JP2019104972A - Carburized component - Google Patents

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Abstract

To provide a carburized component having excellent hydrogen embrittlement resistance and sufficient wear resistance and fatigue strength.SOLUTION: The carburized component is provided in which a core part contains, by mass%, C:0.10 to 0.30%, Si:less than 0.50%, Mn:0.30 to 1.40%, P:less than 0.030%, S:less than 0.030%, Cr:0.50 to 2.00%, Al:0.010 to 0.100%, N:0.001 to 0.030% and the balance composed of Fe with impurities. The surface of the carburized component has a C concentration of 0.50 o 0.70%, and the carburized component satisfies expressions: 1.0<fn1=3×r×D<60.0, 0.010<r/D, 580+fn1≤HV≤730+fn1, 430+fn1≤HV≤630+fn1, -900<(HV-HV)/0.25<-280, where maximum outer diameter of notch is defined as D (mm), curvature radius of notch bottom is defined as r (mm), Vickers hardness at 0.15 mm depth and 0.40 mm depth from a surface are defined as HVand HV, respectively in a shaft part.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、浸炭部品に関する。   The present invention relates to a carburized part.

自動車や産業機械のエンジン等の動力源及び動力伝達機構に用いられる機械部品には、衝撃的に付与される負荷や摺動により、摩耗が発生する。さらに、使用中に曲げ応力を受ける。したがって、これらの用途の機械部品には、耐摩耗性及び高い曲げ疲労強度が求められる。十分な耐摩耗性及び高い曲げ疲労強度を得るために、これらの用途に用いられる機械部品には、浸炭部品が用いられることが多い。浸炭部品は、鋼材を浸炭処理して得られる。浸炭処理により、浸炭部品の表面には硬化層が形成されている。この硬化層により、耐摩耗性及び高い曲げ疲労強度が得られる。   In mechanical components used for power sources and power transmission mechanisms, such as engines of automobiles and industrial machines, wear occurs due to an impact or a slide applied by impact. In addition, they are subjected to bending stresses during use. Therefore, machine parts for these applications are required to have wear resistance and high bending fatigue strength. In order to obtain sufficient wear resistance and high bending fatigue strength, carburized parts are often used in machine parts used for these applications. A carburized part is obtained by carburizing a steel material. The carburizing treatment forms a hardened layer on the surface of the carburized part. The hardened layer provides wear resistance and high bending fatigue strength.

ところで、浸炭部品を製造する浸炭処理では通常、雰囲気ガスとして、炭化水素ガスが用いられる。浸炭処理中において、炭化水素ガスが分解されて水素が発生する。浸炭処理中に発生した水素は、浸炭部品内に吸収される場合がある。そのため、浸炭部品では、浸炭処理中に鋼中に吸収された水素に起因した水素脆化割れが発生する場合がある。したがって、浸炭部品には、耐摩耗性及び高い曲げ疲労強度だけでなく、優れた耐水素脆化特性も求められる。   By the way, in the carburizing process which manufactures a carburized part, hydrocarbon gas is usually used as atmosphere gas. During the carburizing process, hydrocarbon gas is decomposed to generate hydrogen. Hydrogen generated during carburization may be absorbed into the carburized component. Therefore, in the carburized part, hydrogen embrittlement cracking may occur due to hydrogen absorbed in the steel during carburizing treatment. Therefore, not only wear resistance and high bending fatigue strength, but also excellent hydrogen embrittlement resistance is required of carburized parts.

浸炭部品の耐水素脆化特性を高める技術が、特開平9−217148号公報(特許文献1)、特開2014−19920号公報(特許文献2)及び特開2012−36475号公報(特許文献3)に提案されている。   Techniques for enhancing the resistance to hydrogen embrittlement of carburized parts are disclosed in JP-A-9-217148 (PTD 1), JP-A 2014-19920 (PTC 2) and JP-A 2012-36475 (PTC 3). Has been proposed.

特許文献1に記載された高強度肌焼鋼は、重量%で、C:0.15〜0.25%、Si:0.1%以下、Mn:0.30〜1.00%、P:0.030%以下、S:0.005〜0.020%、Ni:0.30〜2.00%、Cr:0.40〜1.50%、Mo:0.30〜0.45%、Al:0.015〜0.030%、N:0.0100〜0.0180%、O:0.0015%以下を含有し、残部Fe並びに不可避的不純物元素からなり、高周波加熱による焼きなましをして硬さHv420以下を有する。 The high-strength case-hardened steel described in Patent Document 1 is, by weight%, C: 0.15 to 0.25%, Si: 0.1% or less, Mn: 0.30 to 1.00%, P: 0.030% or less, S: 0.005 to 0.020%, Ni: 0.30 to 2.00%, Cr: 0.40 to 1.50%, Mo: 0.30 to 0.45%, al: 0.015~0.030%, N: 0.0100~0.0180 %, O T: containing 0.0015% or less, the balance being Fe and inevitable impurity elements, and the annealing by high frequency heating And hardness Hv 420 or less.

特許文献2に記載された浸炭又は浸炭窒化部品用鋼材は、質量%で、C:0.15〜0.40%、Si:0.15〜0.40%、Mn:0.5〜1.5%、S:0.003〜0.050%、Cr:0.7〜1.5%、Cu:0.30〜0.80%、Ni:0.15〜1.0%、N:0.003〜0.020%、及び、Al:0.005〜0.050%、を含有し、残部はFe及び不純物からなる。不純物中のP及びOはそれぞれ、P:0.025%以下、O:0.0020%以下であり、式(1):2Ni−Cu≧0、及び、式(2):6C−7.5Si+1.6Mn+4Cr−Cu−1.6Ni≧4.0を満たす。これにより、浸炭又は浸炭窒化部品の使用中に、潤滑剤及び外部から混入した水分から発生する水素が鋼中へ侵入する量を低く抑えることができ、水素脆化への感受性を抑制できる、と特許文献2には記載されている。   The steel material for carburizing or carbonitriding parts described in Patent Document 2 is, by mass%, C: 0.15 to 0.40%, Si: 0.15 to 0.40%, Mn: 0.5 to 1. 5%, S: 0.003 to 0.050%, Cr: 0.7 to 1.5%, Cu: 0.30 to 0.80%, Ni: 0.15 to 1.0%, N: 0 It contains .003 to 0.020% and Al: 0.005 to 0.050%, and the balance consists of Fe and impurities. P and O in the impurities are respectively P: 0.025% or less, O: 0.0020% or less, Formula (1): 2Ni-Cu ≧ 0, and Formula (2): 6C-7.5Si + 1 .6 Mn + 4 Cr-Cu-1.6 Ni 4.0 4.0 is satisfied. As a result, during use of the carburized or carbonitrided component, the amount of hydrogen generated from the lubricant and the externally mixed water can be suppressed to a low level into the steel, and the susceptibility to hydrogen embrittlement can be suppressed. Patent Document 2 describes this.

特許文献3に記載された転動部品もしくは歯車は、質量%で、C:0.10〜0.45%、Si:0.01〜1.0%、Mn:0.10〜2.0%、P:0.030%以下、S:0.035%以下、Cr:1.30〜3.50%、Al:0.003〜0.10%、N:0.004〜0.050%を含有し、残部がFe及び不可避不純物である鋼材からなる。特許文献3では、浸炭もしくは浸炭窒化処理により、この転動部品もしくは歯車の鋼材表層面中の(C+N)量を0.50〜0.75%とする。   The rolling parts or gears described in Patent Document 3 are, by mass%, C: 0.10 to 0.45%, Si: 0.01 to 1.0%, Mn: 0.10 to 2.0% , P: 0.030% or less, S: 0.035% or less, Cr: 1.30 to 3.50%, Al: 0.003 to 0.10%, N: 0.004 to 0.050% It is made of steel containing and the balance being Fe and unavoidable impurities. In patent document 3, the amount of (C + N) in the steel surface layer surface of this rolling part or gear is made 0.50 to 0.75% by carburizing or carbonitriding treatment.

特開平9−217148号公報JP-A-9-217148 特開2014−19920号公報JP, 2014-19920, A 特開2012−36475号公報JP 2012-36475 A

しかしながら、特許文献1の高強度肌焼鋼を用いて製造される浸炭部品では、高温での焼きなましが実施される。そのため、浸炭部品の曲げ疲労強度が低い場合がある。   However, in the carburized component manufactured using the high-strength case-hardened steel of Patent Document 1, annealing at a high temperature is performed. Therefore, the bending fatigue strength of the carburized part may be low.

特許文献2及び3は、浸炭部品の使用中に侵入する水素に対する脆化を抑制する技術を開示する。しかしながら、上述のとおり、浸炭処理時において水素はある程度鋼材に吸収される。そのため、浸炭処理時において吸収された水素に対しても、耐水素脆化特性を高めた方が好ましい。特許文献2には、この点に関する開示がない。   Patent documents 2 and 3 disclose the art which controls the embrittlement to hydrogen which invades during use of a carburized part. However, as described above, hydrogen is absorbed to some extent by steel during carburizing treatment. Therefore, it is preferable to improve the resistance to hydrogen embrittlement also for hydrogen absorbed during carburizing treatment. Patent Document 2 does not disclose this point.

特許文献3では、表面の炭素濃度及び窒素濃度を0.50〜0.75%とすることにより、平滑部における耐水素脆化特性が高まるとしている。しかしながら、浸炭部品において、水素脆化は、ノッチを含む応力集中部で発生しやすい。特許文献3では、応力集中部における耐水素脆化特性を高める点に関する開示がない。   In Patent Document 3, by setting the carbon concentration and the nitrogen concentration of the surface to 0.50 to 0.75%, the hydrogen embrittlement resistance in the smooth portion is enhanced. However, in carburized parts, hydrogen embrittlement tends to occur at stress concentration sites including notches. In patent document 3, there is no indication regarding the point which improves the hydrogen embrittlement resistance characteristic in a stress concentration part.

本発明の目的は、優れた耐水素脆化特性を有し、かつ、十分な耐摩耗性及び曲げ疲労強度を有する浸炭部品を提供することである。   An object of the present invention is to provide a carburized part having excellent resistance to hydrogen embrittlement and having sufficient wear resistance and flexural fatigue strength.

本発明の実施の形態による浸炭部品は、摺動部と軸部とを備える。摺動部は、他の部材と接触する摺動面を有する。軸部は、摺動部と繋がっている。軸部は、応力集中部を備える。応力集中部は、軸部の周方向に延びる1又は複数のノッチを含む。
軸部のうち、硬化層を除く芯部の化学組成は、質量%で、C:0.10〜0.30%、Si:0.50%未満、Mn:0.30〜1.40%、P:0.030%未満、S:0.030%未満、Cr:0.50〜2.00%、Al:0.010〜0.100%、N:0.001〜0.030%、Mo:0〜0.80%、Ni:0〜0.50%、Cu:0〜0.50%、Ti:0〜0.10%、及び、Nb:0〜0.10%を含有し、残部はFe及び不純物からなる。
軸部の表面のC濃度は0.50〜0.70%である。
軸部において、ノッチの最大外径をD(mm)、ノッチのノッチ底の曲率半径をr(mm)、表面から0.15mm深さ位置でのビッカース硬さをHV0.15、表面から0.40mm深さ位置でのビッカース硬さをHV0.40と定義したとき、式(1)〜式(5)を満たす。
1.0<fn1=3×r×D<60.0 (1)
0.010<r/D (2)
580+fn1≦HV0.15≦730+fn1 (3)
430+fn1≦HV0.40≦630+fn1 (4)
−900<(HV0.40−HV0.15)/0.25<−280 (5)
A carburized component according to an embodiment of the present invention includes a sliding portion and a shaft portion. The sliding portion has a sliding surface in contact with other members. The shaft portion is connected to the sliding portion. The shank comprises a stress concentrator. The stress concentration portion includes one or more notches extending in the circumferential direction of the shaft portion.
Among the shaft parts, the chemical composition of the core part excluding the hardened layer is, in mass%, C: 0.10 to 0.30%, Si: less than 0.50%, Mn: 0.30 to 1.40%, P: less than 0.030%, S: less than 0.030%, Cr: 0.50 to 2.00%, Al: 0.010 to 0.100%, N: 0.001 to 0.030%, Mo : 0 to 0.80%, Ni: 0 to 0.50%, Cu: 0 to 0.50%, Ti: 0 to 0.10%, and Nb: 0 to 0.10%, the balance Is composed of Fe and impurities.
The C concentration of the surface of the shaft portion is 0.50 to 0.70%.
In the shaft, the maximum outer diameter of the notch is D (mm), the radius of curvature of the notch bottom is r (mm), the Vickers hardness at a depth of 0.15 mm from the surface is HV 0.15 , 0 from the surface When the Vickers hardness at a 40 mm depth position is defined as HV 0.40 , the equations (1) to (5) are satisfied.
1.0 <fn1 = 3 × r × D <60.0 (1)
0.010 <r / D (2)
580 + fn1 ≦ HV 0.15 ≦ 730 + fn1 (3)
430 + fn 1 HV HV 0.40 630 630 + fn 1 (4)
−900 <(HV 0.40 −HV 0.15 ) /0.25 <−280 (5)

本実施形態の浸炭部品は、優れた耐水素脆化特性を有し、かつ、十分な耐摩耗性及び曲げ疲労強度を有する。   The carburized component of this embodiment has excellent resistance to hydrogen embrittlement and has sufficient wear resistance and flexural fatigue strength.

図1は、本実施形態による浸炭部品の一例を示す側面図である。FIG. 1 is a side view showing an example of a carburized component according to the present embodiment. 図2は、浸炭部品の断面における、残留応力分布を模式的に示す図である。FIG. 2 is a view schematically showing residual stress distribution in a cross section of a carburized part. 図3は、図2と異なる、浸炭部品の断面における、残留応力分布を模式的に示す図である。FIG. 3 is a view schematically showing a residual stress distribution in a cross section of a carburized component, which is different from FIG. 図4は、ガス浸炭工程及び焼入れ工程のヒートパターンの一例を示す図である。FIG. 4 is a view showing an example of heat patterns in the gas carburizing step and the quenching step. 図5は、図4と異なる、ガス浸炭工程及び焼入れ工程のヒートパターンの一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of a heat pattern in the gas carburizing step and the quenching step, which is different from FIG. 4. 図6は、実施例で作製した耐水素脆化特性評価試験片の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a test piece for evaluating the resistance to hydrogen embrittlement resistance produced in the example. 図7は、実施例で作製したローラーピッチング試験片の平面図である。FIG. 7 is a plan view of the roller pitching test piece produced in the example. 図8は、実施例で作製した4点曲げ試験片の模式図である。FIG. 8 is a schematic view of a four-point bending test piece manufactured in the example. 図9は、ローラーピッチング試験の模式図である。FIG. 9 is a schematic view of a roller pitching test.

