JP2018165403A - Steel for carburizing having excellent low cycle fatigue strength and machinability, and carburized component - Google Patents

Steel for carburizing having excellent low cycle fatigue strength and machinability, and carburized component Download PDF

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正樹 貝塚
Masaki Kaizuka
正樹 貝塚
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a steel for carburizing that has excellent machinability in cutting, and improves low cycle fatigue strength of an obtained component.SOLUTION: Steel for carburizing contains predetermined chemical components, satisfying the following (1) formula, with the balance being Fe and inevitable impurities. The number of MnS with an equivalent circle diameter of 1 μm or more is 80/mmor less, the number of MnS with an equivalent circle diameter of 5 μm or more is 1/mmor more, and the MnS with an equivalent circle diameter of 5 μm or more has an aspect ratio in average of 2 or more. [Mn]/[S]≥45 (1), where [Mn] and [S] denote the contents of Mn and S (mass%).SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、浸炭用鋼材、および、歯車、シャフト、軸受、CVTプーリー等の動力伝達部品の素材として有用な浸炭部品に関する。   The present invention relates to carburized steel materials and carburized parts useful as materials for power transmission parts such as gears, shafts, bearings, and CVT pulleys.

自動車などに使用される歯車、等速ジョイント部品、CVTプーリー等の動力伝達部品は、車両の急発進および急停止時などに衝撃的な荷重が加わり低サイクルにて破損することがある。また、近年では高出力化およびユニット小型化が指向され、上記部品には低サイクルの疲労に対する強度(以下、「低サイクル疲労強度」という)がより一層望まれている。   Power transmission parts such as gears, constant velocity joint parts, CVT pulleys and the like used in automobiles and the like may be damaged at a low cycle due to an impact load when the vehicle suddenly starts and stops. Further, in recent years, higher output and smaller units have been aimed at, and the above parts are further desired to have low cycle fatigue strength (hereinafter referred to as “low cycle fatigue strength”).

従来、JIS鋼(SCr、SCM)に浸炭焼入れ焼戻し処理を施し、表面部では硬さを確保し、芯部では靭性を確保することにより、高サイクル疲労には対処してきた。しかしながら、JIS鋼は必ずしも低サイクル疲労に優れた鋼材ではなく、近年厳しくなっている低サイクル疲労に対しては十分な強度が得られていない。   Conventionally, high cycle fatigue has been dealt with by subjecting JIS steel (SCr, SCM) to carburizing, quenching and tempering to ensure hardness at the surface and toughness at the core. However, JIS steel is not necessarily a steel material excellent in low cycle fatigue, and sufficient strength has not been obtained for low cycle fatigue which has become severe in recent years.

また、部品の成形には鍛造および/または切削加工が用いられる。切削加工では、製造コストの低減および生産性向上の観点から、切削時の被削性の向上、特に工具摩耗低減が望まれている。従来、被削性を改善するには、Pb、S等の被削性向上元素の添加が有効であることが知られている。   Further, forging and / or cutting is used for forming the part. In cutting, from the viewpoint of reducing manufacturing costs and improving productivity, it is desired to improve machinability during cutting, particularly to reduce tool wear. Conventionally, it is known that the addition of machinability improving elements such as Pb and S is effective for improving machinability.

しかし、Pbは環境負荷物質であるため、近年規制が厳しくなっており、鋼材へのPbの添加が制限されつつある。また、Sは、鋼中でMnSなどを形成して被削性を向上させるが、多量のS添加は、粒界に多数のMnSを分散させることとなり、低サイクル疲労強度を低下させる原因になりやすい。   However, since Pb is an environmentally hazardous substance, regulations are becoming stricter in recent years, and the addition of Pb to steel materials is being restricted. In addition, S forms MnS and the like in steel to improve machinability, but a large amount of S disperses a large amount of MnS at the grain boundary, causing a decrease in low cycle fatigue strength. Cheap.

このような状況の中、低サイクル疲労強度などの疲労特性を改善する種々の方法が従来から提案されている。   Under such circumstances, various methods for improving fatigue characteristics such as low cycle fatigue strength have been proposed.

例えば、特許文献1には、非金属介在物を微細分散させた、疲労特性に優れる肌焼鋼が開示されている。特許文献1では、REMを添加することにより、疲労蓄積源になり易く破壊起点となる、TiN、Al−O系介在物、Al−Ca−O系介在物、および、MnSを無害化し、疲労特性を向上させる。   For example, Patent Document 1 discloses a case-hardened steel in which nonmetallic inclusions are finely dispersed and have excellent fatigue characteristics. In Patent Document 1, by adding REM, TiN, Al—O-based inclusions, Al—Ca—O-based inclusions, and MnS, which easily become a fatigue accumulation source and become a starting point of fracture, are rendered harmless, and fatigue characteristics are obtained. To improve.

また、特許文献2には、スポーリング強度を低下させることなく、優れた低サイクル疲労強度を発揮させる高温浸炭用鋼製部品が開示されている。特許文献2では、表面から0.05mm深さまでの平均C濃度を0.50%以上とし、且つMnSおよびTiNの大きさおよび個数密度が、部品各部位でのビッカース硬さとの関係で所定式を満足するように制御する。これにより、スポーリング強度および低サイクル疲労強度を向上させる。   Patent Document 2 discloses a steel part for high-temperature carburizing that exhibits excellent low cycle fatigue strength without reducing spalling strength. In Patent Document 2, the average C concentration from the surface to a depth of 0.05 mm is set to 0.50% or more, and the size and number density of MnS and TiN are in accordance with the Vickers hardness at each part of the component. Control to be satisfied. Thereby, spalling strength and low cycle fatigue strength are improved.

また、特許文献3には、低サイクル曲げ疲労強度に優れる浸炭鋼部品が開示されている。特許文献3では、表面の硬さおよび心部の硬さを制御することにより、低サイクル曲げ疲労強度を向上させる。   Patent Document 3 discloses a carburized steel part that is excellent in low cycle bending fatigue strength. In Patent Document 3, low cycle bending fatigue strength is improved by controlling the hardness of the surface and the hardness of the core.

また、特許文献4には、転動疲労特性に優れる肌焼鋼が開示されている。特許文献4では、Nbを添加し、微細なNb炭窒化物を分散させることで母相を強化し、転動疲労特性を向上させている。   Patent Document 4 discloses a case-hardened steel having excellent rolling fatigue characteristics. In Patent Document 4, Nb is added and fine Nb carbonitride is dispersed to reinforce the parent phase and improve rolling fatigue characteristics.

特表2014−061784号公報Special table 2014-061784 gazette 特開2015−193929号公報JP2015-193929A 特開2010−285689号公報JP 2010-285689 A 特開2014−189895号公報JP 2014-189895 A

しかしながら、特許文献1では、疲労試験を超音波疲労試験により行っており、部品の低サイクル疲労強度が十分でない場合がある。
また、特許文献2のように、MnSおよびTiNの大きさおよび個数密度が、部品各部位でのビッカース硬さとの関係で所定式を満足するように制御しているだけでは、部品の低サイクル疲労強度の向上が不十分である場合がある。
また、特許文献3では、表面の硬さおよび心部の硬さを制御しているのみであり、部品の低サイクル疲労強度の向上が不十分である場合がある。
また、特許文献4では、転動疲労について検討を行っており、部品の低サイクル疲労については十分でない場合がある。
また、特許文献1〜4では、鋼材の被削性については何ら検討されていない。
However, in Patent Document 1, the fatigue test is performed by an ultrasonic fatigue test, and the low cycle fatigue strength of the part may not be sufficient.
Further, as in Patent Document 2, if the size and number density of MnS and TiN are controlled so as to satisfy the predetermined formula in relation to the Vickers hardness at each part of the component, low cycle fatigue of the component is achieved. The strength improvement may be insufficient.
Moreover, in patent document 3, only the hardness of the surface and the hardness of a core part are controlled, and the improvement of the low cycle fatigue strength of components may be inadequate.
In Patent Document 4, rolling fatigue is studied, and low cycle fatigue of parts may not be sufficient.
In Patent Documents 1 to 4, no consideration is given to the machinability of the steel material.

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、切削時に優れた被削性を有すると共に、得られた部品の低サイクル疲労強度を向上させる浸炭用鋼材を提供する。   This invention is made | formed in view of such a condition, The objective provides the carburizing steel material which improves the low cycle fatigue strength of the obtained components while having the outstanding machinability at the time of cutting.

本発明の態様1は、
C :0.15〜0.30質量%、
Si:0.15質量%以下(0質量%を含む)、
Mn:1.30〜2.00質量%、
P :0.020質量%以下(0質量%を含む)、
S :0.005〜0.030質量%、
Cr:0.90〜1.30質量%、
Mo:0.10質量%以下(0質量%を含む)、
Al:0.01〜0.05質量%、
Ti:0.010質量%以下(0質量%を含む)、および
N :0.0090〜0.0250質量%を含有し、
下記(1)式を満たし、
残部がFeおよび不可避不純物からなり、
円相当径が1μm以上であるMnSの個数が80個/mm以下、円相当径が5μm以上のMnSの個数が1個/mm以上であり、かつ当該円相当径が5μm以上のMnSのアスペクト比の平均が2以上である、浸炭用鋼材である。
[Mn]/[S]≧45・・・(1)
ただし、[Mn]および[S]は、それぞれMnおよびSの含有量(質量%)を示す。
Aspect 1 of the present invention
C: 0.15-0.30 mass%,
Si: 0.15 mass% or less (including 0 mass%),
Mn: 1.30 to 2.00% by mass,
P: 0.020% by mass or less (including 0% by mass),
S: 0.005-0.030 mass%,
Cr: 0.90 to 1.30% by mass,
Mo: 0.10 mass% or less (including 0 mass%),
Al: 0.01 to 0.05% by mass,
Ti: 0.010% by mass or less (including 0% by mass), and N: 0.0090 to 0.0250% by mass,
Satisfying the following formula (1)
The balance consists of Fe and inevitable impurities,
The number of MnS having an equivalent circle diameter of 1 μm or more is 80 / mm 2 or less, the number of MnS having an equivalent circle diameter of 5 μm or more is 1 / mm 2 or more, and the equivalent circle diameter is 5 μm or more. It is a carburizing steel material having an average aspect ratio of 2 or more.
[Mn] / [S] ≧ 45 (1)
However, [Mn] and [S] indicate the contents (mass%) of Mn and S, respectively.

本発明の態様2は、
Cu:0.2質量%以下、
Ni:0.2質量%以下、および
B:0.0005〜0.005質量%
のうち少なくとも1種以上を更に含有する、態様1に記載の浸炭用鋼材である。
Aspect 2 of the present invention
Cu: 0.2 mass% or less,
Ni: 0.2 mass% or less, and B: 0.0005-0.005 mass%
It is the steel material for carburizing of aspect 1 which further contains at least 1 or more types.

