JP7151474B2 - Steel for carburized steel parts - Google Patents

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本発明は、浸炭鋼部品に用いられる鋼材である浸炭鋼部品用鋼材に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a steel material for carburized steel parts, which is a steel material used for carburized steel parts.

機械構造用部品に使用される鋼には、一般に、Mn、Cr、Mo、及び、Ni等が含有される。上述の元素を含有する化学成分を有し、鋳造、鍛造、圧延等の工程を経て製造された浸炭鋼部品用鋼材は、鍛造、切削等の機械加工により成型され、さらに、浸炭処理等の熱処理を施されて、表層部の浸炭層と、浸炭層よりも内部の芯部とを備える浸炭鋼部品となる。 Steel used for machine structural parts generally contains Mn, Cr, Mo, Ni, and the like. Steel materials for carburized steel parts that have chemical compositions containing the above elements and are manufactured through processes such as casting, forging, and rolling are shaped by machining such as forging and cutting, and are further subjected to heat treatment such as carburizing. is applied to obtain a carburized steel part having a carburized layer on the surface and a core portion inside the carburized layer.

この浸炭鋼部品を製造するコストのうち、切削加工に関わるコストが非常に大きい。切削加工は切削の工具が高価であるだけでなく、切りくずを多量に生成するため、歩留の観点からも不利である。このため、切削加工を鍛造に置き換えることが試みられている。鍛造方法は熱間鍛造、温間鍛造、冷間鍛造に大別できる。温間鍛造はスケールの発生が少なく、熱間鍛造よりも寸法精度が改善されるという特徴がある。冷間鍛造はスケールの発生がなく、寸法精度が従前の切削後の状態に近いという特徴がある。したがって、熱間鍛造で大まかな加工を実施した後に冷間鍛造で仕上げ加工を実施する方法、温間鍛造を実施した後に仕上げとして軽度の切削を実施する方法、又は、冷間鍛造を実施した後に仕上げとして軽度の切削を実施する方法、等が検討されてきた。しかしながら、熱間鍛造を温間鍛造又は冷間鍛造に置き換えた場合、浸炭鋼部品用鋼材の変形抵抗が大きいと、鍛造機の金型にかかる面圧が増加し、金型寿命が低下する。この場合、切削量が低減しても、コストメリットがそれほど大きくならない。また、複雑な形状に成型する場合、大きな加工が加わる部位に割れが生じる場合がある。このため、温間鍛造又は冷間鍛造により浸炭鋼部品を製造する場合、浸炭鋼部品用鋼材の限界加工率の向上が求められる。 Of the costs of manufacturing this carburized steel part, the costs associated with machining are very large. Cutting is not only expensive for cutting tools, but also produces a large amount of chips, which is disadvantageous from the viewpoint of yield. Therefore, attempts have been made to replace cutting with forging. Forging methods can be broadly classified into hot forging, warm forging, and cold forging. Warm forging is characterized by less scale generation and improved dimensional accuracy than hot forging. Cold forging is characterized by no scale generation and dimensional accuracy close to the state after conventional cutting. Therefore, a method of performing rough processing by hot forging and then performing finish processing by cold forging, a method of performing light cutting as a finish after performing warm forging, or a method of performing light cutting as a finish after performing cold forging Methods of carrying out light cutting as a finish, etc. have been investigated. However, when hot forging is replaced with warm forging or cold forging, if the deformation resistance of the steel material for carburized steel parts is high, the contact pressure applied to the die of the forging machine increases, shortening the life of the die. In this case, even if the cutting amount is reduced, the cost advantage is not so large. In addition, when molding into a complicated shape, cracks may occur in portions subjected to extensive processing. Therefore, when carburizing steel parts are manufactured by warm forging or cold forging, it is required to improve the limit workability of steel materials for carburizing steel parts.

国際公開第2012/108480号(特許文献1)及び特開2012-207244号公報(特許文献2)は、冷間鍛造性(限界加工率)の向上を目的とした浸炭鋼部品用鋼材を提案する。 International Publication No. 2012/108480 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-207244 (Patent Document 2) propose a steel material for carburized steel parts for the purpose of improving cold forgeability (limit workability). .

