JP6737102B2 - Steel material, sliding parts, and method for manufacturing steel material - Google Patents

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Description

本発明は、鋼材及び摺動部品、並びに鋼材の製造方法に関する。 The present invention relates to a steel material, sliding parts, and a method for manufacturing a steel material.

クランクシャフトに代表される摺動部品には、耐摩耗性及び疲労強度が求められる。耐摩耗性及び疲労強度を高めるために、摺動部品の多くには、高周波焼入れや冷間ロール加工等の表面硬化処理が実施される。 A sliding component represented by a crankshaft is required to have wear resistance and fatigue strength. In order to increase wear resistance and fatigue strength, many sliding parts are subjected to surface hardening treatment such as induction hardening and cold roll processing.

摺動部品には、上記の特性に加えて、優れた耐焼付き性が求められる。自動車の軽量化ニーズを背景に、クランクシャフトの細軸化及び狭幅化に対する要求が高まっている。そのため、クランクシャフトと軸受との間の摺動条件は過酷になっている。したがって、クランクシャフトには、従来よりも優れた耐焼付き性が求められている。 In addition to the above characteristics, sliding parts are required to have excellent seizure resistance. With the need for lightweight automobiles, there is an increasing demand for narrower shafts and narrower crankshafts. Therefore, the sliding condition between the crankshaft and the bearing is severe. Therefore, the crankshaft is required to have seizure resistance superior to the conventional one.

特許第4589885号公報には、熱伝導率κが40W/mK以上であって、かつ高周波焼入れ後の表面硬さHvが(2.7×κ+420)よりも大きいことを特徴とするクランクシャフトが開示されている。同文献には、焼付きの支配因子は摺動面の温度上昇であると記載されている。温度上昇を抑制するためには、熱伝導率を高くすること、及び、摩擦係数を低減することが有効であると記載されている。 Japanese Patent No. 4589885 discloses a crankshaft having a thermal conductivity κ of 40 W/mK or more and a surface hardness Hv after induction hardening greater than (2.7×κ+420). Has been done. The same document describes that the dominant factor for seizure is the temperature rise of the sliding surface. It is described that increasing the thermal conductivity and reducing the coefficient of friction are effective for suppressing the temperature rise.

特許第4140283号公報には、表層から200nmまでの領域における組織が、面積率で5%以下の初析フェライトとラメラー間隔が30nm以下のパーライトとの混合組織であることを特徴とする非調質鋼クランクシャフトが開示されている。同文献には、耐摩耗性に影響するのは表層から200nmまでの領域における硬さであり、ナノインデンテーション装置を用いてこの領域を測定した硬さが10GPa以上であれば、優れた耐摩耗性が得られると記載されている。 In Japanese Patent No. 4140283, the structure in the region from the surface layer to 200 nm is a mixed structure of proeutectoid ferrite with an area ratio of 5% or less and pearlite with a lamellar spacing of 30 nm or less. A steel crankshaft is disclosed. In the same document, it is the hardness in the region from the surface layer to 200 nm that affects wear resistance, and if the hardness measured in this region using a nanoindentation device is 10 GPa or more, excellent wear resistance is obtained. It is described that sex is obtained.

特許第4589885号公報Japanese Patent No. 4589885 特許第4140283号公報Japanese Patent No. 4140283

上記の特許文献に記載されているように、耐焼付き性を向上させるためには、表面(摺動面)から数100nm以内の領域の硬さ(以下、「ナノ硬さ」という。)を高くすることが有効である。ナノ硬さを高くすれば、内部が軟質であっても、優れた耐焼付き性を得ることができる。 As described in the above patent documents, in order to improve the seizure resistance, the hardness (hereinafter referred to as “nano hardness”) in a region within several hundred nm from the surface (sliding surface) is increased. It is effective to do. If the nano hardness is increased, excellent seizure resistance can be obtained even if the inside is soft.

本発明者らは、摺動部品のナノ硬さが、長時間摺動することによって変化することを見いだした。上記の特許文献では、長時間摺動後のナノ硬さについては検討されていない。 The present inventors have found that the nanohardness of sliding parts changes with long-term sliding. In the above patent documents, the nano hardness after long-term sliding is not examined.

本発明の課題は、摺動部品の材料として好適な鋼材を提供すること、及び耐焼付き性に優れた摺動部品を提供することである。 An object of the present invention is to provide a steel material suitable as a material for sliding parts, and to provide a sliding part having excellent seizure resistance.

本発明の一実施形態による鋼材は、化学組成が、質量%で、C:0.35〜0.6%、Si:0.50%未満、Mn:0.80%未満、P:0.02%を超え0.1%以下、S:0.05%未満、Mo:0.5〜3.5%、Al:0.005〜0.06%、N:0.001〜0.02%、Nb:0〜0.05%、残部:Fe及び不純物であり、前記鋼材の少なくとも表層にMoCが析出した組織を有し、前記MoCの平均粒子間隔が1.0μm以下である。 A steel material according to an embodiment of the present invention has a chemical composition in mass% of C: 0.35 to 0.6%, Si: less than 0.50%, Mn: less than 0.80%, P: 0.02. % To 0.1% or less, S: less than 0.05%, Mo: 0.5 to 3.5%, Al: 0.005 to 0.06%, N: 0.001 to 0.02%, Nb: 0 to 0.05%, balance: Fe and impurities, having a structure in which Mo 2 C is precipitated in at least the surface layer of the steel material, and the average particle spacing of Mo 2 C is 1.0 μm or less.

本発明の一実施形態による摺動部品は、化学組成が、質量%で、C:0.35〜0.6%、Si:0.50%未満、Mn:0.80%未満、P:0.02%を超え0.1%以下、S:0.05%未満、Mo:0.5〜3.5%、Al:0.005〜0.06%、N:0.001〜0.02%、Nb:0〜0.05%、残部:Fe及び不純物であり、前記摺動部品の少なくとも表層の組織はマルテンサイトであり、前記マルテンサイトの旧オーステナイト粒の平均粒径が10μm以下である。 The sliding part according to an embodiment of the present invention has a chemical composition, in mass %, of C: 0.35 to 0.6%, Si: less than 0.50%, Mn: less than 0.80%, P:0. More than 0.02% and 0.1% or less, S: less than 0.05%, Mo: 0.5 to 3.5%, Al: 0.005 to 0.06%, N: 0.001 to 0.02. %, Nb: 0 to 0.05%, the balance: Fe and impurities, the structure of at least the surface layer of the sliding component is martensite, and the average grain size of the former austenite grains of the martensite is 10 μm or less. ..

本発明の一実施形態による摺動部品は、化学組成が、質量%で、C:0.35〜0.6%、Si:0.50%未満、Mn:0.80%未満、P:0.02%を超え0.1%以下、S:0.05%未満、Mo:0.5〜3.5%、Al:0.005〜0.06%、N:0.001〜0.02%、Nb:0〜0.05%、残部:Fe及び不純物であり、前記摺動部品の少なくとも表層の組織は、転位密度が1015−2以上の高転位密度組織である。 The sliding part according to an embodiment of the present invention has a chemical composition, in mass %, of C: 0.35 to 0.6%, Si: less than 0.50%, Mn: less than 0.80%, P:0. More than 0.02% and 0.1% or less, S: less than 0.05%, Mo: 0.5 to 3.5%, Al: 0.005 to 0.06%, N: 0.001 to 0.02. %, Nb: 0 to 0.05%, the balance: Fe and impurities, and the structure of at least the surface layer of the sliding component is a high dislocation density structure having a dislocation density of 10 15 m −2 or more.

本発明の一実施形態による鋼材の製造方法は、化学組成が、質量%で、C:0.35〜0.6%、Si:0.50%未満、Mn:0.80%未満、P:0.02%を超え0.1%以下、S:0.05%未満、Mo:0.5〜3.5%、Al:0.005〜0.06%、N:0.001〜0.02%、Nb:0〜0.05%、残部:Fe及び不純物である素材を準備する工程と、前記素材を1000〜1250℃に加熱する工程と、前記加熱された素材を熱間鍛造する工程と、前記熱間鍛造された素材を850℃以上の温度から焼入れする工程と、前記焼入れされた素材を500〜650℃の温度で焼戻しする工程とを備える。 In the steel material manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the chemical composition is C: 0.35 to 0.6%, Si: less than 0.50%, Mn: less than 0.80%, and P: More than 0.02% and 0.1% or less, S: less than 0.05%, Mo: 0.5 to 3.5%, Al: 0.005 to 0.06%, N: 0.001 to 0. 02%, Nb: 0-0.05%, balance: Fe and a raw material which is an impurity, a step of heating the raw material to 1000 to 1250° C., and a step of hot forging the heated raw material And a step of quenching the hot forged material from a temperature of 850° C. or higher, and a step of tempering the quenched material at a temperature of 500 to 650° C.

本発明の一実施形態による鋼材の製造方法は、化学組成が、質量%で、C:0.35〜0.6%、Si:0.50%未満、Mn:0.80%未満、P:0.02%を超え0.1%以下、S:0.05%未満、Mo:0.5〜3.5%、Al:0.005〜0.06%、N:0.001〜0.02%、Nb:0〜0.05%、残部:Fe及び不純物である素材を準備する工程と、前記素材を1000〜1250℃に加熱する工程と、前記加熱された素材を熱間鍛造する工程とを備え、前記熱間鍛造する工程は、500〜650℃の温度において減面率が10%以上の加工を前記素材に加える温間加工工程を含む。 In the steel material manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the chemical composition is C: 0.35 to 0.6%, Si: less than 0.50%, Mn: less than 0.80%, and P: More than 0.02% and 0.1% or less, S: less than 0.05%, Mo: 0.5 to 3.5%, Al: 0.005 to 0.06%, N: 0.001 to 0. 02%, Nb: 0-0.05%, balance: Fe and a raw material which is an impurity, a step of heating the raw material to 1000 to 1250° C., and a step of hot forging the heated raw material And the step of hot forging includes a warm working step of applying a work with a surface reduction rate of 10% or more at a temperature of 500 to 650° C. to the raw material.

本発明によれば、摺動部品の材料として好適な鋼材、及び耐焼付き性に優れた摺動部品が得られる。 According to the present invention, a steel material suitable as a material for sliding parts and a sliding part having excellent seizure resistance can be obtained.

図1は、合金元素の添加量と熱伝導率との関係を示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the added amount of alloying elements and the thermal conductivity. 図2Aは、MoCの析出形態を模式的に示す図である。FIG. 2A is a diagram schematically showing a precipitation form of Mo 2 C. 図2Bは、セメンタイトの析出形態を模式的に示す図である。FIG. 2B is a diagram schematically showing a precipitation form of cementite. 図3は、本発明の一実施形態による鋼材の製造方法の一例を示すフロー図である。FIG. 3 is a flow chart showing an example of a method for manufacturing a steel material according to an embodiment of the present invention. 図4は、本発明の一実施形態による鋼材の製造方法の他の例を示すフロー図である。FIG. 4 is a flowchart showing another example of the method for manufacturing a steel product according to the embodiment of the present invention. 図5は、本発明の一実施形態による摺動部品の製造方法の一例を示すフロー図である。FIG. 5 is a flow chart showing an example of a method for manufacturing a sliding component according to an embodiment of the present invention. 図6は、本発明の一実施形態による摺動部品の製造方法の他の例を示すフロー図である。FIG. 6 is a flowchart showing another example of the method for manufacturing the sliding component according to the embodiment of the present invention. 図7は、冷間ロール加工用に加工された供試材の模式図である。FIG. 7 is a schematic view of a test material processed for cold roll processing. 図8は、ピンオンディスク型摩耗試験の模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram of a pin-on-disc type wear test. 図9は、ナノインデンテーション法によるナノ硬さ測定の模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram of nanohardness measurement by the nanoindentation method. 図10Aは、試験番号1の、摩耗試験後のナノ硬さの分布を示すグラフである。FIG. 10A is a graph showing the distribution of the nano hardness of the test number 1 after the abrasion test. 図10Bは、試験番号2の、摩耗試験後のナノ硬さの分布を示すグラフである。FIG. 10B is a graph showing the distribution of nano hardness of the test number 2 after the abrasion test. 図10Cは、試験番号3の、摩耗試験後のナノ硬さの分布を示すグラフである。FIG. 10C is a graph showing the distribution of the nano hardness of the test number 3 after the abrasion test. 図10Dは、試験番号4の、摩耗試験後のナノ硬さの分布を示すグラフである。FIG. 10D is a graph showing the distribution of nanohardness of the test number 4 after the abrasion test. 図10Eは、試験番号5の、摩耗試験後のナノ硬さの分布を示すグラフである。FIG. 10E is a graph showing the distribution of nanohardness of the test number 5 after the abrasion test. 図11は、試験番号1〜21の、摩耗試験後における表層から20nm以内の位置におけるナノ硬さを示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing the nano hardnesses of Test Nos. 1 to 21 at positions within 20 nm from the surface layer after the abrasion test.

本発明者らは、主に自動車用のクランクシャフトを対象として、焼付き現象について検討した。通常、クランクシャフトと軸受とは、油膜を挟んで対向する流体潤滑の状態で摺動している。しかし、本発明者らの調査によって、長時間の摺動中には、流体潤滑から境界潤滑に至る局面が少なからずあることがわかった。一般的に境界潤滑環境下で鋼が長時間摺動を受けると、加工硬化や摩擦熱による軟化が生じ、摺動面近傍(表面から20nm以内)の硬さが変化することが明らかになった。 The present inventors have studied the seizure phenomenon, mainly for crankshafts for automobiles. Normally, the crankshaft and the bearing slide in a fluid-lubricated state in which they face each other with an oil film interposed therebetween. However, investigations by the present inventors have revealed that during sliding for a long period of time, there are many situations from fluid lubrication to boundary lubrication. Generally, it has been clarified that when steel is subjected to sliding for a long time in a boundary lubrication environment, work hardening and softening due to frictional heat occur, and the hardness near the sliding surface (within 20 nm from the surface) changes. ..

組織観察の結果、摺動面では、摺動による加工層の形成と、摩擦熱による組織の変質(焼戻し、回復、及び再結晶)とが重畳的に起こっていることがわかった。このうち、摺動による加工層の形成はナノ硬さを向上させる因子であり、摩擦熱による組織の変質はナノ硬さを低下させる因子である。 As a result of observation of the structure, it was found that, on the sliding surface, formation of a processed layer by sliding and deterioration of the structure (tempering, recovery, and recrystallization) due to frictional heat occurred in a superimposed manner. Among these, the formation of the processed layer by sliding is a factor for improving the nanohardness, and the alteration of the structure by frictional heat is a factor for lowering the nanohardness.

したがって、摺動面のナノ硬さを向上させるためには、(1)熱伝導率の向上による摩擦熱散逸、(2)表面硬化処理、及び(3)熱的安定性の向上による組織の変質の抑制が有効である。 Therefore, in order to improve the nano-hardness of the sliding surface, (1) friction heat dissipation by improving the thermal conductivity, (2) surface hardening treatment, and (3) alteration of the structure by improving thermal stability The suppression of is effective.

(1)熱伝導率の向上による摩擦熱散逸
熱伝導率の向上には、Si含有量の低減が有効であることが従来から知られている。本発明者らは、他の元素の影響を明らかにするため、中高炭素鋼をベースとして合金元素の添加量を変化させて、その熱伝導率を測定した。結果を図1に示す。図1に示すとおり、C、Siに加えて、Mnも熱伝導率に大きく影響を与える元素であり、Mn含有量の低減によって熱伝導率を向上できることがわかった。一方、MoやWは、熱伝導率に大きく影響しないことがわかった。
(1) Dissipation of frictional heat by improving thermal conductivity It has been conventionally known that reducing the Si content is effective for improving thermal conductivity. In order to clarify the effect of other elements, the present inventors measured the thermal conductivity by changing the addition amount of alloying elements based on medium-high carbon steel. The results are shown in Figure 1. As shown in FIG. 1, in addition to C and Si, Mn is an element that greatly affects the thermal conductivity, and it was found that the thermal conductivity can be improved by reducing the Mn content. On the other hand, it was found that Mo and W do not significantly affect the thermal conductivity.

Mnは、焼入れ性向上に寄与する元素であり、従来、摺動部品に用いられる鋼には、Mnが1〜2%含有されている。焼入れ性を確保しつつ熱伝導率を向上させるためには、Mn含有量を低減する代わりに、Moを含有させることが必要である。 Mn is an element that contributes to the improvement of hardenability, and conventionally, steel used for sliding parts contains 1 to 2% of Mn. In order to improve the thermal conductivity while ensuring the hardenability, it is necessary to contain Mo instead of reducing the Mn content.

(2)表面硬化処理
摺動部品の耐摩耗性や耐焼付き性を向上させるためには、摺動面を硬化させる必要がある。しかしながら、単に硬化させるだけでは表層が脆くなるばかりである。耐摩耗性や耐焼付き性を向上させるためには、加工硬化率を高めなければならない。ただし、加工硬化量が増すと再結晶が生じやすくなる。再結晶は、加工硬化された硬質の組織の中に、部分的に発生する。再結晶部は軟質組織であるため、摩耗の起点になりやすい。したがって、摺動部品には、加工硬化率が高く、かつ、再結晶が起こりにくい鋼材及び鋼材組織を選択する必要がある。上記の条件を満たす組織を形成させる表面硬化処理として、高周波焼入れ及び冷間ロール加工が好適である。その理由は、高周波焼入れにより生成するマルテンサイトには、可動転位が多く含まれるためである。また、冷間ロール加工による加工硬化組織においても可動転位が多く含まれるためである。
(2) Surface hardening treatment In order to improve the wear resistance and seizure resistance of sliding parts, it is necessary to harden the sliding surface. However, simply hardening only makes the surface layer brittle. In order to improve wear resistance and seizure resistance, the work hardening rate must be increased. However, if the amount of work hardening increases, recrystallization tends to occur. Recrystallization partially occurs in the hardened work-hardened structure. Since the recrystallized portion has a soft structure, it easily becomes a starting point of wear. Therefore, it is necessary to select, for the sliding component, a steel material and a steel material structure that have a high work hardening rate and are resistant to recrystallization. As the surface hardening treatment for forming the structure satisfying the above conditions, induction hardening and cold roll working are suitable. The reason is that the martensite produced by induction hardening contains a large amount of mobile dislocations. Also, a large amount of mobile dislocations are contained in the work-hardened structure obtained by cold rolling.

鋼材に表面硬化処理として高周波焼入れを施した場合、少なくともその表層の組織が微細なマルテンサイトになる。本発明者らは、微細な結晶粒から生じたマルテンサイトは、加工硬化率が高いことを見いだした。このメカニズムは明らかではないが、マルテンサイトのバリアントや下部組織が影響しているものと考えられる。本発明者らは、MoとPとを複合添加することによって、結晶粒を微細化できることも見いだした。このメカニズムも明らかではないが、MoとPとがクラスタを形成し、粒成長を抑制している可能性がある。また、一般には結晶粒を微細化すると焼入れ性が低下するが、MoとPとの複合添加は、焼入れ性の向上にも寄与する。 When the steel material is subjected to induction hardening as a surface hardening treatment, at least the surface microstructure thereof becomes fine martensite. The present inventors have found that martensite generated from fine crystal grains has a high work hardening rate. The mechanism is not clear, but it is considered that the martensite variant and the substructures are influencing. The present inventors have also found that crystal grains can be made finer by adding Mo and P together. Although this mechanism is not clear, it is possible that Mo and P form clusters and suppress grain growth. Further, generally, when the crystal grains are made finer, the hardenability is lowered, but the combined addition of Mo and P also contributes to the improvement of the hardenability.

鋼材に表面硬化処理として冷間ロール加工を施した場合、通常、摩擦熱によって、表層部分の転位密度は低下する。加工硬化率を向上させるためには、表層部分の転位密度を高く維持できることが好ましい。本発明者らは、MoとPとを複合添加することによって、転位の回復を抑制できることを見いだした。 When cold rolling is performed on a steel material as a surface hardening treatment, frictional heat usually reduces the dislocation density in the surface layer portion. In order to improve the work hardening rate, it is preferable that the dislocation density in the surface layer portion can be maintained high. The present inventors have found that the recovery of dislocations can be suppressed by adding Mo and P together.

(3)熱的安定性の向上による組織の変質の抑制
本発明者らは、MoとPとを複合添加することによって、鋼の熱的安定性を向上できることを見いだした。このメカニズムは明らかではないが、Pが転位の移動を妨げ、焼戻し、回復、及び再結晶を抑制するためと考えられる。また、MoとPとを複合添加することによって、MoとPとがクラスタを形成し、この効果を促進している可能性がある。
(3) Suppression of Deterioration of Microstructure by Improving Thermal Stability The present inventors have found that the thermal stability of steel can be improved by adding Mo and P together. Although this mechanism is not clear, it is considered that P hinders the movement of dislocations and suppresses tempering, recovery, and recrystallization. Further, it is possible that Mo and P form clusters by the combined addition of Mo and P to promote this effect.

本発明者らはさらに、(4)表面硬化処理前に微細なMoCを析出させる処理(以下、「細粒化(析出)処理」という。)を実施することで、表面硬化処理後の摺動部品の耐焼付き性をより一層向上できることを見いだした。 The present inventors further perform (4) a treatment for precipitating fine Mo 2 C before the surface hardening treatment (hereinafter, referred to as “fine-graining (precipitation) treatment”), so that after the surface hardening treatment, It was found that the seizure resistance of sliding parts can be further improved.

(4)細粒化(析出)処理
MoCは、粒成長を抑制する。そのため、細粒化(析出)処理した鋼材に、表面硬化処理として高周波焼入れを実施すれば、高周波焼入れによって形成されるマルテンサイトの旧オーステナイト粒を顕著に微細化することができる。より具体的には、MoCの平均粒子間隔を1.0μm以下にしておくことで、旧オーステナイト粒の平均粒径を10μm以下にすることができる。また、MoCは転位の運動に対するピンニング作用を有し、転位の回復を抑制する。そのため、細粒化(析出)処理した鋼材に、表面硬化処理として冷間ロール加工を実施すれば、高い転位密度を付与することができる。
(4) Fine-graining (precipitation) treatment Mo 2 C suppresses grain growth. Therefore, if induction hardening is performed as a surface hardening treatment on the steel material that has been subjected to grain refinement (precipitation), the former austenite grains of martensite formed by induction hardening can be significantly refined. More specifically, by setting the average particle spacing of Mo 2 C to 1.0 μm or less, the average particle size of the prior austenite grains can be set to 10 μm or less. Further, Mo 2 C has a pinning effect on dislocation movement, and suppresses dislocation recovery. Therefore, a high dislocation density can be imparted to the steel material subjected to the grain refinement (precipitation) by cold rolling as a surface hardening treatment.

MoCはさらに、針状又は板状の粗大なセメンタイトの生成を抑制する。針状又は板状の粗大なセメンタイトは、例えば残留応力を除去するために高周波焼入れ後に行われる低温での焼戻し熱処理や摺動中の摩擦熱によって生成し、摺動部品の耐摩耗性を低下させ、結果として耐焼付き性を低下させる。MoCは、Cを固定することにより、針状又は板状の粗大なセメンタイトの生成を抑制し、摺動部品の耐焼付き性の向上に寄与する。 Mo 2 C further suppresses the formation of needle-shaped or plate-shaped coarse cementite. Needle-shaped or plate-shaped coarse cementite is generated by, for example, tempering heat treatment at low temperature performed after induction hardening to remove residual stress and frictional heat during sliding, and reduces wear resistance of sliding parts. As a result, seizure resistance is reduced. By fixing C, Mo 2 C suppresses the generation of needle-shaped or plate-shaped coarse cementite, and contributes to the improvement of seizure resistance of the sliding component.

細粒化促進処理は、以下の(A)又は(B)によって実現できる。なお、MoCの平均粒子間隔を制御するためには、C、Mo、Pの各含有量に加えて、Al含有量を適切に制御する必要がある。
(A)熱間鍛造された素材を焼入れし、さらに500〜650℃の温度で焼戻しする。
(B)熱間鍛造中に、500〜650℃の温度において減面率が10%以上の加工を素材に加える。
The grain refinement promoting process can be realized by the following (A) or (B). In addition, in order to control the average particle spacing of Mo 2 C, it is necessary to appropriately control the Al content in addition to the C, Mo, and P contents.
(A) A hot forged material is quenched and further tempered at a temperature of 500 to 650°C.
(B) During hot forging, a material having a surface reduction rate of 10% or more is added to the material at a temperature of 500 to 650°C.

以上の知見に基づいて、本発明は完成された。以下、本発明の一実施形態による鋼材及び摺動部品について詳述する。 The present invention has been completed based on the above findings. Hereinafter, a steel material and a sliding component according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

[鋼材]
[化学組成]
本実施形態による鋼材は、以下に説明する化学組成を有する。以下の説明において、元素の含有量の「%」は、質量%を意味する。
[Steel]
[Chemical composition]
The steel material according to the present embodiment has a chemical composition described below. In the following description, "%" of the content of an element means mass %.

C:0.35〜0.6%
炭素(C)は、鋼の焼入れ性を高め、硬さの向上に寄与する。C含有量が0.35%未満では、鋼の焼入れ性が不足する。一方、C含有量が0.6%を超えると、鋼の被削性が低下する。したがって、C含有量は0.35〜0.6%である。C含有量の下限は、好ましくは0.36%であり、さらに好ましくは0.38%である。C含有量の上限は、好ましくは0.5%であり、さらに好ましくは0.45%である。
C: 0.35-0.6%
Carbon (C) enhances the hardenability of steel and contributes to the improvement of hardness. If the C content is less than 0.35%, the hardenability of steel is insufficient. On the other hand, if the C content exceeds 0.6%, the machinability of the steel deteriorates. Therefore, the C content is 0.35 to 0.6%. The lower limit of the C content is preferably 0.36%, more preferably 0.38%. The upper limit of the C content is preferably 0.5%, more preferably 0.45%.

Si:0.50%未満
シリコン(Si)は、不純物として鋼に含有される。さらに、Siを積極的に含有させると、粗大なセメンタイトの生成を抑制する効果がある。一方、Si含有量が0.50%以上になると、鋼の熱伝導率が低下して十分な耐焼付き性が得られない。したがって、Si含有量は0.50%未満である。粗大なセメンタイトの生成を抑制する効果を顕著に得るためには、Si含有量は、0.05%以上とすることが好ましく、さらに0.10%以上とすることがより好ましい。Si含有量の上限は、好ましくは0.40%であり、さらに好ましくは0.30%である。
Si: less than 0.50% Silicon (Si) is contained in steel as an impurity. Furthermore, positively containing Si has the effect of suppressing the formation of coarse cementite. On the other hand, when the Si content is 0.50% or more, the thermal conductivity of the steel decreases and sufficient seizure resistance cannot be obtained. Therefore, the Si content is less than 0.50%. In order to remarkably obtain the effect of suppressing the formation of coarse cementite, the Si content is preferably 0.05% or more, and more preferably 0.10% or more. The upper limit of the Si content is preferably 0.40%, more preferably 0.30%.

Mn:0.80%未満
マンガン(Mn)は、不純物として鋼に含有される。さらに、Mnを積極的に含有させると、鋼の焼入れ性を高める効果がある。また、転位の回復を抑制する効果がある。一方、Mn含有量が0.80%以上になると、鋼の熱伝導率が低下して十分な耐焼付き性が得られない。したがって、Mn含有量は0.80%未満である。焼入れ性を高める効果を顕著に得るためには、Mn含有量は、0.05%以上とすることが好ましく、さらに0.10%以上とすることが好ましい。Mn含有量の上限は、好ましくは0.60%であり、さらに好ましくは0.50%であり、さらに好ましくは0.40%である。
Mn: less than 0.80% Manganese (Mn) is contained in steel as an impurity. Further, if Mn is positively contained, it has the effect of enhancing the hardenability of steel. It also has the effect of suppressing the recovery of dislocations. On the other hand, when the Mn content is 0.80% or more, the thermal conductivity of the steel decreases and sufficient seizure resistance cannot be obtained. Therefore, the Mn content is less than 0.80%. In order to remarkably obtain the effect of enhancing hardenability, the Mn content is preferably 0.05% or more, and more preferably 0.10% or more. The upper limit of the Mn content is preferably 0.60%, more preferably 0.50%, further preferably 0.40%.

P:0.02%を超え0.1%以下
リン(P)は、固溶元素として転位の移動を妨げ、転位密度を向上させる。Pはさらに、オーステナイトの粒成長を抑制することで、マルテンサイトの旧オーステナイト粒を微細化する。その結果、摺動による加工硬化性が高まり、耐摩耗性を向上させる。耐摩耗性が向上すると、焼付きを抑制することができる。これらの効果は、PをMoと複合添加することで顕著になる。P含有量が0.02%以下では、これらの効果が得られない。一方、P含有量が0.1%を超えると、過剰なPが粒界に偏析して、鋼の疲労強度が低下する。したがって、P含有量は0.02%を超え0.1%以下である。P含有量の下限は、好ましくは0.03%であり、さらに好ましくは0.04%である。P含有量の上限は、好ましくは0.08%であり、さらに好ましくは0.06%である。
P: more than 0.02% and 0.1% or less Phosphorus (P), as a solid solution element, hinders the movement of dislocations and improves the dislocation density. Further, P suppresses the grain growth of austenite, thereby refining the former austenite grains of martensite. As a result, work hardening due to sliding is enhanced, and wear resistance is improved. When the wear resistance is improved, seizure can be suppressed. These effects become remarkable by adding P together with Mo. If the P content is 0.02% or less, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the P content exceeds 0.1%, excessive P segregates at the grain boundaries and the fatigue strength of the steel decreases. Therefore, the P content is more than 0.02% and 0.1% or less. The lower limit of the P content is preferably 0.03%, more preferably 0.04%. The upper limit of the P content is preferably 0.08%, more preferably 0.06%.

S:0.05%未満
硫黄(S)は、不純物として鋼に含有される。さらに、Sを積極的に含有させると、硫化物系介在物を形成し、鋼の被削性を向上させる。一方、S含有量が0.05%以上になると、熱間加工性が低下する。したがって、S含有量は0.05%未満である。S含有量の下限は、好ましくは0.01%である。S含有量の上限は、好ましくは0.04%である。
S: less than 0.05% Sulfur (S) is contained in steel as an impurity. Further, when S is positively contained, a sulfide-based inclusion is formed and the machinability of steel is improved. On the other hand, when the S content is 0.05% or more, the hot workability deteriorates. Therefore, the S content is less than 0.05%. The lower limit of the S content is preferably 0.01%. The upper limit of the S content is preferably 0.04%.

Mo:0.5〜3.5%
モリブデン(Mo)は、鋼の焼入れ性を高める。さらに、固溶状態においても、MoCとして析出した状態においても、転位の移動を妨げて転位密度を向上させる。また鋼にMoを添加しても、鋼の熱伝導率を大きく低下させない。本実施形態による鋼材は、熱伝導率を高めるためにMn含有量を低くしているので、MnをMoで代替することにより、焼入れ性と高熱伝導率とを両立させることが可能となる。Moはまた、Pと複合添加することで、鋼の熱的安定性の向上や粒成長の抑制に寄与する。Mo含有量が0.5%未満では、これらの効果が十分に得られない。一方、Mo含有量が3.5%を超えると、鋼の被削性が低下する。したがって、Mo含有量は0.5〜3.5%である。Mo含有量の下限は、好ましくは0.8%であり、さらに好ましくは1.2%であり、さらに好ましくは2.0%である。Mo含有量の上限は、好ましくは3.3%であり、さらに好ましくは3.2%である。
Mo: 0.5-3.5%
Molybdenum (Mo) enhances the hardenability of steel. Further, in both the solid solution state and the state of being precipitated as Mo 2 C, the movement of dislocations is hindered to improve the dislocation density. Moreover, even if Mo is added to steel, the thermal conductivity of steel is not significantly reduced. Since the steel material according to the present embodiment has a low Mn content in order to increase the thermal conductivity, it is possible to achieve both hardenability and high thermal conductivity by replacing Mn with Mo. When Mo is added together with P, Mo contributes to the improvement of the thermal stability of steel and the suppression of grain growth. If the Mo content is less than 0.5%, these effects cannot be sufficiently obtained. On the other hand, if the Mo content exceeds 3.5%, the machinability of the steel deteriorates. Therefore, the Mo content is 0.5 to 3.5%. The lower limit of the Mo content is preferably 0.8%, more preferably 1.2%, further preferably 2.0%. The upper limit of the Mo content is preferably 3.3%, more preferably 3.2%.

Al:0.005〜0.06%
アルミニウム(Al)は、窒化物を形成し、窒化物のピンニング効果によってオーステナイト粒の微細化に寄与する。Alはさらに、MoCの微細化に寄与することが明らかになった。Al含有量が0.005%未満では、この効果が十分に得られない。一方、Al含有量0.06%を超えると、鋼の被削性が低下する。したがって、Al含有量は0.005〜0.06%である。Al含有量の下限は、好ましくは0.01%であり、さらに好ましくは0.02%である。Al含有量の上限は、好ましくは0.055%であり、さらに好ましくは0.05%である。
Al: 0.005-0.06%
Aluminum (Al) forms a nitride and contributes to the refinement of austenite grains by the pinning effect of the nitride. It was further revealed that Al contributes to the refinement of Mo 2 C. If the Al content is less than 0.005%, this effect cannot be sufficiently obtained. On the other hand, if the Al content exceeds 0.06%, the machinability of steel deteriorates. Therefore, the Al content is 0.005 to 0.06%. The lower limit of the Al content is preferably 0.01%, more preferably 0.02%. The upper limit of the Al content is preferably 0.055%, more preferably 0.05%.

N:0.001〜0.02%
窒素(N)は、窒化物や炭窒化物を形成し、窒化物や炭窒化物のピンニング効果によってオーステナイト粒の微細化に寄与する。N含有量が0.001%未満では、この効果が十分に得られない。一方、N含有量が0.02%を超えると、鋼の靱性が低下する。したがって、N含有量は0.001〜0.02%である。N含有量の下限は、好ましくは0.0015%であり、さらに好ましくは0.002%である。N含有量の上限は、好ましくは0.015%である。
N: 0.001-0.02%
Nitrogen (N) forms a nitride or a carbonitride, and contributes to the refinement of austenite grains by the pinning effect of the nitride or the carbonitride. If the N content is less than 0.001%, this effect cannot be sufficiently obtained. On the other hand, if the N content exceeds 0.02%, the toughness of steel decreases. Therefore, the N content is 0.001 to 0.02%. The lower limit of the N content is preferably 0.0015%, more preferably 0.002%. The upper limit of the N content is preferably 0.015%.

本実施形態による鋼材の化学組成の残部は、Fe及び不純物である。ここでいう不純物は、鋼の原料として利用される鉱石やスクラップから混入する元素、あるいは製造過程の環境等から混入する元素をいう。 The balance of the chemical composition of the steel material according to the present embodiment is Fe and impurities. The impurities referred to here are elements mixed from ores and scraps used as raw materials for steel, or elements mixed from the environment of the manufacturing process.

Nb:0〜0.05%
本実施形態による鋼材の化学組成は、Feの一部に代えて、ニオブ(Nb)を含有してもよい。Nbは、窒化物や炭窒化物を形成し、窒化物や炭窒化物のピンニング効果によってオーステナイト粒の微細化に寄与する。一方、Nb含有量が0.05%を超えると、鋼の靱性が低下する。したがって、Nb含有量は0〜0.05%である。Nb含有量の下限は、好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.010%である。Nb含有量の上限は、好ましくは0.04%であり、さらに好ましくは0.03%である。
Nb: 0 to 0.05%
The chemical composition of the steel material according to the present embodiment may contain niobium (Nb) instead of part of Fe. Nb forms a nitride or carbonitride, and contributes to the refinement of austenite grains by the pinning effect of the nitride or carbonitride. On the other hand, if the Nb content exceeds 0.05%, the toughness of steel decreases. Therefore, the Nb content is 0 to 0.05%. The lower limit of the Nb content is preferably 0.005%, more preferably 0.010%. The upper limit of the Nb content is preferably 0.04%, more preferably 0.03%.

[組織]
本実施形態による鋼材は、少なくともその表層にMoCが析出した組織を有する。
[Organization]
The steel material according to the present embodiment has a structure in which Mo 2 C is deposited on at least the surface layer thereof.

鋼材に表面硬化処理として高周波焼入れが実施される場合、MoCは、高周波焼入れによってマルテンサイトが形成される際の旧オーステナイト粒を微細化し、加工硬化性を向上させる。高周波焼入れでは一般に、鋼の表層だけにマルテンサイトを形成する。そのため、本実施形態による鋼材は、少なくともその表層にMoCが析出していればよい。なお、「表層」とは、鋼材の表面から500μmまでの深さの領域を指す。 When induction hardening is performed on the steel material as a surface hardening treatment, Mo 2 C refines the prior austenite grains when martensite is formed by induction hardening and improves work hardenability. Induction hardening generally forms martensite only in the surface layer of steel. Therefore, the steel material according to the present embodiment only needs to have Mo 2 C precipitated on at least the surface layer thereof. The “surface layer” refers to a region having a depth of 500 μm from the surface of the steel material.

鋼材に表面硬化処理として冷間ロール加工が実施される場合、MoCは、冷間ロール加工の際の摩擦熱による転位の回復を抑制し、転位密度の向上に寄与する。この場合も、本実施形態による鋼材は、少なくともその表層にMoCが析出していればよい。 When cold rolling is performed on the steel material as a surface hardening treatment, Mo 2 C suppresses recovery of dislocations due to frictional heat during cold rolling and contributes to improvement of dislocation density. In this case as well, the steel material according to the present embodiment only needs to have Mo 2 C precipitated on at least the surface layer thereof.

鋼材の、MoCが析出した組織のマトリクスは特に限定されない。組織のマトリクスは例えば、フェライト・パーライト、又は焼戻しマルテンサイトである。 The matrix of the structure of the steel material in which Mo 2 C is precipitated is not particularly limited. The texture matrix is, for example, ferrite perlite or tempered martensite.

MoCの平均粒子間隔は、1.0μm以下である。MoCの平均粒子間隔が小さいほど、微細なMoCが高密度に析出していることを示す。MoCの平均粒子間隔が1.0μmよりも大きければ、上述した効果を十分に得ることができない。より具体的には、鋼材の化学組成が上記範囲を満たしていても、鋼材を高周波焼入れする場合に旧オーステナイト粒の平均粒径を10μm以下にすることができず、鋼材を冷間ロール加工する場合に転位密度を1015−2以上にすることができない。MoCの平均粒子間隔は、好ましくは0.5μm以下である。なお、MoCの平均粒子間隔の下限を規定する意味は特にないが、0.05μm程度が実質的な下限である。 The average particle spacing of Mo 2 C is 1.0 μm or less. As the average particle spacing of Mo 2 C is small, indicating that the fine Mo 2 C is precipitated at high density. If the average particle spacing of Mo 2 C is larger than 1.0 μm, the above effects cannot be sufficiently obtained. More specifically, even if the chemical composition of the steel material satisfies the above range, when the steel material is induction hardened, the average particle diameter of the former austenite grains cannot be reduced to 10 μm or less, and the steel material is cold-rolled. In this case, the dislocation density cannot be 10 15 m −2 or more. The average particle spacing of Mo 2 C is preferably 0.5 μm or less. Although there is no particular meaning to define the lower limit of the average particle spacing of Mo 2 C, about 0.05 μm is the practical lower limit.

MoCの平均粒子間隔は、次のように測定する。 The average particle spacing of Mo 2 C is measured as follows.

鋼材から、試料を採取する。電界放出型電子線マイクロアナライザ(FE−EPMA)によって、加速電圧15kVで30μm×30μmの領域を0.06μm間隔で500×500点を測定する。Mo濃度が50質量%以上である測定点を1とし、50質量%未満である点を0として二値化して、MoCの2次元分布像を得る。MoCの平均粒子間隔を以下の手順により導出する。
(1)2次元分布像から、単位面積当たりの粒子数Pを測定する。
(2)2次元平面上での平均粒子間隔Δ2を、下式で導出する。
Δ2=0.500P −1/2
(参考文献)佐久間、西澤:日本金属学会報,10,(1971),P.279−289
A sample is taken from the steel material. A field emission type electron probe microanalyzer (FE-EPMA) is used to measure a region of 30 μm×30 μm at an acceleration voltage of 15 kV at 500×500 points at 0.06 μm intervals. The measurement point where the Mo concentration is 50 mass% or more is set to 1, and the point where the Mo concentration is less than 50 mass% is set to 0, and binarized to obtain a two-dimensional distribution image of Mo 2 C. The average particle spacing of Mo 2 C is derived by the following procedure.
(1) The number of particles P A per unit area is measured from a two-dimensional distribution image.
(2) The average particle spacing Δ2 on the two-dimensional plane is derived by the following equation.
Δ2=0.500P A −1/2
(References) Sakuma, Nishizawa: The Japan Institute of Metals, 10, (1971), p. 279-289

[摺動部品]
本実施形態による摺動部品は、上述した鋼材から製造され、かつ少なくともその一部に高周波焼入れ又は冷間ロール加工が実施された摺動部品である。そのため、本実施形態による摺動部品は、上述した鋼材と実質的に同じ化学組成を有する。
[Sliding parts]
The sliding component according to the present embodiment is a sliding component manufactured from the above-mentioned steel material and at least a part of which has been induction hardened or cold rolled. Therefore, the sliding component according to the present embodiment has substantially the same chemical composition as the steel material described above.

摺動部品は例えば、クランクシャフトである。 The sliding component is, for example, a crankshaft.

本実施形態による摺動部品は、少なくともその一部に、表面硬化処理として高周波焼入れ又は冷間ロール加工が施されている。高周波焼入れが実施されると、少なくともその表層の組織はマルテンサイトになる。冷間ロール加工が実施されると、少なくともその表層の組織は高転位密度組織になる。 At least a part of the sliding component according to the present embodiment is subjected to induction hardening or cold roll processing as a surface hardening treatment. When induction hardening is carried out, at least the surface layer structure becomes martensite. When cold rolling is performed, at least the surface layer structure becomes a high dislocation density structure.

摺動部品は一般に、摺動部分にだけ表面硬化処理が実施される。本実施形態による摺動部品は、摺動部品のあらゆる部分において表層の組織がマルテンサイトや高転位密度組織である必要はなく、少なくとも摺動部分においての表層の組織がマルテンサイトや高転位密度組織であればよい。 The sliding parts are generally subjected to a surface hardening treatment only on the sliding parts. In the sliding component according to the present embodiment, the surface layer structure does not need to be martensite or high dislocation density structure at all parts of the sliding component, and the surface layer structure in at least the sliding part is martensite or high dislocation density structure. If

[表面硬化処理として高周波焼入れを実施した場合の組織]
表面硬化処理として高周波焼入れが実施された摺動部品は、少なくともその表層の組織がマルテンサイトである。さらに、マルテンサイトの旧オーステナイト粒の平均粒径は、10μm以下である。旧オーステナイト粒の平均粒径が10μmを超えると、十分な加工硬化性が得られない。旧オーステナイト粒の平均粒径は、好ましくは5μm以下である。なお、旧オーステナイト粒の平均粒径の下限を規定する意味は特にないが、1μm程度が実質的な下限である。
[Microstructure when induction hardening is performed as surface hardening treatment]
At least the surface structure of the sliding component subjected to induction hardening as the surface hardening treatment is martensite. Furthermore, the average grain size of the former austenite grains of martensite is 10 μm or less. If the average particle size of the prior austenite particles exceeds 10 μm, sufficient work hardenability cannot be obtained. The average particle size of the prior austenite particles is preferably 5 μm or less. The lower limit of the average grain size of the former austenite grains is not specified, but about 1 μm is the practical lower limit.

マルテンサイトの旧オーステナイト粒の平均粒径は、次のように測定する。 The average grain size of the former austenite grains of martensite is measured as follows.

摺動部品から、高周波焼入れした表面と垂直な方向を含む断面が観察面となるように試料を採取する。観察面を研磨し、ピクリン酸でエッチングして旧オーステナイト粒界を現出させる。そして、切片法によって摺動部品の表層の平均粒径を算出する。具体的には、表面から500μmまでの領域を対象とし、全長Lの直線を引き、この直線を横切った結晶粒の数nを求め、切片長さ(L/n)を求める。5本以上の直線について切片長さ(L/n)を求め、その算術平均を平均粒径とする。 Samples are taken from the sliding parts so that the cross section including the direction perpendicular to the induction hardened surface becomes the observation surface. The observation surface is polished and etched with picric acid to expose old austenite grain boundaries. Then, the average particle diameter of the surface layer of the sliding component is calculated by the intercept method. Specifically, a straight line having a total length L is drawn for a region up to 500 μm from the surface, the number n L of crystal grains that cross the straight line is obtained, and the intercept length (L/n L ) is obtained. The intercept length (L/n L ) is determined for five or more straight lines, and the arithmetic mean thereof is taken as the average particle size.

[表面硬化処理として冷間ロールを実施した場合の組織]
表面硬化処理として冷間ロール加工が実施された摺動部品は、少なくともその表層の組織が、転位密度が1015−2以上の高転位密度組織である。具体的には、表面から100μm以内の深さの組織が、転位密度が1015−2以上の高転位密度組織である。表層部の転位密度が1015−2未満だと、十分な表層ナノ硬さが得られない。表層部の転位密度は、好ましくは1.5×1015−2以上であり、さらに好ましくは2.0×1015−2以上である。
[Microstructure when cold rolling is performed as surface hardening treatment]
In the sliding component that has been subjected to cold roll processing as the surface hardening treatment, at least the surface layer structure is a high dislocation density structure having a dislocation density of 10 15 m −2 or more. Specifically, the structure having a depth within 100 μm from the surface is a high dislocation density structure having a dislocation density of 10 15 m −2 or more. If the dislocation density in the surface layer portion is less than 10 15 m −2 , sufficient surface layer nanohardness cannot be obtained. The dislocation density in the surface layer portion is preferably 1.5×10 15 m −2 or more, more preferably 2.0×10 15 m −2 or more.

表層部の転位密度は、次のように測定する。 The dislocation density in the surface layer portion is measured as follows.

摺動部品から、冷間ロール加工した面を含む試料を採取し、冷間ロール加工した面を機械研磨及び電解研磨する。Cu−Kαを線源とするX線発生装置を用いて、フェライト相の回折ピークを4点以上測定する。測定した回折ピークは、専用解析ソフトウェアによってバックグラウンドを除去し、Kα1とKα2とに分離する。分離したKα1回折ピークに対して、各回折角θ[rad]における半価幅(半値全幅)Δ2θ[rad]を測定する。なお、半価幅は、LaB(六ホウ化ランタン)の単結晶を用いて装置由来の半価幅を測定し、測定された半価幅から差し引いて補正する。 A sample including a cold-rolled surface is taken from the sliding component, and the cold-rolled surface is mechanically and electrolytically polished. An X-ray generator using Cu-Kα as a radiation source is used to measure four or more diffraction peaks of the ferrite phase. The background of the measured diffraction peak is removed by dedicated analysis software to separate it into Kα1 and Kα2. The full width at half maximum (full width at half maximum) Δ2θ[rad] at each diffraction angle θ[rad] is measured for the separated Kα1 diffraction peak. The full width at half maximum is corrected by measuring the full width at half maximum derived from the apparatus using a single crystal of LaB 6 (lanthanum hexaboride) and subtracting it from the measured full width at half maximum.

下記に示すModified Williamson−Hallの式から、転位密度ρ[m−2]を求める。 The dislocation density ρ [m −2 ] is calculated from the Modified Williamson-Hall equation shown below.

Figure 0006737102
Figure 0006737102

ここで、ΔKFWHM=Δ2θcosθ/λ、K=2sinθ/λ、λはX線の波長(0.154nm)、Dは結晶子サイズ、bはフェライトのバーガースベクトル(0.249nm)、Oは高次項である。 Here, ΔK FWHM =Δ2θ cos θ/λ, K=2 sin θ/λ, λ is the wavelength of X-ray (0.154 nm), D is the crystallite size, b is the Burgers vector of ferrite (0.249 nm), and O is the higher-order term. Is.

Cは、下記のように結晶異方性を示す定数である。 C is a constant indicating crystal anisotropy as described below.

Figure 0006737102
Figure 0006737102

Mは転位配列を示す無次元の係数であり、ここではM=1とした。 M is a dimensionless coefficient indicating a dislocation array, and here, M=1.

(*)式において、高次項を無視すると、ΔKFHHMとKとは直線関係を示す。ΔKFHHMとKとをプロットすることによって、切片から結晶子サイズDを、傾きから転位密度ρを求めることができる。 In the equation (*), ΔK FHHM and K show a linear relationship when the higher-order terms are ignored. By plotting ΔK FHHM and K, the crystallite size D can be obtained from the intercept and the dislocation density ρ can be obtained from the slope.

[高周波焼入れを実施した場合、及び冷間ロール加工を実施した場合の共通の組織]
本実施形態による摺動部品は、好ましくは、少なくとも表層に炭化物が析出した組織を有し、炭化物の平均長径が10nm以下である。
[Common structure when induction hardening is performed and when cold rolling is performed]
The sliding component according to the present embodiment preferably has a structure in which carbide is precipitated in at least the surface layer, and the average major axis of the carbide is 10 nm or less.

炭化物の種類は特に限定されないが、例えばMoC及びセメンタイトである。炭化物の平均長径が10nmを超えると、摺動時に摩耗が促進され、結果として耐焼付き性が低下する。なお、炭化物の平均長径の下限を規定する意味は特にないが、1nm程度が実質的な下限である。 The type of carbide is not particularly limited, but examples thereof include Mo 2 C and cementite. If the average major axis of the carbides exceeds 10 nm, abrasion is promoted during sliding, resulting in a decrease in seizure resistance. Although there is no particular meaning to define the lower limit of the average major axis of the carbides, about 1 nm is a practical lower limit.

炭化物の平均長径は、次のように測定する。 The average major axis of carbide is measured as follows.

摺動部品から、高周波焼入れ又は冷間ロール加工した表面と垂直な方向を含む断面が観察面となるように試料を採取する。透過電子顕微鏡(TEM)によって、観察面を40000倍及び100000倍で、摺動部品の表面を含むようにそれぞれ5視野観察する。電子線の入射方向は母相フェライト<001>方向とする。視野の大きさは例えば40000倍の場合には2.0μm×1.2μm、100000倍の場合には0.8×0.5μmである。 A sample is taken from the sliding part so that the cross section including the direction perpendicular to the surface that has been induction hardened or cold rolled is the observation surface. Five observation fields are observed by a transmission electron microscope (TEM) at 40,000 times and 100,000 times so as to include the surfaces of the sliding parts. The incident direction of the electron beam is the parent phase ferrite <001> direction. The size of the visual field is, for example, 2.0 μm×1.2 μm in the case of 40,000 times, and 0.8×0.5 μm in the case of 100,000 times.

電子線回折像から、炭化物の種類を特定する。図2A及び図2Bはそれぞれ、MoC及びセメンタイトの析出形態を模式的に示す図である。図2Aに示すように、電子線の入射方向が母相フェライト[100]方向とすれば、MoCの場合は、母相フェライトの[100]方向に延びた棒状の形状を呈する。一方、図2Bに示すように、セメンタイトは、[110]に沿った円盤状である。したがって、明視野画像からMoCとセメンタイトの判別が可能である。これらは、直接、各炭化物の長径を測定する。各視野で炭化物の長径を平均し、さらに10視野の平均をとったものを炭化物の平均長径とする。ただし、平均を求めるにあたって、長径が1nm未満のものは含めない。炭化物であるかどうかの判定が困難なためである。 The type of carbide is specified from the electron diffraction image. FIG. 2A and FIG. 2B are diagrams schematically showing precipitation forms of Mo 2 C and cementite, respectively. As shown in FIG. 2A, if the incident direction of the electron beam is the [100] direction of the matrix ferrite, Mo 2 C has a rod-like shape extending in the [100] direction of the matrix ferrite. On the other hand, as shown in FIG. 2B, cementite has a disk shape along [110]. Therefore, it is possible to distinguish between Mo 2 C and cementite from the bright field image. These directly measure the major axis of each carbide. The major axis of carbide is averaged in each visual field, and the average of 10 visual fields is taken as the average major axis of carbide. However, when obtaining the average, those with a major axis of less than 1 nm are not included. This is because it is difficult to determine whether or not it is a carbide.

[製造方法]
以下、本実施形態による鋼材及び摺動部品の製造方法の一例を説明する。本実施形態による鋼材及び摺動部品の製造方法は、これに限定されない。
[Production method]
Hereinafter, an example of the method for manufacturing the steel material and the sliding component according to the present embodiment will be described. The method for manufacturing the steel material and the sliding component according to the present embodiment is not limited to this.

[鋼材の製造方法]
図3は、本実施形態による鋼材の製造方法の一例を示すフロー図である。この製造方法は、素材を準備する工程(ステップA1)と、素材を加熱する工程(ステップA2)と、加熱された素材を熱間鍛造する工程(ステップA3)と、熱間鍛造された素材を焼入れする工程(ステップA4)と、焼入れされた素材を焼戻しする工程(ステップA5)とを備えている。
[Method of manufacturing steel materials]
FIG. 3 is a flow chart showing an example of the method for manufacturing a steel product according to the present embodiment. This manufacturing method includes a step of preparing a material (step A1), a step of heating the material (step A2), a step of hot forging the heated material (step A3), and a step of hot forging the material. It includes a step of quenching (step A4) and a step of tempering the quenched material (step A5).

まず、上述した化学組成の素材を準備する(ステップA1)。例えば、上述した化学組成の鋼を溶製し、連続鋳造及び分塊圧延によってビレットを製造する。 First, a material having the above-described chemical composition is prepared (step A1). For example, a billet is manufactured by melting steel having the above-described chemical composition, and performing continuous casting and slab rolling.

素材を1000〜1250℃に加熱する(ステップA2)。続いて、加熱された素材を熱間鍛造する(ステップA3)。熱間鍛造によって、素材を摺動部品の粗形状に加工する。熱間鍛造の条件は特に限定されないが、仕上げ温度は例えば900℃である。熱間鍛造後、素材を放冷する。 The material is heated to 1000 to 1250°C (step A2). Then, the heated material is hot forged (step A3). By hot forging, the material is processed into the rough shape of sliding parts. The conditions for hot forging are not particularly limited, but the finishing temperature is 900° C., for example. After hot forging, the material is allowed to cool.

熱間鍛造された素材を、850℃以上の温度から焼入れする(ステップA4)。より具体的には、熱間鍛造された素材を、850℃以上の温度に加熱した後、油冷又は水冷する。 The hot forged material is quenched from a temperature of 850° C. or higher (step A4). More specifically, the hot forged material is heated to a temperature of 850° C. or higher and then oil-cooled or water-cooled.

焼入れされた素材を、500〜650℃の温度で焼戻しする(ステップA5)。保持時間は、例えば5〜60分である。これによって、微細なMoCが析出した組織が得られる。 The quenched material is tempered at a temperature of 500 to 650°C (step A5). The holding time is, for example, 5 to 60 minutes. As a result, a structure in which fine Mo 2 C is deposited can be obtained.

図4は、本実施形態による鋼材の製造方法の他の例を示すフロー図である。この製造方法は、素材を準備する工程(ステップB1)と、素材を加熱する工程(ステップB2)と、加熱された素材を熱間鍛造する工程(ステップB3)とを備えている。 FIG. 4 is a flow chart showing another example of the method for manufacturing a steel material according to the present embodiment. This manufacturing method includes a step of preparing a raw material (step B1), a step of heating the raw material (step B2), and a step of hot forging the heated raw material (step B3).

まず、上述した化学組成の素材を準備する(ステップB1)。例えば、上述した化学組成の鋼を溶製し、連続鋳造及び分塊圧延によってビレットを製造する。 First, a material having the above-described chemical composition is prepared (step B1). For example, a billet is manufactured by melting steel having the above-described chemical composition, and performing continuous casting and slab rolling.

素材を1000〜1250℃に加熱する(ステップB2)。続いて、加熱された素材を熱間鍛造する(ステップB3)。素材を熱間鍛造する工程(ステップB3)は、主鍛造工程(ステップB3−1)と、温間加工工程(ステップB3−2)とを含んでいる。 The material is heated to 1000 to 1250°C (step B2). Subsequently, the heated material is hot forged (step B3). The step of hot forging the material (step B3) includes a main forging step (step B3-1) and a warm working step (step B3-2).

主鍛造工程(ステップB3−1)の条件は、特に限定されない。温間加工工程(ステップS3−2)は、500〜650℃の温度で、減面率が10%以上の加工を素材に加える。温間加工による歪誘起析出によって、微細なMoCが析出した組織が得られる。なお、主鍛造工程の終了後に続けて温間加工を実施してもよいし、主鍛造工程の終了後に一旦放冷し、500〜650℃の温度に再加熱してから温間加工を実施してもよい。温間加工は、鍛造工程の最終の工程で実施することが好ましい。 The conditions for the main forging step (step B3-1) are not particularly limited. In the warm working step (step S3-2), a material having a surface reduction rate of 10% or more is added to the material at a temperature of 500 to 650°C. Due to the strain-induced precipitation by warm working, a structure in which fine Mo 2 C is precipitated can be obtained. The warm working may be carried out continuously after the main forging step is finished, or after the main forging step is finished, it is allowed to cool and then reheated to a temperature of 500 to 650°C and then the warm working is carried out. May be. The warm working is preferably carried out in the final step of the forging step.

[摺動部品の製造方法]
(1)表面硬化処理として高周波焼入れをする場合
図5は、本実施形態による摺動部品の製造方法の一例を示すフロー図である。この製造方法は、鋼材を準備する工程(ステップC1)と、鋼材を切削加工する工程(ステップC2)と、切削加工された鋼材を高周波焼入れする工程(ステップC3)と、高周波焼入れされた鋼材を低温焼戻しする工程(ステップC4)とを備えている。
[Manufacturing method of sliding parts]
(1) When Induction Hardening is Performed as Surface Hardening Treatment FIG. 5 is a flow chart showing an example of the method for manufacturing the sliding component according to the present embodiment. This manufacturing method includes a step of preparing a steel material (step C1), a step of cutting the steel material (step C2), a step of induction hardening the cut steel material (step C3), and an induction hardened steel material. A low temperature tempering step (step C4).

まず、上述した化学組成及び組織を有する鋼材を準備する(ステップC1)。鋼材は、図3又は図4で例示した製造方法によって製造されたものであってもよいし、それ以外の製造方法によって製造されたものであってもよい。 First, a steel material having the above-described chemical composition and structure is prepared (step C1). The steel material may be manufactured by the manufacturing method illustrated in FIG. 3 or FIG. 4, or may be manufactured by another manufacturing method.

鋼材を摺動部品の形状に切削加工する(ステップC2)。なお、摺動部品の形状によっては、切削加工(ステップC2)は実施されなくてもよい。 The steel material is cut into the shape of a sliding part (step C2). Note that the cutting process (step C2) may not be performed depending on the shape of the sliding component.

鋼材を高周波焼入れする(ステップC3)。高周波加熱時の到達温度は850〜1000℃とするのが好ましい。また、焼入れ時の冷却速度は1〜10℃/秒とするのが好ましい。高周波焼入れは、鋼材の一部にのみ実施してもよい。具体的には、摺動部分にのみ高周波焼入れを実施してもよい。 The steel material is induction hardened (step C3). The ultimate temperature during high frequency heating is preferably 850 to 1000°C. The cooling rate during quenching is preferably 1 to 10°C/sec. The induction hardening may be performed on only a part of the steel material. Specifically, induction hardening may be performed only on the sliding portion.

高周波焼入れされた鋼材を、低温焼戻しする(ステップC4)。低温焼戻しの温度は特に限定されないが、例えば150〜200℃である。なお、焼割れの心配がない場合、低温焼戻し(ステップC4)は実施されなくてもよい。 The induction-hardened steel material is tempered at a low temperature (step C4). The low temperature tempering temperature is not particularly limited, but is, for example, 150 to 200°C. If there is no risk of quench cracking, the low temperature tempering (step C4) may not be performed.

(2)表面硬化処理として冷間ロール加工をする場合
図6は、本実施形態による摺動部品の製造方法の他の例を示すフロー図である。この製造方法は、鋼材を準備する工程(ステップD1)と、鋼材を切削加工する工程(ステップD2)と、切削加工された鋼材を冷間ロール加工する工程(ステップD3)とを備えている。
(2) When cold rolling is performed as the surface hardening treatment FIG. 6 is a flowchart showing another example of the method for manufacturing the sliding component according to the present embodiment. This manufacturing method includes a step of preparing a steel material (step D1), a step of cutting the steel material (step D2), and a step of cold-rolling the cut steel material (step D3).

まず、上述した化学組成及び組織を有する鋼材を準備する(ステップD1)。鋼材は、図3又は図4で例示した製造方法によって製造されたものであってもよいし、それ以外の製造方法によって製造されたものであってもよい。 First, a steel material having the above-described chemical composition and structure is prepared (step D1). The steel material may be manufactured by the manufacturing method illustrated in FIG. 3 or FIG. 4, or may be manufactured by another manufacturing method.

鋼材を摺動部品の形状に切削加工する(ステップD2)。なお、摺動部品の形状によっては、切削加工(ステップD2)は実施されなくてもよい。 The steel material is cut into the shape of a sliding part (step D2). The cutting process (step D2) may not be performed depending on the shape of the sliding component.

鋼材に冷間ロール加工を施す(ステップD3)。冷間ロール加工の条件は、最大接触面圧(ヘルツ面圧)が2000〜4000MPa、摺動距離が1000〜2500mとするのが好ましい。冷間ロール加工は、鋼材の一部にのみ実施してもよい。具体的には、摺動部分にのみ冷間ロール加工を実施してもよい。 Cold rolling is performed on the steel material (step D3). The conditions of cold roll processing are preferably such that the maximum contact surface pressure (Hertz surface pressure) is 2000 to 4000 MPa and the sliding distance is 1000 to 2500 m. Cold rolling may be performed on only a part of the steel material. Specifically, cold rolling may be performed only on the sliding portion.

以上、本発明の実施形態を説明した。本実施形態によれば、耐焼付き性に優れた摺動部品、及び摺動部品用として好適な鋼材が得られる。 The embodiments of the present invention have been described above. According to this embodiment, a sliding component having excellent seizure resistance and a steel material suitable for the sliding component can be obtained.

上述した実施形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態を適宜変形して実施することが可能である。 The embodiments described above are merely examples for implementing the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented by appropriately modifying the above-described embodiments without departing from the spirit thereof.

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。本発明はこれらの実施例に限定されない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples. The invention is not limited to these examples.

表1に示す化学組成の鋼を150kg真空誘導溶解炉(VIM)によって溶製し、素材とした。各素材を1200〜1250℃に加熱し、50mm角、150mm長さに熱間鍛造して、表2に示す試験番号1〜21の供試材を作製した。なお、表1の「−」は、該当する元素の含有量が不純物レベルであることを示す。 Steel having the chemical composition shown in Table 1 was melted by a 150 kg vacuum induction melting furnace (VIM) to obtain a raw material. Each material was heated to 1200 to 1250° C. and hot forged to a length of 50 mm and a length of 150 mm to prepare test materials of test numbers 1 to 21 shown in Table 2. In addition, "-" in Table 1 indicates that the content of the corresponding element is at the impurity level.

Figure 0006737102
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供試材の一部は、細粒化(析出)処理を実施して作製した。表2の「前処理」の欄に「温間加工」と記載されている供試材には、細粒化(析出)処理として、熱間鍛造の最終工程において、600℃で15%の加工を加える温間加工を実施し、50mm角、150mm長さに鍛造した。同欄に「焼入れ焼戻し」と記載されている供試材には、細粒化(析出)処理として、熱間鍛造後、950℃に加熱した後焼入れし、さらに600℃で30分間焼戻しを実施した。同欄に「鍛造まま」と記載されている供試材は、細粒化(析出)処理を実施せず、熱間鍛造後そのまま室温まで放冷した。 Part of the test material was produced by performing a grain refining (precipitation) treatment. For the test material described as "warm working" in the column of "pretreatment" in Table 2, as a grain refining (precipitation) treatment, in the final step of hot forging, processing of 15% at 600°C was performed. Was carried out and forged into a 50 mm square and 150 mm length. For the test material described as "Quenching and tempering" in the same column, as a grain refining (precipitation) treatment, after hot forging, it was heated to 950°C, then quenched, and further tempered at 600°C for 30 minutes. did. The test material described as “as forged” in the same column was not subjected to the grain refining (precipitation) treatment, and was allowed to cool to room temperature after hot forging.

各供試材から、長手方向と垂直な面が観察面となるように試料を採取した。観察面を光学顕微鏡で観察して、組織を特定した。結果を表2の「硬化処理前の組織」の欄に示す。同試料からTEM観察用試料を作成し、観察面の電子線回折像から、炭化物の種類(MoC又はセメンタイト)を特定した。結果を表2の「硬化処理前の炭化物の種類」の欄に示す。全炭化物の個数に対するMoCの個数の割合が10%未満の場合、同欄に「θ」と記載した。全炭化物の個数に対するMoCの個数の割合が10%以上の場合、同欄に「MoC+θ」と記載した。 A sample was taken from each test material so that the plane perpendicular to the longitudinal direction became the observation plane. The observation surface was observed with an optical microscope to identify the tissue. The results are shown in the column of "structure before hardening treatment" in Table 2. A sample for TEM observation was prepared from the same sample, and the type of carbide (Mo 2 C or cementite) was specified from the electron beam diffraction image of the observation surface. The results are shown in the column "Type of carbide before hardening treatment" in Table 2. When the ratio of the number of Mo 2 C to the total number of carbides is less than 10%, “θ” is described in the same column. When the ratio of the number of Mo 2 C to the total number of carbides is 10% or more, “Mo 2 C+θ” is described in the same column.

また、長手方向と垂直な面が観察面となるように試料を採取し、前述の実施形態で説明した方法によって、MoCの平均粒子間隔を求めた。なお、Mo濃度が50質量%以上の粒子がMoCであることを、TEM観察の結果と比較して確認した。結果を表2の「硬化処理前のMoCの平均粒子間隔」の欄に示す。 Further, a sample was sampled so that the surface perpendicular to the longitudinal direction was the observation surface, and the average particle spacing of Mo 2 C was determined by the method described in the above embodiment. It was confirmed that particles having a Mo concentration of 50% by mass or more were Mo 2 C by comparing with the result of TEM observation. The results are shown in the column of “Average particle spacing of Mo 2 C before curing treatment” in Table 2.

表2に示すように、細粒化(析出)処理を実施した供試材は、いずれもMoCが析出した組織を有していた。一方、細粒化(析出)処理を実施しなかった供試材の組織には、いずれもMoCが析出していなかった。 As shown in Table 2, each of the test materials subjected to the grain refinement (precipitation) treatment had a structure in which Mo 2 C was precipitated. On the other hand, no Mo 2 C was precipitated in the structures of the test materials that were not subjected to the grain refining (precipitation) treatment.

MoCが析出した供試材のうち、試験番号3、11、13、及び15は、MoCの平均粒子間隔が1.0μmよりも大きかった。試験番号3の平均粒子間隔が大きかったのは、鋼種BのP含有量が少なすぎたためと考えられる。試験番号11及び13の平均粒子間隔が大きかったのは、鋼種F及び鋼種GのP含有量及びAl含有量が少なすぎたためと考えられる。試験番号15の平均粒子間隔が大きかったのは、鋼種HのAl含有量が少なすぎたためと考えられる。 Among the test materials on which Mo 2 C was deposited, in Test Nos. 3, 11, 13, and 15, the average particle spacing of Mo 2 C was larger than 1.0 μm. The reason why the average particle spacing in Test No. 3 was large is considered to be because the P content of Steel Type B was too small. It is considered that the large average particle intervals in Test Nos. 11 and 13 were due to the P content and Al content of the steel types F and G being too small. The reason why the average particle spacing in Test No. 15 was large is considered to be because the Al content of the steel type H was too small.

各供試材に対し、2種類の表面硬化処理の1種類を選択して実施した。具体的には、(1)高周波焼入れ相当の熱処理又は(2)冷間ロール加工を実施した。 One of two types of surface hardening treatments was selected and carried out for each test material. Specifically, (1) heat treatment equivalent to induction hardening or (2) cold roll working was performed.

(1)高周波焼入れ
試験番号1〜15の供試材に対し、高周波焼入れ相当の熱処理を実施した。具体的には、鍛造材表面から12mm角、60mm長さの試験片を切り出し、各供試材を950℃の到達温度になるまで加熱し、その後、直ちに室温まで2℃/秒の冷却速度で冷却した。これは油冷相当の冷却速度である。高周波焼入れ相当の熱処理を実施した後、各供試材を150〜200℃で低温焼戻しした。
(1) Induction hardening Quenching was performed on the test materials of Test Nos. 1 to 15 corresponding to induction hardening. Specifically, a test piece of 12 mm square and 60 mm length is cut out from the surface of the forged material, and each test material is heated until the ultimate temperature of 950° C. is reached. Cooled. This is a cooling rate equivalent to oil cooling. After performing heat treatment equivalent to induction hardening, each test material was low temperature tempered at 150 to 200°C.

(2)冷間ロール加工
試験番号16〜21の供試材に対し、冷間ロール加工を実施した。具体的には、50mm角、150mm長さの供試材から、図7に示すようなφ50mm、150mm長さの形状に機械加工し、さらにR6.5mmの溝加工を加えた。当該溝部分に、R6のピンからなる冷間ロールで摺動距離2000mの冷間加工を加えた。ロール加工条件は、最大接触面圧(ヘルツ面圧)が3500MPa以上になるように圧延荷重を調整した。
(2) Cold Roll Working Cold rolling was performed on the test materials of Test Nos. 16 to 21. Specifically, a test material of 50 mm square and 150 mm length was machined into a shape of φ50 mm and 150 mm length as shown in FIG. 7, and further groove processing of R6.5 mm was added. Cold working with a sliding distance of 2000 m was applied to the groove portion with a cold roll made of an R6 pin. As for the roll processing conditions, the rolling load was adjusted so that the maximum contact surface pressure (Hertz surface pressure) was 3500 MPa or more.

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表3の「表面処理」の欄の「IH」は、表面硬化処理として高周波焼入れ相当の熱処理を実施したことを示す。同欄の「CR」は、表面硬化処理として冷間ロール加工を実施したことを示す。 "IH" in the "Surface treatment" column of Table 3 indicates that a heat treatment equivalent to induction hardening was performed as the surface hardening treatment. “CR” in the same column indicates that cold roll processing was performed as the surface hardening treatment.

表面硬化処理を実施した各供試材から、寸法:2.7mm×2.0mm×2.0mmのブロックを複数個採取した。この際、表面硬化処理を施した供試材の表面が2.7mm×2.0mmの面となるよう、供試材の表面からブロックを採取した。転位密度測定のためのX線半価幅の測定、並びに後述する摩耗試験及び摩耗試験後のナノ硬さの測定は、2.7mm×2.0mmの面(以下、「試験面」という。)に対して行うが、この試験面の凹凸を除去するため、ペーパー研磨及びコロイダルシリカを用いた研磨を実施した。さらに、ペーパー研磨及びコロイダルシリカを用いた研磨によって生成した加工層を除去するため、電解研磨を実施した。ペーパー研磨、コロイダルシリカを用いた研磨及び電解研磨によって除去した表面の深さは約3μmであった。 A plurality of blocks having dimensions of 2.7 mm×2.0 mm×2.0 mm were sampled from each of the test materials subjected to the surface hardening treatment. At this time, a block was sampled from the surface of the test material so that the surface of the test material subjected to the surface hardening treatment had a surface of 2.7 mm×2.0 mm. The X-ray full width at half maximum for measuring the dislocation density, and the wear test described later and the measurement of the nano hardness after the wear test are performed on a surface of 2.7 mm×2.0 mm (hereinafter referred to as “test surface”). However, in order to remove the unevenness of the test surface, paper polishing and polishing using colloidal silica were performed. Further, electrolytic polishing was carried out in order to remove the processed layer generated by the paper polishing and the polishing using colloidal silica. The depth of the surface removed by paper polishing, polishing using colloidal silica, and electrolytic polishing was about 3 μm.

そして、上記研磨後のブロックの試験面と垂直関係にある面を対象として組織の特定、炭化物の特定、旧オーステナイト粒の平均粒径の測定(高周波焼入れ相当の熱処理を実施した供試材のみ)、炭化物の平均長径の測定、ビッカース硬さの測定を行った。 Then, the structure is specified for the surface in a vertical relationship with the test surface of the block after the polishing, the carbide is specified, and the average particle diameter of the former austenite grains is measured (only the test material subjected to heat treatment equivalent to induction hardening). The average major axis of the carbide and the Vickers hardness were measured.

組織の特定、旧オーステナイト粒の平均粒径の測定及びビッカース硬さの測定は、研磨後の試験面から500μmの深さのところを観察対象とした。炭化物の特定及び炭化物の平均長径の測定は、研磨後の試験面を含む視野で行った。組織の特定は、光学顕微鏡で行った。結果を表3の「組織」の欄に示す。炭化物の種類(MoC又はセメンタイト)は、TEM観察用試料を作成し、電子線回折像から特定した。結果を表3の「炭化物の種類」の欄に示す。全炭化物の個数に対するMoCの個数の割合が10%未満の場合、同欄に「θ」と記載した。全炭化物の個数に対するセメンタイトの個数の割合が10%未満の場合、同欄に「MoC」と記載した。上記以外の場合、同欄に「MoC+θ」と記載した。 The identification of the structure, the measurement of the average grain size of the prior austenite grains, and the measurement of the Vickers hardness were observed at a depth of 500 μm from the test surface after polishing. The identification of the carbide and the measurement of the average major axis of the carbide were performed in a visual field including the test surface after polishing. The tissue was identified by an optical microscope. The results are shown in the "Organization" column of Table 3. The type of carbide (Mo 2 C or cementite) was specified from an electron diffraction image after preparing a sample for TEM observation. The results are shown in the column "Type of carbide" in Table 3. When the ratio of the number of Mo 2 C to the total number of carbides is less than 10%, “θ” is described in the same column. When the ratio of the number of cementites to the total number of carbides was less than 10%, “Mo 2 C” was described in the same column. In cases other than the above, “Mo 2 C+θ” is described in the same column.

前述の実施形態で説明した方法によって、旧オーステナイト粒の平均粒径、炭化物の平均長径、及び転位密度を求めた。結果を表3の「旧γ粒径」、「炭化物の平均長径」、及び「転位密度」の欄にそれぞれ示す。これらの欄における「−」は、同測定を実施していないことを示す。さらに、ビッカース硬さを測定した。結果を表3の「ビッカース硬さ」の欄に示す。 The average grain size of the prior austenite grains, the average major axis of carbides, and the dislocation density were determined by the method described in the above embodiment. The results are shown in Table 3 in the columns of "old γ grain size", "average major axis of carbides", and "dislocation density", respectively. "-" in these columns indicates that the same measurement was not performed. Furthermore, the Vickers hardness was measured. The results are shown in the column of "Vickers hardness" in Table 3.

表3に示すように、高周波焼入れ相当の熱処理を施したブロックの表層の組織は、すべてマルテンサイトであった。表2及び表3に示すように、細粒化(析出)処理が実施されたブロック(試験番号3、5、7、9、11、13、及び15)は、いずれも旧オーステナイト粒の平均粒径が10μm以下であった。このうち、化学組成も適切であったブロック(試験番号5、7、及び9)は、セメンタイトが析出せず、かつ炭化物の平均長径が10nm未満であった。 As shown in Table 3, the structure of the surface layer of the block subjected to the heat treatment corresponding to the induction hardening was all martensite. As shown in Tables 2 and 3, all the blocks (test numbers 3, 5, 7, 9, 11, 13, and 15) subjected to the grain refinement (precipitation) treatment were the average grain size of the old austenite grains. The diameter was 10 μm or less. Among these, the blocks having appropriate chemical compositions (test numbers 5, 7, and 9) did not precipitate cementite and had an average major axis of carbides of less than 10 nm.

冷間ロール加工を施したブロックのうち、細粒化(析出)処理が実施されたブロック(試験番号17、19、21)は、いずれも表層の組織が、転位密度が1015−2以上の高転位密度組織であった。 Among the blocks subjected to the cold roll processing, the blocks subjected to the grain refinement (precipitation) treatment (Test Nos. 17, 19, and 21) all have a surface layer structure with a dislocation density of 10 15 m −2 or more. It was a high dislocation density structure.

[耐焼付き性評価]
長時間摺動後のナノ硬さを評価するため、以下に説明するように、各ブロックに対して摩耗試験を実施し、摩耗試験後のナノ硬さを測定した。
[Seizure resistance evaluation]
In order to evaluate the nanohardness after sliding for a long time, a wear test was performed on each block and the nanohardness after the wear test was measured as described below.

各ブロックに対して、図8に示すピンオンディスク型摩耗試験を実施した。 The pin-on-disc type wear test shown in FIG. 8 was performed on each block.

ピンオンディスク型摩耗試験は、より具体的には、次のように実施した。ピンオンディスク試験機の回転ディスク10の表面に、800番のエメリーペーパー20を貼り付けた。そして、エメリーペーパー20にブロックである試験片30の試験面30aを0.3MPaの面圧で押しつけたまま、摺動距離が2000mになるように回転ディスク10を回転させた。 More specifically, the pin-on-disc type wear test was carried out as follows. The 800th emery paper 20 was stuck on the surface of the rotary disk 10 of the pin-on-disk tester. Then, while the test surface 30a of the test piece 30 as a block was pressed against the emery paper 20 with a surface pressure of 0.3 MPa, the rotary disk 10 was rotated so that the sliding distance became 2000 m.

上記の試験を、エメリーペーパー20に潤滑油(5W−20、油温度:130℃)を塗布した環境(潤滑環境)、及び潤滑油を塗布しない環境(無潤滑環境)の2通りの環境で実施した。 The above test is carried out in two environments: an environment (lubrication environment) where lubricant oil (5W-20, oil temperature: 130° C.) is applied to the emery paper 20 and an environment where no lubricant oil is applied (non-lubrication environment). did.

摩耗試験後、試験面のナノ硬さをナノインデテーション法によって測定した。潤滑環境及び無潤滑環境の両方において、試験面から20nm以内の位置におけるナノ硬さ(以下、「表層ナノ硬さ」という。)が14GPa以上になることを目標とした。 After the abrasion test, the nano hardness of the test surface was measured by the nano indexation method. In both the lubricated environment and the non-lubricated environment, the nanohardness at a position within 20 nm from the test surface (hereinafter, referred to as “surface nanohardness”) was set to 14 GPa or more.

ナノ硬さの測定は、Agilent Technology社製ナノインデンター、XP/DCM型を用いた。図9に示すように、ナノインデンターの探針40を試験片30の試験面30aに接触させて測定した。より具体的には、ダイアモンド製のバーコビッチ型針を試験面30aに連続剛性方式(CSM式)で押し込んだ。連続剛性方式の条件は、振動数を45Hz、振幅を2nm、押し込み深さを250nmとした。 The nano hardness was measured using a nano indenter manufactured by Agilent Technology, XP/DCM type. As shown in FIG. 9, the nano indenter probe 40 was brought into contact with the test surface 30 a of the test piece 30 for measurement. More specifically, a Burcovitch type needle made of diamond was pushed into the test surface 30a by the continuous rigidity method (CSM method). The conditions of the continuous stiffness system were that the frequency was 45 Hz, the amplitude was 2 nm, and the indentation depth was 250 nm.

試験番号1〜5の、摩耗試験後のナノ硬さの分布を、図10A〜図10Eにそれぞれ示す。 The distributions of the nano hardnesses of the test numbers 1 to 5 after the abrasion test are shown in FIGS. 10A to 10E, respectively.

図10Aに示すように、試験番号1は、潤滑環境に比べ、無潤滑環境の場合には、ナノ硬さが大きく低下していた。これは、鋼種AのMn含有量が高いため、熱伝導率が低く、摩擦熱の影響が大きかったためと考えられる。 As shown in FIG. 10A, in Test No. 1, the nano hardness was significantly reduced in the non-lubricated environment as compared to the lubricated environment. It is considered that this is because the Mn content of the steel type A was high, the thermal conductivity was low, and the influence of frictional heat was large.

図10B及び図10Cに示すように、試験番号2及び3は、潤滑環境と無潤滑環境との差は小さいものの、全体的にナノ硬さが低く、14GPa未満であった。これは、鋼種BのP含有量が低いため、熱的安定性が低かったためと考えられる。 As shown in FIGS. 10B and 10C, in Test Nos. 2 and 3, although the difference between the lubrication environment and the non-lubrication environment was small, the nanohardness was low as a whole and was less than 14 GPa. It is considered that this is because the thermal stability was low because the P content of steel type B was low.

図10Dに示すように、試験番号4は、ナノ硬さが比較的高く、かつ潤滑環境と無潤滑環境との差が小さかった。しかしながら、無潤滑環境において、表層ナノ硬さが14GPa未満であった。これは、粗大な炭化物、すなわち板状又は針状の粗大なセメンタイトによって、摺動による摩耗が促進されたためと考えられる。 As shown in FIG. 10D, in Test No. 4, the nano hardness was relatively high, and the difference between the lubrication environment and the non-lubrication environment was small. However, in the non-lubricated environment, the surface nanohardness was less than 14 GPa. It is considered that this is because the coarse carbide, that is, the plate-like or needle-like coarse cementite promoted the wear due to sliding.

図10Eに示すように、試験番号5は、ナノ硬さが高く、かつ潤滑環境と無潤滑環境との差が小さかった。さらに、潤滑環境及び無潤滑環境の両方において、表層ナノ硬さが14GPa以上であった。 As shown in FIG. 10E, in test number 5, the nano hardness was high and the difference between the lubrication environment and the non-lubrication environment was small. Furthermore, the surface layer nanohardness was 14 GPa or more in both the lubricated environment and the non-lubricated environment.

試験番号1〜21の表層ナノ硬さを、表4及び図11に示す。 Table 4 and FIG. 11 show surface nanohardnesses of test numbers 1 to 21.

Figure 0006737102
Figure 0006737102

試験番号5、7、9、17、19、及び21は、潤滑環境及び無潤滑環境の両方において、摺動後の表層ナノ硬さが14GPa以上であった。これらは、優れた耐焼付き性を備えていると考えられる。 In the test numbers 5, 7, 9, 17, 19, and 21, the surface layer nano-hardness after sliding was 14 GPa or more in both the lubricated environment and the non-lubricated environment. It is considered that these have excellent seizure resistance.

試験番号1、2、6、8、10、12、及び14は、潤滑環境及び無潤滑環境の両方において、摺動後の表層ナノ硬さが14GPa未満であった。試験番号4は、無潤滑環境において、摺動後の表層ナノ硬さが14GPa未満であった。これらは、旧オーステナイト粒が粗大であったとともに、針状又は板状の粗大なセメンタイトが析出したため、摺動による摩耗が促進されたと考えられる。 In Test Nos. 1, 2, 6, 8, 10, 12, and 14, the surface nanohardness after sliding was less than 14 GPa in both the lubricated environment and the non-lubricated environment. Test No. 4 had a surface layer nanohardness of less than 14 GPa after sliding in a non-lubricated environment. It is considered that, since the old austenite grains were coarse and needle-like or plate-like coarse cementite was deposited, wear due to sliding was promoted.

試験番号3、11、13、及び15は、潤滑環境及び無潤滑環境の両方において、摺動後の表層ナノ硬さが14GPa未満であった。これらは、旧オーステナイト粒は微細であったものの、針状又は板状の粗大なセメンタイトが析出したため、摺動による摩耗が促進されたと考えられる。 In Test Nos. 3, 11, 13, and 15, the surface layer nanohardness after sliding was less than 14 GPa in both the lubricated environment and the non-lubricated environment. It is considered that the former austenite grains were fine, but the acicular or plate-like coarse cementite was deposited, and thus the abrasion due to sliding was promoted.

試験番号16、18、及び20は、潤滑環境及び無潤滑環境の両方において、摺動後の表層ナノ硬さが14GPa未満であった。これらは、転位密度が低かったため、摺動による摩耗が促進されたと考えられる。 In the test numbers 16, 18, and 20, the surface layer nanohardness after sliding was less than 14 GPa in both the lubricated environment and the non-lubricated environment. Since these had a low dislocation density, it is considered that wear due to sliding was promoted.

Claims (6)

摺動部品用鋼材であって、
化学組成が、質量%で、
C :0.35〜0.6%、
Si:0.50%未満、
Mn:0.80%未満、
P :0.02%を超え0.1%以下、
S :0.05%未満、
Mo:0.5〜3.5%、
Al:0.005〜0.06%、
N :0.001〜0.02%、
Nb:0〜0.05%、
残部:Fe及び不純物であり、
前記鋼材の少なくとも表層にMoCが析出した組織を有し、
前記MoCの平均粒子間隔が1.0μm以下である、摺動部品用鋼材。
Steel material for sliding parts ,
The chemical composition is% by mass,
C: 0.35-0.6%,
Si: less than 0.50%,
Mn: less than 0.80%,
P: more than 0.02% and 0.1% or less,
S: less than 0.05%,
Mo: 0.5-3.5%,
Al: 0.005-0.06%,
N: 0.001-0.02%,
Nb: 0 to 0.05%,
Remainder: Fe and impurities,
At least the surface layer of the steel material has a structure in which Mo 2 C is deposited,
A steel material for sliding parts , wherein the average particle spacing of Mo 2 C is 1.0 μm or less.
請求項1に記載の摺動部品用鋼材であって、
前記化学組成が、質量%で、
Nb:0.005〜0.05%、
を含有する摺動部品用鋼材。
The steel material for sliding parts according to claim 1,
The chemical composition is% by mass,
Nb: 0.005-0.05%,
Steel material for sliding parts containing.
摺動部品であって、
化学組成が、質量%で、
C :0.35〜0.6%、
Si:0.50%未満、
Mn:0.80%未満、
P :0.02%を超え0.1%以下、
S :0.05%未満、
Mo:0.5〜3.5%、
Al:0.005〜0.06%、
N :0.001〜0.02%、
Nb:0〜0.05%、
残部:Fe及び不純物であり、
前記摺動部品の少なくとも表層の組織はマルテンサイトであり、
前記マルテンサイトの旧オーステナイト粒の平均粒径が10μm以下であり、
前記摺動部品の少なくとも表層に炭化物が析出した組織を有し、
前記炭化物の平均長径が10nm以下である、摺動部品。
Sliding parts,
The chemical composition is% by mass,
C: 0.35-0.6%,
Si: less than 0.50%,
Mn: less than 0.80%,
P: more than 0.02% and 0.1% or less,
S: less than 0.05%,
Mo: 0.5-3.5%,
Al: 0.005-0.06%,
N: 0.001-0.02%,
Nb: 0 to 0.05%,
Remainder: Fe and impurities,
At least the surface structure of the sliding component is martensite,
Ri average particle diameter der less 10μm of prior austenite grains of the martensite,
At least the surface layer of the sliding component has a structure in which carbide is precipitated,
A sliding part having an average major axis of the carbide of 10 nm or less .
摺動部品であって、
化学組成が、質量%で、
C :0.35〜0.6%、
Si:0.50%未満、
Mn:0.80%未満、
P :0.02%を超え0.1%以下、
S :0.05%未満、
Mo:0.5〜3.5%、
Al:0.005〜0.06%、
N :0.001〜0.02%、
Nb:0〜0.05%、
残部:Fe及び不純物であり、
前記摺動部品の少なくとも表層の組織は、転位密度が1015−2以上の高転位密度組織であり、
前記摺動部品の少なくとも表層に炭化物が析出した組織を有し、
前記炭化物の平均長径が10nm以下である、摺動部品。
Sliding parts,
The chemical composition is% by mass,
C: 0.35-0.6%,
Si: less than 0.50%,
Mn: less than 0.80%,
P: more than 0.02% and 0.1% or less,
S: less than 0.05%,
Mo: 0.5-3.5%,
Al: 0.005-0.06%,
N: 0.001-0.02%,
Nb: 0 to 0.05%,
Remainder: Fe and impurities,
Wherein at least the surface layer of the tissue of the sliding parts, the dislocation density of Ri 10 15 m -2 or more high-dislocation-density tissue der,
At least the surface layer of the sliding component has a structure in which carbide is precipitated,
A sliding part having an average major axis of the carbide of 10 nm or less .
請求項1に記載の摺動部品用鋼材の製造方法であって、
化学組成が、質量%で、C:0.35〜0.6%、Si:0.50%未満、Mn:0.80%未満、P:0.02%を超え0.1%以下、S:0.05%未満、Mo:0.5〜3.5%、Al:0.005〜0.06%、N:0.001〜0.02%、Nb:0〜0.05%、残部:Fe及び不純物である素材を準備する工程と、
前記素材を1000〜1250℃に加熱する工程と、
前記加熱された素材を熱間鍛造する工程と、
前記熱間鍛造された素材を850℃以上の温度から焼入れする工程と、
前記焼入れされた素材を500〜650℃の温度で焼戻しする工程とを備える、摺動部品用鋼材の製造方法。
A method of manufacturing a steel material for sliding parts according to claim 1,
The chemical composition is C: 0.35 to 0.6%, Si: less than 0.50%, Mn: less than 0.80%, P: more than 0.02% and 0.1% or less, S in mass%. : Less than 0.05%, Mo: 0.5 to 3.5%, Al: 0.005 to 0.06%, N: 0.001 to 0.02%, Nb: 0 to 0.05%, balance : A step of preparing a material that is Fe and impurities,
A step of heating the material to 1000 to 1250° C.,
A step of hot forging the heated material,
Quenching the hot forged material from a temperature of 850° C. or higher;
And a step of tempering the quenched material at a temperature of 500 to 650°C, a method for producing a steel material for sliding parts .
請求項1に記載の摺動部品用鋼材の製造方法であって、
化学組成が、質量%で、C:0.35〜0.6%、Si:0.50%未満、Mn:0.80%未満、P:0.02%を超え0.1%以下、S:0.05%未満、Mo:0.5〜3.5%、Al:0.005〜0.06%、N:0.001〜0.02%、Nb:0〜0.05%、残部:Fe及び不純物である素材を準備する工程と、
前記素材を1000〜1250℃に加熱する工程と、
前記加熱された素材を熱間鍛造する工程とを備え、
前記熱間鍛造する工程は、500〜650℃の温度において減面率が10%以上の加工を前記素材に加える温間加工工程を含む、摺動部品用鋼材の製造方法。
A method of manufacturing a steel material for sliding parts according to claim 1,
The chemical composition is C: 0.35 to 0.6%, Si: less than 0.50%, Mn: less than 0.80%, P: more than 0.02% and 0.1% or less, S in mass%. : Less than 0.05%, Mo: 0.5 to 3.5%, Al: 0.005 to 0.06%, N: 0.001 to 0.02%, Nb: 0 to 0.05%, balance : A step of preparing a material that is Fe and impurities,
A step of heating the material to 1000 to 1250° C.,
A step of hot forging the heated material,
The hot forging step is a method for manufacturing a steel material for sliding parts , which includes a warm working step in which a surface reduction rate of 10% or more is applied to the material at a temperature of 500 to 650°C.
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