JP4581966B2 - Induction hardening steel - Google Patents

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本発明は、高周波焼入れ用鋼材に関する。詳しくは、高周波焼入れによって浸炭焼入れの場合と同等以上の疲労強度、なかでも曲げ疲労強度を確保することができる高周波焼入れ用鋼材に関する。   The present invention relates to a steel material for induction hardening. More specifically, the present invention relates to a steel material for induction hardening that can ensure fatigue strength equal to or higher than that of carburizing and quenching, in particular bending fatigue strength, by induction hardening.

アクスルシャフト、ドライブシャフト、等速ジョイント用アウターレースなどの自動車部品や建設機械用部品は、所定形状への機械加工後、所望の機械的性質を具備させるための表面硬化処理が施され、表面硬化処理としては「浸炭焼入れ処理」が施されることが多い。そして、この「浸炭焼入れ処理」を施すために、前記部品の素材として、一般に、質量%で、0.2%程度のCに加えて、Si、Mn、Ni、CrやMo等の合金元素を含む低炭素合金鋼が使用されてきた。   Automotive parts such as axle shafts, drive shafts, and outer races for constant velocity joints, and parts for construction machinery are subjected to surface hardening treatment to provide the desired mechanical properties after machining to a predetermined shape. As the treatment, “carburizing and quenching treatment” is often performed. And in order to perform this "carburization quenching process", in general, in addition to about 0.2% C by mass%, alloy elements such as Si, Mn, Ni, Cr and Mo are used as the material of the parts. Including low carbon alloy steels have been used.

しかしながら、「浸炭」は、拡散現象を利用する処理である。したがって、鋼材中に十分なCを拡散させるために、800〜1050℃程度のオーステナイト領域で、数時間から数十時間もの長時間の加熱処理を行うことが必要となる。このため、表面硬化処理として「浸炭焼入れ処理」を施す場合には、成形から熱処理までの製造工程をインライン化することが困難であるので生産能率を高めることが難しく、また、部品の製造コストも嵩んでしまう。   However, “carburization” is a process that uses the diffusion phenomenon. Therefore, in order to diffuse sufficient C in the steel material, it is necessary to perform a heat treatment for several hours to several tens of hours in an austenite region of about 800 to 1050 ° C. For this reason, when performing “carburizing and quenching” as the surface hardening treatment, it is difficult to inline the manufacturing process from molding to heat treatment, so it is difficult to increase the production efficiency, and the manufacturing cost of the parts is also high. It becomes bulky.

なお、浸炭処理としては通常「ガス浸炭法」が採用されるが、ガス浸炭の際に被処理材である鋼材の表面に、いわゆる「粒界酸化層」が形成されるので、浸炭処理後に疲労強度や衝撃特性の低下が生じてしまう。   Although the “gas carburizing method” is usually adopted as the carburizing process, a so-called “grain boundary oxide layer” is formed on the surface of the steel material to be processed during gas carburizing. Deterioration of strength and impact characteristics will occur.

上記の粒界酸化層の抑制のためには、鋼材中のSi、Mn及びCrの含有量を低減し、代わりにMoやNi等を含有させることが考えられるが、高価な合金元素を多量に含ませることになるので、鋼材コストの上昇を招く。   In order to suppress the above-mentioned grain boundary oxide layer, it is conceivable to reduce the contents of Si, Mn and Cr in the steel material, but to contain Mo, Ni, etc. instead, but a large amount of expensive alloy elements Since it will be included, the steel material cost rises.

更に、浸炭処理は、上述のように、800〜1050℃程度の高温領域で、数時間から数十時間の長時間加熱する処理であるため、一般に「異常粒成長」と称されるオーステナイト結晶粒の粗大化が生じる場合があり、この異常粒成長が、浸炭焼入れ後の熱処理歪みの発生や、疲労強度、更には衝撃特性の低下を招いてしまう。   Furthermore, since the carburizing process is a process of heating for a long time of several hours to several tens of hours in a high temperature region of about 800 to 1050 ° C. as described above, austenite crystal grains generally referred to as “abnormal grain growth” The abnormal grain growth may cause the occurrence of heat treatment distortion after carburizing and quenching, fatigue strength, and impact characteristics.

このため、浸炭焼入れ処理に代わる表面硬化処理として高周波焼入れ処理の適用が検討され、特許文献1〜9に、高周波焼入れ部品や高周波焼入れプロセスに適した鋼材が提案されている。   For this reason, application of induction hardening treatment as a surface hardening treatment instead of carburizing hardening treatment has been studied, and Patent Documents 1 to 9 propose steel materials suitable for induction hardening parts and induction hardening processes.

特許文献1に、冷間鍛造性、高周波焼入れ性及び転動疲労特性に優れた「機械構造用鋼」、具体的には、重量比で、C:0.40〜0.80%、Si:0.05超〜1.20%、Mn:0.40%未満、S:0.020%以下、Al:0.01〜0.05%未満、Cr:0.30%以下、B:0.0003〜0.0030%、Ti:0.005〜0.05%、N:0.007%以下、O:0.0020%以下を含有し、更に、必要に応じて、Mo:0.05〜0.50%を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなることを特徴とする冷間鍛造性、高周波焼入れ性及び転動疲労特性に優れた「機械構造用鋼」が開示されている。   In Patent Document 1, “machine structural steel” excellent in cold forgeability, induction hardenability and rolling fatigue characteristics, specifically, C: 0.40 to 0.80% by weight ratio, Si: More than 0.05 to 1.20%, Mn: less than 0.40%, S: 0.020% or less, Al: 0.01 to less than 0.05%, Cr: 0.30% or less, B: 0.0. 0003-0.0030%, Ti: 0.005-0.05%, N: 0.007% or less, O: 0.0020% or less, and Mo: 0.05- “Mechanical structural steel” excellent in cold forgeability, induction hardenability and rolling fatigue characteristics, characterized by containing 0.50% and the balance being Fe and inevitable impurities, is disclosed.

特許文献2に、被削性に優れた「高強度高周波焼入れ用鋼」、具体的には、合金元素の含有率が質量%で、C:0.50〜0.80%、Si:0.15%以下、Mn:0.60%以下、B:0.0005〜0.0050%、Ti:0.05%以下であり、更に、必要に応じて、Cr:2.0%以下、Ni:3.0%以下、Mo:1.0%以下、Nb:0.10%以下、V:0.05〜0.50%のうちの1種又は2種以上の元素、及び/又は、S:0.20%以下、Te:0.20%以下、Ca:0.0050%以下のうちの1種ま又は2種以上の被削性向上元素を含み、残部Fe及び不可避的不純物からなることを特徴とする被削性に優れた「高強度高周波焼入れ用鋼」が開示されている。   In Patent Document 2, “high-strength induction hardening steel” excellent in machinability, specifically, the alloy element content is mass%, C: 0.50 to 0.80%, Si: 0.00. 15% or less, Mn: 0.60% or less, B: 0.0005 to 0.0050%, Ti: 0.05% or less. Further, if necessary, Cr: 2.0% or less, Ni: 3.0% or less, Mo: 1.0% or less, Nb: 0.10% or less, V: one or more elements of 0.05 to 0.50%, and / or S: It contains one or more machinability improving elements of 0.20% or less, Te: 0.20% or less, Ca: 0.0050% or less, and the balance consisting of Fe and unavoidable impurities. “High-strength induction hardening steel” having excellent machinability is disclosed.

特許文献3に、冷間鍛造や切削工程で製造される部品の製造時に冷間加工性に優れ、同時に高周波焼入れ後に、優れた強度特性を有する「高周波焼入れ用鋼材」とその製造方法、具体的には、重量%で、C:0.38超〜0.58%、Si:0.01〜0.15%、Mn:0.2〜0.6%、S:0.005〜0.15%、Cr:0.15〜0.6%、B:0.0005〜0.005%、Al:0.015〜0.05%、N:0.007%未満(0%を含む)を含有し、TiをN含有量に応じて、0.015〜(3.4N+0.02)%の範囲含有し、更に、必要に応じて、Mo:0.02〜0.3%、Ni:0.02〜1.0%のうちの1種又は2種、及び/又は、Nb:0.002〜0.035%を含有し、P:0.025%以下(0%を含む)、O:0.0025%以下(0%を含む)に各々制限し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、かつ、ミクロ組織は実質的にフェライト・パーライト組織であり、フェライト結晶粒径が25μm以下であり、熱間圧延方向に平行な断面の組織のフェライトバンドの評点が1〜5であることを特徴とする冷間加工性と高強度特性を兼備した「高周波焼入れ用鋼材」とその製造方法が開示されている。   Patent Document 3 discloses a “steel material for induction hardening” that has excellent cold workability at the time of manufacturing parts manufactured by cold forging and cutting processes, and has excellent strength characteristics after induction hardening, and a manufacturing method thereof, specifically In weight percent, C: more than 0.38 to 0.58%, Si: 0.01 to 0.15%, Mn: 0.2 to 0.6%, S: 0.005 to 0.15 %, Cr: 0.15-0.6%, B: 0.0005-0.005%, Al: 0.015-0.05%, N: less than 0.007% (including 0%) And Ti is contained in the range of 0.015- (3.4N + 0.02)% depending on the N content, and Mo: 0.02-0.3%, Ni: 0.0. One or two of 02 to 1.0% and / or Nb: 0.002 to 0.035%, P: 0.025% or less (0% And O: 0.0025% or less (including 0%), the balance is composed of iron and inevitable impurities, and the microstructure is substantially a ferrite-pearlite structure, and the ferrite crystal grain size Is a steel material for induction hardening having both cold workability and high strength characteristics, characterized in that the ferrite band of the cross-sectional structure parallel to the hot rolling direction has a score of 1 to 5; The manufacturing method is disclosed.

特許文献4に、高強度の、被削性に優れた「高周波焼入れ歯車用鋼」、具体的には、重量基準で、C:0.50〜0.65%、Si:0.50%以下、Mn:2.0%以下、P:0.020%以下、S:0.010〜0.040%、Mo:0.05〜0.50%、Ti+Zr+REM:0.01%以下、B+N及び/又はTeをB:0.0040〜0.020%、N:0.0050〜0.020%、Te:0.003〜0.030%、で含有し、更に、必要に応じて、Cr、Ni、V、Nbの1種又は2種以上を重量基準で、Cr:1.00%以下、Ni:3.0%以下、V:0.50%以下、Nb:0.50%以下の量で含有し、残部実質的にFeから成ることを特徴とする高強度の被削性に優れた「高周波焼入れ歯車用鋼」が開示されている。   Patent Document 4 discloses a high-strength, high-frequency hardened gear steel with excellent machinability, specifically, C: 0.50 to 0.65%, Si: 0.50% or less, based on weight. , Mn: 2.0% or less, P: 0.020% or less, S: 0.010 to 0.040%, Mo: 0.05 to 0.50%, Ti + Zr + REM: 0.01% or less, B + N and / or Or Te: B: 0.0040 to 0.020%, N: 0.0050 to 0.020%, Te: 0.003 to 0.030%, and, if necessary, Cr, Ni , V, Nb, in an amount of Cr: 1.00% or less, Ni: 3.0% or less, V: 0.50% or less, Nb: 0.50% or less, based on weight. "High-frequency hardened gear steel" with excellent high-strength machinability characterized by containing and the balance being substantially made of Fe is disclosed. That.