特許文献1に記載の浸炭用鋼は、化学成分が、質量%で、C:0.07%~0.13%、Si:0.0001%~0.50%、Mn:0.0001%~0.80%、S:0.0001%~0.100%、Cr:1.30%超~5.00%、B:0.0005%~0.0100%、Al:0.0001%~1.0%、Ti:0.010%~0.10%を含有し、N:0.0080%以下、P:0.050%以下、O:0.0030%以下に制限し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、化学成分中の各元素の質量%で示した含有量が、式(1)~式(3)を満たす。ここで、式(1)~式(3)は次のとおりである。0.10<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.078×Al<0.235 式(1)、7.5<(0.7×Si+1)×(5.1×Mn+1)×(2.16×Cr+1)<44 式(2)、0.004<Ti-N×(48/14)<0.030 式(3)。この浸炭用鋼は、上述の化学組成を有することにより、冷間鍛造時の限界加工率を高めることができ、さらに、浸炭処理後において、従来鋼と同等の硬化層及び芯部硬さとが得られる、と特許文献1には記載されている。 The carburizing steel described in Patent Document 1 has a chemical composition in mass% of C: 0.07% to 0.13%, Si: 0.0001% to 0.50%, Mn: 0.0001% to 0.80%, S: 0.0001% to 0.100%, Cr: more than 1.30% to 5.00%, B: 0.0005% to 0.0100%, Al: 0.0001% to 1 .0%, Ti: 0.010% to 0.10%, N: 0.0080% or less, P: 0.050% or less, O: 0.0030% or less, the balance being Fe and Consists of unavoidable impurities, and the mass % content of each element in the chemical composition satisfies formulas (1) to (3). Here, formulas (1) to (3) are as follows. 0.10<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.078×Al<0.235 Formula (1), 7.5<(0.7×Si+1)×(5.1×Mn+1)× (2.16×Cr+1)<44 Equation (2), 0.004<Ti−N×(48/14)<0.030 Equation (3). This carburizing steel has the above-mentioned chemical composition, so that the limit workability during cold forging can be increased. Patent Document 1 describes that

特許文献2に記載された肌焼鋼は、質量%で、C:0.05~0.20%、Si:0.01~0.1%、Mn:0.3~0.6%、P:0.03%以下(0%を含まない)、S:0.001~0.02%、Cr:1.2~2.0%、Al:0.01~0.1%、Ti:0.010~0.10%、N:0.010%以下(0%を含まない)、B:0.0005~0.005%を含有し、残部が鉄及び不可避不純物からなり、円相当直径20nm未満のTi系析出物の密度が10~100個/μm2であり、且つ、円相当直径20nm以上のTi系析出物の密度が1.5~10個/μm2であり、ビッカース硬さが130HV以下であることを特徴とする。この肌焼鋼は上記構成により、冷間鍛造性に優れる、と特許文献2には記載されている。 The case-hardened steel described in Patent Document 2 has, in mass%, C: 0.05 to 0.20%, Si: 0.01 to 0.1%, Mn: 0.3 to 0.6%, P : 0.03% or less (excluding 0%), S: 0.001-0.02%, Cr: 1.2-2.0%, Al: 0.01-0.1%, Ti: 0 .010 to 0.10%, N: 0.010% or less (not including 0%), B: 0.0005 to 0.005%, the balance being iron and inevitable impurities, equivalent circle diameter 20 nm The density of Ti - based precipitates less than It is characterized by being 130 HV or less. Patent Document 2 describes that this case-hardened steel is excellent in cold forgeability due to the above-described structure.

国際公開第2012/108480号WO2012/108480 特開2012-207244号公報JP 2012-207244 A

ところで、上述のとおり、冷間鍛造は、寸法精度が従前の切削後の状態に近いという特徴があるものの、複雑な形状や中空構造の浸炭鋼部品では、冷間鍛造工程後において、ある程度の切削加工工程が実施される。したがって、冷間鍛造用途の浸炭鋼部品用鋼材に対しては、十分な冷間鍛造性だけでなく、十分な被削性、特に、切削加工時に発生する切りくずの分断されやすさを示す、いわゆる切りくず処理性が要求される。切りくず処理性が低く、長い切りくずが発生すれば、切りくずが加工鋼材又は工具に巻き付き、切削加工の作業効率を低下させる可能性がある。特許文献1及び2では、上述のような、冷間鍛造工程後の鋼材での切りくず処理性について検討されていない。 By the way, as described above, cold forging is characterized by dimensional accuracy close to the state after conventional cutting. A processing step is performed. Therefore, for steel materials for carburized steel parts for cold forging applications, it exhibits not only sufficient cold forgeability but also sufficient machinability, So-called chip disposability is required. If the chip disposability is low and long chips are generated, the chips may wind around the steel material or the tool to be processed, reducing the working efficiency of the cutting process. Patent Literatures 1 and 2 do not examine the chip disposability of the steel material after the cold forging process as described above.