以下、本実施形態による浸炭部品について説明する。   The carburized parts according to the present embodiment will be described below.

[本実施形態の浸炭部品について]
初めに、本実施形態の対象となる、浸炭部品について説明する。図1は、本実施形態による浸炭部品1の一例を示す側面図である。浸炭部品1は、後述の化学組成を有する鋼材を浸炭処理して製造される。本実施形態の浸炭部品1は、摺動部2と、軸部3とを備える。
[About the carburized part of this embodiment]
First, a carburized part to be a target of the present embodiment will be described. FIG. 1 is a side view showing an example of a carburized component 1 according to the present embodiment. The carburized component 1 is manufactured by carburizing a steel material having a chemical composition described later. The carburized component 1 of the present embodiment includes a sliding portion 2 and a shaft portion 3.

摺動部2は、摺動面を有する。摺動面は、他の部材と接触して、他の部材が摺動面に対して摺動する面である。他の部材はたとえば、機械部品である。他の部材である機械部品が浸炭部品1であってもよい。摺動面はたとえば、かさ歯車やピニオン等の歯車の歯面や、プーリーにおけるベルトとの接触面である。   The sliding portion 2 has a sliding surface. The sliding surface is a surface in contact with another member and the other member slides relative to the sliding surface. Other members are, for example, machine parts. The mechanical component which is another component may be the carburized component 1. The sliding surface is, for example, a tooth surface of a gear such as a bevel gear or a pinion, or a contact surface with a belt in a pulley.

軸部3は、摺動部2と繋がっている。軸部3は、長手方向に延びる棒状の形状を有する。軸部3は、応力集中部4を備える。応力集中部4は、軸部3の周方向に延びる1又は複数のノッチ5を含む。ノッチ5は、軸部3の周方向に平行に延びていてもよいし、周方向に対して±10°の範囲で傾いていてもよい。ノッチ5はリング状に形成されていてもよいし、螺旋状に形成されていてもよい。   The shaft portion 3 is connected to the sliding portion 2. The shaft 3 has a bar-like shape extending in the longitudinal direction. The shaft portion 3 includes a stress concentration portion 4. The stress concentration portion 4 includes one or more notches 5 extending in the circumferential direction of the shaft portion 3. The notches 5 may extend parallel to the circumferential direction of the shaft portion 3 or may be inclined within a range of ± 10 ° with respect to the circumferential direction. The notch 5 may be formed in a ring shape or may be formed in a spiral shape.

このような浸炭部品1は、たとえば、自動車や産業機械のエンジン等の駆動源及び伝達機構に用いられる。浸炭部品1はたとえば、プーリーや、ピニオンギア等である。浸炭部品1がピニオンギアである場合、摺動部2がピニオン部に相当し、軸部3がピニオンシャフト部に相当する。   Such a carburized part 1 is used, for example, as a drive source and transmission mechanism of an engine of a car or an industrial machine. The carburized component 1 is, for example, a pulley, a pinion gear or the like. When the carburized component 1 is a pinion gear, the sliding portion 2 corresponds to a pinion portion, and the shaft portion 3 corresponds to a pinion shaft portion.

上述の構成を有する本実施形態の浸炭部品1は、硬化層と、芯部とを備える。硬化層は、浸炭部品1の表面を含む表層に形成されている。芯部は、硬化層よりも内部の領域である。浸炭部品1の表面から0.15mm深さ位置は硬化層に相当する。浸炭部品1の表面から0.15mm深さ位置でのビッカース硬さを、ビッカース硬さHV0.15と定義する。浸炭部品1の表面から0.40mm深さ位置は、芯部に相当する。浸炭部品1の表面から0.40mm深さ位置でのビッカース硬さを、ビッカース硬さHV0.40と定義する。本実施形態の浸炭部品1において、ビッカース硬さHV0.15はビッカース硬さHV0.40よりも高い。 The carburized component 1 of the present embodiment having the above-described configuration includes a hardened layer and a core. The hardened layer is formed on the surface layer including the surface of the carburized part 1. The core is an area inside the hardened layer. A 0.15 mm depth position from the surface of the carburized part 1 corresponds to a hardened layer. The Vickers hardness at a depth of 0.15 mm from the surface of the carburized part 1 is defined as the Vickers hardness HV 0.15 . The 0.40 mm depth position from the surface of the carburized part 1 corresponds to the core. The Vickers hardness at a 0.40 mm depth position from the surface of the carburized part 1 is defined as a Vickers hardness HV 0.40 . In the carburized part 1 of the present embodiment, the Vickers hardness HV 0.15 is higher than the Vickers hardness HV 0.40 .

[本実施形態の浸炭部品1を想到するまでの技術思想]
通常、機械部品の強度を高めるためには、焼入れ性を高め、芯部の硬さを高めることが有効である。
[Technical thought up to considering the carburized part 1 of the present embodiment]
In general, in order to increase the strength of machine parts, it is effective to improve the hardenability and to increase the hardness of the core.

しかしながら、上述のような応力集中部4を含む浸炭部品1において、芯部の硬さが高い場合、応力集中部4での耐水素脆化特性が低くなる。そのため、本発明者らは、動力伝達用の機械部品として必要な耐摩耗性及び高い曲げ疲労強度を有しつつ、応力集中部4の耐水素脆化特性を高める方法を検討した。その結果、以下の知見を得た。   However, in the carburized part 1 including the stress concentration portion 4 as described above, when the hardness of the core portion is high, the hydrogen embrittlement resistance in the stress concentration portion 4 is lowered. Therefore, the present inventors examined a method of enhancing the resistance to hydrogen embrittlement of the stress concentration portion 4 while having the wear resistance and the high bending fatigue strength necessary as a mechanical component for power transmission. As a result, the following findings were obtained.

鋼材に対して浸炭処理を実施して浸炭部品1を製造した場合、浸炭部品1の表層には圧縮残留応力が発生する。この理由は次のとおりである。浸炭処理を実施すると、鋼材の表層のC濃度は、芯部のC濃度よりも高くなる。そのため、表層のマルテンサイト変態開始温度(Ms点)は、芯部のMs点よりも低くなる。その結果、浸炭処理中において、表層よりも先に芯部がマルテンサイト変態を開始する。表層部は、芯部よりも後にマルテンサイト変態するため、表層においては、圧縮残留応力が発生する。   When the carburizing part 1 is manufactured by carburizing the steel material, compressive residual stress is generated in the surface layer of the carburized part 1. The reason is as follows. When the carburizing treatment is performed, the C concentration in the surface layer of the steel material becomes higher than the C concentration in the core portion. Therefore, the martensitic transformation start temperature (Ms point) of the surface layer is lower than the Ms point of the core portion. As a result, during the carburizing treatment, the core starts martensitic transformation earlier than the surface layer. Since the surface layer portion undergoes martensitic transformation later than the core portion, compressive residual stress occurs in the surface layer.

本発明者らは、上記の浸炭処理により発生する圧縮残留応力に着目した。具体的には、浸炭部品1の応力集中部4の表面の圧縮残留応力を高めれば、耐水素脆化特性が高まると考えた。   The present inventors paid attention to the compressive residual stress generated by the above-mentioned carburizing treatment. Specifically, it was considered that if the compressive residual stress on the surface of the stress concentration portion 4 of the carburized part 1 is increased, the resistance to hydrogen embrittlement is enhanced.

そこで、本発明者らはさらに、表面の圧縮残留応力を高める方法について検討した。図2は、浸炭部品1の断面における、残留応力分布を模式的に示す図である。図2の横軸は、浸炭部品1の断面における表面からの距離を示し、図2の横軸の左端及び右端が表面に相当する。図2の縦軸は残留応力(MPa)を示す。プラス(+)が引張残留応力を意味し、マイナス(−)が圧縮残留応力を意味する。   Therefore, the present inventors further investigated a method of increasing the compressive residual stress on the surface. FIG. 2 is a view schematically showing the residual stress distribution in the cross section of the carburized part 1. The horizontal axis of FIG. 2 shows the distance from the surface in the cross section of the carburized part 1, and the left end and the right end of the horizontal axis of FIG. 2 correspond to the surface. The vertical axis in FIG. 2 indicates the residual stress (MPa). Plus (+) means tensile residual stress and minus (-) means compressive residual stress.

図2の曲線C1は、浸炭部品1の断面における残留応力分布を示す。図2を参照して、浸炭部品1では、両表面から所定深さH1に至るまでの領域では、圧縮残留応力が掛かっており、表面では、圧縮残留応力YC1が掛かっている。そして、深さH1よりも内部の領域では、引張残留応力が掛かっている。浸炭部品1内の残留応力はつり合っているため、曲線C1において、引張残留応力の領域A1の面積は、圧縮残留応力の領域A2の面積と、圧縮残留応力の領域A3の面積との和に相当する。   The curve C1 of FIG. 2 shows the residual stress distribution in the cross section of the carburized part 1. Referring to FIG. 2, in the carburized part 1, compressive residual stress is applied in a region from both surfaces to a predetermined depth H1, and compressive residual stress YC1 is applied on the surface. Then, in the region inside the depth H1, tensile residual stress is applied. Since residual stresses in the carburized part 1 are balanced, the area of the tensile residual stress area A1 corresponds to the sum of the area of the compressive residual stress area A2 and the area of the compressive residual stress area A3 in the curve C1. Do.

圧縮残留応力が掛かる領域(深さ方向において、表面から深さH1に至るまでの領域)は、硬化層の深さに依存する。そこで、図3に示すとおり、浸炭処理を調整して硬化層を図2よりも浅くして、圧縮残留応力が掛かる深さを深さH1よりも浅いH2にしたと仮定する。   The area to which compressive residual stress is applied (the area from the surface to the depth H1 in the depth direction) depends on the depth of the hardened layer. Therefore, as shown in FIG. 3, it is assumed that the carburizing process is adjusted to make the hardened layer shallower than that in FIG. 2, and the depth to which the compressive residual stress is applied is H2 shallower than the depth H1.

この場合、引張残留応力の領域A1の面積と、圧縮残留応力の領域A2及び領域A3の総面積とを一致させるために、残留応力分布は曲線C2のようになる。具体的には、圧縮残留応力の領域A2及び領域A3において、表面からの深さ方向における残留応力の勾配(残留応力勾配)が急峻になる。その結果、表面での圧縮残留応力が、YC1よりも大きいYC2になる。   In this case, in order to match the area of the tensile residual stress area A1 with the total area of the compressive residual stress area A2 and the area A3, the residual stress distribution has a curve C2. Specifically, in the area A2 and the area A3 of the compressive residual stress, the gradient (residual stress gradient) of the residual stress in the depth direction from the surface becomes steep. As a result, the compressive residual stress at the surface becomes YC2 larger than YC1.

以上のとおり、浸炭部品1の応力集中部4での表面での割れの発生を抑制するために、表面での圧縮残留応力を高めるためには、深さ方向における圧縮応力の掛かる領域を狭くすればよい(深さH1→H2)。浸炭部品1の応力集中部4の表面での圧縮残留応力が高まれば、ノッチ底に生じる引張残留応力が緩和され、表面での割れが発生しにくくなる。その結果、浸炭部品1の応力集中部4での耐水素脆化特性が高まる。   As described above, in order to increase the compressive residual stress on the surface in order to suppress the occurrence of cracks on the surface at the stress concentration portion 4 of the carburized part 1, the area to which the compressive stress is applied in the depth direction is narrowed. (Depth H1 → H2). If the compressive residual stress on the surface of the stress concentration portion 4 of the carburized part 1 is increased, the tensile residual stress generated at the bottom of the notch is relaxed and a crack on the surface is less likely to occur. As a result, the resistance to hydrogen embrittlement in the stress concentrated portion 4 of the carburized part 1 is enhanced.

以上の考え方に基づいて、本発明者らは、応力集中部4の形状と、応力集中部4の表層部での硬さと、芯部での硬さとについて検討を行った。   Based on the above thinking, the present inventors examined the shape of the stress concentration portion 4, the hardness of the surface layer portion of the stress concentration portion 4, and the hardness of the core portion.

図1に示すとおり、応力集中部4のノッチ5の最大外径をD(mm)と定義する。また、ノッチ5のノッチ底の曲率半径をr(mm)と定義する。応力集中部4の軸方向にノッチ5が複数配列されている場合、各ノッチ5の最大外径の平均をD(mm)と定義し、各ノッチ5のノッチ底の曲率半径の平均をr(mm)と定義する。   As shown in FIG. 1, the maximum outer diameter of the notch 5 of the stress concentration portion 4 is defined as D (mm). Also, the radius of curvature of the notch bottom of the notch 5 is defined as r (mm). When a plurality of notches 5 are arranged in the axial direction of the stress concentration portion 4, the average of the maximum outer diameter of each notch 5 is defined as D (mm), and the average of the radius of curvature of the notch bottom of each notch 5 is r ( Define as mm).

さらに、上述のとおり、軸部3の任意の表面から0.15mm深さ位置でのビッカース硬さをHV0.15と定義し、軸部3の任意の表面から0.40mm深さ位置でのビッカース硬さをHV0.40と定義する。 Furthermore, as described above, the Vickers hardness at a position 0.15 mm deep from any surface of the shaft 3 is defined as HV 0.15, and at a depth 0.40 mm from any surface of the shaft 3 The Vickers hardness is defined as HV 0.40 .