本発明の態様3は、
Nb:0.1質量%以下、
V:0.1質量%以下、および
Hf:0.1質量%以下
のうち少なくとも1種以上を更に含有する、態様1または2に記載の浸炭用鋼材である。
Aspect 3 of the present invention
Nb: 0.1% by mass or less,
The steel material for carburizing according to aspect 1 or 2, further containing at least one of V: 0.1% by mass or less and Hf: 0.1% by mass or less.

本発明の態様4は、
Ca:0.005質量%以下、
Mg:0.005質量%以下、
Zr:0.005質量%以下、および
Te:0.1質量%以下
のうち少なくとも1種以上を更に含有する、態様1〜3のいずれかに記載の浸炭用鋼材である。
Aspect 4 of the present invention
Ca: 0.005 mass% or less,
Mg: 0.005 mass% or less,
It is steel for carburizing in any one of aspects 1-3 which further contains at least 1 sort (s) among Zr: 0.005 mass% or less and Te: 0.1 mass% or less.

本発明の態様5は、
Pb:0.1質量%以下、
Bi:0.1質量%以下、および
Sb:0.1質量%以下
のうち少なくとも1種以上を更に含有する、態様1〜4のいずれかに記載の浸炭用鋼材である。
Aspect 5 of the present invention
Pb: 0.1% by mass or less,
It is steel for carburizing in any one of aspects 1-4 which further contains at least 1 sort (s) among Bi: 0.1 mass% or less, and Sb: 0.1 mass% or less.

本発明の態様6は、
芯部硬さが323〜500HVであり、表面から0.3mm深さまでの残留オーステナイト平均量が20〜50体積%である、態様1〜5のいずれかに記載の鋼成分からなる浸炭部品である。
Aspect 6 of the present invention
It is a carburized part which consists of a steel component in any one of aspects 1-5 whose core part hardness is 323-500HV, and the average amount of retained austenite from the surface to 0.3mm depth is 20-50 volume%. .

本発明によれば、切削時に優れた被削性を有すると共に、得られた部品の低サイクル疲労強度を向上させることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while having the machinability outstanding at the time of cutting, the low cycle fatigue strength of the obtained components can be improved.

4点曲げ試験の試験片を示す図The figure which shows the test piece of 4 point bending test 4点曲げ試験の外観を示す図Diagram showing the appearance of a 4-point bending test 逃げ面工具摩耗量を説明するための図Diagram for explaining flank tool wear 芯部硬さ測定を説明するための図Diagram for explaining core hardness measurement

本発明者らは鋭意検討した結果、浸炭用鋼材を切削するときの被削性のうち、特に工具摩耗(切削工具の摩耗)を向上させるためには、鋼中のMnSの形態および個数密度、および鋼材の化学成分を制御すればよいことを見いだした。また、浸炭部品の低サイクル疲労強度を向上させるためには、表面部の残留オーステナイト量、鋼中のMnSの形態および個数密度、および芯部硬さを制御すればよいことを見いだした。このように、MnSの形態および個数密度は、浸炭用鋼材の被削性および得られる浸炭部品の低サイクル疲労強度の両方に影響を及ぼす因子であることを見出した。以下、具体的に説明する。   As a result of intensive studies, the present inventors have determined that, among the machinability when cutting carburized steel, in particular to improve tool wear (cutting tool wear), the form and number density of MnS in the steel, And found that the chemical composition of the steel material should be controlled. Further, it has been found that in order to improve the low cycle fatigue strength of carburized parts, the amount of retained austenite in the surface portion, the form and number density of MnS in the steel, and the core hardness should be controlled. Thus, it has been found that the form and number density of MnS are factors that affect both the machinability of the carburizing steel and the low cycle fatigue strength of the resulting carburized parts. This will be specifically described below.

・浸炭用鋼材
まず、浸炭用鋼材についての概要を説明する。MnSは、浸炭用鋼材の切削時に応力集中源となり、また潤滑作用をはたすため、工具摩耗の抑制に寄与する。本発明では、MnSの形態として、粗大かつアスペクト比が大きいものが、工具摩耗抑制に寄与し、所定の量(個数)を確保する必要があることを見いだした。また、粗大かつアスペクト比の大きなMnSを所定量形成させるためには、詳細は後述するように、Mn量とS量のバランスを適正化し、鍛圧比及び圧延加熱温度を最適化する必要があることを見いだした。
-Carburizing steel materials First, an outline of carburizing steel materials will be described. MnS serves as a stress concentration source during the cutting of the carburizing steel material, and contributes to the suppression of tool wear because it provides a lubricating action. In the present invention, it has been found that a coarse and large aspect ratio of MnS contributes to the suppression of tool wear, and it is necessary to ensure a predetermined amount (number). In addition, in order to form a predetermined amount of coarse MnS having a large aspect ratio, it is necessary to optimize the balance between the amount of Mn and the amount of S and optimize the forging pressure ratio and the rolling heating temperature, as will be described in detail later. I found.

また、Tiを添加した場合、TiN生成に伴い、工具摩耗が増大するため、Ti量を低減させる必要があることを見いだした。   Moreover, when Ti was added, tool wear increased with TiN generation, and it was found that the amount of Ti needs to be reduced.

また、工具摩耗を抑制するためには、フェライト強化元素(C、Mn、Cr、Si、Mo)を可能な限り抑制する必要があることを見いだした。   Moreover, in order to suppress tool wear, it discovered that it was necessary to suppress a ferrite reinforcement | strengthening element (C, Mn, Cr, Si, Mo) as much as possible.

・浸炭部品
次に、浸炭部品についての概要を説明する。部品表面部(表面から0.3mm深さまでの領域)に多量の残留オーステナイトを導入することで、低サイクル疲労強度が向上することを見いだした。浸炭焼入れ時の油温がMf点以上の場合、マルテンサイト変態しきれなかったオーステナイトが残留オーステナイトとして存在する。残留オーステナイトは不安定なため、応力が加わると硬質なマルテンサイトに誘起変態し、同時に体積膨張する。これにより、き裂の発生開口を抑制することができると考えられる。
また、残留オーステナイト量の制御因子はMn量およびCr量であり、特にMn量の影響が大きいことを見いだした。
-Carburized parts Next, an outline of carburized parts will be described. It has been found that the low cycle fatigue strength is improved by introducing a large amount of retained austenite into the part surface (region from the surface to a depth of 0.3 mm). When the oil temperature at the time of carburizing and quenching is equal to or higher than the Mf point, austenite that has not been fully martensitic transformed exists as retained austenite. Since retained austenite is unstable, when stress is applied, it induces transformation into hard martensite and simultaneously expands in volume. Thereby, it is thought that the crack opening can be suppressed.
Moreover, the control factor of the amount of retained austenite was the amount of Mn and the amount of Cr, and it was found that the influence of the amount of Mn was particularly large.

また、低サイクル荷重域では、亀裂が発生した後、亀裂伝播を抑制するため、粒界の靭性向上が強度向上の重要な因子となる。MnSは粒界に偏析しやすいため、所定の大きさ以上のMnSが多数存在する場合、粒界の靭性が低下し、き裂伝播速度が増大して低サイクル疲労強度が低下することを見いだした。MnSの個数を少なくするためには、MnS量を減少させるか、粗大なMnSを形成する必要がある。粗大なMnSを形成するためには、詳細は後述するように、Mn量とS量のバランスを適正化し、凝固速度、鍛圧比および分塊圧延前加熱温度を最適化する必要があることを見いだした。   Further, in a low cycle load region, after cracks are generated, crack propagation is suppressed, so that the improvement in toughness at grain boundaries is an important factor for improving the strength. Since MnS tends to segregate at the grain boundaries, it has been found that when there are a large number of MnS larger than a predetermined size, the toughness of the grain boundaries decreases, the crack propagation rate increases, and the low cycle fatigue strength decreases. . In order to reduce the number of MnS, it is necessary to reduce the amount of MnS or to form coarse MnS. In order to form coarse MnS, as will be described in detail later, it has been found that it is necessary to optimize the balance between the amount of Mn and the amount of S, and to optimize the solidification rate, the forging pressure ratio, and the heating temperature before the block rolling. It was.

また、低サイクル荷重域では高負荷により浸炭部品自体が塑性変形する可能性がある。塑性変形すると製品が動力を効率的に伝達することができなくなると同時に早期破損するため強度は低下する。一方、浸炭部品の芯部硬さが高いほど塑性変形しにくくなるが、高すぎると靭性が低下する。靭性が低下すると、き裂伝播速度が増大し低サイクル疲労強度は低下するため、浸炭部品の芯部硬さには、低サイクル疲労強度を向上させる最適値が存在することを見いだした。   Further, in a low cycle load region, the carburized component itself may be plastically deformed by a high load. If plastic deformation occurs, the product will not be able to transmit power efficiently, and at the same time, it will break early and the strength will decrease. On the other hand, the higher the core hardness of the carburized component is, the more difficult it is to deform plastically, but if it is too high, the toughness is reduced. When the toughness is lowered, the crack propagation rate is increased and the low cycle fatigue strength is lowered. Therefore, it has been found that there is an optimum value for improving the low cycle fatigue strength in the core hardness of the carburized part.

1.鋼組織
以下に本発明の浸炭用鋼材および浸炭部品の鋼組織の詳細を説明する。
以下の鋼組織の説明では、そのような組織を有することにより各種の特性を向上できるメカニズムについて説明している場合がある。これらは本発明者らが現時点で得られている知見により考えたメカニズムであるが、本発明の技術的範囲を限定するものではないことに留意されたい。
また、以下の説明において、例えば「20〜50%」の記載は、「20%以上、50%以下」を意味する。
1. Steel structure Details of the steel structure of the carburizing steel and carburized parts of the present invention will be described below.
In the following description of the steel structure, a mechanism that can improve various properties by having such a structure may be described. It should be noted that these are the mechanisms considered by the present inventors based on the knowledge obtained at the present time, but do not limit the technical scope of the present invention.
In the following description, for example, “20 to 50%” means “20% or more and 50% or less”.

