JP6561816B2 - Crankshaft and manufacturing method thereof - Google Patents

Crankshaft and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP6561816B2
JP6561816B2 JP2015243878A JP2015243878A JP6561816B2 JP 6561816 B2 JP6561816 B2 JP 6561816B2 JP 2015243878 A JP2015243878 A JP 2015243878A JP 2015243878 A JP2015243878 A JP 2015243878A JP 6561816 B2 JP6561816 B2 JP 6561816B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
crankshaft
compound layer
induction hardening
layer
nitriding
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.)
Active
Application number
JP2015243878A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017110247A (en
Inventor
久保田 学
学 久保田
基成 金
基成 金
英介 中山
英介 中山
将人 祐谷
将人 祐谷
裕章 多比良
裕章 多比良
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.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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 Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP2015243878A priority Critical patent/JP6561816B2/en
Publication of JP2017110247A publication Critical patent/JP2017110247A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6561816B2 publication Critical patent/JP6561816B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Description

本発明は、クランクシャフト及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a crankshaft and a manufacturing method thereof.

自動車、トラック及び建設機械に代表される輸送機では、燃費向上(起動停止の増加、小排気量化)及び、排ガス規制対応(高筒内圧化)の要求が高まっている。これらの要求は、クランクシャフトへの負荷を増大する。そのため、クランクシャフトには、曲げ疲労強度及び耐焼付き性のさらなる向上が求められている。   In transportation equipment represented by automobiles, trucks, and construction machines, there are increasing demands for improving fuel efficiency (increase in starting and stopping, reducing displacement) and complying with exhaust gas regulations (increasing high in-cylinder pressure). These requirements increase the load on the crankshaft. Therefore, the crankshaft is required to further improve the bending fatigue strength and seizure resistance.

クランクシャフトの疲労強度又は耐焼き付き性を高める技術として、表面硬化処理が知られている。表面硬化処理としては、窒化処理、高周波焼入れ、及び、フィレットロール加工がよく知られている。窒化処理は、鋼の表面から窒素だけを浸透させる狭義の窒化処理と、窒素と炭素を同時に浸透させる軟窒化処理とを含む。   Surface hardening treatment is known as a technique for increasing the fatigue strength or seizure resistance of a crankshaft. As the surface hardening treatment, nitriding treatment, induction hardening, and fillet roll processing are well known. The nitriding treatment includes a nitriding treatment in a narrow sense that allows only nitrogen to permeate from the surface of the steel, and a soft nitriding treatment that simultaneously permeates nitrogen and carbon.

高周波焼入れされたクランクシャフトは、他の表面硬化処理が施されたクランクシャフトと比較して、高い曲げ疲労強度を有する。高周波焼入れによってクランクシャフトに形成される硬化層は、他の表面硬化処理により形成される硬化層よりも深く、さらに、硬化層に導入される圧縮残留応力が大きいためである。   The induction-hardened crankshaft has a higher bending fatigue strength than other crankshafts that have undergone surface hardening treatment. This is because the hardened layer formed on the crankshaft by induction hardening is deeper than the hardened layer formed by other surface hardening treatment, and the compressive residual stress introduced into the hardened layer is large.

一方、窒化処理されたクランクシャフトでは、高周波焼入れの場合と比較して、曲げ疲労強度は低いものの、高温強度を高く維持でき、耐焼付き性に優れる。窒化処理により、クランクシャフトの表層には、主として鉄窒化物(ε及び/又はγ’)からなる化合物層が形成され、化合物層と母材との間に拡散層が形成される。この化合物層及び拡散層により、優れた耐焼き付き性が得られると考えられている。   On the other hand, the crankshaft subjected to nitriding treatment has a low bending fatigue strength as compared with the case of induction hardening, but can maintain a high temperature strength at a high level and is excellent in seizure resistance. By nitriding, a compound layer mainly composed of iron nitride (ε and / or γ ′) is formed on the surface layer of the crankshaft, and a diffusion layer is formed between the compound layer and the base material. It is considered that excellent seizure resistance can be obtained by the compound layer and the diffusion layer.

上記のとおり、高周波焼入れ処理及び窒化処理はそれぞれ異なる効果を発揮する。そこで、窒化処理後に高周波焼入れ処理を実施する複合熱処理が、特開2015−59248号公報(特許文献1)、特開2014−118070号公報(特許文献2)、特開2007−77411号公報(特許文献3)に開示されている。   As described above, induction hardening treatment and nitriding treatment exhibit different effects. Therefore, composite heat treatment in which induction hardening is performed after nitriding is disclosed in JP-A-2015-59248 (Patent Document 1), JP-A-2014-1118070 (Patent Document 2), and JP-A-2007-77411 (Patent Document). Document 3).

特許文献1に開示された鋼の熱処理方法では、初めに、鋼に対して軟窒化処理を実施する。次に、軟窒化処理後の鋼に対して、オーステナイト域の1000〜1200℃で30〜120分加熱し、その後、急冷する(焼入れ処理)。この場合、化合物層中の窒素を、焼入れ処理時に鋼の内部に拡散できる。そのため、硬化層をより深く形成でき、疲労強度が高まる、と記載されている。   In the heat treatment method for steel disclosed in Patent Document 1, first, soft nitriding is performed on the steel. Next, the steel after the soft nitriding treatment is heated at 1000 to 1200 ° C. in the austenite region for 30 to 120 minutes, and then rapidly cooled (quenching treatment). In this case, nitrogen in the compound layer can be diffused into the steel during the quenching process. Therefore, it is described that the hardened layer can be formed deeper and the fatigue strength is increased.

特許文献2に開示された船舶推進装置用のクランクシャフトの製造方法は、ガス軟窒化処理後に高周波焼入れ処理を実施する。これにより強度が高まり、かつ、窒化層(化合物層及び拡散層)により海水に対する耐食性も維持される。なお、高周波焼入れによりクランクシャフトの寸法精度が低下する。そこで、クランクケース内に収容され、海水に対する耐食性が要求されない部位(ピン、ジャーナル等)については、表層を研削して寸法精度を高める、と記載されている。なお、表層をどの程度研削するかについては記載されていない。   The manufacturing method of the crankshaft for ship propulsion devices disclosed in Patent Document 2 performs induction hardening after gas soft nitriding. As a result, the strength is increased, and corrosion resistance against seawater is maintained by the nitrided layer (compound layer and diffusion layer). In addition, the dimensional accuracy of a crankshaft falls by induction hardening. Therefore, it is described that the parts (pins, journals, etc.) that are accommodated in the crankcase and do not require corrosion resistance to seawater are ground to increase the dimensional accuracy. It is not described how much the surface layer is ground.

特許文献3に開示された機械構造部品の製造方法では、窒化処理を実施して化合物層の厚さが5μm以下、窒化層の深さが0.2mm以上、表面から深さ0.05mmの位置における窒素濃度が0.3〜2.5重量%の窒化層を形成し、ついで、窒化層部分がオーステナイト化する条件で高周波焼入れを実施する。これにより、優れた曲げ疲労強度及び摩耗特性が得られる、と記載されている。   In the method for manufacturing a mechanical structure component disclosed in Patent Document 3, a nitriding process is performed, the thickness of the compound layer is 5 μm or less, the depth of the nitride layer is 0.2 mm or more, and the depth from the surface is 0.05 mm. A nitride layer having a nitrogen concentration of 0.3 to 2.5% by weight is formed, and then induction hardening is performed under the condition that the nitride layer portion becomes austenite. This describes that excellent bending fatigue strength and wear characteristics can be obtained.

特開2015−59248号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-59248 特開2014−118070号公報JP 2014-1118070 A 特開2007−77411号公報JP 2007-77411 A WO2012/056785号公報WO2012 / 056785

しかしながら、上述の特許文献に開示された鋼材をクランクシャフトとした場合、曲げ疲労強度が低い場合がある。   However, when the steel material disclosed in the above-mentioned patent document is a crankshaft, the bending fatigue strength may be low.

本発明の目的は、優れた曲げ疲労強度及び耐焼付き性を有するクランクシャフト及びその製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a crankshaft having excellent bending fatigue strength and seizure resistance and a method for producing the crankshaft.

本実施形態によるクランクシャフトは、ピン部、ジャーナル部及びフィレット部を備える。本クランクシャフトは、質量%で、C:0.35%〜0.60%、Si:0%〜1.50%、Mn:0.50%〜2.0%、P:0.025%以下、S:0.010%〜0.10%、Cr:0.05%〜2.0%、Al:0%〜0.050%、N:0.0030%〜0.020%、V:0〜0.20%、Ti:0〜0.050%、Cu:0〜0.20%、及び、Ni:0〜0.20%を含有し、残部はFe及び不純物からなる化学組成を有する。ピン部、ジャーナル部及びフィレット部において、HV550以上のビッカース硬さが得られる表面からの深さが1.0mm以上である。上記表面から50μm深さまでの領域において、平均窒素濃度が0.10%〜0.80%であり、マトリクス組織は面積率で80%以上のマルテンサイトと0〜20%の残留オーステナイトとからなり、円換算直径で1μm以上の鉄窒化物が1個/1000μm2未満である。上記表面から20μm深さまでの領域において、円換算直径で2μm以上の酸化物が3個/1000μm2未満である。 The crankshaft according to the present embodiment includes a pin portion, a journal portion, and a fillet portion. This crankshaft is in mass%, C: 0.35% to 0.60%, Si: 0% to 1.50%, Mn: 0.50% to 2.0%, P: 0.025% or less , S: 0.010% to 0.10%, Cr: 0.05% to 2.0%, Al: 0% to 0.050%, N: 0.0030% to 0.020%, V: 0 It contains ˜0.20%, Ti: 0-0.050%, Cu: 0-0.20%, and Ni: 0-0.20%, and the balance has a chemical composition composed of Fe and impurities. In the pin part, the journal part, and the fillet part, the depth from the surface at which a Vickers hardness of HV550 or more is obtained is 1.0 mm or more. In the region from the surface to a depth of 50 μm, the average nitrogen concentration is 0.10% to 0.80%, and the matrix structure is composed of martensite with an area ratio of 80% or more and residual austenite with 0 to 20%, The number of iron nitrides having a circular equivalent diameter of 1 μm or more is less than 1 piece / 1000 μm 2 . In the region from the surface to a depth of 20 μm, the number of oxides having a diameter in terms of a circle of 2 μm or more is less than 3/1000 μm 2 .

上記クランクシャフトの製造方法は、上記化学組成を有する鋼材を熱間鍛造してクランクシャフト形状の中間材を製造する工程と、中間材に対して窒化処理を実施して、中間材の表層に厚さ6μm以上の化合物層と厚さ50μm以上の拡散層とを形成する工程と、窒化処理後の中間材に対して高周波焼入れ処理を実施する工程と、中間材のうち、高周波焼入れ処理により化合物層が変化したものであり酸化物を含む元化合物層と、元化合物層下に形成された残留オーステナイトとを除去する工程とを備える。   The crankshaft manufacturing method includes a step of hot forging a steel material having the above chemical composition to manufacture a crankshaft-shaped intermediate material, nitriding the intermediate material, and forming a thick layer on the surface of the intermediate material. A step of forming a compound layer having a thickness of 6 μm or more and a diffusion layer having a thickness of 50 μm or more, a step of subjecting the intermediate material after nitriding treatment to induction hardening treatment, and among the intermediate materials, a compound layer by induction hardening treatment And a step of removing an original compound layer containing an oxide and residual austenite formed under the original compound layer.

本実施形態によるクランクシャフトは、優れた曲げ疲労強度及び耐焼付き性を有し、本実施形態による製造方法は、上記クランクシャフトを製造できる。   The crankshaft according to the present embodiment has excellent bending fatigue strength and seizure resistance, and the manufacturing method according to the present embodiment can manufacture the crankshaft.

図1は、本実施形態のクランクシャフトの要部の一例を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a main part of the crankshaft of the present embodiment. 図2は、実施例における焼付き試験で使用した高面圧試験機の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a high surface pressure tester used in a seizure test in the examples.

本発明者らは、優れた曲げ疲労強度と、優れた耐焼き付き性とを両立可能なクランクシャフトについて調査及び検討を行った。その結果、本発明者らは次の知見を得た。   The present inventors investigated and examined a crankshaft capable of achieving both excellent bending fatigue strength and excellent seizure resistance. As a result, the present inventors obtained the following knowledge.

(1)クランクシャフトにおいて、優れた曲げ疲労強度を得るためには、高周波焼入れ処理を実施して深い硬化層及び大きな残留応力を形成することが有効である。上述のとおり、窒化処理材は、高周波焼入れ材と比較して高温強度に優れ、耐焼付き性に優れる。しかしながら、窒化処理のみで深い硬化層を得ることは困難である。したがって、高周波焼入れ処理により深い硬化層を形成することが、曲げ疲労強度には有効である。   (1) In order to obtain an excellent bending fatigue strength in a crankshaft, it is effective to perform induction hardening to form a deep hardened layer and a large residual stress. As described above, the nitriding material is superior in high-temperature strength and seizure resistance as compared with an induction-quenched material. However, it is difficult to obtain a deep hardened layer only by nitriding. Therefore, forming a deep hardened layer by induction hardening is effective for bending fatigue strength.

