JP2016017212A - Carburizing and quenching method for steel - Google Patents

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Koji Inagaki
功二 稲垣
弘之 井上
Hiroyuki Inoue
弘之 井上
一臣 山西
Kazutomi Yamanishi
一臣 山西
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carburizing and quenching method where, even if the surface layer of a steel is subjected to carburizing treatment, and the steel is subjected to primary cooling till its refining, the amount of the strain applied to the steel can be reduced.SOLUTION: The structure of a steel made of a ferrite structure and a pearlite structure is heated so as to be an austenite, the surface layer of the steel in the state of the austenite structure is subjected to carburizing treatment with a carburizing gas, after the carburizing treatment, the surface layer of the steel is cooled to a temperature below the recrystallization temperature of the steel so that the austenite structure of the steel can be retained, thus dislocation is introduced into the austenite structure of the surface layer, the surface layer of the steel made of the austenite structure into which dislocation is introduced is temperature-increased to a temperature more than the recrystallization temperature of the steel or more, thus the austenite structure of the surface layer of the steel is refined with the dislocation as the nucleus, and subsequently, the structure of the steel is transformed into a martensite structure.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、浸炭ガスを用いて鋼材の表層を浸炭処理した後にその表層を微細化する鋼材の浸炭焼入れ方法に関する。   The present invention relates to a carburizing and quenching method for a steel material in which the surface layer of the steel material is carburized using a carburizing gas and then refined.

従来から、鋼材の表面の耐久性等を向上させるため、鋼材に浸炭処理が施されている。浸炭処理の1つにガス浸炭処理があり、ガス浸炭処理では、加熱した鋼材の表面に浸炭ガスを接触させることにより、鋼材の表面からその表層に炭素を固溶拡散させる。ここで、鋼材への炭素の固溶量および固溶拡散速度を高めるには、浸炭処理時の鋼材の加熱温度が高い方が好ましい。しかしながら、浸炭処理時の鋼材の加熱温度を高めると、鋼材のオーステナイト結晶粒が粗大化してしまうため、鋼材の靱性が低下してしまう。   Conventionally, carburizing treatment has been applied to steel materials in order to improve the durability of the surface of the steel materials. One of the carburizing processes is a gas carburizing process. In the gas carburizing process, a carburizing gas is brought into contact with the surface of a heated steel material, so that carbon is dissolved and diffused from the surface of the steel material to its surface layer. Here, in order to increase the solid solution amount and solid solution diffusion rate of carbon in the steel material, it is preferable that the heating temperature of the steel material during the carburizing process is high. However, if the heating temperature of the steel material during the carburizing process is increased, the austenite crystal grains of the steel material become coarse, and the toughness of the steel material is reduced.

このような点を鑑みて、例えば、図6に示すような浸炭焼入れ方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。ここでは、まず、フェライト組織およびパーライト組織からなる鋼材がオーステナイト組織となるように、A3変態点を超える浸炭温度Taまで鋼材を加熱した後に、オーステナイト組織の鋼材を浸炭ガスで浸炭処理する。次に、浸炭処理した鋼材をマルテンサイト変態点Ms以下の冷却温度Tbまで一次冷却することによりオーステナイト組織をマルテンサイト組織に変態させる。一次冷却した鋼材を再結晶温度Tr以上の昇温温度Tcまで再加熱することによりマルテンサイト組織をオーステナイト組織に変態させるとともに、その表層のオーステナイト組織を微細化する。最後に、微細化したオーステナイト組織を二次冷却することによりマルテンサイト組織に変態させる(焼入れを行う)。このようして、鋼材の浸炭処理された表層には微細化したマルテンサイト組織が形成されることになる。 In view of such points, for example, a carburizing and quenching method as shown in FIG. 6 has been proposed (see, for example, Patent Document 1). Here, first, as steel consisting of ferrite structure and pearlite structure is austenitic structure, after heating the steel to a carburizing temperature Ta in excess of A 3 transformation point, carburizing carburizing gas steel austenitic structure. Next, the austenite structure is transformed into a martensite structure by primarily cooling the carburized steel material to a cooling temperature Tb below the martensite transformation point Ms. The primary cooled steel material is reheated to a temperature rise temperature Tc equal to or higher than the recrystallization temperature Tr to transform the martensite structure into an austenite structure, and the surface layer austenite structure is refined. Finally, the refined austenite structure is transformed into a martensite structure by secondary cooling (quenching is performed). In this way, a refined martensite structure is formed on the carburized surface layer of the steel material.

また、別の浸炭焼入れ方法として、図7に示すような浸炭焼入れ方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。ここでは、まず、上述した浸炭焼入れ方法と同様に、A3変態点を超える浸炭温度TAでオーステナイト組織に変態した鋼材を浸炭ガスで浸炭処理する。次に、浸炭処理した鋼材をマルテンサイト変態点Msを超える冷却温度TBまで一次冷却し、この冷却温度TBを一定時間保持する。これにより、鋼材の少なくとも表層のオーステナイト組織は、フェライト組織およびパーライト組織(またはベイナイト組織)に変態する。その後、上述した浸炭焼入れ方法と同じように、鋼材を再結晶温度Tr以上の昇温温度TCまで再加熱してオーステナイト組織に変態させた後、二次冷却することによりオーステナイト組織をマルテンサイト組織に変態させる(焼入れを行う)。このようして、この場合も鋼材の浸炭処理された表層には微細化したマルテンサイト組織が形成されることになる。 Further, as another carburizing and quenching method, a carburizing and quenching method as shown in FIG. 7 has been proposed (see, for example, Patent Document 2). Here, first, similarly to the carburizing method described above, the steel material transformed into austenitic structure at carburization temperature TA greater than the A 3 transformation point carburizing carburizing gas. Next, the carburized steel material is primarily cooled to a cooling temperature TB exceeding the martensitic transformation point Ms, and the cooling temperature TB is maintained for a certain time. Thereby, the austenite structure of at least the surface layer of the steel material is transformed into a ferrite structure and a pearlite structure (or bainite structure). Thereafter, in the same manner as the carburizing and quenching method described above, the steel material is reheated to a temperature rise temperature TC equal to or higher than the recrystallization temperature Tr to transform it into an austenite structure, and then the austenite structure is converted into a martensite structure by secondary cooling. Transform (harden). Thus, also in this case, a refined martensite structure is formed on the surface layer of the steel material that has been carburized.

特開平11−217626号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-217626 特開2009−52119号公報JP 2009-52119 A

しかしながら、図6に示す浸炭焼入れ方法を行った場合、一次冷却時に、鋼材がオーステナイト組織からマルテンサイト組織に変態する際に鋼材にひずみが発生し、再加熱後の二次冷却時(焼入れ時)にも同様の変態を伴うので、鋼材にさらにひずみが付与されることになる。   However, when the carburizing and quenching method shown in FIG. 6 is performed, distortion occurs in the steel material when the steel material is transformed from the austenite structure to the martensite structure during the primary cooling, and during the secondary cooling after reheating (during quenching). Is accompanied by the same transformation, further strain is imparted to the steel material.

同様に、図7に示す浸炭焼入れ方法を行った場合も、一次冷却後に一定の冷却温度TBに保持するので、鋼材がオーステナイト組織から、フェライト組織およびパーライト組織(またはベイナイト組織)に変態する際に、鋼材にひずみが発生してしまう。また、図6と同様に、再加熱後の二次冷却時(焼入れ時)にも、オーステナイト組織からマルテンサイト組織に変態するので、鋼材にひずみがさらに付与されることになる。   Similarly, even when the carburizing and quenching method shown in FIG. 7 is performed, the steel material is maintained at a constant cooling temperature TB after the primary cooling, so that the steel material is transformed from the austenite structure to the ferrite structure and the pearlite structure (or bainite structure). The steel material will be distorted. Similarly to FIG. 6, even during secondary cooling after reheating (quenching), since the austenite structure is transformed to the martensite structure, strain is further imparted to the steel material.

このように、図6および図7に示す浸炭焼入れ方法では、鋼材の表層を浸炭処理しこれを微細化するまでの間に鋼材を一次冷却し、表層のオーステナイト組織が一旦変態するので、一次冷却をしない焼入れのみのもの(2度冷却をないもの)に比べて、鋼材のひずみ量は大きくなってしまう。   As described above, in the carburizing and quenching method shown in FIGS. 6 and 7, the steel material is primarily cooled during the carburizing treatment of the steel layer and refined, and the austenite structure of the surface layer is transformed once. The amount of strain of the steel material becomes larger than that of only quenching without quenching (without cooling twice).

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、鋼材の表層を浸炭処理しこれを微細化するまでの間に鋼材を一次冷却したとしても、鋼材に付与されるひずみ量を低減することができる鋼材の浸炭焼入れ方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above points, and the object of the present invention is to provide a steel material even if the steel material is primarily cooled during the carburizing treatment and refinement of the steel surface layer. An object of the present invention is to provide a carburizing and quenching method for steel that can reduce the amount of strain applied.

発明者らは鋭意検討を重ねた結果、浸炭処理する際の加熱により鋼材の組織をオーステナイト組織に変態させてから、最終的に鋼材を冷却することによりオーステナイト組織からマルテンサイト組織に変態させる焼入れまでの間、途中の鋼材の冷却に拘らず鋼材の組織をオーステナイト組織に維持すれば、鋼材に生じるひずみを低減することができるとの新たな知見を得た。   As a result of intensive studies, the inventors transformed the steel structure into an austenite structure by heating at the time of carburizing treatment, and finally quenching to transform the austenite structure to the martensite structure by cooling the steel material. In the meantime, new knowledge was obtained that the strain generated in the steel material can be reduced by maintaining the steel material structure in the austenite structure regardless of the cooling of the steel material on the way.

