JP2023163968A - Bar steel and carburized component - Google Patents

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JP2023163968A JP2022075227A JP2022075227A JP2023163968A JP 2023163968 A JP2023163968 A JP 2023163968A JP 2022075227 A JP2022075227 A JP 2022075227A JP 2022075227 A JP2022075227 A JP 2022075227A JP 2023163968 A JP2023163968 A JP 2023163968A
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愛 和田
Ai Wada
将人 祐谷
Masahito Suketani
雅之 堀本
Masayuki Horimoto
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Abstract

To provide a bar steel that is superior in low cycle bending fatigue strength, high cycle bending fatigue strength, and surface fatigue strength when subjected to carburizing, and a carburized component.SOLUTION: A bar steel includes, in mass%, C: 0.10-0.25%, Si: 0.60-1.20%, Mn: 0.86-1.20%, P: 0.030% or less, S: 0.005-0.030%, Cr: 1.20-1.75%, Al: 0.010-0.060%, N: 0.003-0.020%, and O: 0.0020% or less and satisfies the following formulae (1) and (2), with the balance being Fe and impurities. In the formulae (1) and (2), each element symbol denotes the content of each element in mass%. 76-28×Si+37×Mn+3×Cr≤90.0 (1) and 1.0≤Al/N≤3.0 (2).SELECTED DRAWING: None

Description

本開示は、棒鋼及び浸炭焼入れ部品に関する。 The present disclosure relates to steel bars and carburized and hardened parts.

近年、自動車の燃費向上の観点から、ギヤ部品などの機械構造用部品の小型化、軽量化の需要が高まっており、部品の強度の向上が求められている。特に、自動車の歯車部品に用いられるディファレンシャルギヤやトランスミッションギヤ等の部品では、車の急発進、急停止や路面の段差に乗り上げた際に衝撃的な負荷を受けることが多く、数十~数千回という非常に少ない繰返し数で破壊に至る、低サイクル曲げ疲労で破損することがある。したがって、これらの用途に用いられる部品には、低サイクル曲げ疲労破壊に対する強度の向上が求められる。 In recent years, from the perspective of improving the fuel efficiency of automobiles, there has been an increasing demand for smaller and lighter mechanical structural parts such as gear parts, and there is a need for improved strength of parts. Particularly, parts such as differential gears and transmission gears used in automobile gear parts are often subjected to impact loads of tens to thousands of loads when the car suddenly starts or stops, or runs over a bump in the road surface. It may fail due to low cycle bending fatigue, which can lead to failure after a very small number of repetitions. Therefore, parts used in these applications are required to have improved strength against low-cycle bending fatigue failure.

上記の部品の多くは、鋼材を所定の形状に機械加工した後、浸炭焼き入れ処理を実施して製造される。この場合、使用される鋼材の多くは、JIS G 4053:2008に規定された機械構造用合金鋼鋼材であり、例えばSCr420やSCM420等の肌焼き鋼を用いることで、芯部の靭性を確保し、浸炭焼入れと180℃前後の低温焼戻しで表面をC:0.8%前後の焼戻しマルテンサイト組織とし、曲げ疲労強度を高めている。
さらに、歯車では短い周期で歯面同士が摺動する。そのため、歯面では、ピッチングの抑制が求められる。つまり、自動車や建設車両等に用いられる歯車に代表される機械部品では、曲げ疲労強度だけでなく、面疲労強度(ピッチング特性)も求められる。浸炭焼入れは、機械部品の面疲労強度の向上に非常に有効である。
Many of the above-mentioned parts are manufactured by machining a steel material into a predetermined shape and then performing a carburizing and quenching process. In this case, most of the steel materials used are alloy steel materials for machine structures specified in JIS G 4053:2008, and by using case-hardened steels such as SCr420 and SCM420, the toughness of the core can be ensured. By carburizing and quenching and low-temperature tempering at around 180°C, the surface becomes a tempered martensitic structure with C: around 0.8%, increasing bending fatigue strength.
Furthermore, the tooth surfaces of gears slide against each other in short cycles. Therefore, pitching must be suppressed on the tooth surface. In other words, mechanical parts such as gears used in automobiles and construction vehicles require not only bending fatigue strength but also surface fatigue strength (pitting characteristics). Carburizing and quenching is very effective in improving the surface fatigue strength of mechanical parts.

低サイクル曲げ疲労強度及び面疲労強度を向上することを目的として、種々の歯車用鋼や歯車部品及びその製造方法が提案されている。
例えば、特許文献1では、Ti、Bを添加することで粒界強度を向上した低サイクル曲げ疲労強度に優れる浸炭部品の製造方法が提案されている。具体的には、化学成分が、質量%で、C:0.10~0.60%、Si:0.01~1.5%、Mn:0.3~2.0%、Cr:0.1~3.0%、Ti:0.02~0.2%、望ましくは0.05~0.2%、B:0.0002~0.005%、P:0.02%以下、S:0.001~0.15%、N:0.001~0.03%、Al:0.001~0.06%、O:0.005%以下を含有し、かつ、C、Si、Mn、Crの含有量が(0.04+0.35C)×(1.00+0.70Si)×(0.70+3.96Mn)×(1.00+2.16Cr)≧1.10からなる式(1)によって得られる焼入れ指数を満足し、残部が実質的にFeと不可避的不純物よりなる鋼を用いる。このような化学成分の鋼を、浸炭温度880℃~950℃、浸炭時間と拡散時間の合計が2~7時間からなる浸炭処理をした後に油焼入れし、さらに焼戻し処理として150℃~200℃で1~3時間保持した後に空冷して鋼材とする。そして、この鋼材からなる断面13mm×13mmの角棒の試験片に半径1.5mm、深さ3mmの切欠きを付与した後、切欠き側の支点間を80mmと、切欠きの反対側の支点間を20mmとする、低サイクルの繰り返し曲げ荷重をかける低サイクル4点曲げ疲労試験で、100サイクルで強度17kN以上かつ500サイクルで強度15kN以上の曲げ疲労強度を有する部品をこの鋼材から形成する。
Various gear steels, gear parts, and methods for manufacturing the same have been proposed for the purpose of improving low-cycle bending fatigue strength and surface fatigue strength.
For example, Patent Document 1 proposes a method for manufacturing carburized parts that have improved grain boundary strength by adding Ti and B and have excellent low cycle bending fatigue strength. Specifically, the chemical components are C: 0.10 to 0.60%, Si: 0.01 to 1.5%, Mn: 0.3 to 2.0%, Cr: 0. 1 to 3.0%, Ti: 0.02 to 0.2%, preferably 0.05 to 0.2%, B: 0.0002 to 0.005%, P: 0.02% or less, S: Contains 0.001 to 0.15%, N: 0.001 to 0.03%, Al: 0.001 to 0.06%, O: 0.005% or less, and contains C, Si, Mn, Quenching obtained by formula (1) in which the Cr content is (0.04+0.35C)×(1.00+0.70Si)×(0.70+3.96Mn)×(1.00+2.16Cr)≧1.10 A steel is used that satisfies the index and the remainder is substantially composed of Fe and unavoidable impurities. Steel with such chemical composition is subjected to carburizing treatment consisting of a carburizing temperature of 880°C to 950°C and a total carburizing time and diffusion time of 2 to 7 hours, followed by oil quenching, and then tempering at 150°C to 200°C. After holding for 1 to 3 hours, it is air cooled to form a steel material. Then, after making a notch with a radius of 1.5 mm and a depth of 3 mm on a square bar test piece made of this steel material with a cross section of 13 mm x 13 mm, the distance between the fulcrums on the notch side was 80 mm, and the fulcrum on the opposite side of the notch was In a low cycle 4-point bending fatigue test in which repeated bending loads are applied at low cycles with a spacing of 20 mm, a component having a bending fatigue strength of 17 kN or more at 100 cycles and 15 kN or more at 500 cycles is formed from this steel material.

また、特許文献2には、塑性変形抵抗能と粒界強度の向上を図ることによって、巨視的歪を伴う低サイクル疲労強度の優れた肌焼鋼が提案されている。具体的には、C:0.15~0.30%、Si:0.50%以下に制限し、Moを0.45超~1.0%まで添加した鋼が提案されている。 Further, Patent Document 2 proposes a case hardening steel that has excellent low cycle fatigue strength accompanied by macroscopic strain by improving plastic deformation resistance and grain boundary strength. Specifically, a steel has been proposed in which C is limited to 0.15 to 0.30%, Si is limited to 0.50% or less, and Mo is added in an amount of more than 0.45 to 1.0%.

特許文献3、特許文献4には、低サイクル衝撃疲労特性に優れた浸炭部品が提案されている。具体的には、浸炭部品の表層の靭性を高めるために、表層C濃度を0.50~0.70%Cに調整し、有効硬化層深さ(表層からの550HV位置)を0.30~0.60mmに浅くすることで、き裂の発生から破断に至るまでの過程を長寿命化した浸炭部品が提案されている。 Patent Document 3 and Patent Document 4 propose carburized parts with excellent low cycle impact fatigue properties. Specifically, in order to increase the toughness of the surface layer of carburized parts, the surface layer C concentration was adjusted to 0.50 to 0.70% C, and the effective hardened layer depth (550 HV position from the surface layer) was adjusted to 0.30 to 0.70% C. Carburized parts have been proposed that have a shallower depth of 0.60 mm to extend the life of the process from crack initiation to fracture.

特許文献5、特許文献6では、面圧疲労強度と衝撃強度及び曲げ疲労強度に優れたはだ焼鋼が提案されている。具体的には、質量%で、C:0.10~0.35%、Si:0.40~1.50%、Mn:0.10~1.50%、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Cr:0.50~3.0%、Al:0.02~0.05%、N:0.01~0.03%を含有し、7Si+3Cr+Mn≧7.0を満足し、残部がFe及び不可避不純物からなり、ガス浸炭時の浸炭異常層深さが10μm以下であるはだ焼鋼などが提案されている。 Patent Document 5 and Patent Document 6 propose case hardening steel that is excellent in surface pressure fatigue strength, impact strength, and bending fatigue strength. Specifically, in mass %, C: 0.10 to 0.35%, Si: 0.40 to 1.50%, Mn: 0.10 to 1.50%, P: 0.030% or less, Contains S: 0.030% or less, Cr: 0.50-3.0%, Al: 0.02-0.05%, N: 0.01-0.03%, and 7Si+3Cr+Mn≧7.0. A case hardening steel has been proposed that satisfies the above requirements, the remainder consists of Fe and unavoidable impurities, and the carburized abnormal layer depth during gas carburizing is 10 μm or less.

特開2011-208225号公報JP2011-208225A 特開平10-259450号公報Japanese Patent Application Publication No. 10-259450 特開2017-218608号公報JP 2017-218608 Publication 特開2018-199838号公報JP2018-199838A 特開2009-068064号公報Japanese Patent Application Publication No. 2009-068064 特開2009-068065号公報Japanese Patent Application Publication No. 2009-068065

上述のように、低サイクル曲げ疲労強度の向上手法に関する提案がされている。 特許文献1では、低サイクル疲労強度に優れた部品を製造する製造方法が開示されているが、素材となる鋼材について、より優れた特性を示す成分範囲を探索する余地がある。
特許文献2に開示されている鋼では、鋼の焼入れ性を上げて粒界強度を向上させるためにMoを0.45%以上添加することを必須としており、合金コストの上昇が避けられない。
特許文献3、4では、特に低サイクル衝撃疲労特性を向上させることを目的として、表面のC濃度が0.50~0.70%である浸炭部品が提案されているが、10~10回程度の低サイクル疲労強度と同時に、10回程度の高サイクル曲げ疲労強度も両立する場合には、より高い表層C濃度が望まれる。
特許文献5、6では、Si、Cr、Mnが浸炭異常層深さに及ぼす影響を検討し、7Si+3Cr+Mn≧7.0を満足することで、ガス浸炭時の浸炭異常層深さが10μm以下である面圧強度と衝撃強度及び曲げ疲労強度に優れたはだ焼鋼が提案されている。しかし、衝撃強度を評価する試験はシャルピー衝撃試験を実施しており、低サイクル曲げ疲労強度を評価するには不十分である。また、本開示の発明者らが検討した結果、特許文献5、特許文献6に開示されているはだ焼鋼では、低サイクル曲げ疲労強度の向上代が不十分である。
As mentioned above, proposals have been made regarding methods for improving low cycle bending fatigue strength. Patent Document 1 discloses a manufacturing method for manufacturing parts with excellent low cycle fatigue strength, but there is still room to explore a range of components that exhibit better properties for the steel material used as the raw material.
In the steel disclosed in Patent Document 2, it is essential to add 0.45% or more of Mo in order to increase the hardenability of the steel and improve the grain boundary strength, which inevitably increases the alloy cost.
Patent Documents 3 and 4 propose carburized parts with a surface C concentration of 0.50 to 0.70%, especially for the purpose of improving low-cycle impact fatigue properties, but 10 2 to 10 3 If a low cycle fatigue strength of about 10 7 cycles and a high cycle bending fatigue strength of about 10 7 cycles are to be achieved at the same time, a higher surface layer C concentration is desired.
In Patent Documents 5 and 6, the influence of Si, Cr, and Mn on the carburized abnormal layer depth is studied, and by satisfying 7Si+3Cr+Mn≧7.0, the carburized abnormal layer depth during gas carburizing is 10 μm or less. Case hardening steel has been proposed that has excellent surface pressure strength, impact strength, and bending fatigue strength. However, the Charpy impact test is used to evaluate impact strength, which is insufficient to evaluate low cycle bending fatigue strength. Further, as a result of studies conducted by the inventors of the present disclosure, the case hardening steels disclosed in Patent Document 5 and Patent Document 6 have insufficient improvement in low cycle bending fatigue strength.

このように、特許文献1~6をはじめとする従来技術から見ても、高価な金属元素によらず、低サイクル曲げ疲労強度と高サイクル曲げ疲労強度と面疲労強度とを一段と高い水準で両立する鋼材が望ましい。 In this way, even from the perspective of conventional technologies such as Patent Documents 1 to 6, it is possible to achieve a higher level of low cycle bending fatigue strength, high cycle bending fatigue strength, and surface fatigue strength without using expensive metal elements. It is desirable to use a steel material that

本開示の目的は、浸炭焼入れに供した場合に、優れた低サイクル曲げ疲労強度、高サイクル曲げ疲労強度、及び面疲労強度を有する棒鋼、並びに優れた低サイクル曲げ疲労強度、高サイクル曲げ疲労強度、及び面疲労強度を有する浸炭焼入れ部品を提供することである。 The object of the present disclosure is to provide a steel bar having excellent low cycle bending fatigue strength, high cycle bending fatigue strength, and surface fatigue strength when subjected to carburizing and quenching, as well as excellent low cycle bending fatigue strength, high cycle bending fatigue strength, and surface fatigue strength. An object of the present invention is to provide a carburized and quenched part having surface fatigue strength.

本開示の要旨は以下の通りである。
<1> 化学組成が、質量%で、
C :0.10~0.25%、
Si:0.60~1.20%、
Mn:0.86~1.20%、
P :0.030%以下、
S :0.005~0.030%、
Cr:1.20~1.75%、
Al:0.010~0.060%、
N :0.003~0.020%、及び
O :0.0020%以下
を含有するとともに、
下記(1)及び(2)を満たし、
残部がFe及び不純物からなる棒鋼。
76-28×Si+37×Mn+3×Cr≦90.0 ・・・(1)
1.0≦Al/N≦3.0 ・・・(2)
ただし、(1)及び(2)の式中の元素記号は、各元素の質量%での含有量を示す。
<2> 化学組成が、質量%で、
C :0.10~0.25%、
Si:0.60~1.20%、
Mn:0.86~1.20%、
P :0.030%以下、
S :0.005~0.030%、
Cr:1.20~1.75%、
Al:0.010~0.060%、
N :0.003~0.020%、及び
O :0.0020%以下
を含有し、さらに、
Mo:0.25%以下、
Cu:0.50%以下、
Ni:0.50%以下、
W :0.50%以下、
V :0.25%以下、
Bi:0.50%以下、
Co:0.50%以下、
Nb:0.10%以下、
Ti:0.20%以下、
Ca:0.0015%以下、
Pb:0.09%以下、
Sn:0.10%以下、及び
B :0.0070%以下
からなる群より選ばれる1種又は2種以上を含有するとともに、
下記(1)及び(2)を満たし、
残部がFe及び不純物からなる棒鋼。
76-28×Si+37×Mn+3×Cr≦90.0 ・・・(1)
1.0≦Al/N≦3.0 ・・・(2)
ただし、(1)及び(2)の式中の元素記号は、各元素の質量%での含有量を示す。
<3> 浸炭層である硬化層と、前記硬化層よりも内部の芯部とを含み、
前記芯部の化学組成が、質量%で、
C :0.10~0.25%、
Si:0.60~1.20%、
Mn:0.86~1.20%、
P :0.030%以下、
S :0.005~0.030%、
Cr:1.20~1.75%、
Al:0.010~0.060%、
N :0.003~0.020%、及び
O :0.0020%以下
を含有するとともに、
下記(1)及び(2)を満たし、
残部がFe及び不純物からなり、
表面から50μm深さまでの領域における平均のC濃度が0.65%以上であり、
表面から50μm深さにおける平均の表層硬さが600HV以上である浸炭焼入れ部品。
76-28×Si+37×Mn+3×Cr≦90.0 ・・・(1)
1.0≦Al/N≦3.0 ・・・(2)
ただし、(1)及び(2)の式中の元素記号は、各元素の質量%での含有量を示す。
<4> 浸炭層である硬化層と、前記硬化層よりも内部の芯部とを含み、
前記芯部の化学組成が、質量%で、
C :0.10~0.25%、
Si:0.60~1.20%、
Mn:0.86~1.20%、
P :0.030%以下、
S :0.005~0.030%、
Cr:1.20~1.75%、
Al:0.010~0.060%、
N :0.003~0.020%、及び
O :0.0020%以下
を含有し、さらに、
Mo:0.25%以下、
Cu:0.50%以下、
Ni:0.50%以下、
W :0.50%以下、
V :0.25%以下、
Bi:0.50%以下、
Co:0.50%以下、
Nb:0.10%以下、
Ti:0.20%以下、
Ca:0.0015%以下、
Pb:0.09%以下、
Sn:0.10%以下、及び
B :0.0070%以下
からなる群より選ばれる1種又は2種以上を含有するとともに、
下記(1)及び(2)を満たし、
残部がFe及び不純物からなり、
表面から50μm深さまでの領域における平均のC濃度が0.65%以上であり、
表面から50μm深さにおける平均の表層硬さが600HV以上である浸炭焼入れ部品。
76-28×Si+37×Mn+3×Cr≦90.0 ・・・(1)
1.0≦Al/N≦3.0 ・・・(2)
ただし、(1)及び(2)の式中の元素記号は、各元素の質量%での含有量を示す。
The gist of the present disclosure is as follows.
<1> The chemical composition is in mass%,
C: 0.10-0.25%,
Si: 0.60-1.20%,
Mn: 0.86-1.20%,
P: 0.030% or less,
S: 0.005-0.030%,
Cr: 1.20-1.75%,
Al: 0.010-0.060%,
Contains N: 0.003 to 0.020% and O: 0.0020% or less,
Satisfies (1) and (2) below,
A steel bar with the balance consisting of Fe and impurities.
76-28×Si+37×Mn+3×Cr≦90.0...(1)
1.0≦Al/N≦3.0...(2)
However, the element symbols in formulas (1) and (2) indicate the content in mass % of each element.
<2> The chemical composition is in mass%,
C: 0.10-0.25%,
Si: 0.60-1.20%,
Mn: 0.86-1.20%,
P: 0.030% or less,
S: 0.005-0.030%,
Cr: 1.20-1.75%,
Al: 0.010-0.060%,
Contains N: 0.003 to 0.020%, and O: 0.0020% or less, and further,
Mo: 0.25% or less,
Cu: 0.50% or less,
Ni: 0.50% or less,
W: 0.50% or less,
V: 0.25% or less,
Bi: 0.50% or less,
Co: 0.50% or less,
Nb: 0.10% or less,
Ti: 0.20% or less,
Ca: 0.0015% or less,
Pb: 0.09% or less,
Containing one or more selected from the group consisting of Sn: 0.10% or less, and B: 0.0070% or less,
Satisfies (1) and (2) below,
A steel bar with the balance consisting of Fe and impurities.
76-28×Si+37×Mn+3×Cr≦90.0...(1)
1.0≦Al/N≦3.0...(2)
However, the element symbols in formulas (1) and (2) indicate the content in mass % of each element.
<3> Includes a hardened layer that is a carburized layer and a core portion inside the hardened layer,
The chemical composition of the core is in mass%,
C: 0.10-0.25%,
Si: 0.60-1.20%,
Mn: 0.86-1.20%,
P: 0.030% or less,
S: 0.005-0.030%,
Cr: 1.20-1.75%,
Al: 0.010-0.060%,
Contains N: 0.003 to 0.020% and O: 0.0020% or less,
Satisfies (1) and (2) below,
The remainder consists of Fe and impurities,
The average C concentration in the region from the surface to a depth of 50 μm is 0.65% or more,
A carburized and quenched part having an average surface hardness of 600 HV or more at a depth of 50 μm from the surface.
76-28×Si+37×Mn+3×Cr≦90.0...(1)
1.0≦Al/N≦3.0...(2)
However, the element symbols in formulas (1) and (2) indicate the content in mass % of each element.
<4> Includes a hardened layer that is a carburized layer and a core portion inside the hardened layer,
The chemical composition of the core is in mass%,
C: 0.10-0.25%,
Si: 0.60-1.20%,
Mn: 0.86-1.20%,
P: 0.030% or less,
S: 0.005-0.030%,
Cr: 1.20-1.75%,
Al: 0.010-0.060%,
Contains N: 0.003 to 0.020%, and O: 0.0020% or less, and further,
Mo: 0.25% or less,
Cu: 0.50% or less,
Ni: 0.50% or less,
W: 0.50% or less,
V: 0.25% or less,
Bi: 0.50% or less,
Co: 0.50% or less,
Nb: 0.10% or less,
Ti: 0.20% or less,
Ca: 0.0015% or less,
Pb: 0.09% or less,
Containing one or more selected from the group consisting of Sn: 0.10% or less, and B: 0.0070% or less,
Satisfies (1) and (2) below,
The remainder consists of Fe and impurities,
The average C concentration in the region from the surface to a depth of 50 μm is 0.65% or more,
A carburized and quenched part having an average surface hardness of 600 HV or more at a depth of 50 μm from the surface.
76-28×Si+37×Mn+3×Cr≦90.0...(1)
1.0≦Al/N≦3.0...(2)
However, the element symbols in formulas (1) and (2) indicate the content in mass % of each element.