(2)高周波焼入れ処理により形成されるマルテンサイトの窒素含有量が高い場合、摺動時の発熱に対して微細な窒化物が形成される。この窒化物の析出強化により、強度の低下を抑制でき、優れた高温強度が得られる。そのため、クランクシャフトのピン部、ジャーナル部及びフィレット部の最表層の組織を窒素含有量の高いマルテンサイト(以下、高窒素マルテンサイトという)とすれば、優れた曲げ疲労強度及び耐焼付き性が得られる。窒化処理後の鋼材に対して高周波焼入れ処理を実施すれば、表層に高窒素マルテンサイトを形成できる。   (2) When the nitrogen content of martensite formed by induction hardening is high, fine nitrides are formed against heat generated during sliding. Due to the precipitation strengthening of the nitride, a decrease in strength can be suppressed, and an excellent high temperature strength can be obtained. Therefore, if the structure of the outermost layer of the pin part, journal part and fillet part of the crankshaft is martensite having a high nitrogen content (hereinafter referred to as high nitrogen martensite), excellent bending fatigue strength and seizure resistance can be obtained. It is done. High-frequency martensite can be formed on the surface layer by subjecting the steel material after nitriding to induction hardening.

(3)しかしながら、窒化処理を実施した後、高周波焼入れ処理を実施したクランクシャフトでは、次の問題が生じることを本発明者らは新たに知見した。   (3) However, the present inventors have newly found that the following problems occur in a crankshaft that has been subjected to induction hardening after nitriding.

窒化処理を実施した場合、鋼材の最表層には化合物層が形成され、母材と化合物層との間には拡散層が形成される。化合物層は主として鉄窒化物(ε及び/又はγ’)からなる。このような化合物層及び拡散層を含む鋼材に対して高周波焼入れ処理を実施した場合、高温加熱により化合物層が分解し、鉄窒化物、酸化物及び空隙を含むポーラスなマルテンサイトと残留オーステナイトとからなる混合組織が形成される。このような混合組織を元化合物層と称する。さらに、拡散層のうち化合物層と隣接する部分には、残留オーステナイトが形成される。元化合物層及び元化合物層下に形成される残留オーステナイトは、クランクシャフトの曲げ疲労強度を低下する。   When nitriding is performed, a compound layer is formed on the outermost layer of the steel material, and a diffusion layer is formed between the base material and the compound layer. The compound layer is mainly composed of iron nitride (ε and / or γ ′). When a steel material including such a compound layer and a diffusion layer is subjected to induction hardening, the compound layer is decomposed by high-temperature heating, and from porous martensite including iron nitride, oxide and voids, and residual austenite A mixed tissue is formed. Such a mixed structure is referred to as an original compound layer. Further, residual austenite is formed in a portion of the diffusion layer adjacent to the compound layer. The original austenite formed under the original compound layer and the original compound layer lowers the bending fatigue strength of the crankshaft.

(4)そこで、本実施形態では、高周波焼入れ処理後の鋼材に対して研削処理を実施して、元化合物層及び元化合物層下の残留オーステナイトを除去する。これにより、優れた曲げ疲労強度が得られる。さらに、窒化処理後に高周波焼入れ処理を実施するため、高窒素マルテンサイトが形成される。そのため、優れた耐焼付き性も得られる。   (4) Therefore, in this embodiment, the steel material after the induction hardening treatment is ground to remove the original compound layer and the retained austenite under the original compound layer. Thereby, the outstanding bending fatigue strength is obtained. Furthermore, high nitrogen martensite is formed in order to perform induction hardening after nitriding. Therefore, excellent seizure resistance is also obtained.

(5)高周波焼入れ処理前に、化合物層を除去する考え方もあり得る。しかしながら、高周波焼入れは通常、大気中で実施される。ここで、高周波焼入れ処理前に化合物が除去された鋼材を用いた場合を想定する。この場合、鋼材を焼入れ温度に加熱すれば、大気中の酸素が鋼中に侵入し、鋼材内に粗大な酸化物が生成する。酸化物は曲げ疲労強度を低下する。化合物層を除去すればまた、高周波焼入れ処理時において、化合物層中の窒素を拡散層に移動させることができない。その結果、硬化層を構成するマルテンサイト中の窒素濃度が低くなり、耐焼付き性が低下する。   (5) There may be a concept of removing the compound layer before the induction hardening treatment. However, induction hardening is usually performed in the atmosphere. Here, the case where the steel material from which the compound was removed before induction hardening processing is used is assumed. In this case, when the steel material is heated to the quenching temperature, oxygen in the atmosphere enters the steel, and coarse oxides are generated in the steel material. Oxides reduce the bending fatigue strength. If the compound layer is removed, nitrogen in the compound layer cannot be moved to the diffusion layer during the induction hardening process. As a result, the nitrogen concentration in the martensite constituting the hardened layer is lowered, and the seizure resistance is lowered.

化合物層が形成された鋼材を用いて焼入れ処理を実施した場合、化合物層が酸素の侵入を抑制する障壁として機能する。さらに、化合物層は拡散層への窒素の供給源としても機能する。したがって、本実施形態では、化合物層が形成された鋼材に対して高周波焼入れ処理を実施し、その後、元化合物層及び残留オーステナイトを除去する。   When the quenching process is performed using the steel material on which the compound layer is formed, the compound layer functions as a barrier that suppresses the entry of oxygen. Furthermore, the compound layer also functions as a supply source of nitrogen to the diffusion layer. Therefore, in the present embodiment, induction hardening is performed on the steel material on which the compound layer is formed, and then the original compound layer and the retained austenite are removed.

(6)より具体的には、6μm以上の厚みの化合物層と、50μm以上の厚みの拡散層とを有する鋼材に対して高周波焼入れを実施する。この場合、研削処理後のクランクシャフトでは、元化合物層が除去されているため、表層組織が主として窒素濃度の高いマルテンサイトからなる。さらに、表層では鉄窒化物及び酸化物が抑制されている。そのため、製造されたクランクシャフトの曲げ疲労強度及び耐焼付き性が高まる。   (6) More specifically, induction hardening is performed on a steel material having a compound layer having a thickness of 6 μm or more and a diffusion layer having a thickness of 50 μm or more. In this case, since the original compound layer is removed from the crankshaft after the grinding treatment, the surface layer structure is mainly composed of martensite having a high nitrogen concentration. Further, iron nitride and oxide are suppressed in the surface layer. Therefore, the bending fatigue strength and seizure resistance of the manufactured crankshaft are increased.

以上の知見により完成した本実施形態によるクランクシャフトは、ピン部、ジャーナル部及びフィレット部を備える。本クランクシャフトは、質量%で、C:0.35%〜0.60%、Si:0%〜1.50%、Mn:0.50%〜2.0%、P:0.025%以下、S:0.010%〜0.10%、Cr:0.05%〜2.0%、Al:0%〜0.050%、N:0.0030%〜0.020%、V:0〜0.20%、Ti:0〜0.050%、Cu:0〜0.20%、及び、Ni:0〜0.20%を含有し、残部はFe及び不純物からなる化学組成を有する。ピン部、ジャーナル部及びフィレット部において、HV550以上のビッカース硬さが得られる表面からの深さが1.0mm以上である。上記表面から50μm深さまでの領域において、平均窒素濃度が0.10%〜0.80%であり、マトリクス組織は面積率で80%以上のマルテンサイトと0〜20%の残留オーステナイトとからなり、円換算直径で1μm以上の鉄窒化物が1個/1000μm2未満である。上記表面から20μm深さまでの領域において、円換算直径で2μm以上の酸化物が3個/1000μm2未満である。 The crankshaft according to the present embodiment completed by the above knowledge includes a pin portion, a journal portion, and a fillet portion. This crankshaft is in mass%, C: 0.35% to 0.60%, Si: 0% to 1.50%, Mn: 0.50% to 2.0%, P: 0.025% or less , S: 0.010% to 0.10%, Cr: 0.05% to 2.0%, Al: 0% to 0.050%, N: 0.0030% to 0.020%, V: 0 It contains ˜0.20%, Ti: 0-0.050%, Cu: 0-0.20%, and Ni: 0-0.20%, and the balance has a chemical composition composed of Fe and impurities. In the pin part, the journal part, and the fillet part, the depth from the surface at which a Vickers hardness of HV550 or more is obtained is 1.0 mm or more. In the region from the surface to a depth of 50 μm, the average nitrogen concentration is 0.10% to 0.80%, and the matrix structure is composed of martensite with an area ratio of 80% or more and residual austenite with 0 to 20%, The number of iron nitrides having a circular equivalent diameter of 1 μm or more is less than 1 piece / 1000 μm 2 . In the region from the surface to a depth of 20 μm, the number of oxides having a diameter in terms of a circle of 2 μm or more is less than 3/1000 μm 2 .

上記クランクシャフトの化学組成は、V:0.02〜0.20%、及び、Ti:0.010〜0.050%からなる群から選択される1種以上を含有してもよい。   The chemical composition of the crankshaft may contain one or more selected from the group consisting of V: 0.02 to 0.20% and Ti: 0.010 to 0.050%.

上記クランクシャフトの化学組成は、Cu:0.02%〜0.20%、及び、Ni:0.02%〜0.20%からなる群から選択される1種以上を含有してもよい。   The chemical composition of the crankshaft may include one or more selected from the group consisting of Cu: 0.02% to 0.20% and Ni: 0.02% to 0.20%.

上記クランクシャフトの製造方法は、上記化学組成を有する鋼材を熱間鍛造してクランクシャフト形状の中間材を製造する工程と、中間材に対して窒化処理を実施して、中間材の表層に厚さ6μm以上の化合物層と厚さ50μm以上の拡散層とを形成する工程と、窒化処理後の中間材に対して高周波焼入れ処理を実施する工程と、中間材のうち、高周波焼入れ処理により化合物層が変化したものであり酸化物を含む元化合物層と、元化合物層下に形成された残留オーステナイトとを除去する工程とを備える。   The crankshaft manufacturing method includes a step of hot forging a steel material having the above chemical composition to manufacture a crankshaft-shaped intermediate material, nitriding the intermediate material, and forming a thick layer on the surface of the intermediate material. A step of forming a compound layer having a thickness of 6 μm or more and a diffusion layer having a thickness of 50 μm or more, a step of subjecting the intermediate material after nitriding treatment to induction hardening treatment, and among the intermediate materials, a compound layer by induction hardening treatment And a step of removing an original compound layer containing an oxide and residual austenite formed under the original compound layer.

以下、本実施形態に係るクランクシャフト及びその製造方法について詳述する。化学成分に関する%は、質量%を示す。   Hereinafter, the crankshaft and the manufacturing method thereof according to the present embodiment will be described in detail. “%” Related to chemical components indicates “% by mass”.

[クランクシャフトの構成]
図1は、本実施の形態によるクランクシャフトの要部の一例を示す模式図である。クランクシャフト1は、ピン部2と、ジャーナル部3と、アーム部4と、フィレット部5とを備える。ジャーナル部3はクランクシャフトの回転軸と同軸に配置される。ピン部2は、クランクシャフト1の回転軸からずれて配置される。アーム部4は、ピン部2とジャーナル部3との間に配置され、ピン部2とジャーナル部3とにつながる。フィレット部5は、ピン部2とアーム部4とのつなぎ目部分、及び、ジャーナル部3とアーム部4とのつなぎ目部分に相当する。ピン部2には、図示しないコンロッドが回転可能に取付けられる。ジャーナル部3は、図示しない軸受により回転可能に支持される。ピン部2はコンロッドと接触しながら回転し、ジャーナル部3は、軸受と接触しながら回転する。そのため、ピン部2、ジャーナル部3には優れた耐焼き付き性が、応力集中が生じるフィレット部5には優れた曲げ疲労強度が求められる。以下、ピン部2、ジャーナル部3を摺動部とも称する。
[Configuration of crankshaft]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a main part of a crankshaft according to the present embodiment. The crankshaft 1 includes a pin part 2, a journal part 3, an arm part 4, and a fillet part 5. The journal portion 3 is disposed coaxially with the rotation axis of the crankshaft. The pin portion 2 is arranged so as to be shifted from the rotation axis of the crankshaft 1. The arm portion 4 is disposed between the pin portion 2 and the journal portion 3 and is connected to the pin portion 2 and the journal portion 3. The fillet portion 5 corresponds to a joint portion between the pin portion 2 and the arm portion 4 and a joint portion between the journal portion 3 and the arm portion 4. A connecting rod (not shown) is rotatably attached to the pin portion 2. The journal part 3 is rotatably supported by a bearing (not shown). The pin portion 2 rotates while contacting the connecting rod, and the journal portion 3 rotates while contacting the bearing. Therefore, the pin part 2 and the journal part 3 are required to have excellent seizure resistance, and the fillet part 5 where stress concentration occurs is required to have excellent bending fatigue strength. Hereinafter, the pin part 2 and the journal part 3 are also called a sliding part.

[化学組成]
上述の本実施形態のクランクシャフトの化学組成は、次の元素を含有する。
[Chemical composition]
The chemical composition of the crankshaft of this embodiment described above contains the following elements.