本発明は、発明者らの新たな知見に基づくものであり、本発明に係る鋼材の浸炭焼入れ方法は、フェライト組織およびパーライト組織からなる鋼材を加熱して、該鋼材の組織をオーステナイト組織に変態させた後、該オーステナイト組織の鋼材の表層を浸炭ガスで浸炭処理する工程と、該浸炭処理後、前記鋼材のオーステナイト組織を維持するように前記鋼材の表層を前記鋼材の再結晶温度未満の温度まで冷却することにより、前記鋼材の表層のオーステナイト組織に転位を導入する工程と、該転位が導入されたオーステナイト組織からなる鋼材の表層を前記鋼材の再結晶温度以上の温度まで温度上昇させることにより、前記転位を核として前記鋼材の表層のオーステナイト組織を微細化する工程と、該オーステナイト組織を微細化した鋼材を冷却して、前記鋼材のオーステナイト組織をマルテンサイト組織に変態させる焼入れ工程と、を少なくとも含むことを特徴とする。   The present invention is based on the inventors' new knowledge, and the steel carburizing and quenching method according to the present invention heats a steel material composed of a ferrite structure and a pearlite structure, and transforms the structure of the steel material into an austenite structure. A step of carburizing the surface layer of the steel material of the austenite structure with a carburizing gas, and after the carburizing treatment, the surface layer of the steel material is maintained at a temperature lower than the recrystallization temperature of the steel material so as to maintain the austenite structure of the steel material. The step of introducing dislocations into the austenite structure of the surface layer of the steel material by cooling to a temperature, and by raising the temperature of the surface layer of the steel material composed of the austenite structure into which the dislocation has been introduced to a temperature equal to or higher than the recrystallization temperature of the steel material , A step of refining the austenite structure of the surface layer of the steel material with the dislocation as a nucleus, and a steel material having the austenite structure refined On cooling, characterized in that it comprises a hardening step of transforming the austenitic structure of the steel in martensitic structure, at least.

まず、本発明では、フェライト組織およびパーライト組織からなる鋼材を準備し、フェライト組織およびパーライト組織がオーステナイト組織に変態するまで加熱する。具体的には、鋼材をA変態点以上、好ましくはA変態点以上の温度(後述する浸炭温度)まで加熱する。次に、浸炭温度に加熱保持されたオーステナイト組織の鋼材の表面に浸炭ガスを接触させることにより、浸炭ガスの炭素を鋼材の表面から固溶させ、表層(鋼材内部)に炭素を拡散させる。これにより、鋼材の表層が浸炭ガスで浸炭処理される。 First, in the present invention, a steel material having a ferrite structure and a pearlite structure is prepared and heated until the ferrite structure and the pearlite structure are transformed into an austenite structure. Specifically, steel of A 1 transformation point or more, preferably heated to A 3 transformation point or more temperature (described later carburization temperature). Next, by bringing the carburizing gas into contact with the surface of the steel material having an austenitic structure heated and held at the carburizing temperature, the carbon of the carburizing gas is dissolved from the surface of the steel material, and the carbon is diffused into the surface layer (inside the steel material). As a result, the surface layer of the steel material is carburized with the carburizing gas.

次に、浸炭処理後、鋼材のオーステナイト組織を維持するように鋼材の表層を前記鋼材の再結晶温度未満の温度まで一次冷却することにより、オーステナイト組織に再結晶核となる転位を導入する。ここでは、再結晶温度未満の温度(すなわち、A変態点よりも低い温度)で冷却されるので、変態せず組織が維持されたオーステナイト組織は過冷オーステナイトの状態である。このように、オーステナイト組織を維持した状態で、冷却による鋼材の熱収縮で表層のオーステナイト組織に転位が導入されるので、鋼材の組織は変態せず、変態によるひずみが鋼材に付与されない。 Next, after carburizing, the surface layer of the steel material is primarily cooled to a temperature lower than the recrystallization temperature of the steel material so as to maintain the austenite structure of the steel material, thereby introducing dislocations serving as recrystallization nuclei into the austenitic structure. Here, a temperature below the recrystallization temperature (i.e., a temperature lower than the A 1 transformation point) because it is cooled, the austenite structure which not transformed structure is maintained in the state of supercooled austenite. Thus, since the dislocation is introduced into the austenite structure of the surface layer due to thermal contraction of the steel material by cooling in a state where the austenite structure is maintained, the structure of the steel material is not transformed, and strain due to the transformation is not imparted to the steel material.

なお、鋼材の表層の組織をオーステナイト組織に維持した状態で上述した転位を導入し、後述する工程においてその表層のオーステナイト組織を微細化することができるのであれば、冷却条件は特に限定されるものではない。   In addition, if the dislocation described above is introduced in a state where the surface layer structure of the steel material is maintained in the austenite structure, and the austenite structure of the surface layer can be refined in the process described later, the cooling conditions are particularly limited. is not.

次に、転位が導入されたオーステナイト組織からなる鋼材の表層を、変態させずに鋼材の再結晶温度以上の温度まで温度上昇させることにより、転位を核として鋼材の表層の組織を微細化させる。   Next, the surface layer of the steel material having an austenite structure into which dislocations are introduced is heated to a temperature equal to or higher than the recrystallization temperature of the steel material without transformation, thereby refining the surface layer structure of the steel material with dislocations as the core.

なお、本発明でいう「鋼材の表層を鋼材の再結晶温度以上の温度まで温度上昇させる」とは、外部から加熱装置で加熱して鋼材の表層を温度上昇させる(再加熱する)場合と、鋼材の内部の熱を利用した自己復熱で鋼材の表層を温度上昇させる場合のいずれの場合も含むものである。   In the present invention, “increasing the temperature of the surface layer of the steel material to a temperature equal to or higher than the recrystallization temperature of the steel material” means that the surface layer of the steel material is heated by an external heating device to increase the temperature (reheating). This includes both cases where the temperature of the surface layer of the steel material is raised by self-recuperation using the heat inside the steel material.

このようにして、表層の転位を核として鋼材の表層が微細化するので、鋼材の表層である浸炭層の靱性が向上する。また、転位が導入されたオーステナイト組織が、フェライト組織およびパーライト組織、またはベイナイト組織に変態する前に、オーステナイト組織を微細化するので、この際にも変態によるひずみが鋼材に付与されない。最後に、焼入れ工程で、表層のオーステナイト組織が微細化した鋼材を冷却して、鋼材のオーステナイト組織をマルテンサイト組織に変態させる。   In this way, the surface layer of the steel material is refined with the dislocations of the surface layer as the core, so that the toughness of the carburized layer that is the surface layer of the steel material is improved. In addition, since the austenite structure is refined before the austenite structure into which the dislocation is introduced is transformed into a ferrite structure, a pearlite structure, or a bainite structure, strain due to the transformation is not imparted to the steel. Finally, in the quenching process, the steel material whose surface austenite structure has been refined is cooled to transform the austenite structure of the steel material into a martensite structure.

以上、本発明によれば、鋼材の組織をオーステナイト組織に変態させてから、このオーステナイト組織を変態させずに維持して、鋼材の表層の浸炭および微細化を行った後に、マルテンサイト組織に変態させている。これにより、浸炭処理された表層の組織を微細化することができるとともに、鋼材のひずみ量を従来のものより低減することができる。   As described above, according to the present invention, the steel structure is transformed into an austenite structure, and the austenite structure is maintained without transformation, and after carburizing and refining the surface layer of the steel material, the steel material is transformed into a martensite structure. I am letting. Thereby, while being able to refine | miniaturize the structure | tissue of the carburized surface layer, the distortion amount of steel materials can be reduced rather than the conventional one.

上述した組織変化を制御することができるのであれば、微細化する工程において鋼材の表層を温度上昇させる方法は特に限定されるものではない。しかしながら、より好ましい態様としては、前記微細化する工程において、前記鋼材の表層の温度上昇を、前記鋼材の自己復熱により行う。   As long as the above-described change in structure can be controlled, the method for raising the temperature of the surface layer of the steel material in the step of refining is not particularly limited. However, as a more preferable aspect, in the step of miniaturization, the temperature of the surface layer of the steel material is increased by self-reheating of the steel material.

ここで本発明でいう「鋼材の自己復熱」とは、浸炭処理する工程で鋼材に入熱され、一次冷却により転位を導入する工程後に、鋼材の内部に残存した熱のことであり、内部の熱で鋼材の表層を再加熱することができる熱のことである。   Here, “self-recuperation of steel” in the present invention refers to heat that is input to the steel in the carburizing process and remains in the steel after the step of introducing dislocation by primary cooling. It is the heat which can reheat the surface layer of steel materials with the heat of.

この態様によれば、鋼材の自己復熱を利用して、転位を核として鋼材の表層のオーステナイト組織を微細化するので、鋼材をヒータ等により外部から再加熱する必要がない。これにより、安価かつ迅速にオーステナイト組織を微細化することができる。また、転位を導入する工程における鋼材の冷却から、微細化する工程における鋼材の表層の温度上昇までを速やかに行うことができるため、オーステナイト組織(過冷オーステナイトの組織)が他の組織に変態する前に迅速に鋼材の表層を微細化することができる。   According to this aspect, since the austenite structure of the surface layer of the steel material is refined using dislocation as a nucleus by utilizing self-recuperation of the steel material, it is not necessary to reheat the steel material from the outside by a heater or the like. Thereby, an austenite structure | tissue can be refined | miniaturized cheaply and rapidly. In addition, since the steel material can be rapidly cooled from the cooling in the process of introducing dislocation to the temperature rise of the surface layer of the steel in the refinement process, the austenite structure (supercooled austenite structure) is transformed into another structure. The surface layer of the steel material can be refined quickly before.