本開示の目的は、冷間鍛造時の限界加工率が大きく、かつ、冷間鍛造後の切削加工時の切りくず処理性に優れる、浸炭鋼部品用鋼材を提供することである。 An object of the present disclosure is to provide a steel material for carburized steel parts, which has a large critical workability during cold forging and excellent chip disposability during cutting after cold forging.

本開示による浸炭鋼部品用鋼材は、化学組成が、質量%で、C:0.11~0.15%、Si:0.17~0.35%、Mn:0.45~0.80%、S:0.005~0.050%、Cr:1.50~1.90%未満、B:0.0005~0.0100%、Al:0.100~0.200%、Ca:0.0002~0.0030%、N:0.0080%以下、P:0.050%以下、O:0.0030%以下、Ti:0~0.020%未満、Nb:0~0.100%、Mo:0~0.500%、Ni:0~0.500%、Cu:0~0.500%、及び、残部はFe及び不純物からなり、式(1)~式(4)を満たし、ミクロ組織において、フェライト及びパーライトの総面積率が85.0%以上であり、かつ、200μm2以上の面積を有するパーライト粒の総面積率が20.0~35.0%未満である。
0.100<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.033×Mo+0.067×Ni+0.097×Cu+0.078×Al<0.235 (1)
13.0<(0.70×Si+1)×(5.1×Mn+1)×(2.2×Cr+1)×(3.0×Mo+1)×(0.36×Ni+1)<45.0 (2)
0.0003<Al×(N-Ti×(14/48))<0.0011 (3)
0.03≦Ca/S≦0.15 (4)
ここで、式(1)~(4)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。
The steel material for carburized steel parts according to the present disclosure has a chemical composition in mass% of C: 0.11 to 0.15%, Si: 0.17 to 0.35%, Mn: 0.45 to 0.80%. , S: 0.005 to 0.050%, Cr: 1.50 to less than 1.90%, B: 0.0005 to 0.0100%, Al: 0.100 to 0.200%, Ca: 0. 0002 to 0.0030%, N: 0.0080% or less, P: 0.050% or less, O: 0.0030% or less, Ti: 0 to less than 0.020%, Nb: 0 to 0.100%, Mo: 0 to 0.500%, Ni: 0 to 0.500%, Cu: 0 to 0.500%, and the balance consists of Fe and impurities, satisfying the formulas (1) to (4), micro In the structure, the total area ratio of ferrite and pearlite is 85.0% or more, and the total area ratio of pearlite grains having an area of 200 μm 2 or more is 20.0 to less than 35.0%.
0.100<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.033×Mo+0.067×Ni+0.097×Cu+0.078×Al<0.235 (1)
13.0<(0.70×Si+1)×(5.1×Mn+1)×(2.2×Cr+1)×(3.0×Mo+1)×(0.36×Ni+1)<45.0 (2)
0.0003<Al×(N-Ti×(14/48))<0.0011 (3)
0.03≦Ca/S≦0.15 (4)
Here, the content (% by mass) of the corresponding element is substituted for each element symbol in formulas (1) to (4).

本開示による浸炭鋼部品用鋼材は、冷間鍛造時に十分な限界加工率が得られ、冷間鍛造後の切削加工時の切りくず処理性に優れる。 The steel material for carburized steel parts according to the present disclosure provides a sufficient critical workability during cold forging, and is excellent in chip control during cutting after cold forging.

図1は、本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材のミクロ組織の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of the microstructure of the steel material for carburized steel parts according to the present embodiment.