本開示によれば、浸炭焼入れに供した場合に、優れた低サイクル曲げ疲労強度、高サイクル曲げ疲労強度、及び面疲労強度を有する棒鋼、並びに優れた低サイクル曲げ疲労強度、高サイクル曲げ疲労強度、及び面疲労強度を有する浸炭焼入れ部品が提供される。 According to the present disclosure, there is provided a steel bar having excellent low cycle bending fatigue strength, high cycle bending fatigue strength, and surface fatigue strength, and excellent low cycle bending fatigue strength and high cycle bending fatigue strength when subjected to carburizing and quenching. A carburized and quenched part having surface fatigue strength and surface fatigue strength is provided.

浸炭処理における、浸炭処理工程及び焼入れ工程でのヒートパターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the heat pattern in a carburizing process and a quenching process in carburizing process. 実施例で作製した低サイクル曲げ疲労試験片の(A)側面図及び(B)正面図である。It is (A) a side view and (B) a front view of the low cycle bending fatigue test piece produced in the Example. 実施例で作製した小野式回転曲げ疲労試験片の側面図である。FIG. 2 is a side view of an Ono-type rotary bending fatigue test piece prepared in an example. 実施例で作製した小ローラ試験片の側面図である。FIG. 2 is a side view of a small roller test piece produced in an example. 実施例で作製した大ローラ試験片の正面図である。FIG. 2 is a front view of a large roller test piece prepared in an example. 実施例における二円筒転がり疲労試験の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a two-cylinder rolling fatigue test in an example.

本開示の一例である実施形態について説明する。
なお、本開示において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。ただし、「~」の前後に記載される数値に「超」又は「未満」が付されている場合の数値範囲は、これら数値を下限値又は上限値として含まない範囲を意味する。
また、本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階的な数値範囲の上限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値に置き換えてもよく、あるいは実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階的な数値範囲の下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の下限値に置き換えてもよく、あるいは、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
また、各元素の含有量について、好ましい下限値と上限値が別々に記載されている場合、下限値と上限値を任意に組み合わせた数値範囲をその元素の好ましい含有量としてもよい。
「工程」との用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
An embodiment that is an example of the present disclosure will be described.
In the present disclosure, a numerical range expressed using "~" means a range that includes the numerical values written before and after "~" as the lower limit and upper limit. However, a numerical range in which "more than" or "less than" is attached to the numerical value written before and after "~" means a range that does not include these numerical values as the lower limit or upper limit.
In addition, in the numerical ranges described stepwise in this specification, the upper limit of one stepwise numerical range may be replaced with the upper limit of another stepwise numerical range, or the example You may substitute the values shown in .
In the numerical ranges described step by step in this specification, the lower limit value of one stepwise numerical range may be replaced by the lower limit value of the numerical range described step by step, or in the examples. You may substitute the values shown.
Further, when a preferable lower limit value and an upper limit value are separately described for the content of each element, a numerical range obtained by arbitrarily combining the lower limit value and the upper limit value may be used as the preferable content of the element.
The term "process" is included not only in an independent process but also in the case where the intended purpose of the process is achieved even if the process cannot be clearly distinguished from other processes.

以下、本開示に係る棒鋼及び浸炭焼入れ部品について説明する。なお、各成分元素の含有量の単位「%」は「質量%」を意味する。 Hereinafter, the steel bar and carburized and quenched parts according to the present disclosure will be explained. Note that the unit "%" for the content of each component element means "mass %".

本開示の発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意検討を行った。すなわち、浸炭処理前の鋼の化学組成と、浸炭処理後の鋼、即ち浸炭焼入れ部品の浸炭表層に生成する浸炭異常組織を詳細に分析し、低サイクル曲げ疲労強度と不完全焼入れ組織や、粒界酸化深さ(内部酸化)及び表層酸化層(外部酸化)との関係を調査し、また、浸炭処理前の鋼の化学組成と、浸炭焼入れ部品の表層硬さ及び表面炭素濃度と芯部硬さの関係について検討し、以下の知見を得た。 The inventors of the present disclosure conducted extensive studies to solve the above problems. Specifically, we analyzed in detail the chemical composition of the steel before carburizing and the abnormal carburized structure that forms on the carburized surface layer of the steel after carburizing, that is, the carburized surface layer of the carburized and quenched parts, and analyzed the low cycle bending fatigue strength, incompletely quenched structure, and grain We investigated the relationship between the field oxidation depth (internal oxidation) and the surface oxidation layer (external oxidation), and also investigated the chemical composition of the steel before carburizing, the surface hardness, surface carbon concentration, and core hardness of carburized and quenched parts. The following findings were obtained by examining the relationship between

まず、本開示に係る発明者らは、浸炭処理を施したときに優れた低サイクル曲げ疲労強度が得られる鋼について検討を行った。このような鋼には、浸炭焼入れ部品の製造工程において、例えばガス浸炭処理もしくは真空浸炭処理が実施される。ガス浸炭処理及び真空浸炭処理では、鋼をAc3変態点温度以上に加熱するため、鋼の金属組織(ミクロ組織)はオーステナイトに変態する。そのため、ガス浸炭処理及び真空浸炭処理の開始前の組織の影響が、ガス浸炭処理及び真空浸炭処理の後には残らない。そこで、本開示に係る発明者らは、浸炭処理後の低サイクル曲げ疲労強度を高める手段を、浸炭処理前の鋼のミクロ組織の観点から検討するのではなく、浸炭処理を実施しても変更されることのない鋼の化学組成の観点から検討した。 First, the inventors of the present disclosure have studied steel that can provide excellent low cycle bending fatigue strength when carburized. Such steel is subjected to, for example, gas carburizing treatment or vacuum carburizing treatment in the manufacturing process of carburized and quenched parts. In gas carburizing treatment and vacuum carburizing treatment, the metal structure (microstructure) of the steel transforms into austenite because the steel is heated above the A c3 transformation point temperature. Therefore, the influence of the structure before starting the gas carburizing process and the vacuum carburizing process does not remain after the gas carburizing process and the vacuum carburizing process. Therefore, the inventors of the present disclosure did not consider a means to increase the low cycle bending fatigue strength after carburizing from the perspective of the microstructure of the steel before carburizing, but instead changed the method even after carburizing. This study was conducted from the viewpoint of the chemical composition of steel, which has never been considered.

その結果、本開示に係る発明者らは、低サイクル曲げ疲労強度を向上させるためには、浸炭表層の粒界酸化深さを低減することが重要であること、さらに浸炭表層には粒界酸化以外に多量の粒界S偏析が生じており、多量の粒界S偏析の偏析深さを低減することで低サイクル曲げ疲労強度が向上することを見出した。
そこで、浸炭表層の粒界酸化深さと粒界S偏析深さを低減するため、Si量の適正範囲を調査した。その結果、鋼にSi量を0.60%以上添加した場合、浸炭異常層の深さが低減されることを見出した。
As a result, the inventors of the present disclosure found that in order to improve low cycle bending fatigue strength, it is important to reduce the depth of grain boundary oxidation in the carburized surface layer, and that the grain boundary oxidation depth in the carburized surface layer is In addition, a large amount of grain boundary S segregation occurs, and it has been found that low cycle bending fatigue strength can be improved by reducing the segregation depth of the large amount of grain boundary S segregation.
Therefore, in order to reduce the depth of grain boundary oxidation and the depth of grain boundary S segregation in the carburized surface layer, the appropriate range of the amount of Si was investigated. As a result, it was found that when 0.60% or more of Si was added to steel, the depth of the carburized abnormal layer was reduced.

(A)本開示の発明者らは、Si量が0.60%以上の場合のMnやCrに着目し、それらの適正範囲を鋭意調査した。
その結果、以下の式F1の値が90.0以下を満たす場合において、粒界酸化深さは低減され、かつ、粒界S偏析深さも低減されることで、低サイクル曲げ疲労強度が向上することが分かった。
F1=76-28×Si+37×Mn+3×Cr
F1の値が90.0を超える場合、粒界酸化(内部酸化)深さもしくは粒界S偏析深さが低減されず、十分な低サイクル曲げ疲労強度が得られない。
(A) The inventors of the present disclosure focused on Mn and Cr when the amount of Si is 0.60% or more, and diligently investigated their appropriate ranges.
As a result, when the value of the following formula F1 satisfies 90.0 or less, the grain boundary oxidation depth is reduced and the grain boundary S segregation depth is also reduced, thereby improving low cycle bending fatigue strength. That's what I found out.
F1=76-28×Si+37×Mn+3×Cr
When the value of F1 exceeds 90.0, the depth of grain boundary oxidation (internal oxidation) or the depth of grain boundary S segregation is not reduced, and sufficient low cycle bending fatigue strength cannot be obtained.

(B)また、本開示に係る発明者らは、当該範囲内において、さらにガス浸炭処理した場合に浸炭阻害が生じず、高サイクル曲げ疲労強度に優れる適正範囲を調査した。
そして、本開示に係る発明者らは、Si量を1.20%超もしくはCr量を1.75%超とした場合には、ガス浸炭した際に、外部酸化層が浸炭部品全体に生成し、浸炭阻害が生じて表層の炭素濃度が低下し、高サイクル曲げ疲労強度が低下することを見出した。
(B) The inventors of the present disclosure also investigated an appropriate range in which carburization inhibition does not occur when further gas carburizing treatment is performed within this range and the high cycle bending fatigue strength is excellent.
The inventors of the present disclosure have discovered that when the Si content exceeds 1.20% or the Cr content exceeds 1.75%, an external oxide layer is generated over the entire carburized part during gas carburizing. It was found that carburization inhibition occurs, the carbon concentration in the surface layer decreases, and the high cycle bending fatigue strength decreases.

その結果、浸炭した場合の低サイクル曲げ疲労強度、高サイクル曲げ疲労強度、及び面疲労強度のすべてに優れる鋼について化学組成の観点で検討した結果、本開示に係る発明者らは、化学組成が質量%で、C:0.10~0.25%、Si:0.60~1.20%、Mn:0.86~1.20%、P:0.030%以下、S:0.005~0.030%、Cr:1.20~1.75%、Al:0.010~0.060%、N:0.003~0.020%、O:0.0020%以下を含有し、任意選択的に、Mo:0.25%以下、Cu:0.50%以下、Ni:0.50%以下、W:0.50%以下、V:0.25%以下、Bi:0.50%以下、Co:0.50%以下、Nb:0.10%以下、Ti:0.20%以下、Ca:0.0015%以下、Pb:0.09%以下、Sn:0.10%以下及びB:0.0070%以下を含有し、SiとMnとCrの各含有量が76-28×Si+37×Mn+3×Cr≦90.0の関係を満たし、残部がFe及び不純物である鋼であれば、浸炭処理を実施した後で優れた低サイクル曲げ疲労強度、高サイクル曲げ疲労強度、及び面疲労強度が得られると考えた。 As a result, the inventors of the present disclosure have investigated the chemical composition of steel that has excellent low cycle bending fatigue strength, high cycle bending fatigue strength, and surface fatigue strength when carburized. In mass%, C: 0.10 to 0.25%, Si: 0.60 to 1.20%, Mn: 0.86 to 1.20%, P: 0.030% or less, S: 0.005 ~0.030%, Cr: 1.20~1.75%, Al: 0.010~0.060%, N: 0.003~0.020%, O: 0.0020% or less, Optionally, Mo: 0.25% or less, Cu: 0.50% or less, Ni: 0.50% or less, W: 0.50% or less, V: 0.25% or less, Bi: 0.50. % or less, Co: 0.50% or less, Nb: 0.10% or less, Ti: 0.20% or less, Ca: 0.0015% or less, Pb: 0.09% or less, Sn: 0.10% or less and B: steel that contains 0.0070% or less, the respective contents of Si, Mn, and Cr satisfy the relationship of 76-28 x Si + 37 x Mn + 3 x Cr≦90.0, and the balance is Fe and impurities. For example, it was thought that excellent low-cycle bending fatigue strength, high-cycle bending fatigue strength, and surface fatigue strength could be obtained after carburizing.

しかしながら、化学組成における各元素の含有量が上述の範囲内である鋼であっても、粗粒化が生じ、十分低サイクル曲げ疲労強度が得られない場合があった。そこで、本開示に係る発明者らはさらに調査及び検討を進めた。その結果、本開示に係る発明者らは次の知見を得た。 However, even if the steel has a chemical composition in which the content of each element is within the above-mentioned range, coarse graining may occur and sufficient low-cycle bending fatigue strength may not be obtained. Therefore, the inventors of the present disclosure conducted further investigation and study. As a result, the inventors of the present disclosure obtained the following knowledge.

(C)化学組成中の各元素の含有量が上述の範囲内であっても、鋼中にAl介在物が過剰に存在していれば、Al介在物が割れの起点となり得る。また、鋼中のAl介在物は、浸炭処理後の浸炭焼入れ部品に残存する。そのため、鋼中にAl介在物が過剰に多く残存すれば、浸炭処理後の曲げ疲労強度が低下する場合がある。また、鋼中のAlは、析出物(AlN)として析出し得る。粗大なAlN(析出物)は、Al介在物と同様に、割れの起点となり得る。そのため、鋼中に粗大なAlN(析出物)が過剰に多く存在すれば、浸炭処理後の曲げ疲労強度が低下する場合がある。 (C) Even if the content of each element in the chemical composition is within the above range, if Al inclusions are excessively present in the steel, the Al inclusions can become the starting point of cracks. Furthermore, Al inclusions in steel remain in carburized and quenched parts after carburizing. Therefore, if too many Al inclusions remain in the steel, the bending fatigue strength after carburizing may decrease. Moreover, Al in steel can be precipitated as a precipitate (AlN). Coarse AlN (precipitates) can become a starting point for cracks, similar to Al inclusions. Therefore, if excessively large amounts of coarse AlN (precipitates) are present in the steel, the bending fatigue strength after carburizing may decrease.

ここで、F2=Al/Nと定義する。「Al」は質量%でのAl含有量であり、「N」は質量%でのN含有量である。本開示に係る棒鋼の化学組成において、各元素の含有量が本開示の範囲内であることを前提として、F2の値が1.0未満であれば、AlN(析出物)の析出量が少なく、ピン止め粒子の不足により粗粒化が生じる。そのため、浸炭処理後の曲げ疲労強度が低下する。
一方、本開示に係る棒鋼の化学組成において、各元素の含有量が本開示の範囲内であることを前提として、F2の値が3.0を超えれば、Al含有量がN含有量よりも過剰となる。この場合、鋼中の粗大なAlN(析出物)が過剰に多く形成されるほか、過剰な量のAl介在物(酸化物系介在物)が生成する。そのため、この場合も、浸炭処理後の曲げ疲労強度が低下する。
Here, F2=Al/N is defined. "Al" is the Al content in mass % and "N" is the N content in mass %. In the chemical composition of the steel bar according to the present disclosure, assuming that the content of each element is within the range of the present disclosure, if the F2 value is less than 1.0, the amount of AlN (precipitate) precipitated is small. , coarsening occurs due to lack of pinning particles. Therefore, the bending fatigue strength after carburizing treatment decreases.
On the other hand, in the chemical composition of the steel bar according to the present disclosure, assuming that the content of each element is within the range of the present disclosure, if the F2 value exceeds 3.0, the Al content is higher than the N content. becomes excessive. In this case, not only an excessive amount of coarse AlN (precipitates) is formed in the steel, but also an excessive amount of Al inclusions (oxide-based inclusions) are generated. Therefore, also in this case, the bending fatigue strength after the carburizing treatment decreases.