さらに好ましい態様としては、前記浸炭処理する工程において、前記鋼材を1000℃以上に加熱し、前記転位を導入する工程において、前記鋼材の表層を100℃/秒以上の冷却速度で冷却する。   As a more preferable aspect, in the carburizing process, the steel material is heated to 1000 ° C. or more, and in the step of introducing the dislocation, the surface layer of the steel material is cooled at a cooling rate of 100 ° C./second or more.

本発明によれば、浸炭処理をする工程において鋼材を1000℃以上に加熱することで、鋼材の内部に十分な熱量を入熱することができ、前記転位を導入する工程において、前記鋼材の表層を100℃/秒以上の冷却速度で冷却することで、鋼材の表層に、微細化の核(再結晶核)となる転位を十分に導入することができる。これにより、表層のオーステナイト組織をより確実に微細化することができる。   According to the present invention, by heating the steel material to 1000 ° C. or more in the carburizing process, a sufficient amount of heat can be input into the steel material, and in the step of introducing the dislocation, the surface layer of the steel material Is cooled at a cooling rate of 100 ° C./second or more, so that dislocations serving as nuclei for refining (recrystallization nuclei) can be sufficiently introduced into the surface layer of the steel material. Thereby, the austenite structure of the surface layer can be refined more reliably.

ここで、鋼材を1000℃未満で加熱した場合には、鋼材への入熱量が足りない、または、冷却前の温度が低いため、自己復熱時に鋼材の表層の温度が再結晶温度まで上昇しない場合や冷却時に微細化の核となる転位を鋼材の表層に十分に付与することができない場合がある。さらに、鋼材を1000℃以上で加熱した場合であっても、冷却速度が100℃/秒未満である場合、冷却の際に、微細化の核となる転位を十分に付与することができないため、鋼材の表層を微細化できないことがある。   Here, when the steel material is heated below 1000 ° C., the heat input to the steel material is insufficient or the temperature before cooling is low, so the temperature of the surface layer of the steel material does not rise to the recrystallization temperature during self-recuperation. In some cases, dislocations that become the core of refinement during cooling cannot be sufficiently imparted to the surface layer of the steel material. Furthermore, even when the steel material is heated at 1000 ° C. or higher, when the cooling rate is less than 100 ° C./second, it is not possible to sufficiently impart dislocations that become the core of refinement when cooling, The surface layer of steel may not be refined.

本発明によれば、鋼材をオーステナイト組織に変態させ、この組織を維持しながら、鋼材の表層を浸炭処理しこれを微細化するので、鋼材に生じるひずみを低減することができる。   According to the present invention, the steel material is transformed into an austenite structure, and while maintaining this structure, the surface layer of the steel material is carburized and refined, so that strain generated in the steel material can be reduced.

本発明の実施形態に係る鋼材の浸炭焼入れ方法を説明するための鋼材の温度プロフィールを示した図。The figure which showed the temperature profile of the steel materials for demonstrating the carburizing quenching method of the steel materials which concern on embodiment of this invention. 図1に示す鋼材の浸炭焼入れ方法を好適に行う浸炭処理装置の模式的概念図。The typical conceptual diagram of the carburizing processing apparatus which performs suitably the carburizing quenching method of the steel materials shown in FIG. 変形例に係る浸炭処理装置の模式的概念図。The typical conceptual diagram of the carburizing processing apparatus which concerns on a modification. 実施例1、比較例1〜3の鋼材のひずみ量(比)の結果を示した図。The figure which showed the result of the distortion amount (ratio) of the steel materials of Example 1 and Comparative Examples 1-3. 実施例7および比較例7に係る鋼材の浸炭処理後、二次冷却後の組織写真。The structure photograph after secondary cooling after the carburizing process of the steel materials according to Example 7 and Comparative Example 7. 従来の鋼材の浸炭焼入れ方法を説明するための鋼材の温度プロフィールを示した図。The figure which showed the temperature profile of the steel materials for demonstrating the conventional carburizing quenching method of steel materials. 他の従来の鋼材の浸炭焼入れ方法を説明するための鋼材の温度プロフィールを示した図。The figure which showed the temperature profile of the steel materials for demonstrating the carburizing hardening method of the other conventional steel materials.

以下に、図1〜3の図面を参照して、本発明の実施形態に係る鋼材の浸炭焼入れ方法を説明する。   Below, with reference to drawings of FIGS. 1-3, the carburizing-and-quenching method of the steel materials which concern on embodiment of this invention is demonstrated.

図1は、本発明の実施形態に係る鋼材の浸炭焼入れ方法を説明するための鋼材の温度プロフィールを示した図である。図2は、図1に示す鋼材の浸炭焼入れ方法を好適に行う浸炭処理装置1Aの模式的概念図である。図3は、変形例に係る浸炭処理装置1Bの模式的概念図である。なお、図3に示す浸炭処理装置1Bは、再加熱炉41をさらに設けた点が、図2に示す浸炭処理装置1Aと異なる。   FIG. 1 is a view showing a temperature profile of a steel material for explaining a steel carburizing and quenching method according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic conceptual diagram of a carburizing apparatus 1A that suitably performs the carburizing and quenching method for steel shown in FIG. FIG. 3 is a schematic conceptual diagram of a carburizing apparatus 1B according to a modification. 3 differs from the carburizing apparatus 1A shown in FIG. 2 in that a reheating furnace 41 is further provided.

1.鋼材(被処理材)について
本実施形態に係る浸炭焼入れ方法を実施する鋼材は、フェライト組織およびパーライト組織からなる鋼材である。このような浸炭焼入れ方法に好適な鋼材としては、たとえば、C:0.1〜0.4質量%、Si:0.15〜0.35質量%、Mn:0.55〜0.95質量%、P:0.03質量%以下、S:0.03質量%以下、残部が不可避不純物および鉄からなる鋼材などを挙げることができる。
1. Steel material (material to be treated) A steel material that performs the carburizing and quenching method according to the present embodiment is a steel material having a ferrite structure and a pearlite structure. As a steel material suitable for such a carburizing and quenching method, for example, C: 0.1 to 0.4 mass%, Si: 0.15 to 0.35 mass%, Mn: 0.55 to 0.95 mass% , P: 0.03 mass% or less, S: 0.03 mass% or less, and the balance is a steel material composed of unavoidable impurities and iron.

ここで、Cは、浸炭処理される鋼材(母材)の強度および硬さを確保するための元素であり、Cが0.1質量%未満である場合には、母材そのものの硬さが不足し、後述する浸炭処理の時間が長くなってしまうことがある。一方、Cが0.4質量%を超えた場合には、処理前の鋼材の被削性および冷鍛性が低下してしまい、母材そのものの硬さが向上することにより、鋼材自体の靱性が低下してしまうことがある。   Here, C is an element for ensuring the strength and hardness of the steel material (base material) to be carburized. When C is less than 0.1% by mass, the hardness of the base material itself is low. Insufficient time may be required for the carburizing process described later. On the other hand, when C exceeds 0.4% by mass, the machinability and cold forgeability of the steel material before processing are lowered, and the hardness of the base material itself is improved, so that the toughness of the steel material itself is improved. May fall.

Siは、焼入れ性を向上させるための元素であり、Siが0.15質量%未満である場合には、鋼材の焼入れ性が低下してしまうことがある。一方、Siが0.35質量%を超えた場合には、鋼材の被削性および靱性が低下してしまうことがある。   Si is an element for improving the hardenability. When Si is less than 0.15% by mass, the hardenability of the steel material may be lowered. On the other hand, when Si exceeds 0.35 mass%, the machinability and toughness of the steel material may be deteriorated.

Mnは、Siと同様に焼入れ性を向上させるための元素であり、Mnが0.55質量%未満である場合には、鋼材の焼入れ性が低下してしまうおそれがある。一方、Mnが0.95質量%を超えた場合には、鋼材の被削性が低下してしまうことがある。   Mn is an element for improving the hardenability like Si, and when the Mn is less than 0.55% by mass, the hardenability of the steel may be lowered. On the other hand, when Mn exceeds 0.95 mass%, the machinability of the steel material may be lowered.

PおよびSの添加量がより少ない方が望ましく、Pが0.03質量%を超えた場合には、偏析を起こしやすく、鋼材の耐衝撃性が低下することがある。Sが0.03質量%を超えた場合には、熱間加工性が低下することがある。   A smaller amount of P and S is desirable, and when P exceeds 0.03% by mass, segregation is likely to occur, and the impact resistance of the steel material may be reduced. When S exceeds 0.03 mass%, hot workability may be reduced.

さらに、必要に応じて、上述した成分に、Ni:0.25質量%以下、Cr:0.8〜1.3質量%、Mo:0.1〜0.4質量%の範囲で、Ni、Cr、Moの少なくとも1種が鋼材に添加されていてもよい。   Further, if necessary, the above-described components may include Ni: 0.25% by mass or less, Cr: 0.8-1.3% by mass, Mo: 0.1-0.4% by mass, Ni, At least one of Cr and Mo may be added to the steel material.

Niが0.25質量%を超えた場合には、鋼材の硬さが上昇し、鋼材の靱性が低下することがある。Crは、焼入れ性を向上させるとともに、耐摩耗性および耐食性を向上させるための元素であり、Crが0.8質量%未満である場合には、鋼材の焼入れ性が低下することがある。一方、Crが1.3質量%を超えた場合には、鋼材の硬さが上昇し、鋼材の靱性が低下することがある。   When Ni exceeds 0.25 mass%, the hardness of the steel material may increase and the toughness of the steel material may decrease. Cr is an element for improving hardenability and improving wear resistance and corrosion resistance. When Cr is less than 0.8% by mass, the hardenability of the steel may be lowered. On the other hand, when Cr exceeds 1.3% by mass, the hardness of the steel material may increase and the toughness of the steel material may decrease.

