JP6705344B2 - Case-hardening steel excellent in coarse grain prevention characteristics and fatigue characteristics during carburization and its manufacturing method - Google Patents

Case-hardening steel excellent in coarse grain prevention characteristics and fatigue characteristics during carburization and its manufacturing method Download PDF

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Description

本発明は、浸炭時の粗大粒防止特性と疲労特性に優れた肌焼鋼およびその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a case-hardening steel excellent in coarse grain prevention characteristics and carburizing characteristics at the time of carburization, and a method for manufacturing the case hardening steel.

歯車、軸受部品、転動部品、シャフト、等速ジョイント部品などの浸炭部品は、通常、以下に示す方法により製造されている。例えば、JIS G 4052、JIS G 4104、JIS G 4105、JIS G 4106などに規定されている中炭素の機械構造用合金鋼を鍛造し、切削により所定の形状に加工した後、浸炭焼入れを行う。 Carburized parts such as gears, bearing parts, rolling parts, shafts and constant velocity joint parts are usually manufactured by the following method. For example, medium carbon carbon alloy steel for machine structural use specified in JIS G 4052, JIS G 4104, JIS G 4105, JIS G 4106, etc. is forged, cut into a predetermined shape, and then carburized and quenched.

浸炭部品を製造する際に行う鍛造では、冷間鍛造(転造も含む)又は熱間鍛造が行われている。冷間鍛造は、製品の表面肌および寸法精度が良く、熱間鍛造に比べて製造コストが低く、歩留まりも良好である。このため、近年、熱間鍛造から冷間鍛造へ切り替える傾向が強くなっている。その結果、冷間鍛造後に浸炭焼き入れして製造される浸炭部品が、近年顕著に増加している。 Cold forging (including rolling) or hot forging is performed in the forging performed when manufacturing a carburized component. Cold forging has good surface texture and dimensional accuracy of the product, lower manufacturing cost than hot forging, and good yield. Therefore, in recent years, there has been a strong tendency to switch from hot forging to cold forging. As a result, the number of carburized parts manufactured by carburizing and quenching after cold forging has significantly increased in recent years.

冷間鍛造後に浸炭焼き入れして製造される浸炭部品の大きな課題として、熱処理歪みの低減が挙げられる。例えば、シャフトが熱処理歪みによって曲がると、シャフトとしての機能が損なわれる。また、歯車や等速ジョイント部品では、熱処理歪みが大きいと、騒音や振動の原因となる。
浸炭部品の熱処理歪みの最大の原因は、浸炭時に発生する粗大粒である。従来、粗大粒を抑制するために、冷間鍛造後、浸炭焼入れの前に、焼鈍が行われていた。しかし、近年、コスト削減の視点から、焼鈍省略の指向が強まっている。そのため、焼鈍を省略しても粗大粒を生じない鋼材が強く求められている。
A major problem of carburized parts manufactured by carburizing and quenching after cold forging is reduction of heat treatment distortion. For example, when the shaft bends due to heat treatment distortion, the function as the shaft is impaired. In gears and constant velocity joint parts, large heat treatment distortion causes noise and vibration.
The largest cause of heat treatment distortion of carburized parts is coarse grains generated during carburization. Conventionally, in order to suppress coarse grains, annealing has been performed after cold forging and before carburizing and quenching. However, in recent years, the tendency to omit annealing has been increasing from the viewpoint of cost reduction. Therefore, there is a strong demand for steel materials that do not generate coarse grains even if annealing is omitted.

一方、歯車、軸受部品、転動部品の中でも、高面圧が負荷される軸受部品、転動部品においては、高深度浸炭が行われている。通常、高深度浸炭では、十数時間から数十時間の長時間を要するため、省エネルギーの視点から、浸炭時間の短縮が重要な課題となっている。
浸炭時間を短縮するためには、浸炭温度の高温化が有効である。浸炭温度は、通常の浸炭では930℃程度であるが、高温浸炭では990℃〜1090℃の温度域で行う。しかし、浸炭時間を短縮するために高温浸炭を行うと、粗大粒が発生し、浸炭部品に必要な転動疲労特性等の疲労特性が十分に得られない場合があった。そのため、高温浸炭を行っても粗大粒が発生しない高温浸炭に適した肌焼鋼が求められている。
On the other hand, among gears, bearing components, and rolling components, bearing components and rolling components to which high surface pressure is applied are subjected to deep carburization. Normally, deep carburization requires a long time of ten to several tens of hours, and therefore shortening the carburizing time is an important issue from the viewpoint of energy saving.
Increasing the carburizing temperature is effective for shortening the carburizing time. The carburizing temperature is about 930° C. in the normal carburizing, but is performed in the temperature range of 990° C. to 1090° C. in the high temperature carburizing. However, when high temperature carburization is performed to shorten the carburizing time, coarse particles are generated, and the fatigue characteristics such as rolling fatigue characteristics required for carburized parts may not be sufficiently obtained. Therefore, there is a demand for case-hardening steel suitable for high-temperature carburization in which coarse grains are not generated even when high-temperature carburization is performed.

また、高面圧が負荷される歯車、軸受部品、転動部品は、大型部品が多く、通常「棒鋼−熱間鍛造−必要により焼準等の熱処理−切削−浸炭焼入れ−必要により研磨」の工程を経て製造される。浸炭時の粗大粒の発生を抑制するためには、熱間鍛造後の熱間鍛造部材が、浸炭時の粗大粒を抑制できる適正な材質である必要がある。そのためには、棒鋼の素材として、浸炭時の粗大粒を抑制できる適正な材質を用いる必要がある。 In addition, gears, bearing parts, and rolling parts to which high surface pressure is applied are often large parts, and are usually "bar steel-hot forging-heat treatment such as normalization if necessary-cutting-carburizing and quenching-polishing if necessary". It is manufactured through steps. In order to suppress the generation of coarse particles during carburization, the hot forged member after hot forging needs to be an appropriate material capable of suppressing coarse particles during carburization. For that purpose, it is necessary to use, as a material for the steel bar, an appropriate material capable of suppressing coarse grains during carburization.

特許文献1には、Ti:0.05〜0.2%、S:0.001〜0.15%を含有し、N:0.0051%未満に制限し、熱間圧延後のAlNの析出量を0.01%以下に制限した浸炭時の粗大粒防止特性と疲労特性に優れた肌焼鋼が開示されている。
特許文献2には、Ti:0.03〜0.30%、S:0.010〜0.10%を含有し、N:0.020%以下に制限し、Ti系硫化物の個数密度を規定した肌焼鋼が開示されている。
Patent Document 1 contains Ti: 0.05 to 0.2%, S: 0.001 to 0.15%, limits N: less than 0.0051%, and precipitates AlN after hot rolling. Disclosed is a case-hardening steel which is excellent in coarse grain preventive properties and fatigue properties during carburization in which the amount is limited to 0.01% or less.
Patent Document 2 contains Ti: 0.03 to 0.30%, S: 0.010 to 0.10%, limits N: 0.020% or less, and determines the number density of Ti-based sulfides. A defined case hardening steel is disclosed.

特許第4448456号公報Japanese Patent No. 4448456 特開2007−31787号公報JP, 2007-317787, A

しかしながら、従来の肌焼鋼は、今後のさらなる高温浸炭化のニーズに対応するには、粗大粒防止能力が不足する可能性がある。また、肌焼鋼の用途として主要な歯車、シャフトにおいては、さらなる疲労強度特性の向上が望まれている。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、浸炭時の粗大粒防止特性に優れ、浸炭焼き入れによる熱処理歪みを抑制できるとともに、浸炭焼き入れ後に優れた疲労特性が得られる肌焼鋼およびその製造方法を提供することを課題とする。
However, the conventional case-hardening steel may lack the ability to prevent coarse grains in order to meet future needs for further high-temperature carburization. Further, in gears and shafts, which are major applications of case hardening steel, further improvement in fatigue strength characteristics is desired.
The present invention has been made in view of such circumstances, is excellent in coarse grain prevention characteristics during carburization, can suppress heat treatment distortion due to carburizing and quenching, and excellent fatigue properties after carburizing and quenching An object of the present invention is to provide a hardened steel and a manufacturing method thereof.

[1]化学組成が質量%で、
C:0.10〜0.30%、
Si:0.02〜1.50%、
Mn:0.30〜1.80%、
S:0.003〜0.020%、
Cr:0.40〜2.00%、
Al:0.005〜0.050%、
Ti:0.06〜0.20%、
Bi:0.0001〜0.0050%
を含有し、さらに、
Sb:0.0001〜0.0050%
Sn:0.0001〜0.0050%および
Pb:0.0001〜0.0050%
からなる群から選択される1種または2種以上を含有し、Bi、Sb、SnおよびPbの合計含有量を0.0050%以下とし、さらに
P:0.050%以下、
N:0.0100%以下、
O:0.0025%以下
に制限し、
残部が鉄および不純物であり、
下記式(1)を満たし、
ベイナイトの組織分率が30面積%以下であり、
フェライト結晶粒度番号がJIS G0552で規定されている8〜11番であることを特徴とする浸炭時の粗大粒防止特性と疲労特性に優れた肌焼鋼。
Ti/S≧6.0 式(1)
(式(1)中のTiは、Tiの含有量(質量%)であり、Sは、Sの含有量(質量%)である。)
[1] Chemical composition is mass%,
C: 0.10 to 0.30%,
Si: 0.02 to 1.50%,
Mn: 0.30 to 1.80%,
S: 0.003 to 0.020%,
Cr: 0.40 to 2.00%,
Al: 0.005-0.050%,
Ti: 0.06 to 0.20%,
Bi: 0.0001 to 0.0050%
And further,
Sb: 0.0001 to 0.0050%
Sn: 0.0001 to 0.0050% and Pb: 0.0001 to 0.0050%
Containing one or more selected from the group consisting of, the total content of Bi, Sb, Sn and Pb is 0.0050% or less, further P: 0.050% or less,
N: 0.0100% or less,
O: limited to 0.0025% or less,
The balance is iron and impurities,
The following formula (1) is less than,
The bainite has a structure fraction of 30 area% or less,
A case-hardening steel having excellent coarse grain prevention properties and carburizing properties during carburization, characterized in that the ferrite grain size numbers are 8 to 11 specified in JIS G0552 .
Ti/S≧6.0 Formula (1)
(Ti in the formula (1) is the content of Ti (mass %), and S is the content of S (mass %).)

[2]前記化学組成が質量%で、
Mo:0.02〜1.50%、
Ni:0.10〜3.50%、
V:0.02〜0.50%および
B:0.0002〜0.0050%
からなる群から選択される1種または2種以上を含有する[1]に記載の浸炭時の粗大粒防止特性と疲労特性に優れた肌焼鋼。
[3]化学組成が質量%で、
Nb:0.04%未満を含有する[1]または[2]に記載の浸炭時の粗大粒防止特性と疲労特性に優れた肌焼鋼。
[2] The chemical composition is mass%,
Mo: 0.02 to 1.50%,
Ni: 0.10 to 3.50%,
V: 0.02-0.50% and B: 0.0002-0.0050%
A case-hardening steel excellent in coarse grain prevention properties during carburization and fatigue properties according to [1], containing one or more selected from the group consisting of:
[3] The chemical composition is mass%,
Nb: A case-hardening steel containing less than 0.04%, which is excellent in the coarse grain preventing property during carburization and fatigue properties according to [1] or [2].

[4]マトリクス中の長手方向断面において、検査基準面積:100平方mm、検査数:16視野、予測を行なう面積:30000平方mmの条件で測定された極値統計によるTi系析出物の最大直径が40μm以下である[1]〜[]のいずれかに記載の浸炭時の粗大粒防止特性と疲労特性に優れた肌焼鋼。 [4] In the longitudinal section in Ma Torikusu, inspection reference area: 100 square mm, the number of check: maximum 30000 Ti-based precipitates by the extreme value statistics measured in terms of square mm: 16 field, the prediction area to perform A case-hardening steel having a diameter of 40 μm or less, which is excellent in coarse grain preventing properties during carburization and fatigue properties according to any one of [1] to [ 3 ].