本開示に係る棒鋼の化学組成において、各元素の含有量が本開示の範囲内であることを前提として、F2の値が1.0~3.0であれば、つまり、以下に示す式(2)を満たせば、鋼中のAl介在物の生成を十分に抑制でき、かつ、粗大なAlN(析出物)の生成を十分に抑制できる。そのため、下記式(2)を満たすことを前提として、浸炭処理後に十分な曲げ疲労強度が得られる。
1.0≦Al/N≦3.0 ・・・(2)
In the chemical composition of the steel bar according to the present disclosure, assuming that the content of each element is within the range of the present disclosure, if the value of F2 is 1.0 to 3.0, that is, the formula ( If 2) is satisfied, the formation of Al inclusions in the steel can be sufficiently suppressed, and the formation of coarse AlN (precipitates) can be sufficiently suppressed. Therefore, on the premise that the following formula (2) is satisfied, sufficient bending fatigue strength can be obtained after carburizing treatment.
1.0≦Al/N≦3.0...(2)

<棒鋼>
[化学組成]
上述の知見に基づいて得られた本開示に係る棒鋼の具体的構成について、以下に詳細に説明する。本開示に係る棒鋼の化学組成は、下記範囲内の元素を含有する。なお、本開示に係る棒鋼を浸炭処理した場合は、表層部におけるC含有量は芯部のC含有量よりも高くなるが、以下に説明するC以外の元素の含有量は棒鋼全体における含有量と同じである。
<Steel bar>
[Chemical composition]
The specific structure of the steel bar according to the present disclosure obtained based on the above findings will be described in detail below. The chemical composition of the steel bar according to the present disclosure contains elements within the following range. Note that when the steel bar according to the present disclosure is carburized, the C content in the surface layer is higher than the C content in the core, but the content of elements other than C, which will be explained below, is the content in the entire steel bar. is the same as

C:0.10~0.25%
炭素(C)は、鋼の焼入れ性を高め、鋼の硬さを高める。そのため、Cは、浸炭処理後の曲げ疲労強度を高める。C含有量が0.10%未満であれば、他の元素含有量が本開示の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、C含有量が0.25%を超えれば、他の元素含有量が本開示の範囲内であっても、低サイクル曲げ疲労によって発生したき裂が伝番しやすく、破断し易くなる。したがって、C含有量は0.10~0.25%である。C含有量の好ましい下限は0.11%であり、さらに好ましくは0.12%であり、さらに好ましくは0.13%である。C含有量の好ましい上限は0.24%であり、さらに好ましくは0.23%であり、さらに好ましくは0.22%である。
C: 0.10-0.25%
Carbon (C) improves the hardenability of steel and increases the hardness of steel. Therefore, C increases the bending fatigue strength after carburizing treatment. If the C content is less than 0.10%, the above effects cannot be sufficiently obtained even if the contents of other elements are within the range of the present disclosure. On the other hand, if the C content exceeds 0.25%, even if the contents of other elements are within the ranges of the present disclosure, cracks generated due to low cycle bending fatigue tend to propagate and break. Therefore, the C content is 0.10-0.25%. The preferable lower limit of the C content is 0.11%, more preferably 0.12%, and still more preferably 0.13%. A preferable upper limit of the C content is 0.24%, more preferably 0.23%, and still more preferably 0.22%.

Si:0.60%~1.20%
シリコン(Si)は、粒界酸化(内部酸化)を助長する元素であるが、F1≦90.0を満たす場合に、粒界酸化(内部酸化)深さを低減する。そのため、低サイクル曲げ疲労強度を高める。
Si含有量が0.60%未満であれば、他の元素含有量が本開示の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Si含有量が1.20%を超えれば、他の元素含有量が本開示の範囲内であっても、ガス浸炭した際に浸炭阻害が生じ、表層の炭素濃度が不十分となり、疲労強度が低下する。したがって、Si含有量は0.60~1.20%である。Si含有量の好ましい下限は0.62%であり、さらに好ましくは0.65%であり、さらに好ましくは0.68%であり、さらに好ましくは0.70%である。Si含有量の好ましい上限は1.20%であり、さらに好ましくは1.15%であり、さらに好ましくは1.10%であり、さらに好ましくは1.05%である。
Si: 0.60% to 1.20%
Silicon (Si) is an element that promotes grain boundary oxidation (internal oxidation), and reduces the depth of grain boundary oxidation (internal oxidation) when F1≦90.0 is satisfied. Therefore, low cycle bending fatigue strength is increased.
If the Si content is less than 0.60%, the above effects cannot be sufficiently obtained even if the contents of other elements are within the range of the present disclosure. On the other hand, if the Si content exceeds 1.20%, even if the content of other elements is within the range of the present disclosure, carburization will be inhibited during gas carburizing, the carbon concentration in the surface layer will be insufficient, and fatigue will result. Strength decreases. Therefore, the Si content is 0.60-1.20%. The lower limit of the Si content is preferably 0.62%, more preferably 0.65%, even more preferably 0.68%, and still more preferably 0.70%. A preferable upper limit of the Si content is 1.20%, more preferably 1.15%, still more preferably 1.10%, and still more preferably 1.05%.

Mn:0.86~1.20%
マンガン(Mn)は、鋼の焼戻し軟化抵抗を向上させる。そのため、Mnは、浸炭処理後の面疲労強度を高める。Mn含有量が0.86%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Mn含有量が1.20%を超えれば、残留オーステナイトが多量に生成し、浸炭後の硬さが低下し疲労強度が十分得られない。したがって、Mn含有量は0.86~1.20%である。Mn含有量の好ましい下限は、0.87%であり、さらに好ましくは0.88%であり、さらに好ましくは0.89%であり、さらに好ましくは0.90%である。Mn含有量の好ましい上限は1.18%であり、さらに好ましくは1.16%であり、さらに好ましくは1.14%であり、さらに好ましくは1.12%であり、さらに好ましくは1.10%である。
Mn: 0.86-1.20%
Manganese (Mn) improves the temper softening resistance of steel. Therefore, Mn increases the surface fatigue strength after carburizing treatment. If the Mn content is less than 0.86%, the above effects cannot be sufficiently obtained even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. On the other hand, if the Mn content exceeds 1.20%, a large amount of retained austenite will be generated, the hardness after carburization will decrease, and sufficient fatigue strength will not be obtained. Therefore, the Mn content is 0.86-1.20%. The preferable lower limit of the Mn content is 0.87%, more preferably 0.88%, even more preferably 0.89%, and still more preferably 0.90%. A preferable upper limit of the Mn content is 1.18%, more preferably 1.16%, even more preferably 1.14%, still more preferably 1.12%, and still more preferably 1.10%. %.

P:0.030%以下
リン(P)は不純物である。Pは、浸炭処理において、オーステナイト粒界に偏析して、浸炭処理後の曲げ疲労強度を低下する。P含有量が0.030%を超えれば、他の元素含有量が本開示の範囲内であっても、浸炭処理後の曲げ疲労強度が顕著に低下する。したがって、P含有量は0.030%以下である。P含有量の好ましい上限は0.029%であり、さらに好ましくは0.028%であり、さらに好ましくは0.025%である。P含有量はなるべく低い方が好ましく、例えば0%であってもよい。ただし、精錬コストを抑制するために、P含有量を0.001%以上、又は0.002%以上としてもよい。
P: 0.030% or less Phosphorus (P) is an impurity. P segregates at austenite grain boundaries during carburizing and reduces the bending fatigue strength after carburizing. If the P content exceeds 0.030%, even if the contents of other elements are within the ranges of the present disclosure, the bending fatigue strength after carburizing treatment will decrease significantly. Therefore, the P content is 0.030% or less. A preferable upper limit of the P content is 0.029%, more preferably 0.028%, and still more preferably 0.025%. The P content is preferably as low as possible, and may be, for example, 0%. However, in order to suppress refining costs, the P content may be set to 0.001% or more, or 0.002% or more.

S:0.005%~0.030%
硫黄(S)は不純物である。SはMnと結合してMnSを形成して、鋼の被削性を高める。しかしながら、S含有量が0.030%を超えれば、他の元素含有量が本開示の範囲内であっても、硫化物が粗大化する。この場合、浸炭処理後の曲げ疲労強度が低下する。したがって、S含有量は0.030%以下である。S含有量の好ましい下限は0.005%である。S含有量の好ましい上限は0.029%であり、さらに好ましくは0.028%であり、さらに好ましくは0.027%であり、さらに好ましくは0.026%である。
S: 0.005% to 0.030%
Sulfur (S) is an impurity. S combines with Mn to form MnS and improves the machinability of steel. However, if the S content exceeds 0.030%, sulfides become coarse even if the contents of other elements are within the ranges of the present disclosure. In this case, the bending fatigue strength after carburizing is reduced. Therefore, the S content is 0.030% or less. The preferable lower limit of the S content is 0.005%. A preferable upper limit of the S content is 0.029%, more preferably 0.028%, still more preferably 0.027%, and still more preferably 0.026%.

Cr:1.20~1.75%
クロム(Cr)は、外部酸化及び内部酸化の生成を促進する。そのため、Crが過剰に添加されると、浸炭阻害が生じ高サイクル曲げ疲労強度を低下させる。一方、Crは鋼の焼入れ性を高め、鋼の硬さを高める。そのため、Crは、浸炭処理後の低サイクル曲げ疲労強度を高める。即ちCrは、鋼の内部においては、硬さを向上させて低サイクル曲げ疲労強度を向上させる効果を有する半面、浸炭部においては、浸炭阻害を生じ高サイクル曲げ疲労強度を損なう効果を有する。このため、Cr含有量を所定範囲内としたうえで、上述した式(1)を満たすようにSi含有量とCr含有量との関係を所定範囲内とする必要がある。
Cr: 1.20-1.75%
Chromium (Cr) promotes the formation of external and internal oxidation. Therefore, when Cr is added in excess, carburization is inhibited and the high cycle bending fatigue strength is reduced. On the other hand, Cr improves the hardenability of steel and increases the hardness of steel. Therefore, Cr increases the low cycle bending fatigue strength after carburizing treatment. That is, Cr has the effect of improving hardness and low cycle bending fatigue strength inside the steel, but on the other hand, in the carburized part, it has the effect of inhibiting carburization and impairing high cycle bending fatigue strength. For this reason, it is necessary to set the Cr content within a predetermined range and then set the relationship between the Si content and the Cr content within a predetermined range so as to satisfy the above-mentioned formula (1).

Cr含有量が1.20%未満であれば、他の元素含有量が本開示の範囲内であっても、ガス浸炭した場合に強度向上効果が十分に得られない。一方、Cr含有量が1.75%を超えれば、他の元素含有量が本開示の範囲内であっても、浸炭阻害が生じる可能性がある。この場合、高サイクル曲げ疲労強度が低下する。したがって、Cr含有量は1.20~1.75%である。Cr含有量の好ましい下限は1.23%であり、さらに好ましくは1.25%であり、さらに好ましくは1.30%であり、さらに好ましくは1.35%である。Cr含有量の好ましい上限は1.73%であり、さらに好ましくは1.70%、1.68%、又は1.65%である。 If the Cr content is less than 1.20%, even if the contents of other elements are within the ranges of the present disclosure, a sufficient strength improvement effect cannot be obtained when gas carburizing is performed. On the other hand, if the Cr content exceeds 1.75%, carburization may be inhibited even if the contents of other elements are within the range of the present disclosure. In this case, high cycle bending fatigue strength decreases. Therefore, the Cr content is 1.20-1.75%. The lower limit of the Cr content is preferably 1.23%, more preferably 1.25%, even more preferably 1.30%, and still more preferably 1.35%. A preferable upper limit of the Cr content is 1.73%, more preferably 1.70%, 1.68%, or 1.65%.

Al:0.010%~0.060%
アルミニウム(Al)は鋼を脱酸する。しかしながら、Al含有量が0.060%を超えれば、他の元素含有量が本開示の範囲内であっても、粗大なAl介在物(酸化物系介在物)が生成する。粗大なAl介在物は、浸炭処理後の曲げ疲労強度を低下する。したがって、Al含有量は0.060%以下である。Al含有量の下限は0.010%であり、好ましくは0.011%であり、さらに好ましくは0.012%であり、さらに好ましくは0.013%である。Al含有量の好ましい上限は、0.58%であり、さらに好ましくは0.55%であり、さらに好ましくは0.50%であり、さらに好ましくは0.48%である。
Al: 0.010% to 0.060%
Aluminum (Al) deoxidizes steel. However, if the Al content exceeds 0.060%, coarse Al inclusions (oxide-based inclusions) will be generated even if the contents of other elements are within the range of the present disclosure. Coarse Al inclusions reduce the bending fatigue strength after carburizing. Therefore, the Al content is 0.060% or less. The lower limit of the Al content is 0.010%, preferably 0.011%, more preferably 0.012%, and even more preferably 0.013%. A preferable upper limit of the Al content is 0.58%, more preferably 0.55%, still more preferably 0.50%, and still more preferably 0.48%.

N:0.003~0.020%
窒素(N)はAlNに代表される窒化物を形成し、ピン止め粒子として働き、結晶粒の粗大化を抑制する。N含有量が少ないとピン止め粒子の析出量が少なく、結晶粒の粗大化により疲労強度が低下する。したがって、N含有量の下限は0.003%である。N含有量の好ましい下限は0.004%であり、さらに好ましくは0.005%である。N含有量が0.020%を超えれば、他の元素含有量が本開示の範囲内であっても、AlNに代表されるピン止め粒子が粗大化することで、結晶粒のピン止め効果が失われ、浸炭処理後の曲げ疲労強度を低下する。したがって、N含有量は0.020%以下である。N含有量の好ましい上限は0.019%であり、さらに好ましくは0.018%である。
N: 0.003-0.020%
Nitrogen (N) forms nitrides such as AlN, acts as pinning particles, and suppresses coarsening of crystal grains. When the N content is low, the amount of pinning particles precipitated is small, and the fatigue strength is reduced due to coarsening of crystal grains. Therefore, the lower limit of N content is 0.003%. The lower limit of the N content is preferably 0.004%, more preferably 0.005%. If the N content exceeds 0.020%, even if the content of other elements is within the range of the present disclosure, the pinning particles represented by AlN will become coarser and the pinning effect of crystal grains will be reduced. This reduces the bending fatigue strength after carburizing. Therefore, the N content is 0.020% or less. A preferable upper limit of the N content is 0.019%, more preferably 0.018%.

O:0.0020%以下
酸素(O)は、不純物として鋼に含有され、粒界に偏析して粒界脆化を起こしやすくするとともに、鋼中で、脆性破壊の原因となる硬い酸化物系介在物を形成しやすい元素である。粒界脆化や、脆性破壊を防止するため、Oは、0.0020%以下とする。Oの下限値は特に限定されず、例えば0%でもよい。一方、精錬コストの抑制のために、O含有量の下限値を0.0001%、又は0.0005%としてもよい。
O: 0.0020% or less Oxygen (O) is contained in steel as an impurity and segregates at grain boundaries, making it easier to cause grain boundary embrittlement. It is an element that tends to form inclusions. In order to prevent grain boundary embrittlement and brittle fracture, the content of O is 0.0020% or less. The lower limit of O is not particularly limited, and may be, for example, 0%. On the other hand, in order to suppress refining costs, the lower limit of the O content may be set to 0.0001% or 0.0005%.

残部:Fe及び不純物
本開示による棒鋼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、鋼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、本開示に係る棒鋼に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
Balance: Fe and Impurities The balance of the chemical composition of the steel bar according to the present disclosure consists of Fe and impurities. Here, impurities are those that are mixed in from ores used as raw materials, scrap, or the manufacturing environment when steel is manufactured industrially, and are allowed to the extent that they do not adversely affect the steel bar according to the present disclosure. means something that is done.

[任意元素]
本開示に係る棒鋼はさらに、Feの一部に代えて、Mo、Cu、V、Ni、W、Bi、Co、Nb、Ti、Ca、Pb、Sn及びB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る。
[Optional element]
The steel bar according to the present disclosure further includes one type selected from the group consisting of Mo, Cu, V, Ni, W, Bi, Co, Nb, Ti, Ca, Pb, Sn, and B in place of a part of Fe. Or it may contain two or more kinds. These elements are optional elements.

Mo:0~0.25%
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。一方、Moは鋼の焼入れ性を高めるが、高価な元素であるためMoを含有すると鋼材コストが増大する。したがって、Mo含有量は0~0.25%である。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0.02%である。Mo含有量の好ましい上限は0.23%であり、さらに好ましくは0.21%である。
Mo: 0-0.25%
Molybdenum (Mo) is an optional element and may not be included. That is, the Mo content may be 0%. On the other hand, Mo improves the hardenability of steel, but since it is an expensive element, containing Mo increases the cost of steel materials. Therefore, the Mo content is 0-0.25%. The lower limit of the Mo content is preferably 0.01%, more preferably 0.02%. A preferable upper limit of the Mo content is 0.23%, more preferably 0.21%.

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。一方、Cuが含有される場合、Cuは鋼の焼入れ性を高める作用を有するため、芯部硬さを高め、浸炭処理後の曲げ疲労強度を高めることができる。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、鋼の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0.01%である。Cu含有量の好ましい上限は0.08%である。
Cu: 0-0.50%
Copper (Cu) is an optional element and may not be included. That is, the Cu content may be 0%. On the other hand, when Cu is contained, since Cu has the effect of increasing the hardenability of steel, the core hardness can be increased and the bending fatigue strength after carburizing treatment can be increased. This effect can be obtained if even a small amount of Cu is contained. On the other hand, if the Cu content exceeds 0.50%, the hot workability of the steel will decrease. Therefore, the Cu content is 0-0.50%. The preferable lower limit of the Cu content to stably obtain the above effects is 0.01%. A preferable upper limit of the Cu content is 0.08%.

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。Niが含有される場合、Niは、鋼の焼入れ性を高める作用を有するため、鋼の硬さを高めることができる。これにより、浸炭処理後の曲げ疲労強度特性を高めることができる。Niはさらに、浸炭層の靱性を高める作用も有する。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表層硬さが低下し、浸炭処理後の曲げ疲労強度が低下する。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0.01%である。Ni含有量の好ましい上限は0.45%である。
Ni: 0-0.50%
Nickel (Ni) is an optional element and may not be included. When Ni is contained, the hardness of the steel can be increased because Ni has the effect of increasing the hardenability of the steel. Thereby, the bending fatigue strength characteristics after carburizing treatment can be improved. Ni also has the effect of increasing the toughness of the carburized layer. These effects can be obtained if even a small amount of Ni is contained. However, if the Ni content exceeds 0.50%, the amount of retained austenite increases, the surface hardness decreases, and the bending fatigue strength after carburizing treatment decreases. Therefore, the Ni content is 0 to 0.50%. The preferable lower limit of the Ni content in order to stably obtain the above effects is 0.01%. A preferable upper limit of the Ni content is 0.45%.

W:0~0.50%
タングステン(W)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、W含有量は0%であってもよい。Wが含有される場合、つまり、W含有量が0%超の場合、Wは鋼の焼入れ性を高めて、鋼の硬さを高める。その結果、浸炭処理後の曲げ疲労強度が高まる。Wが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、W含有量が0.50%を超えれば、他の元素含有量が本開示の範囲内であっても、鋼の強度が過剰に高くなる。この場合、鋼の被削性が低下する。したがって、W含有量は0~0.50%であり、含有される場合、0.50%以下である。W含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.05%であり、さらに好ましくは0.08%である。W含有量の好ましい上限は0.40%であり、さらに好ましくは0.30%である。
W: 0-0.50%
Tungsten (W) is an optional element and may not be included. That is, the W content may be 0%. When W is contained, that is, when the W content is more than 0%, W increases the hardenability of the steel and increases the hardness of the steel. As a result, the bending fatigue strength after carburizing treatment increases. If even a small amount of W is contained, the above effects can be obtained to some extent. However, if the W content exceeds 0.50%, the strength of the steel will become excessively high even if the contents of other elements are within the ranges of the present disclosure. In this case, the machinability of the steel decreases. Therefore, the W content is 0 to 0.50%, and if contained, it is 0.50% or less. The lower limit of the W content is preferably 0.01%, more preferably 0.05%, and still more preferably 0.08%. The upper limit of the W content is preferably 0.40%, more preferably 0.30%.