C:0.35〜0.60%
炭素(C)は、鋼の強度を高め、クランクシャフトの曲げ疲労強度を高める。C含有量が低すぎればこの効果が得られない。一方、C含有量が高すぎれば、鋼の強度が高くなりすぎ、被削性が低下する。したがって、C含有量は0.35〜0.60%である。C含有量の好ましい下限は0.36%であり、さらに好ましくは0.37%である。C含有量の好ましい上限は0.55%であり、さらに好ましくは0.50%である。
C: 0.35-0.60%
Carbon (C) increases the strength of steel and increases the bending fatigue strength of the crankshaft. If the C content is too low, this effect cannot be obtained. On the other hand, if the C content is too high, the strength of the steel becomes too high, and the machinability decreases. Therefore, the C content is 0.35 to 0.60%. The minimum with preferable C content is 0.36%, More preferably, it is 0.37%. The upper limit with preferable C content is 0.55%, More preferably, it is 0.50%.

Si:0〜1.50%
シリコン(Si)は含有されなくてもよい。含有される場合、Siは、鋼の焼入れ性を高め、マルテンサイトの焼戻し軟化抵抗を高める。しかしながら、Si含有量が高すぎれば、鋼の強度が高くなりすぎ、被削性が低下する。また、Siが高くなると熱伝導率が低くなるため、熱の放散が起こりにくくなり、耐焼付き性を低下する。したがって、Si含有量は0〜1.50%である。上記効果をより有効に得るためのSi含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.05%である。Si含有量の好ましい上限は0.50%であり、さらに好ましくは0.30%である。
Si: 0 to 1.50%
Silicon (Si) may not be contained. When contained, Si increases the hardenability of steel and increases the temper softening resistance of martensite. However, if the Si content is too high, the strength of the steel becomes too high and the machinability deteriorates. Moreover, since heat conductivity will become low when Si becomes high, it will become difficult to dissipate heat | fever and will reduce seizure resistance. Therefore, the Si content is 0 to 1.50%. The minimum with preferable Si content for acquiring the said effect more effectively is 0.01%, More preferably, it is 0.05%. The upper limit with preferable Si content is 0.50%, More preferably, it is 0.30%.

Mn:0.50〜2.0%
マンガン(Mn)は鋼の焼入れ性を高め、高周波焼入れ処理によりクランクシャフトの表層組織をマルテンサイトにする。Mn含有量が低すぎればこの効果は得られない。一方、Mn含有量が高すぎれば、鋼の強度が高くなりすぎ、被削性が低下する。したがって、Mn含有量は0.50〜2.0%である。Mn含有量の好ましい下限は0.60%であり、さらに好ましくは0.70%である。Mn含有量の好ましい上限は1.7%であり、さらに好ましくは1.5%である。
Mn: 0.50 to 2.0%
Manganese (Mn) enhances the hardenability of the steel and makes the surface structure of the crankshaft martensite by induction hardening. If the Mn content is too low, this effect cannot be obtained. On the other hand, if the Mn content is too high, the strength of the steel becomes too high and the machinability deteriorates. Therefore, the Mn content is 0.50 to 2.0%. The minimum with preferable Mn content is 0.60%, More preferably, it is 0.70%. The upper limit with preferable Mn content is 1.7%, More preferably, it is 1.5%.

P:0.025%以下
燐(P)は不純物である。Pはマルテンサイト中の旧オーステナイト粒界を脆化する。したがって、P含有量は0.025%以下である。P含有量の好ましい上限は0.015%である。P含有量はなるべく低い方が好ましい。
P: 0.025% or less Phosphorus (P) is an impurity. P embrittles the prior austenite grain boundaries in martensite. Therefore, the P content is 0.025% or less. The upper limit with preferable P content is 0.015%. The P content is preferably as low as possible.

S:0.010〜0.10%
硫黄(S)は、主としてMnと結合してMnSを形成し、鋼の被削性を高める。S含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、S含有量が高すぎれば、粗大な硫化物系介在物(MnSも含む)が多量に生成し、焼割れの起点となる。したがって、S含有量は0.010〜0.10%である。S含有量の好ましい下限は0.012%であり、さらに好ましくは0.014%である。S含有量の好ましい上限は0.070%であり、さらに好ましくは0.065%である。
S: 0.010 to 0.10%
Sulfur (S) mainly binds to Mn to form MnS and enhances the machinability of the steel. If the S content is too low, this effect cannot be obtained. On the other hand, if the S content is too high, a large amount of coarse sulfide inclusions (including MnS) are generated, which becomes the starting point of the cracking. Therefore, the S content is 0.010 to 0.10%. The minimum with preferable S content is 0.012%, More preferably, it is 0.014%. The upper limit with preferable S content is 0.070%, More preferably, it is 0.065%.

Cr:0.05〜2.0%
クロム(Cr)は窒化処理時において、拡散層中の窒素含有量を増加する。そのため、高周波焼入れ処理により得られるマルテンサイト中の窒素含有量が高まる。これにより、マルテンサイトの高温強度が高まり、クランクシャフトの摺動部(ピン部及びジャーナル部)の耐焼付き性が高まる。Crはさらに、鋼の焼入れ性を高める。Cr含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Cr含有量が高すぎれば、鋼の強度が高くなりすぎ、被削性が低下する。したがって、Cr含有量は0.05〜2.0%である。Cr含有量の好ましい下限は0.07%であり、さらに好ましくは0.09%である。Cr含有量の好ましい上限は1.5%であり、さらに好ましくは1.2%である。
Cr: 0.05-2.0%
Chromium (Cr) increases the nitrogen content in the diffusion layer during nitriding. Therefore, the nitrogen content in martensite obtained by induction hardening is increased. Thereby, the high temperature strength of martensite increases and the seizure resistance of the sliding portions (pin portion and journal portion) of the crankshaft increases. Cr further enhances the hardenability of the steel. If the Cr content is too low, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the Cr content is too high, the strength of the steel becomes too high and the machinability decreases. Therefore, the Cr content is 0.05 to 2.0%. The minimum with preferable Cr content is 0.07%, More preferably, it is 0.09%. The upper limit with preferable Cr content is 1.5%, More preferably, it is 1.2%.

Al:0〜0.050%
アルミニウム(Al)は任意元素であり、脱酸のために含有される場合がある。しかしながら、Si等の他の脱酸元素が含有される場合、含有されなくてもよい。また、含有される場合、Alは窒化物を形成し、ピン止め粒子として焼入れ加熱時にオーステナイト粒の粗大化を抑制する。しかしながら、Al含有量が高すぎれば、粗大な介在物が生成して鋼の靱性が低下する。したがって、Al含有量は0〜0.050%である。Al含有量の好ましい下限は0.010%であり、さらに好ましくは0.015%であり、さらに好ましくは0.020%である。Al含有量の好ましい上限は0.045%であり、さらに好ましくは0.040%である。
Al: 0 to 0.050%
Aluminum (Al) is an optional element and may be contained for deoxidation. However, when other deoxidation elements such as Si are contained, they may not be contained. Moreover, when it contains, Al forms nitride and suppresses the coarsening of austenite grains during quenching heating as pinning particles. However, if the Al content is too high, coarse inclusions are generated and the toughness of the steel is reduced. Therefore, the Al content is 0 to 0.050%. The minimum with preferable Al content is 0.010%, More preferably, it is 0.015%, More preferably, it is 0.020%. The upper limit with preferable Al content is 0.045%, More preferably, it is 0.040%.

N:0.0030%〜0.020%
窒素(N)は、各種の窒化物を形成して、ピン止め粒子として焼入れ加熱時にオーステナイト粒の粗大化を抑制する。しかしながら、N含有量が高すぎれば、鋼の熱間延性が低下する。したがって、N含有量は0.0030〜0.020%である。オーステナイト粒の粗大化を抑制するためのN含有量の好ましい下限は0.0060%である。N含有量の好ましい上限は0.016%である。
N: 0.0030% to 0.020%
Nitrogen (N) forms various nitrides and suppresses coarsening of austenite grains during quenching heating as pinning particles. However, if the N content is too high, the hot ductility of the steel decreases. Therefore, the N content is 0.0030 to 0.020%. The minimum with preferable N content for suppressing the coarsening of an austenite grain is 0.0060%. The upper limit with preferable N content is 0.016%.

本実施形態によるクランクシャフトの化学組成の残部はFe及び不純物からなる。ここで、不純物とは、クランクシャフト用鋼材を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから混入されるものであって、本実施形態のクランクシャフトに悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。   The balance of the chemical composition of the crankshaft according to the present embodiment consists of Fe and impurities. Here, impurities are mixed from ore, scrap, or production environment as raw materials when industrially producing steel for crankshaft, and have an adverse effect on the crankshaft of this embodiment. It means what is allowed in the range.

本実施形態のクランクシャフトの化学組成はさらに、Feの一部に代えて、V及びTiからなる群から選択される1種以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも、微細な炭窒化物を形成して、鋼の強度を高め、かつ、高周波焼入れ時におけるオーステナイトの粗粒化を抑制する。   The chemical composition of the crankshaft of this embodiment may further contain one or more selected from the group consisting of V and Ti instead of a part of Fe. All of these elements form fine carbonitrides, increase the strength of the steel, and suppress austenite coarsening during induction hardening.

V:0〜0.20%
バナジウム(V)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Vは、微細な炭窒化物を形成して鋼の強度を高め、かつ、高周波焼入れ処理時におけるオーステナイトの粗粒化を抑制する。Vはさらに、窒化処理での拡散層中の窒素含有量を増加する。そのため、高周波焼入れ処理によって得られるマルテンサイト中の窒素含有量が増加する。窒素含有量の増加により、マルテンサイトの高温強度が高まり、クランクシャフトの摺動部(ピン部及びジャーナル部)の耐焼付き性が高まる。しかしながら、V含有量が高すぎれば、鋼の強度が高くなりすぎ、被削性が低下する。したがって、V含有量は0〜0.20%である。上記効果をより有効に得るためのV含有量の好ましい下限は0.02%であり、さらに好ましくは0.05%である。V含有量の好ましい上限は0.15%であり、さらに好ましくは0.12%である。
V: 0 to 0.20%
Vanadium (V) is an optional element and may not be contained. When contained, V increases the strength of the steel by forming fine carbonitrides, and suppresses austenite coarsening during induction hardening. V further increases the nitrogen content in the diffusion layer during nitriding. Therefore, the nitrogen content in martensite obtained by induction hardening is increased. By increasing the nitrogen content, the high-temperature strength of martensite increases, and the seizure resistance of the sliding parts (pin part and journal part) of the crankshaft increases. However, if the V content is too high, the strength of the steel becomes too high and the machinability decreases. Therefore, the V content is 0 to 0.20%. The minimum with preferable V content for acquiring the said effect more effectively is 0.02%, More preferably, it is 0.05%. The upper limit with preferable V content is 0.15%, More preferably, it is 0.12%.

Ti:0〜0.050%
チタン(Ti)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Tiは、微細な炭窒化物を形成して鋼の強度を高め、かつ、高周波焼入れ時におけるオーステナイトの粗粒化を抑制する。しかしながら、Ti含有量が高すぎれば、炭窒化物が粗大化して鋼が脆化する。したがって、Ti含有量は0〜0.050%である。上記効果をより有効に得るためのTi含有量の好ましい下限は0.010%であり、さらに好ましくは0.015%である。Ti含有量の好ましい上限は0.045%であり、さらに好ましくは0.040%である。
Ti: 0 to 0.050%
Titanium (Ti) is an optional element and may not be contained. When contained, Ti increases the strength of the steel by forming fine carbonitrides, and suppresses austenite coarsening during induction hardening. However, if the Ti content is too high, the carbonitride becomes coarse and the steel becomes brittle. Therefore, the Ti content is 0 to 0.050%. The minimum with preferable Ti content for acquiring the said effect more effectively is 0.010%, More preferably, it is 0.015%. The upper limit with preferable Ti content is 0.045%, More preferably, it is 0.040%.

本実施形態のクランクシャフトの化学組成はさらに、Feの一部に代えて、Cu及びNiからなる群から選択される1種以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも、鋼の耐食性を高める。   The chemical composition of the crankshaft of this embodiment may further include one or more selected from the group consisting of Cu and Ni instead of a part of Fe. All of these elements increase the corrosion resistance of the steel.

Cu:0〜0.20%
銅(Cu)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Cuは鋼の耐食性を高める。しかしながら、Cu含有量が高すぎれば、鋼の熱間延性が低下し、連続鋳造時の鋳片の製造性が低下する。したがって、Cu含有量は0〜0.20%である。上記効果をより有効に得るためのCu含有量の好ましい下限は0.02%であり、さらに好ましくは0.05%である。Cu含有量の好ましい上限は0.15%であり、さらに好ましくは0.12%である。
Cu: 0 to 0.20%
Copper (Cu) is an optional element and may not be contained. When contained, Cu increases the corrosion resistance of the steel. However, if the Cu content is too high, the hot ductility of the steel decreases, and the slab productivity during continuous casting decreases. Therefore, the Cu content is 0 to 0.20%. The minimum with preferable Cu content for acquiring the said effect more effectively is 0.02%, More preferably, it is 0.05%. The upper limit with preferable Cu content is 0.15%, More preferably, it is 0.12%.

