17.2mm 材質:浸炭処理鋼
第二の鋼材 外径:17.5mm 内径:10.7mm 材質:炭素鋼(S20C)
なお、一次通電及び二次通電の各電流を流している時間は、ノイズ等の発生により、熱電対による温度の測定はできない。このため、一次通電、及び二次通電の停止直後から熱電対による温度測定を開始した。
Here, according to the first manufacturing method, a change in temperature in the vicinity of the joint portion of the steel material in the manufacturing process of the steel product 1 accompanying the primary energization and the secondary energization, and a continuous cooling transformation diagram of the steel material based on the change. explain.
FIG. 9 shows an example of the result of measuring the temperature of the part about 0.5 mm away from the joint of the steel material with a thermocouple. The measurement conditions here are as follows: primary energization is 22 kA (current value) × 0.25 sec (energization heating time), secondary energization is 22 kA × 0.25 sec, and cooling time is 0.5 sec. is there.
Dimensions of joint part First steel material Thickness: 3.2 mm Hole diameter: 17.2 mm Material: Carburized steel Second steel material Outer diameter: 17.5 mm Inner diameter: 10.7 mm Material: Carbon steel (S20C)
Note that, during the time during which the primary energization and the secondary energization are applied, the temperature cannot be measured by a thermocouple due to the occurrence of noise or the like. For this reason, temperature measurement by a thermocouple was started immediately after the primary energization and the secondary energization were stopped.

図9において、点線は一次通電のみの場合の接合部の温度の変化を示したものである。また、実線は一時通電、冷却時間及び二次通電を行った場合の温度の変化を示したものである。これから、一次通電により接合部の温度は800℃を越えており、また二次通電による接合部の温度は700℃近くに達している。
なお、通電加熱時間が短時間であるため、上記熱電対による温度測定が実際の温度に十分に追随できなかったと思われ、実際にはより高めの温度であったことが推測できる。
In FIG. 9, the dotted line shows the change in the temperature of the joint in the case of only primary energization. A solid line indicates a change in temperature when temporary energization, cooling time, and secondary energization are performed. From this, the temperature of the junction exceeds 800 ° C. due to the primary energization, and the temperature of the junction due to the secondary energization reaches nearly 700 ° C.
In addition, since the current heating time is short, it seems that the temperature measurement by the thermocouple could not sufficiently follow the actual temperature, and it can be estimated that the temperature was actually higher.

図10は共析鋼の連続冷却変態図(CCT線図)であり、Ps線は、オーステナイト状態に加熱された鋼製品を連続冷却したときに、オーステナイトの粒界にパーライトが最初に析出する温度を示したものであり、Pf線はパーライトの析出が終了する温度を示した線である。パーライトはPs線とPf線の間の温度で析出し、Pf線を越えるとパーライトの析出が終了する。したがって、本発明における微細なフェライト及びセメンタイトなどの炭化物の析出はこの線の間の温度領域で生じる。上記第一の製造方法(二次通電あり)、第二の製造方法(二次通電なし)及び冷却速度を遅くした第三の製造方法による鋼製品1の製造過程における鋼材の冷却曲線を図10に書き加えた。
ここで、冷却曲線(A)は第一の方法を、冷却曲線(B)は第二の方法を、冷却曲線(C)は第三の方法の時の冷却状態を示している。なおこの冷却曲線は接合部から約0.5mm離れた位置で、熱電対を用いて測定した温度データであり、接合時における鋼製品(接合部近傍)の発熱・冷却の遷移を示している。
なお図10中、臨界冷却速度として矢示されている冷却曲線は、オーステナイトからパーライトが析出される析出線の最短(時間)析出部分を通過する臨界冷却曲線である。
FIG. 10 is a continuous cooling transformation diagram (CCT diagram) of eutectoid steel. The Ps line shows the temperature at which pearlite first precipitates at the austenite grain boundaries when a steel product heated to the austenite state is continuously cooled. The Pf line is a line indicating the temperature at which the precipitation of pearlite is completed. The pearlite is deposited at a temperature between the Ps line and the Pf line. When the pearlite exceeds the Pf line, the precipitation of the pearlite is completed. Accordingly, the precipitation of fine carbides such as ferrite and cementite in the present invention occurs in the temperature region between these lines. FIG. 10 shows a cooling curve of the steel material in the manufacturing process of the steel product 1 by the first manufacturing method (with secondary energization), the second manufacturing method (without secondary energization), and the third manufacturing method with a slow cooling rate. Added to.
Here, the cooling curve (A) shows the first method, the cooling curve (B) shows the second method, and the cooling curve (C) shows the cooling state in the third method. This cooling curve is temperature data measured using a thermocouple at a position about 0.5 mm away from the joint, and shows the transition of heat generation and cooling of the steel product (near the joint) at the time of joining.
In FIG. 10, the cooling curve indicated by the critical cooling rate is a critical cooling curve passing through the shortest (time) precipitation portion of the precipitation line where pearlite is precipitated from austenite.

上記製造過程において、圧入接合後に二次通電を行なうことは、鋼製品1の接合部2の冷却曲線(A)は発熱及び冷却の単一のサイクルではなく、発熱及び冷却のサイクルを二度繰り返すことになる。
これにより上記冷却曲線(A)は、一次通電による加熱温度からそのまま冷却されるのではなく、二次通電により再度温度が上昇することになる。この二次通電による冷却曲線の上昇により、その後の冷却曲線(A)は同図に示されるような冷却経路をたどり、さらに冷却曲線はPs線を通過しそのまま降下する。
In the manufacturing process described above, secondary energization after press-fit joining means that the cooling curve (A) of the joint 2 of the steel product 1 is not a single cycle of heat generation and cooling, but the heat generation and cooling cycles are repeated twice. It will be.
As a result, the cooling curve (A) is not cooled as it is from the heating temperature by the primary energization, but rises again by the secondary energization. As the cooling curve rises due to this secondary energization, the subsequent cooling curve (A) follows a cooling path as shown in the figure, and the cooling curve passes through the Ps line and falls as it is.

この冷却曲線(A)の経路において、オーステナイトに変態した組織は上記Ps線を通過した点でパーライトとではなく、微細な塊状のフェライト及びセメンタイトなどの炭化物を粒界に析出させ、さらに温度が低下し、Ms線上を通過した点で、残りのオーステナイトはマルテンサイト変態を生じマルテンサイトに変化する。   In the path of this cooling curve (A), the structure transformed into austenite precipitates carbides such as fine lump ferrite and cementite at the grain boundaries instead of pearlite at the point of passing the Ps line, and the temperature further decreases. The remaining austenite undergoes martensitic transformation and changes to martensite at the point of passing on the Ms line.

従来の連続冷却変態図では、上記冷却曲線がPs線を通過した時、フェライトが最初に析出し、次いで微細パーライトが析出するという事例があるが、この実施の形態に係る鋼製品のように、マルテンサイト粒界にフェライトに炭化物を含む塊状の析出物が生成される事例は見かけない。   In the conventional continuous cooling transformation diagram, when the cooling curve passes through the Ps line, there is an example in which ferrite first precipitates and then fine pearlite precipitates, but like the steel product according to this embodiment, There are no cases where massive precipitates containing carbides in ferrite are generated at the martensite grain boundaries.