[7]化学組成が質量%で、
C:0.10〜0.30%、
Si:0.02〜1.50%、
Mn:0.30〜1.80%、
S:0.003〜0.020%、
Cr:0.40〜2.00%、
Al:0.005〜0.050%、
Ti:0.06〜0.20%、
Bi:0.0001〜0.0050%
を含有し、さらに、
Sb:0.0001〜0.0050%
Sn:0.0001〜0.0050%および
Pb:0.0001〜0.0050%
からなる群から選択される1種または2種以上を含有し、Bi、Sb、SnおよびPbの合計含有量を0.0050%以下とし、さらに
P:0.050%以下、
N:0.0100%以下、
O:0.0025%以下
に制限し、
残部が鉄および不純物であり、
下記式(1)を満たす鋼を、1150℃以上の温度で保持時間10分以上加熱して線材または棒鋼に熱間圧延する工程を含み、
前記熱間圧延後に800〜500℃の温度範囲を1℃/秒以下の冷却速度で徐冷し、熱間圧延して冷却した後の鋼のベイナイトの組織分率が30面積%以下となるようにし、
前記熱間圧延の仕上げ温度を840〜1000℃とし、フェライト結晶粒度番号がJIS G0552で規定されている8〜11番である鋼となるようにする浸炭時の粗大粒防止特性と疲労特性に優れた肌焼鋼の製造方法。
Ti/S≧6.0 式(1)
(式(1)中のTiは、Tiの含有量(質量%)であり、Sは、Sの含有量(質量%)である。)
[7] The chemical composition is mass%,
C: 0.10 to 0.30%,
Si: 0.02 to 1.50%,
Mn: 0.30 to 1.80%,
S: 0.003 to 0.020%,
Cr: 0.40 to 2.00%,
Al: 0.005-0.050%,
Ti: 0.06 to 0.20%,
Bi: 0.0001 to 0.0050%
And further,
Sb: 0.0001 to 0.0050%
Sn: 0.0001 to 0.0050% and Pb: 0.0001 to 0.0050%
Containing one or more selected from the group consisting of, the total content of Bi, Sb, Sn and Pb is 0.0050% or less, further P: 0.050% or less,
N: 0.0100% or less,
O: limited to 0.0025% or less,
The balance is iron and impurities,
Formula steel satisfying (1), a step of hot rolling the wire or bar steel by heating retention time of 10 minutes or more at 1150 ° C. or higher temperatures seen including,
After the hot rolling, the temperature fraction of 800 to 500° C. is gradually cooled at a cooling rate of 1° C./sec or less, and the bainite structure fraction of the steel after hot rolling and cooling is 30 area% or less. West,
The finishing temperature of the hot rolling is set to 840 to 1000° C., and the steel having the ferrite grain size number of 8 to 11 defined in JIS G0552 is obtained. Of manufacturing case hardening steel.
Ti/S≧6.0 Formula (1)
(Ti in the formula (1) is the content of Ti (mass %), and S is the content of S (mass %).)

本発明の肌焼鋼は、所定の化学組成を有することにより、浸炭時の粗大粒防止特性に優れる。したがって、本発明の肌焼鋼によれば、浸炭焼き入れによる熱処理歪みを抑制できるとともに、浸炭焼き入れ後に優れた疲労特性が得られる。また、本発明の肌焼鋼を浸炭焼入れして製造した浸炭部品は、熱処理歪みが少なく、優れた疲労特性を有する。
本発明の肌焼鋼の製造方法によれば、浸炭時の粗大粒防止特性に優れ、浸炭焼き入れによる熱処理歪みを抑制でき、浸炭焼き入れ後に優れた疲労特性が得られる本発明の肌焼鋼を製造できる。
Since the case-hardening steel of the present invention has a predetermined chemical composition, it is excellent in the property of preventing coarse grains during carburization. Therefore, according to the case-hardening steel of the present invention, heat treatment distortion due to carburizing and quenching can be suppressed, and excellent fatigue characteristics can be obtained after the carburizing and quenching. Further, the carburized parts produced by carburizing and quenching the case-hardening steel of the present invention have little heat treatment distortion and excellent fatigue characteristics.
According to the method for producing a case-hardening steel of the present invention, the case-hardening steel of the present invention is excellent in coarse-grain preventing characteristics during carburization, can suppress heat treatment distortion due to carburizing and quenching, and can obtain excellent fatigue characteristics after carburizing and quenching. Can be manufactured.

本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意検討した。その結果、以下に示す(1)〜(5)の知見を得た。
(1)肌焼鋼中のS含有量とTi含有量との関係を適正化(Ti/S≧6.0)することで、肌焼鋼の浸炭時に、曲げ疲労特性を低下させる圧延方向に延伸して粗大化するMnSではなく、微細なTi系の炭硫化物を生成させる。その結果、肌焼鋼を浸炭焼き入れした後に優れた疲労特性が得られる。
The present inventors diligently studied to solve the above problems. As a result, the following findings (1) to (5) were obtained.
(1) By optimizing the relationship between the S content and the Ti content in the case-hardening steel (Ti/S≧6.0), the carburizing of the case-hardening steel reduces the bending fatigue property in the rolling direction. Fine Ti-based carbosulfide is produced instead of MnS which is stretched and coarsened. As a result, excellent fatigue properties are obtained after case hardening of the case-hardened steel.

これに対し、従来の技術では、肌焼鋼に含まれるTiとSとのバランスを考慮していなかった。このため、肌焼鋼の浸炭時に、曲げ疲労破壊の起点となるMnSが晶出する可能性があり、肌焼鋼を浸炭焼き入れした後に十分な疲労特性が得られない場合があった。 On the other hand, in the conventional technology, the balance between Ti and S contained in case-hardening steel has not been taken into consideration. For this reason, MnS, which is a starting point of bending fatigue fracture, may crystallize during carburizing of case hardening steel, and sufficient fatigue characteristics may not be obtained after case hardening steel is carburized and quenched.

(2)肌焼鋼の浸炭時における結晶粒の粗大化を防止するには、ピン止め粒子としてAlN、NbNを活用するよりも、TiC、TiCSを主体とするTi系析出物を、浸炭時に微細析出させることが有効である。さらに、肌焼鋼中に微量のBiに加えて微量のSb、SnおよびPbからなる群から選択される1種または2種以上を含有することにより、Ti系析出物の浸炭時の成長・粗大化が抑制され、粗大粒防止特性が一層向上する。 (2) In order to prevent coarsening of crystal grains during carburization of case hardening steel, Ti-based precipitates mainly composed of TiC and TiCS are finely divided during carburization rather than utilizing AlN and NbN as pinning particles. Precipitation is effective. Further, in the case-hardening steel, in addition to a small amount of Bi, a small amount of one or more kinds selected from the group consisting of Sb, Sn and Pb is contained, so that the growth and coarseness of Ti-based precipitates during carburization Formation is suppressed, and the coarse-grain preventing property is further improved.

肌焼鋼の浸炭時にTi系析出物によるピン止め効果を安定して発揮させるためには、肌焼鋼の製造工程における熱間圧延して冷却した後の鋼材中にTi系析出物を微細析出させておく必要がある。そのためには、熱間圧延時の冷却過程におけるオーステナイトからの拡散変態時に、Ti系析出物を相界面析出させる必要がある。熱間圧延したままの組織にベイナイトが生成すると、Ti系析出物の相界面析出が困難になるため、ベイナイトを実質的に含まない組織とすることが好ましい。 In order to stably exert the pinning effect of Ti-based precipitates during carburization of case-hardening steel, Ti-based precipitates are finely precipitated in the steel material after hot rolling and cooling in the manufacturing process of case-hardening steel. I need to keep it. For that purpose, it is necessary to precipitate a Ti-based precipitate at the phase interface during the diffusion transformation from austenite in the cooling process during hot rolling. If bainite is formed in the as-hot-rolled structure, it becomes difficult to precipitate the Ti-based precipitate at the phase interface. Therefore, it is preferable that the structure be substantially free of bainite.

熱間圧延して冷却した後の鋼材中にTi系析出物を微細析出させるには、熱間圧延の条件を最適化すれば良い。すなわち、熱間圧延における加熱温度を高温にすることで、Ti系析出物を一旦マトリクス中に固溶させる。そして、熱間圧延後にTi系析出物の析出温度域を徐冷する。このことにより、ベイナイトの生成を抑制できるとともに、Ti系析出物を多量に生成させて微細分散させることができる。 In order to finely precipitate Ti-based precipitates in the steel material after hot rolling and cooling, the conditions of hot rolling may be optimized. That is, the Ti-based precipitate is once solid-dissolved in the matrix by raising the heating temperature in hot rolling. After the hot rolling, the precipitation temperature range of Ti-based precipitates is gradually cooled. As a result, the formation of bainite can be suppressed, and a large amount of Ti-based precipitates can be generated and finely dispersed.

(3)さらに、Ti系析出物と併用して、NbCを主体とするNbの炭窒化物を肌焼鋼の浸炭時に微細析出させることにより、粗大粒防止特性が一層向上する。肌焼鋼の浸炭時にNbの炭窒化物によるピン止め効果を安定して発揮させるためには、肌焼鋼の製造工程における熱間圧延して冷却した後の鋼材中にNbの炭窒化物を微細析出させておく必要がある。そのためには、Nbの炭窒化物もTi系析出物と同様に、熱間圧延時の冷却過程におけるオーステナイトからの拡散変態時に、相界面析出させる必要がある。また、熱間圧延したままの組織にベイナイトが生成すると、Nbの炭窒化物の相界面析出が困難になるため、ベイナイトを実質的に含まない組織とすることが好ましい。 (3) Further, by using in combination with Ti-based precipitates, Nb carbonitrides mainly composed of NbC are finely precipitated at the time of carburizing of case-hardening steel, whereby the coarse grain preventing property is further improved. In order to stably exert the pinning effect of Nb carbonitride during carburizing of case hardening steel, Nb carbonitride is added to the steel material after hot rolling and cooling in the manufacturing process of case hardening steel. It is necessary to deposit finely. To this end, Nb carbonitrides, like Ti-based precipitates, need to undergo phase interface precipitation during the diffusion transformation from austenite in the cooling process during hot rolling. Further, if bainite is generated in the as-hot-rolled structure, it becomes difficult to precipitate the Nb carbonitride at the phase interface. Therefore, it is preferable that the structure be substantially free of bainite.

熱間圧延して冷却した後の鋼材中にNbの炭窒化物を微細析出させるには、熱間圧延における加熱温度を高温にしてNbの炭窒化物を一旦マトリクス中に固溶させた後、Nbの炭窒化物の析出温度域を徐冷する。このことにより、Nbの炭窒化物を多量に生成させて微細分散させることができる。 In order to finely precipitate Nb carbonitride in the steel material after hot rolling and cooling, after heating the heating temperature in hot rolling to a high temperature and once dissolving Nb carbonitride in the matrix, The precipitation temperature range of Nb carbonitride is gradually cooled. As a result, a large amount of Nb carbonitride can be generated and finely dispersed.

(4)熱間圧延して冷却した後の鋼材中に含まれるフェライト結晶粒が過度に微細であると、肌焼鋼の浸炭時に粗大粒が発生しやすくなる。熱間圧延して冷却した後の鋼材中のフェライト結晶粒の粒度は、圧延仕上げ温度を制御することで適正化できる。 (4) If the ferrite crystal grains contained in the steel material after hot rolling and cooling are excessively fine, coarse grains are likely to occur during carburization of case hardening steel. The grain size of the ferrite crystal grains in the steel material after hot rolling and cooling can be optimized by controlling the rolling finishing temperature.

(5)Tiを含有する肌焼鋼を浸炭焼入れして製造した浸炭部品では、Ti系析出物が疲労破壊の起点となるため、疲労特性、特に転動疲労特性が不足しやすくなる。肌焼鋼の化学組成を低N化するとともに、熱間圧延における加熱温度を高温化し、Ti析出物の最大サイズを小さくすることで、疲労特性の改善が可能となる。 (5) In a carburized component produced by carburizing and quenching case-hardening steel containing Ti, Ti-based precipitates are the starting point of fatigue failure, and thus fatigue characteristics, particularly rolling fatigue characteristics, tend to be insufficient. By lowering the chemical composition of case-hardening steel and increasing the heating temperature in hot rolling to reduce the maximum size of Ti precipitates, it is possible to improve fatigue properties.