上記のとおり定義された最大外径D、曲率半径r、ビッカース硬さHV0.15及びHV0.40が次の式(1)〜式(5)を満たせば、浸炭部品1の表面からの深さ方向において、圧縮残留応力が掛かる領域が十分に狭まり、表面において十分な圧縮残留応力を掛けることができる。その結果、十分な耐水素脆化特性が得られることが分かった。
1.0<fn1=3×r×D<60.0 (1)
0.010<r/D (2)
580+fn1≦HV0.15≦730+fn1 (3)
430+fn1≦HV0.40≦630+fn1 (4)
−900<(HV0.40−HV0.15)/0.25<−280 (5)
From the surface of carburized part 1, provided that the maximum outer diameter D, radius of curvature r, Vickers hardness HV 0.15 and HV 0.40 defined above satisfy the following equations (1) to (5) In the depth direction, the area to which compressive residual stress is applied is sufficiently narrowed, and sufficient compressive residual stress can be applied to the surface. As a result, it was found that sufficient hydrogen embrittlement resistance was obtained.
1.0 <fn1 = 3 × r × D <60.0 (1)
0.010 <r / D (2)
580 + fn1 ≦ HV 0.15 ≦ 730 + fn1 (3)
430 + fn 1 HV HV 0.40 630 630 + fn 1 (4)
−900 <(HV 0.40 −HV 0.15 ) /0.25 <−280 (5)

以上の知見に基づいて完成した本発明の実施の形態による浸炭部品1は、摺動部2と軸部3とを備える。摺動部2は、他の部材と接触する摺動面を有する。軸部3は、摺動部2と繋がっている。軸部3は、応力集中部4を備える。応力集中部4は、軸部3の周方向に延びる1又は複数のノッチ5を含む。
軸部3のうち、硬化層を除く芯部の化学組成は、質量%で、C:0.10〜0.30%、Si:0.50%未満、Mn:0.30〜1.40%、P:0.030%未満、S:0.030%未満、Cr:0.50〜2.00%、Al:0.010〜0.100%、N:0.001〜0.030%、Mo:0〜0.80%、Ni:0〜0.50%、Cu:0〜0.50%、Ti:0〜0.10%、及び、Nb:0〜0.10%を含有し、残部はFe及び不純物からなる。
軸部3の表面のC濃度は0.50〜0.70%である。
軸部3において、ノッチ5の最大外径をD(mm)、ノッチ5のノッチ底の曲率半径をr(mm)、表面から0.15mm深さ位置でのビッカース硬さをHV0.15、表面から0.40mm深さ位置でのビッカース硬さをHV0.40と定義したとき、式(1)〜式(5)を満たす。
1.0<fn1=3×r×D<60.0 (1)
0.010<r/D (2)
580+fn1≦HV0.15≦730+fn1 (3)
430+fn1≦HV0.40≦630+fn1 (4)
−900<(HV0.40−HV0.15)/0.25<−280 (5)
The carburized component 1 according to the embodiment of the present invention completed based on the above findings includes the sliding portion 2 and the shaft portion 3. The sliding portion 2 has a sliding surface in contact with other members. The shaft portion 3 is connected to the sliding portion 2. The shaft portion 3 includes a stress concentration portion 4. The stress concentration portion 4 includes one or more notches 5 extending in the circumferential direction of the shaft portion 3.
The chemical composition of the core part excluding the hardened layer in the shaft part 3 is, by mass%, C: 0.10 to 0.30%, Si: less than 0.50%, Mn: 0.30 to 1.40% P: less than 0.030% S: less than 0.030% Cr: 0.50 to 2.00% Al: 0.010 to 0.100% N: 0.001 to 0.030% Mo: 0 to 0.80%, Ni: 0 to 0.50%, Cu: 0 to 0.50%, Ti: 0 to 0.10%, and Nb: 0 to 0.10%, The balance consists of Fe and impurities.
The C concentration of the surface of the shaft portion 3 is 0.50 to 0.70%.
In the shaft portion 3, the maximum outer diameter of the notch 5 is D (mm), the radius of curvature of the notch bottom of the notch 5 is r (mm), and the Vickers hardness at a depth of 0.15 mm from the surface is HV 0.15 , Expressions (1) to (5) are satisfied when the Vickers hardness at a depth of 0.40 mm from the surface is defined as HV 0.40 .
1.0 <fn1 = 3 × r × D <60.0 (1)
0.010 <r / D (2)
580 + fn1 ≦ HV 0.15 ≦ 730 + fn1 (3)
430 + fn 1 HV HV 0.40 630 630 + fn 1 (4)
−900 <(HV 0.40 −HV 0.15 ) /0.25 <−280 (5)

上記化学組成は、Mo:0.01〜0.80%、Ni:0.05〜0.50%、及び、Cu:0.10〜0.50%からなる群から選ばれる1種以上を含有してもよい。   The chemical composition contains one or more selected from the group consisting of Mo: 0.01 to 0.80%, Ni: 0.05 to 0.50%, and Cu: 0.10 to 0.50%. You may

上記化学組成は、Ti:0.05〜0.10%、及び、Nb:0.01〜0.10%からなる群から選ばれる1種以上を含有してもよい。   The chemical composition may contain one or more selected from the group consisting of Ti: 0.05 to 0.10% and Nb: 0.01 to 0.10%.

以下、本発明の実施の形態による浸炭部品1について詳述する。   Hereinafter, the carburized component 1 according to the embodiment of the present invention will be described in detail.

[浸炭部品1の軸部3の芯部の化学組成]
本実施形態による浸炭部品1は、図1に示すとおり、摺動部2と、軸部3とを備える。浸炭部品1の軸部3のうち、硬化層を除く芯部の化学組成は、次の元素を含有する。ここで、芯部の化学組成とは、浸炭部品1の軸部3において、表面から2.0mm深さ位置よりも深い位置での採取されたサンプルにおいて、JIS G 0321(2010)に準拠した製品分析により得られる化学組成を意味する。以下、元素の含有量に関する「%」は、質量%を意味する。
[Chemical composition of core portion of shaft portion 3 of carburized part 1]
The carburized part 1 by this embodiment is provided with the sliding part 2 and the axial part 3 as shown in FIG. The chemical composition of the core portion excluding the hardened layer in the shaft portion 3 of the carburized part 1 contains the following elements. Here, the chemical composition of the core refers to a product according to JIS G 0321 (2010) in the sample taken at a position deeper than 2.0 mm deep from the surface in the shaft 3 of the carburized part 1 It means the chemical composition obtained by analysis. Hereinafter, “%” relating to the content of the element means mass%.

C:0.10〜0.30%
炭素(C)は、鋼の焼入れ性を高める。これにより、浸炭部品1の硬さが高まり、耐摩耗性が高まる。C含有量が0.10%未満であれば、この効果が得られない。一方、C含有量が0.30%を超えれば、鋼の被削性及び冷間鍛造性が低下する可能性がある。したがって、C含有量は0.10〜0.30%である。C含有量の好ましい下限は0.15%であり、さらに好ましくは0.18%である。C含有量の好ましい上限は0.25%であり、さらに好ましくは0.23%である。
C: 0.10 to 0.30%
Carbon (C) enhances the hardenability of the steel. Thereby, the hardness of the carburized part 1 is increased and the wear resistance is improved. If the C content is less than 0.10%, this effect can not be obtained. On the other hand, if the C content exceeds 0.30%, the machinability and cold forgeability of the steel may be reduced. Therefore, the C content is 0.10 to 0.30%. The preferable lower limit of the C content is 0.15%, and more preferably 0.18%. The upper limit of the C content is preferably 0.25%, more preferably 0.23%.

Si:0.50%未満
シリコン(Si)は不可避に含有される。つまり、Si含有量は0%超である。Siは鋼を脱酸する。Siはさらに、鋼の焼入れ性を高め、さらに、軟化抵抗を高める。その結果、浸炭部品1の耐摩耗性が高まる。しかしながら、Si含有量が0.50%以上であれば、鋼の冷間加工性が低下する可能性がある。したがって、Si含有量は0.50%未満である。Si含有量の好ましい下限は0.02%であり、さらに好ましくは0.05%である。Si含有量の好ましい上限は0.20%であり、さらに好ましくは0.15%である。
Si: less than 0.50% Silicon (Si) is inevitably contained. That is, the Si content is more than 0%. Si deoxidizes the steel. Si further enhances the hardenability of the steel and further enhances the softening resistance. As a result, the wear resistance of the carburized part 1 is enhanced. However, if the Si content is 0.50% or more, the cold workability of the steel may be reduced. Therefore, the Si content is less than 0.50%. The preferable lower limit of the Si content is 0.02%, and more preferably 0.05%. The upper limit of the Si content is preferably 0.20%, more preferably 0.15%.

Mn:0.30〜1.40%
マンガン(Mn)は鋼を脱酸する。Mnはさらに、鋼の焼入れ性及び強度を高める。Mnはさらに、鋼の軟化抵抗を高める。その結果、浸炭部品1の耐摩耗性が高まる。Mn含有量が0.30%未満であれば、これらの効果が得られない。一方、Mn含有量が1.40%を超えれば、Pとの共偏析が顕著になり、粒界脆化が発生する。その結果、浸炭部品1の耐水素脆化特性が低下する。したがって、Mn含有量は0.30〜1.40%である。Mn含有量の好ましい下限は0.50%であり、さらに好ましくは0.70%である。Mn含有量の好ましい上限は1.20%であり、さらに好ましくは1.00%である。
Mn: 0.30 to 1.40%
Manganese (Mn) deoxidizes the steel. Mn further enhances the hardenability and strength of the steel. Mn further enhances the softening resistance of the steel. As a result, the wear resistance of the carburized part 1 is enhanced. If the Mn content is less than 0.30%, these effects can not be obtained. On the other hand, if the Mn content exceeds 1.40%, cosegregation with P becomes remarkable, and grain boundary embrittlement occurs. As a result, the hydrogen embrittlement resistance of the carburized part 1 is reduced. Therefore, the Mn content is 0.30 to 1.40%. The preferable lower limit of the Mn content is 0.50%, more preferably 0.70%. The upper limit of the Mn content is preferably 1.20%, more preferably 1.00%.

P:0.030%未満
リン(P)は不可避に含有される不純物である。つまり、P含有量は0%超である。Pは浸炭時にオーステナイト粒界に偏析して、浸炭層の粒界強度を低下する。浸炭層の粒界強度が低下すれば、耐水素脆化特性が低下する。P含有量が0.030%未満であれば、芯部だけでなく表層のP含有量も低い。このため、表層の靱性が高まり、粒界き裂の発生が抑制される。その結果、耐水素脆化特性が高まる。したがって、P含有量は0.030%未満である。P含有量の好ましい上限は0.015%である。P含有量はなるべく低い方が好ましい。ただし、製鋼工程においてP含有量を極度に低減すれば製造コストが掛かり、生産性も低下する。したがって、好ましいP含有量の下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0005%である。
P: less than 0.030% Phosphorus (P) is an unavoidable impurity. That is, the P content is more than 0%. P segregates at austenite grain boundaries during carburizing, and reduces the grain boundary strength of the carburized layer. If the grain boundary strength of the carburized layer is reduced, the hydrogen embrittlement resistance is reduced. When the P content is less than 0.030%, the P content of not only the core but also the surface layer is low. For this reason, the toughness of the surface layer is enhanced, and the occurrence of intergranular cracks is suppressed. As a result, the resistance to hydrogen embrittlement is enhanced. Therefore, the P content is less than 0.030%. The preferable upper limit of P content is 0.015%. The P content is preferably as low as possible. However, if the P content is extremely reduced in the steelmaking process, the manufacturing cost is increased and the productivity is also reduced. Therefore, the lower limit of preferable P content is 0.0001%, and more preferably 0.0005%.

S:0.030%未満
硫黄(S)は不可避に含有される不純物である。つまり、S含有量は0%超である。Sは結晶粒界に残存して浸炭層の粒界強度を低下する。Sはさらに、粒界に粗大なMnSを形成して残留応力の集中する点となる。その結果、浸炭部品1の耐水素脆化特性が低下する。したがって、S含有量は0.030%未満である。S含有量の好ましい上限は0.015%である。S含有量はなるべく低い方が好ましい。ただし、製鋼工程においてS含有量を極度に低減すれば製造コストが掛かり、生産性も低下する。したがって、好ましいS含有量の下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0005%である。
S: less than 0.030% Sulfur (S) is an unavoidable impurity. That is, the S content is more than 0%. S remains at grain boundaries to lower the grain boundary strength of the carburized layer. S further forms coarse MnS at grain boundaries, which is a point at which residual stress is concentrated. As a result, the hydrogen embrittlement resistance of the carburized part 1 is reduced. Therefore, the S content is less than 0.030%. The preferred upper limit of the S content is 0.015%. The S content is preferably as low as possible. However, if the S content is extremely reduced in the steel making process, the manufacturing cost is increased and the productivity is also reduced. Therefore, the lower limit of the preferable S content is 0.0001%, more preferably 0.0005%.

Cr:0.50〜2.00%
クロム(Cr)は、鋼の焼入れ性を高めて芯部の硬さを高める。Crはさらに、焼戻し軟化抵抗を高める。その結果、浸炭部品1の耐摩耗性が高まる。Cr含有量が0.50%未満であれば、この効果が十分に得られない。一方、Cr含有量が2.00%を超えれば、冷間加工性が低下する。したがって、Cr含有量は0.50〜2.00%である。Cr含有量の好ましい下限は0.60%であり、さらに好ましくは0.80%である。Cr含有量の好ましい上限は1.85%であり、さらに好ましくは1.70%である。
Cr: 0.50 to 2.00%
Chromium (Cr) enhances the hardenability of the steel and increases the hardness of the core. Cr further enhances the temper softening resistance. As a result, the wear resistance of the carburized part 1 is enhanced. If the Cr content is less than 0.50%, this effect can not be sufficiently obtained. On the other hand, if the Cr content exceeds 2.00%, the cold workability is reduced. Therefore, the Cr content is 0.50 to 2.00%. The preferable lower limit of the Cr content is 0.60%, and more preferably 0.80%. The upper limit of the Cr content is preferably 1.85%, more preferably 1.70%.

Al:0.010〜0.100%
アルミニウム(Al)は鋼を脱酸する。Alはさらに、鋼中のNと結合してAlNを形成し、浸炭時のオーステナイト粒の粗大化を抑制する。その結果、浸炭部品1の耐水素脆化特性が高まる。Al含有量が0.010%未満であればこの効果が得られない。一方、Al含有量が0.100%を超えれば、上記効果が飽和する。したがって、Al含有量は0.010〜0.100%である。Al含有量の好ましい下限は0.020%であり、さらに好ましくは0.025%である。Al含有量の好ましい上限は0.080%であり、さらに好ましくは0.065%である。本実施形態の浸炭部品1の芯部の化学組成において、Al含有量は、鋼材中に含有する全Al量を意味する。
Al: 0.010 to 0.100%
Aluminum (Al) deoxidizes the steel. Furthermore, Al combines with N in the steel to form AlN, and suppresses the coarsening of austenite grains during carburization. As a result, the hydrogen embrittlement resistance of the carburized part 1 is enhanced. If the Al content is less than 0.010%, this effect can not be obtained. On the other hand, if the Al content exceeds 0.100%, the above effect is saturated. Therefore, the Al content is 0.010 to 0.100%. The preferable lower limit of the Al content is 0.020%, and more preferably 0.025%. The upper limit of the Al content is preferably 0.080%, more preferably 0.065%. In the chemical composition of the core portion of the carburized part 1 of the present embodiment, the Al content means the total amount of Al contained in the steel material.

