JP5503417B2 - Case-hardened steel parts with excellent sliding characteristics - Google Patents

Case-hardened steel parts with excellent sliding characteristics Download PDF

Info

Publication number
JP5503417B2
JP5503417B2 JP2010127250A JP2010127250A JP5503417B2 JP 5503417 B2 JP5503417 B2 JP 5503417B2 JP 2010127250 A JP2010127250 A JP 2010127250A JP 2010127250 A JP2010127250 A JP 2010127250A JP 5503417 B2 JP5503417 B2 JP 5503417B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
less
amount
case
hardened steel
steel part
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2010127250A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2011252206A (en
Inventor
土田武広
増田智一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
Priority to JP2010127250A priority Critical patent/JP5503417B2/en
Publication of JP2011252206A publication Critical patent/JP2011252206A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5503417B2 publication Critical patent/JP5503417B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Description

本発明は、表面に浸炭また浸炭窒化の硬化層を有し、摩擦係数が低く摺動特性に優れた肌焼鋼部品に関するものである。本発明の肌焼鋼部品は、例えば自動車に使用されるCVTプーリー類などの変速機、産業機械に使用される軸受、歯車、シャフト類などの機械構造部品に好適に用いられる。   The present invention relates to a case-hardened steel part having a hardened layer of carburizing or carbonitriding on the surface and having a low coefficient of friction and excellent sliding properties. The case-hardened steel parts of the present invention are suitably used for mechanical structural parts such as transmissions such as CVT pulleys used in automobiles, bearings, gears and shafts used in industrial machines.

自動車の変速機や産業機械の軸受、歯車、シャフト類の機械構造部品では、摩擦によるエネルギー損失がエネルギー効率低下の主な原因となるため、摩擦係数の低減が求められている。機械構造用部品は、JIS規格のSCM420H、SCr420Hなどに代表される肌焼鋼に鍛造などの加工を施し、切削加工することによって最終の部品形状に仕上げた後、その表面を浸炭または浸炭窒化処理(大気圧、低圧、真空、プラズマ雰囲気下での処理を含む)などの表面硬化処理を施して製造される。   In mechanical structural parts such as automobile transmissions, industrial machine bearings, gears, and shafts, energy loss due to friction is a major cause of reduced energy efficiency, and hence a reduction in friction coefficient is required. For machine structural parts, forging and other processing are performed on case-hardened steel represented by JIS standard SCM420H, SCr420H, etc., and finished to the final part shape by carburizing or carbonitriding Manufactured by performing a surface hardening treatment (including treatment under atmospheric pressure, low pressure, vacuum, and plasma atmosphere).

機械構造部品の摩擦損失を低減して摺動特性の向上を図った技術として、例えば特許文献1および特許文献2が挙げられる。このうち特許文献1には、歯車の表面にDLC膜(ダイヤモンドライクカーボン膜)をコーティングすることによって摩擦係数を低減し、上記DLC膜中の水素量を制御することによって潤滑油中でも低い摩擦係数を得る技術が開示されている。しかしながら、DLC膜はコストが高く、また、DLC膜の使用条件によっては密着性不足のためDLC膜が剥離するなどの問題がある。   For example, Patent Literature 1 and Patent Literature 2 can be cited as techniques for improving the sliding characteristics by reducing the friction loss of mechanical structural parts. Among them, in Patent Document 1, the friction coefficient is reduced by coating the surface of the gear with a DLC film (diamond-like carbon film), and a low friction coefficient is obtained even in the lubricating oil by controlling the amount of hydrogen in the DLC film. Obtaining techniques are disclosed. However, the cost of the DLC film is high, and depending on the use conditions of the DLC film, there is a problem that the DLC film peels off due to insufficient adhesion.

また、特許文献2には、摺動部材表面の凹凸の高さや長さを制御することによって摩擦係数を低減する技術が開示されている。しかし、上記の方法では、特殊な工具や精密加工方法を用いて凹凸形状を制御しているため、コストが著しく上昇し、工業的規模での大量生産に適さない。   Patent Document 2 discloses a technique for reducing the friction coefficient by controlling the height and length of the irregularities on the surface of the sliding member. However, in the above method, since the uneven shape is controlled using a special tool or a precision processing method, the cost is remarkably increased and it is not suitable for mass production on an industrial scale.

特開2008−32150号公報JP 2008-32150 A 特開2001−304267号公報JP 2001-304267 A

自動車などの燃費向上ニーズの増大に伴い、摩擦損失の低減化に対する要求は益々強くなっており、摩擦係数を小さくして摺動特性に優れた肌焼鋼部品の提供が切望されている。   With increasing needs for improving fuel efficiency of automobiles and the like, demands for reducing friction loss are increasing, and it is desired to provide case-hardened steel parts having a low friction coefficient and excellent sliding characteristics.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、摩擦による損失の低減が求められる機械構造用部品において、上記特許文献などのように新たなコーティング処理や特殊な精密加工などを施すことなく、低コストで、摩擦係数が低く摺動特性に優れた肌焼鋼部品を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to perform new coating processing, special precision processing, etc., as in the above-mentioned patent document, etc., for mechanical structural parts that are required to reduce loss due to friction. The object is to provide a case-hardened steel part that is low in cost, has a low coefficient of friction, and has excellent sliding characteristics.

上記課題を解決し得た本発明に係る摺動特性に優れた肌焼鋼部品は、浸炭層または浸炭窒化層を表面に有する肌焼鋼部品であって、鋼中成分は、C:0.1〜0.5%(質量%、以下同じ)、Si:0.03〜2%、Mn:0.2〜1.8%、Cr:3%以下(0%を含まない)、P:0.03%以下(0%を含まない)、S:0.2%以下(0%を含まない)、Al:0.16〜0.5%、B:0.0005〜0.008%、N:0.002〜0.015%、O:0.002%以下を含有し、残部:鉄および不可避不純物であって、下式(1)および(2)を満足すると共に、表面粗さRaが0.16μm以下であるところに要旨を有するものである。
[N]−1.3×[B]≧0.0010% ・・・ (1)
式中、[ ]は各元素の含有量(%)である。
表面固溶Al≧0.15% ・・・ (2)
The case-hardened steel part having excellent sliding characteristics according to the present invention that can solve the above-mentioned problems is a case-hardened steel part having a carburized layer or a carbonitrided layer on its surface, and the component in the steel is C: 0. 1 to 0.5% (mass%, the same applies hereinafter), Si: 0.03 to 2%, Mn: 0.2 to 1.8%, Cr: 3% or less (excluding 0%), P: 0 0.03% or less (excluding 0%), S: 0.2% or less (excluding 0%), Al: 0.16-0.5%, B: 0.0005-0.008%, N : 0.002 to 0.015%, O: 0.002% or less, balance: iron and inevitable impurities, satisfying the following formulas (1) and (2), and surface roughness Ra It has a gist where it is 0.16 μm or less.
[N] -1.3 × [B] ≧ 0.0010% (1)
In the formula, [] is the content (%) of each element.
Surface solid solution Al ≧ 0.15% (2)

本発明の好ましい実施形態において、上記肌焼鋼部品は、更にMo:1%以下を含有している。   In a preferred embodiment of the present invention, the case-hardened steel part further contains Mo: 1% or less.

本発明の好ましい実施形態において、上記肌焼鋼部品は、更にCu:1%以下、および/またはNi:2.5%以下を含有している。   In a preferred embodiment of the present invention, the case-hardened steel part further contains Cu: 1% or less and / or Ni: 2.5% or less.

本発明の好ましい実施形態において、上記肌焼鋼部品は、更にNb、Ti、およびVよりなる群から選択される少なくとも一種の元素をそれぞれ1%以下含有している。   In a preferred embodiment of the present invention, the case-hardened steel part further contains 1% or less of at least one element selected from the group consisting of Nb, Ti, and V.

本発明の好ましい実施形態において、上記肌焼鋼部品は、更にCa、Zr、Sb、PbおよびBiよりなる群から選択される少なくとも一種の元素をそれぞれ0.1%以下含有している。   In a preferred embodiment of the present invention, the case-hardened steel part further contains 0.1% or less of at least one element selected from the group consisting of Ca, Zr, Sb, Pb and Bi.

本発明によれば、摩擦による損失が低減され、自動車などの燃費や産業機械などのエネルギー効率が向上するため、本発明の肌焼鋼部品は、例えば自動車に使用されるCVTプーリー類などの変速機、産業機械に使用される軸受、歯車、シャフト類などに好適に用いられる。   According to the present invention, the loss due to friction is reduced, and the fuel efficiency of automobiles and the energy efficiency of industrial machines and the like are improved. Therefore, the case-hardened steel parts of the present invention can be used for shifting gears such as CVT pulleys used in automobiles. It is suitably used for bearings, gears, shafts, etc. used in machines and industrial machines.