また図10にも示すように、上記二次通電による熱処理を行なわない場合には、冷却曲線(B)はそのまま下降し上記Ps線上を通過することはなく、Ms線に至る。この場合、上記図8(a)(b)にも示すように上記フェライト及び炭化物のネット状析出組織は析出しないですべてがマルテンサイト組織になる。   As shown in FIG. 10, when the heat treatment by the secondary energization is not performed, the cooling curve (B) is lowered as it is and does not pass on the Ps line and reaches the Ms line. In this case, as shown also in FIGS. 8 (a) and 8 (b), the ferrite and carbide net-like precipitation structures do not precipitate and all become martensite structures.

上記鋼製品1の製造過程では、一次通電後、0.2秒の冷却時間後に二次通電による熱処理を行っており、この二次通電により、冷却曲線(A)が時間軸の長時間方向(右方向)へ移動しPs線を通過する曲線を描くことになる。
しかし、上記一次通電後の冷却時間が長いと、冷却曲線(D)のように、二次通電を行っても温度の上昇は低く、Ps線を通過する曲線を描くことにならないため、この場合の冷却曲線は、二次通電のない形状とあまり変わりない。
In the manufacturing process of the steel product 1, heat treatment by secondary energization is performed after the primary energization and after a cooling time of 0.2 seconds, and this secondary energization causes the cooling curve (A) to be in the long time direction of the time axis ( A curve that moves to the right) and passes through the Ps line is drawn.
However, if the cooling time after the primary energization is long, as shown in the cooling curve (D), the temperature rise is low even if the secondary energization is performed, and a curve passing through the Ps line is not drawn. The cooling curve is not much different from the shape without secondary energization.

このように上記鋼製品(鋼材)の熱処理として、一次通電後に二次通電を行うことにより、冷却曲線(A)が時間軸の長時間方向(右方向)へ移動しPs線を通過し、上記フェライト及び炭化物のネット状析出組織が析出するマルテンサイト組織が生成する。
また上記鋼製品(鋼材)に対する上記二次通電は、冷却曲線を上記移動させるものであるから、この二次通電は1回或いは複数回行なってもよいと考えられ、或いは上記二次通電に代えて、冷却曲線(C)のように一次通電後の冷却の速度を少し緩やかに制御し、冷却曲線を時間軸の長時間方向へ移動させればPs線を通過し、上記フェライト及び炭化物のネット状析出組織が析出されることになる。
Thus, as a heat treatment of the steel product (steel material), by performing secondary energization after primary energization, the cooling curve (A) moves in the long-time direction (right direction) of the time axis and passes through the Ps line, A martensite structure in which a net-like precipitation structure of ferrite and carbide precipitates is generated.
Further, since the secondary energization of the steel product (steel material) moves the cooling curve, the secondary energization may be performed once or a plurality of times, or instead of the secondary energization. As shown in the cooling curve (C), the cooling rate after the primary energization is controlled slightly moderately, and if the cooling curve is moved in the long time direction of the time axis, the Ps line is passed, and the ferrite and carbide nets are passed. As a result, a precipitate-like structure is deposited.

この発明を特定する事項として、従来のパーライト析出線(Ps線)という言葉を敢えて用いたのは、本発明においてもPs線でフェライトと炭化物とが析出する点では従来と同じであり、本発明では析出が塊状である一方、従来では層状に析出するという析出形状の違いのみにあるからである。詳細に調査すれば、本発明のPs線と従来のPs線では多少の違いが出てくると思われるが、本質的な問題はないと判断されるため、従来のPs線を用いた。   As a matter specifying the present invention, the conventional term “pearlite precipitation line (Ps line)” is used in the present invention in the same manner as in the prior art in that ferrite and carbide precipitate in the Ps line. In this case, the precipitation is in the form of a lump, whereas in the prior art, there is only a difference in the shape of the precipitation, that is, precipitation in a layered manner. If a detailed investigation is performed, it is considered that there is a slight difference between the Ps line of the present invention and the conventional Ps line. However, since it is determined that there is no essential problem, the conventional Ps line was used.

ここで、上記鋼製品1の靭性及び強度について検証するため、せん断剥離強度試験及び組織写真による検証を行ったのでその結果について説明する。このせん断剥離試験は上記鋼製品の接合方向(第一の鋼材4の孔部に第二の鋼材6を圧入する方向)と逆方向に負荷を加えて第二の鋼材6を剥離させる押し込み剥離試験によるものである。
この試験は、比較のため、上記第一の製造方法により製造された鋼製品と、上記第二の製造方法による二次通電を行わない鋼製品について行った。
Here, in order to verify the toughness and strength of the steel product 1, a shear peel strength test and verification by a structure photograph were performed, and the results will be described. This shear peel test is an indentation peel test in which a load is applied in the direction opposite to the joining direction of the steel products (the direction in which the second steel material 6 is press-fitted into the hole of the first steel material 4) to peel the second steel material 6. Is due to.
For comparison, this test was performed on a steel product manufactured by the first manufacturing method and a steel product not subjected to secondary energization by the second manufacturing method.

試験条件は以下の通りである。
接合部の寸法
第一の鋼材 板厚:3.2mm 孔径:17.2mm 材質:浸炭処理鋼
第二の鋼材 外径:17.5mm 内径:10.7mm(中空軸のみ)
材質:炭素鋼(S20C)
接合条件 一次通電:22kA×0.25秒
二次通電:18kA×0.17秒
冷却時間:0.5秒
The test conditions are as follows.
Dimensions of joint part First steel material Thickness: 3.2 mm Hole diameter: 17.2 mm Material: Carburized steel Second steel material Outer diameter: 17.5 mm Inner diameter: 10.7 mm (only for hollow shaft)
Material: Carbon steel (S20C)
Joining conditions Primary energization: 22 kA x 0.25 seconds
Secondary energization: 18 kA x 0.17 seconds
Cooling time: 0.5 seconds

図11(a)(b)(c)は、上記製造方法による鋼製品の接合部の組織写真を示したものであり、それぞれ上段に全体写真を、下段に部分の拡大写真を示す。各写真において、接合線の左側の組織は第一の鋼材を、右側の組織は第二の鋼材をそれぞれ示す。
同図(a)は第二の製造方法(第二の鋼材6として中実軸を使用)、同図(b)は、第二の製造方法(第二の鋼材6として中空軸を使用)、同図(c)は第一の製造方法(第二の鋼材6として中空軸を使用)によるものである。
上記組織写真より、同図(c)の第一の製造方法による鋼製品は、接合部に上記フェライト及び炭化物のネット状析出組織が析出されている。また、同図(a)(b)の第二の製造方法による鋼製品には、接合部に焼入れによりマルテンサイト組織が形成されている。
11 (a), (b) and (c) show the structure photographs of the joints of the steel products by the above manufacturing method, and the whole photograph is shown in the upper part and the enlarged photograph of the part is shown in the lower part, respectively. In each photograph, the structure on the left side of the joining line indicates the first steel material, and the structure on the right side indicates the second steel material.
(A) is the second manufacturing method (using a solid shaft as the second steel material 6), (b) is the second manufacturing method (using a hollow shaft as the second steel material 6), FIG. 6C shows the first manufacturing method (using a hollow shaft as the second steel material 6).
From the structure photograph, in the steel product produced by the first manufacturing method in FIG. 3C, the net-like precipitation structure of the ferrite and carbide is precipitated at the joint. Moreover, the martensitic structure is formed in the steel part by the 2nd manufacturing method of the figure (a) (b) by quenching in the junction part.