N:0.001〜0.030%
窒素(N)は、鋼中でTi、Al、V及びNbと結合して窒化物や炭窒化物を形成し、浸炭時のオーステナイト粒の粗大化を抑制する。これにより、浸炭部品1の耐水素脆化特性が高まる。N含有量が0.001%未満であれば、十分な粗大化抑制効果は得られない。一方、N含有量が0.030%を超えれば、上記効果が飽和する。したがって、N含有量は0.001〜0.030%である。N含有量の好ましい下限は0.005%であり、さらに好ましくは0.008%である。N含有量の好ましい上限は0.025%であり、さらに好ましくは0.020%である。
N: 0.001 to 0.030%
Nitrogen (N) combines with Ti, Al, V and Nb in steel to form nitrides and carbonitrides, and suppresses coarsening of austenite grains during carburization. Thereby, the hydrogen embrittlement resistance of the carburized part 1 is enhanced. If the N content is less than 0.001%, a sufficient coarsening suppression effect can not be obtained. On the other hand, if the N content exceeds 0.030%, the above effect is saturated. Therefore, the N content is 0.001 to 0.030%. The preferable lower limit of the N content is 0.005%, and more preferably 0.008%. The upper limit of the N content is preferably 0.025%, more preferably 0.020%.

本実施形態による浸炭部品1の芯部の化学組成の残部は、Fe及び不純物からなる。ここで、不純物とは、浸炭部品1を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから混入されるものであって、本実施形態の浸炭部品1に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。   The balance of the chemical composition of the core of the carburized part 1 according to the present embodiment is made of Fe and impurities. Here, when manufacturing the carburized part 1 industrially, impurities are mixed from the ore as a raw material, scrap, or a manufacturing environment etc., and have a bad influence on the carburized part 1 of this embodiment. It means something that is acceptable without.

[任意元素について]
本実施形態の浸炭部品1の軸部3の芯部の化学組成はさらに、Feの一部に代えて、Mo、Ni及びCuからなる群から選択される1種又は2種以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、鋼の焼入れ性を高める。
[About any element]
The chemical composition of the core portion of the shaft portion 3 of the carburized part 1 of the present embodiment further contains one or more selected from the group consisting of Mo, Ni and Cu instead of a part of Fe It is also good. These elements are optional elements, and all enhance the hardenability of the steel.

Mo:0〜0.80%
モリブデン(Mo)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Mo含有量は0%であってもよい。含有される場合、Moは、浸炭部品1の焼戻し軟化抵抗を高めて、浸炭部品1の耐摩耗性を高める。Moが少しでも含有されれば、これらの効果が得られる。しかしながら、Mo含有量が0.80%を超えれば、これらの効果は飽和し、原料コストが高くなる。したがって、Mo含有量は0〜0.80%である。上記効果を安定して得るためのMo含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.10%である。Mo含有量の好ましい上限は0.60%であり、さらに好ましくは0.40%である。
Mo: 0 to 0.80%
Molybdenum (Mo) is an optional element and may not be contained. That is, the Mo content may be 0%. When it is contained, Mo enhances the temper softening resistance of the carburized part 1 and enhances the wear resistance of the carburized part 1. These effects can be obtained if any Mo is contained. However, if the Mo content exceeds 0.80%, these effects are saturated and the raw material cost becomes high. Therefore, the Mo content is 0 to 0.80%. The preferable lower limit of the Mo content for stably obtaining the above effect is 0.01%, and more preferably 0.10%. The preferable upper limit of the Mo content is 0.60%, and more preferably 0.40%.

Ni:0〜0.50%
ニッケル(Ni)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ni含有量は0%であってもよい。含有される場合、Niは、鋼の焼入れ性を高めて浸炭部品1の強度を高める。Niが少しでも含有されれば、これらの効果が得られる。しかしながら、Ni含有量が0.50%を超えれば、残留オーステナイト量が増大して加工性が低下する。したがって、Ni含有量は0〜0.50%である。上記効果を安定して得るためのNi含有量の好ましい下限は0.05%であり、さらに好ましくは0.10%である。Ni含有量の好ましい上限は0.45%であり、さらに好ましくは0.40%である。
Ni: 0 to 0.50%
Nickel (Ni) is an optional element and may not be contained. That is, the Ni content may be 0%. When it is contained, Ni enhances the hardenability of the steel and enhances the strength of the carburized part 1. These effects can be obtained if any Ni is contained. However, if the Ni content exceeds 0.50%, the amount of retained austenite increases and the workability decreases. Therefore, the Ni content is 0 to 0.50%. The preferable lower limit of the Ni content to stably obtain the above effect is 0.05%, and more preferably 0.10%. The preferable upper limit of the Ni content is 0.45%, and more preferably 0.40%.

Cu:0〜0.50%
銅(Cu)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Cu含有量は0%であってもよい。含有される場合、Cuは鋼の焼入れ性を高めて浸炭部品1の強度を高める。Cuが少しでも含有されればこの効果が得られる。一方、Cu含有量が0.50%を超えれば、熱間加工性が低下する。したがって、Cu含有量は0〜0.50%である。上記効果を安定して得るためのCu含有量の好ましい下限は0.10%であり、さらに好ましくは0.15%である。Cu含有量の好ましい上限は0.35%であり、さらに好ましくは0.25%である。
Cu: 0 to 0.50%
Copper (Cu) is an optional element and may not be contained. That is, the Cu content may be 0%. When it is contained, Cu enhances the hardenability of the steel and enhances the strength of the carburized part 1. This effect is obtained if any Cu is contained. On the other hand, if the Cu content exceeds 0.50%, the hot workability is reduced. Therefore, the Cu content is 0 to 0.50%. The preferable lower limit of the Cu content to stably obtain the above effect is 0.10%, and more preferably 0.15%. The upper limit of the Cu content is preferably 0.35%, more preferably 0.25%.

本実施形態の浸炭部品1の芯部はさらに、Feの一部に代えて、Ti及びNbからなる群から選択される1種又は2種を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、結晶粒の粗大化を抑制する。   The core of the carburized part 1 of the present embodiment may further contain one or two selected from the group consisting of Ti and Nb, instead of part of Fe. These elements are optional elements, and all suppress the coarsening of crystal grains.

Ti:0〜0.10%
チタン(Ti)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ti含有量は0%であってもよい。含有される場合、Tiは鋼中のC及びSと結合して微細なTiC及びTiSを形成し、浸炭時のオーステナイト粒の粗大化を抑制する。これにより、浸炭部品1の耐水素脆化特性が高まる。Tiが少しでも含有されれば、この効果が得られる。しかしながら、Ti含有量が0.10%を超えれば、TiCが粗大化して鋼の靱性が低下する。この場合、浸炭部品1の耐水素脆化特性が低下する。したがって、Ti含有量は0〜0.10%である。上記効果を安定して得るためのTi含有量の好ましい下限は0.05%である。Ti含有量の好ましい上限は0.08%であり、さらに好ましくは0.07%である。
Ti: 0 to 0.10%
Titanium (Ti) is an optional element and may not be contained. That is, the Ti content may be 0%. When it is contained, Ti combines with C and S in the steel to form fine TiC and TiS, and suppresses the coarsening of austenite grains during carburization. Thereby, the hydrogen embrittlement resistance of the carburized part 1 is enhanced. This effect is obtained if any Ti is contained. However, if the Ti content exceeds 0.10%, TiC is coarsened to lower the toughness of the steel. In this case, the hydrogen embrittlement resistance of the carburized part 1 is reduced. Therefore, the Ti content is 0 to 0.10%. The preferable lower limit of the Ti content for stably obtaining the above effect is 0.05%. The upper limit of the Ti content is preferably 0.08%, more preferably 0.07%.

Nb:0〜0.10%
ニオブ(Nb)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Nb含有量は0%であってもよい。含有される場合、Nbは鋼中のC及びNと結合してNb炭窒化物(Nb(CN))を形成し、浸炭時のオーステナイト粒の粗大化を抑制する。これにより、浸炭部品1の耐水素脆化特性が高まる。Nbが少しでも含有されれば、この効果が得られる。しかしながら、Nb含有量が0.10%を超えれば、浸炭性が低下する。したがって、Nb含有量は0〜0.10%である。上記効果を安定して得るためのNb含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.02%である。Nb含有量の好ましい上限は0.07%であり、さらに好ましくは0.05%である。
Nb: 0 to 0.10%
Niobium (Nb) is an optional element and may not be contained. That is, the Nb content may be 0%. When it is contained, Nb combines with C and N in the steel to form Nb carbonitride (Nb (CN)), and suppresses the coarsening of austenite grains during carburization. Thereby, the hydrogen embrittlement resistance of the carburized part 1 is enhanced. This effect can be obtained if any Nb is contained. However, if the Nb content exceeds 0.10%, the carburizing property decreases. Therefore, the Nb content is 0 to 0.10%. The preferable lower limit of the Nb content to stably obtain the above effect is 0.01%, and more preferably 0.02%. The preferred upper limit of the Nb content is 0.07%, and more preferably 0.05%.

[浸炭部品1の軸部3の表面のC濃度]
浸炭部品1の軸部3の表面のC濃度:0.50〜0.70%
浸炭部品1の軸部3の表面のC濃度(以下、表面C濃度)は、質量%で0.50〜0.70%である。表面C濃度が0.50%未満であれば、浸炭部品1の表面硬さが低すぎ、耐摩耗性が低下する。一方、表面C濃度が0.70%を超えれば、浸炭層の靱性が低くなるため、耐水素脆化特性が低下する。そのため、表面C濃度は0.50〜0.70%である。表面C濃度の好ましい下限は0.54%であり、さらに好ましくは0.56%である。表面C濃度の好ましい上限は0.66%であり、さらに好ましくは0.64%である。
[C Concentration of Surface of Shaft 3 of Carburized Part 1]
C concentration of the surface of the shaft portion 3 of the carburized part 1: 0.50 to 0.70%
The C concentration (hereinafter, surface C concentration) of the surface of the shaft portion 3 of the carburized part 1 is 0.50 to 0.70% in mass%. If the surface C concentration is less than 0.50%, the surface hardness of the carburized part 1 is too low, and the wear resistance is reduced. On the other hand, if the surface C concentration exceeds 0.70%, the toughness of the carburized layer becomes low, so the resistance to hydrogen embrittlement deteriorates. Therefore, the surface C concentration is 0.50 to 0.70%. The preferable lower limit of the surface C concentration is 0.54%, more preferably 0.56%. The upper limit of the surface C concentration is preferably 0.66%, more preferably 0.64%.

浸炭部品1の表面C濃度は次の方法で測定される。浸炭部品1の表面のうち、任意の5箇所の測定位置を選定する。選定された測定位置のC濃度(質量%)を、EPMA(電子線マイクロアナライザ)により分析する。EPMAにより得られた5箇所のC濃度の平均を、浸炭部品1の表面C濃度(質量%)と定義する。   The surface C concentration of the carburized part 1 is measured by the following method. Of the surfaces of the carburized component 1, arbitrary five measurement positions are selected. The C concentration (mass%) at the selected measurement position is analyzed by EPMA (electron beam microanalyzer). The average of the five C concentrations obtained by EPMA is defined as the surface C concentration (mass%) of the carburized part 1.

[式(1)及び式(2)について]
上述のとおり、浸炭部品1の軸部3の応力集中部4において、ノッチ5の最大外径をD(mm)、ノッチ5のノッチ底の曲率半径をr(mm)と定義した場合、本実施形態の浸炭部品1は、式(1)及び式(2)を満たす。
1.0<fn1=3×r×D<60.0 (1)
0.010<r/D (2)
なお、応力集中部4において、複数のノッチ5が軸方向に並んで配置されている場合、各ノッチ5の最大外径の平均値をD(mm)と定義し、各ノッチ5のノッチ底の曲率半径の平均値をr(mm)と定義する。
[Regarding Formula (1) and Formula (2)]
As described above, in the stress concentration portion 4 of the shaft portion 3 of the carburized part 1, when the maximum outer diameter of the notch 5 is defined as D (mm) and the radius of curvature of the notch bottom of the notch 5 is r (mm) The carburized part 1 of a form satisfy | fills Formula (1) and Formula (2).
1.0 <fn1 = 3 × r × D <60.0 (1)
0.010 <r / D (2)
When the plurality of notches 5 are arranged in the axial direction in the stress concentration portion 4, the average value of the maximum outer diameters of the notches 5 is defined as D (mm). The average value of the radius of curvature is defined as r (mm).

式(1)おいて、fn1(ノッチ底の曲率半径rとノッチ5の最大外径Dとの積)が小さすぎれば、軸部3の応力集中部4の表面に応力(引張応力)が集中しやすくなり、割れが発生しやすくなる。そのため、耐水素脆化特性が低下する。一方、耐水素脆化特性との関係において、fn1の上限は存在しないが、浸炭部品1の形状として、fn1の上限は60.0未満である。したがって、fn1は1.0超〜60.0未満である。fn1の好ましい下限は1.5であり、さらに好ましくは4.0であり、さらに好ましくは8.0である。f1の好ましい上限は55.0であり、さらに好ましくは50.0であり、さらに好ましくは45.0である。   In the equation (1), if fn1 (the product of the curvature radius r of the notch bottom and the maximum outer diameter D of the notch 5) is too small, stress (tensile stress) is concentrated on the surface of the stress concentration portion 4 of the shaft 3 It becomes easy to crack and it becomes easy to do. Therefore, the resistance to hydrogen embrittlement is reduced. On the other hand, the upper limit of fn1 does not exist in relation to the hydrogen embrittlement resistance, but the upper limit of fn1 is less than 60.0 as the shape of the carburized part 1. Therefore, fn1 is more than 1.0 and less than 60.0. The preferred lower limit of fn1 is 1.5, more preferably 4.0, and still more preferably 8.0. The upper limit of f1 is preferably 55.0, more preferably 50.0, still more preferably 45.0.