本発明者らは、浸炭鋼部品用鋼材の限界加工率の改善とともに、冷間鍛造後の被削性(切りくず処理性)を高めるための検討を行った。その結果、本発明者らは、次の(A)~(G)の知見を得た。 The inventors of the present invention have studied how to improve the critical workability of steel materials for carburized steel parts and improve the machinability (chip disposability) after cold forging. As a result, the inventors obtained the following findings (A) to (G).

(A)C含有量が低いほど、冷間鍛造前の浸炭鋼部品用鋼材の軟質化を図ることができる。しかしながら、C含有量が低すぎれば、浸炭処理後の浸炭鋼部品の特性(浸炭層深さ、芯部硬さ等)を、C含有量が0.20%程度である従来の浸炭鋼部品用鋼材(例えば、JIS-SCR420)と同等レベルにすることが困難となる。浸炭鋼部品用鋼材の化学組成を、質量%で、C:0.11~0.15%、Si:0.17~0.35%、Mn:0.45~0.80%、S:0.005~0.050%、Cr:1.50~1.90%未満、B:0.0005~0.0100%、Al:0.100~0.200%、Ca:0.0002%~0.0030%、N:0.0080%以下、P:0.050%以下、O:0.0030%以下、Ti:0~0.020%未満、Nb:0~0.100%、Mo:0~0.500%、Ni:0~0.500%、Cu:0~0.500%、及び、残部はFe及び不純物からなる化学組成とすれば、C含有量が従来の浸炭鋼部品用鋼材よりも低くても、浸炭鋼部品として必要な芯部硬さを得ることができる可能性がある。 (A) The lower the C content, the softer the steel material for carburized steel parts before cold forging can be. However, if the C content is too low, the characteristics (carburized layer depth, core hardness, etc.) of the carburized steel parts after carburizing treatment will be reduced to those of conventional carburized steel parts with a C content of about 0.20%. It becomes difficult to achieve the same level as steel materials (eg, JIS-SCR420). The chemical composition of the steel material for carburized steel parts is C: 0.11 to 0.15%, Si: 0.17 to 0.35%, Mn: 0.45 to 0.80%, S: 0% by mass. .005 to 0.050%, Cr: 1.50 to less than 1.90%, B: 0.0005 to 0.0100%, Al: 0.100 to 0.200%, Ca: 0.0002% to 0 .0030%, N: 0.0080% or less, P: 0.050% or less, O: 0.0030% or less, Ti: 0 to less than 0.020%, Nb: 0 to 0.100%, Mo: 0 ∼0.500%, Ni: 0-0.500%, Cu: 0-0.500%, and the balance being Fe and impurities, steel materials for conventional carburized steel parts with a C content Even if it is lower than , it is possible to obtain the core hardness required for carburized steel parts.

(B)上述の化学組成で、できるだけ大きな浸炭層深さと芯部硬さとを得るためには、浸炭鋼部品の芯部のミクロ組織において、マルテンサイト分率を高めるのが好ましい。浸炭鋼部品の芯部のミクロ組織でのマルテンサイト分率を高めるためには、Mn、Cr、Mo、Ni等の鋼の焼入れ性を向上する合金元素(焼入れ向上元素)の含有量を、式(2)を満たすように含有することが必要である。
13.0<(0.70×Si+1)×(5.1×Mn+1)×(2.2×Cr+1)×(3.0×Mo+1)×(0.36×Ni+1)<45.0 (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。
(B) In order to obtain as large a carburized layer depth and core hardness as possible with the chemical composition described above, it is preferable to increase the fraction of martensite in the microstructure of the core of the carburized steel part. In order to increase the martensite fraction in the microstructure of the core part of the carburized steel part, the content of alloying elements (hardenability improving elements) that improve the hardenability of steel such as Mn, Cr, Mo and Ni is calculated by the formula It is necessary to contain so as to satisfy (2).
13.0<(0.70×Si+1)×(5.1×Mn+1)×(2.2×Cr+1)×(3.0×Mo+1)×(0.36×Ni+1)<45.0 (2)
Here, the content (% by mass) of the corresponding element is substituted for each element symbol in formula (2).