特許文献5に、高強度でかつ耐遅れ破壊特性及び転動疲労寿命特性に優れた「高周波焼入れ用鋼」とその製造方法、具体的には、重量%で、C:0.30〜0.80%、Si:0.05〜0.50%、Mn:0.2〜2.0%、Ti:0.05〜0.20%、Al:0.010〜0.050%、N:0.0120%以下、O:12ppm以下を含有し、更に、必要に応じて、Ni:0.1〜2.0%、Cr:0.20〜2.0%、Mo:0.05〜1.0%のうちから選んだ1種ないし2種以上を含有し、残部Fe及び不可避不純物からなり、大きさ70nm以下のTi炭化物、Ti炭窒化物を鋼中に微細分散させたことを特徴とする高強度でかつ耐遅れ破壊特性及び転動疲労寿命特性に優れた「高周波焼入れ用鋼」とその製造方法が開示されている。   Patent Document 5 states that “steel for induction hardening” having high strength and excellent delayed fracture resistance and rolling fatigue life characteristics and its manufacturing method, specifically, by weight, C: 0.30-0. 80%, Si: 0.05 to 0.50%, Mn: 0.2 to 2.0%, Ti: 0.05 to 0.20%, Al: 0.010 to 0.050%, N: 0 0.120% or less, O: 12 ppm or less, and further, if necessary, Ni: 0.1-2.0%, Cr: 0.20-2.0%, Mo: 0.05-1. 1 type or 2 types or more selected from 0%, the balance Fe and inevitable impurities, Ti carbide and Ti carbonitride having a size of 70 nm or less are finely dispersed in steel High-strength, induction-hardened steel with excellent delayed fracture resistance and rolling fatigue life characteristics and its manufacturing method are disclosed To have.

特許文献6に、高周波焼入れ性に優れると共に、高強度特性に優れた「高強度高周波焼入れ用鋼材」とその製造方法、具体的には、質量%で、C:0.35〜0.6%、Si:0.01〜1%、Mn:0.2〜2%、S:0.005〜0.15%、Cr:0.35%以下(0%を含む)、B:0.0005〜0.005%、Al:0.015〜0.05%、Ti:0.05〜0.2%を含有し、更に、必要に応じて、Mo:1%以下、Ni:2.5%以下、V:0.4%以下のうちの1種又は2種以上を含有し、N:0.007%未満(0%を含む)、P:0.025%(0%を含む)及びO:0.0025%以下(0%を含む)に各々制限し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、熱間圧延後の組織のマトリックス中に直径0.2μm以下のTiの析出物を5個/μm2以上を有し、フェライト結晶粒径が20μm以下であり、フェライト分率が30%以下であり、JIS G 0558で規定する脱炭深さ:DM−T0.2mm以下であることを特徴とする等の「高強度高周波焼き入れ用鋼材」とその製造方法が開示されている。 In Patent Document 6, “high-strength induction-hardening steel” having excellent induction hardenability and high-strength characteristics and its manufacturing method, specifically, by mass%, C: 0.35 to 0.6% , Si: 0.01 to 1%, Mn: 0.2 to 2%, S: 0.005 to 0.15%, Cr: 0.35% or less (including 0%), B: 0.0005 It contains 0.005%, Al: 0.015-0.05%, Ti: 0.05-0.2%, and, if necessary, Mo: 1% or less, Ni: 2.5% or less V: One or more of 0.4% or less, N: less than 0.007% (including 0%), P: 0.025% (including 0%), and O: The content is limited to 0.0025% or less (including 0%), the balance is Fe and inevitable impurities, and the diameter is 0.2 μm in the matrix of the structure after hot rolling. The precipitate below the Ti has five / [mu] m 2 or more, the ferrite grain size is not more 20μm or less, the ferrite fraction is 30% decarburization depth specified in JIS G 0558: DM- A “high-strength induction-hardening steel material” characterized by T 0.2 mm or less and its manufacturing method are disclosed.

特許文献7に、変形抵抗が小さく冷間鍛造性に優れ、かつ高周波焼入れ性にも優れた「機械構造用炭素鋼」、具体的には、重量%で、C:0.40〜0.60%、Si:0.05%以下、Mn:0.30〜0.75%、Cr:0.15%以下、S:0.005〜0.020%を、更に、必要に応じて、Mo:0.05〜0.30%を、0.015%以下に制限したP、0.0020%以下に制限したO及び0.0080%以下に制限したNと共に含有し、残部は実質的にFeの組成になることを特徴とする冷間鍛造性及び高周波焼入れ性に優れた「機械構造用炭素鋼」が開示されている。   In Patent Document 7, “carbon steel for mechanical structure” having low deformation resistance, excellent cold forgeability and excellent induction hardenability, specifically, by weight percentage, C: 0.40 to 0.60. %, Si: 0.05% or less, Mn: 0.30 to 0.75%, Cr: 0.15% or less, S: 0.005 to 0.020%, and Mo: 0.05 to 0.30% with P restricted to 0.015% or less, O restricted to 0.0020% or less, and N restricted to 0.0080% or less, with the balance being substantially Fe. “Carbon steel for machine structure” that is excellent in cold forgeability and induction hardenability, characterized by having a composition, is disclosed.

特許文献8に、焼割れが生じにくく、かつ優れたねじり特性の得られる「高周波焼入れ用鋼」、具体的には、重量比で、C:0.45〜0.60%、Si:2.00超え〜2.50%、Mn:0.40〜1.20%、P:0.020%以下、S:0.010%以下、Ni:0.10 〜1.00%、Cr:0.20〜0.40%、Mo:0.20〜0.40%、O:0.0020%以下、N:0.0050〜0.0200%と、V:0.05〜0.40%、Nb:0.03〜0.40%のうち1種又は2種を含有し、残部がFe及び不純物元素からなるねじり特性の優れた「高周波焼入れ用鋼」が開示されている。   Patent Document 8 discloses that “steel for induction hardening” in which quenching cracks hardly occur and excellent torsional characteristics are obtained. Specifically, by weight ratio, C: 0.45 to 0.60%, Si: 2. 00 to 2.50%, Mn: 0.40 to 1.20%, P: 0.020% or less, S: 0.010% or less, Ni: 0.10 to 1.00%, Cr: 0.00. 20 to 0.40%, Mo: 0.20 to 0.40%, O: 0.0020% or less, N: 0.0050 to 0.0200%, V: 0.05 to 0.40%, Nb : Induction hardening steel having excellent torsional characteristics containing one or two of 0.03 to 0.40%, the balance being Fe and impurity elements is disclosed.

特許文献9に、ねじり特性に優れた「駆動伝達系部品」、具体的には、重量比で、C:0.45〜0.60%、Si:1.50〜2.50%、Mn:0.40〜1.20%、P:0.020%以下、S:0.010%以下、Ni:0.10〜1.00%、Cr:0.20〜0.40%、Mo:0.20〜0.40%と、V:0.05〜0.40%、Nb:0.03〜0.40%のうち1種又は2種、O:0.0020%以下、N:0.0050〜0.0200%を含有し、残部がFe及び不純物元素からなる鋼に高周波焼入れを行った後、焼戻しを施したことを特徴とするねじり特性の優れた「駆動伝達系部品」が開示されている。   Patent Document 9 discloses a “drive transmission system component” having excellent torsional characteristics, specifically, C: 0.45 to 0.60%, Si: 1.50 to 2.50%, and Mn: 0.40 to 1.20%, P: 0.020% or less, S: 0.010% or less, Ni: 0.10 to 1.00%, Cr: 0.20 to 0.40%, Mo: 0 20 to 0.40%, V: 0.05 to 0.40%, Nb: one or two of 0.03 to 0.40%, O: 0.0020% or less, N: 0.0. Disclosed is a “drive transmission system component” with excellent torsional characteristics, characterized in that induction-quenching was performed on steel containing 0050-0.0200%, the balance being Fe and impurity elements, and then tempered. ing.

特開平9−272946号公報JP-A-9-272946 特開平8−81733号公報JP-A-8-81733 特開平11−217649号公報JP 11-217649 A 特開平5−271868号公報JP-A-5-271868 特開2000−319748号公報JP 2000-319748 A 特開2004−183065号公報JP 2004-183065 A 特開平2−145744号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2-145744 特開平6−336646号公報JP-A-6-336646 特開平6−336650号公報JP-A-6-336650

前述の特許文献1〜3で提案された技術は、Mnの含有量が少なく、高周波焼入れを行うと、フェライト残存などの不完全焼入れが生じる場合があり、必ずしも良好な曲げ疲労強度が得られるとは限らなかった。   The techniques proposed in the above-mentioned Patent Documents 1 to 3 have a low Mn content, and when induction hardening is performed, incomplete quenching such as residual ferrite may occur, and always good bending fatigue strength is obtained. Was not limited.

特許文献4で提案された技術は、Bを鋼中のNと積極的に結合させてBNを形成し、切削性改善に活用するものである。このため、Nと結合してBNの形成を阻害するTi、Zr及びREMを、合計量で0.01%以下とする必要があるので、高周波焼入れにおけるBの焼入れ性向上効果が確保されず、フェライト残存などの不完全焼入れが生じて、良好な曲げ疲労強度が得られないことがあった。   The technique proposed in Patent Document 4 is to positively bond B with N in steel to form BN, which is utilized for improving machinability. For this reason, Ti, Zr and REM that bind to N and inhibit the formation of BN need to be 0.01% or less in total amount, so the effect of improving the hardenability of B in induction hardening is not ensured, Incomplete quenching such as residual ferrite may occur and good bending fatigue strength may not be obtained.

特許文献5及び特許文献6で提案された技術は、Tiの含有量が多く、鋼中のCと結合して多くの炭化物を形成するので、鋼材中のC量が減少してフェライトの割合が多くなり、高周波焼入れ性の低下を招くし、高周波焼入れされた硬化層の靱性の低下をも招く。このため、必ずしも良好な曲げ疲労強度が得られるとは限らなかった。   The techniques proposed in Patent Document 5 and Patent Document 6 have a large Ti content and combine with C in the steel to form many carbides, so the amount of C in the steel material is reduced and the proportion of ferrite is reduced. This increases the induction hardenability and also reduces the toughness of the induction-hardened hardened layer. For this reason, good bending fatigue strength is not always obtained.

特許文献7で提案された技術は、素材に対して球状化熱処理を施した後、冷間鍛造にて所定形状に成形してから高周波焼入れするものである。このため、高周波焼入れ前のミクロ組織は「フェライト+球状セメンタイト」であり、高周波焼入れで均一硬質なマルテンサイトが得られない場合があって、必ずしも良好な曲げ疲労強度が得られるとは限らなかった。   The technique proposed in Patent Document 7 is to subject the material to a spheroidizing heat treatment, and then forming it into a predetermined shape by cold forging and then induction hardening. For this reason, the microstructure before induction hardening is “ferrite + spherical cementite”, and even hard martensite may not be obtained by induction hardening, and good bending fatigue strength is not always obtained. .