V:0~0.25%
バナジウム(V)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、V含有量は0%であってもよい。含有される場合、つまり、V含有量が0%超の場合、Vは析出物(炭化物、窒化物、炭窒化物等)を形成し、ピン止め効果により、浸炭処理時における鋼の結晶粒の粗大化を抑制する。その結果、浸炭処理後の曲げ疲労強度を高める。Vが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、V含有量が0.25%を超えれば、他の元素含有量が本開示の範囲内であっても、鋼の硬さが過剰に高くなる。この場合、鋼の被削性が低下する。したがって、V含有量は0~0.25%である。V含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.05%であり、さらに好ましくは0.10%である。V含有量の好ましい上限は0.23%であり、さらに好ましくは0.21%である。
V: 0-0.25%
Vanadium (V) is an optional element and may not be included. That is, the V content may be 0%. When V is contained, that is, when the V content exceeds 0%, V forms precipitates (carbides, nitrides, carbonitrides, etc.), and the pinning effect causes the formation of steel grains during carburizing. Suppress coarsening. As a result, the bending fatigue strength after carburizing treatment is increased. If even a small amount of V is contained, the above effects can be obtained to some extent. However, if the V content exceeds 0.25%, the hardness of the steel becomes excessively high even if the other element contents are within the ranges of the present disclosure. In this case, the machinability of the steel decreases. Therefore, the V content is 0-0.25%. The lower limit of the V content is preferably 0.01%, more preferably 0.05%, and even more preferably 0.10%. A preferable upper limit of the V content is 0.23%, more preferably 0.21%.

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、つまり、Nb含有量が0%超の場合、Nbは析出物(炭化物、炭窒化物等)を形成し、ピン止め効果により、浸炭処理時における鋼の結晶粒の粗大化を抑制する。その結果、浸炭処理後の曲げ疲労強度を高める。Nbが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Nb含有量が0.030%を超えれば、他の元素含有量が本開示の範囲内であっても、Nb析出物が粗大化して、ピン止め効果が得られなくなる。したがって、Nb含有量は0~0.10%であり、含有される場合、0.10%以下である。Nb含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.005%である。Nb含有量の好ましい上限は0.08%であり、さらに好ましくは0.06%であり、さらに好ましくは0.05%である。
Nb: 0-0.10%
Niobium (Nb) is an optional element and may not be included. That is, the Nb content may be 0%. When Nb is contained, that is, when the Nb content exceeds 0%, Nb forms precipitates (carbides, carbonitrides, etc.), and has a pinning effect that causes coarsening of the steel grains during carburizing. suppress. As a result, the bending fatigue strength after carburizing treatment is increased. If even a small amount of Nb is contained, the above effects can be obtained to some extent. However, if the Nb content exceeds 0.030%, even if the contents of other elements are within the ranges of the present disclosure, the Nb precipitates become coarse and the pinning effect cannot be obtained. Therefore, the Nb content is 0 to 0.10%, and if it is contained, it is 0.10% or less. The lower limit of the Nb content is preferably 0.001%, more preferably 0.005%. A preferable upper limit of the Nb content is 0.08%, more preferably 0.06%, and still more preferably 0.05%.

Ti:0~0.20%
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、つまり、Ti含有量が0%超の場合、Tiは析出物(炭化物、窒化物、炭窒化物等)を形成し、ピン止め効果により、浸炭処理時における鋼の結晶粒の粗大化を抑制する。その結果、浸炭処理後の曲げ疲労強度を高める。Tiが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ti含有量が0.20%を超えれば、他の元素含有量が本開示の範囲内であっても、Ti析出物が粗大化して、ピン止め効果が得られなくなる。したがって、Ti含有量は0~0.20%であり、含有される場合、0.20%以下である。Ti含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.010%である。Ti含有量の好ましい上限は0.18%であり、さらに好ましくは0.16%であり、さらに好ましくは0.14%であり、さらに好ましくは0.12%であり、さらに好ましくは0.10%である。
Ti: 0-0.20%
Titanium (Ti) is an optional element and may not be included. That is, the Ti content may be 0%. When Ti is contained, that is, when the Ti content exceeds 0%, Ti forms precipitates (carbides, nitrides, carbonitrides, etc.), and the pinning effect causes the formation of steel grains during carburizing. Suppress coarsening. As a result, the bending fatigue strength after carburizing treatment is increased. If even a small amount of Ti is contained, the above effects can be obtained to some extent. However, if the Ti content exceeds 0.20%, even if the contents of other elements are within the ranges of the present disclosure, the Ti precipitates become coarse and the pinning effect cannot be obtained. Therefore, the Ti content is 0 to 0.20%, and if contained, it is 0.20% or less. The lower limit of the Ti content is preferably 0.001%, more preferably 0.005%, and still more preferably 0.010%. A preferable upper limit of the Ti content is 0.18%, more preferably 0.16%, even more preferably 0.14%, still more preferably 0.12%, and still more preferably 0.10%. %.

Co:0~0.50%
コバルト(Co)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Co含有量は0%であってもよい。含有される場合、つまり、Co含有量が0%超の場合、Coは鋼の焼入れ性を高めて、鋼の硬さを高める。その結果、浸炭処理後の曲げ疲労強度が高まる。Coが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Co含有量が0.50%を超えれば、他の元素含有量が本開示の範囲内であっても、鋼の強度が過剰に高くなる。この場合、鋼の被削性が低下する。したがって、Co含有量は0~0.50%であり、含有される場合、0.50%以下である。Co含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.05%であり、さらに好ましくは0.08%である。Co含有量の好ましい上限は0.40%であり、さらに好ましくは0.30%である。
Co: 0-0.50%
Cobalt (Co) is an optional element and may not be included. That is, the Co content may be 0%. When contained, that is, when the Co content exceeds 0%, Co increases the hardenability of the steel and increases the hardness of the steel. As a result, the bending fatigue strength after carburizing treatment increases. If even a small amount of Co is contained, the above effects can be obtained to some extent. However, if the Co content exceeds 0.50%, the strength of the steel will become excessively high even if the contents of other elements are within the ranges of the present disclosure. In this case, the machinability of the steel decreases. Therefore, the Co content is 0 to 0.50%, and if contained, it is 0.50% or less. The preferable lower limit of the Co content is 0.01%, more preferably 0.05%, and even more preferably 0.08%. A preferable upper limit of the Co content is 0.40%, more preferably 0.30%.

Bi:0~0.50%
Pb:0~0.09%
ビスマス(Bi)、鉛(Pb)はいずれも任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Bi含有量、Pb含有量は、一方又は両方が0%であってもよい。一方、Bi、Pbは鋼の被削性を高める。具体的には、Bi及びPbは切削時に溶解又は脆化して、鋼の被削性を高める。これらの元素の1種以上が鋼に含有されれば、上記効果が得られる。一方、これらの元素が過剰に含有されれば、鋼の鍛造性及び被削性が低下する。したがって、Bi含有量は0.50%以下であり、Pb含有量は0.09%以下である。好ましいBi含有量の下限は0.01%である。好ましいPb含有量の下限は0.01%である。
Bi: 0~0.50%
Pb: 0-0.09%
Bismuth (Bi) and lead (Pb) are both optional elements and may not be included. That is, one or both of the Bi content and Pb content may be 0%. On the other hand, Bi and Pb improve the machinability of steel. Specifically, Bi and Pb dissolve or become brittle during cutting, improving the machinability of steel. If one or more of these elements is contained in the steel, the above effects can be obtained. On the other hand, if these elements are contained excessively, the forgeability and machinability of the steel will decrease. Therefore, the Bi content is 0.50% or less, and the Pb content is 0.09% or less. The lower limit of the preferable Bi content is 0.01%. The lower limit of the preferable Pb content is 0.01%.

Ca:0~0.0015%
カルシウム(Ca)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ca含有量は0%であってもよい。これらの元素は介在物の形態を制御して鋼の被削性を高める。これらの元素の1種以上が少しでも含有されれば。上記効果が得られる。一方、Caが過剰に含有されれば、Caの酸化物が過剰に生成される。これらの酸化物は曲げ疲労及び面疲労の起点となる。そのため、曲げ疲労強度が低下する。したがって、Ca含有量は0.0015%以下である。好ましいCa含有量の下限は0.0001%である。
Ca: 0-0.0015%
Calcium (Ca) is an optional element and may not be included. That is, the Ca content may be 0%. These elements control the morphology of inclusions and improve the machinability of steel. If it contains even a small amount of one or more of these elements. The above effects can be obtained. On the other hand, if Ca is contained in excess, oxides of Ca will be produced in excess. These oxides are the starting point for bending fatigue and surface fatigue. Therefore, the bending fatigue strength decreases. Therefore, the Ca content is 0.0015% or less. The lower limit of the preferable Ca content is 0.0001%.

Sn:0~0.10%
スズ(Sn)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Sn含有量は0%であってもよい。含有される場合、つまり、Sn含有量が0%超である場合、Snは、被削性を高める。Snが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Sn含有量が0.10%を超えれば、他の元素含有量が本開示の範囲内であっても、熱間鍛造割れを発生させる。したがって、Sn含有量は0~0.10%であり、含有される場合、0.10%以下、つまり、0超~0.10%である。上記効果をさらに有効に得るためのSn含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.0010%である。Sn含有量の好ましい上限は0.09%であり、さらに好ましくは0.08%であり、さらに好ましくは0.07%であり、さらに好ましくは0.06%である。
Sn: 0-0.10%
Tin (Sn) is an optional element and may not be included. That is, the Sn content may be 0%. When contained, that is, when the Sn content is more than 0%, Sn improves machinability. If even a small amount of Sn is contained, the above effects can be obtained to some extent. However, if the Sn content exceeds 0.10%, hot forging cracks will occur even if the contents of other elements are within the ranges of the present disclosure. Therefore, the Sn content is 0 to 0.10%, and when contained, it is 0.10% or less, that is, more than 0 to 0.10%. A preferable lower limit of the Sn content in order to more effectively obtain the above effects is 0.0001%, more preferably 0.0005%, and still more preferably 0.0010%. A preferable upper limit of the Sn content is 0.09%, more preferably 0.08%, still more preferably 0.07%, and still more preferably 0.06%.

B:0~0.0070%
ボロン(B)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、B含有量は0%であってもよい。含有される場合、つまり、B含有量が0%超の場合、Bは鋼の焼入れ性を高めて、鋼の硬さを高める。その結果、浸炭処理後の曲げ疲労強度が高まる。Bが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、B含有量が0.0070%を超えれば、これらの効果は飽和する。したがって、B含有量は0~0.0070%であり、含有される場合、0.0070%以下である。B含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0002%であり、さらに好ましくは0.0003%である。B含有量の好ましい上限は0.0060%であり、さらに好ましくは0.0050%である。
B: 0-0.0070%
Boron (B) is an optional element and may not be included. That is, the B content may be 0%. When B is contained, that is, when the B content is more than 0%, B increases the hardenability of the steel and increases the hardness of the steel. As a result, the bending fatigue strength after carburizing treatment increases. If even a small amount of B is contained, the above effects can be obtained to some extent. However, if the B content exceeds 0.0070%, these effects are saturated. Therefore, the B content is 0 to 0.0070%, and if it is contained, it is 0.0070% or less. The preferable lower limit of the B content is 0.0001%, more preferably 0.0002%, and still more preferably 0.0003%. A preferable upper limit of the B content is 0.0060%, more preferably 0.0050%.

なお、不純物として鋼中に混入しうる元素として、例えば、Te、Sb、REM、Zr、Mgが挙げられる。これらの元素を含む場合であっても、その含有量が、それぞれ、Te:0.100%以下、Sb:0.002%以下、及びREM:0.010%以下、Zr:0.002%以下、Mg:0.002%以下であれば、問題ない。 Note that examples of elements that can be mixed into steel as impurities include Te, Sb, REM, Zr, and Mg. Even if these elements are contained, their contents are respectively Te: 0.100% or less, Sb: 0.002% or less, REM: 0.010% or less, and Zr: 0.002% or less. , Mg: If it is 0.002% or less, there is no problem.

[式(1)及び(2)]
本開示に係る棒鋼の化学組成は、各元素の含有量が上述の範囲内であることを前提として、さらに、式(1)及び式(2)を満たす。
76-28×Si+37×Mn+3×Cr≦90.0 ・・・(1)
1.0≦Al/N≦3.0 ・・・(2)
式(1)は、前述したF1の値に対応する式である。Si、Mn、Crの各含有量が式(1)の関係をAlとNiの各含有量が式(2)の関係をそれぞれ満たすことで、浸炭処理後に十分な曲げ疲労強度が得られる。
浸炭処理後の曲げ疲労強度の観点から、Si、Mn、Crの各含有量は、下記(1A)の関係を満たすことが好ましく、(1B)の関係を満たすことがより好ましい。
76-28×Si+37×Mn+3×Cr≦88.0 ・・・(1A)
76-28×Si+37×Mn+3×Cr≦85.0 ・・・(1B)
また、浸炭処理後の曲げ疲労強度の観点から、Al、Nの各含有量は、下記(2A)の関係を満たすことが好ましく、(2B)の関係を満たすことがより好ましい。
1.2≦Al/N≦2.8 ・・・(2A)
1.5≦Al/N≦2.5 ・・・(2B)
[Formula (1) and (2)]
The chemical composition of the steel bar according to the present disclosure further satisfies formulas (1) and (2) on the premise that the content of each element is within the above range.
76-28×Si+37×Mn+3×Cr≦90.0...(1)
1.0≦Al/N≦3.0...(2)
Equation (1) is an equation corresponding to the value of F1 mentioned above. Sufficient bending fatigue strength can be obtained after the carburizing treatment by making the Si, Mn, and Cr contents satisfy the relationship expressed by Equation (1), and the Al and Ni contents satisfying the relationship expressed by Equation (2).
From the viewpoint of bending fatigue strength after carburizing treatment, the contents of Si, Mn, and Cr preferably satisfy the following relationship (1A), and more preferably satisfy the relationship (1B).
76-28×Si+37×Mn+3×Cr≦88.0...(1A)
76-28×Si+37×Mn+3×Cr≦85.0...(1B)
Further, from the viewpoint of bending fatigue strength after carburizing treatment, the contents of Al and N preferably satisfy the following relationship (2A), and more preferably satisfy the relationship (2B).
1.2≦Al/N≦2.8...(2A)
1.5≦Al/N≦2.5 (2B)

[金属組織]
本開示に係る棒鋼の金属組織(ミクロ組織)は特に限定されない。本開示に係る棒鋼の課題は、浸炭処理後に高い曲げ疲労強度及び高い面疲労強度を得ることである。そして、浸炭処理工程においては、鋼をAc3変態点温度以上に加熱するため、鋼のミクロ組織がリセットされる。そのため、浸炭処理前の棒鋼のミクロ組織は、浸炭処理後の機械特性にほとんど影響しないと考えられる。そのため、本開示に係る棒鋼のミクロ組織は特に限定されない。
例えば、本開示に係る棒鋼が機械部品である場合は、機械部品の強度を高めるために、浸炭焼入れ処理を経た後に、硬化層だけでなく芯部においても十分に高い強度が得られることが好ましい。なお、本開示に係る棒鋼は、化学組成中の各元素の含有量が上述の範囲であって、さらに、式(1)及び式(2)を満たすため、本開示に係る棒鋼を素材として浸炭処理を実施して浸炭焼入れ部品を製造した場合、浸炭焼入れ部品において、高い低サイクル曲げ疲労強度、高い高サイクル曲げ疲労強度及び高い面疲労強度が得られる。
[Metal structure]
The metal structure (microstructure) of the steel bar according to the present disclosure is not particularly limited. The objective of the steel bar according to the present disclosure is to obtain high bending fatigue strength and high surface fatigue strength after carburizing treatment. In the carburizing process, the steel is heated to a temperature higher than the A c3 transformation temperature, so that the microstructure of the steel is reset. Therefore, it is considered that the microstructure of the steel bar before carburizing has almost no effect on the mechanical properties after carburizing. Therefore, the microstructure of the steel bar according to the present disclosure is not particularly limited.
For example, when the steel bar according to the present disclosure is a mechanical part, in order to increase the strength of the mechanical part, it is preferable that sufficiently high strength is obtained not only in the hardened layer but also in the core after carburizing and quenching. . Note that the steel bar according to the present disclosure has the content of each element in the chemical composition within the above-mentioned range, and further satisfies formulas (1) and (2), so the steel bar according to the present disclosure is carburized as a raw material. When the treatment is carried out to produce carburized and hardened parts, high low cycle bending fatigue strength, high high cycle bending fatigue strength and high surface fatigue strength are obtained in the carburized and hardened parts.

[形状、大きさ]
本開示に係る棒鋼の形状及び大きさは特に限定されず、その用途に応じて適宜選択することができる。なお、棒鋼の長さ、断面形状は特に限定されないが、例えば丸棒及び角棒等である。丸棒の直径は例えば15~120mmである。角棒の断面形状は、例えば50mm~85mm角である。また、本開示に係る棒鋼は直線状の棒鋼に限定されず、一例として巻き取られた形態の棒鋼であるバーインコイルも含む。
[Shape, size]
The shape and size of the steel bar according to the present disclosure are not particularly limited, and can be appropriately selected depending on its use. Note that the length and cross-sectional shape of the steel bar are not particularly limited, and may be, for example, a round bar or a square bar. The diameter of the round bar is, for example, 15 to 120 mm. The cross-sectional shape of the square rod is, for example, 50 mm to 85 mm square. Further, the steel bar according to the present disclosure is not limited to a straight steel bar, and includes, as an example, a bar-in-coil that is a rolled steel bar.

さらに、本開示に係る棒鋼は、種々の表面処理を適用してもよい。例えば、本開示に係る棒鋼を、浸炭窒化焼入れ用とし、これに浸炭窒化処理を適用してもよい。浸炭窒化処理は真空浸炭窒化処理でも、ガス浸炭窒化処理としてもよい。
本開示に係る棒鋼に、めっき、化成処理、及び塗装などを適用してもよい。
このような表面処理がされた棒鋼も、その芯部の化学成分が上述の要件を満たす限り、本開示に係る棒鋼に該当する。例えば後述する浸炭焼入れ部品は、その芯部の化学成分が本開示に係る棒鋼と同一であるので、本開示に係る棒鋼の一例であるとみなされる。
Furthermore, the steel bar according to the present disclosure may be subjected to various surface treatments. For example, the steel bar according to the present disclosure may be used for carbonitriding and quenching, and the carbonitriding treatment may be applied thereto. The carbonitriding treatment may be a vacuum carbonitriding treatment or a gas carbonitriding treatment.
Plating, chemical conversion treatment, painting, etc. may be applied to the steel bar according to the present disclosure.
A steel bar subjected to such surface treatment also falls under the steel bar according to the present disclosure, as long as the chemical composition of its core satisfies the above-mentioned requirements. For example, the carburized and quenched parts described below are considered to be an example of the steel bar according to the present disclosure because the chemical composition of the core thereof is the same as the steel bar according to the present disclosure.