表1は、上記せん断剥離強度試験の結果を示したものである。表中、(a)は第二の製造方法(第二の鋼材6として中実軸を使用)、(b)は、第二の製造方法(第二の鋼材6として中空軸を使用)、(c)は第一の製造方法(第二の鋼材6として中空軸を使用)によるものである。ここで変形量とは、せん断剥離試験において変形開始から最高接合強度までの変形量(mm)を表したものである。   Table 1 shows the results of the shear peel strength test. In the table, (a) is a second production method (using a solid shaft as the second steel material 6), (b) is a second production method (using a hollow shaft as the second steel material 6), ( c) is based on the first production method (using a hollow shaft as the second steel material 6). Here, the amount of deformation represents the amount of deformation (mm) from the start of deformation to the maximum joint strength in the shear peel test.

表1に示す試験結果より、二次通電による熱処理を行った鋼製品は、二次通電を行わない鋼製品に比べて、せん断剥離強度が高くなると同時に変形量も大きく向上している。これの結果から二次通電による熱処理を行った鋼製品1の接合部2は、強度に加えて延性(靭性)にも優れた組織が生成されていることがわかる。   From the test results shown in Table 1, the steel product subjected to the heat treatment by the secondary energization has higher shear peel strength and at the same time the deformation is greatly improved compared to the steel product not subjected to the secondary energization. From these results, it can be seen that the joint 2 of the steel product 1 subjected to the heat treatment by the secondary energization has a structure excellent in ductility (toughness) in addition to strength.

次に、せん断剥離強度のバラツキ(製品の均一性)に関する試験を行ったのでその結果について説明する。
表2は、一次通電のみの上記第二の製造方法、及び一次と二次通電による上記第一の製造方法につき、それぞれ鋼製品を複数(ここでは6つ)製造し、各鋼製品の試験結果を示したものである。
Next, since the test regarding variation in shear peel strength (product uniformity) was performed, the results will be described.
Table 2 shows the results of manufacturing a plurality of steel products (six in this case) for each of the above-described second manufacturing methods using only primary energization and the above-described first manufacturing method using primary and secondary energization. Is shown.

試験条件は以下の通りである。
接合部の寸法
第一の鋼材 板厚:3.2mm 孔径:15.8mm 材質:浸炭処理鋼
第二の鋼材 外径:16.1mm 内径:10.0mm(中空軸)
材質:炭素鋼(S20C)
接合条件 冷却時間:0.5秒
The test conditions are as follows.
Dimensions of joint part First steel material Thickness: 3.2 mm Hole diameter: 15.8 mm Material: Carburized steel Second steel material Outer diameter: 16.1 mm Inner diameter: 10.0 mm (hollow shaft)
Material: Carbon steel (S20C)
Joining conditions Cooling time: 0.5 seconds

上記表2から、一次通電のみの場合には、強度のバラツキが多く見られる。これは、接合部の組織が殆どマルテンサイト組織であるため、延性と靭性に乏しいためである。
これに対して、上記二次通電を行ったものは強度のバラツキが殆んど生じていない。これは、接合部の組織が延性と靭性を有するネット状組織に囲まれたマルテンサイト組織となっているためである。この結果、製品の品質も安定していることを示している。
これらのことから、上記二次通電を行ったものは、強度と靭性の両者を併せ持つ優れた性能を持つ組織であることに加えて、製品品質の均一化にも寄与する。
From Table 2 above, in the case of only primary energization, there are many variations in strength. This is because the joint structure is mostly a martensite structure, and is therefore poor in ductility and toughness.
On the other hand, in the case where the secondary energization is performed, there is almost no variation in strength. This is because the joint structure is a martensite structure surrounded by a net-like structure having ductility and toughness. As a result, the product quality is also stable.
From these facts, what has been subjected to the above-mentioned secondary energization contributes to uniform product quality in addition to an excellent performance structure having both strength and toughness.

図12は、鋼製品の接合部近傍における硬度の分布(接合部近傍)を測定したものである。この測定は、上記第一の製造方法(二次通電有り)による鋼製品と上記第二の製造方法(二次通電無し)による鋼製品について行った。またこの測定では、第一の鋼材4は浸炭浸窒処理をした鋼材(SPHC)を用い、第二の鋼材6は炭素鋼(S20C)を用いた。第一の鋼材4(プレート)は板厚3.2mmであり、第二の鋼材6(シャフト)は外径(φ)11.5mmである。他の試験条件は上記表1に係る条件と同じである。   FIG. 12 shows the distribution of hardness (near the joint) in the vicinity of the joint of the steel product. This measurement was performed on a steel product produced by the first production method (with secondary energization) and a steel product produced by the second production method (without secondary energization). Moreover, in this measurement, the steel material (SPHC) which carried out the carbonitriding process was used for the 1st steel material 4, and carbon steel (S20C) was used for the 2nd steel material 6. The first steel material 4 (plate) has a plate thickness of 3.2 mm, and the second steel material 6 (shaft) has an outer diameter (φ) of 11.5 mm. Other test conditions are the same as the conditions according to Table 1 above.

測定ポイントは、鋼製品1の接合部2の境界(0.0mm)を中心に、第二の鋼材側(右方向)へ2.0mmまでの十数ポイントにおける硬度(Hv)、第一の鋼材側(左方向)へ2.0mmまでの十数ポイントにおける硬度(Hv)を測定したものである。   The measurement points are the hardness (Hv) at the tens of points up to 2.0 mm toward the second steel material side (right direction) around the boundary (0.0 mm) of the joint 2 of the steel product 1, the first steel material The hardness (Hv) at a dozen points up to 2.0 mm to the side (left direction) is measured.

上記測定結果より、二次通電の無い場合には硬度は高くなる。これは、接合部にマルテンサイト焼入れ組織が生成されているためである。
一方、二次通電を行なった場合は、硬度は上記二次通電の無い場合より少し低下しているが、これは一般的な焼き戻しによるトルースタイト組織を析出した状態の硬度(点線で表示)よりも硬度は高くなっている。
これからすれば、この実施の形態に係る鋼製品1(フェライト及び炭化物のネット状析出組織)によれば、一般的な焼き戻しによる組織よりも硬度が高く強度的にも優れた組織であることを示している。
From the above measurement results, the hardness increases in the absence of secondary energization. This is because a martensitic quenched structure is generated at the joint.
On the other hand, when secondary energization is performed, the hardness is slightly lower than when there is no secondary energization, but this is the hardness in a state where a troostite structure is precipitated by general tempering (indicated by a dotted line). The hardness is higher than.
From this, according to the steel product 1 according to this embodiment (net-like precipitation structure of ferrite and carbide), it is a structure that has higher hardness and strength than a structure by general tempering. Show.

次に、上記第一の製造方法における一次通電と二次通電との間の上記冷却時間について、せん断剥離強度に及ぼす冷却時間の影響に関する試験を行ったので、その結果について説明する。
ここでは、第一の製造方法において冷却時間を変えて鋼製品を製造し、各冷却時間により製造した鋼製品のせん断剥離強度を測定した。
Next, a test on the influence of the cooling time on the shear peel strength was performed for the cooling time between the primary energization and the secondary energization in the first manufacturing method, and the results will be described.
Here, steel products were manufactured by changing the cooling time in the first manufacturing method, and the shear peel strength of the steel products manufactured by each cooling time was measured.