特許文献8及び特許文献9で提案された技術は、Siの含有量が多く、高周波焼入れ時のA3変態点が上昇することによって高周波焼入れ性の低下を招き、更に、Crの含有量が多く、鋼中の炭化物が安定化することによっても高周波焼入れ性の低下を招くので、必ずしも良好な曲げ疲労強度が得られるとは限らなかった。 Technique proposed in Patent Document 8 and Patent Document 9, much content of Si, causes deterioration of the high-frequency hardenability by A 3 transformation point at the time of induction hardening is increased, further, many content of Cr Also, stabilization of the carbides in the steel causes a decrease in induction hardenability, so that a good bending fatigue strength is not always obtained.

そこで、本発明の目的は、従来の浸炭焼入れを高周波焼入れに変更して生産効率を向上させた場合でも浸炭焼入れの場合と同等以上の疲労強度、なかでも曲げ疲労強度を確保することが可能で、自動車部品や建設機械用部品の素材として好適な「高周波焼入れ用鋼材」を提供することである。   Therefore, the object of the present invention is to ensure fatigue strength equal to or higher than that of carburizing and quenching, especially bending fatigue strength, even when the conventional carburizing and quenching is changed to induction quenching to improve production efficiency. Another object of the present invention is to provide a “steel material for induction hardening” suitable as a material for automobile parts and construction machine parts.

高周波焼入れは、長時間での加熱時に表面から炭素が拡散し十分に焼入れ性を確保した状態から焼入れされる浸炭焼入れとは異なって、急速短時間で加熱された状態で焼入れされる。   Induction hardening is performed in a rapidly heated state, unlike carburizing and quenching, in which carbon is diffused from the surface during long-time heating and hardened from a state where sufficient hardenability is ensured.

そこで、本発明者らは、高周波焼入れ部における不完全焼入れを抑制するために、先ず、合金元素との関係を種々調査した。その結果、下記(a)〜(f)の知見を得た。   Therefore, the present inventors first investigated various relationships with alloy elements in order to suppress incomplete quenching in the induction-quenched portion. As a result, the following findings (a) to (f) were obtained.

(a)通常の長時間加熱してから焼入れする場合、C、Si、Mnなど合金元素の含有量を高めれば焼入れ性が向上するが、急速短時間加熱される高周波焼入れの場合には、その含有量を高めた場合に焼入れ性の低下を招く元素がある。   (A) In the case of quenching after heating for a long period of time, the hardenability is improved by increasing the content of alloy elements such as C, Si, Mn, etc. There is an element that causes a decrease in hardenability when the content is increased.

(b)SiとAlは、いずれも、含有量の増加に伴ってA3変態点を上昇させる元素である。このため、高周波焼入れのような急速短時間加熱の場合、Si及びAlの含有量が高い鋼材ではオーステナイトの単相組織が得られず、フェライトとオーステナイトの2相組織となるので、加熱後急冷する焼入れ処理を行っても、均質なマルテンサイト組織が得られない。したがって、Si及びAlの含有量は低くするのがよい。 (B) Both Si and Al are elements that increase the A 3 transformation point as the content increases. For this reason, in the case of rapid and short-time heating such as induction hardening, a steel material having a high Si and Al content does not provide a single-phase structure of austenite, but a two-phase structure of ferrite and austenite. Even if quenching is performed, a homogeneous martensite structure cannot be obtained. Therefore, the Si and Al contents should be low.

(c)Crは、セメンタイトを安定化する作用がある。このため、通常焼入れの場合には焼入れ性を増加させる元素の一つであるCrも、高周波焼入れの場合には、その含有量が高いと、焼入れ性の低下を招くことがある。したがって、Crの含有量も低くするのがよい。   (C) Cr has the effect of stabilizing cementite. For this reason, Cr, which is one of the elements that increase the hardenability in the case of normal quenching, may cause a decrease in hardenability if the content is high in the case of induction hardening. Therefore, the Cr content should be low.

(d)高周波焼入れ時の不完全焼入れを防止するためには、C、Mn、Mo及びBの含有量を高めてこれらの元素の焼入れ性向上作用を活用するのがよい。   (D) In order to prevent incomplete quenching during induction quenching, it is preferable to increase the contents of C, Mn, Mo, and B to utilize the effect of improving the hardenability of these elements.

(e)Bの焼入れ性向上効果を確保するためにはN固定のためにTiを含有させるのがよいものの、含有量が多すぎる場合には、鋼材中のC量が減少してフェライトの割合が多くなって高周波焼入れ性の低下を招く。このため、Tiの含有量を適正な範囲に調整するのがよい。   (E) In order to secure the effect of improving the hardenability of B, it is preferable to contain Ti for fixing N, but when the content is too large, the amount of C in the steel material is reduced and the proportion of ferrite Increases the induction hardenability. For this reason, it is good to adjust content of Ti to an appropriate range.

(f)強度向上に有効なVを含有させる場合、その量が多すぎる場合には、上記のTi同様、鋼材中のC量が減少してフェライトの割合が多くなって高周波焼入れ性の低下を招く。このため、Vを含有させる場合には、その量を適正な範囲に調整するのがよい。   (F) In the case where V effective for strength improvement is contained, if the amount is too large, the amount of C in the steel material decreases and the ratio of ferrite increases as in the case of Ti described above, and the induction hardenability decreases. Invite. For this reason, when it contains V, it is good to adjust the quantity to an appropriate range.

そこで次に、本発明者らは、高周波焼入れ部における不完全焼入れを抑制するために、高周波焼入れ前の鋼材の組織との関係を種々調査した。その結果、下記(g)の重要な知見が得られた。   Then, in order to suppress the incomplete quenching in the induction hardening part, the present inventors investigated various relations with the structure of the steel material before induction hardening. As a result, the following important finding (g) was obtained.

(g)高周波焼入れ前の鋼材の組織を、マルテンサイトが面積分率で70%以上を占める組織とすれば、高周波焼入れ性を高めることができる。なお、本明細書でいう「マルテンサイト」とは、等温変態及び連続冷却変態によって得られる、いわゆる「フレッシュマルテンサイト」及び「自己焼戻し(self-tempering)を受けたマルテンサイト」、並びに、それらを焼戻しして得られる「焼戻しマルテンサイト」のうち「ラス状組織形態」であることを特徴とする組織を指し、上記「ラス状組織」中にε或いはθ等の炭化物が析出している組織も含むものをいう。したがって、上記の「フレッシュマルテンサイト」及び「自己焼戻し(self-tempering)を受けたマルテンサイト」を焼戻しした場合であっても、高温での焼戻し、例えば、700℃を超えるような高い温度での焼戻しを施して、「ラス状組織」が再結晶して等軸状のフェライトになった場合には、「焼戻しマルテンサイト」に含めないこととする。   (G) If the structure of the steel material before induction hardening is a structure in which martensite occupies 70% or more of the area fraction, induction hardening can be enhanced. As used herein, the term “martensite” refers to so-called “fresh martensite” and “martensite subjected to self-tempering” obtained by isothermal transformation and continuous cooling transformation, and those Of the “tempered martensite” obtained by tempering, it refers to a structure characterized by a “lass-like structure morphology”, and a structure in which carbides such as ε or θ are precipitated in the “lass-like structure” This includes things. Therefore, even when the above-mentioned “fresh martensite” and “martensite subjected to self-tempering” are tempered, tempering at a high temperature, for example, at a high temperature exceeding 700 ° C. When tempering is performed and the “lass-like structure” is recrystallized into equiaxed ferrite, it is not included in “tempered martensite”.

本発明者らは、更に、高周波焼入れした場合の静的強度及び疲労強度を向上させるために、なかでも曲げ疲労強度を向上させるために種々の調査も実施した。その結果、下記(h)〜(k)の知見が得られた。   The present inventors further conducted various investigations in order to improve the bending fatigue strength, in order to improve the static strength and fatigue strength when induction-quenched. As a result, the following findings (h) to (k) were obtained.

(h)曲げ疲労強度と静的曲げ強度との間には良い相関関係が存在する。   (H) There is a good correlation between bending fatigue strength and static bending strength.

(i)静的曲げ強度を向上させるためには、高周波焼入れ後に、その硬化層を均一硬質なマルテンサイト組織にして硬さを高めることに加えて、硬化層の靱性を高めることが重要である。   (I) In order to improve the static bending strength, it is important to increase the toughness of the hardened layer in addition to increasing the hardness after making the hardened layer a uniform hard martensite structure after induction hardening. .

(j)鋼材の化学組成を適正化するとともに、高周波焼入れ前の組織を前述したマルテンサイトが面積分率で70%以上を占める組織とすることで、高周波焼入れ後にその硬化層を均一硬質なマルテンサイト組織にすることができる。   (J) By optimizing the chemical composition of the steel material and making the structure before induction quenching the above-described martensite account for 70% or more of the area fraction, the hardened layer is uniformly hard martens after induction quenching. Can be a site organization.

(k)高周波焼入れ前の鋼材の組織は、高周波焼入れで形成される硬化層の靱性に影響を及ぼす。すなわち、高周波焼入れ前の鋼材の組織が、焼入れ或いは焼入れ焼戻し処理されてマルテンサイトが面積分率で70%以上を占める組織である場合の高周波焼入れ後の硬化層の靱性は、高周波焼入れ前の鋼材の組織が、単純に焼準や球状化焼鈍処理された場合の硬化層の靱性に比べて、極めて大きくなる。   (K) The structure of the steel material before induction hardening affects the toughness of the hardened layer formed by induction hardening. That is, the toughness of the hardened layer after induction hardening when the structure of the steel material before induction hardening is a structure in which martensite occupies 70% or more of the area fraction by quenching or quenching and tempering is the steel material before induction hardening. This structure becomes extremely larger than the toughness of the hardened layer when it is simply subjected to normalization or spheroidizing annealing.

一般に、硬さと靱性は相反する特性を示し、硬化層の硬さ増加や、硬化層深さの増加は、靱性の低下を招くと考えられる。また、硬さ、靱性ともに、鋼材のC含有量の影響が非常に大きい。   Generally, hardness and toughness exhibit contradictory characteristics, and it is considered that an increase in the hardness of the cured layer and an increase in the depth of the cured layer cause a decrease in toughness. Further, both the hardness and the toughness are greatly affected by the C content of the steel material.

そこで更に、本発明者らは、相反する靱性と硬さについて精査した。その結果、下記(l)及び(m)の知見が得られた。   Therefore, the present inventors further scrutinized contradictory toughness and hardness. As a result, the following findings (1) and (m) were obtained.

(l)高周波焼入れで形成された硬化層の旧オーステナイト結晶粒径を20μm以下に微細化することによって、硬さを低下させずに靱性を確保することが可能である。   (L) It is possible to ensure toughness without reducing hardness by refining the prior austenite crystal grain size of the hardened layer formed by induction hardening to 20 μm or less.