本発明は、以上の新規な知見に基づいてなされたものである。
以下、本発明の浸炭時の粗大粒防止特性と疲労特性に優れた肌焼鋼およびその製造方法について詳細に説明する。
まず、肌焼鋼の化学組成について説明する。なお、各元素の含有量の「%」は「質量%」を意味する。
The present invention has been made based on the above new findings.
Hereinafter, the case-hardening steel which is excellent in the coarse grain preventive property at the time of carburizing and the fatigue property of the present invention and the manufacturing method thereof will be described in detail.
First, the chemical composition of case hardening steel will be described. In addition, "%" of the content of each element means "mass %".

(C:0.10〜0.30%)
Cは、鋼に必要な強度を与えるのに有効な元素である。C含有量が0.10%未満であると、必要な引張強さを確保できない。C含有量が0.30%を超えると、鋼が硬くなって、冷間加工性が劣化するとともに、浸炭焼き入れ後の芯部靭性が劣化する。したがって、C含有量を、0.10〜0.30%の範囲内にする必要がある。
(C: 0.10 to 0.30%)
C is an element effective in imparting the required strength to steel. If the C content is less than 0.10%, the required tensile strength cannot be secured. If the C content exceeds 0.30%, the steel becomes hard, the cold workability deteriorates, and the toughness of the core portion after carburizing and quenching deteriorates. Therefore, the C content needs to be within the range of 0.10 to 0.30%.

(Si:0.02〜1.50%)
Siは、鋼の脱酸に有効な元素であるとともに、鋼に必要な強度、焼入れ性を与え、鋼の焼戻し軟化抵抗を向上するのに有効な元素である。Si含有量が0.02%未満であると、上記効果が十分に得られない。一方、Si含有量が1.50%を超えると、鋼の硬さの上昇を招き、冷間鍛造性が劣化する。以上の理由から、Si含有量を0.02〜1.50%の範囲内にする必要がある。
(Si: 0.02 to 1.50%)
Si is an element effective for deoxidizing the steel, and is an element effective for imparting the necessary strength and hardenability to the steel and improving the temper softening resistance of the steel. If the Si content is less than 0.02%, the above effect cannot be sufficiently obtained. On the other hand, if the Si content exceeds 1.50%, the hardness of the steel is increased and the cold forgeability deteriorates. For the above reasons, the Si content needs to be within the range of 0.02 to 1.50%.

肌焼鋼が冷間加工を受けるものである場合、Si含有量の好適範囲は0.02〜0.30%である。特に、冷間鍛造性を重視する場合は、Si含有量を0.02〜0.15%の範囲にするのが望ましい。また、Siは粒界強度の増加に有効な元素である。さらに、Siは、肌焼鋼が軸受部品、転動部品などの浸炭部品の素材として用いられる場合には、これら浸炭部品の転動疲労過程での組織変化および材質劣化の抑制による高寿命化に有効な元素である。Siを含有することによる高強度化を指向する場合には、Si含有量の好適範囲は0.20〜1.50%である。特に、肌焼鋼が高いレベルの転動疲労強度を有する浸炭部品の素材として用いられる場合には、Si含有量を0.40〜1.50%の範囲にするのが望ましい。 When the case-hardening steel is to be subjected to cold working, the preferable range of the Si content is 0.02 to 0.30%. In particular, when importance is attached to cold forgeability, it is desirable that the Si content be in the range of 0.02 to 0.15%. Further, Si is an element effective for increasing the grain boundary strength. Further, Si, when case-hardening steel is used as a material for carburized parts such as bearing parts and rolling parts, improves life by suppressing structural changes and material deterioration in the rolling fatigue process of these carburized parts. It is an effective element. When aiming at strengthening by containing Si, the suitable range of Si content is 0.20 to 1.50%. In particular, when case-hardening steel is used as a material for carburized parts having a high level of rolling fatigue strength, it is desirable that the Si content be in the range of 0.40 to 1.50%.

なお、Siを含有することによる軸受部品、転動部品の転動疲労過程での組織変化および材質劣化の抑制の効果は、浸炭焼き入れした後の組織中の残留オーステナイト量(通称、残留γ量)が30〜40%の時に特に大きい。残留γ量をこの範囲で制御するには、いわゆる浸炭浸窒処理を行うことが有効である。浸炭浸窒処理は、浸炭後の拡散処理の過程で浸窒を行う処理である。浸炭浸窒処理は、表面の窒素濃度が0.20〜0.60%の範囲になる条件が適切である。なお、この場合の浸炭時の炭素ポテンシャルは0.90〜1.30%の範囲とするのが望ましい。 The effect of suppressing the structural change and material deterioration in the rolling fatigue process of bearing parts and rolling parts by containing Si is the amount of retained austenite in the structure after carburizing and quenching (commonly known as residual γ amount). ) Is particularly large when it is 30-40%. In order to control the residual γ amount within this range, it is effective to carry out so-called carburizing and nitrifying treatment. The carburizing and nitriding treatment is a treatment for performing nitriding in the process of diffusion treatment after carburizing. For the carburizing and nitriding treatment, the condition that the surface nitrogen concentration is in the range of 0.20 to 0.60% is suitable. The carbon potential during carburization in this case is preferably in the range of 0.90 to 1.30%.

(Mn:0.30〜1.80%)
Mnは、鋼の脱酸に有効な元素であるとともに、鋼に必要な強度、焼入れ性を与えるのに有効な元素である。Mn含有量が0.30%未満では、上記効果が十分に得られない。Mn含有量が1.80%を超えると、その効果は飽和するのみならず、鋼の硬さの上昇を招き、冷間鍛造性が劣化する。そのため、Mn含有量を0.30%〜1.80%の範囲内にする必要がある。Mn含有量の好適範囲は0.50〜1.20%である。なお、鋼の冷間鍛造性を重視する場合には、Mn含有量を0.50〜0.75%の範囲にするのが望ましい。
(Mn: 0.30 to 1.80%)
Mn is an element effective for deoxidizing steel, and also effective for imparting strength and hardenability required for steel. If the Mn content is less than 0.30%, the above effect cannot be sufficiently obtained. If the Mn content exceeds 1.80%, not only the effect is saturated, but also the hardness of steel is increased, and cold forgeability is deteriorated. Therefore, the Mn content needs to be within the range of 0.30% to 1.80%. The preferable range of the Mn content is 0.50 to 1.20%. When importance is attached to the cold forgeability of steel, it is desirable that the Mn content be in the range of 0.50 to 0.75%.

(P:0.050%以下)
Pは、冷間鍛造時の変形抵抗を高め、靭性を劣化させる元素であるため、冷間鍛造性を劣化させる。また、Pは、焼入れ、焼戻し後の部品の結晶粒界を脆化させることによって、疲労強度を劣化させる。したがって、P含有量は、できるだけ低減することが望ましく、0.050%以下に制限する必要がある。P含有量の好適範囲は0.015%以下である。
(P: 0.050% or less)
Since P is an element that increases the deformation resistance during cold forging and deteriorates toughness, it deteriorates cold forgeability. Further, P deteriorates the fatigue strength by making the crystal grain boundaries of the parts after quenching and tempering brittle. Therefore, it is desirable to reduce the P content as much as possible, and it is necessary to limit it to 0.050% or less. The preferable range of the P content is 0.015% or less.

(S:0.003〜0.020%)
Sは、鋼中でMnSを形成する。MnSは、浸炭部品の曲げ疲労の破壊の起点となりうるため、MnSの生成を防止する必要がある。このため、S含有量の上限を0.020%とし、かつ下記式(1)を満たす範囲とする。S含有量が上記範囲内であると、鋼中のSがTi系炭硫化物として存在するため、浸炭焼き入れ後に優れた疲労特性が得られる。より好ましくは、S含有量は0.015%以下である。また、Ti系炭硫化物は、粗大粒防止のためのピン止め効果を発現する。その効果を発現するためには、S含有量を0.003%以上とする必要があり、より好ましくは0.005%以上である。
(S: 0.003 to 0.020%)
S forms MnS in steel. Since MnS can be the starting point of bending fatigue failure of carburized parts, it is necessary to prevent the generation of MnS. Therefore, the upper limit of the S content is 0.020%, and the range satisfies the following formula (1). When the S content is within the above range, S in the steel exists as Ti-based carbosulfide, so that excellent fatigue properties can be obtained after carburizing and quenching. More preferably, the S content is 0.015% or less. Further, Ti-based carbosulfide exhibits a pinning effect for preventing coarse grains. In order to bring out the effect, the S content needs to be 0.003% or more, and more preferably 0.005% or more.

Ti/S≧6.0 式(1)
(式(1)中のTiは、Tiの含有量(質量%)であり、Sは、Sの含有量(質量%)である。)
Ti/S≧6.0 Formula (1)
(Ti in the formula (1) is the content of Ti (mass %), and S is the content of S (mass %).)

(Cr:0.40〜2.00%)
Crは、鋼に強度、焼入れ性を与えるのに有効な元素である。さらにCrは、肌焼鋼が軸受部品、転動部品などの浸炭部品の素材として用いられる場合に、浸炭焼き入れした後の残留γ量を増大させるとともに、転動疲労過程での組織変化および材質劣化の抑制による高寿命化に有効な元素である。Cr含有量が0.40%未満では、その効果は不十分である。Cr含有量が2.00%を超えると、鋼の硬さの上昇を招き、冷間鍛造性が劣化する。以上の理由から、Cr含有量を0.40〜2.00%の範囲内にする必要がある。Cr含有量の好適範囲は0.70〜1.60%である。
(Cr: 0.40 to 2.00%)
Cr is an element effective in imparting strength and hardenability to steel. Further, when the case-hardening steel is used as a material for carburized parts such as bearing parts and rolling parts, Cr increases the amount of residual γ after carburizing and quenching, as well as changes in the structure and material during the rolling fatigue process. It is an element effective in extending the life by suppressing deterioration. If the Cr content is less than 0.40%, the effect is insufficient. If the Cr content exceeds 2.00%, the hardness of steel is increased, and the cold forgeability deteriorates. For the above reasons, the Cr content needs to be within the range of 0.40 to 2.00%. The preferable range of the Cr content is 0.70 to 1.60%.

なお、Crを含有することによる軸受部品、転動部品の転動疲労過程での組織変化および材質劣化の抑制の効果は、浸炭焼き入れした後の組織中の残留γ量が30〜40%の時に特に大きい。残留γ量をこの範囲で制御するには、表面の窒素濃度が0.20〜0.60%の範囲になる条件で、浸炭浸窒処理を行うことが有効である。 Note that the effect of suppressing the structural change and material deterioration in the rolling fatigue process of the bearing parts and rolling parts by containing Cr is that the residual γ amount in the structure after carburizing and quenching is 30 to 40%. Sometimes especially big. In order to control the residual γ amount within this range, it is effective to carry out the carburizing/nitriding treatment under the condition that the surface nitrogen concentration is in the range of 0.20 to 0.60%.

(Al:0.005〜0.050%)
Alは、脱酸剤として含有する。Al含有量が0.005%未満であると、その効果は不十分である。一方、Al含有量が0.050%を超えると、肌焼鋼の製造時に行う熱間圧延における加熱によりAlNが溶体化せずに残存し、Ti(Nbを含有する場合にはTiおよびNb)の析出物の析出サイトとなる。その結果、Ti系析出物(Nbを含有する場合にはTi系析出物およびNbの炭窒化物)の微細分散を阻害し、浸炭時の結晶粒の粗大化を助長する。以上の理由から、Al含有量を0.005〜0.050%の範囲内にする必要がある。Al含有量の好適範囲は0.025〜0.040%である。
(Al: 0.005-0.050%)
Al is contained as a deoxidizing agent. If the Al content is less than 0.005%, the effect is insufficient. On the other hand, when the Al content exceeds 0.050%, AlN remains without being solutionized by the heating in the hot rolling performed at the time of manufacturing the case-hardening steel, and Ti (Ti and Nb in the case of containing Nb). It becomes the precipitation site of the precipitate. As a result, it inhibits fine dispersion of Ti-based precipitates (Ti-based precipitates and Nb carbonitrides when Nb is contained) and promotes coarsening of crystal grains during carburization. For the above reasons, the Al content needs to be within the range of 0.005 to 0.050%. The suitable range of Al content is 0.025 to 0.040%.