Moは、焼入れ性を向上させる元素ための元素であり、Moが0.1質量%未満である場合には、焼入れ性が低下することがある。一方、Moが0.4質量%を超えた場合には、鋼材の硬さが上昇し、鋼材の靱性が低下することがある。   Mo is an element for improving the hardenability. When Mo is less than 0.1% by mass, the hardenability may be lowered. On the other hand, when Mo exceeds 0.4 mass%, the hardness of the steel material may increase and the toughness of the steel material may decrease.

上述した鋼材として、浸炭処理に適した具体的な鋼材としては、クロムモリブデン鋼(JIS規格:SCr415〜435)、クロムモリブデン鋼(JIS規格:SCM415〜435)などを挙げることができる。   Specific steel materials suitable for the carburization treatment include chromium molybdenum steel (JIS standard: SCr415-435), chromium molybdenum steel (JIS standard: SCM415-435), and the like.

2.浸炭処理工程
本実施形態では、上述した鋼材を準備し、図1に示すような浸炭処理工程を行う。具体的には、上述した鋼材のフェライト組織およびパーライト組織が、オーステナイト組織に変態するように鋼材をA変態点以上、より好ましくはA変態点以上の温度(浸炭温度)T1まで加熱する(図1のS1参照)。
2. Carburizing treatment process In this embodiment, the steel materials mentioned above are prepared and a carburizing treatment process as shown in FIG. 1 is performed. Specifically, ferrite structure and pearlite structure of the steel material described above is a steel to transform to austenite structure A 1 transformation point or more, more preferably heated to A 3 transformation point or above the temperature (carburization temperature) T1 ( (See S1 in FIG. 1).

本実施形態では、図2に示すように、搬送エリア6に配置された受け冶具61に鋼材Wを載置し、受け冶具61とともに鋼材Wを加熱炉2に移動させ、減圧雰囲気下で加熱炉2内の高周波誘導加熱コイル21を用いて鋼材Wを上の条件で加熱する。   In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the steel material W is placed on a receiving jig 61 arranged in the transfer area 6, the steel material W is moved to the heating furnace 2 together with the receiving jig 61, and the heating furnace is heated in a reduced pressure atmosphere. The steel material W is heated using the high frequency induction heating coil 21 in 2 under the above conditions.

例えば、鋼材にクロム鋼(たとえばJIS規格:SCr420)またはクロムモリブデン鋼(たとえばJIS規格:SCM420)を選択した場合には、A変態点は730℃付近、A変態点は900℃付近であるので、少なくとも730℃以上、好ましくは、900℃〜1200℃に加熱し、その組織をオーステナイト組織に変態させる。 For example, steel chromium steel (e.g. JIS standard: SCr420) or chromium molybdenum steel (e.g. JIS standard: SCM420) when you select the, A 1 transformation point around 730 ° C., A 3 transformation point is around 900 ° C. Therefore, it is heated to at least 730 ° C. or more, preferably 900 ° C. to 1200 ° C. to transform the structure into an austenite structure.

次に、図1に示すように、浸炭温度T1に加熱されたオーステナイト組織の状態の鋼材の少なくとも表層を浸炭ガスで浸炭処理する(図1のS2参照)。具体的には、図2に示すように、加熱炉2で加熱された状態の鋼材Wを、受け冶具61とともに浸炭処理炉3まで搬送する。浸炭処理炉3では、ヒータ31により、鋼材Wの温度を上述した浸炭温度T1に保持しつつ、オーステナイト組織の状態の鋼材Wの表面に浸炭ガスGを接触させ、鋼材Wの表層に炭素を固溶拡散させる。ここで浸炭ガスGは、炭化水素系ガスなどを挙げることができ、たとえばアセチレンガス、プロパンガスなどの浸炭処理に用いられる一般的なガスである。   Next, as shown in FIG. 1, at least the surface layer of the steel material in the austenite structure heated to the carburizing temperature T1 is carburized with a carburizing gas (see S2 in FIG. 1). Specifically, as shown in FIG. 2, the steel material W heated in the heating furnace 2 is transported to the carburizing furnace 3 together with the receiving jig 61. In the carburizing treatment furnace 3, the carburizing gas G is brought into contact with the surface of the steel material W in the austenite structure state while the temperature of the steel material W is maintained at the above-described carburizing temperature T1 by the heater 31, and carbon is fixed to the surface layer of the steel material W. Dissolve and diffuse. Here, the carburizing gas G can include hydrocarbon-based gas, and is a general gas used for carburizing treatment such as acetylene gas and propane gas.

3.一次冷却工程(転位導入工程)
一次冷却工程では、浸炭処理された鋼材のオーステナイト組織を維持するように(マルテンサイト変態点Ms以下の温度とならないように)、鋼材の表層を鋼材の再結晶温度Tr未満の冷却温度T2まで一次冷却することにより、表層のオーステナイト組織に転位を導入する(図1のS3参照)。本実施形態では、A変態点よりも低い再結晶温度Tr未満の冷却温度T2まで一次冷却しても、オーステナイト組織は、即時に他の組織に変態せず、過冷オーステナイトとして維持される。
3. Primary cooling process (dislocation introduction process)
In the primary cooling step, the surface layer of the steel material is primarily treated to a cooling temperature T2 lower than the recrystallization temperature Tr of the steel material so that the austenite structure of the carburized steel material is maintained (so that the temperature is not lower than the martensite transformation point Ms). By cooling, dislocations are introduced into the austenite structure of the surface layer (see S3 in FIG. 1). In the present embodiment, even if the primary cooling to a cooling temperature T2 lower than lower recrystallization temperature Tr than the A 1 transformation point, austenite organization immediately without transformation to other tissues, is maintained as supercooled austenite.

このように、本実施形態では、図6に示すように一次冷却時にオーステナイト組織をマルテンサイト組織となるまで(冷却温度Tb)冷却しないので、オーステナイト組織は維持されている。これにより、本実施形態では、一次冷却工程において、変態が起因となる鋼材へのひずみは発生しない。   Thus, in this embodiment, as shown in FIG. 6, the austenite structure is maintained because the austenite structure is not cooled until it becomes a martensite structure (cooling temperature Tb) at the time of primary cooling. Thereby, in this embodiment, the distortion | strain to the steel materials resulting from transformation does not generate | occur | produce in a primary cooling process.

一次冷却工程で導入される転位は、再結晶核となる転位であり、後述するように鋼材を再結晶温度Tr以上に加熱した時に、オーステナイト組織の微細化の核となる。浸炭処理工程において、鋼材をその内部まで1000℃以上に加熱することを前提として、一次冷却工程で、鋼材の表層を100℃/秒〜300℃/秒の冷却速度で冷却すれば、オーステナイト組織に上述した転位をより確実に導入することができる。発明者の実験によれば、冷却速度が100℃/秒未満である場合には、表層の組織が微細化されないことがあり、冷却速度が300℃/秒を超えるような冷却はし難い。   The dislocations introduced in the primary cooling step are dislocations that become recrystallization nuclei, and become the nuclei for refining the austenite structure when the steel material is heated to a recrystallization temperature Tr or higher as described later. In the carburizing process, assuming that the steel is heated to 1000 ° C. or higher up to the inside, if the steel layer is cooled at a cooling rate of 100 ° C./sec to 300 ° C./sec in the primary cooling step, the austenite structure is obtained. The dislocation described above can be introduced more reliably. According to the inventor's experiment, when the cooling rate is less than 100 ° C./second, the structure of the surface layer may not be refined, and it is difficult to perform cooling at a cooling rate exceeding 300 ° C./second.

本実施形態では、図2に示すように、浸炭処理炉3で表層が浸炭処理された鋼材Wを、受け冶具61とともに冷却室5まで搬送する。冷却室5では、冷却ノズル51から放出された水Qにより、鋼材Wの表層の温度が、表層のマルテンサイト変態点Msを超えてかつ鋼材の再結晶温度Tr未満となるように鋼材Wの表層を冷却する。   In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the steel material W whose surface layer is carburized in the carburizing furnace 3 is transported to the cooling chamber 5 together with the receiving jig 61. In the cooling chamber 5, the surface layer of the steel material W is so formed that the water Q discharged from the cooling nozzle 51 causes the surface temperature of the steel material W to exceed the martensite transformation point Ms of the surface layer and lower than the recrystallization temperature Tr of the steel material. Cool down.

例えば、鋼材にクロム鋼(たとえばJIS規格:SCr420)を選択した場合、マルテンサイト変態点Msは430℃であり、クロムモリブデン鋼(たとえばJIS規格:SCM420)を選択した場合、マルテンサイト変態点Msは400℃である。また、これら鋼材の再結晶温度は、鋼材の残留応力の影響によってもバラつきがあるが一般的に450℃を超え600℃以下の範囲にある。   For example, when chromium steel (for example, JIS standard: SCr420) is selected as the steel material, the martensite transformation point Ms is 430 ° C., and when chromium molybdenum steel (for example, JIS standard: SCM420) is selected, the martensitic transformation point Ms is 400 ° C. Further, the recrystallization temperature of these steel materials varies depending on the influence of the residual stress of the steel materials, but is generally in the range of more than 450 ° C. and 600 ° C. or less.