試験条件は以下の通りである。
接合部の寸法
第一の鋼材 板厚:3.2mm 孔径:17.0mm 材質:浸炭処理鋼(SPHC)
第二の鋼材 外径:17.4mm 内径:10.7mm 材質:炭素鋼(S20C)
接合条件 一次通電:22kA×0.25秒
二次通電:18kA×0.17秒
The test conditions are as follows.
Dimensions of joint part 1st steel material Thickness: 3.2mm Hole diameter: 17.0mm Material: Carburized steel (SPHC)
Second steel material Outer diameter: 17.4 mm Inner diameter: 10.7 mm Material: Carbon steel (S20C)
Joining conditions Primary energization: 22 kA x 0.25 seconds
Secondary energization: 18 kA x 0.17 seconds

図13は、上記冷却時間を変えた場合の、各冷却時間(0.01秒〜10.0秒)と、その冷却時間により製造した鋼製品のせん断剥離強度(kN)との関係をグラフに示したものである。
またここでは、二次通電を行わない鋼製品についても、同様のせん断剥離強度試験を行った。
FIG. 13 is a graph showing the relationship between each cooling time (0.01 sec to 10.0 sec) and the shear peel strength (kN) of the steel product produced by the cooling time when the cooling time is changed. It is shown.
Here, the same shear peel strength test was also performed on steel products not subjected to secondary energization.

先ず、グラフに示すように、二次通電による熱処理を行った鋼製品は、何れの冷却時間により製造したものであっても、二次通電を行わない場合のせん断剥離強度(17.1kN)を上回っており、二次通電の効果が得られている。
また、上記冷却時間が2秒以内であれば、せん断剥離強度は高く(25.0kN)強度的には良好であり、このため鋼製品の接合部には、上記マルテンサイトの粒界にフェライト及び炭化物のネット状析出組織が生成されているものと考えられる。
First, as shown in the graph, the steel product that has been heat-treated by the secondary energization has the shear peel strength (17.1 kN) when the secondary energization is not performed, regardless of the cooling time. The effect of secondary energization is obtained.
Further, if the cooling time is within 2 seconds, the shear peel strength is high (25.0 kN), and the strength is good. For this reason, in the joint portion of the steel product, ferrite and ferrite in the martensite grain boundary are present. It is considered that a net-like precipitation structure of carbide is generated.

この冷却時間が2秒を越えると、せん断剥離強度は22kN以下となり、二次通電による熱処理の効果が十分得られていない。
これは、上記一次通電後の冷却時間が2秒を超えるような場合には、温度低下により接合部の電気抵抗が低下するため、二次通電を行っても温度の上昇は低く、この場合の冷却曲線は、二次通電のない曲線形態とあまり変わらなく、またPs線上を通過することもないためと考えられる。
When this cooling time exceeds 2 seconds, the shear peel strength is 22 kN or less, and the effect of heat treatment by secondary energization is not sufficiently obtained.
This is because when the cooling time after the primary energization exceeds 2 seconds, the electrical resistance of the joint decreases due to the temperature decrease. It is considered that the cooling curve is not so different from the curve form without secondary energization and does not pass on the Ps line.

特に、上記冷却時間が1.5秒以内であればせん断剥離強度は十分高く(25.0kN〜30.0kN前後)強度的には優れている。さらに、冷却時間が0.5〜1.5秒の範囲では、せん断剥離強度が高く(30.0kN前後)、このため鋼製品の接合部には、上記フェライト及び炭化物のネット状析出組織の析出程度が著しいものと考えられ有効である。これらせん断剥離強度が高いのは、表1にも示されるように、接合部の組織における硬度の向上によるものである。   In particular, if the cooling time is within 1.5 seconds, the shear peel strength is sufficiently high (around 25.0 kN to 30.0 kN) and excellent in strength. Furthermore, when the cooling time is in the range of 0.5 to 1.5 seconds, the shear peel strength is high (around 30.0 kN), and therefore, the precipitation of the above-mentioned ferrite and carbide net-like precipitation structure is formed at the joint portion of the steel product. It is considered effective and is effective. The high shear peel strength is due to the improvement in the hardness of the joint structure, as shown in Table 1.

なお、参考資料によれば、「炭素当量0.2%以上の鋼材の場合、溶接部に焼が入り硬化する。…焼戻し処理は溶接通電後の冷却時間を十分に与え、マルテンサイト変態を完了させないと焼戻し効果が少ない」とあり、事例として焼戻し処理をするために最適な冷却時間を4秒(板厚3.2mmの場合)としており(溶接全書「抵抗溶接」、産報出版P70〜72)、本発明のように、炭素当量が高い場合は、冷却時間は長めにするのが一般的であり、本発明のように冷却時間を短くすることは殆ど事例がない。   According to the reference materials, “In the case of a steel material with a carbon equivalent of 0.2% or more, the welded part is baked and hardened. The tempering process gives sufficient cooling time after welding and completes the martensitic transformation. “If it is not done, the tempering effect is small.” As an example, the optimum cooling time for tempering treatment is 4 seconds (when the plate thickness is 3.2 mm) (welding book “resistance welding”, industry publications P70-72). ) When the carbon equivalent is high as in the present invention, the cooling time is generally extended, and there is almost no case for shortening the cooling time as in the present invention.

次に、上記第一の製造方法に関し、一次通電(電流値)による鋼材の接合部近傍の温度の高低とせん断剥離強度との関係を調べたので、その試験結果について説明する。なお、ここでの試験は一次通電による温度に関するものであるため、二次通電は行っていない。
表3は、一次通電の電流値、接合部の温度計測値、接合品のせん断剥離強度などの試験結果を示したものである。
Next, regarding the first manufacturing method, the relationship between the level of the temperature in the vicinity of the joint portion of the steel material caused by primary energization (current value) and the shear peel strength is examined, and the test results will be described. In addition, since the test here is related to the temperature by primary energization, secondary energization is not performed.
Table 3 shows the test results such as the primary energization current value, the measured temperature value of the bonded portion, and the shear peel strength of the bonded product.

試験条件は以下の通りである。
接合部の寸法
第一の鋼材 板厚:3.2mm 孔径:φ17.2mm 材質:SPHC浸炭処理材
第二の鋼材 外径:φ17.5mm 内径:φ10.5mm 材質:S20C
圧入代:0.3mm
温度測定位置:接合部から約0.5mm離れた位置で、かつ第一の鋼材の中心部の位置に熱電対を配置して測定。
接合条件 一次電流値を16〜21KA×0.25秒に変化
The test conditions are as follows.
Dimensions of joint part First steel material Thickness: 3.2 mm Hole diameter: φ17.2 mm Material: SPHC carburized material Second steel material Outer diameter: φ17.5 mm Inner diameter: φ10.5 mm Material: S20C
Press-fitting allowance: 0.3mm
Temperature measurement position: Measured by placing a thermocouple at a position about 0.5 mm away from the joint and at the center of the first steel material.
Joining condition Change the primary current value to 16-21KA x 0.25 seconds.

上記表3から、一次電流値が20kAを越えるあたりから接合部の剥離強度は飽和状態に至っていることがわかる。この時の接合部近傍の温度は710℃であり、これは浸炭部のオーステナイト化温度である約730℃に近い温度であり、この浸炭部の組織は、同等の鋼製品(図11(a)(b))に見られるようにマルテンサイトに変態している。従って、実際の温度は730℃以上(A1変態点以上)になったと推定できる。   From Table 3 above, it can be seen that the peel strength of the joint has reached saturation since the primary current value exceeds 20 kA. The temperature in the vicinity of the joint at this time is 710 ° C., which is a temperature close to about 730 ° C., which is the austenitizing temperature of the carburized portion, and the structure of the carburized portion is the same steel product (FIG. 11A). As shown in (b)), it is transformed into martensite. Therefore, it can be estimated that the actual temperature is 730 ° C. or higher (A1 transformation point or higher).