(円相当径が1μm以上であるMnSの個数が80個/mm以下)
浸炭用鋼材中に円相当径が1μm以上であるMnSが多数存在する場合は、得られる浸炭部品において、粒界の靭性が低下し、き裂伝播速度が増大して、低サイクル疲労強度が低下する。そのため、浸炭用鋼材中の円相当径が1μm以上であるMnSの個数を80個/mm以下、好ましくは65個/mm以下、より好ましくは50個/mm以下とする。下限については、特に限定しないが、通常、10個/mmである。
なお、浸炭用鋼材中の円相当径が1μm未満であるMnSは、得られる浸炭部品における低サイクル疲労強度に及ぼす影響が小さいため、本発明では、円相当径が1μm以上であるMnSに着目している。
(The number of MnS with an equivalent circle diameter of 1 μm or more is 80 / mm 2 or less)
When a large number of MnS with an equivalent circle diameter of 1 μm or more exists in the carburized steel, the toughness of the grain boundaries in the resulting carburized parts decreases, the crack propagation rate increases, and the low cycle fatigue strength decreases. To do. Therefore, the number of MnS having an equivalent circle diameter of 1 μm or more in the carburizing steel is 80 pieces / mm 2 or less, preferably 65 pieces / mm 2 or less, more preferably 50 pieces / mm 2 or less. Although it does not specifically limit about a minimum, Usually, it is 10 piece / mm < 2 >.
Note that MnS having an equivalent circle diameter of less than 1 μm in the carburized steel material has a small effect on low cycle fatigue strength in the obtained carburized parts. Therefore, in the present invention, attention is paid to MnS having an equivalent circle diameter of 1 μm or more. ing.

(円相当径が5μm以上のMnSの個数が1個/mm以上、かつ当該円相当径が5μm以上のMnSのアスペクト比の平均が2以上)
浸炭用鋼材中のMnSは切削時に応力集中源となり、また潤滑作用をはたすため、切削時の工具の摩耗抑制に寄与する。円相当径が大きく、アスペクト比が大きいほどこのような作用を得やすく、また数が多いほど効果が得られる。そのため、浸炭用鋼材中の円相当径が5μm以上のMnSにおいて、アスペクト比の平均を2以上、個数を1個/mm以上にする必要がある。好ましくは、アスペクト比の平均を2.5以上、個数を5個/mm以上とする。上限については、特に限定しないが、円相当径、アスペクト比の平均が大きすぎた場合、得られる浸炭部品において低サイクル疲労強度が低下する可能性があるため、アスペクト比の平均は15以下、個数は20個/mm以下である。
なお、円相当径が5μm以上のMnSのアスペクト比の平均は、円相当径が5μm以上であるMnSのそれぞれのアスペクト比を合算して、合算値を、合算に用いた円相当径5μm以上のMnSの個数で割った値を意味する。
(The number of MnS having an equivalent circle diameter of 5 μm or more is 1 / mm 2 or more, and the average aspect ratio of MnS having an equivalent circle diameter of 5 μm or more is 2 or more.)
MnS in the carburizing steel material becomes a stress concentration source at the time of cutting and contributes to the suppression of wear of the tool at the time of cutting because it exerts a lubricating action. The larger the equivalent circle diameter and the larger the aspect ratio, the easier it is to obtain this effect, and the larger the number, the more effective. For this reason, in MnS having an equivalent circle diameter of 5 μm or more in the carburizing steel material, the average aspect ratio must be 2 or more and the number must be 1 / mm 2 or more. Preferably, the average aspect ratio is 2.5 or more and the number is 5 / mm 2 or more. The upper limit is not particularly limited, but if the average equivalent circle diameter and average aspect ratio are too large, the low cycle fatigue strength of the obtained carburized parts may be lowered, so the average aspect ratio is 15 or less. Is 20 pieces / mm 2 or less.
The average aspect ratio of MnS having an equivalent circle diameter of 5 μm or more is the sum of the aspect ratios of MnS having an equivalent circle diameter of 5 μm or more, and the total value is 5 μm or more of the equivalent circle diameter used for the addition. It means the value divided by the number of MnS.

(芯部硬さ:323〜500HV)
浸炭部品の芯部硬さは高負荷時の塑性変形および疲労き裂の伝播に影響し得る。浸炭部品の芯部硬さが低すぎると、塑性変形するため、低サイクル疲労強度が低下し得る。一方、浸炭部品の芯部硬さが高すぎると、芯部の靭性が低下し疲労き裂の伝播が促進されて低サイクル疲労強度が低下し得るので、芯部硬さは好ましくは323〜500HVとする。芯部硬さの上限は、より好ましくは480HV、更により好ましくは460HVである。また、芯部硬さの下限は、より好ましくは360HV、更により好ましくは370HVである。
(Core hardness: 323-500HV)
The core hardness of carburized parts can affect the plastic deformation and fatigue crack propagation under high load. If the core hardness of the carburized component is too low, plastic deformation occurs, so that low cycle fatigue strength can be reduced. On the other hand, if the core hardness of the carburized part is too high, the toughness of the core decreases and the propagation of fatigue cracks is promoted, and the low cycle fatigue strength can decrease, so the core hardness is preferably 323 to 500 HV. And The upper limit of the core hardness is more preferably 480 HV, and even more preferably 460 HV. Further, the lower limit of the core hardness is more preferably 360 HV, and even more preferably 370 HV.

(表面から0.3mm深さまでの残留オーステナイト平均量:20〜50体積%)
浸炭部品の表面から0.3mm深さまでの残留オーステナイト平均量は、低サイクル疲労強度を向上させるうえで特に重要である。製品表面の残留オーステナイトは、応力負荷時にマルテンサイトに誘起変態し、局所的に体積膨張するため、初期き裂発生時の開口が抑制されることで低サイクル疲労強度が向上し得る。ただし、残留オーステナイトが多すぎると、表面が軟化して初期き裂が早期に発生するため強度向上が望めない虞がある。一方、残留オーステナイトが少なすぎても誘起変態による初期き裂抑制の十分な効果が得られない虞がある。そのため、表面から0.3mm深さまでの残留オーステナイト平均量を好ましくは20〜50体積%とする。表面から0.3mm深さまでの残留オーステナイト平均量の上限は、より好ましくは45体積%である。表面から0.3mm深さまでの残留オーステナイト量の下限は、より好ましくは25体積%、更により好ましくは30体積%である。
(Average amount of retained austenite from the surface to a depth of 0.3 mm: 20 to 50% by volume)
The average amount of retained austenite from the surface of the carburized part to a depth of 0.3 mm is particularly important in improving the low cycle fatigue strength. Residual austenite on the surface of the product is induced and transformed into martensite when stress is applied, and locally expands. Therefore, the low cycle fatigue strength can be improved by suppressing the opening of the initial crack. However, if there is too much retained austenite, the surface is softened and an initial crack is generated at an early stage, so there is a possibility that strength cannot be expected. On the other hand, even if there is too little retained austenite, there is a possibility that a sufficient effect of suppressing initial cracks by induced transformation cannot be obtained. Therefore, the average amount of retained austenite from the surface to a depth of 0.3 mm is preferably 20 to 50% by volume. The upper limit of the average amount of retained austenite from the surface to a depth of 0.3 mm is more preferably 45% by volume. The lower limit of the amount of retained austenite from the surface to a depth of 0.3 mm is more preferably 25% by volume, and even more preferably 30% by volume.

2.化学成分組成
以下に本発明に係る浸炭用鋼材および浸炭部品の化学成分組成について説明する。まず、基本となる元素、C、Si、Mn、S、Cr、Mo、Al、Ti、NおよびPについて説明し、さらに選択的に添加してよい元素について説明する。
2. Chemical Component Composition The chemical component composition of the carburizing steel and carburized parts according to the present invention will be described below. First, basic elements C, Si, Mn, S, Cr, Mo, Al, Ti, N, and P will be described, and elements that may be selectively added will be described.

(C:0.15〜0.30質量%)
Cは、最終製品の芯部硬さを確保するために添加する。ただし、過剰に添加されると芯部硬さが高くなりすぎて靭性が低下し、却って低サイクル疲労強度が低下する。また、浸炭前の硬さ増加に伴い、被削性のうち特に工具摩耗が増大することとなるため、C量は0.30質量%以下とする。一方、0.15質量%未満では芯部硬さが確保できないため、C量は0.15質量%以上とする。C量の上限は、好ましくは0.28質量%、より好ましくは0.25質量%である。また、C量の下限は、好ましくは0.18質量%、より好ましくは0.20質量%である。
(C: 0.15-0.30 mass%)
C is added to ensure the core hardness of the final product. However, if it is added excessively, the core hardness becomes too high and the toughness is lowered, while the low cycle fatigue strength is lowered. In addition, with the increase in hardness before carburizing, tool wear increases particularly in the machinability, so the C content is set to 0.30% by mass or less. On the other hand, if the amount is less than 0.15% by mass, the core hardness cannot be secured, so the C content is 0.15% by mass or more. The upper limit of the C amount is preferably 0.28% by mass, and more preferably 0.25% by mass. Moreover, the lower limit of the C amount is preferably 0.18% by mass, more preferably 0.20% by mass.

(Si:0.15質量%以下(0質量%を含む))
Siは、フェライトに固溶強化して、被削性のうち特に工具摩耗を増大させるため、なるべく低減することが望ましい。そのため、Si量の上限を0.15質量%とした。Si量の上限は、好ましくは0.12質量%、より好ましくは0.10質量%である。ただし、さらなる低減には製造コストの増加が伴うため、Si量の下限は好ましくは0.02質量%、より好ましくは0.04質量%である。
なお、本発明では、Si量は従来のJIS鋼(SCr、SCM)と比較して少量にしている。
(Si: 0.15 mass% or less (including 0 mass%))
It is desirable to reduce Si as much as possible because it strengthens the solid solution in ferrite and increases tool wear, particularly in machinability. Therefore, the upper limit of the Si amount is set to 0.15% by mass. The upper limit of the Si amount is preferably 0.12% by mass, more preferably 0.10% by mass. However, since further reduction is accompanied by an increase in production cost, the lower limit of the Si amount is preferably 0.02% by mass, more preferably 0.04% by mass.
In the present invention, the amount of Si is made smaller than that of conventional JIS steel (SCr, SCM).

(Mn:1.30〜2.00質量%)
Mnは、本発明において、重要な元素である。鋼材の焼入れ性を高めて最終製品の芯部硬さを確保するとともに、鋼材のMs点を下げ浸炭後の残留オーステナイト形成に重要な役割を果たす。さらに、MnSの晶出温度を上げるため、粗大なMnSを形成させ易くする。そのため、Mn量は1.30質量%以上とする。ただし、Mnの過剰添加は、浸炭前の硬さ増加に伴い、被削性のうち特に工具摩耗が増大するとともに、浸炭後の残留オーステナイト量が過剰となり低サイクル疲労強度が低下する。そのため、Mn量は、2.00質量%以下とする。Mn量の上限は、好ましくは1.90質量%、より好ましくは1.80質量%である。また、Mn量の下限は、好ましくは1.40質量%、より好ましくは1.50質量%である。
なお、本発明では、Mn量は従来のJIS鋼(SCr、SCM)と比較して多めにしている。
(Mn: 1.30 to 2.00% by mass)
Mn is an important element in the present invention. While enhancing the hardenability of the steel material to ensure the core hardness of the final product, it plays an important role in the formation of retained austenite after carburizing by lowering the Ms point of the steel material. Furthermore, in order to raise the crystallization temperature of MnS, it makes it easy to form coarse MnS. Therefore, the amount of Mn is 1.30% by mass or more. However, the excessive addition of Mn increases the hardness before carburizing, and in particular, the tool wear increases in the machinability, and the amount of retained austenite after carburizing becomes excessive and the low cycle fatigue strength decreases. Therefore, the amount of Mn shall be 2.00 mass% or less. The upper limit of the amount of Mn is preferably 1.90% by mass, more preferably 1.80% by mass. Moreover, the lower limit of the amount of Mn is preferably 1.40% by mass, more preferably 1.50% by mass.
In the present invention, the amount of Mn is larger than that of conventional JIS steel (SCr, SCM).