したがって、クロム鋼(たとえばJIS規格:SCr420)の場合、第1冷却工程で、少なくともマルテンサイト変態点Ms430℃を超え450℃以下の冷却温度T2で冷却すれば、オーステナイト組織を維持した状態で、表層のオーステナイト組織に転位を導入することができる。同様に、クロムモリブデン鋼(たとえばJIS規格:SCM420)を選択した場合、第1冷却工程で、少なくともマルテンサイト変態点Ms400℃を超え450℃以下の冷却温度T2で冷却すれば、オーステナイト組織を維持した状態で、表層のオーステナイト組織に転位を導入することができる。   Therefore, in the case of chromium steel (for example, JIS standard: SCr420), the surface layer is maintained in the state in which the austenite structure is maintained if the first cooling step is performed at a cooling temperature T2 that exceeds at least the martensitic transformation point Ms430 ° C and not higher than 450 ° C. Dislocations can be introduced into the austenite structure. Similarly, when chromium molybdenum steel (for example, JIS standard: SCM420) is selected, the austenite structure is maintained if the first cooling step is performed at a cooling temperature T2 that exceeds at least the martensitic transformation point Ms400 ° C and not higher than 450 ° C. In the state, dislocations can be introduced into the austenite structure of the surface layer.

4.再加熱工程(微細化工程)
再加熱工程では該転位が導入されたオーステナイト組織からなる鋼材の表層を鋼材の再結晶温度以上の昇温温度T3まで温度上昇させる(再加熱する)ことにより、転位を核として鋼材の表層のオーステナイト組織を微細化する(図1のS4参照)。
4). Reheating process (miniaturization process)
In the reheating step, the surface layer of the steel material having the austenite structure into which the dislocation has been introduced is raised to a temperature rise temperature T3 equal to or higher than the recrystallization temperature of the steel material (reheated), whereby the austenite of the steel material surface layer with the dislocation as a nucleus. A structure | tissue is refined | miniaturized (refer S4 of FIG. 1).

本実施形態では、図2に示すように、冷却室5で表層が一次冷却された鋼材Wを、受け冶具61とともに搬送エリア6に移動し、鋼材Wの自己復熱により鋼材の表層の昇温温度T3を上昇させる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the steel material W whose surface layer is primarily cooled in the cooling chamber 5 is moved together with the receiving jig 61 to the transfer area 6, and the temperature of the surface layer of the steel material is increased by self-reheating of the steel material W. The temperature T3 is increased.

具体的には、加熱炉2および浸炭炉3(すなわち浸炭処理工程)で鋼材Wの内部に入熱され、冷却室5で鋼材Wが冷却されたときに鋼材Wの内部に残存した熱を、鋼材Wの表層に伝達させ、鋼材Wの表層を加熱し、表層の温度を昇温温度T3まで上昇させる。   Specifically, the heat that is input into the steel material W in the heating furnace 2 and the carburizing furnace 3 (that is, the carburizing process), and the heat remaining in the steel material W when the steel material W is cooled in the cooling chamber 5, It is transmitted to the surface layer of the steel material W, the surface layer of the steel material W is heated, and the temperature of the surface layer is raised to the temperature increase temperature T3.

なお、図1に示す温度プロフィールとなるように、鋼材の表層を昇温温度T3まで再加熱することができるのであれば、例えば、図3に示すように、浸炭処理装置1Bに再加熱炉4をさらに設け、高周波誘導加熱コイル41を用いて鋼材Wを昇温温度T3まで再加熱してもよい。   If the surface layer of the steel material can be reheated to the temperature increase temperature T3 so that the temperature profile shown in FIG. 1 is obtained, for example, as shown in FIG. May be further provided, and the steel material W may be reheated to the temperature rise temperature T3 using the high frequency induction heating coil 41.

しかしながら、本実施形態では、図2に示すように、鋼材Wの自己復熱を利用してなりゆきのまま、転位を核として鋼材Wの表層のオーステナイト組織を微細化するので、図3に示すような再加熱炉4を新たに設ける必要がない。これにより、安価かつ迅速にオーステナイト組織を微細化することができる。   However, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the austenite structure of the surface layer of the steel material W is refined by using dislocations as the core material while making use of the self-recuperation of the steel material W. Therefore, as shown in FIG. It is not necessary to provide a new reheating furnace 4. Thereby, an austenite structure | tissue can be refined | miniaturized cheaply and rapidly.

また転位導入工程における鋼材Wの冷却から、微細化工程における鋼材の表層の温度上昇までを速やかに行うことができる。このため、オーステナイト組織(過冷オーステナイト)が、図7に示すような他の組織(フェライト組織およびパーライト組織(またはベイナイト組織))に変態する前に、迅速に鋼材の表層のオーステナイト組織を微細化することができる。なお、微細化工程を、便宜上「再加熱工程」と表現しているが、この「再加熱」とは、本明細書では、上述した自己復熱によりなりゆきのまま、鋼材の表層が昇温される場合も含む。   Moreover, from the cooling of the steel material W in the dislocation introduction process to the temperature increase of the surface layer of the steel material in the miniaturization process can be performed quickly. For this reason, before the austenite structure (supercooled austenite) is transformed into another structure (ferrite structure and pearlite structure (or bainite structure) as shown in FIG. 7, the austenite structure on the surface layer of the steel material is rapidly refined. can do. In addition, although the refinement process is expressed as a “reheating process” for the sake of convenience, this “reheating” means that the surface layer of the steel material is heated while remaining due to the above-described self-reheating in this specification. This includes cases where

ここで、鋼材にクロム鋼(たとえばJIS規格:SCr420)またはクロムモリブデン鋼(たとえばJIS規格:SCM420)を選択した場合、鋼材の表層の昇温速度は、50℃/秒以上であることが好ましい。この昇温速度よりも遅い場合には、鋼材内部の転位に伴う残留応力が解放してしまい、鋼材の表層のオーステナイト組織が転位を核として微細化しないことがある。また、昇温温度T3がA変態点を超えた950℃以上となる場合には、オーステナイト組織が粗大化してしまうことがある。 Here, when chromium steel (for example, JIS standard: SCr420) or chromium molybdenum steel (for example, JIS standard: SCM420) is selected as the steel material, the rate of temperature rise of the steel material is preferably 50 ° C./second or more. When it is slower than this rate of temperature rise, the residual stress accompanying dislocation inside the steel material is released, and the austenite structure of the surface layer of the steel material may not be refined with the dislocation as a nucleus. Further, when the heating temperature T3 is 950 ° C. or more beyond the A 3 transformation point is sometimes austenite structure will be coarse.

5.二次冷却工程(焼入れ工程)
二次冷却工程では、表層の組織が微細化された鋼材を冷却して、鋼材の組織をマルテンサイト組織に変態させる(図1のS5参照)。この工程は、鋼材の表層の焼入れを目的とした工程であり、所定の冷却速度でマルテンサイト変態点Ms以下に鋼材を冷却することにより、表層のオーステナイト組織をマルテンサイト組織に変態させることができる。
5). Secondary cooling process (quenching process)
In the secondary cooling step, the steel material with a refined surface layer structure is cooled to transform the steel material structure into a martensite structure (see S5 in FIG. 1). This process is a process aimed at quenching the surface layer of the steel material, and the austenite structure of the surface layer can be transformed into a martensite structure by cooling the steel material to a martensite transformation point Ms or less at a predetermined cooling rate. .

本実施形態では、図2に示すように、表層が再加熱されて微細化された鋼材Wを、受け冶具61とともに冷却室5に再度搬送する。冷却室5では、冷却ノズル51から放出された水Qにより、鋼材Wの表層温度がマルテンサイト変態点Ms以下となるように鋼材Wの表層を冷却する。   In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the steel material W whose surface layer is reheated and refined is transported to the cooling chamber 5 together with the receiving jig 61. In the cooling chamber 5, the water Q discharged from the cooling nozzle 51 cools the surface layer of the steel material W so that the surface temperature of the steel material W is equal to or lower than the martensite transformation point Ms.

このようにして、本実施形態では、鋼材の組織を浸炭処理工程でオーステナイト組織に変態させてから、オーステナイト組織を変態させずに維持して、鋼材の表層の浸炭および微細化を行った後に、マルテンサイト組織に変態させている。すなわち、これまでとは異なり、浸炭処理後の一次冷却時に、組織の微細化の核となる転位を導入すべく鋼材を冷却したとしても、オーステナイト組織は変態させず維持されているので、変態による鋼材へのひずみの発生を抑えることができる。このような一連の工程を経た鋼材によれば、浸炭処理された表層の組織を微細化することができるとともに、従来のものに比べて鋼材全体のひずみ量を低減することができる。   Thus, in this embodiment, after transforming the structure of the steel material to an austenite structure in the carburizing treatment step, maintaining the austenite structure without transformation, carburizing and refining the surface layer of the steel material, Transformed into a martensite organization. That is, unlike the past, even when the steel material is cooled to introduce dislocations that become the core of the refinement of the structure during the primary cooling after the carburizing treatment, the austenite structure is maintained without being transformed, Generation of strain to the steel material can be suppressed. According to the steel material that has undergone such a series of steps, the structure of the carburized surface layer can be refined, and the strain amount of the entire steel material can be reduced as compared with the conventional steel material.

以下に本発明を実施例により説明する。以下に示す実施例では、図2に示す浸炭処理装置を用いている。   Hereinafter, the present invention will be described by way of examples. In the example shown below, the carburizing apparatus shown in FIG. 2 is used.

[実施例1]
直径170.7mm、ピッチ7.5mm、オーバーボール径(OBD)171.7mmのクロム鋼(JIS規格:SCr420)からなる平歯車(鋼材)を準備した。なおクロム鋼の組織はフェライト組織およびパーライト組織からなる組織である。
[Example 1]
A spur gear (steel material) made of chromium steel (JIS standard: SCr420) having a diameter of 170.7 mm, a pitch of 7.5 mm, and an overball diameter (OBD) of 171.7 mm was prepared. The structure of chromium steel is a structure composed of a ferrite structure and a pearlite structure.