(C)しかしながら、上述の焼入れ性向上元素の含有量が増加すれば、焼入れ性向上元素がフェライトを固溶強化する。そのため、浸炭鋼部品用鋼材の硬さが高まる。浸炭鋼部品用鋼材の硬さが高まれば、冷間鍛造性が低下し、限界加工率が低下する。Bは鋼材の焼入れ性を高めるものの、フェライトを固溶強化しない元素である。そこで、上述のとおり、浸炭鋼部品用鋼材の化学組成にBを含有させて、さらに、C及び上述の焼入れ性向上元素の含有量が式(1)を満たすようにする。これにより、限界加工率の低下を抑制しつつ、浸炭処理後の浸炭鋼部品において、十分な芯部硬さを得ることができる。
0.100<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.033×Mo+0.067×Ni+0.097×Cu+0.078×Al<0.235 (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。
(C) However, if the content of the above hardenability improving element increases, the hardenability improving element solid solution strengthens the ferrite. Therefore, the hardness of the steel material for carburized steel parts increases. If the hardness of the steel material for carburized steel parts increases, the cold forgeability decreases and the critical workability decreases. B is an element that enhances the hardenability of steel but does not solid-solution strengthen ferrite. Therefore, as described above, B is included in the chemical composition of the steel material for carburized steel parts, and the content of C and the above-mentioned hardenability improving element is made to satisfy the formula (1). As a result, sufficient core hardness can be obtained in the carburized steel part after carburizing treatment while suppressing a decrease in the critical workability.
0.100<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.033×Mo+0.067×Ni+0.097×Cu+0.078×Al<0.235 (1)
Here, the content (% by mass) of the corresponding element is substituted for each element symbol in formula (1).

(D)Bの焼入れ性向上効果を安定して得るためには、浸炭処理時において、鋼材中に十分な固溶Bを確保する必要がある。鋼中にNが存在すれば、BはNと結合してBNを形成し、固溶Bが低減する。そこで、本実施形態では、鋼中にAlを含有させてNをBではなくAlと結合させる。この場合、十分な固溶Bを確保できる。その結果、十分な固溶B量が確保できる。さらに、AlNが微細に分散析出すれば、ピンニング効果により、浸炭処理の加熱時のオーステナイト結晶粒の粗大化を抑制できる。したがって、上述の化学組成を満たしつつ、さらに、固溶B量を確保し、AlNによるピンニング効果を得るために、浸炭鋼部品用鋼材中のAl含有量、N含有量及びTi含有量が、式(3)を満たすようにする。
0.0003<Al×(N-Ti×(14/48))<0.0011 (3)
ここで、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。
(D) In order to stably obtain the effect of improving the hardenability of B, it is necessary to secure a sufficient amount of dissolved B in the steel material during the carburizing treatment. If N exists in the steel, B combines with N to form BN, and solute B is reduced. Therefore, in the present embodiment, Al is included in the steel so that N is combined with Al instead of B. In this case, sufficient solid solution B can be ensured. As a result, a sufficient solid solution B amount can be secured. Furthermore, if AlN is finely dispersed and precipitated, the pinning effect can suppress coarsening of austenite crystal grains during heating for carburizing. Therefore, while satisfying the chemical composition described above, in order to secure the solid solution B amount and obtain the pinning effect of AlN, the Al content, the N content, and the Ti content in the steel material for carburized steel parts should be adjusted according to the formula (3) should be satisfied.
0.0003<Al×(N-Ti×(14/48))<0.0011 (3)
Here, the content (% by mass) of the corresponding element is substituted for each element symbol in formula (3).

浸炭鋼部品用鋼材の化学組成中のAl含有量、Ti含有量及びN含有量が式(3)を満たす場合、固溶BがNと結合してBNとして析出することにより固溶Bが低減するのを抑制でき、鋼材中に十分な固溶Bを確保できる。さらに、AlNが微細分散して、ピンニング効果により、浸炭処理の加熱時のオーステナイト結晶粒の異常粒成長を抑制する。そのため、浸炭鋼部品の芯部において、十分な硬さが得られる。 When the Al content, Ti content, and N content in the chemical composition of the steel material for carburized steel parts satisfy the formula (3), solid solution B combines with N and precipitates as BN, thereby reducing solid solution B. can be suppressed, and sufficient solid solution B can be secured in the steel material. Furthermore, AlN is finely dispersed, and the pinning effect suppresses abnormal grain growth of austenite grains during heating for carburizing. Therefore, sufficient hardness is obtained in the core of the carburized steel part.