図1は、実施例1において摩擦係数測定試験の概略を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an outline of a friction coefficient measurement test in Example 1. 図2は、実施例1において摩擦係数の測定に用いた試験ローラーの形状を示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the shape of the test roller used for measuring the friction coefficient in Example 1. 図3は、実施例1において摩擦係数の測定に用いた相手ローラーの形状を示す概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the shape of the mating roller used in the measurement of the friction coefficient in Example 1.

本発明者らは、摩擦係数が小さく摺動特性に優れた肌焼鋼部品を提供するため、検討を行なった。その結果、摩擦係数の低減には、BNの析出物および表面(具体的には、部品の最表面から深さ100μm位置までの領域)の固溶Alが有効に作用することを突き止め、上記(1)式および(2)式を導出した。更に、摩擦係数の低減には、表面粗さRaの制御も不可欠であることも見出した。また、所望のBNを確保するには、成分が適切に制御された鋼を用い、1100℃以上に加熱した後、900〜1050℃の温度域で150秒以上保持し、その後冷却するに際し900℃から700℃までの平均冷却速度を0.05〜10℃/秒とする方法が有効であり、これにより、鋼中のAlN量が低減されて所望のBN量が増加することも分かった。更に、このようにして析出したBNが再固溶しないようにするためには、表面硬化処理後の冷却速度を適切に制御することが有効であることも分った。具体的には、上記方法の後、所定の部品形状に切削加工してから浸炭処理または浸炭窒化処理を行ない、その後冷却するに際し900℃から800℃までの平均冷却速度を1℃/秒以上に制御すれば良いことを見出し、本発明を完成した。   The present inventors have studied to provide a case-hardened steel part having a small friction coefficient and excellent sliding characteristics. As a result, in order to reduce the friction coefficient, it was determined that BN precipitates and the solid solution Al on the surface (specifically, the region from the outermost surface of the component to a depth of 100 μm) act effectively. Equations (1) and (2) were derived. Furthermore, it has been found that control of the surface roughness Ra is indispensable for reducing the friction coefficient. Moreover, in order to ensure desired BN, using the steel in which the component was controlled appropriately, after heating to 1100 degreeC or more, it hold | maintains in the temperature range of 900-1050 degreeC for 150 seconds or more, and then it cools to 900 degreeC It was also found that the method of setting the average cooling rate from 0.05 to 700 ° C. to 0.05 to 10 ° C./second is effective, and this reduces the amount of AlN in the steel and increases the desired amount of BN. Furthermore, it has been found that it is effective to appropriately control the cooling rate after the surface hardening treatment in order to prevent the BN thus precipitated from re-dissolving. Specifically, after the above method, after cutting into a predetermined part shape, carburizing treatment or carbonitriding treatment is performed, and then the average cooling rate from 900 ° C. to 800 ° C. is set to 1 ° C./second or more when cooling. The present inventors have found that it is sufficient to control the present invention and completed the present invention.

上記のように制御された肌焼鋼部品は、摺動時の表面(摺動部表面)に摩擦係数低減に有効な皮膜が形成されるため、摩擦係数が低くなって摺動特性が向上すると推察される。   The case-hardened steel parts controlled as described above have a coating effective for reducing the friction coefficient on the sliding surface (sliding surface), so that the friction coefficient is lowered and the sliding characteristics are improved. Inferred.

上述したように本発明の肌焼鋼部品は、浸炭層または浸炭窒化層を表面に有する肌焼鋼部品であって、鋼中成分は、C:0.1〜0.5%(質量%、以下同じ)、Si:0.03〜2%、Mn:0.2〜1.8%、Cr:3%以下(0%を含まない)、P:0.03%以下(0%を含まない)、S:0.2%以下(0%を含まない)、Al:0.16〜0.5%、B:0.0005〜0.008%、N:0.002〜0.015%、O:0.002%以下を含有し、残部:鉄および不可避不純物であって、下式(1)および(2)を満足すると共に、摺動部の表面粗さRaが0.16μm以下であるところに特徴がある。
[N]−1.3×[B]≧0.0010% ・・・ (1)
式中、[ ]は各元素の含有量(%)である。
表面固溶Al≧0.15% ・・・ (2)
As described above, the case-hardened steel part of the present invention is a case-hardened steel part having a carburized layer or a carbonitrided layer on the surface, and the component in the steel is C: 0.1 to 0.5% (mass%, The same applies hereinafter), Si: 0.03 to 2%, Mn: 0.2 to 1.8%, Cr: 3% or less (not including 0%), P: 0.03% or less (not including 0%) ), S: 0.2% or less (excluding 0%), Al: 0.16-0.5%, B: 0.0005-0.008%, N: 0.002-0.015%, O: 0.002% or less, balance: iron and inevitable impurities, satisfying the following formulas (1) and (2), and the surface roughness Ra of the sliding part is 0.16 μm or less There is a feature.
[N] -1.3 × [B] ≧ 0.0010% (1)
In the formula, [] is the content (%) of each element.
Surface solid solution Al ≧ 0.15% (2)

まず、鋼中成分について説明する。本発明では、肌焼鋼の組成を代表的に例示することができるが、SiやCrについては、その上限を超えたものも使用可能である。具体的には以下のとおりである。   First, the components in steel will be described. In the present invention, the composition of the case-hardened steel can be representatively exemplified, but Si and Cr exceeding those upper limits can be used. Specifically, it is as follows.

C:0.1〜0.5%
Cは、肌焼鋼部品内部の強度を確保するために必須の元素であり、そのためにC量を0.1%以上とする。ただし、過剰に添加すると、浸炭や浸炭窒化の表面処理前の硬さが高くなり過ぎて切削加工や鍛造の時に工具や金型の寿命を低下させるため、C量の上限を0.5%とする。好ましいC量は、0.15%以上0.22%以下であり、より好ましくは0.18%以上0.20%以下である。
C: 0.1 to 0.5%
C is an essential element for ensuring the strength of the case-hardened steel part, and for that purpose, the C content is 0.1% or more. However, if added excessively, the hardness before the surface treatment of carburizing and carbonitriding becomes too high and the life of the tool or mold is reduced during cutting or forging, so the upper limit of C amount is 0.5% To do. A preferable amount of C is 0.15% or more and 0.22% or less, and more preferably 0.18% or more and 0.20% or less.

Si:0.03〜2%
Siは、製鋼時の脱酸元素として有効であるほか、歯車などでは面疲労強度の向上に有効な元素である。このような作用を有効に発揮させるため、Si量の下限を0.03%とする。ただし、過剰に添加すると、被削性や鍛造性が低下するため、Si量の上限を2%とする。なお、通常の肌焼鋼におけるSi量の上限は、おおむね0.9%程度であるが、本発明では、2%まで許容できることを実験により確認している。好ましいSi量は、0.35%以上1.0%以下であり、より好ましくは0.4%以上0.8%以下である。
Si: 0.03 to 2%
In addition to being effective as a deoxidizing element during steelmaking, Si is an element effective for improving surface fatigue strength in gears and the like. In order to effectively exhibit such an action, the lower limit of the Si amount is set to 0.03%. However, if added in excess, the machinability and forgeability deteriorate, so the upper limit of Si content is 2%. In addition, although the upper limit of Si amount in normal case-hardened steel is about 0.9%, in the present invention, it has been confirmed by experiment that it can be tolerated up to 2%. A preferable Si amount is 0.35% or more and 1.0% or less, and more preferably 0.4% or more and 0.8% or less.

Mn:0.2〜1.8%
Mnは、転動疲労寿命の向上に寄与する残留オーステナイトの生成に有効な元素であり、焼入れ性の向上にも寄与する元素である。このような作用を有効に発揮させるため、Mn量の下限を0.2%とする。ただし、過剰に添加すると、素材の硬さが高くなりすぎて被削性などが低下するため、Mn量の上限を1.8%とする。好ましいMn量は、0.4%以上1.2%以下であり、より好ましくは0.9%以下である。
Mn: 0.2 to 1.8%
Mn is an element that is effective in generating retained austenite that contributes to improvement in rolling fatigue life, and is also an element that contributes to improvement in hardenability. In order to effectively exhibit such an action, the lower limit of the amount of Mn is set to 0.2%. However, if added excessively, the hardness of the material becomes too high and the machinability and the like deteriorate, so the upper limit of the Mn amount is set to 1.8%. A preferable amount of Mn is 0.4% or more and 1.2% or less, and more preferably 0.9% or less.