(m)化学組成を適正化するとともに、高周波焼入れ前の組織をマルテンサイトが面積分率で70%以上を占める組織とした鋼材は、高周波焼入れによって、その硬化層の旧オーステナイト結晶粒径を20μm以下に微細化することができる。しかも、この場合には高周波焼入れにより生成した旧オーステナイト粒界或いはラス界面への炭化物の析出が大きく抑制されるので、靱性が向上する。   (M) A steel material having an optimized chemical composition and a structure in which martensite occupies 70% or more of the area fraction before induction hardening is induction hardened with a prior austenite grain size of 20 μm by induction hardening. The following can be refined. In addition, in this case, precipitation of carbides on the prior austenite grain boundaries or lath interface generated by induction hardening is greatly suppressed, so that toughness is improved.

なお、自動車部品や建設機械用部品の加工工程には、必ず所定形状への「切削加工」がある。このため、浸炭焼入れの代替として高周波焼入れを適用する場合にも被削性を考慮する必要がある。そこで、本発明者らは、被削性を高める技術についても検討した。その結果、下記(n)〜(p)の知見を得た。   In the process of processing automobile parts and construction machine parts, there is always “cutting” into a predetermined shape. For this reason, it is necessary to consider machinability also when applying induction hardening as an alternative to carburizing quenching. Therefore, the present inventors also examined a technique for improving machinability. As a result, the following findings (n) to (p) were obtained.

(n)鋼中のO(酸素)の含有量を低減して、被削性に影響を与えるMnSの形態を微細化することで被削性を高めることができる。   (N) The machinability can be increased by reducing the content of O (oxygen) in the steel and refining the form of MnS that affects the machinability.

(o)適正量のCaを含有させて低融点酸化物を形成させれば、工具寿命を大きくすることもできる。   (O) If a low melting point oxide is formed by containing an appropriate amount of Ca, the tool life can be increased.

(p)低融点の被削性向上元素であるPb、BiやTeを適正量含有させれば、切削加工中に加工熱で溶融し、粒界脆化によって切り屑分断性が向上するので、被削性を高めることができる。   (P) If an appropriate amount of Pb, Bi or Te, which is a low melting point machinability improving element, is contained, it is melted by machining heat during cutting, and chip breaking is improved by grain boundary embrittlement. Machinability can be improved.

本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記(1)〜(4)に示す高周波焼入れ用鋼材にある。   This invention is completed based on said knowledge, The summary exists in the steel materials for induction hardening shown to following (1)-(4).

(1)質量%で、C:0.35〜0.65%、Si:0.50%以下、Mn:0.65〜2.00%、P:0.015%以下、S:0.003〜0.080%、Mo:0.05〜0.50%、Al:0.10%以下、N:0.0070%以下及びO(酸素):0.0020%以下を含有し、残部はFe及び不純物からなり、更に、マルテンサイトが面積分率で70%以上を占める組織であることを特徴とする高周波焼入れ用鋼材。   (1) By mass%, C: 0.35 to 0.65%, Si: 0.50% or less, Mn: 0.65 to 2.00%, P: 0.015% or less, S: 0.003 -0.080%, Mo: 0.05-0.50%, Al: 0.10% or less, N: 0.0070% or less and O (oxygen): 0.0020% or less, the remainder is Fe And a steel material for induction hardening, characterized in that the martensite has a structure with an area fraction of 70% or more.

(2)Feの一部に代えて、Cu:0.20%以下、Ni:0.20%以下、Cr:0.20%以下、Nb:0.30%以下及びV:0.20%以下のうちの1種又は2種以上を含有することを特徴とする上記(1)に記載の高周波焼入れ用鋼材。 (2) Instead of part of Fe, Cu: 0.20% or less, Ni: 0.20% or less, Cr: 0.20% or less, Nb: 0.30% or less, and V: 0.20% or less The steel material for induction hardening as described in said (1) characterized by containing 1 type, or 2 or more types .

(3)Feの一部に代えて、Ca:0.01%以下、Pb:0.30%以下、Bi:0.03%以下及びTe:0.10%以下のうちの1種又は2種以上を含有することを特徴とする上記(1)又は(2)に記載の高周波焼入れ用鋼材。 (3) Instead of part of Fe, one or two of Ca: 0.01% or less, Pb: 0.30% or less, Bi: 0.03% or less, and Te: 0.10% or less The steel for induction hardening as described in (1) or (2) above, which contains the above.

(4)Siの含有量が0.20%以下であり、さらに、Feの一部に代えて、B:0.0005〜0.0050%及びTi:0.045%以下で、かつ3.4N〜(3.4N+0.02)%を含有することを特徴とする上記(1)から(3)までのいずれかに記載の高周波焼入れ用鋼材。 (4) Si content is 0.20% or less, and in place of part of Fe, B: 0.0005-0.0050% and Ti: 0.045% or less, and 3.4N The steel for induction hardening according to any one of (1) to (3) above, which contains ~ (3.4N + 0.02)% .

なお、先に述べたとおり、本明細書でいう「マルテンサイト」とは、いわゆる「フレッシュマルテンサイト」及び「自己焼戻し(self-tempering)を受けたマルテンサイト」、並びに、それらを焼戻しして得られる「焼戻しマルテンサイト」のうち「ラス状組織形態」であることを特徴とする組織を指す。   As described above, “martensite” in the present specification is so-called “fresh martensite” and “martensite that has undergone self-tempering”, and is obtained by tempering them. Among the “tempered martensite” obtained, it refers to a structure characterized by a “lass-like structure form”.

以下、上記 (1)〜(4)の高周波焼入れ用鋼材に係る発明を、それぞれ、「本発明(1)」〜「本発明(4)」という。また、総称して「本発明」ということがある。   Hereinafter, the inventions relating to the steel materials for induction hardening according to the above (1) to (4) are referred to as “present invention (1)” to “present invention (4)”, respectively. Also, it may be collectively referred to as “the present invention”.

本発明の高周波焼入れ用鋼材は、従来の浸炭焼入れを高周波焼入れに変更して生産効率を向上させた場合でも浸炭焼入れの場合と同等以上の疲労強度、なかでも曲げ疲労強度を確保することができるので、アクスルシャフト、ドライブシャフト、等速ジョイント用アウターレースなどの自動車部品や建設機械用部品の素材として用いることができる。   The steel material for induction hardening according to the present invention can ensure fatigue strength equal to or higher than that in the case of carburizing and quenching, even when the conventional carburizing and quenching is changed to induction hardening to improve production efficiency. Therefore, it can be used as a material for automobile parts such as axle shafts, drive shafts, outer races for constant velocity joints, and parts for construction machinery.

以下、本発明の各要件について詳しく説明する。なお、化学成分の含有量の「%」は「質量%」を意味する。   Hereinafter, each requirement of the present invention will be described in detail. In addition, “%” of the chemical component content means “mass%”.

(A)化学組成
C:0.35〜0.65%
Cは、鋼の強度を確保する作用及び高周波焼入れ後の硬化層硬さを確保する作用を有する。しかしながら、その含有量が0.35%未満では、前記作用による所望の効果が得られない。一方、Cの含有量が0.65%を超えると、鋼の靱性が劣化する。したがって、Cの含有量を0.35〜0.65%とした。なお、前記の効果を安定して得るためには、Cの含有量は0.40〜0.55%とすることが好ましい。
(A) Chemical composition C: 0.35 to 0.65%
C has the effect | action which ensures the intensity | strength of steel, and the effect | action which ensures the hardened layer hardness after induction hardening. However, if the content is less than 0.35%, the desired effect due to the above action cannot be obtained. On the other hand, if the C content exceeds 0.65%, the toughness of the steel deteriorates. Therefore, the content of C is set to 0.35 to 0.65%. In addition, in order to acquire the said effect stably, it is preferable that content of C shall be 0.40 to 0.55%.

Si:0.50%以下(本発明(1)〜本発明(3)の場合)又はSi:0.20%以下(本発明(4)の場合)
Siは、脱酸元素ではあるが、高周波焼入れ時のA3変態点を上昇させ、高周波焼入れ性の低下を招く。特に、その含有量が0.50%を超える場合には、脱酸効果は期待できるものの、高周波焼入れ性の低下が著しくなる。
したがって、本発明(1)〜本発明(3)においては、Siの含有量を0.50%以下とした。
し、Siには、マルテンサイト組織を焼戻し処理する際に、焼戻し温度の上昇に対して硬さの低下を抑制する、いわゆる「焼戻し軟化抵抗」を確保する効果があり、その効果はSiの含有量が0.05%以下では期待できない。
なお、良好な高周波焼入れ性の確保という点からは、Si含有量は可能な限り低減することが好ましい。
このため、良好な高周波焼入れ性確保と焼戻し軟化抵抗確保の双方を具備させたい場合には、Siの含有量は、0.05%超を超えて0.20%以下とすることが好ましい。
上記の理由から、本発明(4)においては、Siの含有量を0.20%以下とした。
Si: 0.50% or less (in the case of the present invention (1) to the present invention (3)) or Si: 0.20% or less (in the case of the present invention (4))
Although Si is a deoxidizing element, it raises the A 3 transformation point during induction hardening and causes induction hardenability to deteriorate. In particular, when the content exceeds 0.50%, the deoxidation effect can be expected, but the induction hardenability is significantly lowered.
Therefore, in the present invention (1) to the present invention (3), the Si content is set to 0.50% or less .
However, and the Si, when tempering the martensite structure, suppressing a decrease in hardness with the rise of the tempering temperature, has the effect of ensuring the so-called "temper softening resistance", the effect of Si If the content is 0.05% or less, it cannot be expected.
In addition, it is preferable to reduce Si content as much as possible from the point of ensuring favorable induction hardenability.
For this reason, when it is desired to provide both good induction hardenability and temper softening resistance, the Si content is preferably more than 0.05% and 0.20% or less.
For the above reason, in the present invention (4), the Si content is set to 0.20% or less.

Mn:0.65〜2.00%
Mnは、高周波焼入れ性を向上させる有効な元素である。しかしながら、Mnの含有量が0.65%未満の場合、前記作用による所望の効果が得られない。一方、2.00%を超えてMnを含有させても前記の効果は飽和し、コストが嵩むばかりである。したがって、Mnの含有量を0.65〜2.00%とした。なお、合金コストを低く抑えたうえで前記の効果を安定して得るためには、Mnの含有量は0.75〜1.50%に調整するのが好ましい。
Mn: 0.65 to 2.00%
Mn is an effective element that improves induction hardenability. However, when the content of Mn is less than 0.65%, the desired effect due to the above action cannot be obtained. On the other hand, even if it contains Mn exceeding 2.00%, the said effect will be saturated and cost will only increase. Therefore, the content of Mn is set to 0.65 to 2.00%. In order to stably obtain the above effect while keeping the alloy cost low, the content of Mn is preferably adjusted to 0.75 to 1.50%.