(Ti:0.06〜0.20%)
Tiは、鋼中で微細なTiC、TiCS、TiなどのTi系炭化物、Ti系炭硫化物を生成させ、これにより浸炭時のγ粒の微細化を図るために含有する。Ti含有量が0.06%未満では、その効果は不十分である。一方、Ti含有量が0.20%を超えると、TiCの析出による効果が顕著になり、冷間加工性が顕著に劣化するとともに、TiN主体の析出物が顕著となり、浸炭焼き入れ後の転動疲労特性が劣化する。以上の理由から、Ti含有量を0.06〜0.20%の範囲内にする必要がある。Ti含有量の好適範囲は、0.10〜0.15%未満である。
(Ti: 0.06 to 0.20%)
Ti is contained in the steel in order to form fine TiC, TiCS, Ti-based carbides such as Ti 4 C 2 S 2 and Ti-based carbosulfide, and thereby to refine the γ grains during carburization. If the Ti content is less than 0.06%, the effect is insufficient. On the other hand, when the Ti content exceeds 0.20%, the effect due to the precipitation of TiC becomes remarkable, the cold workability is significantly deteriorated, and the precipitates mainly composed of TiN become remarkable, and the conversion after carburizing and quenching occurs. Dynamic fatigue characteristics deteriorate. For the above reasons, the Ti content needs to be in the range of 0.06 to 0.20%. The suitable range of Ti content is 0.10 to less than 0.15%.

なお、本発明の肌焼鋼または肌焼鋼を鍛造してなる鍛造部材を浸炭焼き入れすると、固溶Tiと浸炭時に侵入してくる炭素および窒素とが反応して、浸炭層に微細なTiCおよびTiN(以下、「Ti(C、N)」と記す場合がある。)が多量に析出する。これらのTi(C、N)は、浸炭焼き入れ後に得られる軸受部品、転動部品などの浸炭部品における転動疲労寿命の向上に寄与する。したがって、特に高いレベルの転動疲労寿命を指向する軸受部品、転動部品を製造する場合には、浸炭時の炭素ポテンシャルを0.9〜1.3%の範囲で高めに設定すること、あるいは、いわゆる浸炭浸窒処理を行うことにより、Ti(C、N)の析出を促進することが有効である。浸炭浸窒処理は、上記のように浸炭後の拡散処理の過程で浸窒を行う処理であり、表面の窒素濃度が0.2〜0.6%の範囲になる条件が適切である。 When the case-hardened steel of the present invention or a forged member obtained by forging the case-hardened steel is carburized and quenched, solid solution Ti reacts with carbon and nitrogen that enter during carburization to form fine TiC in the carburized layer. And TiN (hereinafter sometimes referred to as “Ti(C,N)”) are deposited in large amounts. These Ti(C, N) contribute to the improvement of rolling contact fatigue life in carburized parts such as bearing parts and rolling parts obtained after carburizing and quenching. Therefore, in the case of manufacturing bearing parts and rolling parts aiming at a particularly high level of rolling fatigue life, the carbon potential during carburization should be set higher in the range of 0.9 to 1.3%, or That is, it is effective to promote the precipitation of Ti(C,N) by performing so-called carburizing and nitriding treatment. The carburizing and nitriding treatment is a treatment for carrying out the nitriding in the process of the diffusion treatment after carburizing as described above, and it is suitable that the nitrogen concentration on the surface is in the range of 0.2 to 0.6%.

(Bi:0.0001〜0.0050%)
Biは、本発明において重要な元素である。鋼中に微量のBiを含有すると、鋼の凝固組織の微細化に伴い、硫化物が微細分散する。さらに、鋼中に微量のBiを含有することにより、結晶粒の粗大化を抑制するTi系析出物等の析出物が浸炭時に成長・粗大化することを抑制できる。上記の効果を得るには、Bi含有量を0.0001%以上とする必要がある。しかし、Bi含有量が0.0050%を超えると、デンドライト組織の微細分散化効果が飽和し、かつ鋼の熱間加工性が劣化し、肌焼鋼の製造時に行う熱間圧延が困難となる。これらのことから、Bi含有量を0.0001〜0.0050%の範囲内にする必要がある。Bi含有量の好適範囲は、0.0010〜0.0040%である。
(Bi: 0.0001 to 0.0050%)
Bi is an important element in the present invention. When a trace amount of Bi is contained in steel, sulfides are finely dispersed as the solidification structure of steel is refined. Furthermore, by containing a trace amount of Bi in the steel, it is possible to suppress the growth and coarsening of precipitates such as Ti-based precipitates that suppress the coarsening of crystal grains during carburization. To obtain the above effects, the Bi content needs to be 0.0001% or more. However, if the Bi content exceeds 0.0050%, the effect of finely dispersing the dendrite structure is saturated, and the hot workability of the steel deteriorates, making it difficult to carry out hot rolling during the production of case-hardening steel. .. For these reasons, the Bi content needs to be within the range of 0.0001 to 0.0050%. The suitable range of Bi content is 0.0010 to 0.0040%.

(Sb:0.0001〜0.0050%、Sn:0.0001〜0.0050%およびPb:0.0001〜0.0050%からなる群から選択される1種または2種以上)
本発明では、微量のBiに加えてSb、SnおよびPbからなる群から選択される1種または2種以上を含有することが特徴である。これらの元素を微量含有することで鋼の凝固組織が微細化に伴い、MnSを代表とする硫化物が微細分散する。硫化物の微細分散化効果を得るには、Bi含有量を0.0001%以上とすることに加えて、Sb、SnおよびPbからなる群から選択される1種または2種以上を0.0001%以上含有する必要がある。しかし、Bi、Sb、SnおよびPbの合計含有量が0.0050%を超えると、デンドライト組織の微細分散化効果が飽和し、かつ鋼の熱間加工性が劣化し、熱間圧延が困難となる。これらのことから、本発明では、Bi、Sb、SnおよびPbの合計含有量を0.0050%以下とする必要がある。Bi、Sb、SnおよびPbの合計含有量の好適範囲は、0.0002〜0.0050%である。被削性をさらに向上させるには、Bi、Sb、SnおよびPbの合計含有量を0.0010%以上とすることがより好ましい。また、Bi、Sb、SnおよびPbの合計含有量の上限は0.0048%であってもよい。
(One or more selected from the group consisting of Sb: 0.0001 to 0.0050%, Sn: 0.0001 to 0.0050% and Pb: 0.0001 to 0.0050%)
The present invention is characterized by containing one or more kinds selected from the group consisting of Sb, Sn and Pb in addition to a trace amount of Bi. By containing a trace amount of these elements, the sulfide represented by MnS is finely dispersed as the solidification structure of steel becomes finer. In order to obtain the effect of finely dispersing sulfides, in addition to the Bi content of 0.0001% or more, 0.001% of one or two or more kinds selected from the group consisting of Sb, Sn and Pb is added. % Or more must be contained. However, if the total content of Bi, Sb, Sn, and Pb exceeds 0.0050%, the effect of finely dispersing the dendrite structure is saturated, and the hot workability of steel deteriorates, making hot rolling difficult. Become. From these, in the present invention, the total content of Bi, Sb, Sn and Pb needs to be 0.0050% or less. The suitable range of the total content of Bi, Sb, Sn and Pb is 0.0002 to 0.0050%. In order to further improve machinability, the total content of Bi, Sb, Sn and Pb is more preferably 0.0010% or more. Further, the upper limit of the total content of Bi, Sb, Sn and Pb may be 0.0048%.

(N:0.0100%以下)
Nは、鋼中のTiと結びつくと、粒制御にほとんど寄与しない粗大なTiNを生成する。TiNは、TiC、TiCS主体のTi系析出物、NbC主体のNbCおよびNbN(以下、「Nb(C、N)」と記す場合がある。)の析出サイトとなり、Ti系析出物およびNbの炭窒化物の微細析出を阻害し、粗大粒の生成を促進する。上記の悪影響は、N含有量が0.0100%を超える場合に特に顕著である。以上の理由から、N含有量を0.0100%以下にする必要がある。N含有量は0.0051%未満に制限するのが好ましい。
(N: 0.0100% or less)
N, when combined with Ti in the steel, produces coarse TiN that makes little contribution to grain control. TiN serves as a precipitation site for TiC, TiCS-based Ti-based precipitates, NbC-based NbC and NbN (hereinafter sometimes referred to as “Nb(C,N)”), and Ti-based precipitates and Nb carbons. It inhibits the fine precipitation of nitrides and promotes the formation of coarse grains. The above adverse effect is particularly remarkable when the N content exceeds 0.0100%. For the above reasons, the N content needs to be 0.0100% or less. The N content is preferably limited to less than 0.0051%.

(O:0.0025%以下)
本発明の肌焼鋼のような高Ti鋼では、鋼中のOはTi系の酸化物系介在物を形成する。Ti系の酸化物系介在物が鋼中に多量に存在すると、TiCの析出サイトとなり、肌焼鋼の製造時に行う熱間圧延時にTiCが粗大析出し、浸炭時に結晶粒の粗大化を抑制できなくなる。そのため、O含有量はできるだけ低減することが望ましい。以上の理由から、O含有量を0.0025%以下に制限する必要がある。O含有量の好適範囲は0.0020%以下である。なお、軸受部品、転動部品などの浸炭部品においては、酸化物系介在物が転動疲労破壊の起点となるので、肌焼鋼のO含有量が低いほど浸炭部品の転動寿命が向上する。そのため、肌焼鋼が軸受部品、転動部品などの浸炭部品の素材として用いられる場合、O含有量を0.0012%以下に制限するのが望ましい。
(O: 0.0025% or less)
In high-Ti steel such as the case-hardening steel of the present invention, O in the steel forms Ti-based oxide inclusions. If a large amount of Ti-based oxide inclusions is present in the steel, it becomes a precipitation site for TiC, and TiC coarsely precipitates during hot rolling performed during the production of case-hardening steel, which can suppress the coarsening of crystal grains during carburization. Disappear. Therefore, it is desirable to reduce the O content as much as possible. For the above reasons, it is necessary to limit the O content to 0.0025% or less. The preferred range of the O content is 0.0020% or less. In carburized parts such as bearing parts and rolling parts, oxide inclusions are the starting point of rolling fatigue failure. Therefore, the lower the O content of case-hardening steel, the longer the rolling life of carburized parts. .. Therefore, when case-hardening steel is used as a material for carburized parts such as bearing parts and rolling parts, it is desirable to limit the O content to 0.0012% or less.

本発明の肌焼鋼の化学組成では、さらにMo、Ni、VおよびBからなる群から選択される1種または2種以上を含有してもよい。
(Mo:0.02〜1.50%)
Moは、鋼に強度、焼入れ性を与える効果があり、さらに軸受部品、転動部品においては、浸炭後の残留γ量を増大させるとともに、転動疲労過程での組織変化、材質劣化の抑制による高寿命化に有効な元素である。その効果を得るためにはMo含有量を0.02%以上とする必要がある。ただし、Mo含有量が1.50%を超えると、硬さの上昇を招き、切削性、冷間鍛造性が劣化する。以上の理由から、Mo含有量を1.50%以下の範囲内にする必要がある。Mo含有量の好適範囲は0.05〜0.50%である。
The chemical composition of the case-hardening steel of the present invention may further contain one or more selected from the group consisting of Mo, Ni, V and B.
(Mo: 0.02 to 1.50%)
Mo has the effect of imparting strength and hardenability to steel, and further increases the amount of residual γ after carburization in bearing parts and rolling parts, while suppressing structural changes and material deterioration in the rolling fatigue process. It is an element effective in extending the life. In order to obtain the effect, the Mo content needs to be 0.02% or more. However, if the Mo content exceeds 1.50%, the hardness is increased, and the machinability and cold forgeability deteriorate. For the above reasons, the Mo content needs to be within the range of 1.50% or less. The preferable range of the Mo content is 0.05 to 0.50%.

なお、Moを含有することによる軸受部品、転動部品の転動疲労過程での組織変化および材質劣化の抑制の効果は、Crを含有することによる上記効果と同様に、浸炭焼き入れした後の組織中の残留γ量が30〜40%の時に特に大きい。 It should be noted that the effect of suppressing the structural change and material deterioration in the rolling fatigue process of the bearing parts and rolling parts by containing Mo is similar to the above effect by containing Cr after carburizing and quenching. It is particularly large when the amount of residual γ in the tissue is 30 to 40%.