Cr:3%以下(0%を含まない)
Crは、焼入れ性を向上させて浸炭処理または浸炭窒化処理後の硬さを向上させる元素であり、このような作用を有効に発揮させるため、Cr量を0.5%以上とすることが好ましい。ただし、過剰に添加すると、浸炭または浸炭窒化前に行う切削加工などの加工時における被削性を低下させるため、Cr量の上限を3%とする。なお、通常の肌焼鋼におけるCr量の上限は、おおむね1.2%程度であるが、本発明では、3%まで許容できることを実験により確認している。好ましいCr量は、0.8%以上1.5%以下であり、より好ましくは1.0%以上1.2%以下である。
Cr: 3% or less (excluding 0%)
Cr is an element that improves hardenability and improves the hardness after carburizing or carbonitriding, and in order to effectively exhibit such action, the Cr content is preferably 0.5% or more. . However, if excessively added, the machinability at the time of processing such as cutting performed before carburizing or carbonitriding is lowered, so the upper limit of Cr content is set to 3%. In addition, although the upper limit of the Cr content in ordinary case-hardened steel is about 1.2%, in the present invention, it has been confirmed by experiments that it is acceptable up to 3%. A preferable Cr amount is 0.8% or more and 1.5% or less, and more preferably 1.0% or more and 1.2% or less.

P:0.03%以下(0%を含まない)
Pは鋼中に不可避的に含まれる元素(不純物)であり、熱間加工時の割れを助長するので、できるだけ低減することが好ましい。P量は0.03%以下であり、好ましくは0.02%以下、より好ましくは0.01%以下である。なお、P量を0%とすることは工業的に困難である。
P: 0.03% or less (excluding 0%)
P is an element (impurity) inevitably contained in the steel, and promotes cracking during hot working, so it is preferably reduced as much as possible. The amount of P is 0.03% or less, preferably 0.02% or less, more preferably 0.01% or less. In addition, it is industrially difficult to make P amount 0%.

S:0.2%以下(0%を含まない)
Sは、被削性を向上させる元素であるが、過剰に含有させると鋼材の延性や靭性が低下するため、その上限を0.2%とする。特にS量が過剰になると、Mnと反応してMnS介在物を形成する量が増大し、この介在物が圧延時に圧延方向に伸展して圧延直角方向の靭性(横目の靭性)を劣化させる。但し、Sは、鋼に不可避的に含まれる不純物であり、その量を0%とすることは工業的に困難である。
S: 0.2% or less (excluding 0%)
S is an element that improves machinability, but if contained excessively, the ductility and toughness of the steel material decrease, so the upper limit is made 0.2%. In particular, when the amount of S is excessive, the amount of MnS inclusions reacting with Mn increases, and these inclusions extend in the rolling direction during rolling to deteriorate the toughness in the direction perpendicular to the rolling (lateral toughness). However, S is an impurity inevitably contained in steel, and it is industrially difficult to reduce the amount to 0%.

Al:0.16〜0.5%
Alは本発明を特徴付ける成分の一つであり、摩擦係数の低減に寄与する表面固溶Alの供給成分である。また、AlはNと結合して浸炭時の結晶粒を微細化し、疲労強度を高める作用もある。本発明では、上記作用を有効に発揮させるため、肌焼鋼に通常含まれるAl量(概ね、0.01〜0.03%程度)よりも多くのAl量(下限0.16%)を規定している。一方、Al量が0.5%を超えて添加しても上記摩擦係数低減作用は飽和するほか、鋼材の製造工程において鋳造時のノズル閉塞や圧延での割れなどの問題が生じるため、上限を0.5%とする。好ましいAl量は0.18%以上0.40%以下であり、より好ましくは0.20%以上0.30%以下である。
Al: 0.16-0.5%
Al is one of the components that characterize the present invention, and is a supply component of surface solid solution Al that contributes to the reduction of the friction coefficient. In addition, Al combines with N to refine crystal grains during carburization and also has an effect of increasing fatigue strength. In the present invention, in order to effectively exhibit the above-described action, the amount of Al (lower limit 0.16%) larger than the amount of Al normally contained in the case-hardened steel (generally about 0.01 to 0.03%) is specified. doing. On the other hand, even if the Al content exceeds 0.5%, the friction coefficient reducing effect is saturated, and problems such as nozzle clogging during casting and cracking during rolling occur in the steel manufacturing process. 0.5%. A preferable Al amount is 0.18% or more and 0.40% or less, and more preferably 0.20% or more and 0.30% or less.

B:0.0005〜0.008%
Bも本発明を特徴付ける成分の一つであり、Nと結合してBNを形成し、摩擦係数の低減化に寄与する成分である。このような作用を有効に発揮させるため、B量を0.0005%以上とし、且つ、N量とB量の関係を規定する式(1)を満たすことが必要である。式(1)については後述する。ただし、Bを過剰に添加しても上記効果が飽和するほか、鋼材の焼入れ性が過度に高くなって部品の強度ばらつきの原因となるため、上限を0.008%とする。好ましいB量は0.0010%以上0.006%以下であり、より好ましくは0.0015%以上0.004%以下である。
B: 0.0005 to 0.008%
B is also one of the components that characterize the present invention, and is a component that combines with N to form BN and contributes to a reduction in the friction coefficient. In order to effectively exhibit such an action, it is necessary that the B amount is 0.0005% or more and that the formula (1) that defines the relationship between the N amount and the B amount is satisfied. Formula (1) will be described later. However, even if B is added excessively, the above effect is saturated, and the hardenability of the steel material becomes excessively high, causing variation in the strength of the parts, so the upper limit is made 0.008%. A preferable amount of B is 0.0010% or more and 0.006% or less, and more preferably 0.0015% or more and 0.004% or less.

N:0.002〜0.015%
Nは、上述したBと結合して摩擦係数の低減に寄与するBNを析出させるための供給成分である。また、NはAlと結合してAlN化合物を生成し、浸炭時の結晶粒を微細化して疲労強度を高める作用もある。このような作用を有効に発揮させるため、N量を0.002%以上とし、且つ、N量とB量の関係を規定する式(1)を満たすことが必要である。式(1)については後述する。ただし、Nを過剰に添加すると熱間加工時に割れ易くなるため、N量の上限を0.015%とする。好ましいN量の下限は0.005%以上であり、より好ましくは0.007%以上である。また、好ましいN量の上限は0.012%以下である。
N: 0.002 to 0.015%
N is a supply component for precipitating BN which combines with B described above and contributes to the reduction of the friction coefficient. Further, N combines with Al to produce an AlN compound, and has an effect of increasing the fatigue strength by refining crystal grains during carburization. In order to effectively exhibit such an action, it is necessary that the N amount is 0.002% or more and that the formula (1) that defines the relationship between the N amount and the B amount is satisfied. Formula (1) will be described later. However, if N is added excessively, cracking easily occurs during hot working, so the upper limit of N content is 0.015%. The lower limit of the preferable N amount is 0.005% or more, more preferably 0.007% or more. Moreover, the upper limit of preferable N amount is 0.012% or less.

O:0.002%以下(0%を含まない)
Oは鋼中に不可避的に含まれる元素であり、粗大な酸化物系介在物を形成して、被削性や延性、靱性、熱間加工性などに悪影響を及ぼす元素である。特に本発明では、摩擦係数低減に寄与する表面固溶Alと、浸炭時結晶粒微細化による疲労強度向上に寄与するAlNを確保するため、Al23などの酸化物の生成を極力防止する必要がある。このような観点から、O量を0.002%以下とする。好ましくは0.0015%以下である。なお、O量を0%とすることは工業的に困難である。
O: 0.002% or less (excluding 0%)
O is an element inevitably contained in the steel, and is an element that forms coarse oxide inclusions and adversely affects machinability, ductility, toughness, hot workability, and the like. In particular, in the present invention, the formation of oxides such as Al 2 O 3 is prevented as much as possible in order to secure the solid solution Al that contributes to the reduction of the friction coefficient and AlN that contributes to the improvement of the fatigue strength due to the refinement of the crystal grains during carburization. There is a need. From such a viewpoint, the amount of O is made 0.002% or less. Preferably it is 0.0015% or less. In addition, it is industrially difficult to make O amount 0%.

本発明における鋼中成分は、上記成分を含み、残部:鉄および不可避的不純物であるが、本発明の作用を損なわない範囲で、他の特性付与などを目的として、以下の選択成分を添加することができる。   The components in steel in the present invention include the above components, and the balance: iron and inevitable impurities, but the following selected components are added for the purpose of imparting other characteristics and the like within a range not impairing the action of the present invention. be able to.