P:0.015%以下
Pは、高周波焼入れ時の硬化層の靱性を劣化させ、特に、その含有量が0.015%を超えると、硬化層の靱性低下が著しくなる。したがって、Pの含有量を、0.015%以下とした。なお、Pの含有量は、0.010%以下にするのが好ましい。
P: 0.015% or less P deteriorates the toughness of the hardened layer at the time of induction hardening. In particular, when the content exceeds 0.015%, the toughness of the hardened layer is significantly reduced. Therefore, the content of P is set to 0.015% or less. The P content is preferably 0.010% or less.

S:0.003〜0.080%
Sは、Mnと結合してMnSを形成し、被削性、なかでも切り屑処理性を高める作用を有する。しかしながら、その含有量が0.003%未満では前記の効果が得られない。一方、Sは、結晶粒界に偏析して粒界強度を劣化させ、鋼の強度低下を招き、特に、Sの含有量が0.080%を超えると、鋼の強度低下が著しくなる。したがって、Sの含有量を0.003〜0.080%とした。なお、Sの含有量は0.006〜0.060%とすることが好ましい。。
S: 0.003-0.080%
S combines with Mn to form MnS, and has an effect of improving machinability, in particular, chip disposal. However, if the content is less than 0.003%, the above effect cannot be obtained. On the other hand, S segregates at the grain boundaries to deteriorate the grain boundary strength, leading to a reduction in steel strength. In particular, when the S content exceeds 0.080%, the strength reduction of steel becomes significant. Therefore, the content of S is set to 0.003 to 0.080%. The S content is preferably 0.006 to 0.060%. .

Mo:0.05〜0.50%
Moは、CやMnと同様、鋼の焼入れ性を高めて強度を向上させる作用がある。Moには、焼戻し軟化抵抗を高める効果もある。しかし、強度向上効果及び焼戻し軟化抵抗向上効果を確実に得るには、0.05%以上の含有量が必要である。一方、0.50%を超えてMoを含有させても前記の効果は飽和し、コストが嵩むばかりである。したがって、Moの含有量を0.05〜0.50%とした。なお、Moの含有量は0.10〜0.30%とすることが好ましい。
Mo: 0.05 to 0.50%
Mo, like C and Mn, has the effect of improving the hardenability of the steel and improving the strength. Mo also has the effect of increasing the temper softening resistance. However, a content of 0.05% or more is necessary in order to reliably obtain the strength improvement effect and the temper softening resistance improvement effect. On the other hand, even if the Mo content exceeds 0.50%, the above effect is saturated and the cost is increased. Therefore, the Mo content is set to 0.05 to 0.50%. The Mo content is preferably 0.10 to 0.30%.

Al:0.10%以下
Alは、Siと同様に、脱酸元素ではあるが、高周波焼入れ時のA3変態点を上昇させ、高周波焼入れ性の低下を招く。特に、その含有量が0.10%を超える場合には、前記の脱酸効果やAlが鋼中のNと結合して形成されたAlNの高周波焼入れ時の結晶粒粗大化防止作用は期待できるものの、高周波焼入れ性の低下が著しくなる。したがって、Alの含有量を0.10%以下とした。なお、良好な高周波焼入れ性の確保という点からは、Al含有量は可能な限り低減することが好ましい。
Al: 0.10% or less Al, like Si, albeit at a deoxidizing element, raise the A 3 transformation point at the time of induction hardening, lowering the induction hardening properties. In particular, when the content exceeds 0.10%, the deoxidation effect and the effect of preventing grain coarsening during induction hardening of AlN formed by combining Al with N in steel can be expected. However, the induction hardenability is significantly reduced. Therefore, the Al content is set to 0.10% or less. In addition, it is preferable to reduce Al content as much as possible from the point of ensuring favorable induction hardenability.

N:0.0070%以下
Nは、B、Al、Tiなどとの親和力が大きく、鋼中のBと結合してBNを形成した場合には、高周波焼入れ性を高めることができない。特に、Nの含有量が多くなって0.0070%を超えると、AlNやTiNの高周波焼入れ時の結晶粒粗大化防止作用は期待できるものの、BN形成による高周波焼入れ性向上効果が期待できない。また、鋼中の固溶N量が増加すると、熱間変形能の低下をきたす。したがって、Nの含有量を、0.0070%以下とした。なお、鋼中の不純物としてのNの含有量は可能な限り低減することが好ましい。
N: 0.0070% or less N has a large affinity with B, Al, Ti and the like, and when it is combined with B in steel to form BN, induction hardenability cannot be improved. In particular, when the N content increases and exceeds 0.0070%, the effect of preventing the coarsening of grains during induction hardening of AlN or TiN can be expected, but the effect of improving the induction hardenability by forming BN cannot be expected. Moreover, when the amount of solute N in steel increases, the hot deformability is lowered. Therefore, the N content is set to 0.0070% or less. Note that the content of N as an impurity in the steel is preferably reduced as much as possible.

O(酸素):0.0020%以下
Oは、鋼中の元素と結合して酸化物を形成し、強度低下、なかでも疲労強度の低下を招く。特に、Oの含有量が0.0020%を超えると、形成される酸化物が多くなるとともにMnSが粗大化して、疲労強度の低下が顕著になる。したがって、不純物元素としてのOの含有量を0.0020%以下とした。なお、Oの含有量は0.0015%以下とすることが好ましい。
O (oxygen): 0.0020% or less O combines with the elements in steel to form oxides, leading to a decrease in strength, particularly a decrease in fatigue strength. In particular, when the O content exceeds 0.0020%, the amount of oxide formed increases and MnS coarsens, resulting in a significant decrease in fatigue strength. Therefore, the content of O as an impurity element is set to 0.0020% or less. The O content is preferably 0.0015% or less.

上記の理由から、本発明(1)に係る高周波焼入れ用鋼材の化学組成を、上述した範囲のCからO(酸素)までの元素を含有し、残部はFe及び不純物からなることと規定した。   For the above reason, the chemical composition of the steel for induction hardening according to the present invention (1) is defined to contain elements from C to O (oxygen) in the above-mentioned range, with the balance being Fe and impurities.

なお、本発明に係る高周波焼入れ用鋼材には、必要に応じて、Feの一部に代えて、
第1群:B:0.0005〜0.0050%及びTi:0.045%以下で、かつ3.4N〜(3.4N+0.02)%、
第2群:Cu:0.20%以下、Ni:0.20%以下、Cr:0.20%以下、Nb:0.30%以下及びV:0.20%以下のうちの1種又は2種以上、
第3群:Ca:0.01%以下、Pb:0.30%以下、Bi:0.03%以下及びTe:0.10%以下のうちの1種又は2種以上、
の各群の元素の1種以上を含有させることができる。すなわち、前記第1群〜第3群の3つの群の元素の1種以上を、Feの一部に代えて、任意添加元素として含有させてもよい。
In addition, in the steel for induction hardening according to the present invention, if necessary, instead of a part of Fe,
First group: B: 0.0005 to 0.0050% and Ti: 0.045% or less, and 3.4N to (3.4N + 0.02)%,
Second group: Cu: 0.20% or less, Ni: 0.20% or less, Cr: 0.20% or less, Nb: 0.30% or less, and V: 0.20% or less More than species,
Third group: Ca: 0.01% or less, Pb: 0.30% or less, Bi: 0.03% or less, and Te: one or more of 0.10% or less,
One or more elements of each group can be contained. That is, one or more elements of the three groups of the first group to the third group may be contained as an optional additive element instead of a part of Fe.

以下、上記の任意添加元素に関して説明する。   Hereinafter, the above optional additive elements will be described.

第1群:B:0.0005〜0.0050%及びTi:0.045%以下で、かつ3.4N〜(3.4N+0.02)%
Bは、高周波焼入れ性を向上させる作用を有し、その効果はBの含有量が0.0005%以上で顕著である。しかしながら、0.0050%を超えてBを含有させても前記の効果は飽和し、コストが嵩むばかりである。したがって、Bの含有量を0.0005〜0.0050%とした。Bの含有量は0.0010〜0.0020%とすることが好ましい。
First group: B: 0.0005 to 0.0050% and Ti: 0.045% or less, and 3.4N to (3.4N + 0.02)%
B has the effect | action which improves induction hardenability and the effect is remarkable when content of B is 0.0005% or more. However, even if B is contained in excess of 0.0050%, the above effect is saturated and the cost is increased. Therefore, the content of B is set to 0.0005 to 0.0050%. The B content is preferably 0.0010 to 0.0020%.

なお、上記した範囲の量のBを含有する場合であっても、Bが鋼中の不純物として存在するNと結合してBNを形成した場合には、高周波焼入れ性を高めることができない。したがって、既に述べたように、Bの高周波焼入れ性向上効果を発揮させるためには、鋼中の不純物として存在するNを低減する必要がある。   Even when B is contained in an amount in the above range, induction hardenability cannot be improved when BN is formed by combining B with N present as an impurity in steel. Therefore, as already described, in order to exhibit the effect of improving the induction hardenability of B, it is necessary to reduce N present as an impurity in the steel.

Tiは、鋼中の不純物として存在しているNと優先的に結合することでBNの形成を抑制し、Bの高周波焼入れ性向上効果を確保するのに有効な元素である。この効果を得るためには、3.4N%以上のTiを含有させる必要がある。しかしながら、Tiの含有量が多すぎる場合には、鋼中のCと結合して炭化物を形成するため、鋼材中のC量が減少してフェライトの割合が多くなり、却って高周波焼入れ性の低下を招くし、高周波焼入れされた硬化層の靱性の低下をも招く。特に、Tiの含有量が多くなって、0.045%を超えると、高周波焼入れ性及び硬化層の靱性の著しい低下をきたす。そして、たとえ、Tiの含有量が0.045%以下であっても、(3.4N+0.02)%を超えると、高周波焼入れ性及び硬化層の靱性の低下をきたす。したがって、Tiの含有量を0.045%以下で、かつ3.4N〜(3.4N+0.02)%とした。   Ti is an element effective in suppressing the formation of BN by preferentially bonding with N present as an impurity in steel and ensuring the effect of improving the induction hardenability of B. In order to obtain this effect, it is necessary to contain 3.4 N% or more of Ti. However, when the Ti content is too high, it combines with C in the steel to form carbides, so the amount of C in the steel decreases and the proportion of ferrite increases, on the other hand, induction hardenability decreases. In addition, the toughness of the induction-hardened hardened layer is also reduced. In particular, when the Ti content increases and exceeds 0.045%, the induction hardenability and the toughness of the hardened layer are significantly reduced. And even if content of Ti is 0.045% or less, when it exceeds (3.4N + 0.02)%, induction hardenability and the toughness of a hardened layer will be reduced. Therefore, the Ti content is set to 0.045% or less and 3.4N to (3.4N + 0.02)%.

