JP6265048B2 - Case-hardened steel - Google Patents

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Description

本発明は、肌焼鋼に関する。特に、冷間鍛造によって成形される自動車用駆動系部品など、浸炭部品の素材として用いるのに好適な冷間加工性に優れた肌焼鋼に関する。   The present invention relates to case-hardened steel. In particular, the present invention relates to a case hardening steel excellent in cold workability suitable for use as a material for carburized parts such as automobile drive system parts formed by cold forging.

自動車の駆動系部品などの浸炭部品は、主として熱間鍛造、浸炭焼入、切削工程により製造されている。浸炭焼入は、AC3点以上の高温のオーステナイト域でCを侵入・拡散させた後、焼入する処理である。従来は、浸炭部品の素材鋼(生地の鋼)として、低炭素の肌焼鋼が使用されていた。 Carburized parts such as automobile drive system parts are mainly manufactured by hot forging, carburizing and quenching, and cutting processes. Carburizing and quenching, after infested-diffusing C in the austenite region of temperatures higher than C3 points A, it is a process of hardening. Conventionally, low-carbon case-hardened steel has been used as material steel (material steel) for carburized parts.

近年、自動車では、低コスト化・軽量化・高トルク化が要求されており、駆動系部品などの浸炭部品において、高い焼入性が必要となっている。そのため、浸炭部品の素材となる肌焼鋼には、JIS G 4052(2003)に限定されたSNCM220Hなどのニッケルクロムモリブデン鋼やSCM420Hなどのクロムモリブデン鋼が使用されることが多い。   In recent years, automobiles are required to be low in cost, light in weight, and high in torque, and carburized parts such as drive train parts are required to have high hardenability. For this reason, nickel-hardened molybdenum steel such as SNCM220H limited to JIS G 4052 (2003) and chromium-molybdenum steel such as SCM420H are often used for case-hardened steel that is a material for carburized parts.

NiおよびMoはいずれも、浸炭層の深さおよび芯部の硬さを大きくする有用な元素である。しかも、NiおよびMoはともに非酸化性の元素であるため、ガス浸炭の際に表面に生成する粒界酸化層の深さを増大させることなく浸炭層の焼入性を向上させる効果も有している。しかし、NiおよびMoは高価な合金元素であり、含有量を極力抑えて成分コストを低くすることが求められている。   Both Ni and Mo are useful elements that increase the depth of the carburized layer and the hardness of the core. Moreover, since both Ni and Mo are non-oxidizing elements, they have the effect of improving the hardenability of the carburized layer without increasing the depth of the grain boundary oxide layer formed on the surface during gas carburizing. ing. However, Ni and Mo are expensive alloy elements, and it is required to reduce the component cost by suppressing the content as much as possible.

このような要望に応えるべく、特許文献1には、Si、Mn、CrおよびSの含有量が、下記の(1)式および(2)式で表されるfn1およびfn2の値でそれぞれ、30≦fn1≦150および0.7≦fn2≦1.1を満たす(fn1=Mn/S・・・(1)、fn2=Cr/(Si+2Mn)・・・(2)、但し、(1)式および(2)式中の元素記号は、その元素の質量%での含有量を表す。)肌焼鋼が提案されている。特許文献1にて提案された肌焼鋼は、熱間鍛造による浸炭部品の製造には好適である。   In order to meet such a demand, Patent Document 1 discloses that the contents of Si, Mn, Cr, and S are 30 in terms of fn1 and fn2 represented by the following formulas (1) and (2), respectively. ≦ fn1 ≦ 150 and 0.7 ≦ fn2 ≦ 1.1 are satisfied (fn1 = Mn / S (1), fn2 = Cr / (Si + 2Mn) (2), provided that the formula (1) and (2) The element symbol in the formula represents the content in mass% of the element.) Case-hardened steel has been proposed. The case-hardened steel proposed in Patent Document 1 is suitable for the production of carburized parts by hot forging.

ところで、浸炭部品の生産性を向上させるには、熱間鍛造と比較して、生産性が高く、寸法精度が良く、鋼材の歩留が良好な、冷間鍛造を採用することが望ましい。しかし、冷間鍛造では、鋼材に加工硬化が生じ、延性が低下することが問題となる。特に、熱間圧延により伸延したMnSは、異方性を生じさせ、特定の方向の延性が極端に低くなる。
このような問題に対して、Mn硫化物の球状を維持するために、Mn硫化物にCaを固溶し、TeによってCaがMn硫化物に固溶するのを促進し、Ca、Te、SおよびOの含有量とバランスを適正にした冷間鍛造用快削鋼が提案されている(例えば、特許文献2、参照)。
By the way, in order to improve the productivity of carburized parts, it is desirable to employ cold forging, which has higher productivity, better dimensional accuracy, and better steel yield than hot forging. However, in cold forging, there is a problem that work hardening occurs in the steel material and ductility is lowered. In particular, MnS elongated by hot rolling causes anisotropy and the ductility in a specific direction becomes extremely low.
In order to maintain the spherical shape of Mn sulfide against such a problem, Ca is dissolved in Mn sulfide, and the dissolution of Ca into Mn sulfide by Te is promoted, and Ca, Te, S Further, free-cutting steel for cold forging in which the content and balance of O and O are made appropriate has been proposed (see, for example, Patent Document 2).

特開2009−249685号公報JP 2009-249865 A 特開2012−117098号公報JP 2012-1117098 A

特許文献1によって提案された肌焼鋼は、熱間鍛造による部品の製造を前提としており、圧延方向に伸延したMnSによる延性の異方性に対する配慮がなされていない。このため、冷間鍛造性を満足させることができない場合がある。
一方、特許文献2によって提案された冷間鍛造用鋼では、Cr含有量を高めた場合のTeの効果について検討されておらず、必ずしも、浸炭焼入性と冷間鍛造性とを両立させることができない場合がある。
The case-hardened steel proposed by Patent Document 1 is premised on the production of parts by hot forging, and no consideration is given to the anisotropy of ductility due to MnS extended in the rolling direction. For this reason, the cold forgeability may not be satisfied.
On the other hand, in the steel for cold forging proposed by patent document 2, the effect of Te at the time of increasing Cr content is not examined, and it is not necessarily to make carburizing hardenability and cold forgeability compatible. May not be possible.

肌焼鋼の冷間鍛造性には異方性があり、冷間鍛造時に、圧延方向に延伸したMnSが、圧延方向と直交する方向から引張応力を受けると割れが生じ易い。また、NiおよびMoを極力含有させることなく、焼入性を確保するためには、Cr含有量を高めることが有効である。しかし、Cr含有量を高めると、浸炭焼入により、浸炭異常層である粒界酸化層および不完全焼入層が生じることがある。浸炭異常層は、曲げ疲労強度およびピッチング強度に悪影響を及ぼす。   The cold forgeability of case-hardened steel has anisotropy, and during cold forging, if MnS stretched in the rolling direction is subjected to a tensile stress from a direction perpendicular to the rolling direction, cracking is likely to occur. In order to ensure hardenability without containing Ni and Mo as much as possible, it is effective to increase the Cr content. However, when the Cr content is increased, carburizing and quenching may cause a grain boundary oxidation layer and an incomplete quenching layer that are carburizing abnormal layers. The carburized abnormal layer adversely affects bending fatigue strength and pitting strength.

本発明は、高価な元素であるNiおよびMoを極力含有せず、Cr含有量を高めた成分組成を有し、冷間鍛造性の異方性が小さく、浸炭焼入による浸炭異常層の深さが浅い、冷間鍛造性と焼入性に優れる肌焼鋼の提供を課題とするものである。   The present invention does not contain expensive elements Ni and Mo as much as possible, has a component composition in which the Cr content is increased, has a low anisotropy in cold forgeability, and has a depth of carburizing abnormal layers due to carburizing and quenching. The object of the present invention is to provide a case-hardened steel that is shallow and has excellent cold forgeability and hardenability.

本発明者らは、焼入性、MnSの形状、浸炭異常層に影響を及ぼすMn、S、Te、Cr、Siの含有量について検討を行い、下記(a)〜(c)の知見を得た。   The present inventors have studied the contents of Mn, S, Te, Cr, and Si that affect the hardenability, the shape of MnS, and the carburized abnormal layer, and obtained the following knowledge (a) to (c). It was.

(a)優れた冷間鍛造性を得るためには、粗大なMnSを極力少なくすることが有効である。粗大なMnSの生成を抑制するには、MnとSの個々の含有量の制御だけでなく、MnとSの含有量バランスを適正化することが必要である。具体的には、式中の元素記号を、その元素の質量%での含有量として、[fn1=Mn/S]の式で表されるfn1の値を30以上150以下に制御する。このことによって、粗大なMnSの生成を抑制できる。したがって、優れた冷間鍛造性を得るためには、MnおよびSの個々の含有量を制御するとともに、それらが前記の関係式を満たすようにする必要がある。 (A) In order to obtain excellent cold forgeability, it is effective to reduce coarse MnS as much as possible. In order to suppress the formation of coarse MnS, it is necessary not only to control the individual contents of Mn and S but also to optimize the balance of the contents of Mn and S. Specifically, the value of fn1 represented by the formula [fn1 = Mn / S] is controlled to 30 or more and 150 or less, with the element symbol in the formula as the content in mass% of the element. This can suppress the formation of coarse MnS. Therefore, in order to obtain excellent cold forgeability, it is necessary to control the individual contents of Mn and S and to satisfy the above relational expression.

(b)MnSの形状を極力球形に近づけるためには、Teの添加が有効である。更に、本発明者らは、MnSの形状制御のためにはCrとTeの含有量バランスを適正化することが必要であることを初めて明らかにした。具体的には、式中の元素記号を、その元素の質量%での含有量として、[fn2=Cr×Te]の式で表されるfn2の値を0.010以下に制御する。このことによって、製造時におけるMnSの形状の球状化を促進できる。したがって、冷間鍛造性の異方性を小さくし、優れた冷間鍛造性を得るためには、CrおよびTeの個々の含有量を制御するとともに、それらが前記の関係式を満たすようにする必要がある。 (B) In order to make the shape of MnS as close to a sphere as possible, the addition of Te is effective. Furthermore, the present inventors have clarified for the first time that it is necessary to optimize the content balance of Cr and Te in order to control the shape of MnS. Specifically, the value of fn2 represented by the formula [fn2 = Cr × Te] is controlled to 0.010 or less with the element symbol in the formula as the content in mass% of the element. By this, the spheroidization of the shape of MnS at the time of manufacture can be promoted. Therefore, in order to reduce the anisotropy of cold forgeability and obtain an excellent cold forgeability, the individual contents of Cr and Te are controlled, and they should satisfy the above relational expression. There is a need.