[用途]
本開示に係る棒鋼の用途は特に限定されないが、本開示に係る棒鋼は、浸炭処理を施して製造される浸炭焼入れ部品の素材として好適である。特に、自動車や建設車両等の機械製品に利用される歯車、特にディファレンシャル歯車に代表される、低サイクル曲げ疲労強度と高サイクル曲げ疲労強度と面疲労強度を求められる浸炭焼入れ部品の素材として好適である。
[Application]
Although the use of the steel bar according to the present disclosure is not particularly limited, the steel bar according to the present disclosure is suitable as a material for carburized and quenched parts manufactured by performing carburizing treatment. In particular, it is suitable as a material for carburized and quenched parts that require low cycle bending fatigue strength, high cycle bending fatigue strength, and surface fatigue strength, such as gears used in mechanical products such as automobiles and construction vehicles, especially differential gears. be.

[硬さ]
本開示に係る棒鋼の硬さは特に限定されない。本開示に係る棒鋼が機械部品である場合は、鋼の硬さが高いほど、機械部品の強度が向上するので好ましい。
[Hardness]
The hardness of the steel bar according to the present disclosure is not particularly limited. When the steel bar according to the present disclosure is a mechanical part, the higher the hardness of the steel, the better the strength of the mechanical part.

<棒鋼の製造方法>
本開示に係る棒鋼の製造方法は特に限定されない。本開示に係る棒鋼は、従来の棒鋼には見られない特有の化学成分(化学組成)を有するが、この化学成分を得るための方法は特に限定されない。公知の精錬方法を、本開示における化学成分の制御方法として用いることができる。
本開示に係る棒鋼を製造する場合、化学成分が所定範囲内とされたスラブに、任意の熱間加工を行えばよい。熱間加工によって得られた棒鋼に、球状化処理などの熱処理を行ってもよい。
<Method for manufacturing steel bars>
The method for manufacturing a steel bar according to the present disclosure is not particularly limited. The steel bar according to the present disclosure has a unique chemical composition (chemical composition) not found in conventional steel bars, but the method for obtaining this chemical composition is not particularly limited. Known refining methods can be used as methods for controlling chemical components in the present disclosure.
When manufacturing the steel bar according to the present disclosure, any hot working may be performed on a slab whose chemical composition is within a predetermined range. The steel bar obtained by hot working may be subjected to heat treatment such as spheroidization treatment.

[素材準備工程]
素材準備工程では、本開示に係る棒鋼の素材を準備する。具体的には、化学組成中の各元素の含有量が上述の範囲内であり、かつ、式(1)及び式(2)を満たす溶鋼を製造する。精錬方法は特に限定されず、公知の方法を用いればよい。例えば、公知の方法で製造された溶銑に対して、転炉での精錬、即ち一次精錬を実施する。転炉から出鋼した溶鋼に対して、公知の二次精錬を実施する。二次精錬において成分調整を実施して、各元素の含有量が本開示の範囲内であり、かつ、式(1)及び式(2)を満たす化学組成を有する溶鋼を製造する。
[Material preparation process]
In the material preparation step, a material for the steel bar according to the present disclosure is prepared. Specifically, molten steel is produced in which the content of each element in the chemical composition is within the above range and satisfies formulas (1) and (2). The refining method is not particularly limited, and any known method may be used. For example, hot metal produced by a known method is subjected to refining in a converter, that is, primary refining. The molten steel tapped from the converter is subjected to a known secondary refining process. Component adjustment is performed in the secondary refining to produce molten steel having a chemical composition in which the content of each element is within the range of the present disclosure and satisfies formulas (1) and (2).

上述の精錬方法により製造された溶鋼を、公知の鋳造法により鋳造して、素材を製造する。例えば、造塊法により、溶鋼からインゴットを製造してもよい。また、連続鋳造法により、溶鋼からブルームを製造してもよい。以上の方法により、素材(インゴット又はブルーム)を製造する。 Molten steel produced by the above-mentioned refining method is cast by a known casting method to produce a raw material. For example, an ingot may be manufactured from molten steel by an ingot forming method. Alternatively, bloom may be manufactured from molten steel by a continuous casting method. A material (ingot or bloom) is manufactured by the above method.

[熱間加工工程]
熱間加工工程では、素材準備工程にて準備された素材(インゴット又はブルーム)に対して、熱間加工を実施して、本開示の棒鋼を製造する。熱間加工方法は、熱間鍛造でもよいし、熱間圧延でもよい。以下の説明では、熱間加工が熱間圧延である場合について説明する。この場合、熱間加工工程は、例えば、分塊圧延工程と、仕上げ圧延工程とを含む。
[Hot processing process]
In the hot working step, hot working is performed on the material (ingot or bloom) prepared in the material preparation step to manufacture the steel bar of the present disclosure. The hot working method may be hot forging or hot rolling. In the following description, a case where the hot working is hot rolling will be described. In this case, the hot working process includes, for example, a blooming process and a finish rolling process.

[分塊圧延工程]
分塊圧延工程では、素材を熱間圧延してビレットを製造する。具体的には、分塊圧延工程では、分塊圧延機により素材に対して熱間圧延(分塊圧延)を実施して、ビレットを製造する。分塊圧延機の下流に連続圧延機が配置されている場合、分塊圧延後のビレットに対してさらに、連続圧延機を用いて熱間圧延を実施して、さらにサイズの小さいビレットを製造してもよい。分塊圧延工程での加熱温度は1000~1300℃である。
[Bulking rolling process]
In the blooming process, a billet is manufactured by hot rolling a material. Specifically, in the blooming process, a billet is manufactured by hot rolling (blending) the material using a blooming mill. When a continuous rolling mill is installed downstream of the blooming mill, the billet after blooming is further hot-rolled using the continuous mill to produce a billet with a smaller size. It's okay. The heating temperature in the blooming process is 1000 to 1300°C.

[仕上げ圧延工程]
仕上げ圧延工程では、分塊圧延工程で製造されたビレットに対して、連続圧延機を用いて熱間圧延を実施して、棒鋼を製造する。仕上げ圧延工程での加熱温度は900~1250℃である。熱間圧延後の棒鋼を常温まで冷却する。冷却方法は特に限定されないが、例えば、放冷である。
[Finish rolling process]
In the finish rolling process, the billet produced in the blooming process is hot rolled using a continuous rolling mill to produce a steel bar. The heating temperature in the finish rolling step is 900 to 1250°C. The hot rolled steel bar is cooled to room temperature. Although the cooling method is not particularly limited, for example, it may be left to cool.

上述の製造方法の一例では、素材準備工程を実施した後、熱間加工工程を実施している。しかしながら、本開示の棒鋼の製造方法では、素材準備工程を実施した後、熱間加工工程を実施しなくてもよい。つまり、本開示に係る棒鋼を得るための鋼材は、鋳造材(インゴット又はブルーム、ビレット)であってもよい。また、本開示に係る棒鋼を製造する場合、熱間加工工程として、熱間圧延工程に代えて、熱間鍛造工程を実施してもよい。さらに、熱間加工工程として、熱間圧延工程と、熱間圧延工程後に熱間鍛造工程とを実施してもよい。 In one example of the above-described manufacturing method, the hot working step is performed after the material preparation step. However, in the method for manufacturing a steel bar of the present disclosure, the hot working step does not need to be performed after the material preparation step. That is, the steel material for obtaining the steel bar according to the present disclosure may be a cast material (ingot, bloom, or billet). Moreover, when manufacturing the steel bar according to the present disclosure, a hot forging process may be performed as the hot working process instead of the hot rolling process. Furthermore, as the hot working process, a hot rolling process and a hot forging process may be performed after the hot rolling process.

[球状化熱処理工程]
上記仕上圧延工程後の棒鋼に対して、さらに、球状化熱処理工程を実施して、本開示に係る棒鋼としてもよい。
球状化熱処理は、公知の方法でよい。球状化熱処理は例えば、次の方法で実施する。 上記仕上圧延工程後の鋼材を、Ac1点(加熱時、オーステナイトが生成し始める温度)直下、又は、直上の温度(例えば、Ac1点+50℃以内)に加熱して所定時間保持した後、徐冷する。又は、上記仕上圧延工程後の鋼材を、Ac1点直上の温度まで加熱し、Ar1点直下の温度(冷却時、オーステナイトがフェライト又はフェライト、セメンタイトへの変態を完了する温度)まで冷却する処理を数回繰返し実施してもよい。又は、上記仕上圧延工程後の鋼材に対して、一度、焼入れを実施して、その後、600~700℃の温度範囲で、3~100時間の焼戻しを行ってもよい。なお、球状化熱処理の方法は、上記のような、公知の焼鈍又は球状化熱処理方法を適用すればよく、特に限定されるものではない。
以上の製造工程により、本開示に係る棒鋼を製造することができる。
[Spheroidization heat treatment process]
The steel bar after the finish rolling process may be further subjected to a spheroidizing heat treatment process to obtain a steel bar according to the present disclosure.
The spheroidization heat treatment may be performed by a known method. The spheroidizing heat treatment is carried out, for example, by the following method. After heating the steel material after the above finish rolling process to a temperature just below or just above the A c1 point (the temperature at which austenite begins to form during heating) (for example, within A c1 point + 50 ° C.) and holding it for a predetermined time, Cool slowly. Alternatively, the steel material after the finish rolling process is heated to a temperature just above the A c1 point, and then cooled to a temperature just below the A r1 point (the temperature at which austenite completes transformation into ferrite, ferrite, or cementite during cooling). may be repeated several times. Alternatively, the steel material after the above finish rolling process may be quenched once, and then tempered at a temperature range of 600 to 700° C. for 3 to 100 hours. Note that the method for the spheroidizing heat treatment is not particularly limited, and any known annealing or spheroidizing heat treatment method as described above may be applied.
Through the above manufacturing process, the steel bar according to the present disclosure can be manufactured.

<浸炭焼入れ部品>
次に、本開示に係る浸炭焼入れ部品について具体的に説明する。本開示に係る浸炭焼入れ部品は、上述の本開示に係る棒鋼を素材として、これに浸炭処理(浸炭処理又は浸炭窒化処理)を施して製造されるものである。浸炭焼入れ部品は、例えば、自動車及び建設車両等に用いられる機械部品であり、例えば、歯車である。
<Carburized and quenched parts>
Next, the carburized and quenched parts according to the present disclosure will be specifically described. The carburized and quenched part according to the present disclosure is manufactured by using the above-described steel bar according to the present disclosure as a material and subjecting it to carburizing treatment (carburizing treatment or carbonitriding treatment). Carburized and quenched parts are, for example, mechanical parts used in automobiles, construction vehicles, etc., and are, for example, gears.

本開示に係る浸炭焼入れ部品は、硬化層と、硬化層よりも内部の芯部とを備える。硬化層は、浸炭処理によりCが棒鋼の表面に侵入及び拡散して硬化した層である。具体的には、棒鋼に浸炭処理を実施した場合、硬化層は浸炭層に相当し、棒鋼に浸炭窒化処理を実施した場合、硬化層は浸炭窒化層に相当する。なお、本開示において、浸炭窒化層は浸炭層に含まれる。
芯部は、硬化層よりも内部の部分であって、浸炭によるCの侵入及び拡散の影響がない領域である。一般的な浸炭処理、または浸炭窒化処理によると、硬化層は浅い場合でも100μm以上となる一方、深い場合でも2.0mm以下となる。すなわち、本開示に係る浸炭焼入れ部品において、表面下5.0mmの位置(および、それより深い位置)は芯部に属し、表面下50μmの位置は硬化層に属する。
A carburized and quenched component according to the present disclosure includes a hardened layer and a core located inside the hardened layer. The hardened layer is a layer in which carbon penetrates and diffuses into the surface of the steel bar by carburizing and hardens. Specifically, when a steel bar is subjected to carburizing treatment, the hardened layer corresponds to a carburized layer, and when a steel bar is subjected to carbonitriding treatment, the hardened layer corresponds to a carbonitrided layer. Note that in the present disclosure, a carbonitrided layer is included in a carburized layer.
The core is a region inside the hardened layer and is not affected by C intrusion and diffusion due to carburization. According to general carburizing treatment or carbonitriding treatment, the hardened layer has a thickness of 100 μm or more even when it is shallow, but it has a thickness of 2.0 mm or less even when it is deep. That is, in the carburized and quenched part according to the present disclosure, a position 5.0 mm below the surface (and a position deeper than that) belongs to the core, and a position 50 μm below the surface belongs to the hardened layer.

[芯部]
本開示に係る浸炭焼入れ部品の芯部の化学組成は、上述の本開示に係る棒鋼の化学組成と同じである。具体的には、本開示に係る浸炭焼入れ部品の芯部の化学組成は質量%で、C:0.10~0.25%、Si:0.60~1.20%、Mn:0.86~1.20%、P:0.030%以下、S:0.005~0.030%、Cr:1.20~1.75%、Al:0.010~0.060%、N:0.003~0.020%、及びO:0.0020%以下を含有し、任意選択的に、Mo:0.25%以下、Cu:0.50%以下、Ni:0.50%以下、W:0.50%以下、V:0.25%以下、Bi:0.50%以下、Co:0.50%以下、Nb:0.10%以下、Ti:0.20%以下、Ca:0.0015%以下、Pb:0.09%以下、Sn:0.10%以下、及びB:0.0070%以下を含有し、残部がFe及び不純物からなり、下記式(1)及び式(2)を満たす。
76-28×Si+37×Mn+3×Cr≦90.0・・・(1)
1.0≦Al/N≦3.0 ・・・(2)
ここで、式(1)及び式(2)中の各元素記号には、対応する元素の質量%での含有量が代入される。なお、本開示に係る浸炭焼入れ部品の化学成分に関し、各元素の含有量の好ましい上下限値、並びにF1及びF2の好ましい上下限値は、上述した本開示に係る棒鋼の化学成分に準じる。
[Core]
The chemical composition of the core of the carburized and quenched part according to the present disclosure is the same as the chemical composition of the steel bar according to the present disclosure described above. Specifically, the chemical composition of the core of the carburized and quenched part according to the present disclosure is, in mass %, C: 0.10 to 0.25%, Si: 0.60 to 1.20%, Mn: 0.86. ~1.20%, P: 0.030% or less, S: 0.005-0.030%, Cr: 1.20-1.75%, Al: 0.010-0.060%, N: 0 .003 to 0.020%, and O: 0.0020% or less, optionally Mo: 0.25% or less, Cu: 0.50% or less, Ni: 0.50% or less, W. : 0.50% or less, V: 0.25% or less, Bi: 0.50% or less, Co: 0.50% or less, Nb: 0.10% or less, Ti: 0.20% or less, Ca: 0 .0015% or less, Pb: 0.09% or less, Sn: 0.10% or less, and B: 0.0070% or less, with the remainder consisting of Fe and impurities, and the following formula (1) and formula (2) ) is satisfied.
76-28×Si+37×Mn+3×Cr≦90.0...(1)
1.0≦Al/N≦3.0...(2)
Here, each element symbol in formula (1) and formula (2) is substituted with the content in mass % of the corresponding element. Regarding the chemical composition of the carburized and quenched part according to the present disclosure, the preferable upper and lower limits of the content of each element and the preferable upper and lower limits of F1 and F2 are based on the chemical composition of the steel bar according to the present disclosure described above.

[硬化層]
硬化層の構成は次のとおりである。
(1)浸炭焼入れ部品の表面から50μm深さまでの領域の、平均のC濃度が質量%で0.65%以上である。
(2)浸炭焼入れ部品の表面から50μm深さの位置における硬さが600HV以上である。
以下、各構成について説明する。以下、表面から50μm深さまでの領域を「表層領域」、表面から50μm深さの位置における硬さを単に「表層硬さ」と称する場合がある。
[Hardened layer]
The composition of the hardened layer is as follows.
(1) The average C concentration in a region from the surface of the carburized and quenched part to a depth of 50 μm is 0.65% or more in mass %.
(2) The hardness at a depth of 50 μm from the surface of the carburized and quenched part is 600 HV or more.
Each configuration will be explained below. Hereinafter, the region up to a depth of 50 μm from the surface may be referred to as a “surface layer region”, and the hardness at a position 50 μm deep from the surface may be simply referred to as “surface layer hardness”.

[表層領域の平均C濃度]
浸炭焼入れ部品の表面から50μm深さまでの領域(表層領域)は、硬化層に含まれる。表層領域での平均C濃度は質量%で0.65%以上である。浸炭焼入れ部品の表層領域の平均C濃度は、芯部のC濃度よりも高い。表層領域でのC濃度が質量%で0.65%以上であれば、硬化層の硬さが十分に硬い。そのため、浸炭焼入れ部品において、十分な曲げ疲労強度が得られる。
[Average C concentration in surface region]
The region (surface layer region) from the surface of the carburized and quenched part to a depth of 50 μm is included in the hardened layer. The average C concentration in the surface layer region is 0.65% or more by mass. The average C concentration in the surface region of the carburized and quenched part is higher than the C concentration in the core. If the C concentration in the surface layer region is 0.65% or more in mass %, the hardness of the hardened layer is sufficiently hard. Therefore, sufficient bending fatigue strength can be obtained in carburized and quenched parts.

表層領域での平均のC濃度の好ましい下限は0.67%であり、さらに好ましくは0.70%であり、さらに好ましくは0.75%である。表層領域での平均のC濃度の上限は特に限定されないが、残留γの増大による表層硬さ低減の観点から、好ましくは例えば、1.30%であり、さらに好ましくは1.20%であり、さらに好ましくは1.10%である。 A preferable lower limit of the average C concentration in the surface layer region is 0.67%, more preferably 0.70%, and still more preferably 0.75%. The upper limit of the average C concentration in the surface layer region is not particularly limited, but from the viewpoint of reducing surface layer hardness due to an increase in residual γ, it is preferably, for example, 1.30%, more preferably 1.20%, More preferably, it is 1.10%.

[表層領域のC濃度の測定方法]
表層領域での平均のC濃度は、EPMAを用いて測定することができる。浸炭焼入れ部品を、その表面に垂直に(棒状であれば長手方向に対して垂直に)切断する。次に切断面を研磨する。そして、表面から深さ50μmまでの領域に、深さ方向に沿って連続的に電子線を照射することにより、C濃度を連続的に測定する。即ち、表層領域を、C濃度に関して、深さ方向に沿って線分析する。線分析における測定間隔は、5μmとし、測定点は10点とする。これにより得られた10の測定点におけるC濃度の平均値を、表面から50μm深さまでの領域の平均C濃度とする。
[Method for measuring C concentration in surface layer region]
The average C concentration in the surface region can be measured using EPMA. Cut the carburized and quenched part perpendicular to its surface (perpendicular to the longitudinal direction if it is rod-shaped). Next, polish the cut surface. Then, the C concentration is continuously measured by continuously irradiating an electron beam along the depth direction from the surface to a depth of 50 μm. That is, the surface layer region is subjected to line analysis along the depth direction regarding the C concentration. The measurement interval in the line analysis is 5 μm, and the number of measurement points is 10. The average value of the C concentration at the ten measurement points thus obtained is taken as the average C concentration in the region from the surface to a depth of 50 μm.