(S:0.005〜0.030質量%)
Sは、Mnと結合してMnS介在物となり、被削性のうち特に工具摩耗の向上に寄与するが、過剰添加されると低サイクル疲労強度を低下させる元素である。工具摩耗を向上させる粗大かつアスペクト比の大きいMnSを得るために、S量を0.005質量%以上とする必要である。一方、S量が増加すると、MnS個数が増加して低サイクル疲労強度が低下するため、S量は0.030質量%以下とした。S量の上限は、好ましくは0.025質量%、より好ましくは0.022質量%である。また、S量の下限は、好ましくは0.020質量%、より好ましくは0.013質量%である。
なお、本発明では、Sは好ましくは意図的に添加する元素であるが、不純物レベルで混入したSを用いてもよい。
(S: 0.005-0.030 mass%)
S combines with Mn to form MnS inclusions, and contributes particularly to improvement of tool wear among machinability, but is an element that lowers low cycle fatigue strength when added in excess. In order to obtain coarse and large aspect ratio MnS that improves tool wear, the amount of S needs to be 0.005 mass% or more. On the other hand, when the amount of S increases, the number of MnS increases and the low cycle fatigue strength decreases, so the amount of S is set to 0.030% by mass or less. The upper limit of the amount of S is preferably 0.025% by mass, more preferably 0.022% by mass. Further, the lower limit of the amount of S is preferably 0.020% by mass, more preferably 0.013% by mass.
In the present invention, S is preferably an element added intentionally, but S mixed at an impurity level may be used.

(Cr:0.90〜1.30質量%)
Crは、鋼材の焼入性を高めて最終製品の芯部硬さを確保するとともに残留オーステナイト量を調整するのに有効な元素であるため添加する。ただし、過剰な添加は浸炭前の硬さが増加して、被削性のうち特に工具摩耗が増大するため、Cr量の上限は1.30質量%とする。一方、少なすぎると芯部硬さおよび残留オーステナイトが十分に得られないため、Cr量の下限は0.90質量%とする。Cr量の上限は、好ましくは1.15質量%、より好ましくは1.10質量%である。また、Cr量の下限は、好ましくは0.95質量%、より好ましくは1.00質量%である。
(Cr: 0.90 to 1.30% by mass)
Cr is added because it is an effective element for improving the hardenability of the steel material and ensuring the core hardness of the final product and adjusting the amount of retained austenite. However, excessive addition increases the hardness before carburizing, and in particular, increases the tool wear among the machinability, so the upper limit of the Cr amount is 1.30% by mass. On the other hand, if the amount is too small, the core hardness and retained austenite cannot be obtained sufficiently, so the lower limit of the Cr content is 0.90 mass%. The upper limit of the Cr amount is preferably 1.15% by mass, more preferably 1.10% by mass. Further, the lower limit of the Cr amount is preferably 0.95% by mass, and more preferably 1.00% by mass.

(Mo:0.10質量%以下(0質量%を含む))
Moは過冷組織を形成し易く、また、フェライトに固溶強化して、被削性のうち特に工具摩耗を増大させるため、なるべく低減することが望ましい。そのため、Mo量の上限は0.10質量%とした。Mo量の上限は好ましくは0.05質量%、より好ましくは0.03質量%である。一方、Moのさらなる低減には製造コストの増加が伴うため、Mo量は、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.02質量%以上である。
なお、本発明では、Mo量は従来のJIS鋼(SCM)と比較して少量にしている。
(Mo: 0.10% by mass or less (including 0% by mass))
Mo tends to form a supercooled structure, and is strengthened by solid solution in ferrite to increase tool wear, and therefore it is desirable to reduce it as much as possible. Therefore, the upper limit of the Mo amount is set to 0.10% by mass. The upper limit of the amount of Mo is preferably 0.05% by mass, more preferably 0.03% by mass. On the other hand, since further reduction of Mo involves an increase in production cost, the amount of Mo is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.02% by mass or more.
In the present invention, the Mo amount is set to a small amount as compared with the conventional JIS steel (SCM).

(Al:0.01〜0.05質量%)
Alは、鋼材中のNと結合してAlNを生成し、浸炭時の結晶粒粗大化(GG)を抑制する。しかしながら、Alを過剰に添加すると、Alが生成し、加工性を低下させるため、Al量は0.05質量%以下とした。一方、Al量が少なすぎると、AlNが形成されず浸炭時に結晶粒粗大化が発生するため、Al量は0.01質量%以上とする。Al量の上限は、好ましくは0.04質量%、より好ましくは0.035質量%である。また、Al量の下限は、好ましくは0.02質量%、より好ましくは0.025質量%である。
(Al: 0.01-0.05 mass%)
Al couple | bonds with N in steel materials, produces | generates AlN, and suppresses the grain coarsening (GG) at the time of carburizing. However, when Al is added excessively, Al 2 O 3 is generated and the workability is lowered. Therefore, the Al amount is set to 0.05% by mass or less. On the other hand, if the Al content is too small, AlN is not formed and crystal grain coarsening occurs during carburizing, so the Al content is 0.01% by mass or more. The upper limit of the amount of Al is preferably 0.04% by mass, more preferably 0.035% by mass. Moreover, the lower limit of the amount of Al is preferably 0.02% by mass, and more preferably 0.025% by mass.

(Ti:0.010質量%以下(0質量%を含む))
Tiは、鋼材中のNと結合してTiNを形成し、工具摩耗を増大させる作用があるため、できるだけ低減させることが望ましい。そのため、Ti量の上限は、0.010質量%とした。Ti量の上限は、好ましくは0.008質量%、より好ましくは0.005質量%である。ただし、Ti量のさらなる低減には製造コストの増加が伴うため、Ti量の下限は、好ましくは0.001質量%、より好ましくは0.002質量%である。
(Ti: 0.010% by mass or less (including 0% by mass))
Ti combines with N in the steel material to form TiN and has the effect of increasing tool wear, so it is desirable to reduce it as much as possible. Therefore, the upper limit of the Ti amount is set to 0.010% by mass. The upper limit of the Ti amount is preferably 0.008% by mass, more preferably 0.005% by mass. However, since further reduction of the Ti amount is accompanied by an increase in production cost, the lower limit of the Ti amount is preferably 0.001% by mass, more preferably 0.002% by mass.

(N:0.0090〜0.0250質量%)
Nは、鋼材中のAlおよびNbと結合して微細な炭窒化物を形成し、浸炭時の結晶粒粗大化を抑制する。しかしながら、Nが過剰に含有されると製造時に割れおよび/または疵が発生しやすくなるため、N量は0.0250質量%以下とする。一方、N量が少なすぎてもAlNが形成されず浸炭時にGGが発生し、低サイクル疲労強度が低下するため、N量は0.0090質量%以上とする。N量の上限は、好ましくは0.0230質量%、より好ましくは0.0200質量%である。また、N量の下限は、好ましくは0.00110質量%、より好ましくは0.00120質量%である。
(N: 0.0090-0.0250 mass%)
N combines with Al and Nb in the steel material to form fine carbonitrides, and suppresses grain coarsening during carburizing. However, if N is contained excessively, cracks and / or flaws are likely to occur during production, so the N content is 0.0250% by mass or less. On the other hand, even if the amount of N is too small, AlN is not formed, GG is generated during carburizing, and the low cycle fatigue strength is lowered. Therefore, the amount of N is set to 0.0090% by mass or more. The upper limit of the N amount is preferably 0.0230% by mass, more preferably 0.0200% by mass. Moreover, the lower limit of the N amount is preferably 0.00110% by mass, more preferably 0.00120% by mass.

(P:0.020質量%以下(0質量%を含まない))
Pは、結晶粒界に偏析して低サイクル疲労強度を低下させるため、なるべく低減させることが望ましく、P量は0.020質量%以下とする。P量は、好ましくは0.018質量%以下、より好ましくは0.015質量%以下である。一方で、Pは、鋼中に不可避的に含まれる元素であり、純度を高めるほど製造コストが増加するため、P量は、好ましくは0.001質量%以上、より好ましくは0.005質量%以上である。
(P: 0.020 mass% or less (excluding 0 mass%))
P is segregated at the grain boundaries to lower the low cycle fatigue strength, so it is desirable to reduce it as much as possible, and the P content is 0.020 mass% or less. The amount of P is preferably 0.018% by mass or less, more preferably 0.015% by mass or less. On the other hand, P is an element inevitably contained in steel, and the production cost increases as the purity is increased. Therefore, the amount of P is preferably 0.001% by mass or more, more preferably 0.005% by mass. That's it.

([Mn]/[S]≧45・・・(1)
ただし、[Mn]および[S]は、それぞれMnおよびSの含有量(質量%)を示す)
[Mn]/[S]の比率が高いほど、高温からMnSが晶出することとなり、粗大なMnSが得やすく、浸炭用鋼材において、被削性のうち特に工具摩耗が向上する。そのため、[Mn]/[S]≧45とした。好ましくは[Mn]/[S]≧60、より好ましくは[Mn]/[S]≧80である。上限については、特に限定しないが、通常400である。
([Mn] / [S] ≧ 45 (1)
However, [Mn] and [S] indicate the contents (mass%) of Mn and S, respectively)
As the ratio of [Mn] / [S] increases, MnS crystallizes from a high temperature, and coarse MnS is easily obtained. In carburizing steel, particularly tool wear is improved among machinability. Therefore, [Mn] / [S] ≧ 45 is set. [Mn] / [S] ≧ 60 is preferable, and [Mn] / [S] ≧ 80 is more preferable. The upper limit is not particularly limited, but is usually 400.

(残部)
好ましい1つの実施形態では、残部は、鉄および不可避不純物である。不可避不純物としては、原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる微量元素(例えば、As、Sb、Snなど)の混入が許容される。なお、例えば、Pのように、通常、含有量が少ないほど好ましく、従って不可避不純物であるが、その組成範囲について上記のように別途規定している元素がある。このため、本明細書において、残部を構成する「不可避不純物」という場合は、別途その組成範囲が規定されている元素を除いた概念である。
(Remainder)
In one preferred embodiment, the balance is iron and inevitable impurities. As inevitable impurities, mixing of trace elements (for example, As, Sb, Sn, etc.) brought in depending on the situation of raw materials, materials, manufacturing equipment, etc. is allowed. In addition, for example, like P, it is usually preferable that the content is small. Therefore, although it is an unavoidable impurity, there is an element that separately defines the composition range as described above. For this reason, in this specification, the term “inevitable impurities” constituting the balance is a concept that excludes elements whose composition ranges are separately defined.