Ni:0〜0.20%
ニッケル(Ni)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Niは鋼の耐食性及び靱性を高める。しかしながら、Niは高価であるため、Ni含有量が高すぎれば、製造コストが高まる。したがって、Ni含有量は0〜0.20%である。上記効果をより有効に得るためのNi含有量の好ましい下限は0.02%であり、さらに好ましくは0.05%である。Ni含有量の好ましい上限は0.15%であり、さらに好ましくは0.12%である。
Ni: 0 to 0.20%
Nickel (Ni) is an optional element and may not be contained. When contained, Ni increases the corrosion resistance and toughness of the steel. However, since Ni is expensive, if the Ni content is too high, the manufacturing cost increases. Therefore, the Ni content is 0 to 0.20%. The preferable lower limit of the Ni content for obtaining the above effect more effectively is 0.02%, and more preferably 0.05%. The upper limit with preferable Ni content is 0.15%, More preferably, it is 0.12%.

[ピン部、ジャーナル部及びフィレット部でのビッカース硬さDHV550
本実施形態のクランクシャフトのピン部、ジャーナル部及びフィレット部において、HV550以上のビッカース硬さDHV550が得られる表面からの深さが1.0mm以上である。
[Vickers hardness D HV550 at pin, journal and fillet]
In the pin part, the journal part, and the fillet part of the crankshaft of the present embodiment, the depth from the surface at which the Vickers hardness D HV550 of HV550 or more is obtained is 1.0 mm or more.

高周波焼入れ後のクランクシャフトでは、表層に形成される硬化層の深さが深いほど、曲げ疲労強度が高まる。ピン部、ジャーナル部及びフィレット部において、HV550以上のビッカース硬さが得られる表面からの深さDHV550が1.0mm未満である場合、十分な曲げ疲労強度が得られない。したがって、ピン部、ジャーナル部及びフィレット部において、HV550以上のビッカース硬さが得られる表面からの深さDHV550は1.0mm以上である。深さDHV550の好ましい下限は1.2mmであり、さらに好ましくは1.5mmである。 In the crankshaft after induction hardening, the bending fatigue strength increases as the depth of the hardened layer formed on the surface layer increases. In the pin part, the journal part, and the fillet part, when the depth D HV550 from the surface at which a Vickers hardness of HV550 or higher is obtained is less than 1.0 mm, sufficient bending fatigue strength cannot be obtained. Therefore, in the pin part, the journal part, and the fillet part, the depth D HV550 from the surface at which the Vickers hardness of HV550 or more is obtained is 1.0 mm or more. A preferable lower limit of the depth D HV550 is 1.2 mm, and more preferably 1.5 mm.

ビッカース硬さは次の方法で測定される。ピン部、ジャーナル部及びフィレット部の表面と垂直な断面が被検面となるようなサンプルを採取する。サンプルの被検面を研磨した後、上記表面から深さ方向に0.1mmピッチで、JIS Z2244(2009)に準拠したビッカース硬さ試験を実施する。試験力は2.94Nとする。得られた各位置での硬さを連続的に結んで、表層付近の硬さプロファイルを作成する。作成された硬さプロファイルに基づいて、HV550以上のビッカース硬さが得られる表面からの深さを、DHV550(mm)と定義する。 Vickers hardness is measured by the following method. A sample is taken so that the cross section perpendicular to the surface of the pin part, journal part and fillet part becomes the test surface. After polishing the test surface of the sample, a Vickers hardness test in accordance with JIS Z2244 (2009) is performed at a pitch of 0.1 mm from the surface in the depth direction. The test force is 2.94N. A hardness profile near the surface layer is created by continuously connecting the obtained hardness at each position. Based on the created hardness profile, the depth from the surface at which a Vickers hardness of HV550 or higher is obtained is defined as D HV550 (mm).

[ピン部、ジャーナル部及びフィレット部における表面から50μm深さまでの領域での平均窒素濃度]
本実施形態において、ピン部、ジャーナル部及びフィレット部における表層組織は主として高窒素マルテンサイトからなる。したがって、ピン部、ジャーナル部及びフィレット部における表面から50μm深さまでの領域での平均窒素濃度CNaveは0.10〜0.80%である。平均窒素濃度CNaveが0.10%以上であれば、マルテンサイトが十分な量の窒素を含有するため、優れた耐焼付き性が得られる。一方、平均窒素濃度CNaveが0.80%を超えれば、残留オーステナイト量が過剰に増加する。残留オーステナイトは軟質であるため、曲げ疲労強度を低下する。したがって、平均窒素濃度CNaveは0.10〜0.80%である。平均窒素濃度CNaveの好ましい下限は0.12%であり、好ましい上限は0.60%である。
[Average nitrogen concentration in the region from the surface of the pin part, journal part and fillet part to a depth of 50 μm]
In the present embodiment, the surface layer structure in the pin portion, journal portion, and fillet portion is mainly composed of high nitrogen martensite. Therefore, the average nitrogen concentration C Nave in the region from the surface to the depth of 50 μm in the pin portion, journal portion, and fillet portion is 0.10 to 0.80%. If the average nitrogen concentration C Nave is 0.10% or more, martensite contains a sufficient amount of nitrogen, so that excellent seizure resistance can be obtained. On the other hand, if the average nitrogen concentration C Nave exceeds 0.80%, the amount of retained austenite increases excessively. Residual austenite is soft and therefore decreases bending fatigue strength. Therefore, the average nitrogen concentration C Nave is 0.10 to 0.80%. A preferable lower limit of the average nitrogen concentration C Nave is 0.12%, and a preferable upper limit is 0.60%.

平均窒素濃度CNaveは次の方法により測定される。ピン部、ジャーナル部及びフィレット部の任意の10箇所で、表面から50μm深さまでの領域の窒素濃度をEPMA(電子線マイクロアナライザ)の線分析により求め、その平均値を求める。得られた10箇所の平均値の平均を、平均窒素濃度CNave(%)と定義する。 The average nitrogen concentration C Nave is measured by the following method. The nitrogen concentration in a region from the surface to a depth of 50 μm at any 10 locations of the pin portion, the journal portion, and the fillet portion is determined by EPMA (electron beam microanalyzer) line analysis, and the average value is determined. The average of the 10 average values obtained is defined as the average nitrogen concentration C Nave (%).

[ピン部、ジャーナル部及びフィレット部のマトリクス組織]
ピン部、ジャーナル部及びフィレット部の表面から50μm深さまでの領域のマトリクス組織は、主としてマルテンサイトからなる。「主として」とはマトリクス中のマルテンサイトの総面積率が80%以上であることを意味する。ここでの「マルテンサイト」は、焼戻しマルテンサイトも含む。
[Matrix structure of pin part, journal part and fillet part]
The matrix structure in the region from the surface of the pin part, journal part and fillet part to a depth of 50 μm is mainly composed of martensite. “Mainly” means that the total area ratio of martensite in the matrix is 80% or more. “Martensite” here also includes tempered martensite.

マトリクス組織は面積率で20%以下の残留オーステナイトを含有してもよい。つまり、上記領域でのマトリクス組織は、面積率で80%のマルテンサイトと、0〜20%の残留オーステナイトとを含有する。マトリクス中のマルテンサイトの総面積率が100%でもよい。   The matrix structure may contain 20% or less of retained austenite by area ratio. That is, the matrix structure in the above region contains 80% martensite and 0 to 20% retained austenite by area ratio. The total area ratio of martensite in the matrix may be 100%.

マルテンサイトの強度は高いため、クランクシャフトの曲げ疲労強度が高まる。一方、残留オーステナイトはマルテンサイトと比較して強度が低いため、曲げ疲労強度を低下する。表層のマトリクス組織が面積率で80%のマルテンサイトを含有し、残留オーステナイトの面積率を20%以下に抑えれば、優れた曲げ疲労強度が得られる。残留オーステナイトの面積率の好ましい上限は15%である。   Since the strength of martensite is high, the bending fatigue strength of the crankshaft is increased. On the other hand, retained austenite has lower strength than martensite, and therefore lowers bending fatigue strength. If the matrix structure of the surface layer contains martensite with an area ratio of 80% and the area ratio of retained austenite is suppressed to 20% or less, excellent bending fatigue strength can be obtained. A preferable upper limit of the area ratio of retained austenite is 15%.

窒化処理後の鋼材表層には元化合物層と残留オーステナイトとが形成される。これらは曲げ疲労強度を低下するため、研削処理により除去される。したがって、ピン部、ジャーナル部及びフィレット部の表面から50μm深さまでの領域では、残留オーステナイトの面積率が低く抑えられ、優れた曲げ疲労強度が得られる。   An original compound layer and retained austenite are formed on the steel material after the nitriding treatment. Since these lower the bending fatigue strength, they are removed by a grinding process. Therefore, in the region from the surface of the pin portion, journal portion, and fillet portion to a depth of 50 μm, the area ratio of retained austenite is kept low, and excellent bending fatigue strength is obtained.

ピン部、ジャーナル部及びフィレット部の表面から50μm深さまでの領域でのマルテンサイトの面積率、及び、残留オーステナイトの面積率は次の方法で求める。クランクシャフトをピン部、ジャーナル部、及びフィレット部の表面から深さ方向に切断し、表面近傍の切断面を含むサンプルを採取する。上記表面から50μm深さまでの領域が観察面となるように、サンプルを樹脂に埋めて鏡面研磨する。研磨後、観察面をナイタールでエッチングする。エッチングされた観察面の任意の5視野(視野面積=150μm×50μm深さ)を光学顕微鏡(観察倍率1000倍)で観察する。マルテンサイトと残留オーステナイトとは観察面におけるコントラスト(明度)が異なる。したがって、コントラストに応じて、マルテンサイトと残留オーステナイトとを特定する。   The area ratio of martensite and the area ratio of retained austenite in the region from the surface of the pin part, journal part and fillet part to a depth of 50 μm are obtained by the following method. A crankshaft is cut | disconnected from the surface of a pin part, a journal part, and a fillet part to a depth direction, and the sample containing the cut surface of the surface vicinity is extract | collected. The sample is buried in resin and mirror-polished so that the region from the surface to a depth of 50 μm becomes the observation surface. After polishing, the observation surface is etched with nital. Any five visual fields (field area = 150 μm × 50 μm depth) of the etched observation surface are observed with an optical microscope (observation magnification 1000 times). Martensite and retained austenite differ in contrast (brightness) on the observation surface. Therefore, martensite and retained austenite are specified according to the contrast.

5視野全てで特定されたマルテンサイトの総面積(μm2)と、残留オーステナイトの総面積(μm2)とを求める。視野総面積(150μm×50μm深さ×5)に基づいて、マルテンサイトの面積率(%)と、残留オーステナイトの面積率(%)とを求める。マルテンサイト及び焼戻しマルテンサイトの総面積、及び、残留オーステナイトの総面積は、たとえば、周知の画像処理により求めることができる。 The total area of martensite (μm 2 ) specified in all five fields of view and the total area of retained austenite (μm 2 ) are determined. Based on the total visual field area (150 μm × 50 μm depth × 5), the area ratio (%) of martensite and the area ratio (%) of retained austenite are obtained. The total area of martensite and tempered martensite and the total area of retained austenite can be determined by, for example, known image processing.

[ピン部、ジャーナル部及びフィレット部での粗大鉄窒化物]
本実施形態のクランクシャフトのピン部、ジャーナル部及びフィレット部の表面から50μm深さの領域では、円換算直径で1μm以上の鉄窒化物(以下、粗大鉄窒化物という)の個数TNFeが1個/1000μm2未満である。ここで、本明細書における鉄窒化物は、ε(Fe2-3N)及びγ’(Fe4N)を意味する。
[Coarse iron nitride at pin, journal and fillet]
In the region 50 μm deep from the surface of the pin portion, journal portion, and fillet portion of the crankshaft of this embodiment, the number TN Fe of iron nitrides (hereinafter referred to as coarse iron nitrides) having a diameter of 1 μm or more in terms of a circle is 1 Pieces / 1000 μm 2 or less. Here, the iron nitride in the present specification means ε (Fe 2-3 N) and γ ′ (Fe 4 N).

窒化処理後に高周波焼入れ処理を実施した場合、窒化処理により形成された化合物層が高周波焼入れ処理での高温加熱により分解される。その結果、化合物層は、鉄窒化物、酸化物、空隙を含むポーラスな混合組織の元化合物層に変化する。元化合物層の機械的特性は低いため、クランクシャフトの曲げ疲労強度を低下する。   When induction hardening is performed after nitriding, the compound layer formed by nitriding is decomposed by high-temperature heating in the induction hardening. As a result, the compound layer changes to an original compound layer having a porous mixed structure including iron nitride, oxide, and voids. Since the mechanical properties of the original compound layer are low, the bending fatigue strength of the crankshaft is reduced.