(c)浸炭異常層である粒界酸化層および不完全焼入層の深さは、酸化性の元素、なかでも、Cr、SiおよびMnの含有量バランスを適正化することによって小さくできる。具体的には、式中の元素記号を、その元素の質量%での含有量として、[fn3=Cr/(Si+2Mn)]の式で表されるfn3の値を0.70以上1.10以下にする。このことによって、Cr含有量を高めても、浸炭焼入による浸炭異常層の深さを小さくすることが可能となり、優れた焼入性を確保できる。 (C) The depth of the grain boundary oxide layer and the incompletely quenched layer, which are carburized abnormal layers, can be reduced by optimizing the content balance of oxidizing elements, particularly Cr, Si and Mn. Specifically, the value of fn3 represented by the formula [fn3 = Cr / (Si + 2Mn)] is 0.70 or more and 1.10 or less, where the element symbol in the formula is the content in mass% of the element. To. As a result, even if the Cr content is increased, the depth of the carburized abnormal layer due to carburizing and quenching can be reduced, and excellent hardenability can be ensured.

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、以下のとおりである。   The present invention has been completed based on the above findings, and the gist thereof is as follows.

[1] 質量%で、
C:0.10〜0.30%、
Si:0.02〜1.00%、
Mn:0.30〜1.00%、
S:0.002〜0.015%、
Cr:1.50〜3.00%、
Al:0.010〜0.050%、
N:0.0040〜0.0250%、
Te:0.0003〜0.0050%
を含有し、
P:0.020%以下、
Ti:0.005%未満、
O:0.0015%以下
に制限し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、
Si、Mn、Cr、SおよびTeの含有量が、下記の(1)式、(2)式および(3)式で表されるfn1、fn2およびfn3の値でそれぞれ30≦fn1≦150、fn2≦0.010および0.70≦fn3≦1.10を満たすことを特徴とする肌焼鋼。
fn1:Mn/S・・・(1)
fn2:Cr×Te・・・(2)
fn3:Cr/(Si+2Mn)・・・(3)
但し、(1)式、(2)式および(3)式中の元素記号は、その元素の質量%での含有量を表す。
[2] 更に、質量%で、
Mo:0.10%以下、
Cu:0.20%以下、
Ni: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]に記載の肌焼鋼。
[3] 更に、質量%で、
V:0.20%以下、
Nb:0.050%以下
の一方又は両方を含有することを特徴とする上記[1]又は[2]に記載の肌焼鋼。
[4] 更に、質量%で、
Ca:0.0050%以下、
Zr:0.010%以下
の一方又は両方を含有することを特徴とする上記[1]〜[3]の何れか1項に記載の肌焼鋼。
[1] By mass%
C: 0.10 to 0.30%,
Si: 0.02 to 1.00%,
Mn: 0.30 to 1.00%
S: 0.002 to 0.015%,
Cr: 1.50 to 3.00%,
Al: 0.010 to 0.050%,
N: 0.0040 to 0.0250%,
Te: 0.0003 to 0.0050%
Containing
P: 0.020% or less,
Ti: less than 0.005%,
O: limited to 0.0015% or less, the balance is made of Fe and inevitable impurities,
The contents of Si, Mn, Cr, S and Te are 30 ≦ fn1 ≦ 150 and fn2 in the values of fn1, fn2 and fn3 represented by the following formulas (1), (2) and (3), respectively. Case-hardened steel satisfying ≦ 0.010 and 0.70 ≦ fn3 ≦ 1.10.
fn1: Mn / S (1)
fn2: Cr × Te (2)
fn3: Cr / (Si + 2Mn) (3)
However, the element symbol in the formulas (1), (2) and (3) represents the content in mass% of the element.
[2] Furthermore, in mass%,
Mo: 0.10% or less,
Cu: 0.20% or less,
Ni: Case-hardened steel according to [1] above, containing one or more of 0.20% or less.
[3] Furthermore, in mass%,
V: 0.20% or less,
Nb: The case-hardened steel according to [1] or [2] above, containing one or both of 0.050% or less.
[4] Furthermore, in mass%,
Ca: 0.0050% or less,
One or both of Zr: 0.010% or less are contained, The case hardening steel of any one of said [1]-[3] characterized by the above-mentioned.

本発明によれば、冷間鍛造性と焼入性に優れる肌焼鋼を提供できる。特に、本発明によれば、冷間鍛造性に異方性がなく、また、NiおよびMoを極力含有させることなく、浸炭焼入による浸炭異常層の生成が抑制される肌焼鋼の提供が可能になる。したがって、本発明は、産業上の貢献が極めて顕著である。   According to the present invention, case hardening steel excellent in cold forgeability and hardenability can be provided. In particular, according to the present invention, there is provided a case-hardened steel which has no anisotropy in cold forgeability and suppresses the formation of a carburized abnormal layer by carburizing and quenching without containing Ni and Mo as much as possible. It becomes possible. Therefore, the industrial contribution of the present invention is extremely remarkable.

環状切欠き試験片を作成するために、棒鋼から切り出した素材の切り出し方向を説明する図である。It is a figure explaining the cutting-out direction of the raw material cut out from the steel bar in order to create an annular notch test piece. R3環状切欠き引張試験片を示す図である。It is a figure which shows a R3 annular notch tensile test piece. R20環状切欠き引張試験片を示す図である。It is a figure which shows a R20 annular notch tensile test piece. R3環状切欠き引張試験片およびR20環状切欠き引張試験片の荷重−変位曲線と、延性き裂発生点を説明する図である。It is a figure explaining the load-displacement curve and ductile crack generation | occurrence | production point of a R3 annular notch tensile test piece and a R20 annular notch tensile test piece. CrおよびTeの添加量とε−εとの関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the addition amount of Cr and Te, and (epsilon) L- ( epsilon ) C. 浸炭焼入、焼戻しのヒートパターンを示す図である。It is a figure which shows the heat pattern of carburizing quenching and tempering. [Cr/(Si+2Mn)]の値と粒界酸化層深さとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the value of [Cr / (Si + 2Mn)] and the grain boundary oxide layer depth. [Cr/(Si+2Mn)]の値と不完全焼入層深さとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the value of [Cr / (Si + 2Mn)], and an incomplete quenching layer depth.

本発明者らは、特に、焼入性、MnSの形状、浸炭異常層に影響を及ぼすMn、S、Te、Cr、Siの含有量について検討を行った。具体的には、種々の成分組成の鋼材を溶解し、溶製後、鋼片とし、熱間圧延によって、図1に示すように、直径55mmの丸棒とした。得られた種々の成分組成の丸棒を用いて、冷間鍛造性、浸炭焼入後の粒界酸化層深さおよび不完全焼入層深さの調査を行った。   The inventors of the present invention particularly examined the hardenability, the shape of MnS, and the contents of Mn, S, Te, Cr, and Si that affect the carburized abnormal layer. Specifically, steel materials having various component compositions were melted, made into steel pieces after melting, and formed into round bars having a diameter of 55 mm by hot rolling as shown in FIG. Using the obtained round bars of various component compositions, the cold forgeability, the grain boundary oxide layer depth after carburizing and quenching, and the incomplete quenching layer depth were investigated.

<1>冷間鍛造性の調査:
圧縮試験により割れが発生する相当塑性ひずみと、環状切欠き引張試験により割れが発生する相当塑性ひずみには相関がある。このことから、環状切欠き引張試験により、冷間鍛造時の割れにくさの評価を実施した。
図1は、環状切欠き試験片を作成するために、棒鋼(丸棒)から切り出した素材の切り出し方向を説明する図である。種々の成分組成の棒鋼から、図1に示すように、圧延方向に対して平行の素材(平行素材)と、圧延方向に対して垂直の素材(垂直素材)とを切り出した。棒鋼中のMnSからなる粒子は、図1に示すように、圧延方向に延伸している。
<1> Investigation of cold forgeability:
There is a correlation between the equivalent plastic strain at which a crack is generated by a compression test and the equivalent plastic strain at which a crack is generated by an annular notch tensile test. From this, the crack resistance during cold forging was evaluated by an annular notch tensile test.
FIG. 1 is a diagram for explaining a cutting direction of a material cut out from a steel bar (round bar) in order to create an annular notch test piece. As shown in FIG. 1, a material parallel to the rolling direction (parallel material) and a material perpendicular to the rolling direction (vertical material) were cut out from the steel bars having various component compositions. Particles made of MnS in the steel bar are stretched in the rolling direction as shown in FIG.

棒鋼から切り出した平行素材および垂直素材のそれぞれについて、球状化焼鈍を施した後、機械加工により、切欠き部の曲率半径が3mmである図2に示すR3環状切欠き引張試験片と、切欠き部の曲率半径が20mmである図3に示すR20環状切欠き引張試験片とを作製し、引張試験を行った。R3環状切欠き引張試験片は、応力集中が厳しい試験片である。R20環状切欠き引張試験片は、応力集中が緩い試験片である。   Each of the parallel material and the vertical material cut out from the steel bar is subjected to spheroidizing annealing, and then machined to make an R3 annular notch tensile test piece having a notch radius of curvature of 3 mm, as shown in FIG. An R20 annular notch tensile test piece shown in FIG. 3 having a radius of curvature of 20 mm was produced, and a tensile test was performed. The R3 annular notch tensile specimen is a specimen with severe stress concentration. The R20 annular notch tensile test piece is a test piece with a low stress concentration.

各素材において、各試験片に対する引張試験の結果から、それぞれ図4に示すように固有の荷重−変位曲線が得られ、それぞれの荷重−変位曲線の形状から、延性き裂発生点を求めた。
そして、それぞれ、環状切欠き引張試験片の形状と、引張試験結果(すなわち、荷重−変位曲線)をもとにして有限要素解析し、延性き裂発生点における、切欠き部の断面のき裂発生部に対応する要素の相当塑性ひずみを求めた。
In each material, a unique load-displacement curve was obtained as shown in FIG. 4 from the result of the tensile test for each test piece, and the ductile crack initiation point was determined from the shape of each load-displacement curve.
A finite element analysis is performed based on the shape of the annular notch tensile test piece and the tensile test result (that is, the load-displacement curve), and the crack in the cross section of the notch at the ductile crack initiation point is obtained. The equivalent plastic strain of the element corresponding to the generating part was obtained.

冷間鍛造性は、圧延方向に対して平行に切り出した素材から得た試験片の延性き裂発生点における相当塑性ひずみεにより評価した。R3環状切欠き引張試験片のεが0.75以上および/またはR20環状切欠き引張試験片のεが1.05以上である鋼は、冷間鍛造時に割れにくく、冷間鍛造性が良好である。 Cold forgeability was evaluated by the equivalent plastic strain ε L at the ductile crack initiation point of a test piece obtained from a material cut out in parallel to the rolling direction. Steels with an R3 annular notch tensile specimen ε L of 0.75 or more and / or an R20 annular notch tensile specimen ε L of 1.05 or more are less susceptible to cracking during cold forging and have a cold forgeability. It is good.