(Ni:0.10〜3.50%)
Niは、鋼に強度、焼入れ性を与える効果がある。その効果を得るためにはNi含有量を0.10%以上とする必要がある。ただし、Ni含有量が3.50%を超えると、硬さの上昇を招き、切削性、冷間鍛造性が劣化する。以上の理由から、Ni含有量を3.50%以下の範囲内にする必要がある。Ni含有量の好適範囲は0.20〜2.00%である。
(Ni: 0.10 to 3.50%)
Ni has the effect of imparting strength and hardenability to steel. In order to obtain the effect, the Ni content needs to be 0.10% or more. However, if the Ni content exceeds 3.50%, the hardness is increased, and the machinability and cold forgeability deteriorate. For the above reasons, the Ni content needs to be within the range of 3.50% or less. The suitable range of Ni content is 0.20 to 2.00%.

(V:0.02〜0.50%)
Vは、鋼に強度、焼入れ性を与える効果がある。その効果を得るためにはV含有量を0.02%以上とする必要がある。ただし、V含有量が0.50%を超えると、硬さの上昇を招き、切削性、冷間鍛造性が劣化する。以上の理由から、V含有量を0.50%以下の範囲内にする必要がある。V含有量の好適範囲は0.05〜0.20%である。
(V: 0.02-0.50%)
V has an effect of giving strength and hardenability to steel. In order to obtain the effect, the V content needs to be 0.02% or more. However, if the V content exceeds 0.50%, the hardness is increased, and the machinability and cold forgeability deteriorate. For the above reasons, the V content needs to be within the range of 0.50% or less. The preferable range of the V content is 0.05 to 0.20%.

(B:0.0002〜0.0050%)
Bは、鋼に強度、焼入れ性を与えるのに有効な元素である。また、Bは、棒鋼・線材圧延において、圧延後の冷却過程でボロン鉄炭化物を生成することにより、フェライトの成長速度を増加させ、圧延したままで軟質化を促進する効果がある。さらに、Bは、浸炭材の粒界強度を向上させて、浸炭部品としての疲労強度・衝撃強度を向上させる効果も有する。それらの効果を得るためには、B含有量を0.0002%以上とする必要がある。しかしながら、B含有量が0.0050%を超えると、上記の効果は飽和し、かえって衝撃強度劣化等の悪影響が懸念される。したがって、B含有量を0.0050%以下の範囲内にする必要がある。B含有量の好適範囲は0.0005〜0.0030%である。
(B: 0.0002 to 0.0050%)
B is an element effective in imparting strength and hardenability to steel. In addition, B has an effect of increasing the growth rate of ferrite by forming boron iron carbide in the cooling process after rolling in bar steel/wire rod rolling and promoting softening as it is rolled. Furthermore, B also has the effect of improving the grain boundary strength of the carburized material and improving the fatigue strength and impact strength of the carburized part. In order to obtain those effects, the B content needs to be 0.0002% or more. However, when the B content exceeds 0.0050%, the above effects are saturated, and there is a concern that adverse effects such as impact strength deterioration may occur. Therefore, the B content needs to be within the range of 0.0050% or less. The preferable range of the B content is 0.0005 to 0.0030%.

本発明の肌焼鋼の化学組成では、さらにNbを含有してもよい。
(Nb:0.04%未満)
Nbは、浸炭時に鋼中のC、Nと結びついてNb(C、N)を形成し、結晶粒の粗大化抑制に有効な元素である。Nbを含有することにより、Ti系析出物による粗大粒防止効果が一層有効になる。これは、Ti系析出物にNbが固溶し、Ti系析出物の粗大化を抑制するためである。Nbを含有することによる上記効果は、Nb含有量を増加させることに伴って増大するものの、0.03%未満、あるいは0.02%未満、さらには0.01%未満といった微量含有においても、Nbを含有しない場合に比較して、粗大粒防止特性は顕著に向上する。
The chemical composition of the case-hardening steel of the present invention may further contain Nb.
(Nb: less than 0.04%)
Nb is an element effective in suppressing coarsening of crystal grains by forming Nb (C, N) in association with C and N in steel during carburization. By containing Nb, the effect of preventing coarse particles due to Ti-based precipitates becomes more effective. This is because Nb is solid-dissolved in the Ti-based precipitate and the coarsening of the Ti-based precipitate is suppressed. The above-mentioned effect of containing Nb increases with an increase in Nb content, but even in a trace amount such as less than 0.03%, less than 0.02%, or even less than 0.01%, The coarse-grain preventing property is remarkably improved as compared with the case where Nb is not contained.

しかし、Nbを含有することは、切削性や冷間鍛造性の劣化、浸炭特性の劣化を引き起こす。特に、Nbの含有量が0.04%以上であると、素材の硬さが硬くなって切削性、冷間鍛造性が劣化するとともに、圧延素材を熱間圧延する際の加熱によりNbの炭窒化物を固溶させにくくなる。以上の理由から、Nb含有量を0.04%未満にする必要がある。切削性、冷間鍛造性等の加工性を重視する場合、Nb含有量の好適範囲は0.03%未満である。また、加工性に加えて、浸炭性を重視する場合、Nb含有量の好適範囲は0.02%未満である。さらに、特別に浸炭性を重視する場合、Nb含有量の好適範囲は0.01%未満である。 However, the inclusion of Nb causes deterioration of machinability, cold forgeability, and carburizing characteristics. In particular, when the content of Nb is 0.04% or more, the hardness of the raw material becomes hard and the machinability and cold forgeability deteriorate, and the Nb carbon is heated by the heating when the rolling material is hot-rolled. It becomes difficult for the nitride to form a solid solution. For the above reasons, the Nb content needs to be less than 0.04%. When the machinability such as machinability and cold forgeability is emphasized, the preferable range of the Nb content is less than 0.03%. Moreover, when carburizing property is emphasized in addition to workability, the preferable range of the Nb content is less than 0.02%. Furthermore, when carburizing property is particularly important, the preferable range of the Nb content is less than 0.01%.

また、粗大粒防止特性と加工性との両立を図るために、Nb含有量は、Ti含有量に応じて調整することが推奨される。具体的には、Nb含有量とTi含有量との合計含有量(Ti+Nb)の好適範囲は、0.07〜0.17%未満である。特に、肌焼鋼が高温浸炭されるものや、冷間鍛造されるものである場合、Nb含有量とTi含有量との合計含有量の望ましい範囲は、0.091%超〜0.17%未満である。 Further, in order to achieve both the coarse-grain preventing property and the workability, it is recommended that the Nb content be adjusted according to the Ti content. Specifically, the preferable range of the total content (Ti+Nb) of the Nb content and the Ti content is 0.07 to less than 0.17%. In particular, when the case-hardening steel is one that is carburized at high temperature or one that is cold forged, the desirable range of the total content of the Nb content and the Ti content is more than 0.091% to 0.17%. Is less than.

(ベイナイトの組織分率:30面積%以下)
本発明の肌焼鋼は、ベイナイトの組織分率が30面積%以下であることが好ましい。肌焼鋼にベイナイト組織が混入していると、浸炭時に粗大粒が発生する原因となる。また、肌焼鋼中のベイナイト組織は、冷間加工性改善の視点からも少ないことが望ましい。肌焼鋼中のベイナイト組織による悪影響は、ベイナイトの組織分率が30面積%を超えると特に顕著になる。以上の理由から、ベイナイトの組織分率を30面積%以下に制限することが好ましい。肌焼鋼が高温浸炭されるものである場合など、浸炭時の粗大粒防止に対して浸炭条件が厳しい場合、ベイナイトの組織分率の好適範囲は20面積%以下である。また、肌焼鋼が冷間鍛造されるものである場合など、浸炭時の粗大粒防止に対してさらに浸炭条件が厳しい場合、ベイナイトの組織分率の好適範囲は10面積%以下である。
(Bainite structure fraction: 30 area% or less)
The case hardening steel of the present invention preferably has a bainite structure fraction of 30 area% or less. When the bainite structure is mixed in the case-hardening steel, it causes coarse grains during carburization. Further, it is desirable that the bainite structure in case-hardening steel is small from the viewpoint of improving cold workability. The adverse effect of the bainite structure in case-hardening steel becomes particularly remarkable when the structure fraction of bainite exceeds 30 area %. For the above reasons, it is preferable to limit the structural fraction of bainite to 30 area% or less. When the case hardening steel is one which is carburized at a high temperature and the carburizing conditions are strict with respect to the prevention of coarse grains during carburizing, the preferable range of the structural fraction of bainite is 20 area% or less. When the case hardening steel is cold forged, and when the carburizing conditions are more strict with respect to the prevention of coarse grains during carburizing, the preferable range of the structural fraction of bainite is 10 area% or less.

(フェライト結晶粒度:8〜11番)
本発明の肌焼鋼は、フェライト結晶粒度番号がJIS G0552で規定されている8〜11番であることが好ましい。肌焼鋼のフェライト粒が過度に微細であると、浸炭時にオーステナイト粒が過度に微細化する。オーステナイト粒が過度に微細になると、粗大粒が生成しやすくなる。特に、フェライト結晶粒度がJIS G0552で規定されている11番を超えると、その傾向が顕著になる。また、オーステナイト結晶粒度がJIS G0551で規定されている11番を超えて過度に微細になると、特開平2003−34843号公報の鋼材と同様に、焼入れ性の劣化による強度不足等の弊害を生じる。一方、フェライト結晶粒度番号がJIS G0552で規定されている8番未満であると、フェライト結晶粒度が粗粒であるため、延性が劣化し、冷間鍛造性が劣化する。以上の理由から、フェライト結晶粒度番号をJIS G0552で規定されている8〜11番の範囲内にすることが好ましい。
(Ferrite grain size: No. 8-11)
The case hardened steel of the present invention preferably has a ferrite grain size number of 8 to 11 defined by JIS G0552. If the ferrite grains of the case-hardening steel are excessively fine, the austenite grains become excessively fine during carburization. If the austenite grains become too fine, coarse grains are likely to be generated. In particular, when the ferrite grain size exceeds No. 11 specified in JIS G0552, the tendency becomes remarkable. Further, if the austenite grain size becomes excessively finer than No. 11 specified in JIS G 0551, as in the case of the steel material disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-34843, there is a problem such as insufficient strength due to deterioration of hardenability. On the other hand, if the ferrite crystal grain size number is less than No. 8 specified in JIS G0552, the ferrite grain size is coarse, so the ductility deteriorates and the cold forgeability deteriorates. For the above reasons, it is preferable to set the ferrite grain size number within the range of 8 to 11 defined in JIS G0552.

(Ti系析出物の最大直径:40μm以下)
本発明の肌焼鋼は、マトリクス中の長手方向断面において、検査基準面積:100平方mm、検査数:16視野、予測を行なう面積:30000平方mmの条件で測定された極値統計によるTi系析出物の最大直径が40μm以下であることが好ましい。
本発明で対象とする浸炭部品の要求特性の一つとして、転動疲労特性や面疲労強度のような接触疲労強度の向上が挙げられる。肌焼鋼中に粗大なTi系析出物が存在すると、これを浸炭焼入れして製造した浸炭部品における接触疲労破壊の起点となり、疲労特性が劣化する。
(Maximum diameter of Ti-based precipitate: 40 μm or less)
The case-hardening steel of the present invention is a Ti system based on extreme value statistics measured under conditions of an inspection reference area: 100 square mm, the number of inspections: 16 fields of view, and an area for prediction: 30,000 square mm in a longitudinal section in a matrix. The maximum diameter of the precipitate is preferably 40 μm or less.
As one of the required characteristics of the carburized component targeted by the present invention, improvement of contact fatigue strength such as rolling fatigue characteristics and surface fatigue strength can be mentioned. The presence of coarse Ti-based precipitates in case-hardened steel causes contact fatigue fracture in carburized parts produced by carburizing and quenching the Ti-based precipitates, resulting in deterioration of fatigue properties.