しかし、この実施形態に限定されるものではない。本発明の浸炭用鋼材および浸炭部品の特性を維持できる限り、その他の元素を更に含んでよい。そのように選択的に含有させることができるその他の元素を以下に例示する。   However, it is not limited to this embodiment. Other elements may further be included as long as the characteristics of the carburizing steel and carburized parts of the present invention can be maintained. Other elements that can be selectively contained as described above are exemplified below.

(B:0.0005〜0.005質量%、Cu:0.2質量%以下およびNi:0.2質量%以下のうち少なくとも1種以上)
B、CuおよびNiは浸炭用鋼材の焼入性を向上させるとともに浸炭部品の靭性を向上させるため添加してもよい。ただし、過剰な添加は浸炭用鋼材のコスト上昇、および、圧延時もしくは焼鈍時に過冷組織を形成させ、被削性のうち特に工具摩耗を増大させる。そのため、Bを添加する場合、B量は0.0005質量%以上、0.005質量%以下とする。B量の上限は、好ましくは0.0045質量%、より好ましくは0.0040質量%である。また、B量の下限は、好ましくは0.0010質量%、より好ましくは0.0015質量%である。また、Cuを添加する場合、Cu量は0.2質量%以下とする。Cu量の上限は、好ましくは0.18質量%、より好ましくは0.15質量%である。また、Cu量の下限は、特に限定されないが、好ましくは0.01質量%、より好ましくは0.02質量%である。また、Niを添加する場合、Ni量は0.2質量%以下とする。Ni量の上限は、好ましくは0.18質量%、より好ましくは0.15質量%である。また、Ni量の下限は、特に限定されないが、好ましくは0.01質量%、より好ましくは0.02質量%である。
(B: 0.0005-0.005 mass%, Cu: 0.2 mass% or less and Ni: at least one or more of 0.2 mass% or less)
B, Cu, and Ni may be added to improve the hardenability of the carburizing steel and improve the toughness of the carburized component. However, excessive addition increases the cost of the carburizing steel, and forms a supercooled structure during rolling or annealing, and increases tool wear, particularly among machinability. Therefore, when adding B, the amount of B shall be 0.0005 mass% or more and 0.005 mass% or less. The upper limit of the amount of B is preferably 0.0045% by mass, more preferably 0.0040% by mass. Moreover, the lower limit of the B amount is preferably 0.0010% by mass, more preferably 0.0015% by mass. Moreover, when adding Cu, the amount of Cu shall be 0.2 mass% or less. The upper limit of the amount of Cu is preferably 0.18% by mass, more preferably 0.15% by mass. The lower limit of the amount of Cu is not particularly limited, but is preferably 0.01% by mass, more preferably 0.02% by mass. Moreover, when adding Ni, the amount of Ni shall be 0.2 mass% or less. The upper limit of the amount of Ni is preferably 0.18% by mass, more preferably 0.15% by mass. Further, the lower limit of the amount of Ni is not particularly limited, but is preferably 0.01% by mass, more preferably 0.02% by mass.

(Nb:0.1質量%以下、V:0.1質量%以下およびHf:0.1質量%以下のうち少なくとも1種以上)
Nb、VおよびHfは結晶粒粗大化の抑制効果を高めるため添加してもよい。ただし、過剰に添加してもその効果は飽和し浸炭用鋼材のコストが上昇するため、Nb、VおよびHfを添加する場合、Nb量、V量およびHf量は、それぞれ0.1質量%以下とする。Nb量、V量およびHf量は、それぞれ好ましくは0.075質量%以下、より好ましくは0.05質量%以下である。Nb量、V量およびHf量の下限値は、特に限定されないが、それぞれ好ましくは0.01質量%、より好ましくは0.02質量%である。
(Nb: 0.1 mass% or less, V: 0.1 mass% or less, and Hf: at least one of 0.1 mass% or less)
Nb, V and Hf may be added in order to increase the effect of suppressing the coarsening of crystal grains. However, even if added excessively, the effect is saturated and the cost of carburizing steel increases, so when adding Nb, V and Hf, the Nb content, V content and Hf content are each 0.1% by mass or less. And The Nb amount, the V amount, and the Hf amount are each preferably 0.075% by mass or less, more preferably 0.05% by mass or less. The lower limit values of the Nb amount, the V amount, and the Hf amount are not particularly limited, but are each preferably 0.01% by mass, and more preferably 0.02% by mass.

(Ca:0.005質量%以下、Mg:0.005質量%以下、Zr:0.005質量%以下およびTe:0.1質量%以下のうち少なくとも1種以上)
Ca、Mg、ZrおよびTeは、酸化物のアスペクト比を低減させ、浸炭部品の靭性を向上させるため添加してもよい。しかしながら、Ca、Mg、ZrおよびTeを過剰に添加すると粗大な酸化物が介在して低サイクル疲労強度を低下させる。そのため、Ca,MgおよびZrのいずれかを添加する場合には、それぞれ0.005質量%以下とし、好ましくは0.004質量%以下、より好ましくは0.003質量%以下である。また、Ca量、Mg量およびZr量の下限は、特に限定されないが、好ましくは0.001質量%、より好ましくは0.002質量%である。Teを添加する場合には、0.1質量%以下とし、好ましくは0.09質量%以下、より好ましくは0.08質量%以下である。また、Te量の下限は、特に限定されないが、好ましくは0.01質量%、より好ましくは0.02質量%である。
(Ca: 0.005 mass% or less, Mg: 0.005 mass% or less, Zr: 0.005 mass% or less, and Te: at least one of 0.1 mass% or less)
Ca, Mg, Zr and Te may be added to reduce the aspect ratio of the oxide and improve the toughness of the carburized component. However, when Ca, Mg, Zr and Te are added excessively, coarse oxides intervene to lower the low cycle fatigue strength. Therefore, when adding any of Ca, Mg, and Zr, it is 0.005 mass% or less, preferably 0.004 mass% or less, more preferably 0.003 mass% or less. Moreover, the lower limit of the amount of Ca, Mg and Zr is not particularly limited, but is preferably 0.001% by mass, more preferably 0.002% by mass. When adding Te, it is 0.1 mass% or less, Preferably it is 0.09 mass% or less, More preferably, it is 0.08 mass% or less. Moreover, the lower limit of the amount of Te is not particularly limited, but is preferably 0.01% by mass, and more preferably 0.02% by mass.

(Pb:0.1質量%以下、Bi:0.1質量%以下およびSb:0.1質量%以下のうち少なくとも1種以上)
Pb、BiおよびSbは被削性のうち特に工具摩耗を向上させる元素であり添加してもよい。ただし、Pb、BiおよびSbを過剰に添加すると低サイクル疲労強度の低下を招くため、Pb、BiおよびSbの少なくとも1種以上を添加する場合、それぞれ0.1質量%以下とする。Pb量、Bi量およびSb量は、それぞれ好ましくは0.05質量%以下、より好ましくは0.03質量%以下である。また、Pb量、Bi量およびSb量の下限値は、特に限定されないが、それぞれ好ましくは0.01質量%、より好ましくは0.02質量%である。
(Pb: 0.1% by mass or less, Bi: 0.1% by mass or less, and Sb: 0.1% by mass or less)
Pb, Bi, and Sb are elements that improve tool wear, among the machinability, and may be added. However, when Pb, Bi and Sb are added excessively, the low cycle fatigue strength is lowered. Therefore, when at least one of Pb, Bi and Sb is added, the content is 0.1% by mass or less. The Pb amount, Bi amount, and Sb amount are each preferably 0.05% by mass or less, and more preferably 0.03% by mass or less. Further, the lower limit values of the Pb amount, Bi amount, and Sb amount are not particularly limited, but are each preferably 0.01% by mass, and more preferably 0.02% by mass.

3.製造方法
次に本発明に係る浸炭用鋼材および浸炭部品の製造方法について説明する。
本発明者らは、溶鋼を凝固させるときの凝固速度を従来よりも遅くして、分塊圧延前のソーキング加熱温度および保持時間、熱間加工時の圧延加熱温度、ならびに、鋳片から所定の大きさに圧延または鍛造するときの鍛圧比を以下のように制御することによって、粗大なMnSを含む本発明の浸炭用鋼材および浸炭部品を得られることを見いだしのである。
つまり、溶鋼を凝固させて得られる鋳片の段階で粗大なMnSを形成し、その後の工程を経ても、当該粗大なMnSが微細化しないように制御することによって、粗大なMnSを含む本発明の浸炭用鋼材および浸炭部品を得られることを見いだしのである。
以下では、まず本発明の浸炭用鋼材の製造方法について詳細に説明し、さらに浸炭部品の製造方法について詳細に説明する。
3. Manufacturing method Next, the manufacturing method of the carburizing steel materials and carburized parts according to the present invention will be described.
The present inventors have made the solidification rate when solidifying molten steel slower than before, soaking heating temperature and holding time before mass rolling, rolling heating temperature during hot working, and predetermined slab from the slab It has been found that the carburizing steel material and carburized parts of the present invention containing coarse MnS can be obtained by controlling the forging pressure ratio when rolling or forging into a size as follows.
That is, the present invention includes coarse MnS by forming coarse MnS at the stage of a slab obtained by solidifying molten steel, and controlling the coarse MnS so as not to be refined even after the subsequent steps. It is found that carburizing steel materials and carburized parts can be obtained.
Below, the manufacturing method of the steel material for carburizing of this invention is demonstrated in detail first, and also the manufacturing method of carburized components is demonstrated in detail.

・浸炭用鋼材の製造方法
(凝固速度:0.5℃/秒以下)
まず、上記化学成分組成を有する鋼塊を溶製し、鋳片を作製する(連鋳)。MnSは溶鋼内に晶出し、溶鋼を凝固させるときの冷却速度が遅いほど粗大になる。そのため、凝固速度を0.5℃/秒以下とする。凝固速度は、好ましくは0.45℃/秒以下、より好ましくは0.40℃/秒以下である。凝固速度の下限については、特に設けないが、凝固速度が遅すぎる場合、製造性が著しく低下するため、通常、0.005℃/秒である。
なお、上記凝固速度は、溶鋼の表面部で測定される凝固開始温度から600℃までの冷却速度のことを意味する。
・ Production method of carburizing steel (solidification rate: 0.5 ℃ / sec or less)
First, a steel ingot having the above chemical composition is melted to produce a slab (continuous casting). MnS crystallizes in the molten steel and becomes coarser as the cooling rate when the molten steel is solidified is slower. Therefore, the solidification rate is set to 0.5 ° C./second or less. The solidification rate is preferably 0.45 ° C./second or less, more preferably 0.40 ° C./second or less. The lower limit of the coagulation rate is not particularly provided, but if the coagulation rate is too slow, the productivity is remarkably lowered, and is usually 0.005 ° C./sec.
In addition, the said solidification rate means the cooling rate from the solidification start temperature measured at the surface part of molten steel to 600 degreeC.