鋼の冷間鍛造性の異方性は、圧延方向に対して平行に切り出した素材から得た試験片の延性き裂発生点における相当塑性ひずみεと、圧延方向に対して垂直に切り出した素材から得た試験片の延性き裂発生点における相当塑性ひずみεとの差(ε−ε)で評価することができる。本発明では、環状切欠き引張試験片の曲率半径に関わらず、ε−εが0.3以下の鋼は、異方性が小さく、冷間鍛造性に優れると評価した。 The anisotropy of the cold forgeability of the steel was cut out perpendicular to the rolling direction and the equivalent plastic strain ε L at the ductile crack initiation point of the test piece obtained from the material cut out parallel to the rolling direction. It can be evaluated by the difference (ε L −ε C ) from the equivalent plastic strain ε C at the ductile crack initiation point of the test piece obtained from the material. In the present invention, the steel having ε LC of 0.3 or less was evaluated as having low anisotropy and excellent cold forgeability regardless of the radius of curvature of the annular notch tensile test piece.

鋼の冷間鍛造性と、成分組成との関係を検討した。その結果、冷間鍛造性の異方性(ε−ε)と、CrおよびTeの添加量とに相関が見られることがわかった。また、冷間鍛造性の異方性(ε−ε)は、CrおよびTeの添加量と、その積Cr×Teで整理できることがわかった。
図5は、種々の成分組成の試験片において、CrおよびTeの添加量とε−εとの関係を説明する図である。図5において、○はε−εが0.3以下である試験片を示し、×はε−εが0.3超の試験片を示す。また、図5に示す曲線は、Cr×Te=0.010で示されるものである。
図5に示したように、Cr:1.50〜3.0質量%、Te:0.0003〜0.0050質量%、Cr×Te≦0.010を満足する成分組成の範囲内で、ε−εが0.3以下となり、異方性が小さく、優れた冷間鍛造性が得られることがわかった。
The relationship between the cold forgeability of steel and the component composition was examined. As a result, it was found that there was a correlation between the anisotropy of cold forgeability (ε L −ε C ) and the added amounts of Cr and Te. It was also found that the cold forgeability anisotropy (ε L −ε C ) can be organized by the addition amount of Cr and Te and the product Cr × Te.
FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the added amounts of Cr and Te and ε LC in test pieces having various component compositions. In FIG. 5, ◯ represents a test piece having ε LC of 0.3 or less, and x represents a test piece having ε LC of more than 0.3. Further, the curve shown in FIG. 5 is represented by Cr × Te = 0.010.
As shown in FIG. 5, within the range of the component composition satisfying Cr: 1.50 to 3.0% by mass, Te: 0.0003 to 0.0050% by mass, and Cr × Te ≦ 0.010, ε L-epsilon C becomes 0.3 or less, the anisotropy is small, it was found that excellent cold forgeability can be obtained.

<2>粒界酸化層深さおよび不完全焼入層深さの調査:
圧延方向に対して平行に切り出した種々の成分組成の素材から得た図2に示すR3環状切欠き引張試験片に対して、図6に示すヒートパターンによる浸炭焼入−焼戻しを施した。なお、図6中のCpはカーボンポテンシャルを表す。また、図6において、120℃油焼入れは油温120℃の油中に焼入したことを表し、更にACは空冷したことを表す。油焼入れについては、均一に焼入処理されるように、攪拌している焼入油中に引張試験片を投入して行った。
次に、浸炭焼入−焼戻し処理したR3環状切欠き引張試験片を、直径6mmの切欠き部を横断するように切断した。その後、圧延方向と直交する方向の断面である切断面が被検面になるように、試験片を樹脂に埋め込み、機械研磨を行って被検面を鏡面仕上げした。
<2> Investigation of grain boundary oxide layer depth and incomplete quenching layer depth:
Carburization quenching-tempering by the heat pattern shown in FIG. 6 was performed on the R3 annular notch tensile test piece shown in FIG. 2 obtained from materials having various component compositions cut out in parallel with the rolling direction. In addition, Cp in FIG. 6 represents a carbon potential. In FIG. 6, 120 ° C. oil quenching indicates quenching in oil having an oil temperature of 120 ° C., and AC indicates air cooling. About oil quenching, the tensile test piece was thrown into the stirring oil which is stirring so that it might quench uniformly.
Next, the R3 annular notch tensile specimen subjected to carburizing and tempering was cut so as to cross the notch having a diameter of 6 mm. Thereafter, the test piece was embedded in a resin so that the cut surface, which is a cross section perpendicular to the rolling direction, was the test surface, and the test surface was mirror-finished by mechanical polishing.

機械研磨後の試験片の被検面を腐食せず、1000倍の倍率で光学顕微鏡によって試験片の表面部を任意に10視野観察した。そして、表面部において粒界に沿って観察される酸化層を粒界酸化層とし、それらの深さを算術平均して粒界酸化層深さを求めた。
また、機械研磨後の試験片の被検面を、ナイタールで0.2〜2秒腐食し、1000倍の倍率で光学顕微鏡によって試験片の表面部を任意に10視野観察した。そして、表面部において周囲より腐食の程度が顕著な部分を不完全焼入層とし、それらの深さを算術平均して不完全焼入層深さを求めた。
The surface of the test piece was arbitrarily observed in 10 fields with an optical microscope at a magnification of 1000 times without corroding the test surface of the test piece after mechanical polishing. And the oxide layer observed along a grain boundary in a surface part was made into the grain boundary oxide layer, and those depths were arithmetically averaged and the grain boundary oxide layer depth was calculated | required.
Further, the test surface of the test piece after mechanical polishing was corroded with nital for 0.2 to 2 seconds, and the surface portion of the test piece was arbitrarily observed in 10 fields with an optical microscope at a magnification of 1000 times. Then, in the surface portion, the portion where the degree of corrosion was more prominent than the surrounding was defined as an incompletely quenched layer, and the depth of the incompletely quenched layer was obtained by arithmetically averaging the depths.

図7に、種々の成分組成の試験片における[Cr/(Si+2Mn)]の式の値と粒界酸化層深さの関係を示す。図7において、○は粒界酸化層深さが10μm以下である試験片を示し、×は粒界酸化層深さが10μm超である試験片を示す。
図8に、種々の成分組成の試験片における[Cr/(Si+2Mn)]の式の値と不完全焼入層深さの関係を整理して示す。図8において、○は不完全焼入層深さが15μm以下である試験片を示し、×は不完全焼入層深さが15μm超である試験片を示す。
図7および図8に示すように、[Cr/(Si+2Mn)]が0.7〜1.1の範囲内で、粒界酸化層深さおよび不完全焼入層深さが浅くなり、浸炭異常層の生成を抑制できることがわかった。
FIG. 7 shows the relationship between the value of the formula [Cr / (Si + 2Mn)] and the grain boundary oxide layer depth in test pieces having various component compositions. In FIG. 7, ◯ indicates a test piece having a grain boundary oxide layer depth of 10 μm or less, and x indicates a test piece having a grain boundary oxide layer depth of more than 10 μm.
FIG. 8 shows the relationship between the value of the [Cr / (Si + 2Mn)] formula and the depth of the incompletely hardened layer in test pieces having various component compositions. In FIG. 8, ◯ indicates a test piece having an incomplete quenching layer depth of 15 μm or less, and x indicates a test piece having an incomplete quenching layer depth of more than 15 μm.
As shown in FIGS. 7 and 8, when [Cr / (Si + 2Mn)] is in the range of 0.7 to 1.1, the grain boundary oxide layer depth and the incomplete quenching layer depth become shallow, and carburization abnormality occurs. It was found that the formation of layers can be suppressed.

以下、本発明について詳しく説明する。なお、各元素の含有量の「%」は「質量%」を意味する。   The present invention will be described in detail below. In addition, “%” of the content of each element means “mass%”.

C:0.10〜0.30%
Cは、部品の強度確保のため必須の元素であり、0.10%以上の含有量が必要である。しかしながら、Cの含有量が多過ぎると硬さが大きくなって被削性の低下を招く。特に、Cの含有量が0.30%を超えると、硬さ上昇に伴う被削性の低下が著しくなる。したがって、Cの含有量を0.10〜0.30%とした。なお、より一層良好な被削性が要求される場合には、Cの含有量を0.15〜0.20%とすることが好ましい。
C: 0.10 to 0.30%
C is an essential element for securing the strength of the component, and a content of 0.10% or more is necessary. However, if the C content is too large, the hardness increases and machinability is reduced. In particular, when the content of C exceeds 0.30%, the machinability is significantly lowered with an increase in hardness. Therefore, the content of C is set to 0.10 to 0.30%. In addition, when much better machinability is required, the C content is preferably 0.15 to 0.20%.

Si:0.02〜1.00%
Siは、焼入性を向上させる作用および脱酸作用を有する。また、Siは焼戻し軟化抵抗を有し、高温状況下での鋼の軟化を防ぐ効果がある。これらの効果を得るには、0.02%以上のSiを含有する必要がある。一方、Siは酸化性の元素であるため、その含有量が多くなると、浸炭ガス中に含まれる微量のHO又はCOによってSiが選択酸化され、鋼表面にSi酸化物が生成される。このため、浸炭異常層である粒界酸化層および不完全焼入層の深さが大きくなる。そして、浸炭異常層の深さが大きくなると、曲げ疲労強度およびピッチング強度の低下を招く。また、Siの含有量が多くなると、焼戻し軟化抵抗の効果が飽和し、被削性も低下する。特に、Siの含有量が1.00%を超えると、浸炭異常層の深さ増大による曲げ疲労強度およびピッチング強度の低下が著しくなり、被削性の低下も著しくなる。したがって、Siの含有量を0.02〜1.00%とした。より一層良好な被削性が要求される場合には、Siの含有量を0.70%以下とすることが好ましい。Siを含有させることによる上記効果を得るには、Siの含有量を0.05%以上とすることが好ましい。
Si: 0.02 to 1.00%
Si has an action of improving hardenability and a deoxidizing action. Moreover, Si has a temper softening resistance and has an effect of preventing the softening of steel under high temperature conditions. In order to obtain these effects, it is necessary to contain 0.02% or more of Si. On the other hand, since Si is an oxidizing element, when its content increases, Si is selectively oxidized by a small amount of H 2 O or CO 2 contained in the carburizing gas, and Si oxide is generated on the steel surface. . For this reason, the depth of the grain boundary oxide layer and the incompletely quenched layer, which are carburized abnormal layers, increases. And if the depth of a carburizing abnormal layer becomes large, it will cause the fall of bending fatigue strength and pitching strength. Further, when the Si content increases, the effect of temper softening resistance is saturated, and the machinability also decreases. In particular, when the Si content exceeds 1.00%, the bending fatigue strength and the pitching strength are significantly decreased due to the increased depth of the carburized abnormal layer, and the machinability is also significantly decreased. Therefore, the Si content is set to 0.02 to 1.00%. When much better machinability is required, the Si content is preferably 0.70% or less. In order to obtain the above-described effect by containing Si, the Si content is preferably 0.05% or more.