次に、表1に示す条件で浸炭処理を行った。加熱炉内を脱気して減圧雰囲気下にし、鋼材を加熱炉内に投入し、高周波誘導加熱コイルを用いて80秒間で、鋼材を1000℃まで加熱した。なお、鋼材のA変態点が900℃付近であることから、鋼材の組織は、加熱により、フェライト組織およびパーライト組織からマルテンサイト組織に変態している。 Next, carburizing treatment was performed under the conditions shown in Table 1. The inside of the heating furnace was evacuated to a reduced pressure atmosphere, the steel material was put into the heating furnace, and the steel material was heated to 1000 ° C. in 80 seconds using a high frequency induction heating coil. Incidentally, since the A 3 transformation point of the steel material is around 900 ° C., the steel material of the tissue by heating, it is transformed into martensite structure from ferrite structure and pearlite structure.

次に、浸炭処理炉に浸炭ガスとしてアセチレンガス20L/minを導入するとともに、鋼材の温度をヒータで1000℃に保持して、浸炭温度(T1)1000℃、圧力1100Paの条件で、浸炭時間115秒間、浸炭ガスを鋼材の表面に接触させてその表層に炭素を固溶させ、その後、浸炭ガスを用いず(浸炭ガスを排出した減圧雰囲気で)拡散時間280秒間、鋼材を浸炭温度T1で加熱して固溶した炭素を鋼材の表層に拡散させた(浸炭処理時間合計395秒間)。   Next, acetylene gas 20 L / min is introduced into the carburizing treatment furnace as the carburizing gas, the temperature of the steel material is maintained at 1000 ° C. with a heater, and the carburizing time 115 at a carburizing temperature (T1) of 1000 ° C. and a pressure of 1100 Pa. Carburizing gas is brought into contact with the surface of the steel material for 2 seconds so that carbon is dissolved in the surface layer, and then the steel material is heated at the carburizing temperature T1 for a diffusion time of 280 seconds without using the carburizing gas (in a reduced pressure atmosphere in which the carburizing gas is discharged). Then, the solid solution carbon was diffused in the surface layer of the steel material (carburization treatment time for a total of 395 seconds).

次に、浸炭処理後の鋼材を冷却室に搬送し、水を吹き付けることにより鋼材の表層(具体的には表面)を冷却速度200℃/秒、冷却温度(T2)450℃まで一次冷却した。なお、再結晶温度Trは490℃付近と推定され、一次冷却では再結晶温度以下まで冷却されていることになる。この一次冷却により鋼材の表層に転位を導入した。   Next, the steel material after the carburizing treatment was conveyed to a cooling chamber and sprayed with water, whereby the surface layer (specifically, the surface) of the steel material was primarily cooled to a cooling rate of 200 ° C./second and a cooling temperature (T2) of 450 ° C. Note that the recrystallization temperature Tr is estimated to be around 490 ° C., and in the primary cooling, it is cooled to the recrystallization temperature or lower. Dislocation was introduced into the surface layer of the steel material by this primary cooling.

次に、冷却室から鋼材を取り出して、鋼材の自己復熱により(なりゆきで)、鋼材の表層を再加熱し、鋼材の表層のオーステナイト組織を微細化した。これにより、鋼材の表層は、鋼材の内部の熱で、昇温速度100℃/秒、昇温温度(T3)900℃(再結晶温度Tr以上の温度)まで再加熱された。   Next, the steel material was taken out from the cooling chamber, and the surface layer of the steel material was reheated by self-reheating of the steel material (in the course of renewal) to refine the austenite structure of the surface layer of the steel material. Thereby, the surface layer of the steel material was reheated to a temperature increase rate of 100 ° C./second and a temperature increase temperature (T3) of 900 ° C. (a temperature equal to or higher than the recrystallization temperature Tr) by the heat inside the steel material.

再加熱後の鋼材を冷却室に再度搬送し、鋼材に水を吹き付けることにより冷却速度100℃/秒の条件で室温まで鋼材を二次冷却し、鋼材の焼入れを行った。これにより、鋼材の組織をマルテンサイト組に変態させた。   The steel material after reheating was conveyed again to the cooling chamber, and the steel material was secondarily cooled to room temperature at a cooling rate of 100 ° C./second by spraying water on the steel material, and the steel material was quenched. Thereby, the structure of the steel material was transformed into a martensite group.

[比較例1]
実施例1と同じように、鋼材を準備し、表1に示す条件で、この鋼材に浸炭焼入れを行った。実施例1と相違する点は、図6に示す温度プロフィールに類似した温度プロフィールとなるように、浸炭温度(Ta)1000℃で浸炭処理を行い、冷却速度200℃/秒で、水により室温(Tb)まで一次冷却して、オーステナイト組織をマルテンサイト組織に変態させた点である。その後、高周波加熱で昇温速度100℃/秒、昇温温度(Tc)900℃まで高周波で再加熱し、冷却速度100℃/秒で、水により室温まで二次冷却した。
[Comparative Example 1]
In the same manner as in Example 1, a steel material was prepared, and carburizing and quenching was performed on the steel material under the conditions shown in Table 1. The difference from Example 1 is that carburizing treatment is performed at a carburizing temperature (Ta) of 1000 ° C. so as to obtain a temperature profile similar to the temperature profile shown in FIG. The primary cooling to Tb) is to transform the austenite structure into a martensite structure. Then, it reheated by the high frequency to the temperature increase rate of 100 degree-C / sec and the temperature increase temperature (Tc) of 900 degreeC by the high frequency heating, and was secondary-cooled to room temperature with water at the cooling rate of 100 degree C / second.

[比較例2]
実施例1と同じ鋼材を準備し、表1に示す条件で、この鋼材に浸炭焼入れ方法を行った。実施例1と相違する点は、図7に示す温度プロフィールに類似した温度プロフィールとなるように、浸炭温度(TA)1000℃で浸炭処理を行い、冷却速度100℃/秒で水により冷却温度(TB)500℃まで一次冷却して、この温度(500℃)を7200秒間保持し、オーステナイト組織をベイナイト組織に変態させた点である。その後、再加熱は行わず(図7とは異なる(TCなし))、冷却速度100℃/秒で、水により室温まで二次冷却した。
[Comparative Example 2]
The same steel material as in Example 1 was prepared, and carburizing and quenching was performed on the steel material under the conditions shown in Table 1. The difference from Example 1 is that the carburizing process is performed at a carburizing temperature (TA) of 1000 ° C. so as to obtain a temperature profile similar to the temperature profile shown in FIG. TB) The primary cooling to 500 ° C. was maintained at this temperature (500 ° C.) for 7200 seconds to transform the austenite structure into a bainite structure. Thereafter, reheating was not performed (different from FIG. 7 (no TC)), and secondary cooling was performed to room temperature with water at a cooling rate of 100 ° C./sec.

[比較例3]
実施例1と同じ鋼材を準備し、表1に示す条件で、この鋼材に浸炭焼入れを行った。実施例1と相違する点は、図7に示す温度プロフィールに類似した温度プロフィールとなるように、浸炭温度(TA)1000℃で浸炭処理を行い、冷却速度50℃/秒で水により冷却温度(TB)650℃まで一次冷却して、この温度(650℃)を7200秒間保持し、オーステナイト組織をフェライト組織およびパーライト組織に変態させた点である。その後、再加熱は行わず(図7とは異なる(TCなし))、冷却速度100℃/秒で、水により室温まで二次冷却した。
[Comparative Example 3]
The same steel material as in Example 1 was prepared, and carburizing and quenching was performed on the steel material under the conditions shown in Table 1. The difference from Example 1 is that the carburizing process is performed at a carburizing temperature (TA) of 1000 ° C. so that a temperature profile similar to the temperature profile shown in FIG. TB) The primary cooling to 650 ° C. was maintained at this temperature (650 ° C.) for 7200 seconds to transform the austenite structure into a ferrite structure and a pearlite structure. Thereafter, reheating was not performed (different from FIG. 7 (no TC)), and secondary cooling was performed to room temperature with water at a cooling rate of 100 ° C./sec.

Figure 2016017212
Figure 2016017212

<ひずみ量の測定>
実施例1および比較例1〜3の鋼材(歯車)に対して、浸炭焼入れ実施前後のオーバーボール径(OBD)を測定し、この値から、浸炭焼入れの実施後のひずみ量を測定した。この結果を図4に示す。図4では、比較例1の鋼材のひずみ量を1としたときの、実施例1および比較例2、3の鋼材のひずみ量を示している。
<Measurement of strain>
For the steel materials (gears) of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3, the overball diameter (OBD) before and after carburizing and quenching was measured, and the strain after the carburizing and quenching was measured from this value. The result is shown in FIG. In FIG. 4, when the strain amount of the steel material of Comparative Example 1 is 1, the strain amounts of the steel materials of Example 1 and Comparative Examples 2 and 3 are shown.

(結果および考察)
図4に示すように、実施例1の鋼材のひずみ量は、比較例1〜3のものに比べて最も小さい値となった。また、比較例1の鋼材のひずみ量に対して、実施例1のものは、74%低減されていた。
(Results and Discussion)
As shown in FIG. 4, the strain amount of the steel material of Example 1 was the smallest value as compared with those of Comparative Examples 1 to 3. Moreover, the thing of Example 1 was reduced 74% with respect to the distortion amount of the steel material of the comparative example 1. FIG.