第2群:Cu:0.20%以下、Ni:0.20%以下、Cr:0.20%以下、Nb:0.30%以下及びV:0.20%以下
Cu:0.20%以下
Cuは、鋼の強度を向上させる作用を有する。すなわち、Cuは、CやMnと同様に鋼の焼入れ性を高めて、強度を向上させる作用を有する。しかしながら、Cu含有量が0.20%を超えると、焼入れ性は向上するものの、疲労強度の低下を招く場合がある。したがって、Cuの含有量を0.20%以下とした。なお、Cuの含有量は、0.008〜0.015%とすることが好ましい。
Second group: Cu: 0.20% or less, Ni: 0.20% or less, Cr: 0.20% or less, Nb: 0.30% or less, and V: 0.20% or less Cu: 0.20% or less Cu has the effect | action which improves the intensity | strength of steel. That is, Cu has the effect | action which raises the hardenability of steel like C and Mn, and improves intensity | strength. However, if the Cu content exceeds 0.20%, the hardenability is improved, but the fatigue strength may be lowered. Therefore, the Cu content is set to 0.20% or less. The Cu content is preferably 0.008 to 0.015%.

Ni:0.20%以下
Niは、鋼の強度を向上させる作用を有する。すなわち、Niは、CやMnと同様に鋼の焼入れ性を高めて、強度を向上させる作用を有する。しかしながら、Niの含有量が0.20%を超えると、焼入れ性は向上するものの、高周波焼入れ時に焼割れを生じる場合がある。したがって、Niの含有量を0.20%以下とした。なお、Niの含有量は、0.008〜0.015%%とすることが好ましい。
Ni: 0.20% or less Ni has the effect | action which improves the intensity | strength of steel. That is, Ni has the effect | action which raises the hardenability of steel like C and Mn, and improves intensity | strength. However, if the Ni content exceeds 0.20%, the hardenability is improved, but quenching may occur during induction hardening. Therefore, the Ni content is set to 0.20% or less. Note that the Ni content is preferably 0.008 to 0.015%.

Nb:0.30%以下
Nbは、鋼の強度を向上させる作用を有する。すなわち、Nbは、炭化物、窒化物或いは炭窒化物を形成して結晶粒を微細化し、鋼の強度を高める作用を有する。しかしながら、0.30%を超えてNbを含有させても前記の効果は飽和し、コストが嵩むばかりである。したがって、Nbの含有量を0.30%以下とした。なお、Nbの含有量は、0.01〜0.30%とすることが好ましい。
Nb: 0.30% or less Nb has the effect | action which improves the intensity | strength of steel. That is, Nb has the effect | action which forms carbide | carbonized_material, nitride, or carbonitride, refines | miniaturizes a crystal grain, and raises the intensity | strength of steel. However, even if Nb is contained in excess of 0.30%, the above effects are saturated and the cost is increased. Therefore, the Nb content is set to 0.30% or less. Note that the Nb content is preferably 0.01 to 0.30%.

V:0.20%以下
Vは、鋼の強度を向上させる作用を有する。すなわち、Vは、CやMnと同様に鋼の焼入れ性を高めて、また、炭窒化物を形成して結晶粒を微細化し、強度を向上させる作用を有する。しかしながら、Vの含有量が0.20%を超えると、炭窒化物が過剰に析出して高周波焼入れされた硬化層の靱性劣化を引き起こして疲労寿命の低下を招くし、鋼中のCと結合して炭化物を多く形成することにもなるため、鋼材中のC量が減少してフェライトの割合が多くなって高周波焼入れ性の低下を招く。したがって、Vの含有量を0.20%以下とした。なお、Vの含有量は、0.01〜0.20%とすることが好ましい。
V: 0.20% or less V has an effect of improving the strength of steel. That is, V, like C and Mn, has the effect of enhancing the hardenability of the steel, forming carbonitrides to refine crystal grains, and improving the strength. However, if the content of V exceeds 0.20%, carbonitride precipitates excessively, causing toughness deterioration of the hardened layer induction-hardened, leading to a decrease in fatigue life, and bonding with C in the steel. As a result, a large amount of carbide is formed, so that the amount of C in the steel material is reduced and the proportion of ferrite is increased, which causes a decrease in induction hardenability. Therefore, the content of V is set to 0.20% or less. The V content is preferably 0.01 to 0.20%.

なお、上記のCu、Ni、Nb及びVは、そのうちのいずれか1種のみ、又は2種以上の複合で含有することができる。   In addition, said Cu, Ni, Nb, and V can be contained only in one of them, or 2 or more types of composites.

第3群:Ca:0.01%以下、Pb:0.30%以下、Bi:0.03%以下及びTe:0.10%以下
Ca:0.01%以下
Caは、被削性を高める作用がある。すなわち、Caは、工具寿命向上に有効な低融点酸化物を形成して、被削性を高める作用を有する。Caには脱酸作用もある。しかしながら、Caの含有量が0.01%を超えると、Caの添加歩留りが低いために、製造コストが嵩んでしまうし、却って低融点酸化物の形成が難しくなる。更に、Caを固溶するMnSが増加して粗大なMnSを形成しやすくなるため、被削性は確保できても、疲労強度の低下を招いてしまう。したがって、Caの含有量を0.01%以下とした。なお、疲労強度を低減することなく、被削性向上効果を、より安定して得るために、Caの含有量は、0.0005〜0.005%とすることが好ましい。
Third group: Ca: 0.01% or less, Pb: 0.30% or less, Bi: 0.03% or less and Te: 0.10% or less Ca: 0.01% or less Ca enhances machinability. There is an effect. That is, Ca has a function of forming a low melting point oxide effective for improving the tool life and improving the machinability. Ca also has a deoxidizing action. However, if the Ca content exceeds 0.01%, the yield of Ca addition is low, and thus the production cost increases, and on the contrary, the formation of a low melting point oxide becomes difficult. Furthermore, since MnS that dissolves Ca increases and coarse MnS is easily formed, even if machinability can be ensured, the fatigue strength is reduced. Therefore, the Ca content is set to 0.01% or less. In addition, in order to acquire the machinability improvement effect more stably without reducing fatigue strength, the Ca content is preferably set to 0.0005 to 0.005%.

Pb:0.30%以下
Pbは、被削性を高める作用がある。しかしながら、その含有量が0.30%を超えると前記効果が飽和して経済性を損なうばかりか、曲げ疲労強度が劣化するようになる。更に、熱間加工性の劣化をもたらし、熱間圧延や熱間鍛造時に割れの発生を招く。したがって、Pbの含有量を0.30%以下とした。なお、自動車部品や建設機械用部品の所定形状への切削加工を行うに際に、Pbの被削性向上効果を確実に得るためには、その含有量を0.02%以上とすることが好ましい。したがって、より好ましいPbの含有量は0.02〜0.30%である。
Pb: 0.30% or less Pb has an effect of improving machinability. However, if its content exceeds 0.30%, the above-mentioned effects are saturated and the economic efficiency is impaired, and the bending fatigue strength is deteriorated. Furthermore, the hot workability is deteriorated, and cracks are generated during hot rolling or hot forging. Therefore, the Pb content is set to 0.30% or less. In addition, when cutting an automotive part or a construction machine part into a predetermined shape, in order to surely obtain an effect of improving the machinability of Pb, the content thereof should be 0.02% or more. preferable. Therefore, the more preferable content of Pb is 0.02 to 0.30%.

Bi:0.03%以下
Biは、被削性を高める作用がある。しかしながら、その含有量が0.03%を超えると前記効果が飽和してコストの上昇を招くばかりか、曲げ疲労強度が劣化するようになる。更に、熱間加工性の劣化をもたらし、熱間圧延や熱間鍛造時に割れの発生を招く。したがって、Biの含有量を0.03%以下とした。なお、所定の部品形状への切削加工を行うに際に、Biの被削性向上効果を確実に得るためには、その含有量を0.005%以上とすることが好ましい。したがって、より好ましいBiの含有量は0.005〜0.03%である。
Bi: 0.03% or less Bi has an effect of improving machinability. However, if the content exceeds 0.03%, the above effects are saturated and the cost is increased, and the bending fatigue strength is deteriorated. Furthermore, the hot workability is deteriorated, and cracks are generated during hot rolling or hot forging. Therefore, the Bi content is set to 0.03% or less. In order to reliably obtain the effect of improving the machinability of Bi when cutting into a predetermined part shape, the content is preferably set to 0.005% or more. Therefore, the more preferable Bi content is 0.005 to 0.03%.

Te:0.10%以下
Teは、被削性を高める作用がある。しかしながら、その含有量が0.10%を超えると前記効果が飽和して経済性を損なうばかりか、曲げ疲労強度が劣化するようになる。更に、熱間加工性の劣化をもたらし、熱間圧延や熱間鍛造時に割れの発生を招く。したがって、Teの含有量を0.10%以下とした。なお、所定の部品形状への切削加工を行うに際に、Teの被削性向上効果を確実に得るためには、その含有量を0.01%以上とすることが好ましい。したがって、より好ましいTeの含有量は0.01〜0.10%である。
Te: 0.10% or less Te has an effect of improving machinability. However, if its content exceeds 0.10%, the above-mentioned effects are saturated and the economy is impaired, and the bending fatigue strength is deteriorated. Furthermore, the hot workability is deteriorated, and cracks are generated during hot rolling or hot forging. Therefore, the Te content is set to 0.10% or less. In addition, when cutting into a predetermined part shape, the content is preferably set to 0.01% or more in order to surely obtain an effect of improving the machinability of Te. Therefore, the more preferable Te content is 0.01 to 0.10%.

なお、上記のCa、Pb、Bi及びTeは、そのうちのいずれか1種のみ、又は2種以上の複合で含有することができる。   In addition, said Ca, Pb, Bi, and Te can be contained only in any 1 type in them, or 2 or more types of composites.

上記の理由から、本発明(2)に係る高周波焼入れ用鋼材の化学組成を、本発明(1)における高周波焼入れ用鋼材のFeの一部に代えて、Cu:0.20%以下、Ni:0.20%以下、Cr:0.20%以下、Nb:0.30%以下及びV:0.20%以下のうちの1種又は2種以上を含有することと規定した。 For the above reason, the chemical composition of the steel for induction hardening according to the present invention (2) is replaced with a part of Fe of the steel for induction hardening according to the present invention (1), Cu: 0.20% or less, Ni: It was specified to contain one or more of 0.20% or less, Cr: 0.20% or less, Nb: 0.30% or less, and V: 0.20% or less .

また、本発明(3)に係る高周波焼入れ用鋼材の化学組成を、本発明(1)又は本発明(2)における高周波焼入れ用鋼材のFeの一部に代えて、Ca:0.01%以下、Pb:0.30%以下、Bi:0.03%以下及びTe:0.10%以下のうちの1種又は2種以上を含有することと規定した。 Further, the chemical composition of the steel for induction hardening according to the present invention (3) is replaced with a part of Fe of the steel for induction hardening in the present invention (1) or the present invention (2), Ca: 0.01% or less , Pb: 0.30% or less, Bi: 0.03% or less and Te: 0.10% or less .

更に、本発明(4)に係る高周波焼入れ用鋼材の化学組成を、本発明(1)から本発明(3)までのいずれかにおける高周波焼入れ用鋼材のFeの一部に代えて、B:0.0005〜0.0050%及びTi:0.045%以下で、かつ3.4N〜(3.4N+0.02)%を含有することと規定した。 Furthermore, the chemical composition for induction hardening steel according to the present invention (4), in place of part of Fe of the steel product for induction hardening in any one of the present invention (1) to the present invention (3), B: 0 It is specified that the content of .0005 to 0.0050% and Ti: 0.045% or less and 3.4N to (3.4N + 0.02)% .