(E)Bは、浸炭鋼部品の芯部の焼入れ性を有効に高める。しかしながら、浸炭処理として、変成炉ガス方式のガス浸炭を行う場合、浸炭鋼部品の表層部である浸炭層では、B含有による焼入れ性向上効果が低い。これは、浸炭処理時において、鋼部品の表面から窒素が侵入して、固溶Bと結合してBNとして析出し、固溶B量が低減するためである。したがって、浸炭鋼部品の表層部である浸炭層で焼入れ性を確保するために、上述のとおり、浸炭鋼部品用鋼材の化学組成は、式(2)を満たす。 (E) B effectively enhances the hardenability of the core of the carburized steel part. However, when gas carburizing is carried out using a metamorphic furnace gas method as the carburizing treatment, the hardenability improvement effect due to the inclusion of B is low in the carburized layer, which is the surface layer portion of the carburized steel part. This is because, during the carburizing treatment, nitrogen enters from the surface of the steel part, bonds with solid solution B and precipitates as BN, and the amount of solid solution B decreases. Therefore, in order to ensure the hardenability of the carburized layer, which is the surface layer of the carburized steel part, the chemical composition of the steel material for the carburized steel part satisfies the formula (2) as described above.

(F)浸炭鋼部品用鋼材が上述の化学組成を満たし、かつ、式(1)~式(3)を満たしても、S含有量に対するCa含有量が高すぎれば、Caの一部が硫化物に固溶せず、酸化物を形成してしまう。Ca酸化物は鋼材の限界加工率を低下する。化学組成中のCa/Sを適切な範囲に設定できれば、硫化物の微細化及び球状化を促進しつつ、酸化物の生成を抑制することができ、その結果、浸炭鋼部品用鋼材の冷間鍛造性(限界加工率)を高めることができる。具体的には、浸炭鋼部品用鋼材の化学組成が式(4)を満たせば、十分な限界加工率を得ることができる。
0.03≦Ca/S≦0.15 (4)
ここで、式(4)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。
(F) Even if the steel material for carburized steel parts satisfies the above-described chemical composition and satisfies the formulas (1) to (3), if the Ca content is too high relative to the S content, part of Ca is sulfided It does not dissolve in substances and forms oxides. Ca oxide lowers the critical workability of the steel material. If Ca/S in the chemical composition can be set within an appropriate range, it is possible to suppress the formation of oxides while promoting the refinement and spheroidization of sulfides. Forgeability (limit processing rate) can be improved. Specifically, if the chemical composition of the steel material for carburized steel parts satisfies the formula (4), a sufficient critical workability can be obtained.
0.03≦Ca/S≦0.15 (4)
Here, the content (% by mass) of the corresponding element is substituted for each element symbol in formula (4).

(G)浸炭鋼部品の中には、中空のスプライン等、冷間鍛造後の中間部材に対して多くの切削加工が必要な部品が存在する。このような多くの切削加工が必要な浸炭鋼部品を製造する場合、浸炭鋼部品用鋼材には、上述のとおり、優れた切りくず処理性が求められる。本明細書において、切りくず処理性とは、切削時に生成する切りくずの分断のしやすさを意味し、切りくずの工具及び鋼材からの離脱のしやすさを意味する特性である。上述のとおり、C含有量を低く抑えた場合、鋼材の冷間鍛造性が高まるものの、切りくず処理性が低下する。上述の式(1)~式(4)の化学組成を有する浸炭鋼部品用鋼材のミクロ組織において、フェライト及びパーライトの総面積率を85.0%以上とし、かつ、200μm2以上の面積を有するパーライト粒の総面積率を20.0~35.0%未満とする。200μm2以上の面積を有する粗大なパーライト粒は、浸炭鋼部品用鋼材の切りくず処理性を高める。200μm2以上の面積を有するパーライト粒の総面積率が20.0~35.0%未満であれば、浸炭鋼部品用鋼材において十分な限界加工率を確保しつつ、冷間鍛造後の切削加工において十分な切りくず処理性が得られる。 (G) Among the carburized steel parts, there are parts such as hollow splines that require a lot of cutting work on intermediate members after cold forging. When manufacturing such carburized steel parts that require many cutting processes, the steel material for carburized steel parts is required to have excellent chip disposability as described above. In this specification, the term "chip disposability" refers to the ease with which chips generated during cutting are divided, and is a characteristic that refers to the ease with which chips are removed from the tool and the steel material. As described above, when the C content is kept low, the cold forgeability of the steel increases, but the chip disposability decreases. In the microstructure of the steel material for carburized steel parts having the chemical composition of the above formulas (1) to (4), the total area ratio of ferrite and pearlite is 85.0% or more, and the area is 200 μm 2 or more The total area ratio of pearlite grains is 20.0 to less than 35.0%. Coarse pearlite grains having an area of 200 μm 2 or more improve the chip disposability of the steel material for carburized steel parts. If the total area ratio of pearlite grains having an area of 200 μm 2 or more is less than 20.0 to 35.0%, the steel material for carburizing steel parts can be cut after cold forging while ensuring a sufficient marginal workability. Sufficient chip control is obtained at