なお、Siの含有量は上記の範囲において、前記の(3)式で表されるfn3の値が0.70≦fn3≦1.10をも満たす必要がある。   In addition, Si content needs to satisfy | fill the value of fn3 represented by said Formula (3) also satisfy | fills 0.70 <= fn3 <= 1.10 in said range.

Mn:0.30〜1.00%
Mnは、焼入性を向上させる作用および脱酸作用を有する。これらの効果を得るには、0.30%以上のMn含有量が必要である。しかしながら、Mnの含有量が多くなると、硬さが大きくなって被削性の低下を招く。特に、Mnの含有量が1.00%を超えると、硬さ上昇に伴う被削性の低下が著しくなる。しかも、Siと同様にMnは酸化性の元素であるため、その含有量が多くなると、鋼表面にMn酸化物が生成され、浸炭異常層である粒界酸化および不完全焼入層の深さが大きくなる。そして、浸炭異常層の深さが大きくなると、曲げ疲労強度およびピッチング強度の低下を招く。特に、Mnの含有量が1.0%を超えると、浸炭異常層の深さ増大による曲げ疲労強度およびピッチング強度の低下が著しくなる。したがって、Mnの含有量を0.30〜1.00%とした。なお、Mn含有量の好ましい下限は0.60%である。また、Mn含有量の好ましい上限は0.90%である。
Mn: 0.30 to 1.00%
Mn has an action of improving hardenability and a deoxidizing action. In order to obtain these effects, a Mn content of 0.30% or more is necessary. However, when the Mn content increases, the hardness increases and the machinability decreases. In particular, when the content of Mn exceeds 1.00%, the machinability is significantly lowered due to the increase in hardness. Moreover, since Mn is an oxidizing element like Si, when its content increases, Mn oxide is generated on the steel surface, and the grain boundary oxidation and the depth of the incompletely quenched layer, which are carburizing abnormal layers, Becomes larger. And if the depth of a carburizing abnormal layer becomes large, it will cause the fall of bending fatigue strength and pitching strength. In particular, when the Mn content exceeds 1.0%, the bending fatigue strength and the pitching strength are significantly reduced due to the increased depth of the carburized abnormal layer. Therefore, the content of Mn is set to 0.30 to 1.00%. In addition, the minimum with preferable Mn content is 0.60%. Moreover, the upper limit with preferable Mn content is 0.90%.

なお、Mnの含有量は上記の範囲において、前記の(1)式で表されるfn1の値が30≦fn1≦150を満たし、前記の(3)式で表されるfn3の値が0.70≦fn3≦1.10を満たす必要がある。   Note that the content of Mn is within the above range, the value of fn1 represented by the above formula (1) satisfies 30 ≦ fn1 ≦ 150, and the value of fn3 represented by the above formula (3) is 0.00. It is necessary to satisfy 70 ≦ fn3 ≦ 1.10.

S:0.002〜0.015%
Sは、Mnと結合してMnSを形成し、被削性を向上させる作用がある。しかし、Sの含有量が0.015%を超えると、粗大なMnSを形成して、熱間加工性、冷間鍛造性、曲げ疲労強度およびピッチング強度が低下する。したがって、Sの含有量を0.015%以下に制限する。前記した被削性向上効果を得るために、Sの含有量は、0.002%以上とし、0.010%以上とすることが好ましい。
S: 0.002 to 0.015%
S combines with Mn to form MnS and has the effect of improving machinability. However, if the S content exceeds 0.015%, coarse MnS is formed, and hot workability, cold forgeability, bending fatigue strength, and pitching strength are reduced. Therefore, the S content is limited to 0.015% or less. In order to obtain the above-described machinability improving effect, the S content is set to 0.002% or more, and preferably 0.010% or more.

なお、Sの含有量は上記の範囲において、前記の(1)式で表されるfn1の値が30≦fn1≦150をも満たす必要がある。   In addition, S content needs to satisfy | fill 30 <= fn1 <= 150 also in the value of fn1 represented by said Formula (1) in said range.

Cr:1.50〜3.00%
Crは、焼入性を向上させる効果、焼戻し軟化抵抗およびMnSの球状化を促進する効果を有し、高温状況下での鋼の軟化を防ぐ効果および冷間鍛造性の異方性を低減する効果がある。これらの効果を得るには、1.50%以上の含有量が必要である。しかしながら、Crの含有量が多くなると、硬さが大きくなって被削性の低下を招く。特に、Crの含有量が3.00%を超えると、硬さ上昇に伴う被削性の低下が著しくなる。しかも、SiおよびMnと同様にCrは酸化性の元素であるため、その含有量が多くなると、鋼表面にCr酸化物が生成され、浸炭異常層である粒界酸化層および不完全焼入層の深さが大きくなる。そして、浸炭異常層の深さが大きくなると、曲げ疲労強度およびピッチング強度の低下を招く。特に、Crの含有量が3.00%を超えると、浸炭異常層の深さ増大による曲げ疲労強度およびピッチング強度の低下が著しくなる。したがって、Crの含有量を1.50〜3.00%とした。より一層良好な被削性が要求される場合には、Crの含有量を2.00%以下とすることが好ましい。Crを含有させることによる上記効果を得るには、Crの含有量を1.80%以上とすることが好ましい。
Cr: 1.50 to 3.00%
Cr has an effect of improving hardenability, an effect of promoting temper softening resistance and spheroidizing of MnS, an effect of preventing softening of steel under a high temperature condition, and anisotropy of cold forgeability effective. In order to obtain these effects, a content of 1.50% or more is required. However, as the Cr content increases, the hardness increases and the machinability decreases. In particular, when the Cr content exceeds 3.00%, the machinability is significantly lowered as the hardness increases. In addition, since Cr is an oxidizing element like Si and Mn, when its content increases, Cr oxide is generated on the steel surface, and the grain boundary oxide layer and the incompletely hardened layer are carburized abnormal layers. The depth of will increase. And if the depth of a carburizing abnormal layer becomes large, it will cause the fall of bending fatigue strength and pitching strength. In particular, when the Cr content exceeds 3.00%, the bending fatigue strength and the pitching strength are significantly reduced due to the increased depth of the carburized abnormal layer. Therefore, the Cr content is set to 1.50 to 3.00%. If even better machinability is required, the Cr content is preferably 2.00% or less. In order to acquire the said effect by containing Cr, it is preferable to make content of Cr into 1.80% or more.

なお、Crの含有量は上記の範囲において、前記の(2)式で表されるfn2の値がfn2≦0.010を満たし、前記の(3)式で表されるfn3の値が0.70≦fn3≦1.10を満たす必要がある。   The Cr content is within the above range, and the value of fn2 represented by the above formula (2) satisfies fn2 ≦ 0.010, and the value of fn3 represented by the above formula (3) is 0.00. It is necessary to satisfy 70 ≦ fn3 ≦ 1.10.

Al:0.010〜0.050%
Alは、脱酸作用を有する。また、Alには、Nと結合してAlNを形成し、結晶粒を微細化して鋼を強化する作用もある。しかしながら、Alの含有量が0.010%未満では、前記の効果を得難い。一方、Alの含有量が過剰になると、硬質で粗大なAl形成による被削性の低下をきたし、更に、曲げ疲労強度およびピッチング強度も低下する。特に、Alの含有量が0.050%を超えると、被削性、曲げ疲労強度およびピッチング強度の低下が著しくなる。したがって、Alの含有量を0.010〜0.050%とした。なお、Alの含有量の好ましい下限は0.020%である。また、Alの含有量の好ましい上限は0.040%である。
Al: 0.010 to 0.050%
Al has a deoxidizing action. Moreover, Al also has the effect | action which combines with N, forms AlN, refines | miniaturizes a crystal grain, and strengthens steel. However, when the Al content is less than 0.010%, it is difficult to obtain the above effect. On the other hand, when the Al content is excessive, the machinability is lowered due to the formation of hard and coarse Al 2 O 3 , and the bending fatigue strength and the pitching strength are also lowered. In particular, when the Al content exceeds 0.050%, the machinability, bending fatigue strength, and pitching strength are significantly reduced. Therefore, the content of Al is set to 0.010 to 0.050%. In addition, the minimum with preferable content of Al is 0.020%. Moreover, the upper limit with preferable content of Al is 0.040%.

N:0.0040〜0.0250%
Nは、窒化物を形成することにより結晶粒を微細化させ、曲げ疲労強度を向上させる効果を有する。この効果を得るには、Nを0.0040%以上含有する必要がある。しかしながら、Nの含有量が過剰になると、粗大な窒化物を形成して靭性の低下を招く。特に、Nの含有量が0.0250%を超えると、靭性の低下が著しくなる。したがって、Nの含有量を0.0040〜0.0250%とした。なお、N含有量の好ましい下限は0.0130%である。また、N含有量の好ましい上限は0.0200%である。
N: 0.0040 to 0.0250%
N has the effect of making the crystal grains finer by forming nitrides and improving the bending fatigue strength. In order to acquire this effect, it is necessary to contain N 0.0040% or more. However, when the N content is excessive, coarse nitrides are formed, leading to a reduction in toughness. In particular, when the N content exceeds 0.0250%, the toughness is significantly lowered. Therefore, the content of N is set to 0.0040 to 0.0250%. In addition, the minimum with preferable N content is 0.0130%. Moreover, the upper limit with preferable N content is 0.0200%.

Te:0.0003〜0.0050%
Teは、MnSの球状化を促進する極めて重要な元素であり、冷間鍛造性の異方性を低減するために、0.0003%以上を添加する。一方、Te含有量が0.0050%を超えると、鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Te含有量は0.0003〜0.0050%とした。Te含有量は、冷間鍛造性の異方性をより低減するため、0.0005%以上であることが好ましい。Te含有量は、熱間加工性の低下を抑制するために、0.0030%以下であることが好ましい。
Te: 0.0003 to 0.0050%
Te is an extremely important element that promotes the spheroidization of MnS, and 0.0003% or more is added to reduce the anisotropy of cold forgeability. On the other hand, when the Te content exceeds 0.0050%, the hot workability of the steel decreases. Therefore, the Te content is set to 0.0003 to 0.0050%. The Te content is preferably 0.0005% or more in order to further reduce the anisotropy of cold forgeability. The Te content is preferably 0.0030% or less in order to suppress a decrease in hot workability.