また接合後のS20C材は、一部マルテンサイト化している。炭素量0.2%のS20C材は、その一部にマルテンサイト変態が生じていることは、この部分が約820℃以上(A3変態点以上)の高温に至っていたことを示している。
上記接合部の温度データは、接合線から約0.5mmの位置で熱電対により測定した結果である。なお、接合部の加熱は1秒以下という短時間の通電加熱時間であるから、熱電対による温度測定が実際の温度に十分に追随できなかったと思われ、実際にはより高めの温度であったことが推測できる。
Further, the S20C material after joining is partially martensitic. The fact that the S20C material having a carbon content of 0.2% has a martensitic transformation in a part thereof indicates that this part has reached a high temperature of about 820 ° C. or more (above the A3 transformation point).
The temperature data of the joint is a result of measurement with a thermocouple at a position of about 0.5 mm from the joint line. In addition, since the heating of the junction is a short current heating time of 1 second or less, it seems that the temperature measurement by the thermocouple could not sufficiently follow the actual temperature, and was actually a higher temperature. I can guess.

また、一次電流値20kAの場合、接合部に微細フェライトと炭化物によるネット状析出物が存在するマルテンサイト組織を確認できた。これから、接合部の組織をオーステナイト化するために一次通電による接合部の温度は、オーステナイト状態に加熱し得るA3又はA1変態点以上は必要である。   Further, in the case of the primary current value of 20 kA, a martensitic structure in which a net-like precipitate due to fine ferrite and carbide was present at the joint could be confirmed. From this, in order to austenite the structure of the joint, the temperature of the joint by primary energization needs to be higher than the A3 or A1 transformation point that can be heated to the austenite state.

次に、第二の鋼材6に炭素鋼としてS35C、及びS45Cを用いて製造した鋼製品について説明する。第一の鋼材4には浸炭処理鋼を用いた。
また、この鋼製品は、二次通電の有無が炭素量にどのような影響を与えるかを調べるため、第一の製造方法(二次通電による熱処理有り)及び第二の製造方法(二次通電無し)により製造した。
なお、他の試験条件は、上記表2(中空軸+二次通電)に係る試験と同様である。
図14は、上記鋼製品の接合部近傍における第二の鋼材6としてS35C及びS45Cの組織写真を、二次通電なし及びありについて示したものである。
Next, a steel product manufactured using S35C and S45C as carbon steel for the second steel material 6 will be described. Carburized steel was used for the first steel material 4.
In addition, in order to investigate how the presence or absence of secondary energization affects the carbon content of this steel product, the first production method (with heat treatment by secondary energization) and the second production method (secondary energization) None).
The other test conditions are the same as those in the test according to Table 2 (hollow shaft + secondary energization).
FIG. 14 shows structural photographs of S35C and S45C as the second steel material 6 in the vicinity of the joint portion of the steel product, with and without secondary energization.

上記組織写真によれば、何れ(S35C,S45C)についても、二次通電による熱処理を行なった場合には、上記フェライト及び炭化物のネット状析出組織が生成されていることがわかる。また、両者(S35C,S45C)とも二次通電を行なわない場合には、上記フェライト及び炭化物のネット状析出組織は見られない。   According to the above-mentioned structure photograph, it can be seen that in any case (S35C, S45C), when heat treatment by secondary energization is performed, a net-like precipitation structure of the ferrite and carbide is generated. In addition, when secondary energization is not performed for both (S35C, S45C), the ferrite and carbide net-like precipitation structures are not observed.

また、炭素鋼S45C(炭素量0.42〜0.48%)の方が、炭素鋼S35C(炭素量0.32〜0.38%)よりも、上記フェライト及び炭化物のネット状析出組織の生成がより顕著である。
上記炭素鋼S35Cの場合、上記フェライト及び炭化物のネット状析出組織が析出されており、また上述したように炭素鋼S20C(炭素量0.18〜0.23%)でも上記フェライト及び炭化物のネット状析出組織が見られる。
Carbon steel S45C (carbon content 0.42 to 0.48%) produces a net-like precipitation structure of the above ferrite and carbide than carbon steel S35C (carbon content 0.32 to 0.38%). Is more prominent.
In the case of the carbon steel S35C, a net-like precipitation structure of the ferrite and carbide is precipitated, and as described above, even in the case of the carbon steel S20C (carbon amount 0.18 to 0.23%), the ferrite and carbide net-like structure is formed. A precipitate structure is observed.

これから、鋼製品(接合部)に上記フェライト及び炭化物のネット状析出組織を析出させるためには、炭素量0.18%以上(S20C相当)、好ましくは炭素量0.32%以上(S35C相当)必要である。また、浸炭(浸窒)処理鋼については上述したように、上記フェライト及び炭化物のネット状析出組織が見られる。
また、炭素鋼の炭素量が1.2%(過共析鋼)を超えると溶接割れが生じ易い問題がある。炭素量が0.9%以内であれば、溶接割れ発生の恐れは少ない。
これから、鋼製品の材料として、第一の鋼材4及び第二の鋼材6の一方或いは双方に、炭素鋼(炭素量0.18〜1.2%(好ましくは0.18〜0.9%、或いは0.32〜0.9%))或いは浸炭処理鋼、浸炭浸窒処理鋼を使用することにより、接合部に上記フェライト及び炭化物のネット状析出組織が生成される。
From this, in order to precipitate the above-mentioned ferrite and carbide net-like precipitation structure in the steel product (joint part), the carbon content is 0.18% or more (equivalent to S20C), preferably the carbon content is 0.32% or more (equivalent to S35C). is necessary. In addition, as described above, carburized (nitrocarburized) treated steel has a net-like precipitation structure of the ferrite and carbide.
Moreover, if the carbon content of the carbon steel exceeds 1.2% (hypereutectoid steel), there is a problem that weld cracks are likely to occur. If the carbon content is within 0.9%, there is little risk of weld cracking.
From this, as the material of the steel product, one or both of the first steel material 4 and the second steel material 6 are carbon steel (carbon content 0.18 to 1.2% (preferably 0.18 to 0.9%, Or 0.32 to 0.9%)) or by using carburized steel or carburized and nitrocarburized steel, the above-mentioned ferrite and carbide net precipitates are formed at the joint.

次に、第二の実施の形態について説明する。
この実施の形態については、鋼製品の製造状態、製造装置、及び鋼製品の製造方法及びその工程等(図1,2,3及びそれらの説明等)、基本的な事項は第一の実施の形態と同様であり、ここでは同様の符号を用いて詳しい説明は省略する。
Next, a second embodiment will be described.
Regarding this embodiment, the basic items of the first embodiment are as follows: steel product manufacturing state, manufacturing equipment, steel product manufacturing method and process thereof (FIGS. 1, 2, 3 and their explanations, etc.). It is the same as the embodiment, and detailed description is omitted here using the same reference numerals.

この実施の形態では、試験により、鋼材同士の圧入接合(一次通電)後、所定の時間をおいて二次通電を行い、この二次通電を加減して接合部の冷却速度を遅らせるように制御し、そのときの接合部2の組織を検証した。
上記接合部2の冷却速度を遅らせる方法として、ここでは固相拡散接合の際、二次通電の電流値及び通電加熱時間を変化させることで冷却速度を制御した。
In this embodiment, by a test, after press-fitting (primary energization) between steel materials, secondary energization is performed after a predetermined time, and the secondary energization is controlled to control the cooling rate of the joint. And the structure | tissue of the junction part 2 at that time was verified.
Here, as a method of delaying the cooling rate of the joint 2, the cooling rate was controlled by changing the current value of the secondary energization and the energization heating time during the solid phase diffusion bonding.