極値統計により、検査基準面積:100平方mm、検査数16視野、予測を行なう面積:30000平方mmの条件で測定した時のTi系析出物の最大直径が40μmを超えると、特に、接触疲労特性に及ぼすTi系析出物の悪影響が顕著になる。以上の理由から、上記条件で測定された極値統計によるTi系析出物の最大直径を40μm以下とすることが好ましく、30μm以下とすることがより好ましい。 According to the extreme value statistics, when the maximum diameter of the Ti-based precipitates exceeds 40 μm when measured under the conditions of the inspection reference area: 100 square mm, the number of inspections 16 fields of view, and the area for prediction: 30,000 square mm, contact fatigue The adverse effect of Ti-based precipitates on the characteristics becomes remarkable. For the above reasons, the maximum diameter of the Ti-based precipitate measured by the extreme value statistics measured under the above conditions is preferably 40 μm or less, and more preferably 30 μm or less.

極値統計による析出物の最大直径の測定・予測方法は、1993年3月8日養賢堂発行の「金属疲労 微小欠陥と介在物の影響」233頁〜239頁に記載の方法による。なお、本発明で用いているのは、二次元的検査により一定面積内(予測を行なう面積:30000平方mm)で観察される最大析出物を推定するという二次元的検査方法である。詳細な測定手順は、実施例欄で述べる。 The method for measuring and predicting the maximum diameter of precipitates by extreme value statistics is the method described in "Effects of Metal Fatigue Minute Defects and Inclusions", pages 233 to 239, published by Yokendo on March 8, 1993. In addition, what is used in the present invention is a two-dimensional inspection method in which the maximum precipitate observed within a certain area (area for prediction: 30,000 mm 2) is estimated by a two-dimensional inspection. The detailed measurement procedure will be described in the Example section.

次に、本発明の肌焼鋼の製造方法について詳細に説明する。
まず、転炉、電気炉等の通常の方法によって鋼を溶製し、成分調整を行い、鋳造することにより上記の化学組成の鋳片とし、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圧延素材とする。本実施形態では、鋳片のサイズ、凝固時の冷却速度、分塊圧延条件については、特に限定するものではなく、本発明の要件を満足すればいずれの条件でも良い。
次に、上記の化学組成を有する圧延素材を、以下に示す方法により、線材または棒鋼に熱間圧延し、熱間圧延して冷却した後に得られた鋼材である本実施形態の肌焼鋼を得る。
Next, the method for manufacturing case-hardening steel of the present invention will be described in detail.
First, a converter, an electric furnace, and the like are used to melt steel, adjust the composition, and form a slab of the above chemical composition by casting, and if necessary, through a slab rolling process, wire or A rolling material to be hot-rolled into steel bars. In the present embodiment, the size of the slab, the cooling rate at the time of solidification, and the slab rolling condition are not particularly limited, and any condition may be satisfied as long as the requirements of the present invention are satisfied.
Next, the rolling material having the above chemical composition, by the method shown below, hot rolled into a wire rod or steel bar, the case hardening steel of the present embodiment is a steel material obtained after hot rolling and cooling. obtain.

(加熱温度、保持時間)
本実施形態では、上記の化学組成を有する圧延素材を、1150℃以上の温度で保持時間10分以上加熱して線材または棒鋼に熱間圧延する。熱間圧延における加熱温度が1150℃以上で保持時間が10分以上であると、Ti系析出物をマトリクスに十分に固溶させることができ、浸炭時の粗大粒防止特性に優れる。
(Heating temperature, holding time)
In the present embodiment, a rolling material having the above chemical composition is heated at a temperature of 1150° C. or more for a holding time of 10 minutes or more and hot-rolled into a wire rod or a steel bar. When the heating temperature in hot rolling is 1150° C. or higher and the holding time is 10 minutes or longer, Ti-based precipitates can be sufficiently dissolved in the matrix, and the property of preventing coarse grains during carburization is excellent.

これに対し、熱間圧延における加熱温度が1150℃未満であること、および保持時間が10分未満であることの少なくともいずれか一方であると、Ti系析出物、AlN(Nbを含有する場合には、Ti系析出物、Nbの析出物、AlN)をマトリクス中に十分に固溶させることができない。その結果、熱間圧延して冷却した後の鋼材に、Ti系析出物(Nbを含有する場合には、Ti系析出物およびNbの析出物)を微細析出させることができず、熱間圧延して冷却した後の鋼材は、粗大なTi系析出物およびAlN(Nbを含有する場合には、粗大なTi系析出物、Nbの析出物、AlN)が存在するものとなる。したがって、熱間圧延して冷却した後の鋼材は、浸炭時における粗大粒の発生を抑制できない。そのため、熱間圧延するに際して、1150℃以上の温度で保持時間10分以上加熱することが必要である。熱間圧延における加熱条件の好適範囲は1180℃以上の温度で保持時間10分以上である。 On the other hand, when the heating temperature in hot rolling is less than 1150° C. and/or the holding time is less than 10 minutes, when Ti-based precipitates and AlN (Nb are contained, Cannot sufficiently dissolve Ti-based precipitates, Nb precipitates, and AlN) in the matrix. As a result, Ti-based precipitates (Ti-containing precipitates and Nb-containing precipitates when Nb is contained) cannot be finely precipitated in the steel material after hot rolling and cooling, and thus hot rolling After cooling by cooling, the steel material contains coarse Ti-based precipitates and AlN (in the case of containing Nb, coarse Ti-based precipitates, Nb precipitates, and AlN). Therefore, the steel material after hot rolling and cooling cannot suppress the generation of coarse particles during carburization. Therefore, when hot rolling, it is necessary to heat at a temperature of 1150° C. or more for a holding time of 10 minutes or more. A preferred range of heating conditions in hot rolling is a temperature of 1180° C. or higher and a holding time of 10 minutes or longer.

(仕上げ温度)
本実施形態では、熱間圧延の仕上げ温度を840℃〜1000℃とすることが好ましい。熱間圧延の仕上げ温度を上記範囲とすることにより、フェライト結晶粒度番号がJIS G0552で規定されている8〜11番である鋼が得られる。仕上げ温度が840℃未満であると、フェライト結晶粒度が過度に微細になりすぎて、浸炭時に粗大粒が発生しやすくなる。一方、仕上げ温度が1000℃を超えると、フェライト結晶粒度が粗粒となり、熱間圧延して冷却した後の鋼材の硬さが硬くなって、冷間鍛造性が劣化する。以上の理由から、熱間圧延の仕上げ温度を840℃〜1000℃とすることが好ましく、920℃〜1000℃の範囲がより好ましい。熱間圧延の仕上げ温度は、肌焼鋼が冷間鍛造されるものであって、冷間鍛造後、浸炭焼入れの前に、焼鈍を行わない場合には、840℃〜920℃の範囲であることがより好ましい。
(Finishing temperature)
In the present embodiment, the finishing temperature for hot rolling is preferably 840°C to 1000°C. By setting the finishing temperature of hot rolling within the above range, steel having a ferrite grain size number of 8 to 11 specified in JIS G0552 can be obtained. If the finishing temperature is lower than 840°C, the ferrite grain size becomes excessively fine, and coarse grains are likely to occur during carburization. On the other hand, when the finishing temperature exceeds 1000° C., the grain size of ferrite becomes coarse, the hardness of the steel material after hot rolling and cooling becomes hard, and the cold forgeability deteriorates. For the above reasons, the finishing temperature for hot rolling is preferably 840°C to 1000°C, more preferably 920°C to 1000°C. The finishing temperature of the hot rolling is such that the case-hardening steel is cold forged, and after the cold forging and before the carburizing and quenching, when annealing is not performed, it is in the range of 840°C to 920°C. Is more preferable.

(冷却速度)
本実施形態では、熱間圧延後に800℃〜500℃の温度範囲を1℃/秒以下の冷却速度で徐冷することが好ましい。熱間圧延後に上記の冷却条件で冷却することにより、Ti系析出物の析出温度域の通過時間を十分に確保でき、微細なTi系析出物の分散が促進されるとともに、ベイナイトの組織分率を抑制できる。その結果、ベイナイトの組織分率が30面積%以下であり、より一層、浸炭時の粗大粒防止特性に優れる鋼が得られる。上記温度範囲での冷却速度が1℃/秒を超えると、ベイナイトの組織分率が大きくなる。また、上記温度範囲での冷却速度が大きいと、熱間圧延して冷却した後の鋼材の硬さが上昇し、冷間鍛造性が劣化する。このため、上記温度範囲での冷却速度はできるだけ小さくするのが望ましい。上記温度範囲での冷却速度の好適範囲は0.7℃/秒以下である。
(Cooling rate)
In the present embodiment, it is preferable to gradually cool the temperature range of 800° C. to 500° C. after the hot rolling at a cooling rate of 1° C./second or less. By cooling under the above cooling conditions after hot rolling, it is possible to secure a sufficient passage time in the precipitation temperature range of Ti-based precipitates, promote the dispersion of fine Ti-based precipitates, and increase the structural fraction of bainite. Can be suppressed. As a result, the structural fraction of bainite is 30 area% or less, and a steel having further excellent coarse grain preventing characteristics during carburization can be obtained. When the cooling rate in the above temperature range exceeds 1° C./sec, the bainite structure fraction increases. Further, if the cooling rate in the above temperature range is high, the hardness of the steel material after hot rolling and cooling increases, and the cold forgeability deteriorates. For this reason, it is desirable that the cooling rate within the above temperature range be as low as possible. A suitable range of the cooling rate in the above temperature range is 0.7° C./second or less.

なお、冷却速度を小さくする方法としては、例えば、熱間圧延ラインの後方に保温カバーまたは熱源付き保温カバーを設置し、保温カバーにより熱間圧延後の鋼材の徐冷を行う方法が挙げられる。 As a method of reducing the cooling rate, for example, a method of installing a heat retaining cover or a heat retaining cover with a heat source behind the hot rolling line and gradually cooling the steel material after hot rolling with the heat retaining cover can be mentioned.

本実施形態では、熱間圧延して冷却した後に得られた鋼材((線材または棒鋼):肌焼鋼)に、必要に応じて球状化焼鈍を行ってもよい。 In the present embodiment, the steel material ((wire rod or bar steel): case-hardened steel) obtained after hot rolling and cooling may be subjected to spheroidizing annealing as necessary.

本実施形態の肌焼鋼を用いて浸炭部品を製造する場合、熱間鍛造してから浸炭焼入れを行ってもよいし、冷間鍛造してから浸炭焼入れを行ってもよい。 When a case-hardened steel of the present embodiment is used to manufacture a carburized component, it may be hot forged and then carburized and quenched, or cold forged and then carburized and quenched.

肌焼鋼に熱間鍛造してから浸炭焼入れを行って浸炭部品を製造する場合、例えば「肌焼鋼(線材または棒鋼)−熱間鍛造−必要により焼準(焼きならし)等の熱処理−切削−浸炭焼入れ−必要により研磨」の工程を経て製造する方法が挙げられる。
具体的には、例えば、熱間鍛造は、1150℃以上の加熱温度で行うことができる。
また、浸炭焼き入れの際の条件は特に限定されない。例えば、浸炭温度を950℃〜1090℃の温度域とする高温浸炭を行うことができる。また、浸炭部品における転動疲労寿命を向上させるために、浸炭時の炭素ポテンシャルを0.9〜1.3%の範囲で高めに設定してもよい。また、浸炭後の拡散処理の過程で浸窒を行う浸炭浸窒処理を行ってもよい。浸炭浸窒処理は、浸炭部品における転動疲労寿命を向上させるために、表面の窒素濃度が0.2〜0.6%の範囲になる条件が適切である。
When a case-hardened steel is hot forged and then carburized and quenched to produce a carburized part, for example, "case hardening steel (wire rod or bar steel)-hot forging-heat treatment such as normalizing (normalizing) as necessary- A method of manufacturing through the steps of "cutting-carburizing and quenching-polishing if necessary" can be mentioned.
Specifically, for example, hot forging can be performed at a heating temperature of 1150° C. or higher.
The conditions for carburizing and quenching are not particularly limited. For example, high temperature carburization can be performed with the carburizing temperature in the temperature range of 950°C to 1090°C. Further, in order to improve the rolling fatigue life of the carburized component, the carbon potential during carburizing may be set higher in the range of 0.9 to 1.3%. Further, carburizing and nitrifying treatment may be performed in which nitrification is performed in the diffusion process after carburizing. In the carburizing and nitriding treatment, in order to improve the rolling fatigue life of the carburized component, the condition that the surface nitrogen concentration is in the range of 0.2 to 0.6% is appropriate.