[表層領域における平均硬さ]
浸炭焼入れ部品の表面から50μm深さの位置は、硬化層に含まれる。表面から50μm深さの位置の硬さ(表層硬さ)は600HV以上とする。これにより、浸炭焼入れ部品の曲げ疲労強度と面疲労強度を確保することができる。
平均表層硬さは、650HV以上であることが好ましく、680HV以上、あるいは700HV以上であることがより好ましい。
[Average hardness in surface area]
A position 50 μm deep from the surface of the carburized and quenched part is included in the hardened layer. The hardness at a depth of 50 μm from the surface (surface layer hardness) is 600 HV or more. Thereby, bending fatigue strength and surface fatigue strength of the carburized and quenched parts can be ensured.
The average surface hardness is preferably 650 HV or more, more preferably 680 HV or more, or more preferably 700 HV or more.

[平均表層硬さの測定方法]
表層硬さは、次の方法で測定される。浸炭焼入れ部品を、その表面に垂直に(棒状であれば長手方向に対して垂直に)切断する。次に切断面を研磨する。そして、表面から深さ50μmの位置における切断面の硬さを、ビッカース硬度計を用いて、測定荷重を300gfとし、JIS Z 2244:2009に準拠して測定する。硬さのばらつきを考慮して、50μm深さの3つの測定点の硬さを測定し、これらの平均値を算出する。硬さの平均値を、表面から50μm深さの位置での硬さとみなす。
[Method of measuring average surface hardness]
Surface hardness is measured by the following method. Cut the carburized and quenched part perpendicular to its surface (perpendicular to the longitudinal direction if it is rod-shaped). Next, polish the cut surface. Then, the hardness of the cut surface at a depth of 50 μm from the surface is measured using a Vickers hardness tester at a measurement load of 300 gf in accordance with JIS Z 2244:2009. Taking into account variations in hardness, the hardness at three measurement points at a depth of 50 μm is measured, and the average value thereof is calculated. The average value of hardness is regarded as the hardness at a depth of 50 μm from the surface.

以上の構成を有する浸炭焼入れ部品は、芯部の化学組成中の各元素の含有量が上述の範囲内であり、かつ、式(1)及び式(2)を満たす。さらに、浸炭焼入れ部品の表面から50μm深さまでの領域(表層領域)でのC濃度が0.65%以上であり、浸炭焼入れ部品の表面から50μm深さ位置での表層硬さは600HV以上である。そのため、本開示に係る浸炭焼入れ部品は、高い低サイクル曲げ疲労強度及び高い高サイクル曲げ疲労強度を有する。なお、本開示に係る浸炭焼入れ部品の成分系において、浸炭焼入れ後の表層硬さが600HVを下回った場合、表層に不完全焼入れ組織が生じる、または炭素の侵入が十分でないなど浸炭処理が不完全になったことを示しており、浸炭焼入れ部品として十分な特性を発揮できないことを意味する。 In the carburized and quenched part having the above configuration, the content of each element in the chemical composition of the core is within the above range and satisfies formulas (1) and (2). Furthermore, the C concentration in a region (surface layer region) up to a depth of 50 μm from the surface of the carburized and quenched part is 0.65% or more, and the surface hardness at a depth of 50 μm from the surface of the carburized and quenched part is 600 HV or more. . Therefore, the carburized and quenched part according to the present disclosure has high low cycle bending fatigue strength and high high cycle bending fatigue strength. In addition, in the component system of the carburized and quenched part according to the present disclosure, if the surface hardness after carburizing and quenching is less than 600 HV, an incompletely quenched structure will occur in the surface layer, or the carburizing process will be incomplete, such as insufficient penetration of carbon. This means that the carburized and quenched parts cannot exhibit sufficient properties.

<浸炭焼入れ部品の製造方法>
本開示に係る浸炭焼入れ部品の製造方法の一例を説明する。以下に説明する浸炭焼入れ部品の製造方法は、本開示に係る浸炭焼入れ部品を製造する方法の好ましい一例であり、本開示に係る浸炭焼入れ部品は、他の製造方法により製造されてもよい。
<Manufacturing method of carburized and quenched parts>
An example of a method for manufacturing a carburized and quenched component according to the present disclosure will be described. The method for manufacturing a carburized and quenched component described below is a preferred example of a method for manufacturing a carburized and quenched component according to the present disclosure, and the carburized and quenched component according to the present disclosure may be manufactured by other manufacturing methods.

浸炭焼入れ部品の製造方法は、例えば、熱間加工工程又は冷間加工工程と、切削加工工程と、熱処理工程とを備える。熱間加工工程及び冷間加工工程のうち、いずれか一方が行われてもよいし、両方が行われてもよい。 The method for manufacturing a carburized and quenched part includes, for example, a hot working step or a cold working step, a cutting step, and a heat treatment step. Either one or both of the hot working process and the cold working process may be performed.

[熱間加工工程]及び/又は[冷間加工工程]
熱間加工工程が実施される場合、本開示に係る棒鋼に対して熱間加工を実施する。熱間加工は例えば、公知の熱間鍛造である。熱間加工後の鋼は放冷(空冷)される。冷間加工工程が実施される場合、本開示に係る棒鋼にそのまま冷間加工を加えてもよく、もしくは棒鋼に対して公知の球状化焼鈍または焼なまし処理(IA処理)あるいは両方を実施した後、冷間加工を実施してもよい。冷間加工の条件は特に制限されない。また、熱間加工もしくは冷間加工を実施した後に、焼準処理を実施してもよい。
[Hot working process] and/or [cold working process]
When the hot working step is performed, the hot working is performed on the steel bar according to the present disclosure. The hot working is, for example, known hot forging. After hot working, the steel is left to cool (air cool). When a cold working step is performed, the steel bar according to the present disclosure may be subjected to cold working as is, or the steel bar may be subjected to known spheroidizing annealing or annealing treatment (IA treatment), or both. After that, cold working may be performed. The conditions for cold working are not particularly limited. Furthermore, normalizing treatment may be performed after hot working or cold working.

[切削加工工程]
切削加工工程では、熱間加工及び/又は冷間加工工程後の鋼に対して、切削加工を実施して、所定形状の中間品を製造する。切削加工を実施することにより、熱間加工工程及び/又は冷間加工工程だけでは実現が困難な精密形状を、浸炭焼入れ部品に付与することができる。
[Cutting process]
In the cutting process, cutting is performed on the steel after the hot working and/or cold working process to produce an intermediate product having a predetermined shape. By performing the cutting process, it is possible to give the carburized and quenched part a precise shape that is difficult to achieve only by hot working and/or cold working.

[熱処理工程]
切削加工工程後の中間品に対して、浸炭熱処理を実施する。ここで、「浸炭熱処理」は、公知の浸炭処理工程と、公知の焼入れ工程、公知の焼戻し工程とを含む。また、浸炭熱処理はガス浸炭熱処理でも真空浸炭熱処理でもよい。ガス浸炭処理及び真空浸炭処理工程において、公知の条件を適宜調整して、浸炭焼入れ部品の硬化層のC濃度及びミクロ組織を調整することは、当業者に公知の技術事項である。以下、図1を参照しながら、公知の浸炭処理工程、焼入れ工程、及び焼戻し工程について説明する。
[Heat treatment process]
Carburizing heat treatment is performed on the intermediate product after the cutting process. Here, "carburizing heat treatment" includes a known carburizing process, a known quenching process, and a known tempering process. Further, the carburizing heat treatment may be gas carburizing heat treatment or vacuum carburizing heat treatment. In the gas carburizing process and the vacuum carburizing process, it is a technical matter known to those skilled in the art to adjust the C concentration and microstructure of the hardened layer of the carburized and quenched part by appropriately adjusting known conditions. Hereinafter, a known carburizing process, quenching process, and tempering process will be described with reference to FIG.

[ガス浸炭処理工程]
ガス浸炭処理工程は、ガス浸炭工程と、焼入れ(急冷)工程とを含む。以下、ガス浸炭工程、焼入れ工程について説明する。
[Gas carburizing process]
The gas carburizing process includes a gas carburizing process and a quenching (quenching) process. The gas carburizing process and the quenching process will be explained below.

(ガス浸炭工程)
図1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の一例を示す図である。図1の縦軸はガス浸炭処理時における処理温度(℃)であり、横軸は時間(分)である。図1に示されるように、ガス浸炭工程S10は、加熱工程S0と、ガス浸炭工程S1と、拡散工程S2とを含む。
(Gas carburizing process)
FIG. 1 is a diagram showing an example of a heat pattern in the gas carburizing step S10 and the quenching step S20. The vertical axis of FIG. 1 is the treatment temperature (° C.) during gas carburizing treatment, and the horizontal axis is time (minutes). As shown in FIG. 1, the gas carburizing step S10 includes a heating step S0, a gas carburizing step S1, and a diffusion step S2.

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。加熱工程S0での浸炭温度Tcは、例えば900~1100℃である。 In the heating step S0, the intermediate product charged into the furnace is heated to a carburizing temperature Tc. The carburizing temperature Tc in the heating step S0 is, for example, 900 to 1100°C.

ガス浸炭工程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、上記浸炭温度Tcで中間品を所定時間(保持時間t1)保持して、ガス浸炭処理を実施する。ガス浸炭工程S1におけるカーボンポテンシャルCP1は、例えば0.6~1.3%であり、浸炭温度Tcでの保持時間t1は、例えば60分以上である。 In the gas carburizing step S1, the intermediate product is held at the carburizing temperature Tc for a predetermined time (holding time t1) in an atmosphere of a predetermined carbon potential CP1, and gas carburizing treatment is performed. The carbon potential CP1 in the gas carburizing step S1 is, for example, 0.6 to 1.3%, and the holding time t1 at the carburizing temperature Tc is, for example, 60 minutes or more.

拡散工程S2では、所定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(保持時間t2)保持する。ここで、拡散工程S2でのカーボンポテンシャルCP2は例えば0.6~1.3%であり、浸炭温度Tcでの保持時間t2は、例えば30分以上である。 In the diffusion step S2, the carburizing temperature Tc is maintained for a predetermined time (holding time t2) in an atmosphere with a predetermined carbon potential CP2. Here, the carbon potential CP2 in the diffusion step S2 is, for example, 0.6 to 1.3%, and the holding time t2 at the carburizing temperature Tc is, for example, 30 minutes or more.

(焼入れ工程)
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、所定のカーボンポテンシャルCP3の雰囲気中において、ガス浸炭工程S10後の中間品をAr3点以上の焼入れ温度Tsで保持(S3)後、中間品を急冷して焼入れする。ここで、焼入れ工程S20でのカーボンポテンシャルCP3は例えば0.6~1.3%であり、焼入れ温度Tsでの保持時間t3は特に限定されないが、例えば、15~60分である。焼入れ温度Tsは、浸炭温度Tcよりも低い方が好ましい。焼入れ処理における冷却方法は、油冷又は水冷である。具体的には、冷却媒体である油又は水を入れた冷却浴に、焼入れ温度に保持された中間品を浸漬して急冷する。
(quenching process)
A quenching step S20 is performed on the intermediate product after the gas carburizing step S10. In the quenching step S20, the intermediate product after the gas carburizing step S10 is held at a quenching temperature Ts of Ar3 or higher in an atmosphere of a predetermined carbon potential CP3 (S3), and then the intermediate product is rapidly cooled and quenched. Here, the carbon potential CP3 in the quenching step S20 is, for example, 0.6 to 1.3%, and the holding time t3 at the quenching temperature Ts is not particularly limited, but is, for example, 15 to 60 minutes. The quenching temperature Ts is preferably lower than the carburizing temperature Tc. The cooling method in the quenching process is oil cooling or water cooling. Specifically, the intermediate product maintained at the quenching temperature is immersed in a cooling bath containing oil or water as a cooling medium to rapidly cool it.

[焼戻し工程]
真空浸炭処理、又はガス浸炭処理における焼入れ工程が完了した後の中間品に対して、公知の焼戻し工程を実施する。焼戻し温度及び保持時間は限定されず、浸炭焼入れ部品の用途に応じた機械特性が得られるように適宜選択することができる。
[Tempering process]
A known tempering process is performed on the intermediate product after the quenching process in the vacuum carburizing process or the gas carburizing process is completed. The tempering temperature and holding time are not limited and can be appropriately selected so as to obtain mechanical properties suitable for the use of the carburized and quenched part.

[その他の工程]
本開示に係る浸炭焼入れ部品の製造方法はさらに、ショットピーニング工程及び仕上げ研削加工工程を含んでもよい。これらの工程は任意の工程である。あるいは、ガス浸炭工程S1または拡散工程S2と並行し、あるいは拡散工程S2に後続して、炉内に窒素を含有するガスを導入することによって窒化処理を行う窒化処理工程がなされていてもよい。
[Other processes]
The method for manufacturing a carburized and quenched part according to the present disclosure may further include a shot peening process and a finish grinding process. These steps are optional steps. Alternatively, a nitriding process may be performed in parallel with the gas carburizing process S1 or the diffusion process S2, or subsequent to the diffusion process S2, in which a nitriding process is performed by introducing a nitrogen-containing gas into the furnace.

[ショットピーニング工程]
ショットピーニング工程は任意の工程であり、実施しなくてもよい。実施する場合、ショットピーニング工程では、熱処理工程後の中間品に対して、ショットピーニング処理を実施する。ショットピーニング処理を実施することにより、浸炭焼入れ部品の硬化層中の残留オーステナイトが加工誘起変態してマルテンサイトとなる。その結果、硬化層中の残留オーステナイト体積率が低下する。
[Shot peening process]
The shot peening process is an optional process and may not be performed. When carried out, in the shot peening process, the shot peening process is performed on the intermediate product after the heat treatment process. By performing the shot peening treatment, residual austenite in the hardened layer of the carburized and quenched part undergoes deformation-induced transformation and becomes martensite. As a result, the volume fraction of retained austenite in the hardened layer decreases.

[仕上げ研削加工工程]
仕上げ研削加工工程は任意の工程であり、実施しなくてもよい。実施する場合、仕上げ研削加工では、熱処理工程後又はショットピーニング工程後の中間品に対して、仕上げ切削加工を実施して、表面性状を整える。
[Final grinding process]
The finish grinding process is an optional process and does not need to be performed. When carried out, in the finish grinding process, the finish cutting process is performed on the intermediate product after the heat treatment process or the shot peening process to improve the surface properties.

以上の製造工程により、本開示に係る浸炭焼入れ部品を製造することができる。なお、上述の製造方法は、本開示に係る浸炭焼入れ部品を製造するための製造方法の一例である。したがって、上述の製造方法以外の他の方法により、本開示に係る浸炭焼入れ部品を製造してもよい。つまり、本開示に係る浸炭焼入れ部品を得ることができる限り、浸炭焼入れ部品の製造方法は特に限定されない。 Through the above manufacturing process, a carburized and quenched component according to the present disclosure can be manufactured. Note that the above-mentioned manufacturing method is an example of a manufacturing method for manufacturing a carburized and quenched component according to the present disclosure. Therefore, the carburized and quenched component according to the present disclosure may be manufactured by other methods than the above-mentioned manufacturing method. That is, as long as the carburized and quenched part according to the present disclosure can be obtained, the method for manufacturing the carburized and quenched part is not particularly limited.

次に、本開示の実施例について説明するが、実施例での条件は、本開示の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本開示は、この一条件例に限定されるものではない。本開示は、本開示の要旨を逸脱せず、本開示の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。 Next, an example of the present disclosure will be described. The conditions in the example are examples of conditions adopted to confirm the feasibility and effects of the present disclosure, and the present disclosure is based on this example of conditions. It is not limited. The present disclosure may adopt various conditions as long as the objectives of the present disclosure are achieved without departing from the gist of the present disclosure.

<棒鋼(試験片)の製造>
表1に示す化学成分の溶鋼を用いて、造塊法によりインゴットを製造した。インゴットの長さ方向に垂直な断面は180mm×180mmの矩形であった。製造したインゴットを常温まで放冷した。
<Manufacture of steel bars (test pieces)>
An ingot was manufactured by an ingot-forming method using molten steel having the chemical composition shown in Table 1. The cross section perpendicular to the length direction of the ingot was a rectangle of 180 mm x 180 mm. The manufactured ingot was allowed to cool to room temperature.

表1において、化学成分(※1)の残部はFe及び不純物を示す。下線は本開示の範囲外であることを示す。
表1中の空白部分は、対応する元素の含有量が検出限界未満であったことを意味する。つまり、空白部分は、対応する元素含有量の最小桁において、検出限界未満であったことを意味する。例えば、表1中のMo含有量の場合、最小桁は小数第2位である。したがって、試験番号1のMo含有量は、小数第2位までの桁数において、検出されなかった(有効数字が小数第2位までの含有量において、0%であった)ことを意味する。
In Table 1, the remainder of the chemical components (*1) represents Fe and impurities. Underlining indicates outside the scope of this disclosure.
A blank space in Table 1 means that the content of the corresponding element was below the detection limit. In other words, blank areas mean that the corresponding element content was below the detection limit in the smallest digit. For example, in the case of Mo content in Table 1, the minimum digit is the second decimal place. Therefore, the Mo content of Test No. 1 was not detected in the number of digits up to the second decimal place (meaning that the content in the number of significant figures up to the second decimal place was 0%).

インゴットを1250℃で2時間加熱した。加熱後のインゴットに対して熱間加工(熱間鍛伸)を実施して、直径40mm、長さ1000mmの鋼(棒鋼)を製造した。熱間加工後の棒鋼を常温まで放冷した。放冷後の鋼に対して、焼準処理を実施した。焼準処理での処理温度は925℃とし、処理温度での保持時間は90分であった。
以上の工程により、各試験番号の鋼(棒鋼)を製造した。
なお、試験番号17の鋼材は、JIS G 4805:2019に規定されたSCM420に相当する化学組成を有し、試験番号17の鋼材を浸炭した試験片を「基準試験片」とした。
The ingot was heated at 1250°C for 2 hours. The ingot after heating was subjected to hot working (hot forging and stretching) to produce steel (steel bar) with a diameter of 40 mm and a length of 1000 mm. The hot-worked steel bar was allowed to cool to room temperature. After cooling, the steel was subjected to normalizing treatment. The treatment temperature in the normalizing treatment was 925° C., and the holding time at the treatment temperature was 90 minutes.
Through the above steps, steels (steel bars) of each test number were manufactured.
The steel material with test number 17 had a chemical composition equivalent to SCM420 specified in JIS G 4805:2019, and the test piece obtained by carburizing the steel material with test number 17 was used as the "standard test piece."

<評価試験>
[浸炭焼入れ部品試験片の評価試験]
(低サイクル曲げ疲労試験)
浸炭焼入れ部品の低サイクル疲労強度を、次の方法で評価した。
各試験番号の鋼材に対して機械加工(切削加工)を実施して、図2に示す形状を有する低サイクル曲げ疲労試験片(片持ち梁疲労試験片)を作製した。図2の試験片の形状は、実歯車の歯元R部を模擬した。図2中の数字は、寸法(単位はmm)を示す。「R=2」はR部の曲率半径が2mmであることを示す。試験片の厚さは10mmである。低サイクル曲げ疲労試験片は各試験番号で複数本用意した。
<Evaluation test>
[Evaluation test of carburized and quenched parts test pieces]
(Low cycle bending fatigue test)
The low cycle fatigue strength of carburized and quenched parts was evaluated using the following method.
Machining (cutting) was performed on the steel materials of each test number to produce a low cycle bending fatigue test piece (cantilever fatigue test piece) having the shape shown in FIG. The shape of the test piece shown in FIG. 2 simulated the root R portion of a real gear. The numbers in FIG. 2 indicate dimensions (unit: mm). "R=2" indicates that the radius of curvature of the R portion is 2 mm. The thickness of the test piece is 10 mm. Multiple low cycle bending fatigue test pieces were prepared for each test number.