なお、Teの含有量は上記の範囲において、前記の(2)式で表されるfn2の値が0.fn2≦0.010をも満たす必要がある。   The Te content is within the above range, and the value of fn2 represented by the above formula (2) is 0.00. It is necessary to satisfy fn2 ≦ 0.010.

fn1の値:30以上150以下
粗大なMnSは、熱間圧延や熱間鍛造などの熱間加工時の割れおよび冷間鍛造時の割れの起点となるため、熱間加工時の割れおよび冷間鍛造時の割れを抑制するためには粗大なMnSを極力少なくすることが必要である。
前記の(1)式で表されるfn1の値が30未満である場合には、Sの含有量が過剰となって粗大なMnSの生成が避けられない。一方、fn1の値が150を超える場合には、Mnの含有量が過剰となって中心偏析部において粗大なMnSが生成する。そのため、いずれの場合にも、冷間鍛造性に悪影響を及ぼす。したがって、前記の(1)式、つまり[fn1=Mn/S]で表されるfn1の値が、30≦fn1≦150を満たすこととした。なお、fn1の値の好ましい下限は50である。また、fn1の好ましい上限は100である。
fn1 value: 30 or more and 150 or less Coarse MnS is a starting point of cracking during hot working such as hot rolling and hot forging and cracking during cold forging, so cracking and cold during hot working In order to suppress cracking during forging, it is necessary to reduce coarse MnS as much as possible.
When the value of fn1 represented by the above formula (1) is less than 30, the content of S becomes excessive, and generation of coarse MnS is inevitable. On the other hand, when the value of fn1 exceeds 150, the Mn content becomes excessive and coarse MnS is generated in the central segregation part. Therefore, in any case, the cold forgeability is adversely affected. Therefore, the value of fn1 represented by the above formula (1), that is, [fn1 = Mn / S] is set to satisfy 30 ≦ fn1 ≦ 150. The preferred lower limit of the value of fn1 is 50. The preferred upper limit of fn1 is 100.

fn2の値:0.010以下
圧延方向に伸延したMnSは、延性の異方性を生じさせる。このため、できるだけMnSの形状を球状に近づけることが必要である。MnSの球状化を促進するためには、Teの添加が有効であるが、Cr含有量が高い場合、前記の(2)式で表されるfn2の値が0.010を超える場合には高温延性が低下する。この理由は必ずしも明らかではないが、結果として、冷間鍛造性に悪影響を及ぼす。したがって、前記の(2)式、つまり[fn2=Cr×Te]で表されるfn2の値が、fn2≦0.010を満たすこととした。fn2の好ましい上限は0.008である。
fn2 value: 0.010 or less MnS elongated in the rolling direction causes ductile anisotropy. For this reason, it is necessary to make the shape of MnS as close to a sphere as possible. In order to promote the spheroidization of MnS, the addition of Te is effective, but when the Cr content is high, the value of fn2 represented by the above formula (2) exceeds 0.010, the temperature is high. Ductility decreases. Although this reason is not necessarily clear, as a result, it has a bad influence on cold forgeability. Therefore, the value of fn2 expressed by the above equation (2), that is, [fn2 = Cr × Te] is determined to satisfy fn2 ≦ 0.010. A preferable upper limit of fn2 is 0.008.

fn3の値:0.70以上1.10以下
NiおよびMoを極力含有させることなく、高い曲げ疲労強度と高いピッチング強度を具備させるためには、焼入性を確保しつつ、浸炭異常層である粒界酸化層および不完全焼入性の深さを小さくする必要がある。そのためには酸化性の元素のうちで、特に、Cr、Si、Mnの含有量を前記の範囲にしたうえで、これらの元素の含有量バランスとしての前記(3)式で表されるfn3の値を0.70以上1.10以下とする必要がある。すなわち、前記(3)式で表されるfn3の値が0.70未満である場合および1.10を超える場合にはいずれも、浸炭異常層の深さが大きくなるので、曲げ疲労強度とピッチング強度が低下してしまう。したがって、前記(3)式、つまり[fn3=Cr/(Si+2Mn)]で表されるfn3の値が、0.70≦fn3≦1.10を満たすこととした。なお、fn3の好ましい下限は0.80以上である。fn3の好ましい上限は1.08である。
fn3 value: 0.70 or more and 1.10 or less In order to provide high bending fatigue strength and high pitching strength without containing Ni and Mo as much as possible, it is a carburizing abnormal layer while ensuring hardenability. It is necessary to reduce the depth of the grain boundary oxide layer and incomplete hardenability. For that purpose, the content of Cr, Si, Mn among the oxidizing elements is set within the above range, and the content of fn3 expressed by the above formula (3) as the balance of the content of these elements. The value needs to be 0.70 or more and 1.10 or less. That is, when the value of fn3 represented by the above formula (3) is less than 0.70 and exceeds 1.10, the depth of the carburized abnormal layer increases, so that the bending fatigue strength and the pitching are increased. Strength will fall. Therefore, the value of fn3 expressed by the above equation (3), that is, [fn3 = Cr / (Si + 2Mn)] is set to satisfy 0.70 ≦ fn3 ≦ 1.10. In addition, the preferable minimum of fn3 is 0.80 or more. The preferable upper limit of fn3 is 1.08.

本発明においては、P、TiおよびO(酸素)は、不純物であり、その含有量をそれぞれ、P:0.020%以下、Ti:0.005%未満およびO:0.0015%以下に制限する必要がある。   In the present invention, P, Ti and O (oxygen) are impurities, and their contents are limited to P: 0.020% or less, Ti: less than 0.005% and O: 0.0015% or less, respectively. There is a need to.

P:0.020%以下
Pは、鋼に含有される不純物であり、結晶粒界に偏析して鋼を脆化させる。特に、Pの含有量が0.020%を超えると、脆化の程度が著しくなる。したがって、本発明においては、不純物中のPの含有量を0.020%以下とした。なお、不純物中のPの含有量は0.010%以下とすることが好ましい。また、Pの含有量は少ない方が好ましいが脱Pコストが嵩むため、0.003%以上であることが好ましい。
P: 0.020% or less P is an impurity contained in the steel and segregates at the grain boundaries to embrittle the steel. In particular, when the P content exceeds 0.020%, the degree of embrittlement becomes significant. Therefore, in the present invention, the content of P in the impurities is set to 0.020% or less. In addition, it is preferable that content of P in an impurity shall be 0.010% or less. Moreover, although the one where content of P is small is preferable, since removal P cost increases, it is preferable that it is 0.003% or more.

Ti:0.005%未満
Tiは、Nとの親和性が高いため、鋼中のNと結合して硬質で粗大な非金属介在物であるTiNを形成し、曲げ疲労強度およびピッチング強度を低下させ、更に、被削性も低下させる。したがって、本発明においては、不純物中のTiの含有量を0.005%未満とした。Ti含有量は0.003%以下であることが好ましい。
Ti: Less than 0.005% Ti has a high affinity with N, so it combines with N in steel to form TiN, which is a hard, coarse non-metallic inclusion, and lowers bending fatigue strength and pitting strength. Furthermore, machinability is also reduced. Therefore, in the present invention, the content of Ti in the impurities is less than 0.005%. The Ti content is preferably 0.003% or less.

O(酸素):0.0015%以下
O(酸素)は、鋼中のSiやAlと結合して、酸化物を生成する。酸化物のうちでも、特に、Alは硬質であるため、被削性を低下させ、更に、曲げ疲労強度およびピッチング強度の低下も招く。したがって、本発明においては、不純物のOの含有量を0.0015%以下とした。O(酸素)含有量は0.0013%以下であることが好ましい。また、O(酸素)の含有量は少ない方が好ましいが、脱O(酸素)コストが嵩むため、0.0002%以上であることが好ましい。
O (oxygen): 0.0015% or less O (oxygen) combines with Si or Al in steel to generate an oxide. Among the oxides, in particular, Al 2 O 3 is hard, so that machinability is reduced, and further, bending fatigue strength and pitching strength are reduced. Therefore, in the present invention, the content of impurity O is set to 0.0015% or less. The O (oxygen) content is preferably 0.0013% or less. Moreover, although the one where content of O (oxygen) is small is preferable, since de-O (oxygen) cost increases, it is preferable that it is 0.0002% or more.

本発明の肌焼鋼は、必要に応じて更に、下記の第1群〜第3群の各グループの元素の1種類以上を選択的に含有させることができる。
第1群:Mo:0.10%以下、Cu:0.20%以下、Ni:0.20%以下のうちの1種又は2種以上、第2群:V:0.20%以下、Nb:0.050%以下の一方又は両方、第3群:Ca:0.0050%以下、Zr:0.010%以下の一方又は両方。
The case-hardened steel of the present invention can further selectively contain one or more elements of each group of the following first group to third group as required.
First group: Mo: 0.10% or less, Cu: 0.20% or less, Ni: one or more of 0.20% or less, second group: V: 0.20% or less, Nb : One or both of 0.050% or less, 3rd group: Ca: 0.0050% or less, Zr: One or both of 0.010% or less.

第1群:Mo:0.10%以下、Cu:0.20%以下およびNi:0.20%以下のうちの1種以上
Mo、CuおよびNiは、いずれも、焼入性を高める作用を有する。このため、より大きな焼入性を得たい場合には以下の範囲で含有してもよい。ただし、これらの合金元素は高価であり、コストを低下させるために、含有量を制限することが好ましい。
First group: one or more of Mo: 0.10% or less, Cu: 0.20% or less, and Ni: 0.20% or less Mo, Cu and Ni all have an effect of improving hardenability. Have. For this reason, when it is desired to obtain greater hardenability, it may be contained in the following range. However, these alloy elements are expensive, and the content is preferably limited in order to reduce the cost.

Mo:0.10%以下
Moは、焼入性を高める作用を有し、浸炭焼入後の表面硬さ、硬化層深さおよび芯部硬さを向上させて、浸炭部品の強度を確保する効果がある。しかも、Moは、非酸化性の元素であるため、浸炭時に粒界酸化層の深さを増大させずに鋼表面を強靭化することができる。このため、これらの効果を得るためにMoを含有してもよい。しかしながら、Moは高価な元素であり、過度の添加は成分コストの上昇につながる。特に、Moの含有量が0.10%を超えると、コスト上昇が大きくなる。したがって、Moの含有量を0.10%以下とした。前記したMoの特性向上効果を確実に得るためには、Moの含有量は0.04%以上とすることが好ましい。Mo含有量はコスト上昇を抑制するために、0.08%以下であることが好ましい。
Mo: 0.10% or less Mo has an effect of improving hardenability, and improves the surface hardness, the hardened layer depth and the core hardness after carburizing and quenching to ensure the strength of the carburized component. effective. Moreover, since Mo is a non-oxidizing element, the steel surface can be toughened without increasing the depth of the grain boundary oxide layer during carburizing. For this reason, in order to acquire these effects, you may contain Mo. However, Mo is an expensive element, and excessive addition leads to an increase in component cost. In particular, when the Mo content exceeds 0.10%, the cost increases. Therefore, the Mo content is set to 0.10% or less. In order to reliably obtain the above-described effect of improving Mo characteristics, the Mo content is preferably 0.04% or more. The Mo content is preferably 0.08% or less in order to suppress an increase in cost.