本実施形態では、製造工程において元化合物層が除去される。したがって、本実施形態のクランクシャフトの上記領域は、粗大な鉄窒化物を実質的に含有しない。具体的には、粗大鉄窒化物の個数TNFeが1個/1000μm2未満である。そのため、優れた曲げ疲労強度が得られる。好ましくは、ピン部、ジャーナル部及びフィレット部の表面から50μm深さの領域において、鉄窒化物(円換算直径が1μm未満のものも含む)は存在しない。 In the present embodiment, the original compound layer is removed in the manufacturing process. Therefore, the region of the crankshaft of the present embodiment does not substantially contain coarse iron nitride. Specifically, the number of coarse iron nitrides TN Fe is less than 1 piece / 1000 μm 2 . Therefore, excellent bending fatigue strength can be obtained. Preferably, there is no iron nitride (including those having a diameter in terms of a circle less than 1 μm) in a region having a depth of 50 μm from the surface of the pin portion, journal portion, and fillet portion.

[ピン部、ジャーナル部及びフィレット部での粗大酸化物]
上述のとおり、本実施形態では、窒化処理後に高周波焼入れ処理を実施する。このとき、化合物層が、鉄窒化物及び酸化物を含有するポーラスな元化合物層へと変化する。酸化物は、高周波焼入れ処理の加熱時に大気中の酸素が表面から鋼材内部に侵入及び拡散して、内部の合金元素(Fe、Mn、Si及びCr等)と結合して形成される。円換算直径が2μm以上の粗大な酸化物(以下、粗大酸化物という)は曲げ疲労強度を低下する。
[Coarse oxides in pin, journal and fillet]
As described above, in this embodiment, induction hardening is performed after nitriding. At this time, the compound layer changes to a porous original compound layer containing iron nitride and an oxide. Oxides are formed by oxygen in the atmosphere entering and diffusing from the surface into the steel during heating in the induction hardening process, and bonding with internal alloying elements (Fe, Mn, Si, Cr, etc.). A coarse oxide having a circle-equivalent diameter of 2 μm or more (hereinafter referred to as a coarse oxide) reduces the bending fatigue strength.

ピン部、ジャーナル部及びフィレット部において、表面から20μm深さまでの領域中の粗大酸化物の個数TNOが3個/1000μm2未満であれば、優れた曲げ疲労強度が得られる。粗大酸化物の個数TNOの好ましい上限は2個/1000μm2未満であり、もっとも好ましくは0個/1000μm2である。 Pin, the journal portion and fillet portion, if 20μm the number TN O is less than 3/1000 .mu.m 2 of coarse oxides in the region up to a depth from the surface, excellent bending fatigue strength is obtained. The upper limit of the number of coarse oxides TN 2 O is preferably less than 2 pieces / 1000 μm 2 , most preferably 0 pieces / 1000 μm 2 .

ピン部、ジャーナル部及びフィレット部の粗大鉄窒化物及び粗大酸化物の個数は次の方法で測定される。クランクシャフトをジャーナル部の中心軸を含む面(断面)で切断し、ピン部、ジャーナル部及びフィレット部の断面を含むサンプルを採取する。表面から50μm深さまでの断面が観察面となるように、サンプルを樹脂に埋めて鏡面研磨する。研磨後、観察面をナイタールでエッチングする。エッチングされた観察面の任意の20視野(粗大鉄窒化物の特定の場合、視野=1000μm×50μm、粗大酸化物の特定の場合、視野=1000μm×20μm)において、1000倍のSEMで観察される反射電子像のコントラストに基づいて、鉄窒化物及び酸化物を特定する。   The number of coarse iron nitrides and coarse oxides in the pin part, journal part and fillet part is measured by the following method. The crankshaft is cut along a plane (cross section) including the central axis of the journal portion, and a sample including cross sections of the pin portion, journal portion, and fillet portion is collected. The sample is buried in resin and mirror-polished so that the cross section from the surface to a depth of 50 μm becomes the observation surface. After polishing, the observation surface is etched with nital. Observed at 1000 times SEM in any 20 fields of view of the etched viewing surface (field of view = 1000 μm × 50 μm for specific case of coarse iron nitride, field of view = 1000 μm × 20 μm for specific case of coarse oxide) Based on the contrast of the reflected electron image, the iron nitride and the oxide are identified.

反射電子像では、視野をグレースケール画像で表示する。反射電子像内におけるマトリクス(母材)、酸化物、鉄窒化物、他の析出物(炭窒化物等)のコントラストはそれぞれ異なる。鉄窒化物、及び、酸化物を示す明度(複数階調)の数値範囲をそれぞれ、SEM及びEDS(エネルギ分散型X線マイクロアナライザ)によりあらかじめ決定しておく。各視野において、上記数値範囲に基づいて、鉄窒化物及び酸化物を特定する。   In the reflected electron image, the visual field is displayed as a gray scale image. The contrast of the matrix (base material), oxide, iron nitride, and other precipitates (carbonitride, etc.) in the reflected electron image is different. Numerical ranges of brightness (multiple gradations) indicating iron nitride and oxide are determined in advance by SEM and EDS (energy dispersive X-ray microanalyzer), respectively. In each field of view, iron nitride and oxide are specified based on the above numerical range.

特定された鉄窒化物及び酸化物の円換算直径を計算する。具体的には、鉄窒化物、酸化物の各々の面積を求め、求めた面積から円換算直径(μm)を求める。表面から50μm深さの領域内の鉄窒化物のうち、円換算直径が1μm以上の鉄窒化物を粗大鉄窒化物と特定する。同様に、表面から20μm深さの領域内の酸化物のうち、円換算直径が2μm以上の酸化物を粗大酸化物と特定する。   Calculate the circle equivalent diameter of the identified iron nitride and oxide. Specifically, the area of each of iron nitride and oxide is obtained, and the diameter in terms of a circle (μm) is obtained from the obtained area. Among the iron nitrides in the region having a depth of 50 μm from the surface, an iron nitride having a circle-converted diameter of 1 μm or more is specified as coarse iron nitride. Similarly, among oxides in a region 20 μm deep from the surface, an oxide having a circle-equivalent diameter of 2 μm or more is specified as a coarse oxide.

特定された粗大鉄窒化物、及び粗大酸化物の個数をそれぞれカウントする。カウントされた個数に基づいて、粗大鉄窒化物の個数TNFe(個/1000μm2)及び粗大酸化物の個数TN0(個/1000μm2)を求める。 The number of the specified coarse iron nitride and coarse oxide is counted. Based on the counted number, the number of coarse iron nitrides TN Fe (pieces / 1000 μm 2 ) and the number of coarse oxides TN 0 (pieces / 1000 μm 2 ) are obtained.

以上の化学組成及び組織を有する本実施形態のクランクシャフトは、優れた曲げ疲労強度及び耐焼付き性を有する。   The crankshaft of the present embodiment having the above chemical composition and structure has excellent bending fatigue strength and seizure resistance.

[製造方法]
上述のクランクシャフトの製造方法の一例について説明する。
[Production method]
An example of a method for manufacturing the crankshaft described above will be described.

本実施形態のクランクシャフトの製造方法は、クランクシャフト用鋼材を準備する工程(準備工程)と、クランクシャフト用鋼材を熱間鍛造して中間材を製造する工程(鍛造工程)と、中間材に対して窒化処理を実施する工程(窒化処理工程)と、窒化処理後の中間材の少なくともピン部、ジャーナル部及びフィレット部に対して高周波焼入れ処理を実施する工程(高周波焼入れ処理工程)と、高周波焼入れ処理後の中間材のうち、少なくともピン部、ジャーナル部及びフィレット部を研削して、元化合物層及び残留オーステナイトを除去する工程(研削処理工程)とを備える。以下、各工程について説明する。   The crankshaft manufacturing method of the present embodiment includes a step of preparing a crankshaft steel material (preparation step), a step of hot forging the crankshaft steel material to manufacture an intermediate material (forging step), and an intermediate material A step of performing nitriding treatment (nitriding treatment step), a step of performing induction hardening treatment on at least the pin portion, journal portion and fillet portion of the intermediate material after nitriding treatment (induction hardening treatment step), and high frequency A step of grinding at least the pin portion, the journal portion, and the fillet portion of the intermediate material after the quenching treatment to remove the original compound layer and the retained austenite (grinding treatment step). Hereinafter, each step will be described.

[準備工程]
上述の化学組成を有するクランクシャフト用鋼材を準備する。クランクシャフト用鋼材はたとえば、次の方法で製造される。
[Preparation process]
A crankshaft steel material having the above-described chemical composition is prepared. The steel material for crankshaft is manufactured by the following method, for example.

上記化学組成の溶鋼を製造する。溶鋼を連続鋳造法により鋳片にする。溶鋼を造塊法によりインゴット(鋼塊)にしてもよい。鋳片又はインゴットを熱間加工して、鋼片又は棒鋼にしてもよい。以上の工程によりクランクシャフト用鋼材が製造される。   A molten steel having the above chemical composition is produced. The molten steel is made into a slab by a continuous casting method. You may make molten steel into an ingot (steel ingot) by the ingot-making method. The slab or ingot may be hot-worked into a steel slab or steel bar. The crankshaft steel material is manufactured by the above process.

[鍛造工程]
クランクシャフト用鋼材を熱間鍛造してクランクシャフトの形状を有する中間材を製造する。製造された中間材を冷却(たとえば大気中で放冷)する。冷却された中間材に対してショットブラストを実施して、熱間鍛造時に発生した酸化スケールを除去する。必要に応じて、冷却後の中間材又は酸化スケールを除去された中間材に対して機械加工を実施して、より製品に近いクランクシャフト形状に研削する。
[Forging process]
The intermediate material which has the shape of a crankshaft is manufactured by hot forging the steel material for crankshafts. The produced intermediate material is cooled (for example, allowed to cool in the atmosphere). Shot blasting is performed on the cooled intermediate material to remove oxide scale generated during hot forging. If necessary, the intermediate material after cooling or the intermediate material from which the oxide scale has been removed is machined to grind the crankshaft shape closer to the product.

[窒化処理工程]
鍛造工程後の中間材に対して、窒化処理を実施する。上述のとおり、本実施形態の窒化処理は、狭義の窒化処理だけでなく、軟窒化処理も含む。
[Nitriding process]
Nitriding is performed on the intermediate material after the forging process. As described above, the nitriding process of the present embodiment includes not only a strict nitriding process but also a soft nitriding process.

狭義の窒化処理及び軟窒化処理は周知の方法で実施する。たとえば、軟窒化処理の場合、RXガスとアンモニアガスとを1:1に混合した窒化雰囲気を用い、窒化処理温度を500〜650℃、窒化処理温度での保持時間を0.5〜8時間とする。窒化処理後の中間材はたとえば、油冷する。窒化処理条件は上記に限定されず、化合物層及び拡散層が後述の厚さになるように、適宜設定する。   The nitriding treatment and soft nitriding treatment in a narrow sense are performed by a known method. For example, in the case of soft nitriding, a nitriding atmosphere in which RX gas and ammonia gas are mixed 1: 1 is used, the nitriding temperature is 500 to 650 ° C., and the holding time at the nitriding temperature is 0.5 to 8 hours. To do. The intermediate material after nitriding is oil-cooled, for example. The nitriding conditions are not limited to the above, and are appropriately set so that the compound layer and the diffusion layer have the thickness described later.

上述の窒化処理により次の化合物層及び拡散層を生成する。   The following compound layer and diffusion layer are generated by the above nitriding treatment.

[窒化処理後の中間材の化合物層の厚さ:6μm以上]
窒化処理後の中間材の最表層には化合物層が形成され、化合物層下(化合物層と母材との間)には拡散層が形成される。つまり、中間材の内部から表面に向かって、母材、拡散層、化合物層の順に配置される。
[Thickness of compound layer of intermediate material after nitriding treatment: 6 μm or more]
A compound layer is formed on the outermost surface layer of the intermediate material after the nitriding treatment, and a diffusion layer is formed under the compound layer (between the compound layer and the base material). That is, the base material, the diffusion layer, and the compound layer are arranged in this order from the inside of the intermediate material toward the surface.

上述のとおり、化合物層は、主として鉄窒化物(ε及び/又はγ’)からなる。化合物層はポーラスな層であり、後述の高周波焼入れ処理後に除去される。しかしながら、化合物層は、高周波焼入れ時において、内部への窒素の供給源となり、さらに、高周波焼入れ処理時において、化合物層より内部への酸素の侵入を遮断する障壁として機能する。   As described above, the compound layer is mainly composed of iron nitride (ε and / or γ ′). The compound layer is a porous layer and is removed after induction hardening as described below. However, the compound layer serves as a supply source of nitrogen to the inside during induction hardening, and further functions as a barrier that blocks oxygen from entering the inside of the compound layer during induction hardening.

化合物層の厚さが6μm未満であれば、高周波焼入れ処理時において、拡散層への窒素の供給量が不足し、さらに、酸素の侵入の遮断障壁として有効に機能しない。したがって、本実施形態では、窒化処理により6μm以上の厚さの化合物層を形成する。好ましい化合物層の厚さは8μm以上である。化合物層の厚さの上限は特に限定されないが、窒化処理時間を考慮すれば、たとえば、80μmである。   If the thickness of the compound layer is less than 6 μm, the amount of nitrogen supplied to the diffusion layer is insufficient at the time of induction hardening, and further, it does not function effectively as an oxygen barrier. Therefore, in this embodiment, a compound layer having a thickness of 6 μm or more is formed by nitriding. A preferable thickness of the compound layer is 8 μm or more. The upper limit of the thickness of the compound layer is not particularly limited, but is 80 μm, for example, considering the nitriding time.