この結果から、実施例1の浸炭焼入れ方法では、鋼材をオーステナイト組織に変態させ、オーステナイト組織を維持しながら、鋼材の表層を浸炭処理しこれを微細化するので、鋼材に生じるひずみを低減することができたと考えられる。一方、比較例1の場合、一次冷却時にオーステナイト組織からマルテンサイト組織に変態する際に鋼材にひずみが発生し、この変態時のひずみが起因となって、実施例1よりも鋼材に生じるひずみ量が大きくなったと考えられる。同様に、比較例2の場合、一次冷却後に一定の温度TBに保持する際にオーステナイト組織がベイナイト組織に変態し、比較例3の場合、オーステナイト組織がフェライト組織およびパーライト組織に変態した際に、鋼材にひずみが発生し、この変態時のひずみが起因となって、実施例1よりも鋼材に生じるひずみ量が大きくなったと考えられる。   From this result, in the carburizing and quenching method of Example 1, the steel material is transformed into an austenite structure, and while maintaining the austenite structure, the surface layer of the steel material is carburized and refined, thereby reducing strain generated in the steel material. It is thought that was made. On the other hand, in the case of Comparative Example 1, strain is generated in the steel material when transformed from the austenite structure to the martensite structure during the primary cooling, and the strain amount generated in the steel material than in Example 1 due to the strain at the time of transformation. Seems to have grown. Similarly, in the case of Comparative Example 2, the austenite structure transformed into a bainite structure when maintained at a constant temperature TB after primary cooling, and in the case of Comparative Example 3, when the austenite structure transformed into a ferrite structure and a pearlite structure, It is considered that a strain occurred in the steel material, and the strain amount generated in the steel material was larger than that in Example 1 due to the strain at the time of transformation.

以下の実施例2〜8および比較例4〜8は、一次冷却後、自己復熱(なりゆき)で鋼材の表層を昇温したとき(再加熱時)に、鋼材の表層のオーステナイト組織が微細化されるに好適な条件を確認するための例である。   In the following Examples 2 to 8 and Comparative Examples 4 to 8, when the surface layer of the steel material was heated (self-recovery) after the primary cooling, the austenite structure of the surface layer of the steel material was fine. It is an example for confirming the conditions suitable for being converted into.

[実施例2]
実施例1と同じように鋼材の浸炭焼入れを行った。実施例1と相違する点は、直径18mm×長さ20mmの円柱状のクロム鋼(JIS規格:SCr420)からなる鋼材を準備した点と、表2に示す条件で浸炭焼入れを行った点であり、実施例1とは、浸炭処理工程の条件が異なる。
[Example 2]
As in Example 1, carburizing and quenching of steel was performed. The difference from Example 1 is that a steel material made of columnar chrome steel (JIS standard: SCr420) having a diameter of 18 mm and a length of 20 mm was prepared, and carburizing and quenching was performed under the conditions shown in Table 2. The conditions of the carburizing process differ from Example 1.

具体的には、実施例2の浸炭処理工程が、実施例1のものと相違する点は、浸炭温度(T1)950℃、圧力1100Paの条件で、浸炭時間198秒間、その後の炭素の拡散時間502秒間(浸炭時間合計700秒間)で、浸炭処理を行った点である。   Specifically, the carburizing process of Example 2 differs from that of Example 1 in that the carburizing temperature (T1) is 950 ° C. and the pressure is 1100 Pa, the carburizing time is 198 seconds, and the subsequent carbon diffusion time. The carburizing process was performed for 502 seconds (total carburizing time of 700 seconds).

したがって、これらの相違点から、鋼材の自己復熱(なりゆき)で鋼材の表層を再加熱した際の昇温速度および昇温温度(T3)も、表2に示すように実施例1のものとは異なる。   Therefore, from these differences, the rate of temperature increase and the temperature increase rate (T3) when the surface layer of the steel material is reheated by self-recuperation of the steel material (T3) are also those of Example 1 as shown in Table 2. Is different.

[実施例3〜8]
実施例2と同じように鋼材の浸炭焼入れ方法を行った。実施例3〜8が実施例2と相違する点は、表2に示す条件である。なお、この相違点により、鋼材の自己復熱(なりゆき)で鋼材の表層を再加熱した際の昇温速度および昇温温度(T3)も、表2に示すように実施例2のものとは異なる。
[Examples 3 to 8]
The carburizing and quenching method for steel was performed in the same manner as in Example 2. The points shown in Table 2 differ from Examples 3 to 8 in Example 2. Due to this difference, the rate of temperature rise and the temperature rise (T3) when the surface layer of the steel material is reheated by self-recuperation (steering) of the steel material are also different from those of Example 2 as shown in Table 2. Is different.

実施例3が、実施例2と相違する点は、浸炭温度(T1)1000℃の条件で、浸炭時間115秒間、その後の炭素の拡散時間280秒間(浸炭処理時間合計395秒間)で浸炭処理を行った点である。   Example 3 is different from Example 2 in that carburization is performed at a carburization temperature (T1) of 1000 ° C. for a carburization time of 115 seconds and a subsequent carbon diffusion time of 280 seconds (total carburization time of 395 seconds). It is the point that went.

実施例4が、実施例2と相違する点は、浸炭温度(T1)1000℃の条件で、浸炭時間115秒間、その後の炭素の拡散時間280秒間(浸炭処理時間合計395秒間)で浸炭処理を行った点と、水による一次冷却速度を100℃/秒にした点である。   The difference between Example 4 and Example 2 is that the carburizing process is performed at a carburizing temperature (T1) of 1000 ° C. for a carburizing time of 115 seconds and a subsequent carbon diffusion time of 280 seconds (total carburizing time of 395 seconds). It is the point which performed and the point which made the primary cooling rate with water 100 degree-C / sec.

実施例5が、実施例2と相違する点は、浸炭温度(T1)1100℃の条件で、浸炭時間115秒間、その後の炭素の拡散時間280秒間(浸炭処理時間合計395秒間)で浸炭処理を行った点である。   Example 5 differs from Example 2 in that the carburization temperature (T1) is 1100 ° C., and the carburization process is performed for 115 seconds, followed by a carbon diffusion time of 280 seconds (the total carburization time is 395 seconds). It is the point that went.

実施例6が、実施例2と相違する点は、浸炭温度(T1)1100℃の条件で、浸炭時間70秒間、その後の炭素の拡散時間142秒間(浸炭処理時間合計212秒間)で浸炭処理を行った点と、水による一次冷却速度を100℃/秒にした点である。   Example 6 differs from Example 2 in that the carburizing process is performed at a carburizing temperature (T1) of 1100 ° C. with a carburizing time of 70 seconds and a subsequent carbon diffusion time of 142 seconds (a total carburizing time of 212 seconds). It is the point which performed and the point which made the primary cooling rate with water 100 degree-C / sec.

実施例7が、実施例2と相違する点は、浸炭温度(T1)1200℃の条件で、浸炭時間137秒間、その後の炭素の拡散時間43秒間(浸炭処理時間合計180秒間)で浸炭処理を行った点である。   Example 7 differs from Example 2 in that the carburizing temperature (T1) is 1200 ° C., and the carburizing time is 137 seconds, and then the carbon diffusion time is 43 seconds (the carburizing time is 180 seconds in total). It is the point that went.

実施例8が、実施例2と相違する点は、浸炭温度(T1)1200℃の条件で、浸炭時間137秒間、その後の炭素の拡散時間43秒間(浸炭処理時間合計180秒間)で浸炭処理を行った点と、水による一次冷却速度を100℃/秒にした点である。   Example 8 differs from Example 2 in that the carburizing temperature (T1) is 1200 ° C., and the carburizing time is 137 seconds, and then the carbon diffusion time is 43 seconds (the carburizing time is 180 seconds in total). It is the point which performed and the point which made the primary cooling rate with water 100 degree-C / sec.

[比較例4〜8]
実施例2と同じように比較例4〜8に係る鋼材の浸炭焼入れを行った。比較例4〜8が実施例2と相違する点は、表2に示す条件である。
[Comparative Examples 4 to 8]
Similarly to Example 2, carburizing and quenching of steel materials according to Comparative Examples 4 to 8 was performed. The points shown in Table 2 are that Comparative Examples 4 to 8 differ from Example 2.

比較例4が、実施例2と相違する点は、水による一次冷却速度を100℃/秒にした点である。   Comparative Example 4 is different from Example 2 in that the primary cooling rate with water is set to 100 ° C./second.

比較例5が、実施例2と相違する点は、水による一次冷却速度を50℃/秒にした点である。   Comparative Example 5 is different from Example 2 in that the primary cooling rate with water is 50 ° C./second.

比較例6が、実施例2と相違する点は、浸炭温度(T1)1000℃の条件で、浸炭時間115秒間、その後の炭素の拡散時間280秒間(浸炭処理時間合計395秒間)で浸炭処理を行った点と、水による一次冷却速度を50℃/秒にした点である。   Comparative Example 6 is different from Example 2 in that the carburizing temperature (T1) is 1000 ° C., and the carburizing time is 115 seconds, and then the carbon diffusion time is 280 seconds (the carburizing time is 395 seconds in total). It is the point which performed and the point which made primary cooling rate with water 50 degrees C / second.

比較例7が、実施例2と相違する点は、浸炭温度(T1)1100℃の条件で、浸炭時間70秒間、その後の炭素の拡散時間142秒間(浸炭処理時間合計212秒間)で浸炭処理を行った点と、水による一次冷却速度を50℃/秒にした点である。   The comparative example 7 is different from the second embodiment in that the carburizing temperature (T1) is 1100 ° C., the carburizing time is 70 seconds, and the carbon diffusion time is 142 seconds (the carburizing time is 212 seconds in total). It is the point which performed and the point which made primary cooling rate with water 50 degrees C / second.