式(2)において、fn2=r/Dと定義する。fn2が大きすぎる場合、負荷が掛かったときにノッチ底に応力(引張応力)が集中しやすくなる。この場合、耐水素脆化特性が低下する。したがって、fn2は0.010超である。fn2の好ましい下限は0.015であり、さらに好ましくは0.018である。fn2の上限は特に限定されないが、たとえば0.200である。   In formula (2), it defines as fn2 = r / D. If fn2 is too large, stress (tensile stress) tends to be concentrated at the bottom of the notch when a load is applied. In this case, the hydrogen embrittlement resistance is reduced. Therefore, fn2 is greater than 0.010. The preferable lower limit of fn2 is 0.015, and more preferably 0.018. The upper limit of fn2 is not particularly limited, and is, for example, 0.200.

[式(3)及び式(4)について]
上記の応力集中部4において、表面から深さ0.15mm位置でのビッカース硬さHV0.15と、表面から深さ0.40mm位置でのビッカース硬さHV0.40とは、式(3)及び式(4)を満たす。
580+fn1≦HV0.15≦730+fn1 (3)
430+fn1≦HV0.40≦630+fn1 (4)
[Regarding Formula (3) and Formula (4)]
In the above-described stress concentration portion 4, the Vickers hardness HV 0.15 at a depth of 0.15 mm from the surface and the Vickers hardness HV 0.40 at a depth of 0.40 mm from the surface are represented by the formula (3 And Equation (4) is satisfied.
580 + fn1 ≦ HV 0.15 ≦ 730 + fn1 (3)
430 + fn 1 HV HV 0.40 630 630 + fn 1 (4)

ビッカース硬さHV0.15は、硬化層での硬さの指標であり、ビッカース硬さHV0.40は、芯部での硬さの指標である。式(3)を参照して、ビッカース硬さHV0.15に代表される硬化層の硬さが低すぎれば、浸炭部品1の耐摩耗性が低下する。一方、硬化層の硬さが高すぎれば、特にノッチ底において割れが発生しやすくなり、耐水素脆化特性が低下する。HV0.15が式(3)を満たせば、上記化学組成において、式(1)、式(2)、式(4)及び式(5)を満たすことを前提として、優れた耐摩耗性及び耐水素脆化特性が得られる。
fn3=HV0.15−fn1と定義する。fn3の好ましい下限は600であり、さらに好ましくは620である。fn3の好ましい上限は710であり、さらに好ましくは690である。
Vickers hardness HV 0.15 is an index of hardness in a hardened layer, and Vickers hardness HV 0.40 is an index of hardness in a core. Referring to Formula (3), if the hardness of the hardened layer represented by Vickers hardness HV 0.15 is too low, the wear resistance of the carburized part 1 is reduced. On the other hand, if the hardness of the hardened layer is too high, cracking is likely to occur particularly at the notch bottom, and the hydrogen embrittlement resistance is lowered. When the HV 0.15 satisfies the formula (3), the above-mentioned chemical composition is excellent in the abrasion resistance and the excellent abrasion resistance on the premise that the formulas (1), (2), (4) and (5) are satisfied. Hydrogen embrittlement resistance is obtained.
fn3 = is defined as HV 0.15 -fn1. The preferable lower limit of fn3 is 600, more preferably 620. The preferable upper limit of fn3 is 710, more preferably 690.

式(4)を参照して、ビッカース硬さHV0.40に代表される芯部の硬さが低すぎれば、曲げ荷重が負荷された際に塑性変形し、表面における応力が増大し、機械部品としての曲げ疲労強度が低くなる。一方、芯部の硬さが高すぎれば、特にノッチ底において割れが発生しやすくなり、耐水素脆化特性が低下する。HV0.40が式(4)を満たせば、上記化学組成において、式(1)、式(2)、式(3)及び式(5)を満たすことを前提として、優れた疲労強度及び耐水素脆化特性が得られる。
fn4=HV0.40−fn1と定義する。fn4の好ましい下限は450であり、さらに好ましくは470である。fn3の好ましい上限は610であり、さらに好ましくは590である。
Referring to equation (4), if the hardness of the core represented by Vickers hardness HV 0.40 is too low, plastic deformation occurs when a bending load is applied, and the stress on the surface increases, and the machine Bending fatigue strength as a part becomes low. On the other hand, if the hardness of the core portion is too high, cracking tends to occur particularly at the notch bottom, and the hydrogen embrittlement resistance is lowered. If the HV 0.40 satisfies the formula (4), excellent fatigue strength and resistance can be obtained on the premise that the formulas (1), (2), (3) and (5) are satisfied in the above chemical composition. Hydrogen embrittlement properties are obtained.
fn4 = is defined as HV 0.40 -fn1. The preferred lower limit of fn4 is 450, more preferably 470. The preferred upper limit of fn3 is 610, more preferably 590.

[式(5)について]
図2に示すとおり、浸炭部品1の表面からの深さ方向において、圧縮残留応力が掛かる領域(A2及びA3)を狭くすることにより、表面に掛かる圧縮残留応力を大きくすることができる。圧縮残留応力の掛かる領域(A2及びA3)を狭くするには、表層の硬さと芯部の硬さとの硬さ差を大きくすればよく、表層と芯部との間の硬さ勾配を急峻にすればよい。
[About formula (5)]
As shown in FIG. 2, the compressive residual stress applied to the surface can be increased by narrowing the regions (A2 and A3) to which the compressive residual stress is applied in the depth direction from the surface of the carburized part 1. In order to narrow the area (A2 and A3) to which the compressive residual stress is applied, the hardness difference between the surface layer hardness and the core portion hardness may be increased, and the hardness gradient between the surface layer and the core portion may be sharpened. do it.

fn5=(HV0.40−HV0.15)/0.25と定義する。fn5は、表面から0.15mm深さ位置と表面から0.40mm深さ位置との間の硬さ勾配を意味する。fn5が−900以下の場合、表層の硬さと芯部の硬さとの硬さ勾配が大きすぎる。この場合、芯部の硬さが低くなりすぎ、部品として曲げ疲労強度が低くなる。一方、fn5が−280以上の場合、表層の硬さと芯部の硬さとの硬さ勾配が小さすぎるため、表面において十分な圧縮残留応力が得られない。この場合、浸炭部品1の耐水素脆化特性が低下する。 Fn5 = is defined as (HV 0.40 -HV 0.15) /0.25. fn5 means the hardness gradient between the surface at a depth of 0.15 mm and the surface at a depth of 0.40 mm. If fn5 is -900 or less, the hardness gradient between the surface hardness and the core hardness is too large. In this case, the hardness of the core portion becomes too low, and the bending fatigue strength as a part becomes low. On the other hand, when fn5 is -280 or more, since the hardness gradient of the hardness of surface layer and the hardness of a core part is too small, sufficient compressive residual stress is not obtained on the surface. In this case, the hydrogen embrittlement resistance of the carburized part 1 is reduced.

fn5が−900超〜−280未満であれば、つまり、fn5が式(5)を満たせば、上記化学組成において、式(1)〜式(4)を満たすことを前提として、優れた疲労強度及び耐水素脆化特性が得られる。fn5の好ましい下限は−850であり、さらに好ましくは−800である。fn5の好ましい上限は−330であり、さらに好ましくは−380である。   If fn5 is greater than -900 and less than -280, that is, if fn5 satisfies the equation (5), the above-mentioned chemical composition is excellent in fatigue strength on the premise that the equations (1) to (4) are satisfied. And hydrogen embrittlement resistant properties are obtained. The preferred lower limit of fn5 is -850, and more preferably -800. The preferred upper limit of fn5 is -330, and more preferably -380.

[ビッカース硬さHV0.15及びHV0.40の測定方法]
ビッカース硬さHV0.15及びHV0.40は次の方法で測定できる。浸炭部品1の軸部3において、表面から0.15mm深さ位置での任意の5点、表面から0.40mm深さ位置での任意の5点で、JIS Z 2244(2009)に準拠したビッカース硬さ試験を実施する。試験力は0.98Nとする。任意の5箇所で得られた値の平均を、それぞれ、ビッカース硬さHV0.15及びHV0.40と定義する。
[Measuring method of Vickers hardness HV 0.15 and HV 0.40 ]
The Vickers hardnesses HV 0.15 and HV 0.40 can be measured by the following method. Vickers according to JIS Z 2244 (2009) at the shaft 5 of the carburized part 1 at any five points at a depth of 0.15 mm from the surface and at any five points at a depth of 0.40 mm from the surface Conduct hardness test. The test force is 0.98N. The average of the values obtained at any five points is defined as Vickers hardness HV 0.15 and HV 0.40 , respectively.

[製造工程]
本実施形態による浸炭部品1の製造方法の一例を説明する。
[Manufacturing process]
An example of the manufacturing method of the carburized component 1 by this embodiment is demonstrated.

上述の化学組成を満たす鋼材を準備する。鋼材はたとえば、次の方法で製造され、準備される。上記化学組成の溶鋼を製造し、溶鋼を用いて連続鋳造法により鋳片(スラブ又はブルーム)を製造する。溶鋼を用いて造塊法によりインゴット(鋼塊)を製造してもよい。鋳片又はインゴットを熱間加工して、ビレット(鋼片)を製造する。ビレットを熱間加工して、棒鋼又は線材を製造する。熱間加工は、熱間圧延でもよいし、熱間鍛造でもよい。   Prepare a steel material meeting the above-mentioned chemical composition. Steel materials are manufactured and prepared by the following method, for example. A molten steel of the above chemical composition is manufactured, and a slab (slab or bloom) is manufactured by the continuous casting method using the molten steel. You may manufacture an ingot (steel ingot) by the ingot method using molten steel. The slab or ingot is hot worked to produce a billet. The billet is hot worked to produce a bar or wire. The hot working may be hot rolling or hot forging.

製造された鋼材に対して、鍛造を実施する。鍛造方法は熱間でも冷間でもよい。熱間鍛造の場合、熱間鍛造時における鋼材の加熱温度は特に限定されないが、たとえば、1000〜1300℃である。鍛造後の鋼材に対して必要に応じて切削加工に代表される機械加工を実施して、摺動部2及び軸部3を備える中間品を製造する。   Forging is performed on the manufactured steel material. The forging method may be hot or cold. In the case of hot forging, the heating temperature of the steel material at the time of hot forging is not particularly limited, but is, for example, 1000 to 1300 ° C. A machining process represented by cutting is performed on the forged steel material as necessary to manufacture an intermediate product including the sliding portion 2 and the shaft portion 3.

製造された中間品に対して、浸炭焼入れ処理を実施し、さらに、浸炭焼入れ処理後の中間品に対して焼戻しを実施する。焼入れ後の中間品に対してさらに機械加工(切削加工等)を実施してもよい。以上の製造工程により、浸炭部品1が製造される。   Carburizing and quenching treatment is performed on the manufactured intermediate product, and tempering is performed on the intermediate product after carburizing and quenching processing. The intermediate product after quenching may be further machined (cutting, etc.). The carburized part 1 is manufactured by the above manufacturing process.

浸炭焼入れ処理の条件の一例は次のとおりである。   An example of the conditions of the carburizing and quenching treatment is as follows.

[浸炭焼入れ処理]
浸炭焼入れ処理は、ガス浸炭工程S10と、焼入れ(急冷)工程S20とを含む。本実施形態の浸炭部品1で実施される浸炭処理は、ガス浸炭処理である。以下、ガス浸炭工程S10、焼入れ工程S20について説明する。
[Carburizing and quenching treatment]
The carburizing and quenching treatment includes a gas carburizing step S10 and a quenching (quenching) step S20. The carburizing process implemented by the carburizing component 1 of the present embodiment is a gas carburizing process. Hereinafter, the gas carburizing step S10 and the quenching step S20 will be described.

[ガス浸炭工程S10]
図4は、ガス浸炭工程S10及び焼入れ工程S20でのヒートパターン例を示す図である。図4の縦軸は浸炭処理時における処理温度(℃)であり、横軸は時間である。図4を参照して、ガス浸炭工程S10は、加熱工程S0と、浸炭工程S1と、拡散工程S2と、均熱工程S3とを含む。
[Gas carburizing step S10]
FIG. 4 is a view showing an example of heat patterns in the gas carburizing step S10 and the quenching step S20. The vertical axis in FIG. 4 is the treatment temperature (° C.) at the time of carburizing treatment, and the horizontal axis is time. Referring to FIG. 4, gas carburizing step S10 includes heating step S0, carburizing step S1, diffusion step S2, and heat holding step S3.

加熱工程S0では、炉内に装入された中間品を浸炭温度Tcまで加熱する。浸炭工程S1では、所定のカーボンポテンシャルCp1の雰囲気中において、浸炭温度Tcで中間品を所定時間(処理時間t1)保持して、浸炭処理を実施する。拡散工程S2では、浸炭工程S1でのカーボンポテンシャルCp1よりも低く、かつ、浸炭部品1の表面C濃度と同程度のカーボンポテンシャルCp2の雰囲気中において、浸炭温度Tcで所定時間(処理時間t2)保持する。均熱工程S3は、中間品全体を所定の焼入れ温度に均熱化することを目的とした工程である。均熱工程S3では、浸炭温度Tcよりも低い均熱温度Tsで所定時間(保持時間t3)均熱する。ただし、均熱工程S3は省略してもよい。   In the heating step S0, the intermediate charged in the furnace is heated to the carburizing temperature Tc. In the carburizing step S1, in the atmosphere of a predetermined carbon potential Cp1, the intermediate product is held at a carburizing temperature Tc for a predetermined time (treatment time t1) to carry out a carburizing process. In the diffusion step S2, in the atmosphere of the carbon potential Cp2 lower than the carbon potential Cp1 in the carburizing step S1 and substantially the same as the surface C concentration of the carburized component 1, the carburizing temperature Tc is maintained for a predetermined time (treatment time t2) Do. The soaking step S3 is a step aimed at equalizing the entire intermediate product to a predetermined hardening temperature. In the soaking step S3, soaking is performed at a soaking temperature Ts lower than the carburizing temperature Tc for a predetermined time (holding time t3). However, the soaking step S3 may be omitted.