Mo:1%以下
Moは、焼入れ性向上元素であり、浸炭または浸炭窒化層において不完全焼入れ組織生成の抑制にも有効に作用する。このような作用を有効に発揮させるため、Mo量の下限を0.1%とすることが好ましい。ただし、過剰に添加すると、被削性や鍛造性が低下するため、Moの上限を1%とすることが好ましい。より好ましいMo量は0.2%以上0.45%以下であり、更に好ましくは0.3%以上0.4%以下である。
Mo: 1% or less Mo is an element that improves hardenability and effectively acts to suppress the formation of an incompletely quenched structure in a carburized or carbonitrided layer. In order to effectively exhibit such an effect, the lower limit of the Mo amount is preferably set to 0.1%. However, if added in excess, the machinability and forgeability deteriorate, so the upper limit of Mo is preferably 1%. A more preferable amount of Mo is 0.2% or more and 0.45% or less, and further preferably 0.3% or more and 0.4% or less.

Cu:1%以下および/またはNi:2.5%以下
CuおよびNiは、いずれも耐食性向上元素であり、Niは更に靭性向上作用も有している。ただし、Cu量が1%を超えると熱間加工性が低下するため、Cu量の上限を1%とすることが好ましい。また、Ni量が2.5%を超えると、残留オーステナイト量が過剰に増加して焼入れによる硬さ低下の問題を招くため、Ni量の上限を2.5%とすることが好ましい。Cu量のより好ましい範囲は、0.05%以上0.6%以下であり、更に好ましくは0.1%以上0.4%以下である。また、Ni量のより好ましい下限は、0.1%以上であり、更に好ましくは0.2%以上である。また、Ni量のより好ましい上限は1.0%以下であり、更に好ましくは0.8%以下であり、更により好ましくは0.6%以下である。なお、CuおよびNiは、いずれかを単独で添加しても良いし、両方を併用しても良い。
Cu: 1% or less and / or Ni: 2.5% or less Cu and Ni are both elements for improving corrosion resistance, and Ni further has an effect of improving toughness. However, when the Cu content exceeds 1%, the hot workability deteriorates, so the upper limit of the Cu content is preferably 1%. Further, if the Ni content exceeds 2.5%, the amount of retained austenite increases excessively and causes a problem of hardness reduction due to quenching, so the upper limit of the Ni content is preferably set to 2.5%. A more preferable range of the amount of Cu is 0.05% or more and 0.6% or less, and further preferably 0.1% or more and 0.4% or less. Further, a more preferable lower limit of the Ni amount is 0.1% or more, and more preferably 0.2% or more. Further, the more preferable upper limit of the Ni amount is 1.0% or less, more preferably 0.8% or less, and still more preferably 0.6% or less. Cu and Ni may be added either alone or in combination.

Nb、Ti、およびVよりなる群から選択される少なくとも一種の元素をそれぞれ1%以下
これらの元素は、いずれも炭窒化物形成元素であり、加熱時のオーステナイト粒径を微細化して疲労強度向上に寄与する。このような作用を有効に発揮させるため、Nbを添加する場合は0.05%以上、Tiを添加する場合は0.05%以上、Vを添加する場合は0.05%以上とすることが好ましい。ただし、過剰に添加すると、粗大な炭窒化物が生成し、逆に疲労強度の低下を招くため、Nb量の上限を1%(より好ましくは0.5%)、Ti量の上限を1%(より好ましくは0.5%)、Ti量の上限を1%(より好ましくは0.5%)、V量の上限を1%(より好ましくは0.5%)にすることが好ましい。なお、これらの元素は、いずれかを単独で添加しても良いし、二種以上を併用しても良い。
1% or less each of at least one element selected from the group consisting of Nb, Ti, and V. These elements are all carbonitride-forming elements, and the fatigue strength is improved by refining the austenite grain size during heating. Contribute to. In order to effectively exhibit such an action, 0.05% or more should be added when Nb is added, 0.05% or more when Ti is added, and 0.05% or more when V is added. preferable. However, if added excessively, coarse carbonitrides are formed, and conversely, the fatigue strength is lowered. Therefore, the upper limit of the Nb amount is 1% (more preferably 0.5%), and the upper limit of the Ti amount is 1%. (More preferably 0.5%), the upper limit of Ti amount is preferably 1% (more preferably 0.5%), and the upper limit of V amount is preferably 1% (more preferably 0.5%). These elements may be added alone or in combination of two or more.

Ca、Zr、Sb、PbおよびBiよりなる群から選択される少なくとも一種の元素をそれぞれ0.1%以下
これらの元素は、いずれも切削加工時の被削性改善元素として有用である。このような作用を有効に発揮させるため、Ca、Zr、Sb、PbおよびBiの好ましい含有量の下限を、それぞれCa:0.0005%、Zr:0.001%、Sb:0.0005%、Pb:0.001%、Bi:0.001%とする。より好ましくは、Ca:0.001%、Zr:0.005%、Sb:0.002%、Pb:0.01%、Bi:0.005%である。ただし、過剰に添加すると、疲労寿命が低下するため、各元素の上限を0.1%(より好ましくは0.05%)とすることが好ましい。なお、これらの元素は、いずれかを単独で添加しても良いし、二種以上を併用しても良い。
0.1% or less of at least one element selected from the group consisting of Ca, Zr, Sb, Pb and Bi, each of which is useful as a machinability improving element during cutting. In order to effectively exhibit such an action, the lower limit of the preferable content of Ca, Zr, Sb, Pb and Bi is set to Ca: 0.0005%, Zr: 0.001%, Sb: 0.0005%, Pb: 0.001%, Bi: 0.001%. More preferably, they are Ca: 0.001%, Zr: 0.005%, Sb: 0.002%, Pb: 0.01%, Bi: 0.005%. However, if added excessively, the fatigue life is reduced, so the upper limit of each element is preferably 0.1% (more preferably 0.05%). These elements may be added alone or in combination of two or more.

更に本発明では、下式(1)および(2)を満足することが必要である。   Furthermore, in the present invention, it is necessary to satisfy the following expressions (1) and (2).

[N]−1.3×[B]≧0.0010% ・・・ (1)
式中、[ ]は各元素の含有量(%)である。
[N] -1.3 × [B] ≧ 0.0010% (1)
In the formula, [] is the content (%) of each element.

上述したように本発明では、BNの析出によって摩擦係数の低減化を図り、更にAlNの析出によって浸炭加熱時の異常粒成長抑制効果を図るものであるため、Nは、所望のBNおよびAlNを確保するだけの含有量とする必要がある。すなわち、鋼中のBがすべてNと結合しても余剰のNでAlNを生成させる必要がある。このような観点から、本発明では、Nの含有量[N]とBの含有量[B]との関係について上記(1)式定めた。上記式(1)において、係数(1.3)は、Nの原子量(約14.0)とBの原子量(約10.8)との比であり、NがBとすべて結合したとしても0.0010%以上のNが残っていることを示している。上記式(1)の左辺の値は、好ましくは0.0012%であり、より好ましくは0.0014%である。また、上記式(1)の左辺の値の上限は、過剰な固溶Nにより熱間加工性が低下することを考慮すると、好ましくは0.020%であり、より好ましくは0.015%である。   As described above, in the present invention, the friction coefficient is reduced by precipitation of BN, and further, the effect of suppressing abnormal grain growth at the time of carburizing heating is achieved by precipitation of AlN. Therefore, N is the desired BN and AlN. It is necessary to make the content as much as possible. That is, even if all B in the steel is combined with N, it is necessary to generate AlN with surplus N. From such a viewpoint, in the present invention, the above formula (1) is defined for the relationship between the N content [N] and the B content [B]. In the above formula (1), the coefficient (1.3) is the ratio of the atomic weight of N (about 14.0) to the atomic weight of B (about 10.8). This shows that N of 0010% or more remains. The value on the left side of the above formula (1) is preferably 0.0012%, more preferably 0.0014%. In addition, the upper limit of the value on the left side of the above formula (1) is preferably 0.020%, more preferably 0.015%, considering that the hot workability is reduced by excessive solute N. is there.

表面固溶Al≧0.15% ・・・ (2)
上述したように本発明では、部品表面の固溶Alによって摩擦係数の低減化を図るものであり、このような作用を有効に発揮させるため、表面固溶Al量を0.15%以上とする。好ましくは0.18%以上であり、より好ましくは0.20%以上である。但し、表面固溶Al量が過剰になると熱間加工した場合に割れが発生するため、上限を0.5%とすることが好ましい。
Surface solid solution Al ≧ 0.15% (2)
As described above, in the present invention, the friction coefficient is reduced by the solid solution Al on the surface of the component. In order to effectively exhibit such an action, the surface solid solution Al amount is set to 0.15% or more. . Preferably it is 0.18% or more, More preferably, it is 0.20% or more. However, if the surface solid solution Al amount is excessive, cracking occurs during hot working, so the upper limit is preferably made 0.5%.