(ソーキング加熱温度:1260℃以下、保持時間:1時間以下)
続いて、得られた鋳片に対して分塊圧延を行う。分塊圧延前のソーキング(均熱処理)加熱温度が高く、また保持時間が長い場合、晶出したMnSの一部が固溶し、後の冷却工程で析出するため、MnSは微細化する。そのため、加熱温度の上限を1260℃にする必要がある。加熱温度は、好ましくは1250℃以下、より好ましくは1240℃以下である。ただし、加熱温度が低すぎると、分塊圧延時の荷重増加により、製造性が低下するため、下限温度は1100℃が好ましく、より好ましくは1150℃である。また、保持時間は、1時間を超えると、ビレット内部まで加熱され、MnSが固溶し、粗大なMnS(5μm以上)が得られない。そのため、保持時間は1時間以下とする。保持時間は、好ましくは、30分以下、より好ましくは20分以下である。
(Soaking heating temperature: 1260 ° C or less, holding time: 1 hour or less)
Subsequently, partial rolling is performed on the obtained slab. When the soaking (soaking) heating temperature before the block rolling is high and the holding time is long, a part of the crystallized MnS is dissolved and precipitated in the subsequent cooling step, so that the MnS is refined. Therefore, the upper limit of the heating temperature needs to be 1260 ° C. The heating temperature is preferably 1250 ° C. or lower, more preferably 1240 ° C. or lower. However, if the heating temperature is too low, the manufacturability decreases due to an increase in load during the block rolling, so the lower limit temperature is preferably 1100 ° C, more preferably 1150 ° C. Moreover, when holding time exceeds 1 hour, it will heat to the inside of a billet, MnS will dissolve, and coarse MnS (5 micrometers or more) will not be obtained. Therefore, the holding time is 1 hour or less. The holding time is preferably 30 minutes or less, more preferably 20 minutes or less.

(圧延加熱温度:900℃〜1100℃)
続いて、分塊圧延後の鋼片は、再加熱して熱間加工(例えば、棒鋼圧延などの熱間圧延)することによって本発明の浸炭用鋼材が得られる。再加熱時の圧延加熱温度が高いほど、MnSが伸展し、アスペクト比が増加する。そのため、圧延加熱温度は900℃〜1100℃とする。圧延加熱温度の上限は、好ましくは1050℃、より好ましくは1030℃である。圧延加熱温度の下限は、好ましくは950℃、より好ましくは970℃である。
(Rolling heating temperature: 900 ° C to 1100 ° C)
Subsequently, the steel pieces for carburization according to the present invention are obtained by reheating and hot-working the steel pieces after the block rolling (for example, hot rolling such as bar rolling). The higher the rolling heating temperature during reheating, the more MnS extends and the aspect ratio increases. Therefore, rolling heating temperature shall be 900 to 1100 degreeC. The upper limit of the rolling heating temperature is preferably 1050 ° C, more preferably 1030 ° C. The lower limit of the rolling heating temperature is preferably 950 ° C, more preferably 970 ° C.

(鍛圧比:5〜200)
なお、前述したように、鋳片から所定の径に圧延または鍛造するとき、最終径が太いほど、すなわち鍛圧比が小さいほど、MnSは微細化しにくく、粗大化することとなる。ただし、鍛圧比が小さすぎる場合、圧延中のMnSが十分、伸展せず、必要なアスペクト比が得られない。そのため、鍛圧比は、5〜200とする。鍛圧比の上限は、好ましくは150、より好ましくは40である。また、鍛圧比の下限は、好ましくは7、より好ましくは20である。
なお、本発明では、鍛圧比は、「鋳片の鋳造方向に垂直な断面積/圧延または鍛造終了後の圧延材若しくは鍛造材の加工方向に垂直な断面積」を意味する。
(Forging ratio: 5 to 200)
As described above, when rolling or forging from a slab to a predetermined diameter, the larger the final diameter, that is, the smaller the forging pressure ratio, the harder the MnS becomes and the larger it becomes. However, if the forging ratio is too small, MnS during rolling does not sufficiently extend, and the required aspect ratio cannot be obtained. Therefore, the forging pressure ratio is set to 5 to 200. The upper limit of the forging pressure ratio is preferably 150, more preferably 40. Further, the lower limit of the forging pressure ratio is preferably 7, more preferably 20.
In the present invention, the forging pressure ratio means “cross-sectional area perpendicular to the casting direction of the slab / cross-sectional area perpendicular to the processing direction of the rolled material or forged material after rolling or forging”.

・浸炭部品の製造方法
本発明の浸炭部品は、上記浸炭用鋼材を、常法に従って切削および鍛造よりなる群から選ばれる1種以上の方法で加工して中間品とし、この中間品を、浸炭焼入れ焼戻しまたは浸炭窒化焼入れ焼戻しすることにより製造できる。なお、本明細書では、浸炭焼入れ焼戻しおよび浸炭窒化焼入れ焼戻しを単に浸炭処理ということがある。
-Manufacturing method of carburized parts The carburized parts of the present invention are obtained by processing the carburized steel material by one or more methods selected from the group consisting of cutting and forging according to a conventional method to obtain an intermediate product. It can be produced by quenching and tempering or carbonitriding and quenching and tempering. In the present specification, carburizing quenching and tempering and carbonitriding quenching and tempering may be simply referred to as carburizing treatment.

上記鋼材は、中間品に加工する前に、必要に応じて常法に従って焼鈍処理を施してもよい。また、上記中間品は、浸炭処理する前に、必要に応じて常法に従って焼準処理を施してもよい。   The steel material may be annealed according to a conventional method as necessary before being processed into an intermediate product. Further, the intermediate product may be subjected to a normalizing treatment according to a conventional method as needed before carburizing treatment.

浸炭ガスとしては、例えば、変成ガスとプロパンガスの混合ガスを用いればよい。   As the carburizing gas, for example, a mixed gas of metamorphic gas and propane gas may be used.

浸炭焼入れは、例えば、表面から0.05mm深さまでの平均C濃度が0.60〜0.90質量%、有効硬化層深さECD(Effective Case. Depth)が0.4〜1.5mmとなるように、雰囲気中のカーボンポテンシャルCPを0.60〜0.9に調整し、800〜1000℃にて1〜3時間保持し、その後800〜900℃にて0.3〜2時間保持した直後に焼入れすればよい。   Carburizing and quenching, for example, has an average C concentration of 0.60 to 0.90 mass% from the surface to a depth of 0.05 mm, and an effective hardened layer depth ECD (Effective Case. Depth) of 0.4 to 1.5 mm. As described above, the carbon potential CP in the atmosphere was adjusted to 0.60 to 0.9, held at 800 to 1000 ° C. for 1 to 3 hours, and then held at 800 to 900 ° C. for 0.3 to 2 hours. You can quench it.

浸炭焼入れ後は、150〜200℃にて0.5〜3時間保持した後に放冷し、焼戻し処理を行えばよい。   After carburizing and quenching, it may be kept at 150 to 200 ° C. for 0.5 to 3 hours and then allowed to cool and tempered.

また、浸炭処理後には、必要に応じて常法に従って研磨、潤滑被膜処理、またはショットピーニング処理などを施してもよい。   Further, after the carburizing treatment, polishing, lubricating coating treatment, shot peening treatment, or the like may be performed according to a conventional method as necessary.

以上に説明した本発明の実施形態に係る浸炭用鋼材および浸炭部品の製造方法に接した当業者であれば、試行錯誤により、上述した製造方法と異なる製造方法により本発明に係る浸炭用鋼材および浸炭部品を得ることができる可能性がある。   If it is those skilled in the art who contacted the manufacturing method of the carburizing steel materials and carburized parts which concern on embodiment of this invention demonstrated above, the steel materials for carburizing which concern on this invention by the manufacturing method different from the manufacturing method mentioned above by trial and error, and There is a possibility that carburized parts can be obtained.

1.サンプル作製
表1に示す化学成分組成を有する鋼塊を転炉および小型溶解炉にて、表2に示す凝固速度0.08℃/秒〜0.8℃/秒で溶製した。得られた鋳片を加熱炉にて1200℃〜1300℃および保持時間0.5時間〜1.5時間でソーキングを行った後、分塊圧延を実施した。さらに、850℃〜1050℃で熱間圧延を実施し、所定の径φ25〜90mmに熱間圧延して浸炭用鋼材を得た。なお、表2には、各試料の鍛圧比も示した。
なお、試料No.1は、ベースとなる従来のJIS鋼(SCM420H)を模したサンプルである。
1. Sample Production Steel ingots having the chemical composition shown in Table 1 were melted in a converter and a small melting furnace at a solidification rate of 0.08 ° C./second to 0.8 ° C./second shown in Table 2. The obtained slab was soaked in a heating furnace at 1200 ° C. to 1300 ° C. and a holding time of 0.5 to 1.5 hours, and then subjected to block rolling. Furthermore, hot rolling was performed at 850 ° C. to 1050 ° C., and hot rolling was performed to a predetermined diameter of φ25 to 90 mm to obtain a carburized steel material. Table 2 also shows the forging pressure ratio of each sample.
Sample No. Reference numeral 1 is a sample simulating a conventional JIS steel (SCM420H) as a base.

浸炭用鋼材を所定形状に加工した後、ガス浸炭炉(浸炭ガス:RXガス+プロパンガス)にて浸炭焼入れ処理を行った。表面から0.05mm深さまでの平均C濃度が0.6質量%〜0.9質量%、有効硬化層深さECD(Effective Case. Depth)が0.4mm〜1.5mmとなるように、雰囲気中のカーボンポテンシャルCPを0.6〜0.9の範囲で、920℃にて2時間保持し、その後870℃にて0.5時間保持した直後に焼入れた。さらに160℃にて2時間保持した後に放冷し、焼戻し処理を行った。   After the carburizing steel was processed into a predetermined shape, carburizing and quenching was performed in a gas carburizing furnace (carburizing gas: RX gas + propane gas). The atmosphere so that the average C concentration from the surface to 0.05 mm depth is 0.6 mass% to 0.9 mass%, and the effective hardened layer depth ECD (Effective Case. Depth) is 0.4 mm to 1.5 mm. The inner carbon potential CP was kept in the range of 0.6 to 0.9 at 920 ° C. for 2 hours, and then quenched immediately after being held at 870 ° C. for 0.5 hour. Furthermore, after hold | maintaining at 160 degreeC for 2 hours, it stood to cool and tempered.