化合物層の厚さは次の方法により測定できる。窒化処理後の中間材を軸方向を含む面で切断し、表層部分の断面を含むサンプルを採取する。表層部分の断面が観察面となるように、鏡面研磨する。研磨後、観察面をナイタールでエッチングする。エッチングされた観察面において、化合物層は白色の層として観察できる。エッチングされた観察面の任意の10箇所において化合物層の厚さを測定し、10箇所の厚さの平均を、中間材の化合物層の厚さ(μm)と定義する。   The thickness of the compound layer can be measured by the following method. The intermediate material after nitriding is cut along a plane including the axial direction, and a sample including a cross section of the surface layer portion is collected. Mirror polishing is performed so that the cross section of the surface layer portion becomes the observation surface. After polishing, the observation surface is etched with nital. On the etched observation surface, the compound layer can be observed as a white layer. The thickness of the compound layer is measured at any 10 locations on the etched observation surface, and the average of the 10 thicknesses is defined as the thickness (μm) of the compound layer of the intermediate material.

[窒化処理後の中間材の拡散層の厚さ:50μm以上]
窒化処理後に形成される拡散層は、母材に窒素が固溶した層、又は、窒素の固溶及び微細な窒化物が分散析出した層である。この拡散層は、次工程の高周波焼入れ処理により、高窒素マルテンサイトとなる。高窒素マルテンサイトは、曲げ疲労強度に優れる。さらに、摺動による発熱が生じても微細な窒化物が析出して強度を維持するため、耐焼付き性にも優れる。
[Diffusion layer thickness of intermediate material after nitriding treatment: 50 μm or more]
The diffusion layer formed after the nitriding treatment is a layer in which nitrogen is dissolved in the base material, or a layer in which a solid solution of nitrogen and fine nitrides are dispersed and deposited. This diffusion layer becomes high nitrogen martensite by the induction hardening process of the next step. High nitrogen martensite is excellent in bending fatigue strength. Further, even if heat is generated by sliding, fine nitrides are deposited to maintain the strength, so that the seizure resistance is also excellent.

拡散層が薄すぎれば、曲げ疲労強度及び耐焼付き性が低下する。具体的には、拡散層の厚さが50μm未満であれば、十分な厚さの高窒素マルテンサイトが形成されず、十分な曲げ疲労強度及び耐焼き付き性が得られない。したがって、拡散層の厚さは50μm以上である。拡散層の好ましい厚さは100μm以上である。拡散層の厚さの上限は特に限定されないが、窒化処理時間を考慮すれば、たとえば、1000μmである。   If the diffusion layer is too thin, the bending fatigue strength and seizure resistance are reduced. Specifically, if the thickness of the diffusion layer is less than 50 μm, a high nitrogen martensite having a sufficient thickness cannot be formed, and sufficient bending fatigue strength and seizure resistance cannot be obtained. Therefore, the thickness of the diffusion layer is 50 μm or more. A preferable thickness of the diffusion layer is 100 μm or more. The upper limit of the thickness of the diffusion layer is not particularly limited, but is 1000 μm, for example, considering the nitriding time.

拡散層の厚さは次の方法により測定できる。窒化処理後の中間材を軸方向を含む面で切断し、表層部分の断面を含むサンプルを採取する。表層部分の断面が観察面となるように、鏡面研磨する。研磨後、観察面に対してEPMA(X線マイクロアナライザ)により深さ方向に線分析を実施して、拡散層の厚さを測定する。マトリックス(母材)の窒素濃度より10%以上窒素が増加している領域の厚みを拡散層の厚さ(μm)と定義する。   The thickness of the diffusion layer can be measured by the following method. The intermediate material after nitriding is cut along a plane including the axial direction, and a sample including a cross section of the surface layer portion is collected. Mirror polishing is performed so that the cross section of the surface layer portion becomes the observation surface. After polishing, a line analysis is performed in the depth direction by EPMA (X-ray microanalyzer) on the observation surface, and the thickness of the diffusion layer is measured. The thickness of the region where nitrogen is increased by 10% or more from the nitrogen concentration of the matrix (base material) is defined as the thickness (μm) of the diffusion layer.

[高周波焼入れ処理工程]
窒化処理後の中間材に対して、周知の高周波焼入れを実施する。高周波焼入れの焼入れ温度はAc3変態点以上である。高周波焼入れでは、求める硬化層深さに応じて焼入れ温度を調整する。焼入れ温度はたとえば、950℃以上である。
[Induction hardening process]
A known induction hardening is performed on the intermediate material after the nitriding treatment. The quenching temperature of induction hardening is equal to or higher than the Ac 3 transformation point. In induction hardening, the quenching temperature is adjusted according to the desired hardened layer depth. The quenching temperature is, for example, 950 ° C. or higher.

高周波焼入れ処理により、化合物層が、鉄窒化物、酸化物及び空隙を含むポーラスな混合組織である元化合物層となる。   By the induction hardening process, the compound layer becomes an original compound layer that is a porous mixed structure including iron nitride, oxide, and voids.

一方、拡散層は、高周波焼入れ処理により、高窒素マルテンサイトと残留オーステナイトとを含有する硬化層となる。残留オーステナイトは、拡散層と化合物層との境界に生成する。   On the other hand, the diffusion layer becomes a hardened layer containing high nitrogen martensite and retained austenite by induction hardening. Residual austenite is generated at the boundary between the diffusion layer and the compound layer.

高周波焼入れ処理は、少なくとも、クランクシャフト形状の中間材のピン部、ジャーナル部及びフィレット部に相当する部分に実施すれば足りる。フィレット部を確実に高周波焼入れするために、アーム部のうちのフィレット部近傍も同時に高周波焼入れ処理を施してもよい。また、中間材全体に対して高周波焼入れ処理を実施してもよい。   The induction hardening process may be performed at least on portions corresponding to the pin portion, the journal portion, and the fillet portion of the crankshaft-shaped intermediate material. In order to reliably induction-harden the fillet part, the vicinity of the fillet part of the arm part may be subjected to induction hardening at the same time. Moreover, you may implement an induction hardening process with respect to the whole intermediate material.

[研削処理工程]
高周波焼入れ処理後の中間材のうち、元化合物層及び残留オーステナイトは、曲げ疲労強度を低下する。したがって、高周波焼入れ後の中間材の表層に対して研削処理を実施して、元化合物層及び残留オーステナイトを除去する。
[Grinding process]
Of the intermediate material after induction hardening, the original compound layer and the retained austenite decrease the bending fatigue strength. Therefore, a grinding process is performed on the surface layer of the intermediate material after induction hardening to remove the original compound layer and the retained austenite.

以上の工程により、上述の化学組成及び組織を有するクランクシャフトが製造される。   Through the above steps, a crankshaft having the above-described chemical composition and structure is manufactured.

なお、必要に応じて、高周波焼入れ処理後の中間材に対して、200℃未満の温度で焼戻しを実施してもよい。この場合、ピン部、ジャーナル部及びフィレット部内のマルテンサイトの一部又は全部が焼戻しマルテンサイトとなる。   If necessary, the intermediate material after induction hardening may be tempered at a temperature of less than 200 ° C. In this case, part or all of the martensite in the pin portion, journal portion, and fillet portion becomes tempered martensite.

次の製造工程により、クランクシャフトを想定した試験材を製造した。
[準備工程]
表1に示す化学組成を有する溶鋼を転炉により製造した。
The test material which assumed the crankshaft was manufactured with the following manufacturing process.
[Preparation process]
Molten steel having the chemical composition shown in Table 1 was produced by a converter.

Figure 0006561816
Figure 0006561816

各鋼番号の溶鋼を用いて、連続鋳造法により鋳片を製造した。鋳片に対して分塊圧延を実施して、162mm×162mmの横断面を有するビレットを製造した。ビレットを1000〜1280℃に加熱して、圧延を実施し、直径100mmの棒鋼を製造した。   Slabs were produced by continuous casting using molten steel of each steel number. The slab was subjected to ingot rolling to produce a billet having a cross section of 162 mm × 162 mm. The billet was heated to 1000-1280 ° C. and rolled to produce a steel bar having a diameter of 100 mm.

[鍛造工程]
棒鋼を1000〜1280℃程度の温度に加熱した後、熱間鍛造(鍛伸)を実施して、直径65mmの丸棒材を製造した。丸棒材を大気中で放冷して室温まで冷却した。
[Forging process]
After heating the steel bar to a temperature of about 1000 to 1280 ° C., hot forging (forging) was performed to produce a round bar with a diameter of 65 mm. The round bar was allowed to cool in the air and cooled to room temperature.

[試験片の採取]
直径65mmの丸棒材のR/2部から、機械加工により小野式回転曲げ疲労試験片を複数作製した。R/2部とは、丸棒の横断面(円形状)の中心と外周との間を2等分する部分である。小野式回転曲げ疲労試験片の平行部の直径は9mmであり、平行部の長手中央部に、周方向に延びる切り欠きを形成した。切り欠きの断面形状は円弧であった。切り欠き底の形状は、後述する研削処理の後に切り欠き底の直径が6.72mm、切り欠き底の曲率半径が1.14mmとなるように、予定されている研削加工量の分を考慮した形状とした。さらに、直径65mmの丸棒材を旋盤加工にて、長さ282mmの円柱状の焼付き試験片を複数作製した。焼付試験片の試験面の直径は、研削処理の後に直径が48mmとなるように、予定されている研削加工量の分を考慮した値とした。
[Collecting specimens]
A plurality of Ono-type rotary bending fatigue test pieces were produced by machining from R / 2 part of a round bar having a diameter of 65 mm. The R / 2 portion is a portion that bisects the center and the outer periphery of the round bar cross section (circular shape). The diameter of the parallel part of the Ono-type rotating bending fatigue test piece was 9 mm, and a notch extending in the circumferential direction was formed at the longitudinal center of the parallel part. The cross-sectional shape of the notch was an arc. The shape of the notch bottom was determined by taking into account the planned amount of grinding so that the diameter of the notch bottom was 6.72 mm and the curvature radius of the notch bottom was 1.14 mm after the grinding process described later. Shaped. Further, a plurality of columnar seizure test pieces having a length of 282 mm were produced by turning a round bar having a diameter of 65 mm. The diameter of the test surface of the seizure test piece was set to a value in consideration of the planned amount of grinding so that the diameter would be 48 mm after the grinding treatment.

[試験片の熱処理及び研削条件]
作製された小野式回転曲げ疲労試験片及び焼付き試験片(以下、これらを総称して単に試験片という)に対して、表2及び表3に示す製造工程(窒化処理、高周波焼入れ処理、及び研削加工)を実施した。上述のとおり、各試験番号において、複数の小野式回転曲げ疲労試験片及び焼付き試験片を作製した。
[Heat treatment and grinding conditions of specimen]
With respect to the produced Ono-type rotary bending fatigue test piece and seizure test piece (hereinafter collectively referred to simply as test pieces), the manufacturing steps shown in Table 2 and Table 3 (nitriding treatment, induction hardening treatment, and Grinding). As described above, in each test number, a plurality of Ono-type rotating bending fatigue test pieces and seizure test pieces were produced.

Figure 0006561816
Figure 0006561816

Figure 0006561816
Figure 0006561816

表2を参照して、本試験では、窒化処理として軟窒化処理を採用した。軟窒化処理の処理温度を600℃とし、処理温度での保持時間を2時間とした。軟窒化処理を、RXガスとアンモニアガスを1:1で混合した窒化雰囲気内で実施した。保持後の試験片を90℃の油浴に浸漬して油冷し、その後、室温まで冷却した。   Referring to Table 2, in this test, soft nitriding treatment was adopted as nitriding treatment. The treatment temperature of the soft nitriding treatment was 600 ° C., and the holding time at the treatment temperature was 2 hours. The soft nitriding treatment was performed in a nitriding atmosphere in which RX gas and ammonia gas were mixed at a ratio of 1: 1. The test piece after holding was immersed in an oil bath at 90 ° C. to cool the oil, and then cooled to room temperature.

高周波焼入れ処理の条件は2種類準備した。表2中の条件B1では、処理温度を1000℃とし、処理温度での保持時間を30秒とした。条件B2では、処理温度を860℃とした。条件B2の処理温度以外の条件は、条件B1と同じであった。保持後の試験片を水冷した。   Two types of conditions for induction hardening were prepared. In condition B1 in Table 2, the treatment temperature was 1000 ° C., and the holding time at the treatment temperature was 30 seconds. In condition B2, the treatment temperature was 860 ° C. Conditions other than the treatment temperature in Condition B2 were the same as those in Condition B1. The test piece after holding was water-cooled.