ここで、「表面」とは、部品の最表面から深さ100μm位置までの領域を意味する。表面固溶Al量の測定方法は、実施例の欄で説明する。   Here, the “surface” means a region from the outermost surface of the component to a position at a depth of 100 μm. The method for measuring the surface solid solution Al amount will be described in the Examples section.

更に本発明では、表面粗さRaを0.16μm以下とする。摩擦係数を低減して摺動特性を高めるためには、上記の鋼中成分並びに上記式(1)および(2)の制御に加えて、表面粗さも適切に制御する必要がある。表面粗さRaが0.16μmを超えると金属同士の接触による焼き付きを発生しやすくなるため、たとえ鋼中成分などを適切に制御したとしても所望の低摩擦は得られないことを実験により確認している(後記する実施例の欄を参照)。表面粗さRaは小さいほど良く、好ましくは0.14μm以下であり、より好ましくは0.12μm以下である。なお、表面粗さRaの下限は特に限定されないが、鋼組成に依らずに安定して低い摩擦係数を得ることができ、また生産性とのバランスなどを考慮すると、おおむね0.02μm以上であることが好ましい。   Furthermore, in this invention, surface roughness Ra shall be 0.16 micrometer or less. In order to increase the sliding characteristics by reducing the friction coefficient, it is necessary to appropriately control the surface roughness in addition to the above-described components in steel and the above formulas (1) and (2). If the surface roughness Ra exceeds 0.16 μm, seizure due to contact between metals tends to occur, and it has been confirmed by experiments that the desired low friction cannot be obtained even if the components in the steel are appropriately controlled. (See the Examples section below). The surface roughness Ra is preferably as small as possible, preferably 0.14 μm or less, and more preferably 0.12 μm or less. Note that the lower limit of the surface roughness Ra is not particularly limited, but a low coefficient of friction can be stably obtained regardless of the steel composition, and is generally 0.02 μm or more in consideration of the balance with productivity. It is preferable.

ここで表面粗さRaは、JIS B0601 2001に規定する算術平均粗さRaを意味する。本発明では、表面粗さ計(ULVAC製の表面形状測定装置DEKTAK6M)を用い、線分長さ3.0mm(基準長さ)のRaを測定した。   Here, the surface roughness Ra means the arithmetic average roughness Ra specified in JIS B0601 2001. In the present invention, Ra having a line segment length of 3.0 mm (reference length) was measured using a surface roughness meter (surface shape measuring device DEKTAK6M manufactured by ULVAC).

次に、このような肌焼鋼部品を得るための方法を説明する。   Next, a method for obtaining such a case-hardened steel part will be described.

本発明では、摩擦係数の低減に有用なBNを確保するために、上記のように成分が適切に制御された鋼を用い、浸炭処理または浸炭窒化処理の表面硬化処理の前(すなわち、部品に加工する前)および表面硬化処理の後において、特に900〜700℃近傍または900〜800℃近傍の冷却速度を適切に制御することが必要である。これにより、表面硬化処理の前に析出させたBNを、表面硬化処理の後の冷却過程で再固溶させることなく確保することができる。更に摩擦係数の低減に有用な表面固溶Alを確保するためには、上記のように成分が適切に制御された鋼を用い、特に表面硬化処理の際の雰囲気を還元性雰囲気に制御する必要がある。これにより、表面硬化処理時における酸素の侵入が抑えられ、所定の表面固溶Al量を確保することができる。   In the present invention, in order to secure BN useful for reducing the coefficient of friction, the steel having appropriately controlled components as described above is used, and before the surface hardening treatment of the carburizing treatment or carbonitriding treatment (that is, in the part) Before processing) and after the surface hardening treatment, it is necessary to appropriately control the cooling rate particularly in the vicinity of 900 to 700 ° C. or in the vicinity of 900 to 800 ° C. Thereby, it is possible to secure the BN deposited before the surface hardening treatment without re-dissolving in the cooling process after the surface hardening treatment. Furthermore, in order to ensure surface-dissolved Al useful for reducing the friction coefficient, it is necessary to use steel with appropriately controlled components as described above, and particularly to control the atmosphere during the surface hardening treatment to a reducing atmosphere. There is. Thereby, the penetration | invasion of oxygen at the time of a surface hardening process is suppressed, and predetermined surface solid solution Al amount can be ensured.

以下、工程順に詳細に説明する。   Hereinafter, it demonstrates in detail in order of a process.

まず、上記化学成分を有する鋼を用意し、1100℃以上に加熱し、鋼中に含まれるAlNやBNなどの析出物を一旦再固溶させる。即ち、本発明のようにAlを0.16%以上と多く含有する鋼は、その製造条件によって、AlやB、Nの固溶状態と析出状態が大きく変化するため、1100℃以上に加熱して、鋼中に含まれるAlNとBNを鋼中に再固溶させることができる。   First, steel having the above chemical components is prepared, heated to 1100 ° C. or higher, and precipitates such as AlN and BN contained in the steel are once again solid-dissolved. That is, steel containing a large amount of Al of 0.16% or more as in the present invention has a large change in the solid solution state and precipitation state of Al, B, and N depending on the production conditions. Thus, AlN and BN contained in the steel can be re-dissolved in the steel.

次に、900〜1050℃の温度域で150秒以上保持する。これにより、BNを選択的に析出させることができる。保持時間が150秒未満では、BNの析出が充分に進まず、BN不足となる。好ましい保持時間は170秒以上であり、より好ましくは200秒以上である。保持時間の上限は特に限定されないが、長時間保持すると生産性が悪くなるため、600秒以下が好ましい。   Next, it hold | maintains for 150 second or more in a 900-1050 degreeC temperature range. Thereby, BN can be selectively deposited. If the holding time is less than 150 seconds, the precipitation of BN does not proceed sufficiently and the BN becomes insufficient. A preferable holding time is 170 seconds or more, and more preferably 200 seconds or more. The upper limit of the holding time is not particularly limited, but 600 seconds or less is preferable because productivity deteriorates when held for a long time.

なお、上述した900〜1050℃の高温域での保持は、恒温で行ってもよいし、この温度域内で加熱および/または冷却してもよく、該温度域での保持時間が150秒以上であればよい。   The above-mentioned holding in the high temperature range of 900 to 1050 ° C. may be performed at a constant temperature, and may be heated and / or cooled within this temperature range, and the holding time in this temperature range is 150 seconds or more. I just need it.

上記のように900〜1050℃で保持してBNを析出させた後は、900から700℃までの平均冷却速度を0.05〜10℃/秒に制御して冷却する。このようにして上記温度域の通過時間を制御することにより、AlNの析出を抑制すると共に、BNがAlNに変化するのを防止し、BNの析出量を確保できる。即ち、900〜700℃の温度域では、BNよりもAlNの方が熱力学的に安定なため、前述したように900〜1050℃の高温域でBNを選択的に析出させても、900〜700℃の低温域を通過する時間が長くなると、BNがAlNに変化し、BNの析出量が減少する。AlNは、上述したように、疲労特性向上には寄与するが、被削性に対しては劣化させる方向に作用する。従って、上記低温域の平均冷却速度は0.05℃/秒以上とする。好ましくは0.1℃/秒以上、より好ましくは0.5℃/秒以上、更に好ましくは1℃/秒以上である。しかし、上記低温域の平均冷却速度が大き過ぎると、マルテンサイトやベイナイト等の過冷組織が生成して被削性が却って低下する。従って、900℃から700℃までの平均冷却速度は10℃/秒以下とする。好ましくは9.5℃/秒以下、より好ましくは8℃/秒以下、更に好ましくは5℃/秒以下、特に好ましくは3℃/秒以下である。   After keeping BN at 900 to 1050 ° C. as described above, cooling is performed by controlling the average cooling rate from 900 to 700 ° C. to 0.05 to 10 ° C./second. By controlling the passage time in the above temperature range in this way, it is possible to suppress the precipitation of AlN, prevent BN from changing to AlN, and secure the amount of BN precipitated. That is, since AlN is thermodynamically more stable than BN in the temperature range of 900 to 700 ° C., even if BN is selectively precipitated in the high temperature range of 900 to 1050 ° C. as described above, When the time for passing through the low temperature region of 700 ° C. becomes longer, BN changes to AlN, and the amount of BN deposited decreases. As described above, AlN contributes to the improvement of fatigue characteristics, but acts in the direction of deteriorating the machinability. Therefore, the average cooling rate in the low temperature range is set to 0.05 ° C./second or more. Preferably it is 0.1 degree-C / second or more, More preferably, it is 0.5 degree-C / second or more, More preferably, it is 1 degree-C / second or more. However, if the average cooling rate in the low temperature region is too large, a supercooled structure such as martensite or bainite is generated, and the machinability deteriorates. Therefore, the average cooling rate from 900 ° C. to 700 ° C. is set to 10 ° C./second or less. It is preferably 9.5 ° C./second or less, more preferably 8 ° C./second or less, further preferably 5 ° C./second or less, and particularly preferably 3 ° C./second or less.