浸炭工程S1において用いられる浸炭ガスの種類は、ガス浸炭処理に用いられている公知のものを用いることができる。浸炭ガスはたとえば、アセチレン、プロパン、エチレン等の炭化水素ガスである。   The type of carburizing gas used in the carburizing step S1 can be a known one used for gas carburizing treatment. The carburizing gas is, for example, a hydrocarbon gas such as acetylene, propane and ethylene.

好ましい浸炭温度Tcは、900〜1100℃であり、さらに好ましくは920〜1050℃である。浸炭温度Tcが900℃以上であれば、短時間で所定の炭素濃度の浸炭部品1が得られる。浸炭温度Tcが1100℃以下であれば、結晶粒が粗大化しにくい。   The preferred carburizing temperature Tc is 900 to 1100 ° C., more preferably 920 to 1050 ° C. If the carburizing temperature Tc is 900 ° C. or more, a carburized part 1 having a predetermined carbon concentration can be obtained in a short time. If the carburizing temperature Tc is 1100 ° C. or less, the crystal grains are unlikely to be coarsened.

浸炭工程S1における処理時間t1及び拡散工程S2における処理時間t2は、合計(t1+t2)で、120分以下である。ただし、カーボンポテンシャルCp1及びCp2が後述の好ましい範囲であることを条件とする。浸炭時間が長すぎれば、芯部にまで焼きが入り、芯部の硬さが高まる。この場合、表層部と芯部と間の硬さ勾配fn5が小さくなる。その結果、浸炭部品1の耐水素脆化特性が低下する。   The treatment time t1 in the carburizing step S1 and the treatment time t2 in the diffusion step S2 are 120 minutes or less in total (t1 + t2). However, the condition is that the carbon potentials Cp1 and Cp2 are within the preferable range described later. If the carburizing time is too long, the core will be baked and the hardness of the core will increase. In this case, the hardness gradient fn5 between the surface layer portion and the core portion decreases. As a result, the hydrogen embrittlement resistance of the carburized part 1 is reduced.

カーボンポテンシャルCp1及びCp2が後述の好ましい範囲であることを条件として、浸炭工程S1における処理時間t1の下限は45分である。処理時間t1が短すぎれば、ビッカース硬さHV0.40に代表される芯部の硬さが低下する。浸炭工程S1における処理時間t1のさらに好ましい下限は50分である。処理時間t1の好ましい上限は80分であり、さらに好ましくは70分である。 The lower limit of the treatment time t1 in the carburizing step S1 is 45 minutes, provided that the carbon potentials Cp1 and Cp2 are in the preferable range described later. If the treatment time t1 is too short, the hardness of the core portion represented by Vickers hardness HV 0.40 is reduced. A further preferable lower limit of the treatment time t1 in the carburizing step S1 is 50 minutes. The preferable upper limit of the treatment time t1 is 80 minutes, more preferably 70 minutes.

カーボンポテンシャルCp1及びCp2が後述の好ましい範囲であることを条件として、拡散工程S2における処理時間t2の好ましい下限は25分超である。処理時間t2が短すぎれば、拡散時間が十分で無いため、炭素の拡散が表面寄りになる。つまり、表面と芯部とでの炭素濃度の勾配が大きくなる。その結果、HV0.15に代表される表面の硬さは高まり、HV0.40は低くなる。拡散工程S2における処理時間t2の下限は、さらに好ましくは30分である。処理時間t2の好ましい上限は50分であり、さらに好ましくは45分である。 The preferable lower limit of the treatment time t2 in the diffusion step S2 is more than 25 minutes, provided that the carbon potentials Cp1 and Cp2 are in the preferable range described later. If the treatment time t2 is too short, the diffusion time is not sufficient, so the diffusion of carbon becomes closer to the surface. That is, the gradient of the carbon concentration on the surface and the core becomes large. As a result, the hardness of the surface represented by HV 0.15 is increased and HV 0.40 is decreased. The lower limit of the treatment time t2 in the diffusion step S2 is more preferably 30 minutes. The preferred upper limit of the treatment time t2 is 50 minutes, more preferably 45 minutes.

処理時間t1及びt2の合計の好ましい上限は110分であり、さらに好ましくは100分である。   The preferable upper limit of the total of the treatment times t1 and t2 is 110 minutes, more preferably 100 minutes.

浸炭工程S1でのカーボンポテンシャルCp1は、0.60〜0.90であるのが好ましい。拡散工程S2でのカーボンポテンシャルCp2:0.45〜0.70であるのが好ましい。カーボンポテンシャルCp1及びCp2が高すぎれば、芯部にまで焼きが入り、芯部の硬さが高まる。この場合、表層部の硬さと芯部の硬さとの硬さ勾配が小さくなる。その結果、耐水素脆化特性が低下する。カーボンポテンシャルCp1の好ましい下限は0.65であり、0.70であり、さらに好ましくは0.75である。カーボンポテンシャルCp1の好ましい上限は0.85であり、さらに好ましくは0.80である。カーボンポテンシャルCp2の好ましい下限は0.50であり、さらに好ましくは0.55である。カーボンポテンシャルCp2の好ましい上限は0.65であり、さらに好ましくは0.60である。   The carbon potential Cp1 in the carburizing step S1 is preferably 0.60 to 0.90. The carbon potential Cp2 in the diffusion step S2 is preferably 0.45 to 0.70. If the carbon potentials Cp1 and Cp2 are too high, the core portion is burned to increase the hardness of the core portion. In this case, the hardness gradient between the hardness of the surface layer and the hardness of the core decreases. As a result, the hydrogen embrittlement resistance is reduced. The preferable lower limit of the carbon potential Cp1 is 0.65, 0.70, and more preferably 0.75. The upper limit of carbon potential Cp1 is preferably 0.85, and more preferably 0.80. The preferable lower limit of carbon potential Cp2 is 0.50, more preferably 0.55. The preferable upper limit of carbon potential Cp2 is 0.65, and more preferably 0.60.

均熱工程S3は実施してもしなくてもよい。均熱工程S3を実施する場合、好ましい均熱温度Tsの上限は浸炭温度Tc−10℃であり、さらに好ましくはTc−50℃である。好ましい均熱温度Tsの下限はTc−100℃であり、さらに好ましくはTc−70℃である。   The soaking step S3 may or may not be performed. When the soaking step S3 is performed, the upper limit of the preferable soaking temperature Ts is the carburizing temperature Tc-10 ° C, and more preferably Tc-50 ° C. The lower limit of the soaking temperature Ts is preferably Tc-100 ° C, more preferably Tc-70 ° C.

[焼入れ工程(S20)]
ガス浸炭工程S10後の中間品に対して、焼入れ工程S20を実施する。焼入れ工程S20では、ガス浸炭工程度の中間品を急冷して焼入れする。本実施形態では、たとえば、図4に示すとおり、ガス浸炭工程S10中の均熱工程S3において、均熱温度Tsを焼入れ温度として、所定の時間t3均熱した後、急冷を実施してもよい。また、図5に示すとおり、ガス浸炭工程S10後の中間品を常温まで冷却し、その後、焼入れ工程S20を実施してもよい。この場合、焼入れ工程S20では、初めに、中間品を焼入れ温度まで加熱して、所定時間保持した後、急冷する。なお、図5において、ガス浸炭工程S10中の均熱工程S3は省略してもよい。
[Hardening process (S20)]
Quenching step S20 is performed on the intermediate product after gas carburizing step S10. In the quenching step S20, the intermediate product of the gas carburizing step degree is quenched and quenched. In the present embodiment, for example, as shown in FIG. 4, in the soaking step S3 in the gas carburizing step S10, the quenching may be carried out after the soaking temperature Ts is set as the quenching temperature and soaking for a predetermined time t3. . Further, as shown in FIG. 5, the intermediate product after the gas carburizing step S10 may be cooled to normal temperature and then the quenching step S20 may be performed. In this case, in the quenching step S20, first, the intermediate product is heated to the quenching temperature, held for a predetermined time, and then rapidly cooled. In FIG. 5, the soaking step S3 in the gas carburizing step S10 may be omitted.

焼入れ工程S20における好ましい焼入れ温度は、800〜900℃である。焼入れ温度のさらに好ましい下限は820℃である。焼入れ温度の好ましい上限は880℃である。   The preferable hardening temperature in hardening process S20 is 800-900 degreeC. A further preferable lower limit of the quenching temperature is 820 ° C. The preferred upper limit of the quenching temperature is 880 ° C.

焼入れ処理における冷却方法は、油冷である。具体的には、冷却媒体である油を収納した冷却浴に、焼入れ温度に保持された中間品を浸漬して急冷する。冷却媒体である油の温度(油温)は、120〜140℃である。油温が120℃未満であれば、芯部まで焼きが入ってしまい、芯部硬さが高くなりすぎる。この場合、表層と芯部との間の硬さ勾配が小さくなり、fn5が式(5)を満たさなくなる。その結果、耐水素脆化特性が低下する。また、油温が140℃を超えると、表層の硬さHV0.15が低くなりすぎ、耐摩耗性が低下する。したがって、焼入れ時の油温は120〜140℃である。なお、油冷時においては、浴内の油を周知の方法で十分に攪拌する。なお、冷却媒体である油の特性温度は特に限定されないが、たとえば500〜650℃である。 The cooling method in the quenching process is oil cooling. Specifically, the intermediate held at the quenching temperature is immersed and quenched in a cooling bath containing oil, which is a cooling medium. The temperature (oil temperature) of the oil that is the cooling medium is 120 to 140 ° C. If the oil temperature is less than 120 ° C., the core will be baked and the core hardness will be too high. In this case, the hardness gradient between the surface layer and the core decreases, and fn5 does not satisfy the equation (5). As a result, the hydrogen embrittlement resistance is reduced. Further, when the oil temperature exceeds 140 ° C., the surface hardness HV 0.15 is too low, abrasion resistance is lowered. Therefore, the oil temperature at the time of quenching is 120 to 140 ° C. At the time of oil cooling, the oil in the bath is sufficiently stirred by a known method. The characteristic temperature of the oil as the cooling medium is not particularly limited, but is, for example, 500 to 650 ° C.

以上の工程により、本実施形態による浸炭部品1が製造される。なお、焼入れ処理後に周知の方法で焼戻し処理を実施してもよい。   The carburized component 1 according to the present embodiment is manufactured by the above steps. In addition, you may implement a tempering process by a well-known method after hardening treatment.

表1に示す化学組成を有する鋼1〜鋼32を有する溶鋼を製造した。製造された溶鋼を用いて、インゴッ卜を製造した。インゴッ卜を熱間鍛造して、直径50mmの棒鋼を製造した。製造された棒鋼を用いて、次の評価試験を実施した。   Molten steel having steels 1 to 32 having the chemical compositions shown in Table 1 was produced. The ingot was manufactured using the manufactured molten steel. The ingot was hot forged to produce a 50 mm diameter steel bar. The following evaluation test was implemented using the manufactured steel bar.

Figure 2019104972
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[試験片の作製]
初めに、各棒鋼に対して、焼準処理を実施した。焼準処理での処理温度は925℃であり、保持時間は1時間であった。保持時間経過後の棒鋼を大気中で放冷した。焼準処理後の棒鋼から、3種類の試験片を作製した。
[Production of test piece]
At first, normalizing treatment was performed on each bar. The treatment temperature in the normalizing treatment was 925 ° C., and the holding time was 1 hour. The steel bar after holding time was allowed to cool in the air. Three types of test pieces were produced from the bar steel after normalizing treatment.

[耐水素脆化特性評価試験片]
焼準処理後の直径50mmの棒鋼に対して機械加工を実施して、図6に示す耐水素脆化特性評価試験片を、各試験番号の棒鋼につき複数作製した。図6中の1.00mmは、試験片のVノッチの深さが1.00mmであることを示す。図6中の「D」は、Vノッチの最大外径(軸の外径)(mm)を示す。図中の「60°」は、Vノッチ角度が60°であることを示す。図中の「r」は、Vノッチ底の曲率半径(mm)を意味する。
[Hydrogen Embrittlement Characteristics Evaluation Test Piece]
Machining was performed on a 50 mm diameter steel bar after normalizing treatment, and a plurality of hydrogen embrittlement resistance evaluation test pieces shown in FIG. 6 were produced for each steel bar of each test number. 1.00 mm in FIG. 6 shows that the depth of the V notch of a test piece is 1.00 mm. “D” in FIG. 6 indicates the maximum outer diameter (the outer diameter of the shaft) (mm) of the V notch. “60 °” in the drawing indicates that the V notch angle is 60 °. "R" in the figure means the radius of curvature (mm) of the V notch bottom.

各試験番号の最大外径D及び曲率半径rの寸法は、次のとおりであった。試験番号32では最大外径D:20mm、曲率半径r:0.9mmとした。試験番号33では最大外径D:5mm、曲率半径r:0.072mmとした。試験番号34では最大外径D:20mm、曲率半径r:1.1mmとした。試験番号35では最大外径D:4mm、曲率半径r:0.072mmとした。試験番号36では最大外径D:20mm、曲率半径r:0.3mmとした。試験番号37では最大外径D:20mm、曲率半径r:0.15mmとした。上記以外の試験番号は全て、最大外径D:20mm、曲率半径r:0.36mmとした。   The dimensions of the maximum outer diameter D and the radius of curvature r of each test number were as follows. In Test No. 32, the maximum outer diameter D was 20 mm, and the curvature radius r was 0.9 mm. In Test No. 33, the maximum outer diameter D was 5 mm, and the radius of curvature r was 0.072 mm. In Test No. 34, the maximum outer diameter D was 20 mm, and the radius of curvature r was 1.1 mm. In Test No. 35, the maximum outer diameter D was 4 mm, and the curvature radius r was 0.072 mm. In Test No. 36, the maximum outer diameter D was 20 mm, and the curvature radius r was 0.3 mm. In Test No. 37, the maximum outer diameter D was 20 mm, and the radius of curvature r was 0.15 mm. In all the test numbers other than the above, the maximum outer diameter D was 20 mm, and the curvature radius r was 0.36 mm.