Cu:0.20%以下
Cuは、焼入性を高める作用を有するので、さらなる焼入性向上のために含有してもよい。しかしながら、Cuは高価な元素であるとともに、含有量が多くなると熱間加工性の低下を招く。特に、Cuの含有量が0.20%を超えると、熱間加工性の低下が著しくなる。したがって、Cuの含有量を0.20%以下とし、0.18%以下とすることが好ましい。また、Cuを含有することによる焼入性向上効果を確実に得るためには、Cuの含有量は0.05%以上とすることが好ましい。
Cu: 0.20% or less Cu has an effect of improving hardenability, and may be contained for further improving hardenability. However, Cu is an expensive element, and as the content increases, hot workability is reduced. In particular, when the Cu content exceeds 0.20%, the hot workability is significantly reduced. Therefore, the Cu content is preferably 0.20% or less and preferably 0.18% or less. Moreover, in order to acquire the hardenability improvement effect by containing Cu reliably, it is preferable that content of Cu shall be 0.05% or more.

Ni:0.20%以下
Niは、焼入性を高める作用を有する。Niには、靭性を向上させる作用があり、非酸化性の元素であるため、浸炭時に粒界酸化層の深さを増大させずに鋼表面を強靭化することができる。このため、これらの効果を得るためにNiを含有してもよい。しかしながら、Niは高価な元素であり、過度の添加は成分コストの上昇につながる。特に、Niの含有量が0.20%を超えると、コスト上昇が大きくなる。したがって、Niの含有量を0.20%以下とした。前記したNiの特性向上効果を確実に得るためには、Niの含有量は0.05%以上とすることが好ましい。また、Ni含有量はコスト上昇を抑制するために、0.18%以下であることが好ましい。
Ni: 0.20% or less Ni has an effect of improving hardenability. Ni has the effect of improving toughness and is a non-oxidizing element, so that the steel surface can be toughened without increasing the depth of the grain boundary oxide layer during carburizing. For this reason, in order to acquire these effects, you may contain Ni. However, Ni is an expensive element, and excessive addition leads to an increase in component cost. In particular, when the Ni content exceeds 0.20%, the cost increases. Therefore, the Ni content is set to 0.20% or less. In order to surely obtain the above-described effect of improving Ni characteristics, the Ni content is preferably 0.05% or more. Further, the Ni content is preferably 0.18% or less in order to suppress an increase in cost.

なお、上記のMo、CuおよびNiは、そのうちいずれか1種のみ、又は2種以上を複合で含有することができる。   In addition, said Mo, Cu, and Ni can contain only any 1 type in them, or 2 or more types in combination.

第2群:V:0.20%以下およびNb:0.050%以下のうちの1種又は2種
VおよびNbは、いずれも、CおよびNと結合して微細な炭化物、窒化物および炭窒化物を形成して結晶粒を微細化し、曲げ疲労強度およびピッチング強度を向上させる効果を有する。このため、さらなる曲げ疲労強度の向上およびピッチング強度の向上のためにVおよびNbを以下の範囲で含有してもよい。
Group 2: V: 0.20% or less and Nb: 0.05% or less, one or two of them V and Nb all combine with C and N to form fine carbides, nitrides and charcoal It has the effect of forming nitrides to refine crystal grains and improving bending fatigue strength and pitching strength. For this reason, V and Nb may be contained in the following ranges in order to further improve the bending fatigue strength and the pitching strength.

V:0.20%以下
Vは、CおよびNと結合して微細な炭化物、窒化物、炭窒化物を形成して結晶粒を微細化し、曲げ疲労強度およびピッチング強度を向上させる効果を有する。しかしながら、Vの含有量が過剰になると熱間延性の低下を招く。特に、その含有量が0.20%を超えると、熱間延性の低下が著しくなり、熱間圧延時に表面キズが発生しやすくなる。したがって、Vの含有量を0.20%以下とした。前記したVの特性向上効果を確実に得るためには、その含有量を0.05%以上とすることが好ましい。このため、より望ましいVの含有量は0.05〜0.20%である。なお、一層望ましいVの含有量の下限は0.08%である。一層望ましいVの含有量の上限は0.10%である。
V: 0.20% or less V has the effect of combining with C and N to form fine carbides, nitrides, and carbonitrides to refine crystal grains and improve bending fatigue strength and pitching strength. However, when the V content is excessive, hot ductility is reduced. In particular, when the content exceeds 0.20%, the hot ductility is remarkably lowered, and surface scratches are likely to occur during hot rolling. Therefore, the content of V is set to 0.20% or less. In order to surely obtain the effect of improving the characteristics of V described above, the content is preferably 0.05% or more. For this reason, the more desirable V content is 0.05 to 0.20%. Note that the more desirable lower limit of the V content is 0.08%. A more desirable upper limit of the V content is 0.10%.

Nb:0.050%以下
Nbは、CおよびNと結合して微細な炭化物、窒化物、炭窒化物を形成して結晶粒を微細化し、曲げ疲労強度およびピッチング強度を向上させる効果を有する。しかしながら、Nbの含有量が過剰になると熱間延性の低下を招く。特に、その含有量が0.050%を超えると、熱間延性の低下が著しくなって、熱間圧延時に表面キズが発生しやすくなる。したがって、Nbの含有量を0.050%以下とした。前記したNbの特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。このため、より望ましいNbの含有量は0.005〜0.050%である。なお、Nb含有量の一層好ましい下限は0.020%である。また、一層好ましい上限は0.040%である。
Nb: 0.050% or less Nb combines with C and N to form fine carbides, nitrides, and carbonitrides to refine crystal grains, and has an effect of improving bending fatigue strength and pitching strength. However, when the Nb content is excessive, hot ductility is reduced. In particular, when the content exceeds 0.050%, the hot ductility is significantly lowered, and surface scratches are likely to occur during hot rolling. Therefore, the Nb content is set to 0.050% or less. In order to reliably obtain the above-described Nb characteristic improvement effect, the content is preferably set to 0.005% or more. For this reason, the more desirable Nb content is 0.005 to 0.050%. Note that a more preferable lower limit of the Nb content is 0.020%. A more preferred upper limit is 0.040%.

なお、上記のVおよびNbは、そのうちいずれか1種のみ、又は2種を複合で含有することができる。   In addition, said V and Nb can contain only any 1 type among them, or 2 types in combination.

第3群:Ca:0.0050%以下およびZr:0.010%以下のうちの1種又は2種
CaおよびZrは、MnSを球状化し、異方性を小さくすることで冷間鍛造性を向上させる。このため、さらなる冷間鍛造性の向上のためには以下の範囲で含有させてもよい。
Group 3: Ca: 0.0050% or less and Zr: 0.010% or less One or two of Ca and Zr are formed by spheroidizing MnS and reducing anisotropy, thereby reducing cold forgeability. Improve. For this reason, you may make it contain in the following ranges for the further improvement of cold forgeability.

Ca:0.0050%以下
Caは脱酸元素であり、軟質酸化物を生成し、被削性を向上させるだけでなく、MnSに固溶してその変形能を低下させ、圧延や熱間鍛造してもMnS形状の伸延を抑制する働きがある。したがって、異方性の低減に有効な元素である。しかし、0.0050%を超えてCaを添加しても硬質のCaOを大量に生成し、かえって被削性や疲労特性などの機械的性質が低下する。したがって、Caの含有量を0.0050%以下と規定し、0.0030%以下とすることが好ましい。また、Caの含有量は切削性改善効果を安定的に発現するため、0.0003%以上であることが好ましい。
Ca: 0.0050% or less Ca is a deoxidizing element, and not only generates soft oxides and improves machinability, but also dissolves in MnS to lower its deformability, thereby rolling and hot forging. Even so, there is a function of suppressing distraction of the MnS shape. Therefore, it is an effective element for reducing anisotropy. However, even if Ca is added in excess of 0.0050%, a large amount of hard CaO is generated, and mechanical properties such as machinability and fatigue properties are deteriorated. Therefore, the Ca content is specified to be 0.0050% or less, and preferably 0.0030% or less. Further, the Ca content is preferably 0.0003% or more in order to stably exhibit the machinability improving effect.

Zr:0.010%以下
Zrは脱酸元素であり、酸化物を生成する。Zr酸化物はZrOと考えられ、ZrOがMnSの析出核となるため、MnSの析出サイトを増やし、MnSを均一分散させる。また、ZrはMnSに固溶して、複合硫化物を生成してその変形能を低下させ、圧延や熱間鍛造してもMnS形状の伸延を抑制する働きがある。したがって、Zrは、異方性の低減に有効な元素である。しかし、0.010%を超えてZrを添加しても硬質のZrOやZrSなどを大量に生成し、かえって被削性や疲労特性などの機械的性質が低下する。したがって、Zrの含有量を0.010%以下と規定し、0.008%以下とすることが好ましい。また、Zrの含有量は切削性改善効果を安定的に発現するため、0.002%以上であることが好ましい。
Zr: 0.010% or less Zr is a deoxidizing element and generates an oxide. The Zr oxide is considered to be ZrO 2, and since ZrO 2 serves as a precipitation nucleus of MnS, the MnS precipitation sites are increased and MnS is uniformly dispersed. Further, Zr dissolves in MnS to form a composite sulfide to reduce its deformability, and has the function of suppressing the elongation of the MnS shape even when rolled or hot forged. Therefore, Zr is an element effective for reducing anisotropy. However, even if Zr is added in excess of 0.010%, a large amount of hard ZrO 2 or ZrS is generated, and mechanical properties such as machinability and fatigue properties are deteriorated. Therefore, the Zr content is specified to be 0.010% or less, and preferably 0.008% or less. Further, the Zr content is preferably 0.002% or more in order to stably exhibit the machinability improving effect.