上記のように冷却した後は、部品形状に切削加工してから、浸炭処理または浸炭窒化処理の表面硬化処理を行なう。   After cooling as described above, the surface is hardened by carburizing or carbonitriding after cutting into a part shape.

表面硬化処理では、所定の表面固溶Al量を確保できるように還元性雰囲気下で行なうことが好ましい。例えば通常の浸炭条件では、最表面に酸素が侵入するため、固溶Alはアルミナなどの酸化物となり、固溶Al量が大幅に減少する。そのため、酸素の侵入を抑える目的で、還元性雰囲気で表面硬化処理を行う。具体的には、例えばプロパンガスを変成させたCOを含む混合ガス下でCP(カーボンポテンシャル)0.85以上の浸炭を行なったり、アセチレンガスの存在下で真空浸炭を行なうなどの方法により、表面硬化処理を行なうことが好ましい。   The surface hardening treatment is preferably performed in a reducing atmosphere so as to ensure a predetermined amount of surface-dissolved Al. For example, under normal carburizing conditions, oxygen enters the outermost surface, so that the solid solution Al becomes an oxide such as alumina, and the amount of solid solution Al is greatly reduced. Therefore, surface hardening treatment is performed in a reducing atmosphere for the purpose of suppressing oxygen intrusion. Specifically, for example, by performing carburization of CP (carbon potential) of 0.85 or more under a mixed gas containing CO modified from propane gas, or by vacuum carburizing in the presence of acetylene gas, It is preferable to perform a curing treatment.

また、表面硬化処理時の温度は、900〜1000℃程度に制御することが好ましい。上記温度が1000℃を超えるとAlNが固溶し易くなり、異常粒成長を起して疲労特性が低下する恐れがある。また、上記温度での保持時間は、例えば、30分〜8時間程度とすることが好ましい。   Moreover, it is preferable to control the temperature at the time of a surface hardening process to about 900-1000 degreeC. When the above temperature exceeds 1000 ° C., AlN is liable to be dissolved, which may cause abnormal grain growth and deteriorate fatigue characteristics. The holding time at the above temperature is preferably about 30 minutes to 8 hours, for example.

浸炭または浸炭窒化の種類は特に限定されず、ガス浸炭(ガス浸炭窒化)、真空浸炭(真空浸炭窒化)、高濃度浸炭(高炭素浸炭)など公知の方法を採用できる。真空浸炭(真空浸炭窒化)するときの真空度は、例えば、0.01MPa程度以下とすることが好ましい。   The type of carburizing or carbonitriding is not particularly limited, and known methods such as gas carburizing (gas carbonitriding), vacuum carburizing (vacuum carbonitriding), and high concentration carburizing (high carbon carburizing) can be employed. The degree of vacuum when vacuum carburizing (vacuum carbonitriding) is preferably about 0.01 MPa or less, for example.

上記表面硬化処理の後、冷却する。冷却に当たっては、析出したBNが再固溶しないように、900℃から800℃までの平均冷却速度を1℃/秒以上とする。   It cools after the said surface hardening process. In cooling, the average cooling rate from 900 ° C. to 800 ° C. is set to 1 ° C./second or more so that the precipitated BN does not re-dissolve.

即ち、AlNの析出温度はおおよそ750〜900℃、BNの析出温度はおおよそ600〜1050℃であるが、800〜900℃の温度域では、BNよりもAlNの方が熱力学的に安定であるため、この温度域を通過するときの時間を短くすることにより、鋼中に析出したBNがAlNに変化するのを抑えることができ、所望のBN量を維持することができる。従って本発明では、900℃から800℃までの平均冷却速度を1℃/秒以上とする。好ましくは2℃/秒以上であり、より好ましくは5℃/秒以上である。なお、上記温度域での平均冷却速度の上限は特に限定されないが、温度制御のし易さなどを考慮すると、おおむね、10℃/秒以下であることが好ましい。   That is, the precipitation temperature of AlN is approximately 750 to 900 ° C., and the precipitation temperature of BN is approximately 600 to 1050 ° C. In the temperature range of 800 to 900 ° C., AlN is thermodynamically more stable than BN. Therefore, by shortening the time when passing through this temperature range, it is possible to suppress the BN precipitated in the steel from changing to AlN, and the desired BN amount can be maintained. Therefore, in this invention, the average cooling rate from 900 degreeC to 800 degreeC shall be 1 degree-C / sec or more. Preferably it is 2 degrees C / second or more, More preferably, it is 5 degrees C / second or more. In addition, although the upper limit of the average cooling rate in the said temperature range is not specifically limited, Considering the ease of temperature control etc., it is preferable that it is about 10 degrees C / sec or less in general.

なお、900℃から800℃まで冷却するにあたっては、上記の温度範囲を一定の速度で冷却してもよいし、途中で冷却速度を変化させてもよく、要するに、900℃から800℃の温度域での平均冷却速度が1℃/秒以上となれば良い。   In cooling from 900 ° C. to 800 ° C., the above temperature range may be cooled at a constant rate, or the cooling rate may be changed in the middle. In short, the temperature range from 900 ° C. to 800 ° C. It is sufficient that the average cooling rate is 1 ° C./second or more.

上記のようにして冷却した後、焼入れ焼戻し処理を行う。焼入れ焼戻し条件は、機械構造部品を製造するときに通常採用される条件を選択することができる。例えば、焼入れの後、150〜400℃程度で、20分〜1時間程度保持して焼戻しを行うことが好ましい。   After cooling as described above, a quenching and tempering treatment is performed. Quenching and tempering conditions can be selected from conditions normally employed when manufacturing machine structural parts. For example, after quenching, it is preferable to perform tempering by holding at about 150 to 400 ° C. for about 20 minutes to 1 hour.

上記のように焼入れ焼戻しを行なった後、表面を研磨するなどして仕上げ加工を行なう。これにより、最終部品の表面粗さRaを0.16μm以下とすることができる。また、上記の仕上げ加工処理によって、酸素が侵入し易い最表面領域が除去されるため、表面固溶Al量を確実に確保することができる。研磨方法は特に限定されず、例えば、砥石や砥粒などによる研磨などが挙げられる。また、表面粗さRaの制御方法は上記の研磨処理に限定されず、例えば、電解研磨などの仕上げ加工処理を採用しても良い。   After quenching and tempering as described above, finishing is performed by polishing the surface. Thereby, the surface roughness Ra of the final part can be made 0.16 μm or less. Moreover, since the outermost surface region into which oxygen easily penetrates is removed by the above-described finishing process, the amount of surface solid solution Al can be reliably ensured. The polishing method is not particularly limited, and examples thereof include polishing with a grindstone or abrasive grains. Further, the method of controlling the surface roughness Ra is not limited to the above polishing process, and for example, a finishing process such as electrolytic polishing may be employed.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例によって制限されず、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, and may be implemented with appropriate modifications within a range that can meet the purpose described above and below. All of these are possible within the scope of the present invention.

実施例1
下記表1に示す化学成分組成の鋼(残部:鉄、およびP、S、O以外の不可避的不純物)150kgを真空誘導炉で溶解し、上面:φ245mm×下面:φ210mm×長さ:480mmのインゴットに鋳造し、鍛造(ソーキング:1250℃×3時間程度、鍛造加熱:1100℃×1時間程度)および切断し、一辺150mm×長さ680mmの四角材形状を経由して、鍛造材(φ80mm、長さ350mmの丸棒材)に加工した。
Example 1
150 kg of steel having the chemical composition shown in Table 1 below (the balance: iron and inevitable impurities other than P, S, and O) is melted in a vacuum induction furnace, and the upper surface: φ245 mm × lower surface: φ210 mm × length: 480 mm ingot , Forging (soaking: about 1250 ° C. × about 3 hours, forging heating: about 1100 ° C. × about 1 hour) and cutting, and forging (φ80 mm, long) via a square shape of 150 mm on each side × length of 680 mm 350 mm round bar).