具体的には、二次通電の電流値及び通電加熱時間などのパターンとして4パターンを規定し、各パターンについて圧入接合を行い、そのときの接合部2の温度を測定し、また接合部の組織を写真で調べた。なお、接合部の温度は非接触温度計により測定した。   Specifically, four patterns are defined as patterns of current value of secondary energization, energization heating time, etc., press fitting is performed for each pattern, the temperature of the junction 2 at that time is measured, and the structure of the junction Was examined with a photograph. The temperature at the joint was measured with a non-contact thermometer.

試験条件として、一次通電の電流値を20.5kA、通電加熱時間を0.25秒(15/60Hz)とし、また加圧力は7.8kNとした。一次通電停止後から、二次通電開始までの冷却時間をここでは1秒とした。
接合部材(第一の鋼材4及び第二の鋼材6)は、自然環境下(常温)で保存したものを使用し、また電極の冷却には通常の冷却水(水道水等)を使用した。
As test conditions, the primary energization current value was 20.5 kA, the energization heating time was 0.25 seconds (15/60 Hz), and the applied pressure was 7.8 kN. Here, the cooling time from the stop of primary energization to the start of secondary energization was set to 1 second here.
As the joining members (first steel material 4 and second steel material 6), those stored in a natural environment (normal temperature) were used, and ordinary cooling water (such as tap water) was used for cooling the electrodes.

また上記二次通電のパターンとして、パターン1は電流値10kA、通電加熱時間0.17秒(10/60Hz)、パターン2は電流値11kA、通電加熱時間0.17秒、パターン3は電流値13kA、通電加熱時間0.17秒、パターン4は電流値11kA、通電加熱時間0.2秒(12/60Hz)とした。
このように、二次通電の電流値は、一次通電の電流値の1/2程度又は1/2以上の値とし、また二次通電の通電加熱時間は一次通電の通電加熱時間の2/3程度又は2/3以上とした。
As the secondary energization pattern, pattern 1 has a current value of 10 kA, energization heating time of 0.17 seconds (10/60 Hz), pattern 2 has a current value of 11 kA, energization heating time of 0.17 seconds, and pattern 3 has a current value of 13 kA. The energization heating time was 0.17 seconds, the pattern 4 had a current value of 11 kA, and the energization heating time of 0.2 seconds (12/60 Hz).
As described above, the current value of the secondary energization is set to about ½ or more than 1/2 the primary energization current value, and the energization heating time of the secondary energization is 2/3 of the energization heating time of the primary energization. About or 2/3 or more.

接合部材については、第一の鋼材4の材料として浸炭処理をした鋼材(SPHC:板厚3.2mm、孔部5の内径11.1mm)を用い、また第二の鋼材6の材料として炭素鋼(S35C:外径φ11.5mm)を用いた。ここでの圧入代(d)は、0.4mm(11.5−11.1mm)である。
鋼製品の製造に際しては、上記各パターンの二次通電に基づき、第一の実施の形態と同様の圧入による固相拡散接合を行った。
As for the joining member, a carburized steel material (SPHC: plate thickness 3.2 mm, inner diameter 11.1 mm of the hole 5) is used as the material of the first steel material 4, and carbon steel is used as the material of the second steel material 6. (S35C: outer diameter φ11.5 mm) was used. The press-fitting allowance (d) here is 0.4 mm (11.5-11.1 mm).
In the manufacture of the steel product, solid phase diffusion bonding by press-fitting as in the first embodiment was performed based on the secondary energization of each pattern.

また鋼製品の製造に際しては、第一の実施の形態と同様に各電極(受け電極9、加圧電極8)にそれぞれ第一の鋼材4と第二の鋼材6を保持させ、プレス機構により上部プラテン10を押圧し、第二の鋼材6を第一の鋼材4の孔部5に係合させ、加圧電極8と受け電極9間に一次通電を開始する。
これにより、第二の鋼材6と第一の鋼材4の孔部5との接合部2が軟化して圧入が開始され、両鋼材の接合界面にしごきの作用が生じ、表面の酸化物層などの不純物質層が削られて表面が清浄化された組織に固相拡散接合が行われる。
上記圧入時は、通電により上記接合部2は高温となる。一次通電停止後は、1秒間の冷却時間をおいて直ぐに二次通電による再加熱を行う。二次通電の通電停止後は、接合品を空冷して鋼製品を得る。この二次通電は、上記各パターン1〜4について行ない、それぞれのパターンについて鋼製品を製造する。
Further, when manufacturing the steel product, the first steel material 4 and the second steel material 6 are held by the respective electrodes (receiving electrode 9 and pressurizing electrode 8) in the same manner as in the first embodiment, and the upper part is pressed by a press mechanism. The platen 10 is pressed, the second steel material 6 is engaged with the hole 5 of the first steel material 4, and primary energization is started between the pressure electrode 8 and the receiving electrode 9.
As a result, the joint portion 2 between the second steel material 6 and the hole 5 of the first steel material 4 is softened and press-fitting is started, and a squeezing action is generated at the joint interface between the two steel materials, and the oxide layer on the surface, etc. Solid phase diffusion bonding is performed on the tissue whose surface has been cleaned by removing the impurity layer.
At the time of the press-fitting, the joining portion 2 becomes a high temperature due to energization. After primary energization is stopped, reheating by secondary energization is performed immediately after a cooling time of 1 second. After the energization of the secondary energization is stopped, the joined product is air-cooled to obtain a steel product. This secondary energization is performed for each of the patterns 1 to 4, and a steel product is manufactured for each pattern.

図15は、鋼製品1の製造に関し、圧入接合時(一次通電)及び二次通電による再加熱時の接合部2における時間−温度の関係を示すグラフであり、上記二次通電の各パターン1〜4について示している。
上記鋼製品の製造過程において、圧入接合後の二次通電により、接合部2の冷却曲線は発熱及び冷却のサイクルを再度繰り返し、上記二次通電によって冷却曲線が時間軸の長時間方向(右方向)へ移動し、この移動によりCCT線図におけるPs線上を通過し、さらにマルテンサイトの変態点(Ms線)を通過する。
FIG. 15: is a graph which shows the time-temperature relationship in the junction part 2 at the time of press-fit joining (primary electricity supply) and reheating by secondary electricity supply regarding manufacture of the steel product 1, and each pattern 1 of said secondary electricity supply -4 are shown.
In the manufacturing process of the steel product, the secondary energization after press-fit joining causes the cooling curve of the joint 2 to repeat the heat generation and cooling cycle again. ), And passes through the Ps line in the CCT diagram by this movement, and further passes through the martensite transformation point (Ms line).

図15からすれば、一次通電による接合部2の温度上昇後の温度低下途中に、二次通電により温度が上昇しさらに低下するが、パターン1,2の場合は、温度低下が急で冷却速度の低下が速く、またパターン3,4の場合は、温度低下が緩やかであり冷却速度が抑制され遅くなっている。なお、パターン2はパターン1に比べて、温度の低下がやや緩やかである。   According to FIG. 15, in the middle of the temperature decrease after the temperature increase of the joint portion 2 due to the primary energization, the temperature increases due to the secondary energization and further decreases. In the case of the patterns 3 and 4, the temperature drop is slow and the cooling rate is suppressed and slowed. Note that the decrease in temperature of Pattern 2 is slightly slower than that of Pattern 1.