なお、表1で線(−)を記載したものは、その化学成分組成が検出されなかったことを意味する。また、表1〜表3において、下線を付した数値は、本発明の実施形態の範囲から外れていることを示している。ただし、「−」については、本発明の実施形態の範囲から外れていても下線を付していないことに留意されたい。   In addition, what described the line | wire (-) in Table 1 means that the chemical component composition was not detected. In Tables 1 to 3, underlined numerical values indicate that they are out of the scope of the embodiment of the present invention. However, it should be noted that “-” is not underlined even if it falls outside the scope of the embodiment of the present invention.

Figure 2018165403
Figure 2018165403

Figure 2018165403
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2.鋼組織
・MnSの評価
上記浸炭用鋼材の各サンプルの縦断面を調査した。各サンプルの直径Dの1/4位置から、10mm(長手方向(圧延方向に相当))×10mm(半径方向)×10mm(半径方向に垂直な方向)の略立方体形状の試料を切り出して断面を研磨した。そして、半径方向に垂直、かつ、圧延方向に平行な断面を観察した。観察面(1視野)に存在する短径1μm以上の介在物に対してEPMAにて組成分析を行いMnSを同定した。さらに、画像分析により、各MnSのアスペクト比、円相当径を測定した。そして、円相当径1μm以上のMnSの個数密度(1mm当たり)を、(円相当径1μm以上のMnSの検出個数)÷(測定視野面積)から算出した。また、円相当径5μm以上のMnSの個数密度(1mm当たり)を、(円相当径5μm以上のMnSの検出個数)÷(測定視野面積)から算出した。また、円相当径5μm以上のMnSのアスペクト比の平均を算出した。これらの算出結果を表3に示す。
なお、MnSは、MnとSの混合比が5:3のものを、本発明で対象とするMnSとした。また、試料によっては円相当径1μm未満のMnSも観察されたが、その個数は少なかった。
また、分析対象元素は、Al、Si、Ti、Mn、S、O、Cr、Mg、Ca、Nb、NおよびFeとし、既知物質を用いて、各元素のX線強度と元素濃度の関係を予め検量線として求めておき、分析対象とする上記介在物から得られたX線強度と上記検量線から、各試料に含まれる元素量を定量した。
EPMA測定条件は以下の通りである。
EPMA装置:JXA 8500F(日本電子製)
EDS分析:サーモフィッシャーサイエンティフィック system six
加速電圧:15kV
走査電流:1.7nA
測定視野面積:10mm
2. Evaluation of Steel Structure / MnS A longitudinal section of each sample of the carburizing steel was investigated. From the 1/4 position of the diameter D of each sample, a substantially cubic sample of 10 mm (longitudinal direction (corresponding to the rolling direction)) × 10 mm (radial direction) × 10 mm (direction perpendicular to the radial direction) was cut out and the cross section was cut. Polished. Then, a cross section perpendicular to the radial direction and parallel to the rolling direction was observed. Compositions were analyzed by EPMA for inclusions having a minor axis of 1 μm or more present on the observation surface (one visual field) to identify MnS. Further, the aspect ratio and equivalent circle diameter of each MnS were measured by image analysis. The number density of MnS having an equivalent circle diameter of 1 μm or more (per 1 mm 2 ) was calculated from (the number of detected MnS having an equivalent circle diameter of 1 μm or more) ÷ (measurement visual field area). The number density of MnS having an equivalent circle diameter of 5 μm or more (per 1 mm 2 ) was calculated from (the number of detected MnS having an equivalent circle diameter of 5 μm or more) ÷ (measurement visual field area). Further, the average aspect ratio of MnS having an equivalent circle diameter of 5 μm or more was calculated. Table 3 shows the calculation results.
In addition, MnS made MnS made into object by this invention that the mixing ratio of Mn and S is 5: 3. Moreover, although MnS with an equivalent circle diameter of less than 1 μm was observed depending on the sample, the number was small.
The analysis target elements are Al, Si, Ti, Mn, S, O, Cr, Mg, Ca, Nb, N, and Fe, and using a known substance, the relationship between the X-ray intensity and the element concentration of each element is determined. A calibration curve was obtained in advance, and the amount of elements contained in each sample was quantified from the X-ray intensity obtained from the inclusions to be analyzed and the calibration curve.
The EPMA measurement conditions are as follows.
EPMA device: JXA 8500F (manufactured by JEOL)
EDS Analysis: Thermo Fisher Scientific system six
Acceleration voltage: 15 kV
Scanning current: 1.7 nA
Measurement visual field area: 10 mm 2

・表面から0.3mm深さまでの残留オーステナイト平均量の測定
浸炭処理後の上記試験片のノッチ底中央部の残留オーステナイト平均量をX線残留応力測定装置(リガク社製)を使用して、X線回折法を用いて測定した(この測定結果を結果1とする)。続いて、上記試験片のノッチ底中央部を電解研磨にて25μm腐食した領域の残留オーステナイト量をX線残留応力測定装置(リガク社製)にて測定した(この測定結果を結果2とする)。同様の測定を、腐食量:50μm、100μm、200μmおよび300μmに変えて行った(それぞれの測定結果を結果3、結果4、結果5および結果6とする)。そして、結果1〜6の平均値を、表面から0.3mm深さまでの残留オーステナイト平均量とした。測定結果を表3に示す。
・ Measurement of the average amount of retained austenite from the surface to a depth of 0.3 mm The average amount of retained austenite at the center of the notch bottom of the test piece after carburizing treatment was measured using an X-ray residual stress measuring device (manufactured by Rigaku Corporation). It measured using the line diffraction method (this measurement result is set as the result 1). Subsequently, the amount of retained austenite in a region where the central part of the notch bottom of the test piece was corroded by 25 μm by electropolishing was measured with an X-ray residual stress measuring device (manufactured by Rigaku Corporation) (this measurement result is referred to as result 2). . The same measurement was performed by changing the corrosion amount to 50 μm, 100 μm, 200 μm, and 300 μm (respective measurement results are referred to as result 3, result 4, result 5, and result 6). And the average value of the results 1-6 was made into the retained austenite average amount to 0.3 mm depth from the surface. Table 3 shows the measurement results.

3.機械的特性
・低サイクル疲労強度
浸炭処理後の試験片について、油圧サーボ試験機(島津製作所製)および4点曲げ支持となる治具を用いて、各応力にて試験片が折損するまでの寿命を測定し、単回帰により100回サイクルにて折損する強度を低サイクル疲労強度(GPa)として算出した。試験片は、図1に示す形状に加工後、前述した浸炭焼入れ処理を施して作製した。図2には4点曲げ試験の外観を示す。ノッチ側の水平部を2点支持した状態で背面から片振り荷重を印加する。結果を表3に示す。表3では、ベース(試料No.1)との寿命比も示した。そして、ベースとの寿命比が1.01以下の試料、換言すれば、ベースと同程度またはベースよりも劣る低サイクル疲労強度の試料を不合格とした。試験条件は以下とした。
周波数:1Hz
3. Mechanical properties and low cycle fatigue strength For test specimens after carburization, the life until the specimen breaks due to various stresses using a hydraulic servo tester (manufactured by Shimadzu Corporation) and a jig that supports 4-point bending. Was measured, and the strength at which breakage occurred in 100 cycles by single regression was calculated as low cycle fatigue strength (GPa). The test piece was manufactured by performing the carburizing and quenching process described above after processing into the shape shown in FIG. FIG. 2 shows the appearance of a four-point bending test. A single swing load is applied from the back while two horizontal parts on the notch side are supported. The results are shown in Table 3. Table 3 also shows the life ratio with the base (sample No. 1). A sample having a life ratio with respect to the base of 1.01 or less, in other words, a sample having a low cycle fatigue strength equal to or inferior to that of the base was rejected. The test conditions were as follows.
Frequency: 1Hz

・被削性
上記浸炭用鋼材の各サンプルについて、超鋼(P10)を用いて、切削速度200m/min、送り速度0.25mm/rev、切り込み1.0mmの条件で切削試験を実施し、30分削った後の逃げ面工具摩耗量(図3)を測定した。測定結果を表3に示す。表3では、ベース(試料No.1)からの低減率も示した。そして、ベースからの低減率が0.0以下の試料、換言すれば、ベースよりもが被削性が劣る試料を不合格とした。
-Machinability For each sample of the above carburized steel, a cutting test was carried out using super steel (P10) at a cutting speed of 200 m / min, a feed speed of 0.25 mm / rev, and a cutting depth of 1.0 mm. The amount of wear on the flank tool after parting (FIG. 3) was measured. Table 3 shows the measurement results. Table 3 also shows the reduction rate from the base (sample No. 1). And the sample whose reduction rate from a base is 0.0 or less, in other words, the sample whose machinability is inferior to a base was rejected.

・芯部硬さ
浸炭処理後の上記試験片を図4に示すようにノッチ中央含むように切断し樹脂埋めしたものをさらに研磨した。ノッチ底から法線方向に下した底面までの線分の長さを2等分する点を芯部とした。芯部を通り底面と平行な直線上の任意な5点のビッカース硬さを荷重300gfにてJIS Z 2244に則って測定し、その平均を芯部硬さの代表値とした。浸炭層(C量が浸炭前に比べて増加した層)は深くてもせいぜい2mmであり、上記方法にて測定すれば非浸炭層である芯部硬さを測定することが可能である。
以上説明した評価の結果を表3に示した。
-Core part hardness The above-mentioned test piece after carburizing treatment was cut so as to include the center of the notch as shown in FIG. The point that bisects the length of the line segment from the notch bottom to the bottom surface in the normal direction was defined as the core. Five Vickers hardnesses on a straight line passing through the core portion and parallel to the bottom surface were measured in accordance with JIS Z 2244 at a load of 300 gf, and the average was taken as a representative value of the core portion hardness. The carburized layer (the layer in which the amount of C has increased compared to that before carburizing) is 2 mm at most, and if measured by the above method, the core hardness of the non-carburized layer can be measured.
The results of the evaluation described above are shown in Table 3.

Figure 2018165403
Figure 2018165403

表3の結果を考察する。
試料No.2〜13、23〜24、30、32、35〜36、40および41は本発明の要件を全て満たす実施例である。被削性および低サイクル疲労強度が共にベースである試料No.1よりも優れていた。
Consider the results in Table 3.
Sample No. Reference numerals 2 to 13, 23 to 24, 30, 32, 35 to 36, 40 and 41 are examples which satisfy all the requirements of the present invention. Sample No. whose machinability and low cycle fatigue strength are both base. It was better than 1.