本実施形態の肌焼鋼は、従来公知の方法により製造できる。例えば、上述した成分組成の鋼材を、転炉、電気炉等の通常の方法によって溶製し、鋳造工程、必要に応じて分塊圧延工程を経て、線材または棒鋼に熱間圧延することによって製造できる。
本実施形態の肌焼鋼の浸炭焼入条件は、特に限定されるものはない。本実施形態の肌焼鋼を用いて加工される部品の用途等に応じて決定できる。
The case hardening steel of this embodiment can be manufactured by a conventionally well-known method. For example, the steel material having the above-described composition is melted by a normal method such as a converter, an electric furnace, etc., and is manufactured by hot rolling into a wire rod or a steel bar through a casting process and, if necessary, a batch rolling process. it can.
The carburizing and quenching conditions of the case hardening steel of the present embodiment are not particularly limited. It can be determined according to the application of the parts processed using the case-hardened steel of the present embodiment.

表1に示す成分組成の鋼材を、150kg真空溶解炉によって溶製後、ビレットに分塊圧延し、更に直径55mmの丸棒に熱間圧延することによって、試験番号1〜17の肌焼鋼を製造した。なお、表1中の鋼1〜9は、化学組成が本発明で規定する範囲内にある本発明例の鋼であり、一方、表1に示す鋼10〜17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。   Steel materials having the composition shown in Table 1 were melted in a 150 kg vacuum melting furnace, then rolled into billets, and further hot-rolled into round bars with a diameter of 55 mm. Manufactured. Steels 1 to 9 in Table 1 are steels of the present invention examples whose chemical compositions are within the range specified by the present invention, while Steels 10 to 17 shown in Table 1 have chemical compositions of the present invention. This is a comparative steel that deviates from the specified conditions.

上記の比較例の鋼のうちで鋼10および鋼11はそれぞれ、JIS G 4052(2003)に規定されたニッケルクロムモリブデン鋼のSNCM220Hおよびクロムモリブデン鋼のSCM420Hに相当する鋼である。   Among the steels of the above comparative examples, Steel 10 and Steel 11 are steels corresponding to SNCM220H of nickel chromium molybdenum steel and SCM420H of chromium molybdenum steel respectively defined in JIS G 4052 (2003).

Figure 0006265048
Figure 0006265048

上述した<1>冷間鍛造性の調査に記載の方法を用いて、試験番号1〜17の肌焼鋼から、それぞれ図2に示すR3環状切欠き引張試験片および図3に示すR20環状切欠き引張試験片を採取し、ε−ε(圧延方向に対して平行に切り出した素材から得た試験片の延性き裂発生点における相当塑性ひずみεと、圧延方向に対して垂直に切り出した素材から得た試験片の延性き裂発生点における相当塑性ひずみεとの差)およびεを求めた。なお、球状化焼鈍として760℃の温度で4.5時間の熱処理を行った。 Using the method described in the above <1> cold forgeability investigation, the R3 annular notch tensile test piece shown in FIG. 2 and the R20 annular cut shown in FIG. A notch tensile test piece was collected and ε L −ε C (equivalent plastic strain ε L at the ductile crack initiation point of the test piece obtained from the material cut in parallel to the rolling direction and perpendicular to the rolling direction. The difference from the equivalent plastic strain ε C at the ductile crack initiation point of the specimen obtained from the cut material and ε L were determined. In addition, the heat processing for 4.5 hours was performed at the temperature of 760 degreeC as spheroidization annealing.

そして、R3環状切欠き引張試験片のεが0.75以上およびR20環状切欠き引張試験片のεが1.05以上の場合、冷間鍛造時に割れにくく、冷間鍛造性が良好であると評価した。また、ε−εが0.3以下の場合を異方性が小さく、冷間鍛造性に優れると評価した。 When epsilon L is 1.05 or more R3 cyclic notched tensile specimens of epsilon L is 0.75 or more and R20 annular notched tensile specimens, difficult to break during cold forging, cold forgeability is good Evaluated that there was. Moreover, when ε LC was 0.3 or less, it was evaluated that the anisotropy was small and the cold forgeability was excellent.

上述した<2>粒界酸化層深さおよび不完全焼入層深さの調査に記載の方法を用いて、以下に示す試験片を得た。すなわち、試験番号1〜17の肌焼鋼の圧延方向に対して平行に切り出した素材から得た図2に示すR3環状切欠き引張試験片に対して、図6に示すヒートパターンによる浸炭焼入−焼戻しを施した。次いで、浸炭焼入−焼戻し処理したR3環状切欠き引張試験片の直径6mmの切欠き部を横断するように切断した。その後、圧延方向と直交する方向の断面である切断面が被検面になるように、試験片を樹脂に埋め込み、機械研磨を行って、鏡面仕上げした被検面を有する試験片を得た。   Using the method described in the above-mentioned investigation of <2> grain boundary oxide layer depth and incomplete quenching layer depth, the following test pieces were obtained. That is, carburizing and quenching with the heat pattern shown in FIG. 6 is performed on the R3 annular notch tensile test piece shown in FIG. -Tempered. Subsequently, it cut | disconnected so that the notch part of 6 mm in diameter of the R3 cyclic | annular notch tensile test piece which carburized and quenched and tempered could be crossed. Thereafter, the test piece was embedded in a resin and mechanically polished so that a cut surface having a cross section in a direction perpendicular to the rolling direction became the test surface, and a test piece having a mirror-finished test surface was obtained.

「有効硬化層深さ」
そして、JIS Z 2244に準拠し、マイクロビッカース硬度計を使用して、研磨後の試験片の表面から中心に向かう方向(圧延方向と直交する方向)に、試験力を2.94Nとしてビッカース硬さ(Hv硬さ)を測定した。Hv硬さが550となる場合の表面からの深さを、任意の10箇所で測定し、その最小値を有効硬化層深さとした。
"Effective hardened layer depth"
Then, in accordance with JIS Z 2244, using a micro Vickers hardness tester, the test force is set to 2.94 N in the direction from the surface of the test piece after polishing toward the center (direction perpendicular to the rolling direction), and the Vickers hardness (Hv hardness) was measured. The depth from the surface when the Hv hardness was 550 was measured at any 10 locations, and the minimum value was taken as the effective hardened layer depth.

「粒界酸化層深さ」
試験片として、有効硬化層深さの測定に使用した試験片の被検面を再度研磨し、鏡面仕上げしたままのものを用いて、上述した<2>粒界酸化層深さおよび不完全焼入層深さの調査に記載の方法を用いて、粒界酸化層深さを求めた。粒界酸化層深さは10μm以下の場合を良好と評価した。
"Grain boundary oxide layer depth"
As the test piece, the test surface of the test piece used for the measurement of the effective hardened layer depth was polished again, and a mirror-finished surface was used. The grain boundary oxide layer depth was determined by using the method described in the investigation of the penetration depth. The case where the grain boundary oxide layer depth was 10 μm or less was evaluated as good.

「不完全焼入層深さ」
粒界酸化層深さの測定に使用した試験片の被検面を、ナイタールで0.2〜2秒腐食し、上述した<2>粒界酸化層深さおよび不完全焼入層深さの調査に記載の方法を用いて、不完全焼入層深さを求めた。不完全焼入層深さは、15μm以下の場合を良好と評価した。
"Incomplete hardened layer depth"
The test surface of the test piece used for the measurement of the grain boundary oxide layer depth was corroded with nital for 0.2 to 2 seconds, and the above-mentioned <2> grain boundary oxide layer depth and incomplete quenching layer depth Using the method described in the survey, the incompletely hardened layer depth was determined. The incomplete quenching layer depth was evaluated as good when it was 15 μm or less.

「MnS粒子の平均アスペクト比」
粒界酸化層深さの測定に使用した試験片を圧延方向に沿って切断した。その後、圧延方向に沿う断面である切断面が被検面になるように樹脂に埋め込み、機械研磨を行って、鏡面仕上げした被検面を有する試験片を得た。被検面を500倍の倍率で走査型電子顕微鏡(商品名:JSM−5700、日本電子株式会社製)を用いて観察した。そして、300個のMnS粒子について、MnS粒子の長手方向を縦方向として縦および横の長さを測定し、それぞれの平均値を用いて平均アスペクト比(縦の長さ/横の長さ)を算出した。MnS粒子の平均アスペクト比は、6以下の場合を良好と評価した。なお、MnS粒子のアスペクト比は、浸炭焼入−焼戻しを施す前と後とで違いはない。
"Average aspect ratio of MnS particles"
The specimen used for the measurement of the grain boundary oxide layer depth was cut along the rolling direction. Then, it embedded in resin so that the cut surface which is a cross section along a rolling direction might turn into a test surface, and performed mechanical polishing, and the test piece which has a test surface which carried out mirror surface finish was obtained. The test surface was observed using a scanning electron microscope (trade name: JSM-5700, manufactured by JEOL Ltd.) at a magnification of 500 times. And about 300 MnS particle | grains, the vertical and horizontal length are measured by making the longitudinal direction of MnS particle | grains into the vertical direction, and average aspect ratio (vertical length / horizontal length) is used using each average value. Calculated. The average aspect ratio of MnS particles was evaluated as good when it was 6 or less. The aspect ratio of the MnS particles is not different before and after carburizing and quenching.

表2に、ε、ε−εC、有効硬化層深さ、粒界酸化層深さ、不完全焼入層深さ、MnS粒子の平均アスペクト比の結果をまとめて示す。 Table 2 summarizes the results of ε L , ε LC, effective hardened layer depth, grain boundary oxidized layer depth, incompletely quenched layer depth, and average aspect ratio of MnS particles.

Figure 0006265048
Figure 0006265048

表2に示したように、素材として本発明で規定する条件を満たす鋼1〜9を用いた試験番号1〜9の場合、ε−εが0.3以下であり、冷間鍛造性の異方性が小さかった。また、試験番号1〜9の鋼は、R3環状切欠き引張試験片のεが0.75以上であって、R20環状切欠き引張試験片のεが1.05以上であり、冷間鍛造時に割れにくいものであった。よって、試験番号1〜9の鋼は、良好な冷間鍛造性を有する。
また、本発明で規定する条件を満たす鋼を用いた試験番号1〜9では、MnS粒子の平均アスペクト比が6以下であり、MnS粒子の圧延方向への伸延が抑制されていた。
As shown in Table 2, in the case of test numbers 1 to 9 using steels 1 to 9 satisfying the conditions specified in the present invention as materials, ε LC is 0.3 or less, and cold forgeability The anisotropy of was small. Further, steel with test Nos. 1 to 9, comprising the epsilon L of R3 annular notch tensile specimen 0.75 or more and epsilon L of R20 annular notch tensile specimen 1.05 or more, cold It was difficult to break during forging. Therefore, the steels with test numbers 1 to 9 have good cold forgeability.
Moreover, in the test numbers 1-9 using the steel which satisfy | fills the conditions prescribed | regulated by this invention, the average aspect-ratio of MnS particle | grains is 6 or less, and the extension to the rolling direction of MnS particle | grains was suppressed.