(B)組織
前記(A)項で述べた化学組成を有する本発明に係る高周波焼入れ用鋼材の組織は、マルテンサイトが面積分率で70%以上を占める組織でなければならない。
(B) Structure The structure of the steel for induction hardening according to the present invention having the chemical composition described in the above section (A) must be a structure in which martensite occupies 70% or more in area fraction.

これは、化学組成に加えて、鋼材の組織を上記の組織とすることによって、高周波焼入れ時の不完全焼入れが抑制されて高周波焼入れで形成された硬化層が均一硬質なマルテンサイト組織になり、硬化層の硬さを高めることができ、更に、高周波焼入れ後の硬化層の旧オーステナイト結晶粒径が20μm以下に微細化され、しかも、高周波焼入れにより生成した旧オーステナイト粒界或いはラス界面への炭化物の析出が大きく抑制されるので、硬化層の靱性も確保することができて、良好な静的曲げ強度、したがって、良好な曲げ疲労強度を確保できるからである。   This is because, in addition to the chemical composition, the steel structure is the above structure, incomplete quenching during induction hardening is suppressed, and the hardened layer formed by induction hardening becomes a uniform hard martensite structure, The hardness of the hardened layer can be increased, and further, the prior austenite crystal grain size of the hardened layer after induction hardening is refined to 20 μm or less, and the carbide to the prior austenite grain boundary or lath interface generated by induction hardening. This is because the toughness of the hardened layer can be ensured and good static bending strength, and hence good bending fatigue strength can be ensured.

なお、本明細書でいう「マルテンサイト」が、いわゆる「フレッシュマルテンサイト」及び「自己焼戻し(self-tempering)を受けたマルテンサイト」、並びに、それらを焼戻しして得られる「焼戻しマルテンサイト」のうち「ラス状組織形態」であることを特徴とする組織を指し、上記「ラス状組織」中にε或いはθ等の炭化物が析出している組織も含むことは、既に述べたとおりである。   In addition, the “martensite” referred to in the present specification is the so-called “fresh martensite” and “martensite subjected to self-tempering”, and “tempered martensite” obtained by tempering them. Among them, it refers to a structure characterized by a “lass-like structure form”, and the “lass-like structure” includes a structure in which carbides such as ε or θ are precipitated as described above.

マルテンサイトが面積分率で85%以上を占める組織であれば、より安定して高周波焼入れ時の不完全焼入れが抑制されるとともに、硬化層の靱性が向上する。このため、前記(A)項で述べた化学組成を有する本発明に係る高周波焼入れ用鋼材の組織は、マルテンサイトが面積分率で85%以上を占める組織であることが好ましい。なお、高周波焼入れ用鋼材の組織は、マルテンサイトが面積分率で100%を占める組織、すなわち、マルテンサイト単相の組織であってもよい。   If the martensite occupies an area fraction of 85% or more, incomplete quenching during induction hardening is more stably suppressed, and the toughness of the hardened layer is improved. For this reason, it is preferable that the structure of the steel for induction hardening according to the present invention having the chemical composition described in the above section (A) is a structure in which martensite occupies 85% or more of the area fraction. The structure of the steel for induction hardening may be a structure in which martensite occupies 100% of the area fraction, that is, a martensite single-phase structure.

高周波焼入れ前の鋼材の組織調整方法としては、例えば、自動車部品や建設機械用部品の所定形状に加工した後、高周波焼入れする前に熱処理を施せばよい。熱処理条件としては、例えば、850〜1200℃の温度範囲に加熱した後、水冷或いは油冷すればよい。また、水冷或いは油冷した後、150〜700℃の温度範囲で15分以上保持してから冷却してもよい。   As a method for adjusting the structure of the steel material before induction hardening, for example, after processing into a predetermined shape of an automobile part or a construction machine part, heat treatment may be performed before induction hardening. As heat treatment conditions, for example, after heating to a temperature range of 850 to 1200 ° C., water cooling or oil cooling may be performed. Moreover, after water cooling or oil cooling, you may cool, after hold | maintaining for 15 minutes or more in the temperature range of 150-700 degreeC.

以下、実施例により本発明を更に詳しく説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

表1に示す化学組成を有する鋼A1〜A18及び鋼B1〜B5を真空炉溶製して150kg鋼塊を作製した。   Steels A1 to A18 and steels B1 to B5 having the chemical composition shown in Table 1 were melted in a vacuum furnace to produce a 150 kg steel ingot.

表1中の鋼A1〜A18は、化学組成が本発明で規定する範囲内にある鋼である。一方、鋼B1〜B5は、化学組成が本発明で規定する条件から外れた比較例の鋼である。   Steels A1 to A18 in Table 1 are steels whose chemical compositions are within the range defined by the present invention. On the other hand, steel B1-B5 is steel of the comparative example from which the chemical composition remove | deviated from the conditions prescribed | regulated by this invention.

Figure 0004581966
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このようにして得た鋼塊を、1200〜1300℃に加熱した後、熱間鍛造して直径30mmの丸棒とした。なお、熱間鍛造後の冷却は大気中での放冷とした。   The steel ingot thus obtained was heated to 1200 to 1300 ° C. and then hot forged into a round bar having a diameter of 30 mm. The cooling after hot forging was allowed to cool in the atmosphere.

次いで、熱間鍛造して得た上記の直径30mmの丸棒を、900℃で30分加熱してオーステナイト単相組織にした後、表2に示す冷却速度で冷却或いは冷却後更に焼戻しして、高周波焼入れ前の丸棒の組織を変化させた。   Next, the above round bar with a diameter of 30 mm obtained by hot forging was heated to 900 ° C. for 30 minutes to form an austenite single phase structure, and then cooled or cooled at the cooling rate shown in Table 2 and further tempered. The structure of the round bar before induction hardening was changed.

上記の熱処理を施した直径30mmの丸棒を用いて、ミクロ組織を調査した。すなわち、熱処理した丸棒の横断面での状態を観察できるように切断して樹脂に埋め込み、鏡面研磨した後、ナイタルで腐食してミクロ組織を現出させ、走査型電子顕微鏡を用いて、マルテンサイトの判別を行い、マルテンサイトと判別された部分の面積分率を測定した。   The microstructure was investigated using a round bar with a diameter of 30 mm subjected to the above heat treatment. In other words, the heat-treated round bar was cut so that the state of the cross section could be observed, embedded in the resin, mirror-polished, then corroded with nital to reveal the microstructure, and the martensite was developed using a scanning electron microscope. The site was discriminated and the area fraction of the part discriminated as martensite was measured.

マルテンサイト組織の判別は、その特徴である「ラス状組織形態」を呈しているかどうかを、走査型電子顕微鏡にて確認し、ラス状組織或いは炭化物析出が走査型電子顕微鏡で判別することが困難な場合には、透過型電子顕微鏡も併用して、マルテンサイトの判定を行った。   To determine the martensite structure, it is difficult to determine the lath structure or carbide precipitation with a scanning electron microscope by confirming whether or not the characteristic “laser-like structure morphology” is exhibited. In such cases, martensite was also determined using a transmission electron microscope.

いわゆる「フレッシュマルテンサイト」及び「自己焼戻し(self-tempering)を受けたマルテンサイト」を焼戻しした場合であっても、高温での焼戻し、例えば、700℃を超えるような高い温度での焼戻しを施して、「ラス状組織」が再結晶して等軸状のフェライトになった場合には、「焼戻しマルテンサイト」といわないことは既に述べたとおりである。   Even when tempering so-called “fresh martensite” and “martensite that has undergone self-tempering”, tempering at a high temperature, for example, tempering at a high temperature exceeding 700 ° C. is performed. As described above, when the “lass-like structure” is recrystallized into equiaxed ferrite, it is not called “tempered martensite”.

なお、任意に10視野撮影した倍率2000倍の走査型電子顕微鏡写真を画像処理し、上記のようにして判別したラス状マルテンサイト組織の面積分率からマルテンサイトの面積分率を算出した。   In addition, the scanning electron micrograph of magnification 2000 times taken arbitrarily 10 times was image-processed, and the area fraction of the martensite was calculated from the area fraction of the lath-like martensite structure discriminated as described above.

また、前記の熱処理を施した直径30mmの丸棒から、断面が10mm×10mmで長さが100mmの直方体の長手中央部の1つの面に、半径2mmの半円切欠きを設けた3点曲げ試験片を機械加工によって切り出した。次いで、上記の3点曲げ試験片の半円切り欠きを設けた面を、周波数20kHz、出力50kWの条件で3.0秒間加熱した後水冷する高周波焼入れを行って、高周波焼入れ性及び硬化層の旧オーステナイト粒径の調査を行った。   In addition, a three-point bend in which a semicircular cutout having a radius of 2 mm is provided on one surface of a longitudinal central portion of a rectangular parallelepiped having a cross section of 10 mm × 10 mm and a length of 30 mm from a round bar having a diameter of 30 mm subjected to the heat treatment. The test piece was cut out by machining. Next, the surface provided with the semicircle notch of the above three-point bending test piece was subjected to induction hardening in which the surface was heated for 3.0 seconds under the conditions of a frequency of 20 kHz and an output of 50 kW, and then water-cooled. The prior austenite grain size was investigated.

高周波焼入れ性は、上記高周波焼入れ後の3点曲げ試験片の半円切欠き部での横断面が調査できるように樹脂に埋め込み、JIS G 2244(2003)に規定された方法でビッカース硬さ試験を行って評価した。すなわち、試験力を2.94Nとしてビッカース硬さ試験を行って硬さ分布を求め、切欠き底からビッカース硬さ(以下、「HV硬さ」という。)が500となる位置までの距離(mm)を求めた。なお、以下においては、切欠き底からHV硬さが500となる位置までの距離を「ECD」という。   Induction hardening is embedded in resin so that the cross section at the semicircle notch of the three-point bending test piece after induction hardening can be examined, and the Vickers hardness test is performed by the method specified in JIS G 2244 (2003). And evaluated. That is, the hardness is obtained by performing a Vickers hardness test with a test force of 2.94 N, and the distance (mm) from the notch bottom to a position where the Vickers hardness (hereinafter referred to as “HV hardness”) is 500. ) In the following, the distance from the notch bottom to the position where the HV hardness is 500 is referred to as “ECD”.

高周波焼入れ性の目標は、ECDが0.85mm以上である。   The target of induction hardenability is that ECD is 0.85 mm or more.