[ローラーピッチング試験片]
焼準処理後の直径50mmの棒鋼に対して機械加工を実施して、図7に示す形状を有するローラーピッチング試験片を作製した。図7中の数値は寸法を示し、単位はmmである。ローラーピッチング試験片は円柱状であり、中央に直径26mmの平行部を有していた。ローラーピッチング試験片の平行部以外の直径は22mmであった。ローラーピッチング試験片は、後述するローラーピッチング試験における小ローラー200であった。
[Roller pitching test piece]
Machining was performed on a 50 mm diameter steel bar after normalizing treatment to produce a roller pitching test piece having the shape shown in FIG. The numerical values in FIG. 7 indicate dimensions, and the unit is mm. The roller pitching test piece was cylindrical and had a parallel portion with a diameter of 26 mm at the center. The diameter other than the parallel part of the roller pitching test piece was 22 mm. The roller pitching test piece was the small roller 200 in the roller pitching test described later.

[4点曲げ疲労試験片の作製]
焼準処理後の直径50mmの棒鋼に対して機械加工を実施して、図8に示す形状の4点曲げ疲労試験片を複数個採取した。4点曲げ疲労試験片は、高さ及び幅が共に13mmであり、長さが100mmであった。4点曲げ疲労試験片の長さ方向中央位置には、断面形状が半円であるノッチ5を形成した。半円のノッチ5は、4点曲げ疲労試験片の幅方向に延びていた。半円のノッチ5の曲率半径rは2mmであった。
[Preparation of 4-point bending fatigue test piece]
The steel bar having a diameter of 50 mm after the normalizing treatment was machined to obtain a plurality of four-point bending fatigue test pieces having the shape shown in FIG. The four-point bending fatigue test piece had a height and a width of 13 mm and a length of 100 mm. A notch 5 having a semicircular cross-sectional shape was formed at the longitudinal center of the four-point bending fatigue test piece. The semicircular notch 5 extends in the width direction of the four-point bending fatigue test piece. The radius of curvature r of the semicircular notch 5 was 2 mm.

鋼1〜鋼32の耐水素脆化特性評価試験片、ローラーピッチング試験片及び4点曲げ疲労試験片に対して、浸炭処理及び焼入れ処理を実施して、試験番号1〜試験番号55の浸炭部品1を製造した。なお、試験番号32〜試験番号37のローラーピッチング試験及び4点曲げ疲労試験については、試験番号7と同じ評価となると予想し、省略した。   Carburized parts of test No. 1 to test No. 55 are subjected to carburizing treatment and hardening treatment on hydrogen embrittlement resistance evaluation test pieces, roller pitting test pieces and 4-point bending fatigue test pieces of steel 1 to steel 32 1 was manufactured. In addition, about the roller pitting test and the 4 point | piece bending fatigue test of the test number 32-the test number 37, it estimated that it would become the same evaluation as the test number 7, and was abbreviate | omitted.

具体的には、各試験番号の耐水素脆化特性評価試験片、ローラーピッチング試験片及び4点曲げ疲労試験片に対して、炉内で試験片を930℃の浸炭温度Tcまで加熱した。炉内にアセチレンガスを導入し、試験片を浸炭処理する浸炭工程S1を実施した。浸炭工程S1でのカーボンポテンシャルCp1及び処理時間t1は表2に示すとおりであった。   Specifically, the test pieces were heated to a carburizing temperature Tc of 930 ° C. in a furnace for the hydrogen embrittlement resistance evaluation test pieces of each test number, the roller pitting test pieces and the four-point bending fatigue test pieces. An acetylene gas was introduced into the furnace to carry out a carburizing step S1 of carburizing the test piece. The carbon potential Cp1 and the treatment time t1 in the carburizing step S1 were as shown in Table 2.

Figure 2019104972
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次に、試験片に侵入した炭素を鋼材中に拡散させる拡散工程S2を行った。拡散工程S2でのカーボンポテンシャルCp2及び処理時間t2は表2に示すとおりであった。   Next, a diffusion step S2 was performed to diffuse the carbon which has intruded into the test piece into the steel material. The carbon potential Cp2 and the treatment time t2 in the diffusion step S2 were as shown in Table 2.

浸炭工程S1での処理時間t1及び拡散工程S2での処理時間t2の合計時間(t1+t2)は、表2に示すとおりであった。   The total time (t1 + t2) of the treatment time t1 in the carburizing step S1 and the treatment time t2 in the diffusion step S2 was as shown in Table 2.

その後、試験片を冷却し、焼入れ温度である870℃で冷却を停止した。焼入れ温度(870℃)で10分間均熱した後、油焼入れを実施した。   Thereafter, the test piece was cooled, and the cooling was stopped at a quenching temperature of 870 ° C. After soaking for 10 minutes at a quenching temperature (870 ° C.), oil quenching was performed.

油焼入れ時の油温は、表2に示すとおりであった。なお、油の特性温度はいずれの試験番号においても、600℃であった。   The oil temperature at the time of oil quenching was as shown in Table 2. The characteristic temperature of the oil was 600 ° C. in any of the test numbers.

油焼入れ後の各試験片に対して、焼戻し温度180℃、焼戻し温度での保持時間120分とする焼戻しを実施した。   Each oil-quenched test piece was subjected to tempering at a temperature of 180 ° C. and a holding time of 120 minutes at the tempering temperature.

以上の製造工程により、試験番号1〜55の浸炭部品1(耐水素脆化特性評価試験片、ローラーピッチング試験片及び4点曲げ疲労試験片)を作製した。なお、浸炭部品1において、表面から2.0mm深さよりも深い位置からサンプルを採取して、JIS G 0321(2010)に準拠した製品分析を実施した結果、いずれの試験番号においても、表1に示す化学組成であった。   According to the above manufacturing process, carburized parts 1 of test numbers 1 to 55 (hydrogen embrittlement resistance evaluation test pieces, roller pitting test pieces and 4-point bending fatigue test pieces) were produced. In the carburized part 1, samples were taken from a position deeper than 2.0 mm deep from the surface, and product analysis was performed according to JIS G 0 321 (2010). It is a chemical composition shown.

[評価試験]
製造された各試験番号の浸炭部品1に対して、次の評価試験を実施した。
[Evaluation test]
The following evaluation tests were performed on the carburized parts 1 of each of the manufactured test numbers.

[表面C濃度測定]
試験前の耐水素脆化特性評価試験片に対して、上述の方法により表面C濃度(%)を測定した。結果を表3に示す。
[Surface C concentration measurement]
The surface C concentration (%) was measured by the method described above for the hydrogen embrittlement resistance evaluation test pieces before the test. The results are shown in Table 3.

Figure 2019104972
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[表層及び芯部の硬さ測定]
試験前の耐水素脆化特性評価試験片を長さ方向に直交する方向に切断した。切断面を測定面として、JIS Z 2244(2009)に準拠したビッカース硬さ試験を実施して、上述の方法に基づいて、ビッカース硬さHV0.15及びHV0.40を測定した。なお、ビッカース硬さ試験における試験力を0.98Nとした。得られたビッカース硬さHV0.15及びHV0.40を表3に示す。また、ビッカース硬さHV0.15及びHV0.40から得られるfn5を表3に示す。
[Measurement of hardness of surface layer and core portion]
The hydrogen embrittlement resistance evaluation test pieces before the test were cut in the direction orthogonal to the length direction. The Vickers hardness test according to JIS Z 2244 (2009) was conducted with the cut surface as the measurement surface, and the Vickers hardness HV 0.15 and HV 0.40 were measured based on the method described above. The test force in the Vickers hardness test was 0.98 N. The obtained Vickers hardnesses HV 0.15 and HV 0.40 are shown in Table 3. Further, fn 5 obtained from Vickers hardnesses of HV 0.15 and HV 0.40 is shown in Table 3.

[耐水素脆化特性評価試験]
連続チャージ定荷重(定電位)試験法を用いて、試験番号ごとに、試験片に対して種々の濃度の水素を導入した。連続チャージ定荷重試験法は次のとおり実施した。3%塩化ナトリウム水溶液中に試験片を浸漬した。試験片を浸漬した状態で、試験片の表面に、電位1000mAで陰極電位を発生させて水素を試験片内に取り込んだ。
[Hydrogen embrittlement characteristics evaluation test]
Various concentrations of hydrogen were introduced to the test piece for each test number using a continuous charge constant load (constant potential) test method. The continuous charge constant load test method was performed as follows. The test piece was immersed in a 3% aqueous sodium chloride solution. With the test piece immersed, a cathode potential was generated on the surface of the test piece at a potential of 1000 mA to introduce hydrogen into the test piece.

試験片内に水素を導入した後、試験片表面に亜鉛めっき被膜を形成し、試験片中の水素の散逸を防止した。続いて、試験片のVノッチ断面に対して一定加重を負荷する定荷重試験を実施した。200時間経過しても破断しなかった最大の負荷応力(MPa)を求めた。   After hydrogen was introduced into the test piece, a zinc-plated film was formed on the surface of the test piece to prevent dissipation of hydrogen in the test piece. Subsequently, a constant load test was performed in which a constant load was applied to the V-notch cross section of the test piece. The maximum applied stress (MPa) that did not break even after 200 hours was determined.

さらに、JIS G 4053(2016)に規定のSCr420に相当する化学組成を有する鋼を耐水素脆化特性評価試験の基準品として準備した。SCr420は一般的に使用されている浸炭用鋼である。基準品に対して、試験番号1と同様に試験片を作製した。作製した試験片に対して、通常の浸炭条件で浸炭処理を実施した。具体的には、次のとおりの浸炭処理条件とした。
浸炭工程S1での浸炭温度Tc:930℃
浸炭工程S1での処理時間t1:180分
浸炭工程S1でのカーボンポテンシャルCp1:0.8
均熱工程S3での均熱温度:870℃
均熱工程S3での保持時間t3:30分
均熱工程S3でのカーボンポテンシャルCp3:0.8
なお、焼入れ及び焼戻しの条件は、試験番号1と同じであった。
Furthermore, a steel having a chemical composition corresponding to SCr 420 specified in JIS G 4053 (2016) was prepared as a standard product for hydrogen embrittlement resistance evaluation test. SCr 420 is a commonly used carburizing steel. Test pieces were produced in the same manner as in Test No. 1 with respect to the reference product. Carburizing treatment was performed on the produced test pieces under normal carburizing conditions. Specifically, the carburizing conditions were as follows.
Carburizing temperature Tc in the carburizing step S1: 930 ° C.
Treatment time t1: 180 minutes in carburizing step S1 Carbon potential Cp 1: 0.8 in carburizing step S1
Soaking temperature in soaking process S3: 870 ° C.
Holding time t3: 30 minutes in the soaking process S3 Carbon potential Cp3 in the soaking process S3: 0.8
The conditions for quenching and tempering were the same as in Test No. 1.

基準品の軸部3の表面のC濃度は0.8%であった。基準品のHV0.15は750、HV0.40は700であった。基準品において、200時間経過しても破断しなかった最大の負荷応力(MPa)(基準耐久応力)を求めた。 The C concentration of the surface of the shaft 3 of the reference product was 0.8%. The HV 0.15 of the reference product was 750 and the HV 0.40 was 700. In the reference product, the maximum applied stress (MPa) (reference endurance stress) that did not break even after 200 hours was determined.

各試験番号の試験結果において、基準耐久応力に対する最大の負荷応力(MPa)の比が1.6以上であった場合、評価「A」とした。基準耐久応力に対する最大の負荷応力(MPa)の比が1.4〜1.6未満であった場合、評価「B」とした。基準耐久応力に対する最大の負荷応力(MPa)の比が1.2〜1.4未満であった場合、評価「C」とした。基準耐久応力に対する最大の負荷応力(MPa)の比が、1.2未満であった場合、評価「×」とした。評価A〜Cの場合、耐水素脆化特性に優れると判断した。評価×の場合、耐水素脆化特性が低いと判断した。結果を表3に示す。   In the test result of each test number, when the ratio of the maximum applied stress (MPa) to the standard endurance stress was 1.6 or more, it was regarded as evaluation "A". When the ratio of the maximum applied stress (MPa) to the standard endurance stress was less than 1.4 to 1.6, it was evaluated as "B". When the ratio of the maximum applied stress (MPa) to the standard endurance stress was 1.2 to less than 1.4, it was regarded as "C". When the ratio of the maximum applied stress (MPa) to the reference endurance stress was less than 1.2, it was evaluated as "x". In the case of evaluations A to C, it was judged that the hydrogen embrittlement resistance was excellent. In the case of evaluation x, it was judged that the hydrogen embrittlement resistance was low. The results are shown in Table 3.

[耐摩耗性評価試験(ローラーピッチング試験)]
耐摩耗性を評価するため、ローラーピッチング試験を実施した。図9は、ローラーピッチング試験の模式図である。具体的には、コマツエンジニアリング社製ローラーピッチング疲労強度試験機を用いて、以下の条件で試験を実施した。
すべり率:−40%
潤滑剤:オートマチック用オイル
潤滑剤温度:90℃
潤滑剤の流量:2L/分
回転数:1500rpm
面圧:2000MPa
[Abrasion resistance evaluation test (roller pitching test)]
In order to evaluate the abrasion resistance, a roller pitting test was conducted. FIG. 9 is a schematic view of a roller pitching test. Specifically, tests were conducted under the following conditions using a roller pitching fatigue strength tester manufactured by Komatsu Engineering Co., Ltd.
Slip ratio: -40%
Lubricant: Automatic oil Lubricant temperature: 90 ° C
Lubricant flow rate: 2 L / min Speed: 1500 rpm
Surface pressure: 2000MPa

図9に示すとおり、小ローラー200に大ローラー100を上記面圧で押し当てながら小ローラー200を回転させた。小ローラー200は上記試験片の作製で作製したローラーピッチング試験片であった。大ローラー100はJIS G 4053(2016)に規定のSCM420に相当する化学組成を有する鋼を用いて、共析浸炭後に低温焼戻しして表面研磨したものを使用した。大ローラー100の半径は130mmであった。回転数1×10回における各試験片の摩耗深さDwを測定した。摩耗深さDwの測定には、触針式の表面粗さ計を用いた。測定長さは24mmとして、各試験片の軸方向に触針を走査して断面曲線を得た。各試験片において、円周方向に180°毎に2箇所測定を実施し、断面曲線を得た。得られた断面曲線から、各試験片において、大ローラー100が接触していない部分における断面曲線要素の平均高さ、及び、大ローラー100が接触して摩耗した部分における断面曲線要素の平均高さをそれぞれ算出した。そして、大ローラー100が接触していない部分と大ローラー100が接触していた部分との高さの差を算出した。得られた高さの差の上記測定箇所における平均値を、各試験番号の摩耗深さDw(μm)とした。 As shown in FIG. 9, the small roller 200 was rotated while pressing the large roller 100 against the small roller 200 with the surface pressure. The small roller 200 was a roller pitching test piece produced in the production of the above test piece. The large roller 100 uses a steel having a chemical composition corresponding to SCM 420 defined in JIS G 4053 (2016), which has been subjected to eutectoid carburization at low temperature and then surface-polished. The radius of the large roller 100 was 130 mm. The wear depth Dw of each test piece was measured at a rotational speed of 1 × 10 6 times. A stylus type surface roughness meter was used to measure the wear depth Dw. The measuring length was 24 mm, and the stylus was scanned in the axial direction of each test piece to obtain a cross-sectional curve. In each test piece, measurement was carried out at two points every 180 ° in the circumferential direction to obtain cross-sectional curves. From the obtained cross-sectional curves, in each test piece, the average height of the cross-sectional curvilinear elements in the portion not in contact with the large roller 100 and the average height of the cross-sectional curvilinear elements in the portion worn by the large roller 100 in contact Were calculated respectively. Then, the difference in height between the portion where the large roller 100 was not in contact and the portion where the large roller 100 was in contact was calculated. The average value of the differences in height obtained at the measurement points was taken as the wear depth Dw (μm) of each test number.