このようにして得られた鍛造材について、所定の温度に加熱した後、冷却した。表2に、加熱温度(℃)、900〜1050℃の温度域での保持時間(秒)、保持後900℃から700℃までの平均冷却速度(℃/秒)を夫々併記する。   The forged material thus obtained was heated to a predetermined temperature and then cooled. Table 2 shows the heating temperature (° C.), the holding time (second) in the temperature range of 900 to 1050 ° C., and the average cooling rate (° C./second) from 900 ° C. to 700 ° C. after holding.

次に、冷却後の丸棒材を、図1に示す試験片の形状に切削加工した後、浸炭処理または浸炭窒化処理を施し、肌焼鋼部品を製造した。   Next, the cooled round bar was cut into the shape of the test piece shown in FIG. 1, and then carburized or carbonitrided to give a case-hardened steel part.

(ガス浸炭)
切削加工して得られたNo.1〜7、9、12〜15の試験片を920℃に昇温し、この温度で5時間保持して、カーボンポテンシャル(CP)0.85にて、プロパンガスを変性させたCOを含む混合ガス(プロパン変性ガス)の還元性雰囲気下でガス浸炭を行なった。その後、850℃で30分間保持してから70℃の油浴に入れて焼入れ、190℃で30分間焼戻した後、表面を砥石で研磨して仕上げ加工を行った。ガス浸炭した後、900℃から800℃までの平均冷却速度を上記表2に示す。また、本実施例では、表面粗さRaの摩擦係数に対する影響を調べるため、砥石の粗さを変化するなどして表面粗さRaを変化させた。
(Gas carburizing)
No. obtained by cutting. Test specimens 1-7, 9, 12-15 were heated to 920 ° C., held at this temperature for 5 hours, and mixed with carbon potential (CP) 0.85 and CO modified with propane gas Gas carburization was performed in a reducing atmosphere of gas (propane-modified gas). Then, after hold | maintaining at 850 degreeC for 30 minutes, it put into the oil bath of 70 degreeC, quenched, and after tempering at 190 degreeC for 30 minutes, the surface was grind | polished with the grindstone and the finishing process was performed. After gas carburizing, the average cooling rate from 900 ° C. to 800 ° C. is shown in Table 2 above. In this example, in order to investigate the influence of the surface roughness Ra on the friction coefficient, the surface roughness Ra was changed by changing the roughness of the grindstone.

(真空浸炭)
切削加工して得られたNo.11の試験片を930℃に昇温し、この温度で4時間保持して、カーボンポテンシャル(CP)0.85、圧力0.005MPa以下にて、プロパンガスの還元性雰囲気下でガス浸炭を行なった。その後、850℃で30分間保持してから70℃の油浴に入れて焼入れ、190℃で30分間焼戻した後、表面を砥石で研磨して仕上げ加工を行った。真空浸炭した後、900℃から800℃までの平均冷却速度を上記表2に示す。
(Vacuum carburizing)
No. obtained by cutting. The test piece No. 11 was heated to 930 ° C., held at this temperature for 4 hours, and gas carburized in a reducing atmosphere of propane gas at a carbon potential (CP) of 0.85 and a pressure of 0.005 MPa or less. It was. Then, after hold | maintaining at 850 degreeC for 30 minutes, it put into the oil bath of 70 degreeC, quenched, and after tempering at 190 degreeC for 30 minutes, the surface was grind | polished with the grindstone and the finishing process was performed. Table 2 shows the average cooling rate from 900 ° C. to 800 ° C. after vacuum carburization.

(高濃度浸炭)
切削加工して得られたNo.10の試験片を1000℃に昇温し、この温度で5時間保持して、カーボンポテンシャル(CP)1.5にて、プロパンガスの還元性雰囲気下で高濃度浸炭(高炭素浸炭)を行なった。その後、850℃で30分間保持してから70℃の油浴に入れて焼入れ、190℃で30分間焼戻した後、表面を砥石で研磨して仕上げ加工を行った。高濃度浸炭した後、900℃から800℃までの平均冷却速度を上記表2に示す。
(High concentration carburization)
No. obtained by cutting. Ten test pieces were heated to 1000 ° C., held at this temperature for 5 hours, and subjected to high-concentration carburization (high carbon carburization) at a carbon potential (CP) of 1.5 under a reducing atmosphere of propane gas. It was. Then, after hold | maintaining at 850 degreeC for 30 minutes, it put into the oil bath of 70 degreeC, quenched, and after tempering at 190 degreeC for 30 minutes, the surface was grind | polished with the grindstone and the finishing process was performed. Table 2 shows the average cooling rate from 900 ° C. to 800 ° C. after high concentration carburization.

(浸炭窒化)
切削加工して得られたNo.8の試験片を960℃に昇温し、この温度で5間保持して、カーボンポテンシャル(CP)0.5にて、プロパン変成ガスとアンモニアの混合ガスの還元性雰囲気下にて浸炭窒化を行なった。
一方、表面硬化処理時の温度の影響を調べるため、No.19の試験片を、960℃に昇温し、この温度で10間保持して、上記No.8と同様の浸炭窒化を行なった。
その後、上記No.8および19の試験片について、いずれも850℃で30分間保持してから70℃の油浴に入れて焼入れ、190℃で30分間焼戻した後、表面を砥石で研磨して仕上げ加工を行った。浸炭窒化した後、900℃から800℃までの平均冷却速度を上記表2に示す。
(Carbonitriding)
No. obtained by cutting. The test piece 8 was heated to 960 ° C., held at this temperature for 5 hours, and carbonitriding was performed in a reducing atmosphere of a mixed gas of propane shift gas and ammonia at a carbon potential (CP) of 0.5. I did it.
On the other hand, no. No. 19 test piece was heated to 960 ° C. and held at this temperature for 10 minutes. Carbonitriding similar to that of No. 8 was performed.
Then, the above No. The test pieces 8 and 19 were both held at 850 ° C. for 30 minutes, then placed in a 70 ° C. oil bath, quenched, and tempered at 190 ° C. for 30 minutes, and then the surface was polished with a grindstone and finished. . After carbonitriding, the average cooling rate from 900 ° C. to 800 ° C. is shown in Table 2 above.

(表面固溶Al量の測定)
このようにして得られた肌焼鋼部品の表面に存在する固溶Al量を測定するため、表面から100μm深さまでの間を旋盤で切削除去し、その切粉を採取して固溶Al量を算出した。詳細には、上記切粉中のトータルAl量およびAl化合物量(Al23)を以下の方法で測定し、下式に基づいて表面固溶Al量を算出した。これらの結果を表1に併記する。
(Measurement of surface solid solution Al content)
In order to measure the amount of solid solution Al present on the surface of the case-hardened steel part obtained in this way, a portion between the surface and a depth of 100 μm is cut off with a lathe, and the chips are collected to obtain the amount of solid solution Al. Was calculated. Specifically, the total amount of Al and the amount of Al compound (Al 2 O 3 ) in the chips were measured by the following method, and the amount of surface solid solution Al was calculated based on the following formula. These results are also shown in Table 1.

トータルAl量:ICP発光分光分析法
Al化合物量:ハロゲン・メタノール抽出(臭素メタノール10%溶液使用,フィルターサイズ:0.1μm)→ICP発光分光分析法
固溶Al量=(トータルAl量)−(Al化合物量)
Total Al amount: ICP emission spectroscopic analysis method Al compound amount: Halogen / methanol extraction (using 10% bromine methanol solution, filter size: 0.1 μm) → ICP emission spectroscopic analysis method Solid solution Al amount = (total Al amount)-( Al compound amount)

(表面粗さRaの測定)
上記のようにして得られた肌焼鋼部品の表面粗さRaを、前述した方法に基づいて測定した。これらの結果を表1に併記する。
(Measurement of surface roughness Ra)
The surface roughness Ra of the case-hardened steel part obtained as described above was measured based on the method described above. These results are also shown in Table 1.