本実施形態の肌焼鋼は、浸炭時の粗大粒防止特性に優れるので、浸炭焼き入れによる熱処理歪みを抑制できるとともに、浸炭焼き入れ後に優れた疲労特性を有する浸炭部品が得られる。このため、例えば、本実施形態の肌焼鋼を鍛造した後に高温浸炭を行うことにより、浸炭時間を短縮することができる。また、従来、熱処理歪みによる寸法精度の劣化のために、熱間鍛造から冷間鍛造へ切り換えられなかった浸炭部品においても、冷間鍛造への切り替えが可能となる。また、従来、冷間鍛造後に行っていた、熱処理歪みを抑制するための焼鈍を省略できる。
以上のように、本発明による産業上の効果は極めて顕著である。
Since the case-hardened steel of the present embodiment is excellent in the coarse grain preventing property during carburization, it is possible to suppress the heat treatment distortion due to carburizing and quenching, and to obtain a carburized component having excellent fatigue properties after carburizing and quenching. Therefore, for example, the carburizing time can be shortened by performing high-temperature carburizing after forging the case-hardening steel of the present embodiment. Further, it is possible to switch to cold forging even for a carburized part that could not be conventionally switched from hot forging to cold forging due to deterioration of dimensional accuracy due to heat treatment distortion. Further, it is possible to omit the annealing conventionally performed after cold forging for suppressing heat treatment distortion.
As described above, the industrial effect of the present invention is extremely remarkable.

以下に、本発明を実施例により、具体的に説明する。
表1に示す組成を有する転炉溶製鋼を連続鋳造して鋳片とし、必要に応じて分塊圧延工程を経て、162mm角の圧延素材とした。
続いて、表2に示す加熱温度で保持時間を10分以上として加熱し、表2に示す熱間圧延の仕上げ温度で熱間圧延し、熱間圧延後に800℃〜500℃の温度範囲を表2に示す冷却速度で冷却し、直径24〜30mmの棒鋼を製造した。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.
A converter molten steel having the composition shown in Table 1 was continuously cast into a slab, and a slab rolling process was performed as necessary to obtain a 162 mm square rolled material.
Subsequently, heating is performed at a heating temperature shown in Table 2 for a holding time of 10 minutes or more, hot rolling is performed at a finishing temperature of hot rolling shown in Table 2, and a temperature range of 800°C to 500°C is shown after hot rolling. It cooled at the cooling rate shown in 2 and manufactured the steel bar with a diameter of 24-30 mm.

Figure 0006705344
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Figure 0006705344
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熱間圧延して冷却した後の各棒鋼(肌焼鋼)について、ミクロ組織の観察を行い、以下に示す方法により、ベイナイトの組織分率を測定した。
各棒鋼(肌焼鋼)について、JIS G0552の規定にしたがって、フェライト結晶粒度の測定を行ない、粒度番号を調べた。
また、各棒鋼(肌焼鋼)について、以下に示す方法により、極値統計によるTi系析出物の最大直径を調べた。
さらに、各棒鋼(肌焼鋼)について、冷間加工性の指標として、以下に示す方法により、ビッカース硬さを測定した。
それらの結果を表2に示す。
The microstructure of each steel bar (case hardening steel) after hot rolling and cooling was observed, and the bainite structure fraction was measured by the following method.
With respect to each steel bar (case hardening steel), the ferrite crystal grain size was measured according to JIS G0552, and the grain size number was examined.
In addition, the maximum diameter of Ti-based precipitates was examined by extreme value statistics for each steel bar (case hardening steel) by the method described below.
Further, the Vickers hardness of each steel bar (case hardening steel) was measured by the following method as an index of cold workability.
The results are shown in Table 2.

「ベイナイトの組織分率」
各棒鋼(肌焼鋼)を、軸方向に対して垂直な方向で切断(横断)してサンプルを採取した。得られたサンプルを樹脂に埋め込んだ後、上記切断された面(観察面)を研磨した。研磨後の観察面に対してナイタール腐食を実施してミクロ組織を観察し、ミクロ組織中のベイナイト組織を特定した。さらに、観察面において、ベイナイト組織の面積率を求め、ベイナイトの組織分率(面積%)とした。
"Bainite structure fraction"
A sample was obtained by cutting (crossing) each steel bar (case hardening steel) in a direction perpendicular to the axial direction. After embedding the obtained sample in resin, the cut surface (observation surface) was polished. Nital corrosion was performed on the observation surface after polishing to observe the microstructure, and the bainite structure in the microstructure was specified. Further, on the observation surface, the area ratio of the bainite structure was obtained and used as the structure fraction (area%) of the bainite.

「Ti系析出物の最大直径」
極値統計法によるTi系析出物の最大直径の予測は、次の方法で行なった。析出物がTi系であるか否かは、光学顕微鏡におけるコントラストの違いから判別した。コントラストの違いによる判別法の妥当性は、あらかじめエネルギー分散型X線分光分析装置付き走査型電子顕微鏡にて確認した。
各棒鋼(肌焼鋼)から試験片を採取し、棒鋼の長手方向断面において検査基準面積100平方mmの領域(10mm×10mmの領域)をあらかじめ16視野分準備した。そして各検査基準面積100平方mmにおけるTi系析出物の最大析出物を検出し、これを光学顕微鏡にて1000倍で写真撮影した。各検査基準面積100平方mmの16視野について、16回繰り返し行なった(つまり検査回数16視野)。得られた写真から各検査基準面積における最大析出物の直径を計測した。析出物が楕円形である場合は、長径と短径の相乗平均を求め、その析出物の直径とした。得られた最大析出物の直径の16個のデータを、養賢堂発行「金属疲労 微小欠陥と介在物の影響」233頁〜239頁に記載の方法により、極値確率用紙にプロットし、最大析出物分布直線(最大析出物直径と極値統計基準化変数の一次関数)を求め、最大析出物分布直線を外挿することにより、予測を行なう面積:30000平方mmにおける最大析出物の直径を予測した。
"Maximum diameter of Ti precipitates"
The maximum diameter of the Ti-based precipitate was predicted by the extreme value statistical method by the following method. Whether or not the deposits were Ti-based was determined from the difference in contrast under an optical microscope. The validity of the discrimination method based on the difference in contrast was confirmed in advance with a scanning electron microscope equipped with an energy dispersive X-ray spectroscopic analyzer.
A test piece was sampled from each steel bar (case hardening steel), and an area having an inspection reference area of 100 square mm (area of 10 mm×10 mm) was prepared in advance for 16 fields of view in the longitudinal section of the steel bar. Then, the maximum precipitate of Ti-based precipitates in each inspection reference area of 100 square mm was detected, and this was photographed with an optical microscope at a magnification of 1000 times. The test was repeated 16 times with respect to 16 fields of view having an inspection reference area of 100 square mm (that is, 16 fields of inspection). The diameter of the maximum precipitate in each inspection reference area was measured from the obtained photograph. When the precipitate has an elliptical shape, the geometric mean of the major axis and the minor axis was calculated and used as the diameter of the precipitate. The 16 data of the diameters of the obtained maximum precipitates were plotted on the extreme value probability sheet by the method described in "Kenfudo, "Fatigue of Minor Defects and Effects of Inclusions", pages 233 to 239. The precipitation distribution line (maximum precipitation diameter and linear function of the extreme value standardized variable) is obtained, and the maximum precipitation distribution line is extrapolated to obtain the maximum precipitation diameter at an area of 30,000 square mm for prediction. I predicted.

「ビッカース硬さ(HV)」
圧延後の各棒鋼(肌焼鋼)を、軸方向に対して垂直な方向で切断(横断)してサンプルを採取した。得られたサンプルを樹脂に埋め込んだ後、上記切断された面(観察面)を研磨した。研磨後の観察面に対して表面から直径の1/4の深さの部位について、JIS Z 2244(2009)における「ビッカース硬さ試験−試験方法」に準拠して、荷重10kgでビッカース硬度を合計5回測定し、その平均値をビッカース硬さとした。
"Vickers hardness (HV)"
Each rolled steel bar (case hardening steel) was cut (crossed) in a direction perpendicular to the axial direction to obtain a sample. After embedding the obtained sample in resin, the cut surface (observation surface) was polished. According to "Vickers hardness test-test method" in JIS Z 2244 (2009), the total Vickers hardness of a portion having a depth of 1/4 of the diameter from the surface with respect to the observation surface after polishing is applied in accordance with "Vickers hardness test-test method". It measured 5 times and made the average value into Vickers hardness.

各棒鋼(肌焼鋼)について、球状化焼鈍を行った後、据え込み試験片を作製し、圧下率50%の据え込みを行った後、以下に示す条件で浸炭シミュレーションを行った。
浸炭シミュレーションは、加熱温度を1000℃、1050℃、1100℃の3種類とし、いずれの加熱温度の場合も5時間加熱した後、水冷した。浸炭シミュレーションの後の各試験片の切断面を研磨してから腐食し、旧オーステナイト粒径を観察して粗粒発生温度(結晶粒粗大化温度)を求めた。旧オーステナイト粒度の測定は、JIS G 0551に準じて行い、400倍で10視野程度観察し、粒度番号5番以下の粗粒が1つでも存在すれば粗粒発生と判定した。
そして、粗大粒発生温度が、1100℃超のものは結晶粒粗大化特性が良好であると判定し、1100℃以下のものは結晶粒粗大化特性に劣ると判定した。表2に粗粒発生温度を示す。
For each steel bar (case-hardened steel), spheroidizing annealing was performed, then an upsetting test piece was produced, and upsetting with a rolling reduction of 50% was performed, and then a carburization simulation was performed under the following conditions.
In the carburization simulation, the heating temperature was set to three kinds of 1000° C., 1050° C. and 1100° C., and at any heating temperature, after heating for 5 hours, water cooling was performed. After the carburization simulation, the cut surface of each test piece was polished and then corroded, and the former austenite grain size was observed to determine the coarse grain generation temperature (grain coarsening temperature). The former austenite grain size was measured according to JIS G 0551, observed at 400 times for about 10 fields of view, and it was judged that coarse grains having a grain size number 5 or less were generated.
It was determined that the crystal grain coarsening property was good when the coarse grain generation temperature exceeded 1100°C, and was poor when the coarse grain generation temperature was 1100°C or lower. Table 2 shows the coarse particle generation temperature.

次に、各棒鋼(肌焼鋼)に圧下率50%で冷間鍛造を行なって、直径12.2mmの円柱状の転動疲労試験片と平行部の直径が9mmの小野式回転曲げ試験片(R1.14の切欠付き)を作製し、1050℃で5時間、炭素ポテンシャル0.8%の条件で浸炭を行なった。焼入れ油の温度は130℃、焼戻しは180℃で2時間行った。 Next, each steel bar (case hardening steel) was subjected to cold forging at a rolling reduction of 50% to form a cylindrical rolling fatigue test piece having a diameter of 12.2 mm and an Ono-type rotary bending test piece having a diameter of 9 mm in the parallel portion. (R1.14 with notch) was prepared and carburized at 1050° C. for 5 hours under the condition of carbon potential of 0.8%. The temperature of the quenching oil was 130° C. and the tempering was 180° C. for 2 hours.

得られた各浸炭焼入れ材について、以下に示す方法により、浸炭層のγ(オーステナイト)粒度を調査した。
浸炭焼入れ焼戻し後の小野式回転曲げの平行部を、軸方向に対して垂直な方向で切断(横断)してサンプルを採取した。得られたサンプルを樹脂に埋め込んだ後、上記切断された面(観察面)を研磨した。研磨後の観察面に対してオーステナイト粒を現出する腐食を行い、JIS G0551の規定にしたがって、表面から200μm深さの位置を中心とした視野で、オーステナイト粒度を測定した。
For each of the obtained carburized and quenched materials, the γ (austenite) grain size of the carburized layer was investigated by the method described below.
The parallel part of the Ono-type rotary bending after carburizing, quenching and tempering was cut (crossed) in a direction perpendicular to the axial direction to obtain a sample. After embedding the obtained sample in resin, the cut surface (observation surface) was polished. Corrosion to expose austenite grains was performed on the observation surface after polishing, and the austenite grain size was measured in a visual field centered on a position 200 μm deep from the surface according to JIS G0551.