比較例8が、実施例2と相違する点は、浸炭温度(T1)1200℃の条件で、浸炭時間137秒間、その後の炭素の拡散時間43秒間(浸炭処理時間合計180秒間)で浸炭処理を行った点と、水による一次冷却速度を50℃/秒にした点である。   Comparative Example 8 differs from Example 2 in that the carburizing temperature (T1) is 1200 ° C., and the carburizing time is 137 seconds, and the carbon diffusion time is 43 seconds (the carburizing time is 180 seconds in total). It is the point which performed and the point which made primary cooling rate with water 50 degrees C / second.

実施例2〜8および比較例4〜8は、それぞれ浸炭温度、浸炭処理時間、および一次冷却速度の少なくとも1つが相違するので、鋼材の自己復熱(なりゆき)で鋼材の表層を再加熱した際の、鋼材の表層(具体的には表面)の昇温速度および昇温温度(T3)も、表2に示すように異なる。   Since Examples 2-8 and Comparative Examples 4-8 differ in at least one of the carburizing temperature, carburizing time, and primary cooling rate, the surface layer of the steel material was reheated by self-recuperation (steering) of the steel material. As shown in Table 2, the rate of temperature rise and the temperature rise (T3) of the surface layer (specifically, the surface) of the steel material are also different.

<結晶粒度の測定>
実施例2〜8および比較例4〜8に係る、二次冷却後の鋼材の結晶粒度を測定した。また、実施例2〜8および比較例4〜8の再加熱による微細化を確認すべく、実施例2〜8および比較例4〜8の浸炭処理後、一次冷却で室温まで急冷した鋼材を準備し、JIS G 0551に準拠して、この鋼材と、上述の二次冷却後の鋼材の結晶粒度を測定した。これらの鋼材の結晶粒度番号を表2に示す。さらに、実施例7および比較例7の鋼材の表層を含む断面を顕微鏡観察した。この結果を図5に示す。
<Measurement of crystal grain size>
The crystal grain sizes of the steel materials after secondary cooling according to Examples 2 to 8 and Comparative Examples 4 to 8 were measured. Moreover, in order to confirm the refinement | miniaturization by reheating of Examples 2-8 and Comparative Examples 4-8, the steel materials rapidly cooled to room temperature by primary cooling are prepared after the carburizing process of Examples 2-8 and Comparative Examples 4-8. And according to JIS G 0551, the crystal grain size of this steel material and the steel material after the above-mentioned secondary cooling was measured. Table 2 shows the crystal grain size numbers of these steel materials. Furthermore, the cross section including the surface layer of the steel materials of Example 7 and Comparative Example 7 was observed with a microscope. The result is shown in FIG.

Figure 2016017212
Figure 2016017212

(結果および考察)
実施例2〜8に係る鋼材は、比較例4〜8のものとは異なり、自己復熱により鋼材のオーステナイト組織が微細化され、二次冷却後のマルテンサイト組織も微細化されていた。
(Results and Discussion)
In the steel materials according to Examples 2 to 8, unlike those of Comparative Examples 4 to 8, the austenite structure of the steel material was refined by self-recuperation, and the martensite structure after secondary cooling was also refined.

比較例4に係る鋼材は、浸炭温度が950℃と低く、自己復熱により再結晶温度Tr(500℃)以上とならなかったことで、自己復熱により鋼材の表層の組織が微細化しなかったと考えられる。   The steel material according to Comparative Example 4 had a carburizing temperature as low as 950 ° C. and was not higher than the recrystallization temperature Tr (500 ° C.) due to self-recuperation, and the surface layer structure of the steel material was not refined by self-recuperation. Conceivable.

比較例5〜7に係る鋼材は、一次冷却速度が十分ではなかったため、鋼材のオーステナイト組織に微細化の起因となる転位が十分に導入できなかったことと、自己復熱により再結晶温度Tr(490℃)以上とならなかったことの2つの理由により、自己復熱により鋼材の表層の組織が微細化しなかったと考えられる。   In the steel materials according to Comparative Examples 5 to 7, since the primary cooling rate was not sufficient, the dislocation causing the refinement could not be sufficiently introduced into the austenite structure of the steel material, and the recrystallization temperature Tr ( It is considered that the structure of the surface layer of the steel material was not refined by self-recuperation for two reasons that the temperature was not higher than 490 ° C.).

また、比較例8に係る鋼材は、一次冷却速度が十分ではなかったため、鋼材のオーステナイト組織に微細化の起因となる転位が十分に導入できなかったことが起因して、たとえ自己復熱により再結晶温度(490℃)以上の昇温温度(495℃)となっても、微細化しなかったと考えられる。   In addition, the steel material according to Comparative Example 8 had a primary cooling rate that was not sufficient, so that dislocations that caused refinement could not be sufficiently introduced into the austenite structure of the steel material. Even if the temperature rises (495 ° C.) above the crystal temperature (490 ° C.), it is considered that the material has not been refined.

さらに、上述した実施例2〜8および比較例4〜8に係る鋼材の浸炭温度と一次冷却速度との条件に対して、鋼材が微細化されたか否かを、以下の表3にまとめた。この結果から、浸炭温度(T1)を1000℃以上とし、一次冷却速度を100℃/秒以上としたときに、自己復熱により鋼材のオーステナイト組織が確実に微細化すると考えられる。ただし、この条件を満たさない実施例2の場合でも、自己復熱により鋼材のオーステナイト組織が微細化していることから、浸炭温度(T1)1000℃以上、一次冷却速度100℃/秒以上の条件を満たさなくても、自己復熱により鋼材のオーステナイト組織が微細化することがある。   Further, Table 3 below summarizes whether or not the steel materials were refined with respect to the conditions of the carburizing temperature and the primary cooling rate of the steel materials according to Examples 2 to 8 and Comparative Examples 4 to 8 described above. From this result, it is considered that when the carburization temperature (T1) is set to 1000 ° C. or higher and the primary cooling rate is set to 100 ° C./second or higher, the austenite structure of the steel material is surely refined by self-recuperation. However, even in the case of Example 2 that does not satisfy this condition, since the austenite structure of the steel material is refined by self-recuperation, the carburizing temperature (T1) is 1000 ° C. or higher and the primary cooling rate is 100 ° C./second or higher. Even if not satisfied, the austenite structure of the steel may be refined by self-recuperation.

Figure 2016017212
Figure 2016017212

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。   Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs can be made without departing from the spirit of the present invention described in the claims. It can be changed.

1A、1B:浸炭処理装置、2:加熱炉、3:浸炭処理炉、4:再加熱炉、5:冷却室、6:搬送エリア、21:高周波誘導加熱コイル、31:ヒータ、41:高周波誘導加熱コイル、51:冷却ノズル、61受け冶具、Q:水、W:鋼材 1A, 1B: Carburizing apparatus, 2: Heating furnace, 3: Carburizing furnace, 4: Reheating furnace, 5: Cooling chamber, 6: Transfer area, 21: High frequency induction heating coil, 31: Heater, 41: High frequency induction Heating coil, 51: cooling nozzle, 61 receiving jig, Q: water, W: steel

Claims (3)

フェライト組織およびパーライト組織からなる鋼材を加熱して、該鋼材の組織をオーステナイト組織に変態させた後、該オーステナイト組織の鋼材の表層を浸炭ガスで浸炭処理する工程と、
該浸炭処理後、前記鋼材のオーステナイト組織を維持するように前記鋼材の表層を前記鋼材の再結晶温度未満の温度まで冷却することにより、前記鋼材の表層のオーステナイト組織に転位を導入する工程と、
該転位が導入されたオーステナイト組織からなる鋼材の表層を前記鋼材の再結晶温度以上の温度まで温度上昇させることにより、前記転位を核として前記鋼材の表層のオーステナイト組織を微細化する工程と、
該オーステナイト組織を微細化した鋼材を冷却して、前記鋼材のオーステナイト組織をマルテンサイト組織に変態させる焼入れ工程と、を少なくとも含むことを特徴とする鋼材の浸炭焼入れ方法。
Heating a steel material composed of a ferrite structure and a pearlite structure, transforming the structure of the steel material into an austenite structure, and then carburizing the surface layer of the steel material of the austenite structure with a carburizing gas; and
After the carburizing treatment, the step of introducing dislocations into the austenite structure of the surface of the steel material by cooling the surface layer of the steel material to a temperature lower than the recrystallization temperature of the steel material so as to maintain the austenite structure of the steel material;
A step of refining the austenite structure of the surface layer of the steel material with the dislocation as a core by raising the surface layer of the steel material composed of the austenite structure into which the dislocation has been introduced to a temperature equal to or higher than the recrystallization temperature of the steel material;
A steel carburizing and quenching method, comprising: a quenching step of cooling the steel material having a refined austenite structure to transform the austenite structure of the steel material into a martensite structure.
前記微細化する工程において、前記鋼材の表層の温度上昇を、前記鋼材の自己復熱により行うことを特徴とする請求項1に記載の鋼材の浸炭焼入れ方法。   The method for carburizing and quenching a steel material according to claim 1, wherein in the step of refining, the temperature of the surface layer of the steel material is increased by self-recuperation of the steel material. 前記浸炭処理する工程において、前記鋼材を1000℃以上に加熱し、
前記転位を導入する工程において、前記鋼材の表層を100℃/秒以上の冷却速度で冷却することを特徴とする請求項2に記載の鋼材の浸炭焼入れ方法。
In the carburizing step, the steel material is heated to 1000 ° C. or higher,
The method for carburizing and quenching a steel material according to claim 2, wherein in the step of introducing the dislocation, a surface layer of the steel material is cooled at a cooling rate of 100 ° C / second or more.
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