硬化層の旧オーステナイト粒径は、上記高周波焼入れ後の3点曲げ試験片の横断面が観察できるように樹脂に埋め込んで鏡面研磨した後、界面活性剤を添加したピクリン酸飽和水溶液で腐食して旧オーステナイト粒界を現出させ、任意に5視野撮影した倍率400倍の光学顕微鏡写真を用い、切断法によって求めた「平均切片長さ」Lを求め、「熱処理、第24巻、第6号(1984)」の334〜338ページに記載された方法に従って「1.128×L」を旧オーステナイト粒径とした。   The prior austenite grain size of the hardened layer was corroded with resin so that the cross section of the three-point bend specimen after induction hardening can be observed, mirror-polished, and then corroded with a saturated aqueous solution of picric acid to which a surfactant was added. Using an optical micrograph of magnification 400 times taken from 5 fields of view to reveal the prior austenite grain boundaries, the “average section length” L determined by the cutting method was determined, and “Heat Treatment, Vol. 24, No. 6” was obtained. (1984) ”,“ 1.128 × L ”was used as the prior austenite grain size.

旧オーステナイト粒径は20μm以下が目標である。   The target is the prior austenite grain size of 20 μm or less.

更に、上記条件で高周波焼入れした3点曲げ試験片を180℃で1時間焼戻しして、静的曲げ強度及び曲げ疲労強度を調査することも行った。   Further, the three-point bending test piece induction-hardened under the above conditions was tempered at 180 ° C. for 1 hour to investigate the static bending strength and bending fatigue strength.

静的曲げ強度試験は、支点間距離45mm、試験片切欠き部底の歪み速度0.01/秒で行い、最大到達荷重から静的曲げ強度を算出した。なお、1800MPa以上の静的曲げ強度を有することが目標である。   The static bending strength test was performed at a fulcrum distance of 45 mm and a strain rate at the bottom of the notch of the test piece of 0.01 / second, and the static bending strength was calculated from the maximum ultimate load. The target is to have a static bending strength of 1800 MPa or more.

曲げ疲労強度試験も、支点間距離45mmで行い、繰り返し回数1×104回での亀裂発生強度を曲げ疲労強度として評価した。なお、950MPa以上の曲げ疲労強度を有することが目標である。 The bending fatigue strength test was also performed at a fulcrum distance of 45 mm, and the crack initiation strength at the number of repetitions of 1 × 10 4 was evaluated as the bending fatigue strength. The goal is to have a bending fatigue strength of 950 MPa or more.

表2及び表3に、上記の各試験結果を併せて示す。   Tables 2 and 3 show the results of the above tests together.

Figure 0004581966
Figure 0004581966

Figure 0004581966
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表2及び表3から、本発明(1)〜(4)で規定する条件を満たす試験番号1〜18の場合、高周波焼入れ性に優れ、しかも、良好な曲げ疲労強度を有していることが明らかである。   From Table 2 and Table 3, in the case of Test Nos. 1 to 18 that satisfy the conditions specified in the present invention (1) to (4), it is excellent in induction hardenability and has good bending fatigue strength. it is obvious.

これに対して、本発明で規定する条件から外れた試験番号19〜28の曲げ疲労強度は低く、しかも、高周波焼入れ性に劣る場合もあることが明らかである。   On the other hand, it is clear that the bending fatigue strengths of Test Nos. 19 to 28 deviating from the conditions defined in the present invention are low, and the induction hardenability may be inferior.

なお、別途JIS G 4053(2003)に記載されたSCr420の鋼材に925℃で1時間加熱後空冷する焼準処理を施した後、先に述べた形状の3点曲げ試験片を採取し、その3点曲げ試験片をカーボンポテンシャル0.8%の状態下で、940℃で3時間保持してから870℃に冷却して更に1時間保持した後、油焼入する条件で浸炭焼入れし、更に、180℃で1時間焼戻しして、先に述べたのと同じ条件で静的曲げ強度及び曲げ疲労強度を調査した。その結果、浸炭焼入れしたSCr420の静的曲げ強度は1690MPa,曲げ疲労強度は700MPaであった。したがって、本発明(1)〜(4)で規定する条件を満たす試験番号1〜18の曲げ疲労強度が、浸炭焼入れ材と同等以上の曲げ疲労強度を有するものであることが確認できた。   In addition, after subjecting the SCr420 steel material separately described in JIS G 4053 (2003) to a normalizing treatment that is heated at 925 ° C. for 1 hour and then air-cooled, a three-point bending test piece having the above-described shape was collected, and The three-point bending test piece was held at 940 ° C. for 3 hours under a carbon potential of 0.8%, then cooled to 870 ° C., held for another hour, and then carburized and quenched under oil quenching conditions. After tempering at 180 ° C. for 1 hour, static bending strength and bending fatigue strength were investigated under the same conditions as described above. As a result, carburized and quenched SCr420 had a static bending strength of 1690 MPa and a bending fatigue strength of 700 MPa. Therefore, it was confirmed that the bending fatigue strengths of Test Nos. 1 to 18 satisfying the conditions defined in the present inventions (1) to (4) have a bending fatigue strength equal to or higher than that of the carburized and quenched material.

また、鋼A1〜A18の熱間鍛造して得た直径30mmの丸棒を用いて旋削試験を実施し、工具摩耗量を測定して被削性も調査した。すなわち、熱間鍛造ままの直径30mmの各丸棒を、TiNコーティング処理が施されたP20種の超硬工具を用いて下記の条件で10分間旋削し、超硬工具の平均逃げ面摩耗量を測定し、これを工具摩耗量として被削性を評価した。   Further, a turning test was performed using a round bar having a diameter of 30 mm obtained by hot forging of steels A1 to A18, and the amount of tool wear was measured to investigate machinability. That is, each round bar with a diameter of 30 mm as hot forged was turned for 10 minutes under the following conditions using a P20 type carbide tool with TiN coating treatment, and the average flank wear amount of the carbide tool was determined. Measurement was made and the machinability was evaluated using this as the amount of tool wear.

・切削速度:120m/分、
・切り込み量:1.5mm、
・送り量:0.40mm/rev.、
・潤滑:湿式(水溶性潤滑油剤を使用)。
その結果、鋼A1〜A18の工具摩耗量は全て100μm以下で、いずれの鋼も良好な被削性を有していることが確認できた。
・ Cutting speed: 120 m / min,
・ Incision amount: 1.5 mm,
-Feed amount: 0.40 mm / rev. ,
・ Lubrication: Wet (uses water-soluble lubricant).
As a result, the tool wear amounts of steels A1 to A18 were all 100 μm or less, and it was confirmed that all the steels had good machinability.

本発明の高周波焼入れ用鋼材は、従来の浸炭焼入れの場合と同等以上の疲労強度、なかでも曲げ疲労強度を確保することができるので、アクスルシャフト、ドライブシャフト、等速ジョイント用アウターレースなどの自動車部品や建設機械用部品の素材として用いることができる。
The steel material for induction hardening according to the present invention can ensure fatigue strength equal to or higher than that of conventional carburizing and quenching, in particular bending fatigue strength. Therefore, automobiles such as axle shafts, drive shafts, outer races for constant velocity joints, etc. It can be used as a material for parts and construction machine parts.

Claims (4)

質量%で、C:0.35〜0.65%、Si:0.50%以下、Mn:0.65〜2.00%、P:0.015%以下、S:0.003〜0.080%、Mo:0.05〜0.50%、Al:0.10%以下、N:0.0070%以下及びO(酸素):0.0020%以下を含有し、残部はFe及び不純物からなり、更に、マルテンサイトが面積分率で70%以上を占める組織であることを特徴とする高周波焼入れ用鋼材。   In mass%, C: 0.35-0.65%, Si: 0.50% or less, Mn: 0.65-2.00%, P: 0.015% or less, S: 0.003-0. 080%, Mo: 0.05 to 0.50%, Al: 0.10% or less, N: 0.0070% or less, and O (oxygen): 0.0020% or less, with the balance being Fe and impurities Furthermore, the steel material for induction hardening characterized by martensite being the structure | tissue which occupies 70% or more in an area fraction. Feの一部に代えて、Cu:0.20%以下、Ni:0.20%以下、Cr:0.20%以下、Nb:0.30%以下及びV:0.20%以下のうちの1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の高周波焼入れ用鋼材。 In place of a part of Fe, Cu: 0.20% or less, Ni: 0.20% or less, Cr: 0.20% or less, Nb: 0.30% or less, and V: 0.20% or less The steel material for induction hardening according to claim 1, comprising one kind or two or more kinds . Feの一部に代えて、Ca:0.01%以下、Pb:0.30%以下、Bi:0.03%以下及びTe:0.10%以下のうちの1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の高周波焼入れ用鋼材。 Instead of a part of Fe, Ca: 0.01% or less, Pb: 0.30% or less, Bi: 0.03% or less, and Te: 0.10% or less , containing one or more The steel material for induction hardening according to claim 1, wherein the steel material is induction hardened. Siの含有量が0.20%以下であり、さらに、Feの一部に代えて、B:0.0005〜0.0050%及びTi:0.045%以下で、かつ3.4N〜(3.4N+0.02)%を含有することを特徴とする請求項1から3までのいずれかに記載の高周波焼入れ用鋼材。 The content of Si is 0.20% or less. Further, in place of part of Fe, B: 0.0005 to 0.0050% and Ti: 0.045% or less, and 3.4 N to (3 The steel material for induction hardening according to any one of claims 1 to 3, characterized by containing .4N + 0.02)% .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4900127B2 (en) * 2007-08-07 2012-03-21 住友金属工業株式会社 Induction hardening steel and manufacturing method thereof
RU2455382C2 (en) 2009-01-16 2012-07-10 Ниппон Стил Корпорейшн Steel for induction hardening
JP5136725B2 (en) 2010-07-14 2013-02-06 新日鐵住金株式会社 Machine structural steel with excellent machinability
CN106029925B (en) 2014-02-24 2017-09-29 新日铁住金株式会社 Steel product for induction hardening
JP6232324B2 (en) * 2014-03-24 2017-11-15 Jfeスチール株式会社 Stabilizer steel and stabilizer with high strength and excellent corrosion resistance, and method for producing the same
CN108138287A (en) 2015-10-19 2018-06-08 新日铁住金株式会社 Steel for mechanical structure and high-frequency quenching steel part
EP3517638A4 (en) * 2016-09-20 2020-04-08 Nippon Steel Corporation Shaft component
JP7175082B2 (en) * 2017-11-22 2022-11-18 日本製鉄株式会社 Mechanical structural steel and its cutting method
CN111270168A (en) * 2020-03-24 2020-06-12 马鞍山钢铁股份有限公司 Niobium-containing axle for urban rail subway and heat treatment process thereof
JP7417091B2 (en) 2020-03-27 2024-01-18 日本製鉄株式会社 steel material

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005054216A (en) * 2003-08-08 2005-03-03 Jfe Steel Kk Steel material superior in machinability and fatigue characteristics, and manufacturing method therefor
JP2005194614A (en) * 2003-01-17 2005-07-21 Jfe Steel Kk Steel product having excellent fatigue property, and its production method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005194614A (en) * 2003-01-17 2005-07-21 Jfe Steel Kk Steel product having excellent fatigue property, and its production method
JP2005054216A (en) * 2003-08-08 2005-03-03 Jfe Steel Kk Steel material superior in machinability and fatigue characteristics, and manufacturing method therefor

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