図16(a)(b)(c)(d)は、上記二次通電の各パターンにおける接合部2の組織写真であり、(a)はパターン1、(b)はパターン2、(c)はパターン3、(d)はパターン4を示す。各写真の接合部の組織は、略中央より左側が第一の鋼材4としての浸炭処理鋼(SPHC)、右側が第二の鋼材6としての炭素鋼(S35C)である。
この組織写真からすれば、ネット状組織は、特に図16(c)(パターン3)、図16(d)(パターン4)では明瞭に析出(特に浸炭処理鋼)しており、これは接合部2の冷却速度の遅延が大きくなるほど顕著である。また、図16(b)(パターン2)についても、ネット状組織が見られる。
16 (a), (b), (c), and (d) are structural photographs of the joint 2 in each pattern of the secondary energization, (a) is pattern 1, (b) is pattern 2, and (c). Indicates pattern 3, and (d) indicates pattern 4. As for the structure of the joining part of each photograph, the left side from the approximate center is carburized steel (SPHC) as the first steel material 4, and the right side is carbon steel (S35C) as the second steel material 6.
According to this structural photograph, the net-like structure is clearly precipitated (particularly carburized steel) particularly in FIG. 16 (c) (pattern 3) and FIG. 16 (d) (pattern 4). The greater the delay in the cooling rate of 2, the more remarkable. In addition, a net-like structure is also seen in FIG. 16B (pattern 2).

上記図16(b)(c)(d)等の組織写真に見られるネット状組織は、第一の実施の形態に係る組織写真(図4等)と形態は同様であり、また鋼製品の製法も第一の実施の形態と同様であることからこれと同様の上記「フェライト及び炭化物のネット状析出組織」が生じているものと判断できる。
また、上記4パターン1〜4の鋼製品について、接合強度(せん断剥離強度)を測定した結果、何れについても35kN程度の強度が得られていることが確認されている。
16 (b) (c) (d) and the like, the net-like structure seen in the structure photograph is the same as the structure photograph (FIG. 4 etc.) according to the first embodiment, and the steel product Since the manufacturing method is the same as that of the first embodiment, it can be determined that the same “net-like precipitation structure of ferrite and carbide” is generated.
Moreover, as a result of measuring joining strength (shear peeling strength) about the steel products of the said 4 patterns 1-4, it was confirmed that the intensity | strength of about 35 kN is acquired about all.

上記組織写真では、パターン1と比べてパターン2〜4に係る接合部の組織の方が、ネット状組織が明瞭に析出されており、特に最も二次電流値が高いパターン3に係る組織についてはネット状組織が顕著に析出されている。ここで、パターン1に係る二次通電は、僅かであるが電流値が一次通電の1/2以下であり、またパターン2〜4に係る二次通電は、何れも電流値が一次通電の1/2以上である。
これから、二次通電の電流値が一次通電の電流値の1/2以上あれば、接合部にネット状組織が明瞭に析出され、強度及び硬度、靭性及び延性に優れた鋼製品が得られると考えられる。二次通電の電流値については、通電過熱時間が同じ場合、パターン2とパターン3との比較で見られるように、電流値が高い方(パターン3)が、ネット状組織が明瞭に析出されている。
なお、一次通電により接合部近傍の金属組織の温度は上昇して電気抵抗が大きくなるため、二次電流値は小さくても電気抵抗熱は十分に得られる。
In the structure photograph, the structure of the joints according to patterns 2 to 4 has a net-like structure clearly deposited as compared with pattern 1, and the structure according to pattern 3 having the highest secondary current value in particular. A net-like structure is remarkably deposited. Here, the secondary energization according to pattern 1 is slight but the current value is 1/2 or less of the primary energization, and the secondary energization according to patterns 2 to 4 has a current value of 1 of the primary energization. / 2 or more.
From this, if the current value of secondary energization is 1/2 or more of the current value of primary energization, a net-like structure is clearly precipitated at the joint, and a steel product excellent in strength, hardness, toughness and ductility can be obtained. Conceivable. As for the current value of secondary energization, when the energization overheating time is the same, as seen in the comparison between pattern 2 and pattern 3, the one with the higher current value (pattern 3) has the net-like structure clearly deposited. Yes.
In addition, since the temperature of the metal structure in the vicinity of the joint increases due to the primary energization and the electrical resistance increases, sufficient electrical resistance heat can be obtained even if the secondary current value is small.

また二次通電の通電加熱時間については、電流値が同じ場合、パターン2とパターン4との比較で見られるように、通電加熱時間が長い方(パターン4)が、ネット状組織が明瞭に析出されている。また、二次通電の通電加熱時間については、一次通電の通電加熱時間の2/3以上あれば十分である。   As for the energization heating time of the secondary energization, when the current value is the same, as seen in the comparison between the pattern 2 and the pattern 4, the longer the energization heating time (pattern 4), the more clearly the net-like structure is precipitated. Has been. Moreover, about the energization heating time of secondary energization, 2/3 or more of the energization heating time of primary energization is sufficient.

上記各実施の形態に係る製造方法及び鋼製品は、自動車、オートバイ、産業用機械などの要素部品及びその製造に用いることができ、例えばトランスミッションのコントロールレバーコンポーネント、シフトレバーコンポーネント、スプロケット、ギヤ(シャフト付)等、第一の鋼材に第二の鋼材を接合した形態の部品、或いはエンジンの部品及びその製造に好適である。   The manufacturing methods and steel products according to the above embodiments can be used for component parts of automobiles, motorcycles, industrial machines and the like, and the manufacture thereof. For example, transmission control lever components, shift lever components, sprockets, gears (shafts) Appendices), etc. are suitable for parts in the form in which the second steel material is joined to the first steel material, or engine parts and their manufacture.

1 鋼製品
2 接合部
4 第一の鋼材
5 孔部
6 第二の鋼材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steel product 2 Joint part 4 1st steel material 5 Hole 6 Second steel material

Claims (11)