各浸炭焼入れ材について、点接触型転動疲労試験機(ヘルツ最大接触応力5884MPa)を用いて転動疲労特性を評価した。転動疲労特性の疲労寿命の尺度として「試験結果をワイブル確率紙にプロットして得られる累積破損確率10%における疲労破壊までの応力繰り返し数」として定義されるL10寿命を用いた。転動疲労寿命は、比較鋼であるNo.18のL10寿命を1とした時の各材料のL10寿命の相対値を示した。 The rolling contact fatigue characteristics of each carburized and quenched material were evaluated using a point contact type rolling contact fatigue tester (Hertz maximum contact stress 5884 MPa). As a measure of the fatigue life of rolling contact fatigue property, L10 life defined as “the stress repetition number until fatigue failure at a cumulative failure probability of 10% obtained by plotting test results on Weibull probability paper” was used. The rolling fatigue life of the comparative steel No. The relative value of the L10 life of each material when the L10 life of 18 was set to 1 is shown.

各浸炭焼入れ材について、小野式回転曲げ疲労試験装置を用いて曲げ疲労強度を評価した。回転曲げ疲労強度については550MPaの応力で10000000回耐久したものを「○」と評価し、破断したものを「×」と評価した。
これらの結果をまとめて表2に示す。
The bending fatigue strength of each carburized and hardened material was evaluated using an Ono-type rotary bending fatigue tester. Regarding the rotational bending fatigue strength, those that were durable 10,000,000 times at a stress of 550 MPa were evaluated as “◯”, and those that were fractured were evaluated as “x”.
The results are summarized in Table 2.

表2に示すように、本発明鋼の結晶粒粗大化温度は1100℃超であり、1050℃浸炭材のγ粒度も整細粒であり、転動疲労寿命および回転曲げ疲労試験の結果も良好であった。 As shown in Table 2, the grain coarsening temperature of the steel of the present invention is over 1100°C, the γ grain size of the 1050°C carburized material is also fine grain, and the rolling fatigue life and the result of the rotating bending fatigue test are also good. Met.

一方、比較鋼であるNo.14は、Bi、Sb、SnおよびPbを含まないため、結晶粒粗大化温度が本発明鋼と比べて低かった。
また、比較鋼であるNo.15は、Bi、SbおよびSnの合計含有量が、本発明で規定する上限を超えているため、熱間圧延時に生じたと推定される初期き裂が存在しており、転動疲労寿命および回転曲げ疲労試験の結果が本発明鋼と比べて劣っていた。
On the other hand, the comparative steel No. Since No. 14 did not contain Bi, Sb, Sn and Pb, the crystal grain coarsening temperature was lower than that of the steel of the present invention.
In addition, No. In No. 15, since the total content of Bi, Sb, and Sn exceeds the upper limit specified in the present invention, there are initial cracks that are presumed to have occurred during hot rolling, and rolling fatigue life and rotation The result of the bending fatigue test was inferior to that of the steel of the present invention.

比較鋼であるNo.16は、S含有量が多く、式(1)を満たさないため、MnSを起点とした疲労破壊が発生し、転動疲労寿命および回転曲げ疲労試験の結果が本発明鋼と比べて劣っていた。また、No.16では、Ti系硫化物の多量生成に伴う粗大化防止に有効なTi系炭窒化物の析出物が十分に得られず、結晶粒粗大化温度が本発明鋼と比べて低かった。 Comparative steel No. No. 16 had a large S content and did not satisfy the formula (1), so that fatigue fracture starting from MnS occurred, and the results of rolling fatigue life and rotary bending fatigue test were inferior to those of the steel of the present invention. .. In addition, No. In No. 16, Ti-based carbonitride precipitates, which are effective in preventing coarsening due to the formation of a large amount of Ti-based sulfides, were not sufficiently obtained, and the crystal grain coarsening temperature was lower than that of the steels of the present invention.

比較鋼であるNo.17、18は、式(1)を満たさないため、MnSを起点とした疲労破壊が発生し、転動疲労寿命および回転曲げ疲労試験の結果が本発明鋼と比べて劣っていた。 Comparative steel No. Since Nos. 17 and 18 did not satisfy the formula (1), fatigue fracture occurred with MnS as the starting point, and the rolling fatigue life and the results of the rotating bending fatigue test were inferior to those of the steels of the present invention.

比較鋼であるNo.19は、N含有量が多いため、粗大なTiNが生成したことにより転動疲労寿命が本発明鋼と比べて劣っていた。さらに、No.19は、粗大なTiNの生成により、粗大粒防止に有効な微細なTi系炭窒化物の析出物が減少したため、粗大粒発生温度が本発明鋼と比べて劣っていた。
比較鋼であるNo.20〜29は、Bi、Sb、SnおよびPbの合計含有量が、本発明で規定する上限を超えているため、熱間圧延時に生じたと推定される初期き裂が存在しており、転動疲労寿命および回転曲げ疲労試験の結果が本発明鋼と比べて劣っていた。
Comparative steel No. Since No. 19 had a large N content, the rolling fatigue life was inferior to the steel of the present invention due to the formation of coarse TiN. Furthermore, No. In No. 19, since coarse TiN was generated, the precipitates of fine Ti-based carbonitrides effective for preventing coarse grains were reduced, so that the coarse grain generation temperature was inferior to the steel of the present invention.
Comparative steel No. In Nos. 20 to 29, the total content of Bi, Sb, Sn, and Pb exceeded the upper limit specified in the present invention, so that an initial crack presumed to have occurred during hot rolling was present and rolling occurred. The fatigue life and the results of the rotary bending fatigue test were inferior to those of the steel of the present invention.

Claims (5)

化学組成が質量%で、
C:0.10〜0.30%、
Si:0.02〜1.50%、
Mn:0.30〜1.80%、
S:0.003〜0.020%、
Cr:0.40〜2.00%、
Al:0.005〜0.050%、
Ti:0.06〜0.20%、
Bi:0.0001〜0.0050%
を含有し、さらに、
Sb:0.0001〜0.0050%
Sn:0.0001〜0.0050%および
Pb:0.0001〜0.0050%
からなる群から選択される1種または2種以上を含有し、Bi、Sb、SnおよびPbの合計含有量を0.0050%以下とし、さらに
P:0.050%以下、
N:0.0100%以下、
O:0.0025%以下
に制限し、
残部が鉄および不純物であり、
下記式(1)を満たし、
ベイナイトの組織分率が30面積%以下であり、
フェライト結晶粒度番号がJIS G0552で規定されている8〜11番であることを特徴とする浸炭時の粗大粒防止特性と疲労特性に優れた肌焼鋼。
Ti/S≧6.0 式(1)
(式(1)中のTiは、Tiの含有量(質量%)であり、Sは、Sの含有量(質量%)である。
The chemical composition is% by mass,
C: 0.10 to 0.30%,
Si: 0.02 to 1.50%,
Mn: 0.30 to 1.80%,
S: 0.003 to 0.020%,
Cr: 0.40 to 2.00%,
Al: 0.005-0.050%,
Ti: 0.06 to 0.20%,
Bi: 0.0001 to 0.0050%
And further,
Sb: 0.0001 to 0.0050%
Sn: 0.0001 to 0.0050% and Pb: 0.0001 to 0.0050%
Containing one or more selected from the group consisting of, the total content of Bi, Sb, Sn and Pb is 0.0050% or less, further P: 0.050% or less,
N: 0.0100% or less,
O: limited to 0.0025% or less,
The balance is iron and impurities,
The following formula (1) is less than,
The bainite has a structure fraction of 30 area% or less,
A case-hardening steel having excellent coarse grain prevention properties and carburizing properties during carburization, characterized in that the ferrite grain size numbers are 8 to 11 specified in JIS G0552 .
Ti/S≧6.0 Formula (1)
(Ti in Formula (1) is the content of Ti (mass %), and S is the content of S (mass %).
前記化学組成が質量%で、
Mo:0.02〜1.50%、
Ni:0.10〜3.50%、
V:0.02〜0.50%および
B:0.0002〜0.0050%
からなる群から選択される1種または2種以上を含有する請求項1に記載の浸炭時の粗大粒防止特性と疲労特性に優れた肌焼鋼。
The chemical composition is mass%,
Mo: 0.02 to 1.50%,
Ni: 0.10 to 3.50%,
V: 0.02-0.50% and B: 0.0002-0.0050%
The case-hardening steel excellent in coarse grain preventive properties during carburization and fatigue properties according to claim 1, containing one or more selected from the group consisting of:
化学組成が質量%で、
Nb:0.04%未満を含有する請求項1または請求項2に記載の浸炭時の粗大粒防止特性と疲労特性に優れた肌焼鋼。
The chemical composition is% by mass,
Nb: A case-hardening steel containing less than 0.04%, which is excellent in coarse grain preventive properties during carburization and fatigue properties according to claim 1 or 2.
マトリクス中の長手方向断面において、検査基準面積:100平方mm、検査数:16視野、予測を行なう面積:30000平方mmの条件で測定された極値統計によるTi系析出物の最大直径が40μm以下である請求項1〜請求項のいずれか一項に記載の浸炭時の粗大粒防止特性と疲労特性に優れた肌焼鋼。 In the longitudinal section in the matrix, the maximum diameter of the Ti-based precipitate is 40 μm or less according to the extreme value statistics measured under the conditions of the inspection reference area: 100 square mm, the number of inspections: 16 fields of view, and the area for prediction: 30,000 square mm. The case-hardening steel according to any one of claims 1 to 3 , which is excellent in the coarse grain preventing property during carburization and the fatigue property. 化学組成が質量%で、
C:0.10〜0.30%、
Si:0.02〜1.50%、
Mn:0.30〜1.80%、
S:0.003〜0.020%、
Cr:0.40〜2.00%、
Al:0.005〜0.050%、
Ti:0.06〜0.20%、
Bi:0.0001〜0.0050%
を含有し、さらに、
Sb:0.0001〜0.0050%
Sn:0.0001〜0.0050%および
Pb:0.0001〜0.0050%
からなる群から選択される1種または2種以上を含有し、Bi、Sb、SnおよびPbの合計含有量を0.0050%以下とし、さらに
P:0.050%以下、
N:0.0100%以下、
O:0.0025%以下
に制限し、
残部が鉄および不純物であり、
下記式(1)を満たす鋼を、1150℃以上の温度で保持時間10分以上加熱して線材または棒鋼に熱間圧延する工程を含み、
前記熱間圧延後に800〜500℃の温度範囲を1℃/秒以下の冷却速度で徐冷し、熱間圧延して冷却した後の鋼のベイナイトの組織分率が30面積%以下となるようにし、
前記熱間圧延の仕上げ温度を840〜1000℃とし、フェライト結晶粒度番号がJIS G0552で規定されている8〜11番である鋼となるようにする浸炭時の粗大粒防止特性と疲労特性に優れた肌焼鋼の製造方法。
Ti/S≧6.0 式(1)
(式(1)中のTiは、Tiの含有量(質量%)であり、Sは、Sの含有量(質量%)である。)
The chemical composition is% by mass,
C: 0.10 to 0.30%,
Si: 0.02 to 1.50%,
Mn: 0.30 to 1.80%,
S: 0.003 to 0.020%,
Cr: 0.40 to 2.00%,
Al: 0.005-0.050%,
Ti: 0.06 to 0.20%,
Bi: 0.0001 to 0.0050%
And further,
Sb: 0.0001 to 0.0050%
Sn: 0.0001 to 0.0050% and Pb: 0.0001 to 0.0050%
Containing one or more selected from the group consisting of, the total content of Bi, Sb, Sn and Pb is 0.0050% or less, further P: 0.050% or less,
N: 0.0100% or less,
O: limited to 0.0025% or less,
The balance is iron and impurities,
Formula steel satisfying (1), a step of hot rolling the wire or bar steel by heating retention time of 10 minutes or more at 1150 ° C. or higher temperatures seen including,
After the hot rolling, the temperature fraction of 800 to 500° C. is gradually cooled at a cooling rate of 1° C./sec or less, and the bainite structure fraction of the steel after hot rolling and cooling is 30 area% or less. West,
The finishing temperature of the hot rolling is set to 840 to 1000° C., and the steel having the ferrite grain size number of 8 to 11 defined in JIS G0552 is obtained. Method for manufacturing case hardening steel.
Ti/S≧6.0 Formula (1)
(Ti in the formula (1) is the content of Ti (mass %), and S is the content of S (mass %).)
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