研削処理の条件は条件C1〜C5の5種類を準備した。いずれの条件においても、小野式回転曲げ疲労試験については、曲率半径が1.14mmの砥石を使用し、切り欠きを研削して、仕上げ研磨を実施した。仕上げ研磨後の切り欠き底の直径は6.72mmであり、切り欠き底の曲率半径は1.14mmであった。焼付き試験片については、試験面である周面に対して、仕上げ研磨を実施した。仕上研磨後の焼付試験片の試験面の直径は48mmであった。各研削処理での研削量は表2に示すとおり、20〜300μmとした。研削後の各試験片の表面の平均粗さ(Ra)を0.2μm以内とし、最大高さ(Rmax)を2μm以内とした。平均粗さ及び最大粗さはJIS B0601(2001)に準拠して求めた。   Five types of conditions C1 to C5 were prepared as conditions for the grinding treatment. Under any of the conditions, the Ono-type rotating bending fatigue test was performed using a grindstone having a radius of curvature of 1.14 mm, grinding the notches, and performing final polishing. The diameter of the notch bottom after finish polishing was 6.72 mm, and the radius of curvature of the notch bottom was 1.14 mm. About the seizure test piece, finish polishing was performed on the peripheral surface which is the test surface. The diameter of the test surface of the baked specimen after finish polishing was 48 mm. As shown in Table 2, the grinding amount in each grinding treatment was set to 20 to 300 μm. The average roughness (Ra) of the surface of each test piece after grinding was set within 0.2 μm, and the maximum height (Rmax) was set within 2 μm. The average roughness and the maximum roughness were determined according to JIS B0601 (2001).

各試験番号の試験片に対して、表3中の第1〜第3工程を実施して、試験片を完成させた。なお、表3中の第1〜第3工程中の「-」は、該当する工程を実施しなかったことを意味する。たとえば、試験番号8では、窒化処理を実施せず、試験番号B1の高周波焼入れ処理を実施し、その後、条件C2の研削処理を実施したことを意味する。   With respect to the test piece of each test number, the first to third steps in Table 3 were performed to complete the test piece. In Table 3, “-” in the first to third steps means that the corresponding step was not performed. For example, in test number 8, it means that the nitriding process was not performed, the induction hardening process of test number B1 was performed, and then the grinding process of condition C2 was performed.

[化合物層及び拡散層の厚さ]
窒化処理後であって高周波焼入れ前の各試験番号の試験片に対して、上述の方法により化合物層の厚さ(μm)及び拡散層の厚さ(μm)を求めた。なお、試験番号16及び17では、研削処理後の試験片の化合物層及び拡散層の厚さを求めた。また、試験番号8では軟窒化処理を実施しなかっため、化合物層及び拡散層を測定しなかった。さらに、試験番号9〜11では軟窒化処理後に高周波焼入れを実施しなかったため、化合物層及び拡散層を測定しなかった。得られた結果を表3に示す。
[Thickness of compound layer and diffusion layer]
The thickness of the compound layer (μm) and the thickness of the diffusion layer (μm) were determined by the above-described method for the test pieces of each test number after nitriding and before induction hardening. In test numbers 16 and 17, the thicknesses of the compound layer and the diffusion layer of the test piece after the grinding treatment were obtained. In Test No. 8, since soft nitriding was not performed, the compound layer and the diffusion layer were not measured. Further, in test numbers 9 to 11, since the induction hardening was not performed after the soft nitriding treatment, the compound layer and the diffusion layer were not measured. The obtained results are shown in Table 3.

[ミクロ組織観察試験]
第3工程実施後の試験片を用いて、ミクロ組織観察を行った。試験片を切断し、表面近傍部分を含む断面を観察面とするサンプルを採取した。サンプルを用いて、上述の方法により、組織(マルテンサイト、残留オーステナイト)を特定し、各相の面積率を算出した。得られた結果をを表3に示す。
[Microstructure observation test]
Microstructure observation was performed using the test piece after 3rd process implementation. The test piece was cut, and a sample having a cross section including the vicinity of the surface as an observation surface was collected. Using the sample, the structure (martensite, retained austenite) was specified by the above-described method, and the area ratio of each phase was calculated. The obtained results are shown in Table 3.

[平均窒素濃度測定試験]
ミクロ組織観察試験で用いたサンプルを用いて、上述の方法より、表面から50μm深さまでの領域の平均窒素濃度CNave(%)を求めた。得られた結果を表3に示す。
[Average nitrogen concentration measurement test]
Using the sample used in the microstructure observation test, the average nitrogen concentration C Nave (%) in the region from the surface to a depth of 50 μm was determined by the above method. The obtained results are shown in Table 3.

[粗大鉄窒化物個数TNFe及び粗大酸化物個数TNO測定試験]
ミクロ組織観察試験で用いたサンプルを用いて、上述の方法により、表面から50μm深さまでの領域での粗大窒化物の個数TNFe(個/1000μm2)、及び、表面から20μm深さまでの領域での粗大酸化物個数TNO(個/1000μm2)を求めた。得られた結果を表3に示す。
[Coarse iron nitride number TN Fe and coarse oxide number TN O measurement test]
Using the sample used in the microstructure observation test, the number of coarse nitrides TN Fe (pieces / 1000 μm 2 ) in the region from the surface to a depth of 50 μm and the region from the surface to a depth of 20 μm by the above-described method. The number of coarse oxides TN O (pieces / 1000 μm 2 ) was determined. The obtained results are shown in Table 3.

[硬さ試験]
硬さ試験は、ミクロ組織観察用と同じ試験片を用いて、上述の方法で表層の硬さプロファイルを作成した。得られた硬さプロファイルに基づいて、HV550以上のビッカース硬さが得られる表面からの深さDHV550(mm)を求めた。
[Hardness test]
In the hardness test, a hardness profile of the surface layer was created by the above-described method using the same specimen as that for microstructural observation. Based on the obtained hardness profile, a depth D HV550 (mm) from the surface at which a Vickers hardness of HV550 or higher was obtained was obtained.

[小野式回転曲げ疲労試験]
表3の製造条件により製造された小野式回転曲げ疲労強度試験片を用いて、室温(25℃)、大気雰囲気にて、回転数3000rpmの両振りの条件で疲労試験を行い、107サイクル後に破断しなかった最も高い応力を、曲げ疲労強度(MPa)と定義した。本実施例では、曲げ疲労強度が550MPa以上であれば、優れた曲げ疲労強度を有すると判断した。
[Ono type rotating bending fatigue test]
Using the Ono-type rotating bending fatigue strength test piece manufactured under the manufacturing conditions shown in Table 3, a fatigue test was performed at room temperature (25 ° C.) and in an air atmosphere under the conditions of both swings of 3000 rpm, and after 10 7 cycles. The highest stress that did not break was defined as bending fatigue strength (MPa). In this example, when the bending fatigue strength was 550 MPa or more, it was determined that the bending fatigue strength was excellent.

[焼付き試験]
焼付試験は、図2に示す高面圧試験機を用いて、次の条件で行った。図2を参照して、高面圧試験機は、3つのハウジング50と、複数のすべり軸受10、20とを備えた。各ハウジングには円筒状の貫通孔が形成され、3つのハウジングは同軸に配列された。両端のハウジングの貫通孔には、一対のすべり軸受10が嵌め込まれ、中央のハウジング50には、焼付き試験用のすべり軸受20が配置された。すべり軸受20は、市販のものを採用した。すべり軸受は、幅15.5mm、厚さ1.2mmの鋼に厚さ0.3mmのAl合金層を形成したものであった。
[Seizure test]
The seizure test was conducted using the high surface pressure tester shown in FIG. 2 under the following conditions. Referring to FIG. 2, the high surface pressure tester includes three housings 50 and a plurality of plain bearings 10 and 20. Each housing was formed with a cylindrical through hole, and the three housings were arranged coaxially. A pair of slide bearings 10 is fitted in the through holes of the housings at both ends, and the slide bearing 20 for seizure test is disposed in the central housing 50. A commercially available slide bearing 20 was used. The plain bearing was formed by forming an Al alloy layer having a thickness of 0.3 mm on steel having a width of 15.5 mm and a thickness of 1.2 mm.

焼付き試験片40をすべり軸受10及び20に挿入し、試験を開始した。焼付き試験片40とすべり軸受20との隙間を50μmとした。試験中、すべり軸受20に対して、供給孔30から潤滑油を供給した。潤滑油は市販のSAE規格の0W−20を用いた。給油温度を150℃とし、給油量を0.8L/分とした。焼付き試験片40の回転数は6000rpmとした。   The seizure test piece 40 was inserted into the slide bearings 10 and 20, and the test was started. The gap between the seizure test piece 40 and the slide bearing 20 was set to 50 μm. Lubricating oil was supplied from the supply hole 30 to the sliding bearing 20 during the test. As the lubricating oil, commercially available SAE standard 0W-20 was used. The oil supply temperature was 150 ° C., and the oil supply amount was 0.8 L / min. The rotational speed of the seizure test piece 40 was 6000 rpm.

中央のハウジング50の径方向に荷重を負荷することにより、焼付き試験片40の径方向に荷重を付与した。焼付き試験片40に掛る荷重を段階的に増加した。具体的には、試験中、回転トルクを測定し、目標荷重に達した後に3分間運転した。3分経過した後、回転トルクの急増が見られなかった場合、さらに2kN荷重を増加して回転トルクを測定し、目標荷重に達した後に3分運転し、運転中の回転トルクを測定する行程を繰り返した。回転トルクが急増したときの面圧を、焼付きが発生した面圧(焼付き面圧、単位はMPa)と定義した。本実施例では、焼付き面圧が80MPa以上であれば、耐焼付き性に優れると判断した。   A load was applied in the radial direction of the seizure test piece 40 by applying a load in the radial direction of the central housing 50. The load applied to the seizure test piece 40 was increased stepwise. Specifically, during the test, the rotational torque was measured, and the operation was performed for 3 minutes after reaching the target load. After 3 minutes, if there is no sudden increase in rotational torque, further increase the 2kN load and measure the rotational torque. After reaching the target load, operate for 3 minutes and measure the rotational torque during operation. Was repeated. The surface pressure when the rotational torque increased rapidly was defined as the surface pressure at which seizure occurred (seizure surface pressure, unit: MPa). In this example, it was determined that the seizure resistance was excellent when the seizure surface pressure was 80 MPa or more.

[試験結果]
試験結果を表3に示す。試験番号1〜7の鋼の化学組成は適切であった。さらに、製造工程も適切であり、軟窒化処理後の化合物層の厚さ及び拡散層の厚さは適切であった。そのため、試験片の表層の平均窒素濃度CNave、HV550以上のビッカース硬さが得られる表面からの深さDHV550、マルテンサイト面積率、残留オーステナイト面積率、粗大鉄窒化物の個数TNFe、及び粗大酸化物の個数TNOはいずれも適切であった。その結果、試験番号1〜7の試験片では、曲げ疲労強度が550MPa以上であり、焼付き面圧も80MPa以上であった。
[Test results]
The test results are shown in Table 3. The chemical compositions of the steels with test numbers 1 to 7 were appropriate. Furthermore, the manufacturing process was also appropriate, and the thickness of the compound layer and the thickness of the diffusion layer after the soft nitriding treatment were appropriate. Therefore, the average nitrogen concentration C Nave of the surface layer of the test piece, the depth D HV550 from the surface at which a Vickers hardness of HV550 or higher is obtained, the martensite area ratio, the residual austenite area ratio, the number of coarse iron nitrides TN Fe , and number TN O of coarse oxide was neither appropriate. As a result, in the test pieces of test numbers 1 to 7, the bending fatigue strength was 550 MPa or more, and the seizing surface pressure was 80 MPa or more.

一方、試験番号8では、軟窒化処理を実施しなかった。そのため、表層の平均窒素濃度CNaveが0.100%未満と低く、高窒素マルテンサイトが形成されなかった。そのため、焼付き面圧が80MPa未満であった。 On the other hand, in test number 8, soft nitriding was not performed. Therefore, the average nitrogen concentration C Nave of the surface layer was as low as less than 0.100%, and high nitrogen martensite was not formed. Therefore, the seizure surface pressure was less than 80 MPa.

試験番号9では、窒化処理のみ実施して、高周波焼入れ及び研削処理を実施しなかった。その結果、深さDHV550が1.0mm未満となった。さらに、粗大鉄窒化物の個数TNFeが1個/1000μm2以上であった。その結果、曲げ疲労強度が550MPa未満であった。 In test number 9, only nitriding was performed, and induction hardening and grinding were not performed. As a result, the depth D HV550 was less than 1.0 mm. Furthermore, the number of coarse iron nitrides TN Fe was 1/1000 μm 2 or more. As a result, the bending fatigue strength was less than 550 MPa.

試験番号10及び11では、軟窒化処理及び研削処理を実施したものの、高周波焼入れ処理を実施しなかった。そのため、深さDHV550が1.0mm未満であり、曲げ疲労強度が550MPa未満であった。 In test numbers 10 and 11, although soft nitriding and grinding were performed, induction hardening was not performed. Therefore, the depth D HV550 was less than 1.0 mm, and the bending fatigue strength was less than 550 MPa.