オーステナイト粒界に、微細なフェライトとセメンタイトなどの炭化物とが層状ではなく分かれて析出し、かつ上記炭化物と比べて上記フェライトが大部分を占め、さらに上記フェライトと上記炭化物とがそれぞれ塊状となってネット状に粒界に析出し、生地にはこれら析出物に囲まれたマルテンサイト組織が存在する組織を有することを特徴とする鋼製品。   At the austenite grain boundary, fine ferrite and cementite such as cementite are separated and precipitated in a layered manner, and the ferrite occupies most of the carbide, and the ferrite and the carbide are each agglomerated. A steel product characterized by depositing at a grain boundary in a net shape and having a structure in which a martensite structure surrounded by these precipitates exists in the dough. オーステナイト粒界に、微細なフェライトとセメンタイトなどの炭化物とが層状ではなく分かれて析出し、かつ上記炭化物と比べて上記フェライトが大部分を占め、さらに上記フェライトと上記炭化物とがそれぞれ塊状となってネット状に粒界に析出し、生地にはこれら析出物に囲まれたマルテンサイト組織が存在する組織を鋼材同士の接合部に有することを特徴とする鋼製品。   At the austenite grain boundary, fine ferrite and cementite such as cementite are separated and precipitated in a layered manner, and the ferrite occupies most of the carbide, and the ferrite and the carbide are each agglomerated. A steel product characterized by having a structure in which the martensite structure surrounded by the precipitates is present in the dough in the form of a net at the grain boundaries, at the joint between the steel materials. 鋼材又は鋼材の一部を、一次通電による抵抗熱によりA3又はA1変態点以上に急速加熱した後、2秒以内の冷却時間をおき、この後二次通電による再加熱を行って温度を連続冷却変態図のパーライト析出線以上の温度に上昇又は保持させた後、冷却曲線が連続冷却変態に係るパーライト析出線上を通過し、さらにマルテンサイト変態点を通過して冷却することを特徴とする請求項1又は2記載の鋼製品の製造方法。   A steel material or a part of a steel material is rapidly heated above the A3 or A1 transformation point by resistance heat due to primary energization, and then cooled within 2 seconds, and then reheated by secondary energization to continuously cool the temperature. The temperature is raised or maintained at a temperature equal to or higher than the pearlite precipitation line of the transformation diagram, and then the cooling curve passes over the pearlite precipitation line related to the continuous cooling transformation, and further passes through the martensitic transformation point to cool. A method for producing a steel product according to 1 or 2. 第一の鋼材と第二の鋼材との接合部を、一次通電による抵抗熱によりA3又はA1変態点以上に急速加熱して固相拡散接合を行った後、2秒以内の冷却時間をおき、この後上記接合部に、二次通電による再加熱を行って温度を連続冷却変態図のパーライト析出線以上の温度に上昇又は保持させた後、冷却曲線が連続冷却変態に係るパーライト析出線上を通過し、さらにマルテンサイト変態点を通過して冷却することを特徴とする請求項2記載の鋼製品の製造方法。   After the solid-phase diffusion bonding is performed by rapidly heating the joint between the first steel material and the second steel material to the A3 or A1 transformation point or higher by resistance heat due to primary energization, a cooling time of 2 seconds or less is set, After this, the joint is reheated by secondary energization to raise or maintain the temperature at or above the pearlite precipitation line in the continuous cooling transformation diagram, and then the cooling curve passes over the pearlite precipitation line related to the continuous cooling transformation. The steel product manufacturing method according to claim 2, further comprising cooling through a martensitic transformation point. 第一の鋼材の孔部内に第二の鋼材を所定の圧力で押圧するとともに、これら両鋼材間に一次通電を行って両鋼材の接合部をA3又はA1変態点以上に急速加熱し、上記両鋼材の接合部を軟化させて上記第二の鋼材を上記第一の鋼材の孔部に圧入して固相拡散接合を行った後、2秒以内の冷却時間をおき、この後上記接合部に、二次通電による再加熱を行って温度を連続冷却変態図のパーライト析出線以上の温度に上昇又は保持させた後、冷却曲線が連続冷却変態に係るパーライト析出線上を通過し、さらにマルテンサイト変態点を通過して冷却することを特徴とする請求項2記載の鋼製品の製造方法。   The second steel material is pressed into the hole of the first steel material at a predetermined pressure, and a primary energization is performed between both the steel materials to rapidly heat the joint portion of both steel materials to the A3 or A1 transformation point or more. After softening the joint of the steel material and press-fitting the second steel material into the hole of the first steel material and performing solid phase diffusion bonding, a cooling time of 2 seconds or less is allowed, and thereafter , After reheating by secondary energization to raise or maintain the temperature above the pearlite precipitation line in the continuous cooling transformation diagram, the cooling curve passes over the pearlite precipitation line related to the continuous cooling transformation, and further martensitic transformation 3. The method for manufacturing a steel product according to claim 2, wherein the cooling is performed by passing through the point. 上記二次通電の電流値を、上記一次通電の電流値の1/2以上としたことを特徴とする請求項3,4又は5記載の鋼製品の製造方法。   6. The method for producing a steel product according to claim 3, 4 or 5, wherein the current value of the secondary energization is ½ or more of the current value of the primary energization. 鋼材又は鋼材の一部を、通電による抵抗熱によりA3又はA1変態点以上に急速加熱するとともに、温度低下の抑制手段により上記鋼材の冷却速度を遅らせ、連続冷却変態図に係る冷却曲線が臨界冷却曲線より遅くなるように制御し、上記冷却曲線が連続冷却変態に係るパーライト析出線上を通過し、さらにマルテンサイト変態点を通過して冷却することを特徴とする請求項1又は2記載の鋼製品の製造方法。   A steel material or a part of a steel material is rapidly heated above the A3 or A1 transformation point by resistance heat due to energization, and the cooling rate of the steel material is delayed by means of temperature reduction suppression, and the cooling curve according to the continuous cooling transformation diagram is critical cooling 3. The steel product according to claim 1, wherein the steel product is controlled so as to be slower than the curve, and the cooling curve passes through the pearlite precipitation line related to the continuous cooling transformation and further passes through the martensitic transformation point for cooling. Manufacturing method. 第一の鋼材と第二の鋼材との接合部を、通電による抵抗熱によりA3又はA1変態点以上に急速加熱して固相拡散接合を行うとともに、温度低下の抑制手段により上記接合部の冷却速度を遅らせ、連続冷却変態図に係る冷却曲線が臨界冷却曲線より遅くなるように制御し、上記冷却曲線が連続冷却変態に係るパーライト析出線上を通過し、さらにマルテンサイト変態点を通過して冷却することを特徴とする請求項2記載の鋼製品の製造方法。   The joint between the first steel material and the second steel material is rapidly heated above the A3 or A1 transformation point by resistance heat by energization to perform solid phase diffusion joining, and the joint is cooled by means of suppressing temperature drop. The cooling curve is controlled so that the cooling curve according to the continuous cooling transformation diagram becomes slower than the critical cooling curve, and the cooling curve passes above the pearlite precipitation line related to the continuous cooling transformation, and further passes through the martensitic transformation point. The method for producing a steel product according to claim 2, wherein: 第一の鋼材の孔部内に第二の鋼材を所定の圧力で押圧するとともに、これら両鋼材間に通電を行って両鋼材の接合部をA3又はA1変態点以上に急速加熱し、上記両鋼材の接合部を軟化させて上記第二の鋼材を上記第一の鋼材の孔部に圧入して固相拡散接合を行うとともに、温度低下の抑制手段により上記接合部の冷却速度を遅らせ、連続冷却変態図に係る冷却曲線が臨界冷却曲線より遅くなるように制御し、上記冷却曲線が連続冷却変態に係るパーライト析出線上を通過し、さらにマルテンサイト変態点を通過して冷却することを特徴とする請求項2記載の鋼製品の製造方法。   The second steel material is pressed at a predetermined pressure into the hole of the first steel material, and a current is passed between the two steel materials to rapidly heat the joint between the two steel materials to the A3 or A1 transformation point or more. The joint is softened and the second steel material is press-fitted into the hole of the first steel material to perform solid phase diffusion bonding, and the cooling rate of the joint is slowed by means of temperature drop suppression, and continuous cooling is performed. The cooling curve according to the transformation diagram is controlled so as to be slower than the critical cooling curve, and the cooling curve passes through the pearlite precipitation line according to the continuous cooling transformation, and further passes through the martensite transformation point for cooling. The manufacturing method of the steel product of Claim 2. 上記温度低下の抑制手段として、上記鋼材及び/又は上記鋼材を保持する電極の温度を予め加熱により高めておくことを特徴とする請求項7,8又は9記載の鋼製品の製造方法。   The method for producing a steel product according to claim 7, 8 or 9, wherein the temperature of the steel material and / or the electrode for holding the steel material is increased in advance by heating as a means for suppressing the temperature drop. 上記鋼材として、炭素量0.18〜1.20%の鋼材又は浸炭処理をした鋼材を用いたことを特徴とする請求項3乃至10の何れかに記載の鋼製品の製造方法。   11. The method for producing a steel product according to claim 3, wherein a steel material having a carbon content of 0.18 to 1.20% or a carburized steel material is used as the steel material.
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