(摩擦係数の測定)
上記のようにして得られた肌焼鋼部品を用い、トラクション試験機を用いて図1に示す摩擦測定試験を行った。詳細には、図2に示す形状に加工した試験ローラーと、図3に示す相手ローラーを用い、市販のトランスミッションオイル(カトロール製のMTF−S)を110℃に加熱して潤滑しながら、試験ローラーの回転速度764rpm(周速1.0m/s)、相手ローラーの回転速度764rpm(周速2.0m/s)、面圧2.0GPaにて30分間摺動させた時点での摩擦係数を測定した。これらの結果を表2に併記する。
(Measurement of friction coefficient)
Using the case-hardened steel part obtained as described above, the friction measurement test shown in FIG. 1 was performed using a traction tester. Specifically, using the test roller processed into the shape shown in FIG. 2 and the mating roller shown in FIG. 3, the commercial roller oil (MTF-S made by Catrol) was heated to 110 ° C. and lubricated, and the test roller The friction coefficient at the time of sliding for 30 minutes at a rotational speed of 764 rpm (circumferential speed of 1.0 m / s), a counter roller rotational speed of 764 rpm (circumferential speed of 2.0 m / s), and a surface pressure of 2.0 GPa was measured. did. These results are also shown in Table 2.

No.1〜15は、本発明で規定する要件を満足する例であり、表面硬化処理の種類にかかわらず、摩擦係数が低く抑えられている。   No. 1 to 15 are examples that satisfy the requirements defined in the present invention, and the friction coefficient is kept low regardless of the type of surface hardening treatment.

これに対し、本発明で規定する要件のいずれかを満足しない下記例は、上記の本発明例に比べて摩擦係数が高くなった。   On the other hand, the following examples that do not satisfy any of the requirements defined in the present invention have higher friction coefficients than the above-described examples of the present invention.

No.16は鋼中のAl量(トータルAl量)が少ない例であり、式(1)の値(0.0001%以上)を下回って、所定の表面固溶Al量が確保できないため、摩擦係数が高くなった。   No. No. 16 is an example in which the amount of Al in steel (total Al amount) is small, and below the value of Formula (1) (0.0001% or more), and a predetermined surface solid solution Al amount cannot be ensured. It became high.

No.17は、鋼中成分、式(1)および式(2)は本発明の要件を満足するが、表面粗さRaが大きい例であり、摩擦係数が高くなった。   No. No. 17 is a component in steel, and the formulas (1) and (2) satisfy the requirements of the present invention, but the surface roughness Ra is large, and the friction coefficient is high.

No.18は、浸炭後の冷却速度が遅いために表面固溶Al量が少ない例であり、摩擦係数が高くなった。   No. No. 18 is an example in which the amount of surface solid solution Al is small because the cooling rate after carburizing is slow, and the friction coefficient is high.

No.19は、浸炭窒化時間が長すぎるために表面固溶Al量が少ない例であり、摩擦係数が高くなった。   No. No. 19 is an example in which the amount of surface solid solution Al is small because the carbonitriding time is too long, and the friction coefficient is high.

Claims (5)

浸炭層または浸炭窒化層を表面に有する肌焼鋼部品であって、
鋼中成分は、
C :0.1〜0.5%(質量%、以下同じ)、
Si:0.03〜2%、
Mn:0.2〜1.8%、
Cr:3%以下(0%を含まない)、
P :0.03%以下(0%を含まない)、
S :0.2%以下(0%を含まない)、
Al:0.16〜0.5%、
B :0.0005〜0.008%、
N :0.002〜0.015%、
O :0.002%以下を含有し、
残部:鉄および不可避不純物であって、
下式(1)および(2)を満足すると共に、
[N]−1.3×[B]≧0.0010% ・・・ (1)
式中、[ ]は各元素の含有量(%)である。
部品の最表面から深さ100μm位置までの領域における固溶Al≧0.15% ・・・ (2)
表面粗さRaが0.16μm以下であることを特徴とする摺動特性に優れた肌焼鋼部品。
A case-hardened steel part having a carburized layer or a carbonitrided layer on its surface,
Components in steel are
C: 0.1 to 0.5% (mass%, the same shall apply hereinafter)
Si: 0.03 to 2%,
Mn: 0.2-1.8%
Cr: 3% or less (excluding 0%),
P: 0.03% or less (excluding 0%),
S: 0.2% or less (excluding 0%),
Al: 0.16 to 0.5%,
B: 0.0005 to 0.008%,
N: 0.002 to 0.015%,
O: 0.002% or less,
The rest: iron and inevitable impurities
While satisfying the following formulas (1) and (2),
[N] -1.3 × [B] ≧ 0.0010% (1)
In the formula, [] is the content (%) of each element.
Solid solution Al ≧ 0.15% in the region from the outermost surface of the component to the depth of 100 μm (2)
A case-hardened steel part having excellent sliding characteristics, characterized in that the surface roughness Ra is 0.16 μm or less.
更に、Mo:1%以下を含有する請求項1に記載の肌焼鋼部品。   Furthermore, Mo is hardened steel part of Claim 1 containing 1% or less. 更に、Cu:1%以下、および/またはNi:2.5%以下を含有する請求項1または2に記載の肌焼鋼部品。   Furthermore, the case hardening steel part of Claim 1 or 2 containing Cu: 1% or less and / or Ni: 2.5% or less. 更に、Nb、Ti、およびVよりなる群から選択される少なくとも一種の元素をそれぞれ1%以下含有する請求項1〜3のいずれかに記載の肌焼鋼部品。   The case-hardened steel part according to any one of claims 1 to 3, further containing 1% or less of at least one element selected from the group consisting of Nb, Ti, and V. 更に、Ca、Zr、Sb、PbおよびBiよりなる群から選択される少なくとも一種の元素をそれぞれ0.1%以下含有する請求項1〜4のいずれかに記載の肌焼鋼部品。   The case-hardened steel part according to any one of claims 1 to 4, further comprising at least 0.1% of at least one element selected from the group consisting of Ca, Zr, Sb, Pb and Bi.
JP2010127250A 2010-06-02 2010-06-02 Case-hardened steel parts with excellent sliding characteristics Expired - Fee Related JP5503417B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010127250A JP5503417B2 (en) 2010-06-02 2010-06-02 Case-hardened steel parts with excellent sliding characteristics

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010127250A JP5503417B2 (en) 2010-06-02 2010-06-02 Case-hardened steel parts with excellent sliding characteristics

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011252206A JP2011252206A (en) 2011-12-15
JP5503417B2 true JP5503417B2 (en) 2014-05-28

Family

ID=45416351

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010127250A Expired - Fee Related JP5503417B2 (en) 2010-06-02 2010-06-02 Case-hardened steel parts with excellent sliding characteristics

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5503417B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6109730B2 (en) * 2013-12-27 2017-04-05 株式会社神戸製鋼所 Steel material excellent in bending fatigue characteristics after carburizing, manufacturing method thereof and carburized parts
JP2016120704A (en) * 2014-12-25 2016-07-07 トヨタ自動車株式会社 Slide member and method for producing the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2011252206A (en) 2011-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6737387B2 (en) Soft nitriding steel and parts
JP5099276B1 (en) Gas carburized steel parts having excellent surface fatigue strength, steel for gas carburizing, and method for producing gas carburized steel parts
JP5182067B2 (en) Steel for vacuum carburizing or carbonitriding
TWI464281B (en) Nitriding and nitriding parts
US10570496B2 (en) Nitrided or soft nitrided part with excellent wear resistance and pitting resistance, and nitriding and soft nitriding method
JPWO2009054530A1 (en) Carbonitriding induction-hardened steel parts with excellent surface pressure fatigue strength at high temperatures and methods for producing the same
JP5477111B2 (en) Nitriding induction hardening steel and nitriding induction hardening parts
JP4464862B2 (en) Case-hardening steel with excellent grain coarsening resistance and cold workability that can be omitted for soft annealing.
JP5260460B2 (en) Case-hardened steel parts and manufacturing method thereof
JP6520347B2 (en) Forming material of induction hardened parts, induction hardened parts, and manufacturing method thereof
JP6098769B2 (en) Soft nitriding steel and parts and methods for producing them
JP5206271B2 (en) Carbonitriding parts made of steel
JP2019218582A (en) Mechanical component
JP5541048B2 (en) Carbonitrided steel parts with excellent pitting resistance
JP5370073B2 (en) Alloy steel for machine structural use
JP6078008B2 (en) Case-hardening steel and method for manufacturing machine structural parts
JP4464861B2 (en) Case hardening steel with excellent grain coarsening resistance and cold workability
JP5503417B2 (en) Case-hardened steel parts with excellent sliding characteristics
JP6447064B2 (en) Steel parts
JP6078007B2 (en) Case-hardening steel and method for manufacturing machine structural parts
JP2010070831A (en) Carbonitrided component made of steel
JP4821582B2 (en) Steel for vacuum carburized gear
JP6881496B2 (en) Parts and their manufacturing methods
JP6569650B2 (en) Case-hardened steel
JP6881497B2 (en) Parts and their manufacturing methods

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120828

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20131203

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131210

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140109

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140311

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140314

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5503417

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees