JP7135484B2 - Carburizing steel and parts - Google Patents

Carburizing steel and parts Download PDF

Info

Publication number
JP7135484B2
JP7135484B2 JP2018115366A JP2018115366A JP7135484B2 JP 7135484 B2 JP7135484 B2 JP 7135484B2 JP 2018115366 A JP2018115366 A JP 2018115366A JP 2018115366 A JP2018115366 A JP 2018115366A JP 7135484 B2 JP7135484 B2 JP 7135484B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
steel
content
less
test
carburizing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018115366A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019218585A (en
Inventor
聡 志賀
豊 根石
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP2018115366A priority Critical patent/JP7135484B2/en
Publication of JP2019218585A publication Critical patent/JP2019218585A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7135484B2 publication Critical patent/JP7135484B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Description

本発明は、浸炭用鋼及び部品に関し、さらに詳しくは、冷間鍛造等の冷間加工に用いられる浸炭用鋼と、当該浸炭用鋼から得られる部品に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to carburizing steel and parts, and more particularly to carburizing steel used in cold working such as cold forging, and parts obtained from the carburizing steel.

自動車及び建築構造物の部品の製造には、近年、冷間鍛造等の冷間加工が広く行われている。これは冷間加工が、寸法精度、歩留まり、及び製造コストの観点で優れているからである。自動車及び建築構造物の部品は、例えばシャフトやボルト、ボールジョイント、インナー/アウターレース、スパイダー、ピニオンギヤ等である。これらの部品は、冷間加工ままで使われる場合もあるが、多くの場合、冷間加工により所定の形状に成形された後、焼入れ及び焼戻しを実施して最終的な強度を調整される。 In recent years, cold working such as cold forging has been widely used in the manufacture of parts for automobiles and building structures. This is because cold working is superior in terms of dimensional accuracy, yield, and manufacturing cost. Parts of automobiles and building structures are, for example, shafts, bolts, ball joints, inner/outer races, spiders, pinion gears and the like. Although these parts may be used as they are cold-worked, in many cases they are cold-worked to form a desired shape and then quenched and tempered to adjust the final strength.

近年、部品の小型軽量化が進み、部品のさらなる高強度化が求められている。従来、焼入れ焼戻しを実施して強度を高めた、上記用途の部品には、たとえば、JIS G 4053の機械構造用合金鋼が用いられている。この機械構造用合金鋼はたとえば、クロム鋼、クロムモリブデン鋼、及びニッケルクロムモリブデン鋼等である。 In recent years, parts have become smaller and lighter, and there is a demand for parts with even higher strength. Conventionally, JIS G 4053 alloy steel for machine structural use, for example, has been used for parts for the above applications that have been quenched and tempered to increase their strength. This alloy steel for machine structure is, for example, chromium steel, chromium molybdenum steel, nickel chromium molybdenum steel, or the like.

これらの鋼材は、焼入れ性及び焼戻し軟化抵抗を高めるために、モリブデン(Mo)及びニッケル(Ni)等の合金元素を含有する。これらの鋼材を用いて熱間圧延により棒鋼及び線材を製造する場合、製造された棒鋼及び線材の硬さが高い。そのため、冷間加工が困難となる。そこで、冷間加工性を確保するため、棒鋼及び線材に対して、軟化熱処理として長時間の球状化焼鈍を複数回実施した後、冷間鍛造等で所望の形状に成形する。その後、焼入れ及び焼戻し処理により所望の強度及び硬さに調整する。 These steels contain alloying elements such as molybdenum (Mo) and nickel (Ni) to enhance hardenability and temper softening resistance. When these steel materials are used to manufacture steel bars and wire rods by hot rolling, the hardness of the manufactured steel rods and wire rods is high. Therefore, cold working becomes difficult. Therefore, in order to ensure cold workability, steel bars and wire rods are subjected to multiple times of long-time spheroidizing annealing as softening heat treatment, and then formed into desired shapes by cold forging or the like. After that, it is adjusted to the desired strength and hardness by quenching and tempering.

更に、鋼製部品は高い曲げ疲労強度が求められる。また、トランスミッション用シャフト等、自動車及び産業機械に利用される鋼部品は、潤滑油が塗布された状態で使用される場合が多いために、潤滑油由来の水素進入により遅れ破壊が生じやすい。このような遅れ破壊を防止するために耐遅れ破壊特性も求められる。 Furthermore, steel parts are required to have high bending fatigue strength. In addition, steel parts used in automobiles and industrial machinery, such as transmission shafts, are often used in a state where lubricating oil is applied, so delayed fracture is likely to occur due to the ingress of hydrogen derived from the lubricating oil. In order to prevent such delayed fracture, delayed fracture resistance is also required.

特許文献1には、Si含有量を0.01~0.10%に低減し、且つCr含有量及び/又はMo含有量を多くすることによって、高い曲げ疲労強度が得られることが開示されている。しかし、特許文献1には、Mnによる耐水素脆化特性への影響が考慮されていない。 Patent Document 1 discloses that high bending fatigue strength can be obtained by reducing the Si content to 0.01 to 0.10% and increasing the Cr content and/or Mo content. there is However, Patent Literature 1 does not consider the effect of Mn on hydrogen embrittlement resistance.

特許文献2には、Si含有量を0.20%以下に制限することによって鋼の冷間加工性が向上することが開示されており、また、Mn含有量とCr含有量との比Mn/Crが0.55以下であれば、高強度であっても優れた耐水素脆化特性が得られることが開示されている。 Patent Document 2 discloses that the cold workability of steel is improved by limiting the Si content to 0.20% or less. It is disclosed that if Cr is 0.55 or less, excellent hydrogen embrittlement resistance can be obtained even with high strength.

特開2013-108144号公報JP 2013-108144 A 特開2017-122270号公報JP 2017-122270 A

特許文献2は、焼き入れ性を確保するために、Mnを鋼中に0.4%以上含有させている。Mnは焼入れ性を高めて鋼の強度を高める効果を有するが、耐水素脆化特性を低下させる欠点も有する。特許文献2に開示された鋼中のMn含有量の下限は、特許文献1に開示された鋼中のMn含有量と同じであるため、特許文献2も、Mnに起因する耐水素脆化特性の低下の防止に限界がある。 In Patent Document 2, 0.4% or more of Mn is contained in steel in order to ensure hardenability. Mn has the effect of increasing the hardenability and strength of the steel, but it also has the drawback of lowering the hydrogen embrittlement resistance. Since the lower limit of the Mn content in the steel disclosed in Patent Document 2 is the same as the Mn content in the steel disclosed in Patent Document 1, Patent Document 2 also has hydrogen embrittlement resistance caused by Mn. There is a limit to the prevention of a decrease in

本発明の目的は、鋼中のMn含有量をMn:0.40%未満に低減することによって水素侵入環境下における優れた耐水素脆化特性を有し、鋼中のSi含有量を低減することによって高い冷間加工性を備えるとともに、前述のようにMn含有量が低減されていても焼入れ後の高い曲げ疲労強度を有する浸炭用鋼を提供することである。 The object of the present invention is to reduce the Mn content in the steel to Mn: less than 0.40%, thereby having excellent hydrogen embrittlement resistance in a hydrogen penetration environment and reducing the Si content in the steel. Therefore, it is an object of the present invention to provide a carburizing steel having high cold workability and high bending fatigue strength after quenching even if the Mn content is reduced as described above.

本発明者らは、浸炭用鋼の冷間加工性、及び耐水素脆化特性に影響を及ぼす成分及び組織について調査検討を行った。本発明者らは、1300MPa級の低合金ボロン鋼の耐水素脆化特性に及ぼすMnの影響を調査した結果、Mnを低減することによって限界拡散性水素量を向上できることを見出した。 The present inventors have investigated and investigated the components and structures that affect the cold workability and hydrogen embrittlement resistance of carburizing steel. The present inventors investigated the effect of Mn on the hydrogen embrittlement resistance of 1300 MPa class low alloy boron steel, and found that the critical diffusible hydrogen amount can be improved by reducing Mn.

上記知見に加え、本発明者らは、下記のように、鋼中のMn含有量を増加する代わりにC、Si、Cr、Mo及びV含有量を調整することによって、曲げ疲労強度、焼入れされた部分の耐摩耗性を高めることを見出した。また、本発明者らは、鋼中のCa、S含有量を調整することによって、Si含有量を低減できることを見出した。更に、本発明者らは、限界拡散水素量比HRと、Cr含有量に対するMn含有量の割合との関係を見出し、Mn:0.40%未満であっても、優れた耐水素脆化特性が得られることを見出した。 In addition to the above findings, the present inventors have found that by adjusting the C, Si, Cr, Mo and V contents instead of increasing the Mn content in the steel, the bending fatigue strength and quenching It was found that the wear resistance of the Moreover, the inventors found that the Si content can be reduced by adjusting the Ca and S contents in the steel. Furthermore, the present inventors have found a relationship between the critical diffusion hydrogen amount ratio HR and the ratio of the Mn content to the Cr content, and have found that even if the Mn is less than 0.40%, excellent hydrogen embrittlement resistance is obtained.

[浸炭用鋼の焼入れ性及び冷間加工性について]
(a)Si含有量を少なくすれば、曲げ疲労強度が高まるものの、焼戻し軟化抵抗が低くなり、面疲労強度が不十分になる。一方、Si含有量を少なくし、かつ、Cr含有量及び/又はMn含有量を多くすることによって、曲げ疲労強度が向上する。
[Hardenability and cold workability of carburizing steel]
(a) If the Si content is reduced, the bending fatigue strength increases, but the temper softening resistance decreases, and the surface fatigue strength becomes insufficient. On the other hand, by decreasing the Si content and increasing the Cr content and/or the Mn content, the bending fatigue strength is improved.

(b)しかし、Mn含有量が多すぎれば、浸炭用鋼に対して焼準処理を実施した後、前記鋼中にベイナイト組織が生成しやすくなる。ベイナイト組織が生成すれば、前記鋼の硬度が高まるので、前記鋼の切削性が低下する。Mnが含有されなくても、Cr含有量が多すぎれば、同様にベイナイト組織が生成しやすくなる。 (b) However, if the Mn content is too high, a bainite structure tends to form in the carburizing steel after it is normalized. If the bainite structure is generated, the hardness of the steel increases, so the machinability of the steel decreases. Even if Mn is not contained, if the Cr content is too high, a bainite structure is likely to be generated as well.

(c)したがって、焼入れ性を向上しつつ、曲げ疲労強度を高め、しかも冷間加工性を高められるようにCr含有量及びMn含有量を調整しなければならない。具体的には、以下の式で定義されるF1が0.48~0.58の範囲になるよう、C、Si及びCr含有量を調整する。
F1=C+Si/7+Mn/5+Cr/9
ここで、F1の前記式中の元素記号は、対応する元素の含有量(質量%)が代入され、対応する元素が不純物レベルの場合、F1の前記式の対応する元素記号には0が代入される。
(c) Therefore, the Cr content and the Mn content must be adjusted so as to improve the hardenability, increase the bending fatigue strength, and improve the cold workability. Specifically, the contents of C, Si and Cr are adjusted so that F1 defined by the following formula falls within the range of 0.48 to 0.58.
F1=C+Si/7+Mn/5+Cr/9
Here, the element symbol in the above formula for F1 is substituted with the content (% by mass) of the corresponding element, and when the corresponding element is an impurity level, 0 is substituted for the corresponding element symbol in the above formula for F1. be done.

また、Mo及びVも焼入れ性を向上しつつ、曲げ疲労強度、焼入れされた部分の耐摩耗性を高める効果を有する。これらの元素を含有する場合、以下の式で定義されるF1が0.48~0.58の範囲になるよう、C、Si、Cr、Mo及びV含有量を調整する。
0.48≦C+Si/7+Mn/5+Cr/9+2×Mo/5+V≦0.58・・・(1’)
ここで、F1の前記式中の元素記号は、対応する元素の含有量(質量%)が代入され、対応する元素が不純物レベルの場合、F1の前記式の対応する元素記号には0が代入される。
Mo and V also have the effect of improving the hardenability and increasing the bending fatigue strength and the wear resistance of the hardened portion. When these elements are contained, the contents of C, Si, Cr, Mo and V are adjusted so that F1 defined by the following formula is in the range of 0.48 to 0.58.
0.48≦C+Si/7+Mn/5+Cr/9+2×Mo/5+V≦0.58 (1′)
Here, the element symbol in the above formula for F1 is substituted with the content (% by mass) of the corresponding element, and when the corresponding element is an impurity level, 0 is substituted for the corresponding element symbol in the above formula for F1. be done.

[浸炭用鋼の硫化物制御について]
浸炭用鋼の冷間加工性はさらに、MnSに代表される硫化物系介在物(以下、硫化物という)の影響を受ける。具体的には、浸炭用鋼の表面近傍に含まれる硫化物が微細であり、かつ、球状に近い形状であれば、鍛造割れの起点となる粗大な硫化物個数を低減できるので冷間鍛造等の冷間加工性が高まる。
[Regarding sulfide control in carburizing steel]
The cold workability of carburizing steel is further affected by sulfide-based inclusions (hereinafter referred to as sulfides) represented by MnS. Specifically, if the sulfides contained in the vicinity of the surface of the carburizing steel are fine and have a nearly spherical shape, the number of coarse sulfides that cause forging cracks can be reduced. The cold workability of

Caは硫化物に固溶して硫化物の球状化を促進する。しかしながら、Sに対してCa含有量が高すぎれば、硫化物に固溶しなかったCaが粗大な酸化物を形成して鋼の耐水素脆化特性を低下する。鋼中のS含有量に対するCa含有量の比を適切な範囲に設定すれば、硫化物の形態を制御して冷間加工性を高めることができ、かつ、耐水素脆化特性を維持できる。具体的には、浸炭用鋼の化学組成が式(2)を満たす場合、耐水素脆化特性が維持されつつ、優れた冷間加工性が得られ、より複雑な部品の成形が可能となる。
0.03≦Ca/S≦0.15・・・(2)
ここで、式(2)の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
Ca dissolves in sulfides and promotes spheroidization of sulfides. However, if the Ca content is too high with respect to S, Ca that has not dissolved in the sulfide forms coarse oxides, degrading the hydrogen embrittlement resistance of the steel. By setting the ratio of the Ca content to the S content in the steel within an appropriate range, it is possible to control the morphology of sulfides, improve cold workability, and maintain hydrogen embrittlement resistance. Specifically, when the chemical composition of the carburizing steel satisfies the formula (2), excellent cold workability is obtained while maintaining hydrogen embrittlement resistance, making it possible to form more complicated parts. .
0.03≦Ca/S≦0.15 (2)
Here, the content (% by mass) of the corresponding element is substituted for each element symbol in formula (2).

F2=Ca/Sと定義する。F2は冷間加工性及び耐水素脆化特性の指標である。Caは、硫化物に固溶して、硫化物を微細分散させ、硫化物の形状を球状化する。F2が低すぎれば、つまりS含有量に対するCa含有量が低すぎれば、Caが硫化物に固溶しにくく、硫化物が球状化されにくい。そのため、冷間加工性が低下する。一方、F2が大きすぎれば、S含有量に対するCa含有量が高すぎる。この場合、硫化物に固溶しなかったCaが粗大な酸化物を形成し、冷間鍛造部品等の冷間加工部品の耐水素脆化特性が低下する。F2が式(2)を満たせば、優れた冷間加工性及び耐水素脆化特性が得られる。 Define F2=Ca/S. F2 is an index of cold workability and hydrogen embrittlement resistance. Ca forms a solid solution in sulfides, finely disperses the sulfides, and spheroidizes the sulfides. If F2 is too low, that is, if the Ca content relative to the S content is too low, it is difficult for Ca to form a solid solution in the sulfide, and the sulfide is difficult to spheroidize. Therefore, cold workability is deteriorated. On the other hand, if F2 is too large, the Ca content is too high relative to the S content. In this case, Ca not dissolved in the sulfide forms coarse oxides, and the hydrogen embrittlement resistance of cold-worked parts such as cold-forged parts deteriorates. If F2 satisfies the formula (2), excellent cold workability and resistance to hydrogen embrittlement can be obtained.

[浸炭用鋼の耐水素脆化特性について]
Mn量の制限に加えて、前述した式(2)を前提に式(3)を満たすことによって、高強度であっても優れた耐水素脆化特性が得られる。
Mn/Cr≦0.20・・・(3)
ここで、式(3)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。F3=Mn/Crと定義する。
[About hydrogen embrittlement resistance of carburizing steel]
In addition to limiting the amount of Mn, by satisfying formula (3) on the premise of formula (2) described above, excellent hydrogen embrittlement resistance can be obtained even with high strength.
Mn/Cr≦0.20 (3)
Here, the content (% by mass) of the corresponding element is substituted for each element symbol in formula (3). Define F3=Mn/Cr.

図1は、限界拡散水素量比HRと、F3(=Mn/Cr)との関係を示す図である。図1は後述の実施例により得られた。 FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the critical diffusion hydrogen amount ratio HR and F3 (=Mn/Cr). FIG. 1 was obtained from the examples described later.

図1中の縦軸は、限界拡散性水素量比HRを示す。限界拡散性水素量比HRは、JIS G4053(2016)のSCM435に相当する化学組成を有する鋼Mの限界拡散性水素量Hrefを基準として、次の式(A)で定義される。限界拡散性水素量比HRは耐水素脆化特性の指標である。
HR=Hc/Href・・・(A)
Hcは、後述の実施例において、各試験番号の限界拡散水素量である。限界拡散水素量Hcは、各試験番号において、種々の濃度の水素を導入した試験片に対して定荷重試験を実施した場合の、破断しなかった試験片の最大水素量を意味する。
The vertical axis in FIG. 1 indicates the critical diffusible hydrogen amount ratio HR. The critical diffusible hydrogen amount ratio HR is defined by the following formula (A) based on the critical diffusible hydrogen amount Href of steel M having a chemical composition corresponding to SCM435 of JIS G4053 (2016). The critical diffusible hydrogen amount ratio HR is an index of hydrogen embrittlement resistance.
HR=Hc/Href (A)
Hc is the critical amount of diffusion hydrogen for each test number in Examples described later. The critical diffusion hydrogen amount Hc means the maximum amount of hydrogen in a test piece that did not break when a constant load test was performed on test pieces to which various concentrations of hydrogen were introduced in each test number.

図1を参照して、F3が減少するほど、つまり、Mn含有量のCr含有量に対する比が小さくなるほど、限界拡散性水素量比HRは顕著に高まる。そして、F3が0.20より低くなれば、HRが1.00よりも高くなり、優れた耐水素脆化特性が得られる。 Referring to FIG. 1, as F3 decreases, that is, as the ratio of Mn content to Cr content decreases, the critical diffusible hydrogen amount ratio HR remarkably increases. When F3 is lower than 0.20, HR is higher than 1.00 and excellent hydrogen embrittlement resistance is obtained.

[浸炭用鋼の金属組織について]
冷間加工性は、上記事項に加えて、鋼の金属組織にも依存する。金属組織中が主としてフェライトであり、かつ、初析フェライトの面積率が高ければ、冷間加工性に優れる。具体的には、浸炭用鋼の金属組織中において、フェライトの面積率が60%以上であり、残部がパーライト及びベイナイトであれば、冷間加工性が高まる。この場合、球状化焼鈍処理を省略又は短時間化しても部品の成形が可能である。
[Metal structure of carburizing steel]
In addition to the above matters, cold workability also depends on the metallographic structure of the steel. When the metal structure is mainly ferrite and the area ratio of proeutectoid ferrite is high, the cold workability is excellent. Specifically, if the area ratio of ferrite is 60% or more in the metal structure of the carburizing steel, and the balance is pearlite and bainite, the cold workability is enhanced. In this case, the parts can be molded even if the spheroidizing annealing treatment is omitted or shortened.

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は次のとおりである。
(1)質量%で、
C:0.15~0.25%、Si:0.20未満、Mn:0.20~0.40%未満、Cr:1.60~2.00%、Al:0.005~0.060%、N:0.0015~0.0080%、Ca:0.0003~0.0050%、及びS:0.010~0.020%を含有し、
P:0.020%以下、O:0.0020%以下に制限され、
残部はFe及び不純物からなり、
下記式(1)~式(3)を満たす化学組成を有し、
フェライトの面積率が60%以上であることを特徴とする浸炭用鋼。
0.48≦C+Si/7+Mn/5+Cr/9≦0.58・・・ (1)
0.03≦Ca/S≦0.15・・・(2)
Mn/Cr≦0.20・・・(3)
ここで、式(1)~式(3)の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入され、Siが不純物レベルの場合、式(1)のSiには0が代入される。
(2)更に、質量%で、
Sb:0.100%以下、Sn:0.100%以下、及びBi:0.100%以下からなる群から選択される1種又は2種以上を含有することを特徴とする(1)に記載の浸炭用鋼。
(3)更に、質量%で、
Ti:0.010~0.050%、B:0.0003~0.0040%、Cu:0.50%以下、Ni:0.30%以下、Mo:0.05%以下、V:0.050%以下、及び Nb:0.050%以下からなる群から選択される1種又は2種以上を含有し、
下記式(1’)を満たすことを特徴とする(1)又は(2)に記載の浸炭用鋼。
0.48≦C+Si/7+Mn/5+Cr/9+2×Mo/5+V≦0.58・・・ (1’)
ここで、式(1’)の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入され、対応する元素が不純物レベルの場合、式(1’)の対応する元素記号には0が代入される。
(4)(1)~(3)のうちいずれかに記載の成分組成を有する芯部と、前記芯部よりも炭素含有量が高い表層部とを有することを特徴とする部品。
The present invention was made based on the above findings, and the gist thereof is as follows.
(1) in mass %,
C: 0.15-0.25%, Si: less than 0.20, Mn: less than 0.20-0.40%, Cr: 1.60-2.00%, Al: 0.005-0.060 %, N: 0.0015 to 0.0080%, Ca: 0.0003 to 0.0050%, and S: 0.010 to 0.020%,
P: 0.020% or less, O: limited to 0.0020% or less,
the balance consists of Fe and impurities,
Having a chemical composition satisfying the following formulas (1) to (3),
Carburizing steel characterized by having a ferrite area ratio of 60% or more.
0.48≦C+Si/7+Mn/5+Cr/9≦0.58 (1)
0.03≦Ca/S≦0.15 (2)
Mn/Cr≦0.20 (3)
Here, the content (% by mass) of the corresponding element is substituted for each element symbol in formulas (1) to (3), and when Si is at the impurity level, 0 is assigned to Si in formula (1). assigned.
(2) Furthermore, in % by mass,
(1) characterized by containing one or more selected from the group consisting of Sb: 0.100% or less, Sn: 0.100% or less, and Bi: 0.100% or less carburizing steel.
(3) Furthermore, in % by mass,
Ti: 0.010 to 0.050%, B: 0.0003 to 0.0040%, Cu: 0.50% or less, Ni: 0.30% or less, Mo: 0.05% or less, V: 0.05% or less. 050% or less, and Nb: 0.050% or less, containing one or more selected from the group consisting of
The carburizing steel according to (1) or (2), which satisfies the following formula (1′).
0.48≦C+Si/7+Mn/5+Cr/9+2×Mo/5+V≦0.58 (1′)
Here, the content (% by mass) of the corresponding element is substituted for each element symbol in formula (1′), and when the corresponding element is an impurity level, the corresponding element symbol in formula (1′) is 0 is substituted.
(4) A component comprising a core portion having the composition according to any one of (1) to (3) and a surface layer portion having a carbon content higher than that of the core portion.

本発明による浸炭用鋼は、優れた曲げ疲労強度及び優れた冷間加工性を有し、水素侵入環境下における優れた耐水素脆化特性を有する。 The carburizing steel according to the present invention has excellent bending fatigue strength, excellent cold workability, and excellent resistance to hydrogen embrittlement in a hydrogen penetration environment.

限界拡散性水素量比と、浸炭用鋼中のMn/Crとの関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the critical diffusible hydrogen amount ratio and Mn/Cr in carburizing steel. 図2は、実施例で作製したローラピッチング小ローラ試験片の側面図である。FIG. 2 is a side view of a roller pitching small roller test piece produced in an example. 図3は、実施例で作製した切り欠き付き小野式回転曲げ疲労試験片の側面図である。FIG. 3 is a side view of a notched Ono-type rotary bending fatigue test piece prepared in an example. 図4は、実施例における浸炭焼入れ条件を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing carburizing and quenching conditions in Examples. 環状Vノッチ付きの試験片の側面図である。FIG. 4 is a side view of a test specimen with an annular V-notch;

以下、本実施形態による浸炭用鋼について詳述する。元素に関する「%」は、特に断りがない限り、質量%を意味する。 The carburizing steel according to this embodiment will be described in detail below. "%" for elements means % by weight unless otherwise specified.

[化学組成]
本実施形態の浸炭用鋼の化学組成は、次の元素を含有する。
[Chemical composition]
The chemical composition of the carburizing steel of this embodiment contains the following elements.

[C:0.15~0.25%]
炭素(C)は、鋼の強度を高める。具体的には、Cは、浸炭焼入れ又は浸炭窒化焼入れを実施した鋼製部品の芯部の強度を高める。しかしながら、Cが過剰に含有されれば、パーライトの面積率が増大してフェライトの面積率が減少して鋼の硬度が増大するため、冷間加工性が悪化する。したがって、C含有量は、0.15~0.25%である。好ましいC含有量の上限は、0.23%である。好ましいC含有量の下限は、0.13%である。
[C: 0.15 to 0.25%]
Carbon (C) increases the strength of steel. Specifically, C enhances the strength of the core of the steel part that has been carburized and quenched or carbonitrided and quenched. However, if C is contained excessively, the area ratio of pearlite increases, the area ratio of ferrite decreases, and the hardness of the steel increases, resulting in poor cold workability. Therefore, the C content is 0.15-0.25%. A preferable upper limit of the C content is 0.23%. A preferable lower limit of the C content is 0.13%.

[Si:0.20%未満]
シリコン(Si)は、固溶強化によりフェライトを強化する。鋼の引張強度を下げたい場合、Si含有量はなるべく低いほうが好ましい。ただし、冷間加工部品の焼戻し硬さを高める場合、含有されてもよい。一方、Si含有量が高すぎれば、鋼の強度が高くなり過ぎ、鋼の冷間加工性が低下する。この場合、長時間の軟化熱処理が必要となり、コストが高くなる。したがって、Si含有量は0.20%未満である。Si含有量の好ましい上限は0.18%であり、さらに好ましくは、0.16%である。
[Si: less than 0.20%]
Silicon (Si) strengthens ferrite through solid solution strengthening. When it is desired to lower the tensile strength of steel, the lower the Si content is, the better. However, it may be contained when increasing the temper hardness of cold-worked parts. On the other hand, if the Si content is too high, the strength of the steel will be too high and the cold workability of the steel will be reduced. In this case, a softening heat treatment is required for a long period of time, increasing the cost. Therefore, the Si content is less than 0.20%. A preferable upper limit of the Si content is 0.18%, more preferably 0.16%.

[Mn:0.20~0.40%未満]
マンガン(Mn)は、焼入れ性を高めて鋼の強度を高める。Mn含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Mn含有量が高すぎれば、仕上げ圧延後の冷却時にフェライト変態の開始温度が低下してフェライトの面積率が低下する。また、Mnは、Siと結合して介在物(MnO-SiO)を形成する。この介在物は軟質であり、冷間圧延中に延伸及び分断されて微細化されるため、MnO-SiOの密度が低減し、耐水素脆化性が高まる。Mn含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Mn含有量が高すぎれば、粒界に偏析して粒界破壊を助長して、耐水素脆化性がかえって低くなる。したがって、Mn含有量は、0.20~0.40%未満である。Mn含有量の好ましい下限は0.22%であり、さらに好ましくは0.25%である。Mn含有量の好ましい上限は0.38%であり、さらに好ましくは0.35%である。
[Mn: less than 0.20 to 0.40%]
Manganese (Mn) increases hardenability and strength of steel. If the Mn content is too low, this effect cannot be obtained. On the other hand, if the Mn content is too high, the starting temperature of ferrite transformation is lowered during cooling after finish rolling, and the area ratio of ferrite is lowered. Moreover, Mn combines with Si to form inclusions (MnO—SiO 2 ). These inclusions are soft and are stretched and broken during cold rolling to be finer, so that the density of MnO—SiO 2 is reduced and the resistance to hydrogen embrittlement is increased. If the Mn content is too low, this effect cannot be obtained. On the other hand, if the Mn content is too high, it segregates at the grain boundaries and promotes intergranular fracture, resulting in rather low hydrogen embrittlement resistance. Therefore, the Mn content is less than 0.20-0.40%. A preferred lower limit for the Mn content is 0.22%, more preferably 0.25%. A preferable upper limit of the Mn content is 0.38%, more preferably 0.35%.

[Cr:1.60~2.00%]
クロム(Cr)は、鋼の焼入れ性及び耐焼戻し軟化性を高め、鋼の曲げ疲労強度及び面疲労強度を高める。しかしながら、Crが過剰に含有されれば、焼準処理後において、鋼中にベイナイト組織が生成しやくなる。ベイナイト組織が生成すれば、鋼の冷間加工性が低下する。したがって、Cr含有量は、1.60~2.00%である。好ましいCr含有量の上限は、1.90%である。好ましいCr含有量の下限は、1.80%である。
[Cr: 1.60 to 2.00%]
Chromium (Cr) enhances the hardenability and temper softening resistance of steel, and enhances the bending fatigue strength and surface fatigue strength of steel. However, if Cr is contained excessively, a bainite structure tends to form in the steel after normalizing treatment. If the bainite structure is generated, the cold workability of the steel is deteriorated. Therefore, the Cr content is 1.60-2.00%. A preferable upper limit of the Cr content is 1.90%. A preferable lower limit of the Cr content is 1.80%.

[Al:0.005~0.060%]
アルミニウム(Al)は鋼を脱酸する。Al含有量が0.005%未満であれば、この効果が得られない。Alはさらに、Nと結合してAlNを形成し、浸炭加熱時のオーステナイト粒の粗大化を抑制する。オーステナイト粒の粗大化が抑制されれば、鋼の曲げ疲労強度が高まる。一方、Al含有量が0.060%を超えれば、粗大な酸化物系介在物が生成して鋼の曲げ疲労強度が低下する。したがって、Al含有量は0.005~0.060%である。Al含有量の好ましい下限は0.010%である。Al含有量の好ましい上限は0.055%である。
[Al: 0.005 to 0.060%]
Aluminum (Al) deoxidizes steel. This effect cannot be obtained if the Al content is less than 0.005%. Al further combines with N to form AlN, which suppresses coarsening of austenite grains during carburizing heating. If coarsening of austenite grains is suppressed, the bending fatigue strength of steel increases. On the other hand, if the Al content exceeds 0.060%, coarse oxide-based inclusions are formed and the bending fatigue strength of the steel is lowered. Therefore, the Al content is 0.005-0.060%. A preferable lower limit of the Al content is 0.010%. A preferred upper limit for the Al content is 0.055%.

[N:0.0015~0.0080%]
窒素(N)は、鋼中のTiと結合して窒化物を生成し、熱間圧延時のオーステナイト粒を微細化する。N含有量が0.0015%未満であれば、この効果が得られない。一方、N含有量が0.0080%を超えれば、その効果が飽和する。さらに、NがBと結合して窒化物を生成し、固溶B量を低下する。この場合、鋼の焼入れ性が低下する。したがって、N含有量は0.0015~0.0080%である。N含有量の好ましい下限は0.0020%である。N含有量の好ましい上限は0.0070%である。
[N: 0.0015 to 0.0080%]
Nitrogen (N) combines with Ti in steel to form nitrides and refine austenite grains during hot rolling. This effect cannot be obtained if the N content is less than 0.0015%. On the other hand, if the N content exceeds 0.0080%, the effect is saturated. Furthermore, N combines with B to form nitrides, which reduces the solid solution B amount. In this case, the hardenability of steel deteriorates. Therefore, the N content is 0.0015-0.0080%. A preferable lower limit of the N content is 0.0020%. A preferable upper limit of the N content is 0.0070%.

[Ca:0.0003~0.0050%]
カルシウム(Ca)は、硫化物に固溶して、硫化物を微細かつ球状化する。これにより、Caは鋼の冷間加工性を高める。Ca含有量が低すぎると、この効果が得られない。一方、Ca含有量が高すぎると、粗大な酸化物が形成される。粗大な酸化物は、鋼の冷間鍛造性を低下する。したがって、Ca含有量は0.0003~0.0050%である。Ca含有量の好ましい下限は0.005%であり、さらに好ましくは0.0007%である。Ca含有量の好ましい上限は0.0035%であり、さらに好ましくは0.0030%であり、さらに好ましくは0.0025%である。
[Ca: 0.0003 to 0.0050%]
Calcium (Ca) forms a solid solution in sulfide to make the sulfide fine and spherical. Thereby, Ca enhances the cold workability of steel. If the Ca content is too low, this effect cannot be obtained. On the other hand, if the Ca content is too high, coarse oxides are formed. Coarse oxides reduce the cold forgeability of steel. Therefore, the Ca content is 0.0003-0.0050%. A preferable lower limit of the Ca content is 0.005%, more preferably 0.0007%. A preferable upper limit of the Ca content is 0.0035%, more preferably 0.0030%, and still more preferably 0.0025%.

[S:0.010~0.020%]
硫黄(S)は、不純物であるが、Mnと結合してMnSを形成し、鋼の被削性を高める。しかしながら、Sが過剰に含有されれば、粗大なMnSが生成しやすくなり、鋼の疲労強度(曲げ疲労強度及び面疲労強度)が低下する。硫黄(S)は硫化物を形成して鋼の冷間加工性を低下し、さらに、耐水素脆化特性を低下する。したがって、S含有量は0.010%以上0.020%以下である。
[S: 0.010 to 0.020%]
Sulfur (S), which is an impurity, combines with Mn to form MnS and enhances the machinability of steel. However, if S is contained excessively, coarse MnS tends to be generated, and the fatigue strength (bending fatigue strength and surface fatigue strength) of steel is lowered. Sulfur (S) forms sulfides to reduce the cold workability of steel and further reduces the hydrogen embrittlement resistance. Therefore, the S content is 0.010% or more and 0.020% or less.

[P:0.020%以下]
燐(P)は不純物である。Pは、結晶粒界に偏析して粒界を脆化し、さらに、耐水素脆化特性を低下する。したがって、P含有量は少ない方が好ましい。P含有量は0.025%以下である。好ましいP含有量は、0.020%以下である。
[P: 0.020% or less]
Phosphorus (P) is an impurity. P segregates at grain boundaries to embrittle the grain boundaries, and further lowers hydrogen embrittlement resistance. Therefore, the smaller the P content, the better. The P content is 0.025% or less. A preferable P content is 0.020% or less.

[O:0.0020%以下]
酸素(O)は、不純物である。Oは、Alと結合して、硬質な酸化物系介在物を形成し、鋼の曲げ疲労強度を低下する。O含有量が0.0020%を超えれば、酸化物が多量に生成するとともに、MnSが粗大化する。したがって、O含有量は0.0020%以下である。O含有量の好ましい上限は0.0018%である。O含有量はなるべく低い方が好ましい。
[O: 0.0020% or less]
Oxygen (O) is an impurity. O combines with Al to form hard oxide inclusions and lowers the bending fatigue strength of steel. If the O content exceeds 0.0020%, a large amount of oxide is produced and MnS is coarsened. Therefore, the O content is 0.0020% or less. A preferred upper limit of the O content is 0.0018%. It is preferable that the O content is as low as possible.

[0.48≦C+Si/7+Mn/5+Cr/9≦0.58]
本実施形態の浸炭用鋼の化学組成は、前述したように、曲げ疲労強度及び冷間加工性を確保するために、さらに、式(1)を満たす。尚、下記式(1)において定義されるF1式の値は、0.51以上0.55以下であることが好ましい。
0.48≦F1(=C+Si/7+Mn/5+Cr/9)≦0.58・・・(1)
[0.48≦C+Si/7+Mn/5+Cr/9≦0.58]
As described above, the chemical composition of the carburizing steel of the present embodiment further satisfies the formula (1) in order to ensure bending fatigue strength and cold workability. In addition, the value of the F1 formula defined in the following formula (1) is preferably 0.51 or more and 0.55 or less.
0.48≦F1 (=C+Si/7+Mn/5+Cr/9)≦0.58 (1)

また、本実施形態の浸炭用鋼の化学組成は、任意添加元素としてMo及びVのうち少なくとも1種を含有できるが、この場合、式(1)に加えて式(1’)を満たす。
0.48≦C+Si/7+Mn/5+Cr/9+2×Mo/5+V≦0.58・・・(1’)
Further, the chemical composition of the carburizing steel of the present embodiment can contain at least one of Mo and V as an optional additive element, in which case the formula (1′) is satisfied in addition to the formula (1).
0.48≦C+Si/7+Mn/5+Cr/9+2×Mo/5+V≦0.58 (1′)

[0.03≦Ca/S≦0.15]
本実施形態の浸炭用鋼の化学組成は、前述したように、耐水素脆化特性を維持しつつ、優れた冷間加工性を得るために、さらに、式(2)を満たす。
0.03≦F2(=Ca/S)≦0.15・・・(2)
[0.03≦Ca/S≦0.15]
As described above, the chemical composition of the carburizing steel of the present embodiment further satisfies formula (2) in order to obtain excellent cold workability while maintaining hydrogen embrittlement resistance.
0.03≦F2 (=Ca/S)≦0.15 (2)

F2は耐水素脆化特性の指標となる。Caは、硫化物に固溶して、硫化物を微細分散させ、硫化物の形状を球状化する。F2が低すぎれば、つまりS含有量に対するCa含有量が低すぎれば、Caが硫化物に固溶しにくく、硫化物が球状化されにくい。そのため、冷間加工性が低下する。一方、F2が大きすぎれば、S含有量に対するCa含有量が高すぎる。この場合、硫化物に固溶しなかったCaが粗大な酸化物を形成し、耐水素脆化特性が低下する。したがって、F2は、0.03~0.15である。F2の好ましい下限は0.04である。F2の好ましい上限は0.12であり、さらに好ましくは0.10である。 F2 is an index of hydrogen embrittlement resistance. Ca forms a solid solution in sulfides, finely disperses the sulfides, and spheroidizes the sulfides. If F2 is too low, that is, if the Ca content relative to the S content is too low, Ca is less likely to form a solid solution in the sulfide, and the sulfide is less likely to be spheroidized. Therefore, cold workability is deteriorated. On the other hand, if F2 is too large, the Ca content is too high relative to the S content. In this case, Ca that did not form a solid solution in the sulfide forms coarse oxides, degrading hydrogen embrittlement resistance. Therefore, F2 is between 0.03 and 0.15. A preferred lower limit for F2 is 0.04. A preferred upper limit for F2 is 0.12, more preferably 0.10.

[Mn/Cr≦0.20]
上述の浸炭用鋼の化学組成はさらに、式(3)を満たす。
F3(=Mn/Cr)≦0.20・・・(3)
Mn及びCrは、焼入れ性を高める。さらに、上述のとおり、MnのCrに対する比率が適切であれば、優れた耐水素脆化特性が得られる。そして、F3が0.20以下であれば、図1に示すように限界拡散性水素量比HRが1.0よりも高くなり、優れた耐水素脆化特性が得られる。
[Mn/Cr≦0.20]
The chemical composition of the carburizing steel described above further satisfies equation (3).
F3 (=Mn/Cr)≦0.20 (3)
Mn and Cr improve hardenability. Furthermore, as mentioned above, the proper ratio of Mn to Cr provides excellent resistance to hydrogen embrittlement. When F3 is 0.20 or less, the critical diffusible hydrogen amount ratio HR becomes higher than 1.0 as shown in FIG. 1, and excellent hydrogen embrittlement resistance is obtained.

[任意選択元素]
本実施の形態による浸炭用鋼はさらに、Feの一部に代えて、以下の元素のうち少なくとも一種を任意選択的に含有してもよい。
[Optional element]
The carburizing steel according to the present embodiment may optionally contain at least one of the following elements instead of part of Fe.

[Sb:0.100%以下;Sn:0.100%以下;Bi:0.100%以下]
本発明は上記の必須成分に加えて、アンチモン(Sb)、錫(Sn)、ビスマス(Bi)のうちの1種または2種以上をそれぞれ0.100%以下の範囲内で添加しても良い。これらの元素は、0.001%以上添加することにより水素侵入を抑制する効果を発揮する.水素侵入を抑制する効果を発揮するための下限をそれぞれ0.001%以上としたが、効果を十分に発揮させるための好ましい下限としてはそれぞれ0.005%以上とする。さらに、好ましくはそれぞれ0.010%以上である。また、上限についてはそれぞれ0.100%を超えると、鋼の冷間加工性が劣化し、連続鋳造が困難となる。また、好ましくは、Sb、Sn、Biの濃度の合計が0.030~0.100%であればよい。
[Sb: 0.100% or less; Sn: 0.100% or less; Bi: 0.100% or less]
In the present invention, in addition to the above essential components, one or more of antimony (Sb), tin (Sn), and bismuth (Bi) may be added within the range of 0.100% or less. . These elements exhibit the effect of suppressing hydrogen penetration by adding 0.001% or more. Although the lower limit for exhibiting the effect of suppressing hydrogen penetration is set to 0.001% or more for each, the preferable lower limit for exhibiting the effect sufficiently is set to 0.005% or more for each. Furthermore, each is preferably 0.010% or more. On the other hand, if the upper limit of each content exceeds 0.100%, the cold workability of the steel deteriorates, making continuous casting difficult. Also, preferably, the total concentration of Sb, Sn, and Bi should be 0.030 to 0.100%.

[Ti:0.010~0.050%]
チタン(Ti)は鋼中のNと結合して窒化物(TiN)を形成する。TiNの生成により、BNの生成が抑制され、固溶B量が増える。その結果、鋼材の焼入れ性が高まる。Tiはさらに、Cと結合して炭化物(TiC)を形成して結晶粒を微細化する。これにより、鋼の耐水素脆化特性が高まる。Ti含有量が0.010%未満であれば、これらの効果が得られない。一方、Ti含有量が0.050%を超えれば、粗大なTiNが多量に生成する。この場合、鋼の疲労強度及び耐水素脆化特性が低下する。したがって、Ti含有量は0.010~0.050%である。Ti含有量の好ましい下限は0.015%である。Ti含有量の好ましい上限は0.045%である。
[Ti: 0.010 to 0.050%]
Titanium (Ti) combines with N in steel to form nitrides (TiN). The formation of TiN suppresses the formation of BN and increases the amount of dissolved B. As a result, the hardenability of the steel is enhanced. Ti further combines with C to form carbides (TiC) to refine grains. This enhances the hydrogen embrittlement resistance of the steel. These effects cannot be obtained if the Ti content is less than 0.010%. On the other hand, if the Ti content exceeds 0.050%, a large amount of coarse TiN is produced. In this case, the fatigue strength and hydrogen embrittlement resistance of the steel are lowered. Therefore, the Ti content is 0.010-0.050%. A preferred lower limit for the Ti content is 0.015%. A preferred upper limit for the Ti content is 0.045%.

[B:0.0003~0.0040%]
ボロン(B)は鋼の焼入れ性を高める。Bはさらに、Pの粒界偏析を抑制して、鋼の耐水素脆化特性を高める。B含有量が0.0003%未満であれば、これらの効果が得られない。一方、B含有量が0.0040%を超えれば、焼入れ性向上の効果が飽和する。さらに、粗大なBNが生成して冷間加工性が低下する。したがって、B含有量は0.0003~0.0040%である。B含有量の好ましい下限は0.0005%である。B含有量の好ましい上限は0.0025%である。
[B: 0.0003 to 0.0040%]
Boron (B) enhances the hardenability of steel. B further suppresses the grain boundary segregation of P and enhances the hydrogen embrittlement resistance of steel. If the B content is less than 0.0003%, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the B content exceeds 0.0040%, the effect of improving hardenability is saturated. In addition, coarse BN is produced to deteriorate cold workability. Therefore, the B content is 0.0003-0.0040%. A preferable lower limit of the B content is 0.0005%. A preferable upper limit of the B content is 0.0025%.

[Cu:0.50%以下]
銅(Cu)は、鋼の焼入れ性を高め、鋼の曲げ疲労強度を高める。しかしながら、Cuが過剰に含有されると、焼入れ性が高くなりすぎて仕上げ圧延後にベイナイトが生成し、鋼の冷間加工性の低下が顕著になる。したがって、Cu含有量は0~0.50%である。Cu含有量の好ましい下限は0.015%であり、さらに好ましくは0.020%である。Cu含有量の好ましい上限は0.30%であり、さらに好ましくは0.20%である。
[Cu: 0.50% or less]
Copper (Cu) enhances the hardenability of steel and enhances the bending fatigue strength of steel. However, when Cu is contained excessively, the hardenability becomes too high, bainite is formed after finish rolling, and the cold workability of the steel is significantly deteriorated. Therefore, the Cu content is 0-0.50%. A preferable lower limit of the Cu content is 0.015%, more preferably 0.020%. A preferable upper limit of the Cu content is 0.30%, more preferably 0.20%.

[Ni:0.30%以下]
ニッケル(Ni)は鋼の焼入れ性を高め、曲げ疲労強度を高める。しかしながら、Ni含有量が高すぎれば、仕上げ圧延後にベイナイト組織が生成しやすくなる。さらに、焼入れ性の向上による曲げ疲労強度を高める効果が飽和する。したがって、Ni含有量は0~0.30%である。Ni含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.03%である。Ni含有量の好ましい上限は0.20%であり、さらに好ましくは0.10%である。
[Ni: 0.30% or less]
Nickel (Ni) enhances the hardenability of steel and enhances bending fatigue strength. However, if the Ni content is too high, a bainite structure tends to form after finish rolling. Furthermore, the effect of increasing the bending fatigue strength by improving the hardenability is saturated. Therefore, the Ni content is 0-0.30%. A preferable lower limit of the Ni content is 0.01%, more preferably 0.03%. A preferable upper limit of the Ni content is 0.20%, more preferably 0.10%.

Mo:0.05%以下
モリブデン(Mo)は、選択元素である。つまり、Moは含有されなくてもよい。Moは、鋼の焼入れ性及び耐焼戻し軟化性を高め、鋼の曲げ疲労強度及び面疲労強度を高める。しかしながら、Moが過剰に含有されれば、焼準処理後において、鋼中にベイナイト組織が生成しやくなり、鋼の冷間加工性が低下する。したがって、Mo含有量は、0.05%以下である。好ましいMo含有量の下限は、0.005%であり、さらに好ましくは0.008%である。Mo含有量の好ましい上限は0.03%であり、さらに好ましくは0.02%である。
Mo: 0.05% or less Molybdenum (Mo) is an optional element. That is, Mo does not have to be contained. Mo increases the hardenability and temper softening resistance of steel, and increases the bending fatigue strength and surface fatigue strength of steel. However, if Mo is contained excessively, a bainite structure tends to form in the steel after normalizing treatment, and the cold workability of the steel is deteriorated. Therefore, Mo content is 0.05% or less. The lower limit of Mo content is preferably 0.005%, more preferably 0.008%. A preferred upper limit for the Mo content is 0.03%, more preferably 0.02%.

V:0.050%以下
バナジウム(V)は鋼の焼入れ性を高める。Vはさらに、C及びNと結合して、炭化物、窒化物又は炭窒化物を形成して結晶粒を微細化する。しかしながら、V含有量が高すぎれば、炭化物及び炭窒化物が鋼の強度を高め、鋼の冷間加工性が低下する。したがって、V含有量は0~0.050%である。V含有量の好ましい下限は0.003%であり、さらに好ましくは0.004%である。V含有量の好ましい上限は0.030%であり、さらに好ましくは0.020%である。
V: 0.050% or less Vanadium (V) enhances the hardenability of steel. V further combines with C and N to form carbides, nitrides or carbonitrides to refine grains. However, if the V content is too high, carbides and carbonitrides increase the strength of the steel and reduce the cold workability of the steel. Therefore, the V content is 0-0.050%. A preferable lower limit of the V content is 0.003%, more preferably 0.004%. A preferable upper limit of the V content is 0.030%, more preferably 0.020%.

Nb:0.050%以下
ニオブ(Nb)は、C及びNと結合して、炭化物、窒化物又は炭窒化物(炭窒化物等という)を形成する。Nb炭窒化物等は、ピンニング効果により熱間圧延時にオーステナイト粒を微細化し、仕上げ圧延後の冷却過程でのベイナイト生成を抑制し、初析フェライトの面積率を高める。Nb炭窒化物等はさらに、浸炭加熱時のオーステナイト粒の粗大化を抑制する。しかしながら、Nbが過剰に含有されれば、Nb炭化物、Nb窒化物、Nb炭窒化物が粗大化し、オーステナイト粒の粗大化を抑制できなくなる。したがって、Nb含有量は、0.050%以下である。Nbが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。好ましいNb含有量の下限は、0.010%である。上記効果をより有効に得るためのNb含有量の好ましい下限は0.005%である。Nb含有量の好ましい上限は0.040%であり、さらに好ましくは0.030%である。
Nb: 0.050% or less Niobium (Nb) combines with C and N to form carbides, nitrides or carbonitrides (called carbonitrides and the like). Nb carbonitride or the like refines austenite grains during hot rolling due to the pinning effect, suppresses the formation of bainite during the cooling process after finish rolling, and increases the area ratio of pro-eutectoid ferrite. Nb carbonitride and the like further suppress coarsening of austenite grains during carburizing heating. However, if Nb is contained excessively, Nb carbides, Nb nitrides, and Nb carbonitrides coarsen, and coarsening of austenite grains cannot be suppressed. Therefore, the Nb content is 0.050% or less. If even a small amount of Nb is contained, the above effect can be obtained to some extent. A preferable lower limit of the Nb content is 0.010%. A preferable lower limit of the Nb content for obtaining the above effect more effectively is 0.005%. A preferable upper limit of the Nb content is 0.040%, more preferably 0.030%.

[金属組織について]
本実施形態の浸炭用鋼の金属組織は、主としてフェライトからなる。より具体的には、浸炭用鋼の金属組織では、フェライトの面積率が60%以上であり、残部がパーライト及びベイナイトである。なお、前記「フェライトの面積率」のフェライトは初析フェライトであって、パーライトのラメラセメンタイト間のフェライトは含まれない。
[About metal structure]
The metal structure of the carburizing steel of this embodiment is mainly composed of ferrite. More specifically, in the metallographic structure of carburizing steel, the area ratio of ferrite is 60% or more, and the balance is pearlite and bainite. The ferrite in the above "area ratio of ferrite" is proeutectoid ferrite and does not include ferrite between lamellar cementites of pearlite.

初析フェライト及びパーライトは、ベイナイトよりも軟質であり、冷間加工性に優れる。さらに、初析フェライトはパーライトよりも冷間加工性に優れる。初析フェライトの面積率が60%以上100%未満であれば、優れた冷間加工性が得られる。 Proeutectoid ferrite and pearlite are softer than bainite and have excellent cold workability. Furthermore, pro-eutectoid ferrite is superior to pearlite in cold workability. If the area ratio of pro-eutectoid ferrite is 60% or more and less than 100%, excellent cold workability can be obtained.

金属組織は次の方法で測定される。浸炭用鋼内部(棒鋼又は線材の場合はD/4部、板材又は鋼管の場合はt/4部)からサンプルを採取する。採取されたサンプルの表面のうち、浸炭用鋼の圧延方向に垂直な面を観察面とする。観察面を研磨した後、3%硝酸アルコール(ナイタル腐食液)にて5~15秒エッチングする。エッチングされた観察面を500倍の光学顕微鏡にて観察して、任意の5視野の写真画像を生成する。 The metallographic structure is measured by the following method. Samples are taken from the inside of the carburizing steel (D/4 parts for steel bars or wire rods, t/4 parts for plate materials or steel pipes). Among the surfaces of the collected samples, the surface perpendicular to the rolling direction of the carburizing steel is used as the observation surface. After polishing the observation surface, it is etched with 3% nitric acid alcohol (nital etchant) for 5 to 15 seconds. Observe the etched viewing surface with a 500x optical microscope to generate photographic images of any 5 fields of view.

各視野において、初析フェライト、パーライト、ベイナイト等の各相は、相ごとにコントラストが異なる。したがって、コントラストに基づいて、各相を特定する。特定された相のうち、全ての視野での初析フェライトの面積の総和の、全ての視野の総面積に対する比を、初析フェライト面積率(%)と定義する。 In each field of view, each phase such as proeutectoid ferrite, pearlite, and bainite has a different contrast for each phase. Therefore, each phase is identified based on the contrast. Among the identified phases, the ratio of the total area of pro-eutectoid ferrite in all fields of view to the total area of all fields of view is defined as the pro-eutectoid ferrite area ratio (%).

[製造方法]
本発明の浸炭用鋼の製造方法の一例として、棒鋼又は線材(棒線)の製造方法について説明する。本実施形態の浸炭用鋼の製造方法は、ビレットを製造する工程(分塊圧延工程)と、製造されたビレットを棒線に圧延する工程(仕上圧延工程)とを含む。以下、各工程について詳述する。
[Production method]
As an example of the method for producing the carburizing steel of the present invention, a method for producing a steel bar or wire (bar and wire) will be described. The method for producing carburizing steel according to the present embodiment includes a step of producing a billet (blooming rolling step) and a step of rolling the produced billet into bars (finish rolling step). Each step will be described in detail below.

[分塊圧延工程]
初めに、上記化学組成を有する素材を準備する。たとえば、素材は次の方法で製造される。上述の化学組成を有する溶鋼を、転炉または電気炉等を用いて製造し、連続鋳造法または造塊法により鋳片またはインゴットを製造する。
[Blooming rolling process]
First, a material having the above chemical composition is prepared. For example, the material is manufactured in the following way. Molten steel having the chemical composition described above is produced using a converter or an electric furnace, and cast slabs or ingots are produced by continuous casting or ingot casting.

準備された素材(鋳片、インゴット)を加熱後、分塊圧延し、必要に応じて、分塊圧延後に連続圧延機でさらに圧延して、ビレットを製造する。 After heating the prepared material (slab, ingot), it is bloomed, and if necessary, further rolled by a continuous rolling mill after blooming to produce a billet.

[仕上げ圧延工程]
分塊圧延工程により製造されたビレットに対してさらに熱間圧延を実施して、棒線等の浸炭用鋼を製造する。ここでの圧延はたとえば、水平ロールスタンド、垂直ロールスタンドが交互に一列に配列された連続圧延機を用いた、連続圧延である。
[Finish rolling process]
The billet produced by the blooming process is further subjected to hot rolling to produce carburizing steel such as bars and wires. The rolling here is, for example, continuous rolling using a continuous rolling mill in which horizontal roll stands and vertical roll stands are alternately arranged in a row.

初めに、ビレットを加熱炉に装入して、加熱する。好ましい加熱温度は1000~1100℃以下である。製品圧延時の加熱温度が高すぎれば、分塊圧延工程後に析出した微細な炭化物及び炭窒化物が再び固溶する。この場合、製品圧延後の冷却時のフェライト変態時に、炭化物及び炭窒化物が整合析出する。析出した炭窒化物及び炭化物は製品圧延後の鋼の強度を高め、冷間加工性を低下させる。なお、Ti炭化物及びTi炭窒化物は、ビレットの加熱によって固溶しにくい。したがって、製品圧延後の強度に影響しにくく、冷間加工性を維持できる。 First, the billet is put into a heating furnace and heated. A preferable heating temperature is 1000 to 1100° C. or less. If the heating temperature during product rolling is too high, the fine carbides and carbonitrides precipitated after the blooming step will dissolve again. In this case, carbides and carbonitrides precipitate coherently during ferrite transformation during cooling after product rolling. Precipitated carbonitrides and carbides increase the strength of the steel after product rolling and reduce cold workability. Note that Ti carbides and Ti carbonitrides are difficult to form a solid solution by heating the billet. Therefore, the strength after rolling of the product is hardly affected, and the cold workability can be maintained.

加熱されたビレットを用いて、鍛錬比5.5以上になるように仕上げ圧延機列で熱間鍛造して所定の径の棒線にする。仕上げ圧延機列は、一列に配列された複数のスタンドを含む。各スタンドは、パスライン周りに配置された複数のロールを含む。 Using the heated billet, hot forging is performed in a row of finishing rolling mills so that the forging ratio is 5.5 or more to form a bar wire having a predetermined diameter. A finishing mill train includes a plurality of stands arranged in a row. Each stand includes multiple rolls arranged around the pass line.

仕上げ圧延機列を利用した仕上げ圧延での製造条件は次のとおりである。
仕上げ温度:750~850℃
仕上げ温度は、仕上げ圧延機列の複数のスタンドのうち、最後にビレットを圧下するスタンド(以下、仕上げスタンドという)の出側でのビレット温度(℃)を意味する。仕上げ温度は、仕上げスタンドの出側に配置された赤外線放射温度計を用いて測定される。
The manufacturing conditions for finish rolling using a row of finishing rolling mills are as follows.
Finishing temperature: 750-850°C
The finishing temperature means the billet temperature (° C.) at the delivery side of the stand that finally reduces the billet (hereinafter referred to as finishing stand) among the plurality of stands in the row of finishing rolling mills. Finishing temperatures are measured using an infrared thermometer located on the exit side of the finishing stand.

仕上げ温度が750℃未満である場合、未再結晶のオーステナイト粒からフェライト変態が始まり、冷却後のマトリクス組織が微細になりすぎる。この場合、鋼の強度が高くなり、冷間加工性が低下する。一方、仕上げ温度が850℃を超える場合、再結晶後のオーステナイト粒が粗大化し、フェライト変態の開始温度が低くなる。そのため、冷却後の初析フェライトの面積率が小さくなり、冷間加工性が低下する。 If the finishing temperature is less than 750° C., ferrite transformation starts from unrecrystallized austenite grains, and the matrix structure after cooling becomes too fine. In this case, the strength of the steel increases and the cold workability decreases. On the other hand, if the finishing temperature exceeds 850° C., the austenite grains after recrystallization become coarse, and the starting temperature of ferrite transformation becomes low. Therefore, the area ratio of the pro-eutectoid ferrite after cooling becomes small, and the cold workability deteriorates.

仕上げ温度が750~850℃であれば、後述の冷却条件を満たすことを条件として、金属組織における初析フェライトの面積率が60%以上となる。 If the finishing temperature is 750 to 850° C., the area ratio of proeutectoid ferrite in the metal structure becomes 60% or more on condition that the cooling conditions described later are satisfied.

冷却速度:5.0℃/秒未満
仕上げ圧延後の鋼の冷却速度は、マトリクス組織に影響する。冷却速度が5.0℃/秒以上となれば、鋼中に硬質のベイナイト等が生成しやすくなり、初析フェライトの面積率が40%未満となる。冷却速度が5.0℃/秒未満であれば、冷却後の鋼材の金属組織における初析フェライトの面積率が40%以上となる。
Cooling rate: less than 5.0°C/sec The cooling rate of steel after finish rolling affects the matrix structure. If the cooling rate is 5.0° C./second or more, hard bainite or the like is likely to form in the steel, and the area ratio of pro-eutectoid ferrite is less than 40%. If the cooling rate is less than 5.0° C./sec, the area ratio of proeutectoid ferrite in the metallographic structure of the steel after cooling is 40% or more.

冷却速度の下限は特に限定されない。しかしながら、実際の生産操業を考慮すれば、冷却速度の下限はたとえば0.2℃/秒である。 The lower limit of the cooling rate is not particularly limited. However, considering actual production operations, the lower limit of the cooling rate is, for example, 0.2° C./sec.

以上の製造工程により、本実施形態の浸炭用鋼(本例は棒線)が製造される。つまり、本実施形態の浸炭用鋼は、いわゆる圧延まま材(アズロール材)である。この場合、式(1)~式(3)を満たす化学組成は、浸炭用鋼の曲げ疲労強度を向上する。さらに、上記仕上げ圧延での製造条件(加熱温度、仕上げ温度及び冷却速度)を満たすことにより、鋼材の金属組織における初析フェライトの面積率が60%以上となる。そのため、優れた疲労強度、冷間加工性及び耐水素脆化特性が得られる。 The steel for carburizing of the present embodiment (bar and wire in this example) is manufactured by the manufacturing process described above. That is, the carburizing steel of this embodiment is a so-called as-rolled material (as-rolled material). In this case, the chemical composition that satisfies the formulas (1) to (3) improves the bending fatigue strength of the carburizing steel. Furthermore, by satisfying the manufacturing conditions (heating temperature, finishing temperature and cooling rate) in the finish rolling, the area ratio of proeutectoid ferrite in the metal structure of the steel becomes 60% or more. Therefore, excellent fatigue strength, cold workability and hydrogen embrittlement resistance can be obtained.

上述の製造方法では、棒線を製造する。しかしながら、棒線と同様に、分塊圧延工程及び仕上げ圧延工程を実施して、浸炭用鋼の板材、鋼管も製造することができる。 In the manufacturing method described above, a rod wire is manufactured. However, like the bar and wire, it is also possible to manufacture sheet materials and steel pipes of carburizing steel by carrying out blooming and finish rolling processes.

[本実施形態の浸炭用鋼を用いた加工部品の製造]
以上の製造工程により製造される棒鋼及び線材を冷間加工することによって、鋼製部品が製造される。従前の冷間加工部品の製造方法では、強度が高すぎる鋼材の軟化を目的として、伸線加工前及び冷間加工前に、軟化熱処理を複数回実施している。しかしながら、本実施形態の冷間加工部品用鋼は冷間加工性に優れるため、このような軟化熱処理を省略又は簡素化できる。これにより、軟化熱処理の実施による製造コストの上昇を抑えることができる。
[Production of machined parts using carburizing steel of the present embodiment]
The steel parts are manufactured by cold working the steel bars and wire rods manufactured by the manufacturing process described above. In the conventional method for manufacturing cold-worked parts, softening heat treatment is performed multiple times before wire drawing and before cold working for the purpose of softening a steel material having too high strength. However, since the steel for cold-worked parts of the present embodiment is excellent in cold-workability, such softening heat treatment can be omitted or simplified. As a result, it is possible to suppress an increase in manufacturing cost due to the softening heat treatment.

前記鋼製部品は、浸炭焼入れ工程又は浸炭窒化焼入れ工程によって金属組織及び炭素含有量が前記工程の前後で変化しない芯部と、前記工程後に炭素含有量が増加する表層部とを備える。前記芯部は、部品の表面から板厚又は肉厚の1/4深さ位置と表面から板厚又は肉厚の中心との間の領域であり、表層は、部品の表面から0.5~1.0mmの深さ領域である。また、前記表層の金属組織は、マルテンサイトからなる。 The steel part has a core part whose metal structure and carbon content do not change before and after the carburizing and quenching process or the carbonitriding and quenching process, and a surface layer part whose carbon content increases after the process. The core portion is a region between the 1/4 depth position of the plate thickness or wall thickness from the surface of the part and the center of the plate thickness or wall thickness from the surface, and the surface layer is 0.5 to 0.5 from the surface of the part. 1.0 mm depth region. Moreover, the metal structure of the surface layer is composed of martensite.

表1-1及び表1-2の化学組成を有する鋼No.A~Sの溶鋼を製造した。鋼No.A~Sのそれぞれの溶鋼を用いて連続鋳造及び分塊圧延により横断面が162mm×162mmのビレットを製造した(分塊圧延工程)。このとき、鋳片の断面積を鋼片の断面積で除した値である分塊圧延工程の圧延比は5.5であった。このようにして得られた化学組成No.A~Sのビレットを、一旦室温まで冷却し、鋳片の表面割れの有無を目視にて判定した。その結果を表2-1及び表2-2に示す。 Steel No. having the chemical compositions in Tables 1-1 and 1-2. Molten steel of A to S was produced. Steel no. A billet having a cross section of 162 mm×162 mm was produced by continuous casting and blooming using each of the molten steels A to S (blooming rolling step). At this time, the rolling ratio in the blooming step, which is the value obtained by dividing the cross-sectional area of the slab by the cross-sectional area of the steel slab, was 5.5. Chemical composition no. The billets A to S were once cooled to room temperature, and the presence or absence of surface cracks in the slab was visually determined. The results are shown in Tables 2-1 and 2-2.

Figure 0007135484000001
Figure 0007135484000001

Figure 0007135484000002
Figure 0007135484000002

次に、化学組成No.A~Sのビレットに対して仕上げ圧延(熱間圧延)を実施して、直径14mmの浸炭用棒線材を製造した(仕上げ熱間圧延工程)。ビレットの加熱温度(℃)、仕上げ圧延での仕上げ温度(℃)及び仕上げ圧延後の冷却速度(℃/秒)はそれぞれ、表2-1及び表2-2に示すとおりであった。なお、いずれの試験番号においても、加工速度は5~15/秒であった。 Next, chemical composition no. Finish rolling (hot rolling) was performed on the A to S billets to produce carburizing bars and wires having a diameter of 14 mm (finish hot rolling process). The heating temperature (°C) of the billet, the finishing temperature (°C) in finish rolling, and the cooling rate (°C/sec) after finish rolling were as shown in Tables 2-1 and 2-2, respectively. The processing speed was 5 to 15/sec in any test number.

Figure 0007135484000003
Figure 0007135484000003

Figure 0007135484000004
Figure 0007135484000004

[ミクロ組織観察試験]
浸炭用鋼線材を圧延方向と垂直な方向に切断し、10mmのサンプルを採取した。サンプルの切断面が被検面になるように樹脂埋めし、鏡面研磨を行った。その後、上述の方法でミクロ組織観察を実施して、初析フェライトの面積率(%)とを求めた。表2-1及び表2-2の「ミクロ組織」の欄の「フェライト面積率(%)」は初析フェライトの面積率(%)を示す。
[Microstructure Observation Test]
A steel wire rod for carburizing was cut in a direction perpendicular to the rolling direction to obtain a 10 mm sample. The cut surface of the sample was filled with resin so that the surface to be inspected was mirror-polished. After that, the microstructure was observed by the method described above, and the area ratio (%) of pro-eutectoid ferrite was determined. "Ferrite area ratio (%)" in the "Microstructure" column of Tables 2-1 and 2-2 indicates the area ratio (%) of pro-eutectoid ferrite.

[線材中の硫化物の球状化率測定試験]
浸炭用鋼線材を圧延方向と垂直な方向に切断し、10mmのサンプルを採取した。サンプルを縦断し、線材の圧延方向を含む面(サンプルの縦断面)が被検面になるようにサンプルを樹脂埋めし、鏡面研磨を行った。
[Measurement test of spheroidization rate of sulfide in wire]
A steel wire rod for carburizing was cut in a direction perpendicular to the rolling direction to obtain a 10 mm sample. The sample was longitudinally cross-sectioned, and the sample was embedded in a resin so that the surface including the rolling direction of the wire (longitudinal cross section of the sample) was the test surface, and mirror-polished.

SEM-EDSを用いて、被検面のうち、線材表面からD/8深さ(Dは線材の直径)位置で、視野総面積が5mm2となるように複数視野観察を実施し、5mm2の視野における硫化物の平均面積及び平均アスペクト比を求めた。ここで、アスペクト比は硫化物の長さ(長径)と幅(短径)の比(長径/短径)である。具体的には、500倍の倍率で被検面内の任意の観察領域を100箇所選択した。観察領域の総面積は上記のとおり5mm2であった。各観察領域で反射電子像を作成し、反射電子像によって判別されるコントラストに基づいて、視野内のすべての硫化物を特定した。 Using SEM-EDS, multiple fields of view were observed at a depth of D/8 from the surface of the wire (D is the diameter of the wire) from the surface of the test surface so that the total area of the field of view was 5 mm 2 . The average area and average aspect ratio of the sulfides in the field of view were obtained. Here, the aspect ratio is the ratio (major axis/minor axis) of the length (major axis) and width (minor axis) of the sulfide. Specifically, 100 arbitrary observation regions within the test surface were selected at a magnification of 500 times. The total area of the observation area was 5 mm 2 as described above. A backscattered electron image was created in each observation area, and all sulfides in the field were identified based on the contrast determined by the backscattered electron image.

特定した各硫化物のうち、視野内に全体が観察できる硫化物について、面積及びアスペクト比を測定し、面積から円相当径(面積を円に換算したときの直径)を求めた。100箇所の観察領域において、硫化物と特定され、かつ、円相当径が1μm以上となる硫化物の総面積をAall(μm2)と定義した。さらに、円相当径が1μm以上となる硫化物のうち、アスペクト比が3以下である硫化物(以下、球状硫化物という)の総面積をA(μm2)と定義した。得られたAall及びAを用いて、式(6)に基づいて球状化率SPH(%)を求めた。
SPH=A/Aall (6)
Among the identified sulfides, the areas and aspect ratios of the sulfides that could be observed entirely within the field of view were measured, and the equivalent circle diameter (the diameter when the area was converted to a circle) was determined from the area. The total area of sulfides identified as sulfides and having an equivalent circle diameter of 1 μm or more in 100 observation regions was defined as A all (μm 2 ). Furthermore, the total area of sulfides having an aspect ratio of 3 or less (hereinafter referred to as spherical sulfides) among sulfides having an equivalent circle diameter of 1 μm or more was defined as A (μm 2 ). Using the obtained A all and A, the spheroidization rate SPH (%) was calculated based on the formula (6).
SPH=A/A all (6)

得られたSPHを表2-1及び表2-2に示す。SPHが0.40以上であれば、硫化物が十分に球状化されていると判断した。 The SPH obtained are shown in Tables 2-1 and 2-2. When the SPH was 0.40 or more, it was judged that the sulfide was sufficiently spheroidized.

[冷間加工性評価試験]
各試験番号の線材の中心部から、機械加工により10個の円柱試験片を作製した。各円柱試験片の直径は10mm、長さは15mmであり、試験片の長手方向は線材の圧延方向であった。
[Cold workability evaluation test]
Ten cylindrical test pieces were produced by machining from the central part of the wire of each test number. Each cylindrical test piece had a diameter of 10 mm and a length of 15 mm, and the longitudinal direction of the test piece was the rolling direction of the wire rod.

500ton油圧プレスによる冷間圧縮試験を実施した。このとき、10個の試験片を使用して圧縮率を段階的に引き上げて、冷間圧縮を実施した。具体的には、初めに、初期圧下率で10個の試験片を冷間圧縮した。冷間圧縮後、各試験片に割れが発生したか否かを目視により確認した。割れが確認された試験片を排除した後、残った試験片(つまり、割れが観察されなかった円柱試験片)に対して、圧縮率を引き上げて冷間圧縮を再度実施した。実施後、割れの有無を確認した。割れが確認された試験片を排除した後、残った試験片に対して、圧縮率を引き上げて冷間圧縮を再度実施した。10個の試験片のうち、割れが確認された試験片が5個になるまで、上述の工程を繰り返した。10個の試験片のうち、5個の円柱試験片に割れが確認されたときの圧縮率を「限界圧縮率」(%)と定義した。なお、80%の圧縮率で冷間圧縮を実施した後、割れが確認された丸棒試験片が5個以下である場合、その鋼の限界圧縮率は「80%」とした。限界圧縮率が70%以上の場合、冷間加工性に優れると判断した。 A cold compression test was performed with a 500 ton hydraulic press. At this time, cold compression was performed using 10 test pieces and increasing the compression rate stepwise. Specifically, first, 10 test pieces were cold-pressed at an initial rolling reduction. After the cold compression, it was visually confirmed whether or not cracks occurred in each test piece. After removing the test pieces in which cracks were confirmed, the remaining test pieces (that is, the cylindrical test pieces in which no cracks were observed) were subjected to cold compression again at a higher compression ratio. After the test, the presence or absence of cracks was checked. After removing the test pieces in which cracks were confirmed, the remaining test pieces were again subjected to cold compression at a higher compression ratio. The above steps were repeated until 5 of the 10 test pieces were found to have cracks. The compression ratio when cracks were confirmed in 5 cylindrical test pieces out of 10 test pieces was defined as the "critical compression ratio" (%). In addition, when the number of round bar test pieces in which cracks were confirmed after the cold compression was performed at a compressibility of 80% was 5 or less, the limit compressibility of the steel was defined as "80%". When the critical compressibility was 70% or more, it was judged that the cold workability was excellent.

[曲げ疲労強度試験片]
各試験番号の棒鋼を、1200℃で30分加熱した。次に、仕上げ温度を950℃以上として熱間鍛造し、直径35mmの丸棒を製造した。直径35mmの丸棒を機械加工して、図2に示すローラピッチング小ローラ試験片と、図3に示す切欠き付き小野式回転曲げ疲労試験片(図2及び図3ともに、図中の寸法の単位はmm)を作製した。
[Bending fatigue strength test piece]
The steel bars of each test number were heated at 1200° C. for 30 minutes. Next, hot forging was performed at a finishing temperature of 950° C. or higher to produce a round bar with a diameter of 35 mm. A round bar with a diameter of 35 mm was machined, and the roller pitching small roller test piece shown in FIG. 2 and the notched Ono type rotating bending fatigue test piece shown in FIG. The unit is mm).

作成された各試験片を、ガス浸炭炉を用いて、図4に示す条件で浸炭焼入れを実施した。焼入れ後、170℃で1.5時間の焼戻しを実施した。ローラピッチング試験用小ローラ試験片、及び、小野式回転曲げ疲労試験片に対して、熱処理ひずみを除く目的で、つかみ部の仕上げ加工を実施した。 Carburizing and quenching were performed on each of the prepared test pieces using a gas carburizing furnace under the conditions shown in FIG. After quenching, tempering was performed at 170° C. for 1.5 hours. For the purpose of removing heat treatment distortion, finishing of the grip portion was performed on the small roller test piece for the roller pitching test and the Ono type rotating bending fatigue test piece.

[曲げ疲労強度試験]
曲げ疲労強度は、小野式回転曲げ疲労試験により求めた。小野式回転曲げ疲労試験での試験数は試験番号ごとに8個とした。試験時の回転数は3000rpmとし、その他は通常の方法により試験を行った。繰り返し数1.0×10回まで破断しなかったもののうち、最も高い応力をそれぞれ中サイクル回転曲げ疲労強度とした。
[Bending fatigue strength test]
The bending fatigue strength was determined by Ono's rotary bending fatigue test. The number of tests in the Ono-type rotary bending fatigue test was 8 for each test number. The number of revolutions during the test was set to 3000 rpm, and the test was carried out by a normal method otherwise. Among those that did not break up to 1.0×10 4 repetitions, the highest stress was taken as the middle cycle rotating bending fatigue strength.

表2-1及び表2-2に、中サイクルの曲げ疲労強度を示す。中サイクルの曲げ疲労強度では、試験番号19の中サイクルの曲げ疲労強度を基準値(1.00%)とした。そして、各試験番号の中サイクルの曲げ疲労強度を、基準値に対する比で示した。中サイクルの曲げ疲労強度が1.10以上であれば、優れた曲げ疲労強度が得られたと判断した。 Tables 2-1 and 2-2 show the bending fatigue strength at medium cycles. For the medium-cycle bending fatigue strength, the medium-cycle bending fatigue strength of Test No. 19 was used as the reference value (1.00%). The middle cycle bending fatigue strength of each test number is shown as a ratio to the reference value. It was judged that excellent bending fatigue strength was obtained when the bending fatigue strength at medium cycle was 1.10 or more.

[耐水素脆化特性評価試験]
各試験番号の線材に対して焼入れ及び焼戻しを実施して、線材の引張強度を約1200MPaに調整した。
[Hydrogen embrittlement resistance evaluation test]
Quenching and tempering were performed on the wire of each test number to adjust the tensile strength of the wire to about 1200 MPa.

ただし引張強度を約1200MPa得るための焼戻し処理温度が435℃未満になる場合については、強度不足と判断し、耐水素脆化特性評価は実施せず、本発明の対象外と判断した。 However, when the tempering temperature for obtaining a tensile strength of about 1200 MPa was less than 435°C, it was determined that the strength was insufficient, the hydrogen embrittlement resistance was not evaluated, and it was determined to be out of the scope of the present invention.

引張強度が調整された線材に対して機械加工を実施して、図5に示す環状Vノッチ試験片を、各試験番号の線材につき複数作製した。図5中の単位が示されていない数値は、試験片の対応する部位の寸法(単位はmm)を示す。図中の「φ数値」は、指定されている部位の直径(mm)を示す。「60°」は、Vノッチ角度が60°であることを示す。「0.175R」は、Vノッチ底半径が0.175mmであることを示す。 A plurality of annular V-notch test pieces shown in FIG. 5 were produced for each test number wire by machining the wire having the adjusted tensile strength. Numerical values with no units shown in FIG. 5 indicate the dimensions (unit: mm) of the corresponding portions of the test piece. The "φ value" in the figure indicates the diameter (mm) of the designated portion. "60°" indicates that the V notch angle is 60°. "0.175R" indicates that the V-notch bottom radius is 0.175 mm.

電解チャージ法を用いて、各鋼に、試験片に対して種々の濃度の水素を導入した。電解チャージ法は次のとおり実施した。チオシアン酸アンモニウム水溶液中に試験片を浸漬した。試験片を浸漬した状態で、試験片の表面にアノード電位を発生させて水素を試験片内に取り込んだ。 Various concentrations of hydrogen were introduced to the specimens of each steel using the electrolytic charging method. The electrolytic charging method was carried out as follows. A test piece was immersed in an ammonium thiocyanate aqueous solution. While the test piece was immersed, an anodic potential was generated on the surface of the test piece and hydrogen was taken into the test piece.

試験片内に水素を導入した後、試験片表面に亜鉛めっき被膜を形成し、試験片中の水素の散逸を防止した。続いて、試験片のVノッチ断面に対して公称応力1080MPa(引張強度の90%)の引張応力が負荷されるように一定加重を負荷する定荷重試験を実施した。試験中に破断した試験片、及び破断しなかった試験片に対して、ガスクロマトグラフ装置を用いた昇温分析法を実施して、試験片中の水素量を測定した。測定後、各試験番号において、破断しなかった試験片のうちの最大水素量を限界拡散性水素量Hcと定義した。 After hydrogen was introduced into the test piece, a galvanized film was formed on the surface of the test piece to prevent hydrogen from escaping from the test piece. Subsequently, a constant load test was performed in which a constant load was applied so that a tensile stress with a nominal stress of 1080 MPa (90% of the tensile strength) was applied to the V-notch cross section of the test piece. A temperature programmed analysis method using a gas chromatograph was performed on the test piece that was broken during the test and the test piece that was not broken, and the amount of hydrogen in the test piece was measured. After the measurement, the maximum amount of hydrogen in the test pieces that did not break was defined as the critical diffusible hydrogen amount Hc in each test number.

さらに、JIS G4053(2016)のSCM435に相当する化学組成を有する鋼Mの限界拡散水素量を、限界拡散性水素量比HRの基準(Href)とした。限界拡散性水素量Hrefを基準として、式(A)を用いて限界拡散性水素量比HRを求めた。
HR=Hc/Href (A)
比HRが1.00よりも高ければ、耐水素脆化特性に優れると判断した。
Furthermore, the limit diffusible hydrogen amount of steel M having a chemical composition corresponding to SCM435 of JIS G4053 (2016) was used as the reference (Href) for the limit diffusible hydrogen amount ratio HR. Using the critical diffusible hydrogen amount Href as a reference, the critical diffusible hydrogen amount ratio HR was obtained using the formula (A).
HR=Hc/Href (A)
It was judged that if the ratio HR was higher than 1.00, the hydrogen embrittlement resistance was excellent.

[試験結果]
表2-1及び表2-2に試験結果を示す。
[Test results]
Test results are shown in Tables 2-1 and 2-2.

試験番号1~13の浸炭用鋼の化学組成は適切であり、式(1)~式(3)を満たした。さらに、線材内部の金属組織中における初析フェライト及びパーライトの総面積率は95%以上であり、フェライトの面積率は60%以上であった。また、これらの試験番号の中サイクル疲労強度比は1.10以上であり、限界圧縮率はいずれも75%以上であり、優れた冷間加工性を示した。さらに、比HRは1.05以上であり、優れた耐水素脆化特性を示した。 The chemical compositions of the carburizing steels of test numbers 1 to 13 were appropriate and satisfied the formulas (1) to (3). Furthermore, the total area ratio of proeutectoid ferrite and pearlite in the metal structure inside the wire was 95% or more, and the area ratio of ferrite was 60% or more. In addition, the medium cycle fatigue strength ratio of these test numbers was 1.10 or more, and the critical compressibility was all 75% or more, indicating excellent cold workability. Furthermore, the ratio HR was 1.05 or more, indicating excellent hydrogen embrittlement resistance.

一方、試験番号14~16は、Sb、Sn及びBiのいずれかが0.10%を超える量を含有しており、圧延時に割れがあった。試験番号14~16は使用できない状態であるため、冷間加工性評価試験、球状化率SPH(%)の測定、中サイクル疲労強度比の測定が行われていない。 On the other hand, test numbers 14 to 16 contained more than 0.10% of any of Sb, Sn and Bi, and cracks occurred during rolling. Since Test Nos. 14 to 16 are in an unusable state, the cold workability evaluation test, the measurement of the spheroidization rate SPH (%), and the measurement of the medium cycle fatigue strength ratio were not performed.

試験番号17、18は、式(1)の条件を満たさなかった例である。試験番号14は中サイクル疲労強度比に劣り、試験番号15は冷間加工性に劣る。 Test numbers 17 and 18 are examples that did not satisfy the condition of formula (1). Test No. 14 is inferior in medium cycle fatigue strength ratio, and Test No. 15 is inferior in cold workability.

試験番号19、20は、式(2)の条件を満たさなかった例である。試験番号16は中サイクル疲労強度比に劣り、試験番号17は耐水素脆化特性に劣る。 Test numbers 19 and 20 are examples that did not satisfy the condition of formula (2). Test No. 16 is inferior in medium cycle fatigue strength ratio, and Test No. 17 is inferior in hydrogen embrittlement resistance.

試験番号21は、式(3)の条件を満たさなかった例であり、耐水素脆化特性に劣る。 Test No. 21 is an example that does not satisfy the condition of formula (3), and is inferior in hydrogen embrittlement resistance.

試験番号22の線材はCaを含有していない。そのため、耐水素脆化特性に劣る。 The wire of Test No. 22 does not contain Ca. Therefore, it is inferior in hydrogen embrittlement resistance.

試験番号23~26は、式(1)~式(3)を満たしているにもかかわらずフェライトの面積率が60%未満の例である。いずれも、冷間加工性に劣る。 Test numbers 23 to 26 are examples in which the area ratio of ferrite is less than 60% even though the formulas (1) to (3) are satisfied. Both are inferior in cold workability.

図1は、F2値が0.03以上0.150以下の本発明例及び比較例について、F3(Mn/Cr)値及び限界拡散性水素量比HRとの関係をまとめたグラフである。このグラフに示されるように、F2値が0.03以上0.150以下であることを前提に、F3が0.20より低くなれば、HRが1.00よりも高くなり、優れた耐水素脆化特性が得られることが分かる。 FIG. 1 is a graph summarizing the relationship between the F3 (Mn/Cr) value and the critical diffusible hydrogen amount ratio HR for the inventive examples and comparative examples having an F2 value of 0.03 or more and 0.150 or less. As shown in this graph, on the premise that the F2 value is 0.03 or more and 0.150 or less, if the F3 is lower than 0.20, the HR is higher than 1.00, and excellent hydrogen resistance It can be seen that embrittlement properties are obtained.

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

本発明の浸炭用鋼は、高い曲げ疲労強度及び冷間加工性を有し、水素侵入環境下における優れた耐水素脆化特性を有するので、自動車、産業機械、建築等に用いられる部材、特に、歯車や、プーリ、トランスミッション用シャフト等の鋼製部品への利用に好適である。 The carburizing steel of the present invention has high bending fatigue strength and cold workability, and has excellent resistance to hydrogen embrittlement in an environment where hydrogen penetrates. It is suitable for use in steel parts such as gears, pulleys, and transmission shafts.

Claims (4)

質量%で、
C:0.15~0.25%、
Si:0.20未満、
Mn:0.20~0.40%未満、
Cr:1.60~2.00%、
Al:0.005~0.060%、
N:0.0015~0.0080%、
Ca:0.0003~0.0050%、及び
S:0.010~0.020%を含有し、
P:0.020%以下、
O:0.0020%以下に制限され、
残部はFe及び不純物からなり、
下記式(1)~式(3)を満たす化学組成を有し、フェライトの面積率が60%以上であることを特徴とする浸炭用鋼。
0.48≦C+Si/7+Mn/5+Cr/9≦0.58・・・ (1)
0.03≦Ca/S≦0.15・・・(2)
Mn/Cr≦0.20・・・(3)
ここで、式(1)~式(3)の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される
in % by mass,
C: 0.15 to 0.25%,
Si: less than 0.20,
Mn: less than 0.20 to 0.40%,
Cr: 1.60-2.00%,
Al: 0.005 to 0.060%,
N: 0.0015 to 0.0080%,
Ca: 0.0003 to 0.0050%, and S: 0.010 to 0.020%,
P: 0.020% or less,
O: limited to 0.0020% or less,
the balance consists of Fe and impurities,
A carburizing steel characterized by having a chemical composition satisfying the following formulas (1) to (3) and having a ferrite area ratio of 60% or more.
0.48≦C+Si/7+Mn/5+Cr/9≦0.58 (1)
0.03≦Ca/S≦0.15 (2)
Mn/Cr≦0.20 (3)
Here, the content (% by mass) of the corresponding element is substituted for each element symbol in formulas (1) to (3).
更に、質量%で、
Sb:0.100%以下、
Sn:0.100%以下、及び
Bi:0.100%以下からなる群から選択される1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の浸炭用鋼。
Furthermore, in mass %,
Sb: 0.100% or less,
2. The carburizing steel according to claim 1, containing one or more selected from the group consisting of Sn: 0.100% or less and Bi: 0.100% or less.
更に、質量%で、
Ti:0.010~0.050%、
B:0.0003~0.0040%、
Cu:0.50%以下、
Ni:0.30%以下、
Mo:0.05%以下、
V:0.050%以下、及び
Nb:0.050%以下からなる群から選択される1種又は2種以上を含有し、
下記式(1’)を満たすことを特徴とする請求項1又は2に記載の浸炭用鋼。
0.48≦C+Si/7+Mn/5+Cr/9+2×Mo/5+V≦0.58・・・ (1’)
ここで、式(1’)の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される
Furthermore, in mass %,
Ti: 0.010 to 0.050%,
B: 0.0003 to 0.0040%,
Cu: 0.50% or less,
Ni: 0.30% or less,
Mo: 0.05% or less,
V: 0.050% or less, and Nb: 0.050% or less, containing one or more selected from the group consisting of
3. The carburizing steel according to claim 1, wherein the following formula (1') is satisfied.
0.48≦C+Si/7+Mn/5+Cr/9+2×Mo/5+V≦0.58 (1′)
Here, the content (% by mass) of the corresponding element is substituted for each element symbol in formula (1′).
請求項1~3のうちいずれか1項に記載の成分組成を有する芯部と、前記芯部よりも炭素含有量が高い表層部とを有することを特徴とする部品。 A component comprising a core portion having the composition according to any one of claims 1 to 3 and a surface layer portion having a higher carbon content than the core portion.
JP2018115366A 2018-06-18 2018-06-18 Carburizing steel and parts Active JP7135484B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018115366A JP7135484B2 (en) 2018-06-18 2018-06-18 Carburizing steel and parts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018115366A JP7135484B2 (en) 2018-06-18 2018-06-18 Carburizing steel and parts

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019218585A JP2019218585A (en) 2019-12-26
JP7135484B2 true JP7135484B2 (en) 2022-09-13

Family

ID=69095583

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018115366A Active JP7135484B2 (en) 2018-06-18 2018-06-18 Carburizing steel and parts

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7135484B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115011881B (en) * 2022-07-27 2022-12-27 安徽工业大学 Medium carbon cucurbit lock body material with excellent plasticity and drilling performance and preparation method thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004124127A (en) 2002-09-30 2004-04-22 Kobe Steel Ltd Carburizing steel superior in torsion fatigue characteristic
JP2008081841A (en) 2006-08-28 2008-04-10 Kobe Steel Ltd Case hardening steel having excellent cold forgeability and crystal grain coarsening prevention property, and machine part obtained therefrom
JP2010285689A (en) 2009-05-13 2010-12-24 Nippon Steel Corp Carburized steel component excellent in low-cycle bending fatigue strength
JP2017122270A (en) 2016-01-08 2017-07-13 新日鐵住金株式会社 Steel for cold-worked component

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0959756A (en) * 1995-08-22 1997-03-04 Kobe Steel Ltd Production of high bearing resistant carburized parts

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004124127A (en) 2002-09-30 2004-04-22 Kobe Steel Ltd Carburizing steel superior in torsion fatigue characteristic
JP2008081841A (en) 2006-08-28 2008-04-10 Kobe Steel Ltd Case hardening steel having excellent cold forgeability and crystal grain coarsening prevention property, and machine part obtained therefrom
JP2010285689A (en) 2009-05-13 2010-12-24 Nippon Steel Corp Carburized steel component excellent in low-cycle bending fatigue strength
JP2017122270A (en) 2016-01-08 2017-07-13 新日鐵住金株式会社 Steel for cold-worked component

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019218585A (en) 2019-12-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8491732B2 (en) Hot-rolled steel bar or wire rod
JP5397247B2 (en) Hot rolled steel bar or wire rod
CN108368575B (en) Rolling wire rod for cold forging tempered product
JP5742801B2 (en) Hot rolled steel bar or wire rod
US9200354B2 (en) Rolled steel bar or wire for hot forging
JP6819198B2 (en) Rolled bar for cold forged tempered products
JP6631640B2 (en) Case hardened steel, carburized parts and method of manufacturing case hardened steel
US10801091B2 (en) Steel for induction hardening
JP6679935B2 (en) Steel for cold work parts
JPWO2020138450A1 (en) Steel material used as a material for carburized nitriding bearing parts
JP2017133052A (en) Case hardened steel excellent in coarse particle prevention property, fatigue property and machinability during carburization and manufacturing method therefor
JP2007231337A (en) Hot rolled steel sheet and steel component
JP7135484B2 (en) Carburizing steel and parts
JP6319212B2 (en) Gear part and manufacturing method of gear part
JP7155644B2 (en) bolt
JP7135485B2 (en) Carburizing steel and parts
CN107429359B (en) Hot-rolled rod and wire material, component, and method for producing hot-rolled rod and wire material
US12104234B2 (en) Steel material
JP7368724B2 (en) Steel materials for carburized steel parts
JP7368723B2 (en) Steel materials for carburized steel parts
JP7156021B2 (en) Steel for carburized steel parts
JP2018035421A (en) Case hardening steel excellent in coarse grain prevention property upon carburization and fatigue property and production method therefor
JP4192885B2 (en) Steel and machine structural parts for cold forging
JP2021161462A (en) Steel material
KR20240151817A (en) Steel

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210203

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220214

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220301

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220426

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220802

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220815

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7135484

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151