試料No.1は、ベースである従来のJIS鋼(SCM420H)を模したサンプルである。Si量、Mn量およびMo量が高く、[Mn]/[S]が低く、円相当径1μm以上のMnSの個数密度が高く、円相当径5μm以上のMnSの個数密度が低かった。   Sample No. Reference numeral 1 is a sample simulating a conventional JIS steel (SCM420H) as a base. The amount of Si, Mn and Mo was high, [Mn] / [S] was low, the number density of MnS with an equivalent circle diameter of 1 μm or more was high, and the number density of MnS with an equivalent circle diameter of 5 μm or more was low.

試料No.14は、Si量が高めに外れたため、被削性が低下した。
試料No.15は、Cr量が高めに外れたため、被削性が低下した。
試料No.16は、Cr量が低めに外れ、残留オーステナイト平均量が小さく、芯部硬さが小さいため、低サイクル疲労強度が低下した。
Sample No. In No. 14, the machinability decreased because the amount of Si deviated higher.
Sample No. In No. 15, the amount of Cr deviated higher, so the machinability decreased.
Sample No. No. 16 has a low Cr fatigue strength because the Cr content is low, the average retained austenite is small, and the core hardness is small.

試料No.17は、Mn量が高めに外れ、浸炭前の硬さが増加し、残留オーステナイト平均量が高かったため、被削性および低サイクル疲労強度が低下した。
試料No.18は、Mn量が低めに外れ、残留オーステナイト平均量が低かったため、低サイクル疲労強度が低下した。
試料No.19は、Mo量が高めに外れ、被削性が低下した。
Sample No. In No. 17, the amount of Mn deviated higher, the hardness before carburizing increased, and the average amount of retained austenite was high, so the machinability and low cycle fatigue strength decreased.
Sample No. In No. 18, since the amount of Mn was slightly lowered and the average amount of retained austenite was low, the low cycle fatigue strength was lowered.
Sample No. In No. 19, the amount of Mo deviated higher, and the machinability decreased.

試料No.20は、C量が高めに外れ、芯部硬さが高かったため、被削性および低サイクル疲労強度が低下した。
試料No.21は、C量が低めに外れ、Cr量が高めに外れ、芯部硬さが低かったため、低サイクル疲労強度が低下した。
試料No.22は、N量が低めに外れたため、低サイクル疲労強度が低下した。
Sample No. In No. 20, since the amount of C was increased and the core hardness was high, machinability and low cycle fatigue strength were lowered.
Sample No. No. 21 had a lower C content, a higher Cr content, and a lower core hardness, resulting in lower low cycle fatigue strength.
Sample No. In No. 22, the low cycle fatigue strength decreased because the N content was slightly lower.

試料No.25は、S量が高めに外れ、円相当径1μm以上のMnSの個数密度が高かったため、低サイクル疲労強度がベースと同程度になった。
試料No.26は、S量が低めに外れ、円相当径5μm以上のMnSの個数密度が低かったため、被削性が低下した。
試料No.27は、Ti量が高めに外れたため、被削性が低下した。
Sample No. In No. 25, the amount of S deviated higher, and the number density of MnS with an equivalent circle diameter of 1 μm or more was high, so the low cycle fatigue strength was comparable to that of the base.
Sample No. In No. 26, the amount of S was slightly lowered and the number density of MnS having an equivalent circle diameter of 5 μm or more was low, so that machinability was lowered.
Sample No. In No. 27, the machinability decreased because the amount of Ti deviated higher.

試料No.28は、P量が高めに外れたため、低サイクル疲労強度が低下した。
試料No.29は、[Mn]/[S]が低めに外れ、円相当径1μm以上のMnSの個数密度が高く、円相当径5μm以上のMnSの個数密度が低かったため、被削性および低サイクル疲労強度が低下した。
試料No.31は、凝固速度が高めに外れ、円相当径1μm以上のMnSの個数密度が高く、円相当径5μm以上のMnSの個数密度が低かったため、被削性および低サイクル疲労強度が低下した。
Sample No. In No. 28, since the amount of P deviated higher, the low cycle fatigue strength decreased.
Sample No. No. 29 has low [Mn] / [S], a high number density of MnS with an equivalent circle diameter of 1 μm or more, and a low number density of MnS with an equivalent circle diameter of 5 μm or more. Therefore, machinability and low cycle fatigue strength Decreased.
Sample No. In No. 31, the solidification rate deviated so high that the number density of MnS having an equivalent circle diameter of 1 μm or more was high and the number density of MnS having an equivalent circle diameter of 5 μm or more was low, so that machinability and low cycle fatigue strength were lowered.

試料No.33は、分塊圧延の加熱温度が高めに外れ、円相当径1μm以上のMnSの個数密度が高く、円相当径5μm以上のMnSの個数密度が低かったため、被削性および低サイクル疲労強度が低下した。
試料No.34は、分塊圧延の保持時間が長めに外れ、円相当径1μm以上のMnSの個数密度が高く、円相当径5μm以上のMnSの個数密度が低かったため、被削性が低下し、低サイクル疲労強度がベースと同程度となった。
試料No.37は、圧延加熱温度が低めに外れ、円相当径5μm以上のMnSのアスペクト比の平均が低めに外れたため、被削性が低下した。
Sample No. In No. 33, since the heating temperature of the block rolling was high, the number density of MnS with an equivalent circle diameter of 1 μm or more was high, and the number density of MnS with an equivalent circle diameter of 5 μm or more was low, so machinability and low cycle fatigue strength were high. Declined.
Sample No. No. 34 has a long rolling holding time, a high number density of MnS with an equivalent circle diameter of 1 μm or more, and a low number density of MnS with an equivalent circle diameter of 5 μm or more. The fatigue strength was comparable to the base.
Sample No. In No. 37, the rolling heating temperature was lowered and the average aspect ratio of MnS having an equivalent circle diameter of 5 μm or more was lowered so that the machinability was lowered.

試料No.38は、鍛圧比が高めに外れ、円相当径1μm以上のMnSの個数密度が高く、円相当径5μm以上のMnSの個数密度が低かったため、被削性および低サイクル疲労強度が低下した。
試料No.39は、鍛圧比が低めに外れ、円相当径5μm以上のMnSのアスペクト比の平均が低めに外れたため、被削性が低下した。
Sample No. In No. 38, the forging pressure ratio was too high, the number density of MnS having an equivalent circle diameter of 1 μm or more was high, and the number density of MnS having an equivalent circle diameter of 5 μm or more was low, so that machinability and low cycle fatigue strength were lowered.
Sample No. In No. 39, the forging pressure ratio was lowered, and the average aspect ratio of MnS having an equivalent circle diameter of 5 μm or more was lowered so that the machinability was lowered.

Claims (6)

C :0.15〜0.30質量%、
Si:0.15質量%以下(0質量%を含む)、
Mn:1.30〜2.00質量%、
P :0.020質量%以下(0質量%を含む)、
S :0.005〜0.030質量%、
Cr:0.90〜1.30質量%、
Mo:0.10質量%以下(0質量%を含む)、
Al:0.01〜0.05質量%、
Ti:0.010質量%以下(0質量%を含む)、および
N :0.0090〜0.0250質量%を含有し、
下記(1)式を満たし、
残部がFeおよび不可避不純物からなり、
円相当径が1μm以上であるMnSの個数が80個/mm以下、円相当径が5μm以上のMnSの個数が1個/mm以上であり、かつ当該円相当径が5μm以上のMnSのアスペクト比の平均が2以上である、浸炭用鋼材。
[Mn]/[S]≧45・・・(1)
ただし、[Mn]および[S]は、それぞれMnおよびSの含有量(質量%)を示す。
C: 0.15-0.30 mass%,
Si: 0.15 mass% or less (including 0 mass%),
Mn: 1.30 to 2.00% by mass,
P: 0.020% by mass or less (including 0% by mass),
S: 0.005-0.030 mass%,
Cr: 0.90 to 1.30% by mass,
Mo: 0.10 mass% or less (including 0 mass%),
Al: 0.01 to 0.05% by mass,
Ti: 0.010% by mass or less (including 0% by mass), and N: 0.0090 to 0.0250% by mass,
Satisfying the following formula (1)
The balance consists of Fe and inevitable impurities,
The number of MnS having an equivalent circle diameter of 1 μm or more is 80 / mm 2 or less, the number of MnS having an equivalent circle diameter of 5 μm or more is 1 / mm 2 or more, and the equivalent circle diameter is 5 μm or more. A carburizing steel material having an average aspect ratio of 2 or more.
[Mn] / [S] ≧ 45 (1)
However, [Mn] and [S] indicate the contents (mass%) of Mn and S, respectively.
Cu:0.2質量%以下、
Ni:0.2質量%以下、および
B:0.0005〜0.005質量%
のうち少なくとも1種以上を更に含有する、請求項1に記載の浸炭用鋼材。
Cu: 0.2 mass% or less,
Ni: 0.2 mass% or less, and B: 0.0005-0.005 mass%
The steel material for carburizing according to claim 1, further comprising at least one or more of them.
Nb:0.1質量%以下、
V:0.1質量%以下、および
Hf:0.1質量%以下
のうち少なくとも1種以上を更に含有する、請求項1または2に記載の浸炭用鋼材。
Nb: 0.1% by mass or less,
The steel for carburizing according to claim 1 or 2, further comprising at least one of V: 0.1% by mass or less and Hf: 0.1% by mass or less.
Ca:0.005質量%以下、
Mg:0.005質量%以下、
Zr:0.005質量%以下、および
Te:0.1質量%以下
のうち少なくとも1種以上を更に含有する、請求項1〜3のいずれかに記載の浸炭用鋼材。
Ca: 0.005 mass% or less,
Mg: 0.005 mass% or less,
The steel for carburizing according to any one of claims 1 to 3, further comprising at least one of Zr: 0.005 mass% or less and Te: 0.1 mass% or less.
Pb:0.1質量%以下、
Bi:0.1質量%以下、および
Sb:0.1質量%以下
のうち少なくとも1種以上を更に含有する、請求項1〜4のいずれかに記載の浸炭用鋼材。
Pb: 0.1% by mass or less,
The steel for carburizing according to any one of claims 1 to 4, further comprising at least one of Bi: 0.1 mass% or less and Sb: 0.1 mass% or less.
芯部硬さが323〜500HVであり、表面から0.3mm深さまでの残留オーステナイト平均量が20〜50体積%である、請求項1〜5のいずれかに記載の鋼成分からなる浸炭部品。   The carburized part which consists of a steel component in any one of Claims 1-5 whose core part hardness is 323-500HV and whose residual austenite average amount from the surface to 0.3 mm depth is 20-50 volume%.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2020164936A (en) * 2019-03-29 2020-10-08 Jfeスチール株式会社 Cementation steel and method for producing the same
JP2021006659A (en) * 2019-06-27 2021-01-21 Jfeスチール株式会社 Steel component and method for producing the same

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