試験番号12では、高周波焼入れの加熱温度が低すぎた。そのため、有効硬化層深さDHV550が1.0mm未満であり、曲げ疲労強度が550MPa未満であった。 In test number 12, the heating temperature of induction hardening was too low. Therefore, the effective hardened layer depth D HV550 was less than 1.0 mm, and the bending fatigue strength was less than 550 MPa.

試験番号13では、研削処理を実施しなかった。そのため、平均窒素濃度CNaveが高すぎ、粗大鉄窒化物の個数TNFeが1個/1000μm2以上であった。さらに、残留オーステナイトの面積率が20%を超えた。その結果、曲げ疲労強度が550MPa未満であった。研削工程が省略されたため高い窒素濃度を含有する元化合物層が残存した結果、平均窒化濃度CNaveが高く、粗大鉄窒化物の個数TNFeが1個/1000μm2以上となったと考えられる。 In test number 13, the grinding process was not performed. Therefore, the average nitrogen concentration C Nave was too high, and the number of coarse iron nitrides TN Fe was 1/1000 μm 2 or more. Furthermore, the area ratio of retained austenite exceeded 20%. As a result, the bending fatigue strength was less than 550 MPa. As a result of the omission of the grinding step, the original compound layer containing a high nitrogen concentration remained. As a result, the average nitriding concentration C Nave was high, and the number of coarse iron nitrides TN Fe was 1/1000 μm 2 or more.

試験番号14では、研削量が少なすぎた結果、粗大鉄窒化物TNFeの個数が1個/1000μm2以上であった。さらに、平均窒素濃度CNaveが高すぎ、残留オーステナイトの面積率が20%を超えた。その結果、曲げ疲労強度が550MPa未満であった。 In test number 14, as a result of the grinding amount being too small, the number of coarse iron nitride TN Fe was 1/1000 μm 2 or more. Furthermore, the average nitrogen concentration C Nave was too high, and the area ratio of retained austenite exceeded 20%. As a result, the bending fatigue strength was less than 550 MPa.

試験番号15では、研削量が多すぎた。そのため、表層の高窒素マルテンサイトが除去され、平均窒素濃度CNaveが低すぎた。その結果、焼付き面圧が80MPa未満であった。 In test number 15, the grinding amount was too much. Therefore, high nitrogen martensite in the surface layer was removed, and the average nitrogen concentration C Nave was too low. As a result, the seizing surface pressure was less than 80 MPa.

試験番号16では、軟窒化処理後に研削処理を実施し、その後、高周波焼入れ処理を実施した。その結果、粗大鉄窒化物の個数TNFeが1個/1000μm2以上であり、かつ、粗大酸化物の個数TNOが3個/1000μm2以上であった。さらに、残留オーステナイトの面積率が20%を超えた。そのため、曲げ疲労強度が低かった。高周波焼入れ処理直前での化合物層が薄かったため、高周波焼入れ処理時に外部から酸素が侵入して粗大酸化物が過剰に生成したと考えられる。さらに、高周波焼入れ後に研削を実施しなかったため、元化合物層が残存し、その結果、粗大鉄窒化物の個数TNFe及び残留オーステナイトを抑制できなかったと考えられる。 In test number 16, grinding treatment was performed after the soft nitriding treatment, and then induction hardening was performed. As a result, the number of coarse iron nitrides TN Fe was 1/1000 μm 2 or more, and the number of coarse oxides TN O was 3/1000 μm 2 or more. Furthermore, the area ratio of retained austenite exceeded 20%. Therefore, the bending fatigue strength was low. Since the compound layer just before the induction hardening process was thin, it is considered that oxygen entered from the outside during the induction hardening process and excessively large oxides were generated. Furthermore, since grinding was not performed after induction hardening, it was considered that the original compound layer remained, and as a result, the number of coarse iron nitrides TN Fe and residual austenite could not be suppressed.

試験番号17では、軟窒化処理後に研削処理を実施し、その後、高周波処理を実施した。試験番号17では、高周波焼入れ処理直前の試験片の化合物層の厚さは0μmであった。そのため、平均窒素濃度CNaveが低すぎ、さらに、粗大酸化物が過剰に残存した。その結果、曲げ疲労強度が550MPa未満であり、焼付き面圧が80MPa未満であった。高周波焼入れ処理時に化合物層がなかったため、拡散層への窒素の供給が不足し、その結果、マルテンサイト中の窒素濃度が低くなったと考えられる。また、高周波焼入れ時に外部からの酸素侵入の障壁となる化合物層がなかったため、粗大酸化物が過剰に生成したと考えられる。 In test number 17, a grinding process was performed after the soft nitriding process, and then a high frequency process was performed. In test number 17, the thickness of the compound layer of the test piece immediately before induction hardening was 0 μm. Therefore, the average nitrogen concentration C Nave was too low, and excessive coarse oxide remained. As a result, the bending fatigue strength was less than 550 MPa, and the seizure surface pressure was less than 80 MPa. Since there was no compound layer during induction hardening, it was thought that the supply of nitrogen to the diffusion layer was insufficient, and as a result, the nitrogen concentration in martensite was lowered. In addition, it was considered that excessive oxide was generated because there was no compound layer that would block oxygen from entering during induction hardening.

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

1 クランクシャフト
2 ピン部
3 ジャーナル部
5 フィレット部
1 Crankshaft 2 Pin 3 Journal 5 Fillet

Claims (4)

ピン部、ジャーナル部及びフィレット部を備えるクランクシャフトであって、
質量%で、
C:0.35%〜0.60%、
Si:0%〜1.50%、
Mn:0.50%〜2.0%、
P:0.025%以下、
S:0.010%〜0.10%、
Cr:0.05%〜2.0%、
Al:0%〜0.050%、
N:0.0030%〜0.020%、
V:0〜0.20%、
Ti:0〜0.050%、
Cu:0〜0.20%、及び、
Ni:0〜0.20%を含有し、残部はFe及び不純物からなる化学組成を有し、
前記ピン部、ジャーナル部及びフィレット部において、HV550以上のビッカース硬さが得られる表面からの深さが1.0mm以上であり、
前記表面から50μm深さまでの領域において、平均窒素濃度が0.10%〜0.80%であり、マトリクス組織は面積率で80%以上のマルテンサイトと0〜20%の残留オーステナイトとからなり、円換算直径で1μm以上の鉄窒化物が1個/1000μm2未満であり、
前記表面から20μm深さまでの領域において、円換算直径で2μm以上の酸化物が3個/1000μm2未満であることを特徴とするクランクシャフト。
A crankshaft comprising a pin part, a journal part and a fillet part,
% By mass
C: 0.35% to 0.60%,
Si: 0% to 1.50%,
Mn: 0.50% to 2.0%,
P: 0.025% or less,
S: 0.010% to 0.10%,
Cr: 0.05% to 2.0%
Al: 0% to 0.050%,
N: 0.0030% to 0.020%,
V: 0 to 0.20%,
Ti: 0 to 0.050%,
Cu: 0 to 0.20%, and
Ni: 0 to 0.20% is contained, the balance has a chemical composition consisting of Fe and impurities,
In the pin part, journal part, and fillet part, the depth from the surface at which a Vickers hardness of HV550 or higher is obtained is 1.0 mm or more,
In the region from the surface to a depth of 50 μm, the average nitrogen concentration is 0.10% to 0.80%, the matrix structure is composed of martensite with an area ratio of 80% or more and residual austenite with 0 to 20%, The number of iron nitrides with a diameter in terms of a circle of 1 μm or more is less than 1/1000 μm 2
A crankshaft characterized in that in the region from the surface to a depth of 20 μm, the number of oxides having a circular equivalent diameter of 2 μm or more is less than 3/1000 μm 2 .
請求項1に記載のクランクシャフトであって、
前記化学組成は、
V:0.02〜0.20%、及び、
Ti:0.010〜0.050%からなる群から選択される1種以上を含有することを特徴とする、クランクシャフト。
The crankshaft according to claim 1,
The chemical composition is
V: 0.02 to 0.20%, and
A crankshaft containing at least one selected from the group consisting of Ti: 0.010 to 0.050%.
請求項1又は請求項2に記載のクランクシャフトであって、
前記化学組成は、
Cu:0.02%〜0.20%、及び、
Ni:0.02%〜0.20%からなる群から選択される1種以上を含有することを特徴とする、クランクシャフト。
The crankshaft according to claim 1 or 2,
The chemical composition is
Cu: 0.02% to 0.20%, and
Ni: One or more types selected from the group consisting of 0.02% to 0.20% are included, and the crankshaft is characterized in that:
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の化学組成を有する鋼材を熱間鍛造してクランクシャフト形状の中間材を製造する工程と、
中間材に対して窒化処理を実施して、前記中間材の表層に厚さ6μm以上の化合物層と、厚さ50μm以上の拡散層とを形成する工程と、
前記窒化処理後の前記中間材に対して高周波焼入れ処理を実施する工程と、
前記中間材のうち、前記高周波焼入れ処理により前記化合物層が変化したものであり酸化物を含む元化合物層と、元化合物層下に形成された残留オーステナイトとを除去する工程とを備えることを特徴とする、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のクランクシャフトの製造方法。
A step of hot forging the steel material having the chemical composition according to any one of claims 1 to 3 to produce a crankshaft-shaped intermediate material;
Nitriding the intermediate material to form a compound layer having a thickness of 6 μm or more and a diffusion layer having a thickness of 50 μm or more on a surface layer of the intermediate material;
A step of performing induction hardening on the intermediate material after the nitriding treatment;
Of the intermediate material, the compound layer is changed by the induction hardening process, and includes a step of removing an original compound layer containing an oxide and residual austenite formed under the original compound layer. The method for manufacturing a crankshaft according to any one of claims 1 to 3.
JP2015243878A 2015-12-15 2015-12-15 Crankshaft and manufacturing method thereof Active JP6561816B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015243878A JP6561816B2 (en) 2015-12-15 2015-12-15 Crankshaft and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015243878A JP6561816B2 (en) 2015-12-15 2015-12-15 Crankshaft and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017110247A JP2017110247A (en) 2017-06-22
JP6561816B2 true JP6561816B2 (en) 2019-08-21

Family

ID=59079285

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015243878A Active JP6561816B2 (en) 2015-12-15 2015-12-15 Crankshaft and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6561816B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019035111A (en) * 2017-08-16 2019-03-07 パーカー熱処理工業株式会社 Steel member and method for producing the same
JP6881496B2 (en) * 2018-08-27 2021-06-02 Jfeスチール株式会社 Parts and their manufacturing methods
JP7343767B2 (en) * 2019-10-17 2023-09-13 日本製鉄株式会社 Crankshaft and its manufacturing method
JP7462781B2 (en) 2020-09-28 2024-04-05 日本製鉄株式会社 Crankshaft

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3321862B2 (en) * 1992-12-07 2002-09-09 日産自動車株式会社 Outer race for constant velocity joints
JP2007077411A (en) * 2005-09-09 2007-03-29 Daido Steel Co Ltd Machine structural component having excellent fatigue strength and wear property, and method for producing the same
JP4560141B2 (en) * 2008-12-19 2010-10-13 新日本製鐵株式会社 Surface hardening machine structural steel and machine structural steel parts
US20130180626A1 (en) * 2010-10-27 2013-07-18 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Steel for machine structural purposes for surface hardening use and steel parts for machine structural purposes and method of production of same
JP6191357B2 (en) * 2013-09-19 2017-09-06 新日鐵住金株式会社 Steel heat treatment method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017110247A (en) 2017-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6652019B2 (en) Machine structural steel and induction hardened steel parts for induction hardening
JP6561816B2 (en) Crankshaft and manufacturing method thereof
JP5561436B2 (en) Rolled steel bar or wire rod for hot forging
JP5682485B2 (en) Steel for cold forging and nitriding
EP3190199B1 (en) Non-tempered soft-nitrided component
JP5886119B2 (en) Case-hardened steel
JPWO2004003246A1 (en) Self-lubricating sliding part material and piston ring wire
WO2015174088A1 (en) Steel for use in non-heat treated crankshaft, and non-heat treated crankshaft
JP5499974B2 (en) Non-tempered nitrided crankshaft
JP6394319B2 (en) Hot forging
JP5811303B2 (en) Non-tempered soft nitriding parts
JP5708844B2 (en) Non-tempered nitrided crankshaft
JP2009167505A (en) Rough shaped article for quenched and tempered nitrocarburized crankshaft and quenched and tempered nitrocarburized crankshaft
US10975452B2 (en) Hot forged product
JP7127999B2 (en) Steel for forgings, forged steel crank throws and forged journals for assembled crankshafts
JP2002256384A (en) Steel for crank shaft having excellent machinability and wear resistance
JP7323850B2 (en) Steel and carburized steel parts
JP2002194502A (en) Crank shaft steel superior in both machinability and abrasion resistance
CN113646448B (en) Steel shaft component
WO2022249349A1 (en) Steel material and crankshaft formed of said steel material
TW201739933A (en) Case hardened steel
EP3040438A1 (en) High-strength steel, and crankshaft manufactured using said high-strength steel
JP2024034953A (en) Steel materials and steel parts

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180803

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190522

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: 20190625

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190708

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6561816

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151