摩耗深さDwが40μm未満であった試験片を評価「A」とし、40〜70μm未満であった試験片を評価「B」、70〜100μm未満であった試験片を評価「C」、100〜150μm未満であった試験片を評価「D」、150μm以上であった試験片を評価「×」とした。評価A〜Dの場合、耐摩耗性に優れると判断した。評価×の場合、耐摩耗性が低いと判断した。結果を表3に示す。   A test piece in which the wear depth Dw was less than 40 μm was evaluated as “A”, a test piece which was less than 40 to 70 μm was evaluated “B”, a test piece which was less than 70 to 100 μm was evaluated “C”, 100 The test piece which was less than 150 μm was evaluated as “D”, and the test piece which was 150 μm or more was evaluated as “x”. In the case of evaluations A to D, it was judged that the wear resistance was excellent. In the case of evaluation x, it was judged that the abrasion resistance was low. The results are shown in Table 3.

[曲げ疲労強度評価試験(4点曲げ疲労試験)]
各試験番号の4点曲げ疲労試験片を用いて、4点曲げ疲労試験を実施した。試験にはサーボ型疲労試験機を用いた。4点曲げ疲労試験片の支点間の距離は45mmとした。最大負荷応力は1150MPaであり、最大負荷応力と最小負荷応力との応力比は0.1であった。周波数は10Hzであった。応力負荷繰り返し回数が1×10回での破断強度を、4点曲げ疲労強度(MPa)と定義した。
[Bending fatigue strength evaluation test (4 point bending fatigue test)]
A four-point bending fatigue test was performed using four-point bending fatigue test pieces of each test number. A servo fatigue tester was used for the test. The distance between the fulcrums of the four-point bending fatigue test piece was 45 mm. The maximum applied stress was 1150 MPa, and the stress ratio between the maximum applied stress and the minimum applied stress was 0.1. The frequency was 10 Hz. The breaking strength at 1 × 10 4 stress load repetitions was defined as 4-point bending fatigue strength (MPa).

4点曲げ疲労強度が850MPa以上であった試験片を評価「A」とし、750〜850MPa未満であった試験片を評価「B」、650〜750MPa未満であった試験片を評価「C」、650MPa未満であった試験片を評価「×」とした。評価A〜Cの場合、曲げ疲労強度に優れると判断した。評価×の場合、曲げ疲労強度が低いと判断した。結果を表3に示す。   A test piece with a 4-point bending fatigue strength of 850 MPa or more is regarded as evaluation “A”, a test piece which is less than 750-850 MPa is evaluated “B”, a test piece which is less than 650-750 MPa is evaluated “C”, The test piece which was less than 650 MPa was evaluated as "x". In the case of evaluations A to C, it was judged that the bending fatigue strength was excellent. In the case of evaluation x, it was judged that the bending fatigue strength was low. The results are shown in Table 3.

[評価結果]
表3に評価結果を示す。
[Evaluation results]
Table 3 shows the evaluation results.

表1〜表3を参照して、試験番号1〜4、6〜10、13、14、16、17、19、20、22、23、25、26、28、29、32、33、36、38、39、42、43、46、47及び50〜54では、いずれの試験番号においても、本実施形態で規定する化学組成を有した。さらに、表面C濃度が0.50〜0.70%であった。式(1)〜式(5)を満たした。その結果、優れた耐水素成果特性を示し、かつ、十分な耐摩耗性及び曲げ疲労強度を有した。   Referring to Tables 1 to 3, test numbers 1 to 4, 6 to 10, 13, 14, 16, 17, 19, 20, 22, 23, 25, 26, 28, 29, 32, 33, 36, In 38, 39, 42, 43, 46, 47 and 50 to 54, any test number had the chemical composition defined in this embodiment. Furthermore, the surface C concentration was 0.50 to 0.70%. Formulas (1) to (5) are satisfied. As a result, it showed excellent resistance to hydrogen failure and had sufficient wear resistance and flexural fatigue strength.

一方、試験番号5では、C含有量が高すぎた。そのため、耐水素脆化特性が低かった。   On the other hand, in test No. 5, the C content was too high. Therefore, the hydrogen embrittlement resistance was low.

試験番号11では、Mn含有量が高すぎた。そのため、耐水素脆化特性が低かった。   In Test No. 11, the Mn content was too high. Therefore, the hydrogen embrittlement resistance was low.

試験番号12では、Mn含有量が低すぎた。そのため、耐摩耗性が低かった。   In Test No. 12, the Mn content was too low. Therefore, the wear resistance was low.

試験番号15では、P含有量が高すぎた。そのため、耐水素脆化特性が低かった。   In Test No. 15, the P content was too high. Therefore, the hydrogen embrittlement resistance was low.

試験番号18では、S含有量が高すぎた。そのため、耐水素脆化特性が低かった。   In Test No. 18, the S content was too high. Therefore, the hydrogen embrittlement resistance was low.

試験番号21では、Al含有量が低すぎた。そのため、耐水素脆化特性が低かった。   In Test No. 21, the Al content was too low. Therefore, the hydrogen embrittlement resistance was low.

試験番号24では、N含有量が低すぎた。そのため、耐水素脆化特性が低かった。   In Test No. 24, the N content was too low. Therefore, the hydrogen embrittlement resistance was low.

試験番号27では、Cr含有量が低すぎた。そのため、耐摩耗性が低かった。   In Test No. 27, the Cr content was too low. Therefore, the wear resistance was low.

試験番号30では、表面C濃度が高すぎた。そのため、HV0.15が高すぎた。その結果、耐水素脆化特性が低かった。 In Test No. 30, the surface C concentration was too high. Therefore, HV 0.15 was too high. As a result, the hydrogen embrittlement resistance was low.

試験番号31では、表面C濃度が低すぎた。そのため、耐摩耗性が低かった。   In Test No. 31, the surface C concentration was too low. Therefore, the wear resistance was low.

試験番号34では、fn1が高すぎた。そのため、耐水素脆化特性が低かった。   In Test No. 34, fn1 was too high. Therefore, the hydrogen embrittlement resistance was low.

試験番号35では、fn1が低すぎた。そのため、耐水素脆化特性が低かった。   In Test No. 35, fn1 was too low. Therefore, the hydrogen embrittlement resistance was low.

試験番号37では、fn2が低すぎた。そのため、耐水素脆化特性が低かった。   In Test No. 37, fn2 was too low. Therefore, the hydrogen embrittlement resistance was low.

試験番号40では、HV0.15が高すぎた。その結果、耐水素脆化特性が低かった。油焼入れ時の油温が120℃未満であったため、浸炭部品1の硬さが全体的に高めになり、かつ、処理時間t1が長めであったため、表面C濃度が高めになったためと考えられる。 For test number 40, HV 0.15 was too high. As a result, the hydrogen embrittlement resistance was low. Since the oil temperature at the time of oil quenching was less than 120 ° C., the hardness of the carburized part 1 was overall increased, and the treatment time t 1 was longer, so it is considered that the surface C concentration was higher. .

試験番号41では、HV0.15が低すぎた。そのため、耐摩耗性が低かった。油温が140℃を超えたためと考えられる。 For test number 41, HV 0.15 was too low. Therefore, the wear resistance was low. It is considered that the oil temperature exceeded 140 ° C.

試験番号44では、HV0.40が高すぎた。そのため、硬さ勾配fn5が小さかった。その結果、耐水素脆化特性が低かった。浸炭工程S1における処理時間t1及び拡散工程S2における処理時間t2の合計(t1+t2)が長すぎたためと考えられる。 For test number 44, HV 0.40 was too high. Therefore, the hardness gradient fn5 was small. As a result, the hydrogen embrittlement resistance was low. It is considered that the sum (t1 + t2) of the treatment time t1 in the carburizing step S1 and the treatment time t2 in the diffusion step S2 is too long.

試験番号45では、HV0.40が低すぎた。そのため、曲げ疲労強度が低かった。浸炭工程S1における処理時間t1が短すぎたためと考えられる。 In Test No. 45, HV 0.40 was too low. Therefore, bending fatigue strength was low. It is considered that the treatment time t1 in the carburizing step S1 is too short.

試験番号48及び55では、油温が120℃未満であった。そのため、硬さ勾配fn5が小さすぎた。そのため、耐水素脆化特性が低かった。   In the test numbers 48 and 55, the oil temperature was less than 120 ° C. Therefore, the hardness gradient fn5 was too small. Therefore, the hydrogen embrittlement resistance was low.

試験番号49では、硬さ勾配fn5が大きすぎた。そのため、曲げ疲労強度が低かった。拡散工程S2における処理時間t2が短すぎたためと考えられる。   In the test No. 49, the hardness gradient fn5 was too large. Therefore, bending fatigue strength was low. It is considered that the processing time t2 in the diffusion step S2 is too short.

以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。   The embodiment of the present invention has been described above. However, the embodiments described above are merely examples for implementing the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the above-described embodiment can be appropriately modified and implemented without departing from the scope of the invention.

1 浸炭部品
2 摺動部
3 軸部
4 応力集中部
5 ノッチ
100 大ローラー
200 小ローラー
1 carburizing part 2 sliding part 3 axis part 4 stress concentration part 5 notches 100 large roller 200 small roller

Claims (3)

他の部材と接触する摺動面を有する摺動部と、
前記摺動部と繋がっている軸部とを備え、
前記軸部は、前記軸部の周方向に延びる1又は複数のノッチを含む応力集中部を備え、
前記軸部のうち、硬化層を除く芯部の化学組成が、質量%で、
C:0.10〜0.30%、
Si:0.50%未満、
Mn:0.30〜1.40%、
P:0.030%未満、
S:0.030%未満、
Cr:0.50〜2.00%、
Al:0.010〜0.100%、
N:0.001〜0.030%、
Mo:0〜0.80%、
Ni:0〜0.50%、
Cu:0〜0.50%、
Ti:0〜0.10%、及び、
Nb:0〜0.10%を含有し、残部はFe及び不純物からなり、
前記軸部の表面のC濃度が0.50〜0.70%であり、
前記軸部において、前記ノッチの最大外径をD(mm)、前記ノッチのノッチ底の曲率半径をr(mm)、表面から0.15mm深さ位置でのビッカース硬さをHV0.15、表面から0.40mm深さ位置でのビッカース硬さをHV0.40と定義したとき、式(1)〜式(5)を満たす、
浸炭部品。
1.0<fn1=3×r×D<60.0 (1)
0.010<r/D (2)
580+fn1≦HV0.15≦730+fn1 (3)
430+fn1≦HV0.40≦630+fn1 (4)
−900<(HV0.40−HV0.15)/0.25<−280 (5)
A sliding portion having a sliding surface in contact with another member;
And a shaft connected to the sliding portion,
The shaft portion includes a stress concentration portion including one or more notches extending in the circumferential direction of the shaft portion,
The chemical composition of the core portion excluding the hardened layer in the shaft portion is in mass%,
C: 0.10 to 0.30%,
Si: less than 0.50%,
Mn: 0.30 to 1.40%,
P: less than 0.030%,
S: less than 0.030%,
Cr: 0.50 to 2.00%,
Al: 0.010 to 0.100%,
N: 0.001 to 0.030%,
Mo: 0 to 0.80%,
Ni: 0 to 0.50%,
Cu: 0 to 0.50%,
Ti: 0 to 0.10%, and
Nb: containing 0 to 0.10%, the balance being Fe and impurities,
The C concentration of the surface of the shaft portion is 0.50 to 0.70%,
In the shaft portion, the maximum outer diameter of the notch is D (mm), the radius of curvature of the notch bottom of the notch is r (mm), and the Vickers hardness at a depth of 0.15 mm from the surface is HV 0.15 , When the Vickers hardness at a depth of 0.40 mm from the surface is defined as HV 0.40 , the formulas (1) to (5) are satisfied.
Carburized parts.
1.0 <fn1 = 3 × r × D <60.0 (1)
0.010 <r / D (2)
580 + fn1 ≦ HV 0.15 ≦ 730 + fn1 (3)
430 + fn 1 HV HV 0.40 630 630 + fn 1 (4)
−900 <(HV 0.40 −HV 0.15 ) /0.25 <−280 (5)
請求項1に記載の浸炭部品であって、
前記化学組成は、
Mo:0.01〜0.80%、
Ni:0.05〜0.50%、及び、
Cu:0.10〜0.50%からなる群から選択される1種又は2種以上を含有することを特徴とする、浸炭部品。
A carburized part according to claim 1, wherein
The chemical composition is
Mo: 0.01 to 0.80%,
Ni: 0.05 to 0.50%, and
Cu: The carburized part characterized by containing 1 type, or 2 or more types selected from the group which consists of 0.10 to 0.50%.
請求項1又は請求項2に記載の浸炭部品であって、
前記化学組成は、
Ti:0.05〜0.10%、及び、
Nb:0.01〜0.10%からなる群から選択される1種又は2種を含有することを特徴とする、浸炭部品。
A carburized part according to claim 1 or claim 2, wherein
The chemical composition is
Ti: 0.05 to 0.10%, and
A carburized part characterized in that it contains one or two selected from the group consisting of Nb: 0.01 to 0.10%.
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