試験片に対して、ガス浸炭処理工程(浸炭焼入れ及び焼戻し)を実施した。ガス浸炭処理工程として、以下3パターンを設定し、各試験片の成分に応じてそのうち一つを選択した。
1パターン目:具体的には、カーボンポテンシャルCPが1.1%の雰囲気中において、試験片を950℃で120分保持した。その後、カーボンポテンシャルCPが1.0%の雰囲気中において、試験片を950℃で40分保持した。その後、870℃まで降温し、カーボンポテンシャル0.8%の雰囲気中において、870℃で30分保持した。保持時間経過後、60℃の油を用いて油冷した。焼入れ工程後、焼戻し工程を実施した。焼戻し工程では、温度を180℃とし、保持時間を120分とした。
2パターン目:具体的には、カーボンポテンシャルCPが1.1%の雰囲気中において、試験片を950℃で120分保持した。その後、カーボンポテンシャルCPが1.0%の雰囲気中において、試験片を950℃で40分保持した。その後、870℃まで降温し、カーボンポテンシャル0.9%の雰囲気中において、870℃で30分保持した。保持時間経過後、60℃の油を用いて油冷した。焼入れ工程後、焼戻し工程を実施した。焼戻し工程では、温度を180℃とし、保持時間を120分とした。
3パターン目:具体的には、カーボンポテンシャルCPが1.1%の雰囲気中において、試験片を950℃で120分保持した。その後、カーボンポテンシャルCPが1.0%の雰囲気中において、試験片を950℃で40分保持した。その後、870℃まで降温し、カーボンポテンシャル1.0%の雰囲気中において、870℃で30分保持した。保持時間経過後、60℃の油を用いて油冷した。焼入れ工程後、焼戻し工程を実施した。焼戻し工程では、温度を180℃とし、保持時間を120分とした。
A gas carburizing treatment process (carburizing quenching and tempering) was performed on the test piece. The following three patterns were set as the gas carburizing process, and one of them was selected depending on the components of each test piece.
First pattern: Specifically, the test piece was held at 950° C. for 120 minutes in an atmosphere with a carbon potential CP of 1.1%. Thereafter, the test piece was held at 950° C. for 40 minutes in an atmosphere with a carbon potential CP of 1.0%. Thereafter, the temperature was lowered to 870°C and held at 870°C for 30 minutes in an atmosphere with a carbon potential of 0.8%. After the holding time had elapsed, the sample was cooled with oil at 60°C. After the quenching process, a tempering process was performed. In the tempering step, the temperature was 180° C. and the holding time was 120 minutes.
Second pattern: Specifically, the test piece was held at 950° C. for 120 minutes in an atmosphere with a carbon potential CP of 1.1%. Thereafter, the test piece was held at 950° C. for 40 minutes in an atmosphere with a carbon potential CP of 1.0%. Thereafter, the temperature was lowered to 870°C and held at 870°C for 30 minutes in an atmosphere with a carbon potential of 0.9%. After the holding time had elapsed, the sample was cooled with oil at 60°C. After the quenching process, a tempering process was performed. In the tempering step, the temperature was 180° C. and the holding time was 120 minutes.
Third pattern: Specifically, the test piece was held at 950° C. for 120 minutes in an atmosphere with a carbon potential CP of 1.1%. Thereafter, the test piece was held at 950° C. for 40 minutes in an atmosphere with a carbon potential CP of 1.0%. Thereafter, the temperature was lowered to 870°C and held at 870°C for 30 minutes in an atmosphere with a carbon potential of 1.0%. After the holding time had elapsed, the sample was cooled with oil at 60°C. After the quenching process, a tempering process was performed. In the tempering step, the temperature was 180° C. and the holding time was 120 minutes.

浸炭を実施したのち、仕上げ加工等は行わずに低サイクル曲げ疲労試験に供した。
低サイクル曲げ疲労試験は、軸力型疲労試験機を用いて、低サイクル疲労試験を実施した。片持ち梁疲労試験片は、具体的には、図2に示すように20×14(10)×210mmであり、端部から110mm位置にR2.0のノッチを有する。また、力点は端部から10mm位置である。
片持ち梁疲労試験片の中心軸は、熱間鍛造部品の中心軸と同軸であった。上記の片持ち梁疲労試験片を用いて、常温、大気雰囲気中にて、表2に示す疲労試験を実施した。片振り荷重制御で試験を行い、破断回数を測定した。荷重を変化させて5回の測定を行い、その破断回数および荷重をプロットしたラインから、破断回数が100回となる荷重(100回破断強度)を特定した。
After carburizing, it was subjected to a low cycle bending fatigue test without finishing.
The low cycle bending fatigue test was conducted using an axial force type fatigue testing machine. Specifically, the cantilever fatigue test piece is 20×14(10)×210 mm as shown in FIG. 2, and has a notch of R2.0 at a position of 110 mm from the end. Moreover, the point of effort is 10 mm from the end.
The central axis of the cantilever fatigue specimen was coaxial with the central axis of the hot-forged part. Using the above cantilever fatigue test pieces, the fatigue tests shown in Table 2 were conducted at room temperature and in an air atmosphere. The test was conducted under oscillation load control, and the number of breaks was measured. Measurements were performed five times while changing the load, and the load at which the number of breaks occurred 100 times (100 times breaking strength) was determined from a line plotting the number of breaks and the load.

本実施例においては、歯車部品への適用を想定し、JIS G 4053:2016のSCM420規格を満たす鋼を用いて、一般的な製造工程、つまり「焼きならし→試験片加工→ガス浸炭炉による共析浸炭→低温焼戻し」の工程によって作製した片持ち梁疲労試験片における100回破断強度を基準(試験番号17)とし、表3における「低サイクル曲げ(100回強度)」の欄において、対象試験番号の疲労限がこれを20%以上上回った場合を目標達成(〇印)とし、20%未満を目標未達(×印)とした。 In this example, assuming application to gear parts, we used steel that met the SCM420 standard of JIS G 4053:2016 and followed the general manufacturing process, that is, "normalizing → test piece processing → gas carburizing furnace. The 100-cycle rupture strength of a cantilever fatigue test piece prepared by the process of "eutectoid carburizing → low-temperature tempering" is used as the standard (test number 17), and in the column of "Low cycle bending (100-cycle strength)" in Table 3, the target When the fatigue limit of the test number exceeded this by 20% or more, the target was achieved (marked with a circle), and when it was less than 20%, the target was not achieved (marked with an x).

(高サイクル曲げ疲労試験)
浸炭焼入れ部品の高サイクル曲げ疲労強度を、次の方法で評価した。
各試験番号の鋼材に対して機械加工(切削加工)を実施して、回転曲げ疲労試験片の粗試験片を製造した。粗試験片に対して、上述の浸炭処理を実施した。
(High cycle bending fatigue test)
The high cycle bending fatigue strength of carburized and quenched parts was evaluated using the following method.
Machining (cutting) was performed on the steel materials of each test number to produce rough test pieces for rotary bending fatigue test pieces. The above-mentioned carburizing treatment was performed on the rough test piece.

浸炭処理後の粗試験片の表面に対して切削加工を実施して、図3に示す寸法の回転曲げ疲労試験片を作製した。図3中の数値は、寸法(mm)を意味する。なお、回転曲げ疲労試験片の長さ方向中央位置に形成された切り欠き部には、表面性状を整える切削加工は実施しなかった。以上の製造工程により、回転曲げ疲労試験片を作製した。 Cutting was performed on the surface of the rough test piece after the carburizing treatment to produce a rotary bending fatigue test piece having the dimensions shown in FIG. 3. The numerical values in FIG. 3 mean dimensions (mm). Note that cutting to improve the surface texture was not performed on the notch formed at the longitudinal center of the rotary bending fatigue test piece. A rotary bending fatigue test piece was produced through the above manufacturing process.

回転曲げ疲労試験片を用いて、JIS Z 2274:1978に規定の「金属材料の回転曲げ疲れ試験方法」に準拠した回転曲げ疲労試験を実施した。試験は常温、大気雰囲気中で実施し、回転数を3000rpmとした。応力負荷繰り返し回数が10サイクル後において破断しなかった最大応力を、曲げ疲労強度(MPa)とした。
得られた曲げ疲労強度が、試験番号17のSCM420規格を満たす鋼を浸炭した(基準試験片)曲げ疲労限度を評価基準値とした。疲労限度が基準鋼の1.20倍以上であった場合、曲げ疲労強度に優れると判断し、表3中の「高サイクル曲げ(10回強度)」欄でで〇印とした。一方、得られた曲げ疲労強度が、基準鋼である試験番号17の曲げ疲労強度の1.20倍未満であれば、曲げ疲労強度が低いと判断し、表3中の「高サイクル曲げ(10回強度)」欄で×印とした。
A rotating bending fatigue test was conducted using a rotating bending fatigue test piece in accordance with the "Rotating bending fatigue test method for metal materials" specified in JIS Z 2274:1978. The test was carried out at room temperature and in an air atmosphere, and the rotation speed was 3000 rpm. The maximum stress that did not cause rupture after 107 stress loading cycles was defined as the bending fatigue strength (MPa).
The bending fatigue limit obtained by carburizing steel (standard test piece) whose bending fatigue strength met the SCM420 standard of test number 17 was taken as the evaluation standard value. If the fatigue limit is 1.20 times or more that of the standard steel, it is judged that the bending fatigue strength is excellent, and it is marked with a circle in the "High cycle bending ( 107 times strength)" column in Table 3. On the other hand, if the obtained bending fatigue strength is less than 1.20 times the bending fatigue strength of test number 17, which is the reference steel, the bending fatigue strength is judged to be low, and the "high cycle bending (10 7 times strength)" column was marked with an x.

(ローラーピッチング試験(面疲労強度評価試験))
浸炭焼入れ部品の面疲労強度を次の方法で評価した。
(Roller pitting test (surface fatigue strength evaluation test))
The surface fatigue strength of carburized and quenched parts was evaluated using the following method.

・二円筒転がり疲労試験に用いる小ローラ試験片の製造
図4に本実施例で作製した小ローラ試験片の側面図を示す。図4中の数字は、寸法(単位はmm)を示す。図4中の「φ」は直径を意味する。図4中の逆三角形の記号は、JIS B 0601:1982の解説表1に記載されている表面粗さを示す「仕上げ記号」を意味する。仕上げ記号に付した「G」は、JIS B 0122:1978に規定の研削を示す加工方法の略号を意味する。小ローラ試験片は、面疲労強度を測定するための試験片である。小ローラ試験片は各試験番号で複数本用意した。
・Manufacture of small roller test piece used in two-cylinder rolling fatigue test FIG. 4 shows a side view of the small roller test piece produced in this example. The numbers in FIG. 4 indicate dimensions (unit: mm). "φ" in FIG. 4 means the diameter. The inverted triangular symbol in FIG. 4 means a "finishing symbol" indicating the surface roughness described in Explanation Table 1 of JIS B 0601:1982. The "G" attached to the finishing symbol means the abbreviation of the processing method that indicates grinding specified in JIS B 0122:1978. The small roller test piece is a test piece for measuring surface fatigue strength. Multiple small roller test pieces were prepared for each test number.

各試験番号の鋼材に対して機械加工(切削加工)を実施して、ローラーピッチング試験の粗試験片(小ローラー試験片の粗試験片)を製造した。粗試験片の中央部の円筒部は図4に示す直径26mmの円筒部に仕上げた。このとき、JIS B 0601:2001に準拠した、算術平均粗さRaが0.6~0.8μmとなり、最大高さRzが2.0~4.0μmとなるように、直径26mmの円筒部の表面を仕上げた。研削深さは約10μmであった。
上述の粗試験片に対して、上述の浸炭処理を実施した。浸炭熱処理後、粗試験片のつかみ部の円筒部に対して研削加工を実施して、図4に示す直径24mmのつかみ部に仕上げた。
Machining (cutting) was performed on the steel materials of each test number to produce rough test pieces (rough test pieces of small roller test pieces) for the roller pitting test. The cylindrical part at the center of the rough test piece was finished into a cylindrical part with a diameter of 26 mm as shown in FIG. At this time, the cylindrical part with a diameter of 26 mm was adjusted so that the arithmetic mean roughness Ra was 0.6 to 0.8 μm and the maximum height Rz was 2.0 to 4.0 μm in accordance with JIS B 0601:2001. Finished the surface. The grinding depth was approximately 10 μm.
The above-mentioned carburizing treatment was performed on the above-mentioned rough test piece. After the carburizing heat treatment, the cylindrical portion of the grip portion of the rough test piece was ground to produce a grip portion with a diameter of 24 mm as shown in FIG. 4.

・二円筒転がり疲労試験に用いる大ローラ試験片の製造
面疲労強度を測定するための二円筒転がり疲労試験に用いる大ローラ試験片を次の方法で製造した。JIS G 4805:2008に規定のSUJ2に相当する化学組成を有する、直径140mmの円柱素材から、図5に示す形状を有する大ローラ試験片の粗試験片を切り出した。図5中の数値は、寸法(単位はmm)を示す。また、図5中の逆三角形の記号は、JIS B 0601:1982の解説表1に記載されている表面粗さを示す「仕上げ記号」を意味する。仕上げ記号に付した「G」は、JIS B 0122:1978に規定の研削を示す加工方法の略号を意味する。
切り出した粗試験片に対して、浸炭焼入れを実施した。焼入れ温度は870℃とし、焼入れ温度での保持時間は90分とした。保持時間経過後、60℃の油で急冷した。焼入れ後の粗試験片の外周面に対して切削加工を実施して仕上げた。算術平均粗さRaが0.6~0.8μmとなり、最大高さRzが2.0~4.0μmとなるように、外周面を仕上げた。以上の製造工程により、大ローラ試験片を作製した。
・Manufacture of a large roller test piece used in a two-cylinder rolling fatigue test A large roller test piece used in a two-cylinder rolling fatigue test for measuring surface fatigue strength was manufactured in the following manner. A rough test piece of a large roller test piece having the shape shown in FIG. 5 was cut from a cylindrical material having a diameter of 140 mm and having a chemical composition corresponding to SUJ2 specified in JIS G 4805:2008. Numerical values in FIG. 5 indicate dimensions (unit: mm). Further, the inverted triangular symbol in FIG. 5 means a "finishing symbol" indicating the surface roughness described in Explanation Table 1 of JIS B 0601:1982. The "G" attached to the finishing symbol means the abbreviation of the processing method that indicates grinding specified in JIS B 0122:1978.
Carburizing and quenching was performed on the cut out rough test piece. The quenching temperature was 870°C, and the holding time at the quenching temperature was 90 minutes. After the holding time had elapsed, it was rapidly cooled with oil at 60°C. After quenching, the outer peripheral surface of the rough test piece was finished by cutting. The outer peripheral surface was finished so that the arithmetic mean roughness Ra was 0.6 to 0.8 μm and the maximum height Rz was 2.0 to 4.0 μm. A large roller test piece was produced through the above manufacturing process.

・面疲労強度測定試験(二円筒転がり疲労試験)
小ローラ試験片及び大ローラ試験片を用いた二円筒転がり疲労試験を実施して、面疲労強度を次のとおり求めた。試験機として、株式会社ニッコークリエート製のRP201を用いた。図6に示すとおり、小ローラ試験片10の直径26mmの円筒部と、大ローラ試験片20の外周面中央位置(直径130mmの外周部分)とを接触させながら転動させた。接触時の面圧はヘルツ面圧で1800~3500MPaとした。小ローラ試験片10の回転数を1500rpmとした。小ローラ試験片10の周速は123m/分とし、大ローラ試験片10の周速は172m/分とした。試験中、小ローラ試験片と大ローラ試験片との接触部分に潤滑油を供給した。潤滑油はオートマチック用オイルとし、油温を100℃、油量を1.0L/分とした。試験での打切繰り返し回数は、一般的な鋼の疲労限度を示す2.0×10回とした。
小ローラ試験片においてピッチングが発生せずに2.0×10回に達した最大面圧(MPa)を、小ローラ試験片の疲労限度とした。ピッチング発生の検出は、試験機に備え付けられた振動計によって行った。振動発生後に、小ローラ試験片と大ローラ試験片の両方の回転を停止させ、ピッチング発生と回転数を確認した。
本実施例においては、歯車部品への適用を想定し、試験番号17のSCM420規格を満たす鋼を浸炭した(基準試験片)小ローラ試験片の疲労限度を評価基準値とした。疲労限度が基準鋼の1.20倍以上であった場合、面疲労強度に優れると判断し、表3中の「面疲労」欄で〇印とした。一方、疲労限度が基準鋼の1.20倍未満であった場合、面疲労強度が低いと判断し、表3中の「面疲労」欄で×印とした。
・Surface fatigue strength measurement test (two cylinder rolling fatigue test)
A two-cylinder rolling fatigue test was conducted using a small roller test piece and a large roller test piece, and the surface fatigue strength was determined as follows. As a test machine, RP201 manufactured by Nikko Create Co., Ltd. was used. As shown in FIG. 6, the cylindrical portion of the small roller test piece 10 with a diameter of 26 mm and the center position of the outer peripheral surface of the large roller test piece 20 (the outer peripheral part with a diameter of 130 mm) were brought into contact with each other while rolling. The surface pressure during contact was 1800 to 3500 MPa in Hertzian surface pressure. The rotation speed of the small roller test piece 10 was set to 1500 rpm. The circumferential speed of the small roller test piece 10 was 123 m/min, and the circumferential speed of the large roller test piece 10 was 172 m/min. During the test, lubricating oil was supplied to the contact area between the small roller test piece and the large roller test piece. The lubricating oil was an automatic oil, the oil temperature was 100° C., and the oil amount was 1.0 L/min. The number of repetitions of discontinuation in the test was 2.0×10 7 times, which is the fatigue limit of general steel.
The maximum surface pressure (MPa) that reached 2.0×10 7 times without pitching in the small roller test piece was defined as the fatigue limit of the small roller test piece. The occurrence of pitching was detected using a vibration meter installed in the test machine. After the vibration occurred, the rotation of both the small roller test piece and the large roller test piece was stopped, and the occurrence of pitching and the number of rotations were confirmed.
In this example, assuming application to gear parts, the fatigue limit of a small roller test piece (standard test piece) made of carburized steel meeting the SCM420 standard of test number 17 was used as the evaluation standard value. When the fatigue limit was 1.20 times or more that of the standard steel, it was judged that the surface fatigue strength was excellent, and the "surface fatigue" column in Table 3 was marked with a circle. On the other hand, if the fatigue limit was less than 1.20 times that of the reference steel, it was determined that the surface fatigue strength was low, and the "surface fatigue" column in Table 3 was marked with an x.