さらに、鋼1〜9を用いた試験番号1〜9では、粒界酸化層深さは10μm以下、不完全焼入層深さは15μm以下であり、浸炭焼入による浸炭異常層の生成が抑制されていた。
また、試験番号1〜9は、鋼10(ニッケルクロムモリブデン鋼のSNCM220Hに相当)および鋼11(クロムモリブデン鋼のSCM420Hに相当)を用いた試験番号10および11の場合と同等の有効硬化層深さを有し、鋼10および鋼11と比較して、粒界酸化層深さおよび不完全焼入層深さが浅かった。
Furthermore, in test numbers 1 to 9 using steels 1 to 9, the grain boundary oxide layer depth is 10 μm or less and the incomplete quenching layer depth is 15 μm or less, and the formation of an abnormal carburizing layer due to carburizing and quenching is suppressed. It had been.
Test Nos. 1 to 9 are effective hardened layer depths equivalent to those of Test Nos. 10 and 11 using Steel 10 (corresponding to SNCM220H of nickel chromium molybdenum steel) and Steel 11 (corresponding to SCM420H of chromium molybdenum steel). Compared with steel 10 and steel 11, the grain boundary oxide layer depth and the incompletely hardened layer depth were shallow.

試験番号10の場合、鋼10にTeが添加されていないため、ε−εの値が高く、冷間鍛造性の異方性が大きい。さらに、試験番号10は、平均アスペクト比も高い。また、試験番号10は、R3およびR20環状切欠き引張試験片のεが小さく、冷間鍛造性が不十分である。また、試験番号10は[Cr/(Si+2Mn)]の値が本発明で規定する範囲を下回るため、曲げ疲労強度およびピッチング強度に悪影響を及ぼす粒界酸化層深さおよび不完全焼入層深さが、試験番号1〜9と比較して深い。 In the case of test number 10, since Te is not added to the steel 10, the value of ε LC is high, and the anisotropy of cold forgeability is large. Furthermore, test number 10 has a high average aspect ratio. In Test No. 10, ε L of the R3 and R20 annular notch tensile test pieces is small, and the cold forgeability is insufficient. In Test No. 10, since the value of [Cr / (Si + 2Mn)] is below the range specified in the present invention, the intergranular oxide layer depth and the incomplete quenching layer depth adversely affecting the bending fatigue strength and the pitting strength. However, it is deeper than test numbers 1-9.

試験番号11の場合、鋼11にTeが添加されていないため、ε−εの値が高く、冷間鍛造性の異方性が大きい。さらに、試験番号11は平均アスペクト比も高い。また、試験番号11は、R3およびR20環状切欠き引張試験片のεが小さく、冷間鍛造性が不十分である。また、試験番号11は[Cr/(Si+2Mn)]の値が本発明で規定する範囲を下回るため、粒界酸化層深さおよび不完全焼入層深さが試験番号1〜9と比較して深い。 In the case of test number 11, since Te is not added to the steel 11, the value of ε LC is high, and the anisotropy of cold forgeability is large. Furthermore, test number 11 has a high average aspect ratio. In Test No. 11, ε L of the R3 and R20 annular notch tensile test pieces is small, and the cold forgeability is insufficient. In Test No. 11, the value of [Cr / (Si + 2Mn)] is below the range defined in the present invention, so that the grain boundary oxide layer depth and the incomplete quenching layer depth are compared with Test Nos. 1 to 9. deep.

試験番号12の場合、鋼12のCrの添加量が本発明で規定する範囲を下回るため、試験番号1〜9と比較して平均アスペクト比が大きい。
試験番号13の場合、R3およびR20環状切欠き引張試験片のεが小さく、試験番号1〜9と比較して冷間鍛造性が悪い。また、試験番号13は平均アスペクト比が高い。これらの結果は、鋼13の[fn1=Mn/S]の値が本発明で規定する範囲を下回るため、粗大なMn/Sが生成したことによるものであると推定される。
In the case of test number 12, since the addition amount of Cr in steel 12 is below the range defined in the present invention, the average aspect ratio is larger than those in test numbers 1-9.
In the case of test number 13, ε L of the R3 and R20 annular notch tensile test pieces is small, and the cold forgeability is poor as compared with test numbers 1 to 9. Test number 13 has a high average aspect ratio. These results are presumed to be due to the generation of coarse Mn / S because the value of [fn1 = Mn / S] of steel 13 is below the range defined in the present invention.

試験番号14の場合、鋼14の[fn2=Cr×Te]の値が本発明で規定する範囲を上回るため、ε−εの値が高く、試験番号1〜9と比較して異方性が大きい。さらに、試験番号14は平均アスペクト比も高い。また、試験番号14は、R3およびR20環状切欠き引張試験片のεが小さく、冷間鍛造性が不十分である。
試験番号15の場合、鋼15の[fn3=Cr/(Si+2Mn)]の値が本発明で規定する範囲を上回るため、粒界酸化層深さおよび不完全焼入層深さが試験番号1〜9と比較して深い。
In the case of test number 14, since the value of [fn2 = Cr × Te] of steel 14 exceeds the range specified in the present invention, the value of ε LC is high, which is anisotropic compared to test numbers 1-9. The nature is great. Furthermore, test number 14 has a high average aspect ratio. In Test No. 14, ε L of the R3 and R20 annular notch tensile test pieces is small, and the cold forgeability is insufficient.
In the case of test number 15, since the value of [fn3 = Cr / (Si + 2Mn)] of steel 15 exceeds the range specified in the present invention, the grain boundary oxide layer depth and the incomplete quenching layer depth are test numbers 1 to 1. Deeper than 9.

試験番号16の場合、R3およびR20環状切欠き引張試験片のεが小さく、試験番号1〜9と比較して冷間鍛造性が悪い。これは、鋼16の[fn1=Mn/S]の値が本発明で規定する範囲を上回るため、粗大なMnSが生成したことによるものであると推定される。
試験番号17の場合、鋼17の[fn3=Cr/(Si+2Mn)]の値が本発明で規定する範囲を下回るため、粒界酸化層深さおよび不完全焼入層深さが試験番号1〜9と比較して深い。
In the case of test number 16, ε L of the R3 and R20 annular notch tensile test pieces is small, and the cold forgeability is poor as compared with test numbers 1-9. This is presumably because coarse [MnS] was generated because the value of [fn1 = Mn / S] of the steel 16 exceeded the range defined in the present invention.
In the case of test number 17, since the value of [fn3 = Cr / (Si + 2Mn)] of steel 17 is below the range specified in the present invention, the grain boundary oxide layer depth and the incomplete quenching layer depth are the test numbers 1 to 1. Deeper than 9.

本発明の肌焼鋼は、JIS G 4052(2003)に規定されたニッケルクロムモリブデン鋼のSNCM220Hおよびクロムモリブデン鋼のSCM420Hと比較してNiおよびMoの含有量が少ないため成分コストが低く、冷間鍛造の異方性が小さく良好な鍛造性を有する。しかも、この肌焼鋼を素材とする浸炭部品は、SNCM220HおよびSCM420Hを素材とする浸炭部品と同じ程度の有効硬化層深さを有し、曲げ疲労強度およびピッチング強度に悪影響を及ぼす粒界酸化層深さおよび不完全焼入層深さが浅い。このため、本発明の肌焼鋼は、低コスト化・軽量化・高トルク化のために優れた冷間鍛造性と焼入れ性が要求される浸炭部品の素材として用いるのに好適である。   The case-hardened steel of the present invention is low in component cost because it contains less Ni and Mo than nickel-molybdenum steel SNCM220H and chromium-molybdenum steel SCM420H specified in JIS G 4052 (2003). Small forging anisotropy and good forgeability. In addition, the carburized parts made from this case-hardened steel have the same effective hardened layer depth as carburized parts made from SNCM220H and SCM420H, and have a grain boundary oxide layer that adversely affects bending fatigue strength and pitting strength. Shallow depth and incompletely hardened layer depth. For this reason, the case-hardened steel of the present invention is suitable for use as a material for carburized parts that require excellent cold forgeability and hardenability for cost reduction, weight reduction, and torque increase.

Claims (4)

質量%で、
C:0.10〜0.30%、
Si:0.02〜1.00%、
Mn:0.30〜1.00%、
S:0.002〜0.015%、
Cr:1.50〜3.00%、
Al:0.010〜0.050%、
N:0.0040〜0.0250%、
Te:0.0003〜0.0050%
を含有し、
P:0.020%以下、
Ti:0.005%未満、
O:0.0015%以下
に制限し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、
Si、Mn、Cr、SおよびTeの含有量が、下記の(1)式、(2)式および(3)式で表されるfn1、fn2およびfn3の値でそれぞれ30≦fn1≦150、fn2≦0.010および0.70≦fn3≦1.10を満たすことを特徴とする肌焼鋼。
fn1:Mn/S・・・(1)
fn2:Cr×Te・・・(2)
fn3:Cr/(Si+2Mn)・・・(3)
但し、(1)式、(2)式および(3)式中の元素記号は、その元素の質量%での含有量を表す。
% By mass
C: 0.10 to 0.30%,
Si: 0.02 to 1.00%,
Mn: 0.30 to 1.00%
S: 0.002 to 0.015%,
Cr: 1.50 to 3.00%,
Al: 0.010 to 0.050%,
N: 0.0040 to 0.0250%,
Te: 0.0003 to 0.0050%
Containing
P: 0.020% or less,
Ti: less than 0.005%,
O: limited to 0.0015% or less, the balance is made of Fe and inevitable impurities,
The contents of Si, Mn, Cr, S and Te are 30 ≦ fn1 ≦ 150 and fn2 in the values of fn1, fn2 and fn3 represented by the following formulas (1), (2) and (3), respectively. Case-hardened steel satisfying ≦ 0.010 and 0.70 ≦ fn3 ≦ 1.10.
fn1: Mn / S (1)
fn2: Cr × Te (2)
fn3: Cr / (Si + 2Mn) (3)
However, the element symbol in the formulas (1), (2) and (3) represents the content in mass% of the element.
更に、質量%で、
Mo:0.10%以下、
Cu:0.20%以下、
Ni: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に記載の肌焼鋼。
Furthermore, in mass%,
Mo: 0.10% or less,
Cu: 0.20% or less,
The case-hardened steel according to claim 1, comprising Ni: 0.20% or less.
更に、質量%で、
V:0.20%以下、
Nb:0.050%以下
の一方又は両方を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の肌焼鋼。
Furthermore, in mass%,
V: 0.20% or less,
One or both of Nb: 0.050% or less are contained, The case hardening steel of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned.
更に、質量%で、
Ca:0.0050%以下、
Zr:0.010%以下
の一方又は両方を含有することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の肌焼鋼。
Furthermore, in mass%,
Ca: 0.0050% or less,
One or both of Zr: 0.010% or less are contained, The case hardening steel of any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned.
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