[浸炭焼入れ部品試験片の硬化層のC濃度測定試験]
各試験番号の浸炭焼入れ部品(低サイクル曲げ疲労試験片)を長さ方向に直交する方向に切断し、切断面をミクロマウントで埋込、研磨し、切断面を測定面とする試験片を採取した。そして、浸炭焼入れ部品の表面から50μm深さまでの領域におけるC濃度を、電子線マイクロアナライザーを用いて線分析した。線分析における測定間隔は、5μmとし、測定点は10点とした。これにより得られた10の測定点におけるC濃度の平均値を、表面から50μm深さまでの領域の平均C濃度(表層炭素濃度)として、表3に記載した。
[C concentration measurement test of hardened layer of carburized and quenched parts test piece]
Carburized and quenched parts (low-cycle bending fatigue test pieces) of each test number are cut in a direction perpendicular to the length direction, the cut surfaces are embedded with a micromount, polished, and test pieces are taken with the cut surfaces as measurement surfaces. did. Then, the C concentration in a region up to a depth of 50 μm from the surface of the carburized and quenched part was subjected to line analysis using an electron beam microanalyzer. The measurement interval in the line analysis was 5 μm, and the number of measurement points was 10. The average value of the C concentration at the ten measurement points thus obtained is listed in Table 3 as the average C concentration (surface layer carbon concentration) in the region from the surface to a depth of 50 μm.

[硬化層および芯部の硬さ測定]
硬化層の硬さは、次の方法で測定される。各試験番号の浸炭焼入れ部品(低サイクル曲げ疲労試験片)を長さ方向に直交する方向に切断し、切断面を測定面とする試験片を採取した。そして、浸炭焼入れ部品の表面から50μm深さ位置における切断面の硬さを、ビッカース硬度計を用いて、測定荷重を300gfとし、JIS Z 2244:2009に準拠して測定した。硬さのばらつきを考慮して、50μm深さの3つの測定点の硬さを測定し、これらの平均値を算出した。硬さの平均値を、表面から50μm深さの位置での硬さ(表層硬さ)として、表3に記載した。芯部硬さ(5mm位置の硬さ)についても同様に、表面から5mm深さ位置での3つの測定点の硬さを測定し、これらの平均値を算出し、表3に記載した。
[Measurement of hardness of hardened layer and core]
The hardness of the hardened layer is measured by the following method. Carburized and quenched parts (low cycle bending fatigue test pieces) of each test number were cut in a direction perpendicular to the length direction, and test pieces were taken with the cut surface as the measurement surface. Then, the hardness of the cut surface at a depth of 50 μm from the surface of the carburized and quenched part was measured using a Vickers hardness tester at a measurement load of 300 gf in accordance with JIS Z 2244:2009. Taking into account variations in hardness, the hardness was measured at three measurement points at a depth of 50 μm, and the average value was calculated. The average value of the hardness is shown in Table 3 as the hardness at a depth of 50 μm from the surface (surface layer hardness). Regarding core hardness (hardness at 5 mm position), the hardness at three measurement points at a depth of 5 mm from the surface was similarly measured, and the average value thereof was calculated and listed in Table 3.

<評価結果>
試験結果を表3に示す。
<Evaluation results>
The test results are shown in Table 3.

表1に示されるように、試験番号1~16の鋼の化学組成中の各元素の含有量は本開示の範囲内にあり、さらに、F1及びF2が式(1)及び式(2)を満たした。 As shown in Table 1, the content of each element in the chemical composition of the steels of test numbers 1 to 16 is within the range of the present disclosure, and furthermore, F1 and F2 satisfy formulas (1) and (2). Filled.

また、試験番号1~16の鋼を浸炭処理して製造した浸炭焼入れ部品では、外部酸化層が表層全体に覆わず、また粒界酸化(内部酸化)深さ及び粒界S偏析深さが低減され、浸炭焼入れ部品の表面から50μm深さまでの領域におけるC濃度が質量%で0.65%以上であり、浸炭焼入れ部品の表面から50μm深さでの表層硬さは600HV以上であった。その結果、これら浸炭焼入れ部品においては優れた疲労強度を示した。 In addition, in the carburized and quenched parts manufactured by carburizing the steel of test numbers 1 to 16, the external oxidation layer did not cover the entire surface layer, and the depth of grain boundary oxidation (internal oxidation) and the depth of grain boundary S segregation were reduced. The C concentration in a region up to a depth of 50 μm from the surface of the carburized and quenched part was 0.65% or more by mass, and the surface hardness at a depth of 50 μm from the surface of the carburized and quenched part was 600 HV or more. As a result, these carburized and quenched parts showed excellent fatigue strength.

試験番号17は、従来品と同等の鋼であり、本開示における試験における基準材として採用したものである。試験番号17では、本開示に比べてSi含有量が低く、Mn含有量が低かった。そのため、F1の値が式(1)の上限を下回り、粒界酸化(内部酸化)深さが低減されなかった。試験番号17のガス浸炭材の疲労強度を基準値とした場合、上述の試験番号1~16の全てのガス浸炭焼入れ部品は、試験番号17よりも優れた疲労強度を示した。 Test number 17 is a steel equivalent to a conventional product, and was adopted as a reference material in the test in the present disclosure. In test number 17, the Si content was lower and the Mn content was lower than that of the present disclosure. Therefore, the value of F1 was below the upper limit of formula (1), and the depth of grain boundary oxidation (internal oxidation) was not reduced. When the fatigue strength of the gas carburized material of test number 17 was taken as the reference value, all the gas carburized and quenched parts of test numbers 1 to 16 described above showed fatigue strength superior to test number 17.

試験番号18では、鋼の化学組成中の各元素含有量は適切であったものの、F1が式(1)の上限を超えた。その結果、低サイクル曲げ疲労強度、高サイクル曲げ疲労強度、及び面疲労強度がいずれも不足した。 In test number 18, although the content of each element in the chemical composition of the steel was appropriate, F1 exceeded the upper limit of formula (1). As a result, low cycle bending fatigue strength, high cycle bending fatigue strength, and surface fatigue strength were all insufficient.

試験番号19では、Al量が高く、F2が式(2)の上限を超えた。その結果、試験番号19は、低サイクル曲げ疲労強度、高サイクル曲げ疲労強度、及び面疲労強度がいずれも不足した。 In test number 19, the amount of Al was high and F2 exceeded the upper limit of formula (2). As a result, test number 19 was insufficient in low cycle bending fatigue strength, high cycle bending fatigue strength, and surface fatigue strength.

試験番号20では、鋼のC量が高すぎた。その結果、低サイクル曲げ疲労試験時にき裂発生と同時に破断し、低サイクル曲げ疲労強度が不足した。 In test number 20, the C content of the steel was too high. As a result, during the low-cycle bending fatigue test, the steel broke at the same time as cracking occurred, resulting in insufficient low-cycle bending fatigue strength.

試験番号21では、鋼のCr量が低かった。その結果、試験番号21は、芯部での焼入れ性が不足し、ガス浸炭した際に低サイクル曲げ疲労強度、高サイクル曲げ疲労強度、及び面疲労強度がいずれも不足した。 In test number 21, the Cr content of the steel was low. As a result, Test No. 21 had insufficient hardenability in the core, and when gas carburized, low cycle bending fatigue strength, high cycle bending fatigue strength, and surface fatigue strength were all insufficient.

試験番号22では、鋼のCr量が高すぎた。その結果、試験番号22は、外部酸化層が試験片全体に生じ、浸炭阻害が生じ、表層炭素濃度が低く、高サイクル曲げ疲労強度及び面疲労強度が不足した。 In test number 22, the Cr content of the steel was too high. As a result, in test number 22, an external oxidation layer was formed on the entire test piece, carburization was inhibited, the surface layer carbon concentration was low, and the high cycle bending fatigue strength and surface fatigue strength were insufficient.

試験番号23では、鋼のSi量が低すぎ、F1が式(1)の上限を超えた。その結果、試験番号23は、粒界酸化(内部酸化)深さが低減されず、低サイクル曲げ疲労強度、高サイクル曲げ疲労強度、及び面疲労強度がいずれも不足した。 In test number 23, the Si content of the steel was too low, and F1 exceeded the upper limit of formula (1). As a result, in Test No. 23, the depth of grain boundary oxidation (internal oxidation) was not reduced, and low cycle bending fatigue strength, high cycle bending fatigue strength, and surface fatigue strength were all insufficient.

試験番号24では、鋼のSi量が高すぎた。その結果、試験番号24は、ガス浸炭した際に外部酸化層が試験片全体に生じ、浸炭阻害が生じ、表層炭素濃度が低く、表層硬さが不足し、高サイクル曲げ疲労強度及び面疲労強度が不足した。 In test number 24, the amount of Si in the steel was too high. As a result, in test number 24, an external oxidation layer was formed on the entire specimen during gas carburization, inhibiting carburization, and the surface layer carbon concentration was low, the surface layer hardness was insufficient, and the high cycle bending fatigue strength and surface fatigue strength were There was a shortage.

試験番号25では、鋼のMn量が高すぎ、F1が式(1)の上限を超えた。その結果、試験番号25は、残留オーステナイト多量により、表層硬さが低下し、高サイクル曲げ疲労強度及び面疲労強度が不足した。 In test number 25, the Mn content of the steel was too high, and F1 exceeded the upper limit of formula (1). As a result, in Test No. 25, the surface hardness decreased due to a large amount of retained austenite, and the high cycle bending fatigue strength and surface fatigue strength were insufficient.

試験番号26では、鋼のP量が高すぎた。その結果、試験番号26は、低サイクル曲げ疲労強度、高サイクル曲げ疲労強度、及び面疲労強度がいずれも不足した。 In test number 26, the amount of P in the steel was too high. As a result, test number 26 was insufficient in low cycle bending fatigue strength, high cycle bending fatigue strength, and surface fatigue strength.

試験番号27では、鋼のS量が高すぎた。その結果、試験番号27は、硫化物の粗大化のため、低サイクル曲げ疲労強度、高サイクル曲げ疲労強度、及び面疲労強度がいずれも不足した。 In test number 27, the S content of the steel was too high. As a result, test number 27 was insufficient in low cycle bending fatigue strength, high cycle bending fatigue strength, and surface fatigue strength due to coarsening of sulfides.

試験番号28では、鋼のAl量が高すぎた。その結果、試験番号28は、介在物の粗大化により低サイクル曲げ疲労強度、高サイクル曲げ疲労強度、及び面疲労強度がいずれも不足した。 In test number 28, the Al content of the steel was too high. As a result, test number 28 was insufficient in low cycle bending fatigue strength, high cycle bending fatigue strength, and surface fatigue strength due to coarsening of inclusions.

試験番号29では、鋼のN含有量が高すぎた。その結果、試験番号29は、介在物の粗大化により低サイクル曲げ疲労強度、高サイクル曲げ疲労強度、及び面疲労強度がいずれも不足した。 In test number 29, the N content of the steel was too high. As a result, test number 29 was insufficient in low cycle bending fatigue strength, high cycle bending fatigue strength, and surface fatigue strength due to coarsening of inclusions.

前述したように、本開示の低サイクル曲げ疲労強度、高サイクル曲げ疲労強度、及び面疲労強度に優れた浸炭鋼部品を用いれば、自動車用のディファレンシャルギヤやトランスミッションギヤなどの歯車を大幅に小型化、軽量化することができ、その結果、自動車の燃費を高め、かつ、CO排出量を削減することが可能となる。よって、本開示の効果は極めて顕著であり、本開示は、産業上の利用可能性が大きいものである。 As mentioned above, by using the carburized steel parts of the present disclosure that have excellent low cycle bending fatigue strength, high cycle bending fatigue strength, and surface fatigue strength, gears such as automobile differential gears and transmission gears can be significantly downsized. , it is possible to reduce the weight, and as a result, it becomes possible to increase the fuel efficiency of the automobile and reduce CO 2 emissions. Therefore, the effects of the present disclosure are extremely significant, and the present disclosure has great industrial applicability.

Claims (4)

化学組成が、質量%で、
C :0.10~0.25%、
Si:0.60~1.20%、
Mn:0.86~1.20%、
P :0.030%以下、
S :0.005~0.030%、
Cr:1.20~1.75%、
Al:0.010~0.060%、
N :0.003~0.020%、及び
O :0.0020%以下
を含有するとともに、
下記(1)及び(2)を満たし、
残部がFe及び不純物からなる棒鋼。
76-28×Si+37×Mn+3×Cr≦90.0 ・・・(1)
1.0≦Al/N≦3.0 ・・・(2)
ただし、(1)及び(2)の式中の元素記号は、各元素の質量%での含有量を示す。
The chemical composition is in mass%,
C: 0.10-0.25%,
Si: 0.60-1.20%,
Mn: 0.86-1.20%,
P: 0.030% or less,
S: 0.005-0.030%,
Cr: 1.20-1.75%,
Al: 0.010-0.060%,
Contains N: 0.003 to 0.020% and O: 0.0020% or less,
Satisfies (1) and (2) below,
A steel bar with the balance consisting of Fe and impurities.
76-28×Si+37×Mn+3×Cr≦90.0...(1)
1.0≦Al/N≦3.0...(2)
However, the element symbols in formulas (1) and (2) indicate the content in mass % of each element.
化学組成が、質量%で、
C :0.10~0.25%、
Si:0.60~1.20%、
Mn:0.86~1.20%、
P :0.030%以下、
S :0.005~0.030%、
Cr:1.20~1.75%、
Al:0.010~0.060%、
N :0.003~0.020%、及び
O :0.0020%以下
を含有し、さらに、
Mo:0.25%以下、
Cu:0.50%以下、
Ni:0.50%以下、
W :0.50%以下、
V :0.25%以下、
Bi:0.50%以下、
Co:0.50%以下、
Nb:0.10%以下、
Ti:0.20%以下、
Ca:0.0015%以下、
Pb:0.09%以下、
Sn:0.10%以下、及び
B :0.0070%以下
からなる群より選ばれる1種又は2種以上を含有するとともに、
下記(1)及び(2)を満たし、
残部がFe及び不純物からなる棒鋼。
76-28×Si+37×Mn+3×Cr≦90.0 ・・・(1)
1.0≦Al/N≦3.0 ・・・(2)
ただし、(1)及び(2)の式中の元素記号は、各元素の質量%での含有量を示す。
The chemical composition is in mass%,
C: 0.10-0.25%,
Si: 0.60-1.20%,
Mn: 0.86-1.20%,
P: 0.030% or less,
S: 0.005-0.030%,
Cr: 1.20-1.75%,
Al: 0.010-0.060%,
Contains N: 0.003 to 0.020%, and O: 0.0020% or less, and further,
Mo: 0.25% or less,
Cu: 0.50% or less,
Ni: 0.50% or less,
W: 0.50% or less,
V: 0.25% or less,
Bi: 0.50% or less,
Co: 0.50% or less,
Nb: 0.10% or less,
Ti: 0.20% or less,
Ca: 0.0015% or less,
Pb: 0.09% or less,
Containing one or more selected from the group consisting of Sn: 0.10% or less, and B: 0.0070% or less,
Satisfies (1) and (2) below,
A steel bar with the balance consisting of Fe and impurities.
76-28×Si+37×Mn+3×Cr≦90.0...(1)
1.0≦Al/N≦3.0...(2)
However, the element symbols in formulas (1) and (2) indicate the content in mass % of each element.
浸炭層である硬化層と、前記硬化層よりも内部の芯部とを含み、
前記芯部の化学組成が、質量%で、
C :0.10~0.25%、
Si:0.60~1.20%、
Mn:0.86~1.20%、
P :0.030%以下、
S :0.005~0.030%、
Cr:1.20~1.75%、
Al:0.010~0.060%、
N :0.003~0.020%、及び
O :0.0020%以下
を含有するとともに、
下記(1)及び(2)を満たし、
残部がFe及び不純物からなり、
表面から50μm深さまでの領域における平均のC濃度が0.65%以上であり、
表面から50μm深さにおける平均の表層硬さが600HV以上である浸炭焼入れ部品。
76-28×Si+37×Mn+3×Cr≦90.0 ・・・(1)
1.0≦Al/N≦3.0 ・・・(2)
ただし、(1)及び(2)の式中の元素記号は、各元素の質量%での含有量を示す。
including a hardened layer that is a carburized layer and a core inside the hardened layer,
The chemical composition of the core is in mass%,
C: 0.10-0.25%,
Si: 0.60-1.20%,
Mn: 0.86-1.20%,
P: 0.030% or less,
S: 0.005-0.030%,
Cr: 1.20-1.75%,
Al: 0.010-0.060%,
Contains N: 0.003 to 0.020% and O: 0.0020% or less,
Satisfies (1) and (2) below,
The remainder consists of Fe and impurities,
The average C concentration in the region from the surface to a depth of 50 μm is 0.65% or more,
A carburized and quenched part having an average surface hardness of 600 HV or more at a depth of 50 μm from the surface.
76-28×Si+37×Mn+3×Cr≦90.0...(1)
1.0≦Al/N≦3.0...(2)
However, the element symbols in formulas (1) and (2) indicate the content in mass % of each element.
浸炭層である硬化層と、前記硬化層よりも内部の芯部とを含み、
前記芯部の化学組成が、質量%で、
C :0.10~0.25%、
Si:0.60~1.20%、
Mn:0.86~1.20%、
P :0.030%以下、
S :0.005~0.030%、
Cr:1.20~1.75%、
Al:0.010~0.060%、
N :0.003~0.020%、及び
O :0.0020%以下
を含有し、さらに、
Mo:0.25%以下、
Cu:0.50%以下、
Ni:0.50%以下、
W :0.50%以下、
V :0.25%以下、
Bi:0.50%以下、
Co:0.50%以下、
Nb:0.10%以下、
Ti:0.20%以下、
Ca:0.0015%以下、
Pb:0.09%以下、
Sn:0.10%以下、及び
B :0.0070%以下
からなる群より選ばれる1種又は2種以上を含有するとともに、
下記(1)及び(2)を満たし、
残部がFe及び不純物からなり、
表面から50μm深さまでの領域における平均のC濃度が0.65%以上であり、
表面から50μm深さにおける平均の表層硬さが600HV以上である浸炭焼入れ部品。
76-28×Si+37×Mn+3×Cr≦90.0 ・・・(1)
1.0≦Al/N≦3.0 ・・・(2)
ただし、(1)及び(2)の式中の元素記号は、各元素の質量%での含有量を示す。
including a hardened layer that is a carburized layer and a core inside the hardened layer,
The chemical composition of the core is in mass%,
C: 0.10-0.25%,
Si: 0.60-1.20%,
Mn: 0.86-1.20%,
P: 0.030% or less,
S: 0.005-0.030%,
Cr: 1.20-1.75%,
Al: 0.010-0.060%,
Contains N: 0.003 to 0.020%, and O: 0.0020% or less, and further,
Mo: 0.25% or less,
Cu: 0.50% or less,
Ni: 0.50% or less,
W: 0.50% or less,
V: 0.25% or less,
Bi: 0.50% or less,
Co: 0.50% or less,
Nb: 0.10% or less,
Ti: 0.20% or less,
Ca: 0.0015% or less,
Pb: 0.09% or less,
Containing one or more selected from the group consisting of Sn: 0.10% or less, and B: 0.0070% or less,
Satisfies (1) and (2) below,
The remainder consists of Fe and impurities,
The average C concentration in the region from the surface to a depth of 50 μm is 0.65% or more,
A carburized and quenched part having an average surface hardness of 600 HV or more at a depth of 50 μm from the surface.
76-28×Si+37×Mn+3×Cr≦90.0...(1)
1.0≦Al/N≦3.0...(2)
However, the element symbols in formulas (1) and (2) indicate the content in mass % of each element.
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