以上の知見に基づいて完成した本実施形態による浸炭鋼部品用鋼材は、化学組成が、質量%で、C:0.11~0.15%、Si:0.17~0.35%、Mn:0.45~0.80%、S:0.005~0.050%、Cr:1.50~1.90%未満、B:0.0005~0.0100%、Al:0.100~0.200%、Ca:0.0002~0.0030%、N:0.0080%以下、P:0.050%以下、O:0.0030%以下、Ti:0~0.020%未満、Nb:0~0.100%、Mo:0~0.500%、Ni:0~0.500%、Cu:0~0.500%、及び、残部はFe及び不純物からなり、式(1)~式(4)を満たし、ミクロ組織において、フェライト及びパーライトの総面積率が85.0%以上であり、かつ、200μm2以上の面積を有するパーライト粒の総面積率が20.0~35.0%未満である。
0.100<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.033×Mo+0.067×Ni+0.097×Cu+0.078×Al<0.235 (1)
13.0<(0.70×Si+1)×(5.1×Mn+1)×(2.2×Cr+1)×(3.0×Mo+1)×(0.36×Ni+1)<45.0 (2)
0.0003<Al×(N-Ti×(14/48))<0.0011 (3)
0.03≦Ca/S≦0.15 (4)
ここで、式(1)~(4)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。
The steel material for carburized steel parts according to the present embodiment completed based on the above findings has a chemical composition, in mass%, of C: 0.11 to 0.15%, Si: 0.17 to 0.35%, Mn : 0.45-0.80%, S: 0.005-0.050%, Cr: 1.50-1.90%, B: 0.0005-0.0100%, Al: 0.100- 0.200%, Ca: 0.0002 to 0.0030%, N: 0.0080% or less, P: 0.050% or less, O: 0.0030% or less, Ti: 0 to less than 0.020%, Nb: 0 to 0.100%, Mo: 0 to 0.500%, Ni: 0 to 0.500%, Cu: 0 to 0.500%, and the balance consists of Fe and impurities, formula (1) - Satisfying formula (4), in the microstructure, the total area ratio of ferrite and pearlite is 85.0% or more, and the total area ratio of pearlite grains having an area of 200 μm 2 or more is 20.0 to 35. less than 0%.
0.100<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.033×Mo+0.067×Ni+0.097×Cu+0.078×Al<0.235 (1)
13.0<(0.70×Si+1)×(5.1×Mn+1)×(2.2×Cr+1)×(3.0×Mo+1)×(0.36×Ni+1)<45.0 (2)
0.0003<Al×(N-Ti×(14/48))<0.0011 (3)
0.03≦Ca/S≦0.15 (4)
Here, the content (% by mass) of the corresponding element is substituted for each element symbol in formulas (1) to (4).

上記浸炭鋼部品用鋼材の化学組成は、Ti:0.001~0.020%未満、Nb:0.002~0.100%、Mo:0.005~0.500%、Ni:0.005~0.500%、及び、Cu:0.005~0.500%、からなる群から選択される1元素又は2元素以上を含有してもよい。 The chemical composition of the steel material for carburized steel parts is Ti: 0.001 to less than 0.020%, Nb: 0.002 to 0.100%, Mo: 0.005 to 0.500%, Ni: 0.005 0.500%, and Cu: 0.005 to 0.500%.

以下、本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材及び浸炭鋼部品の詳細を説明する。本明細書において、元素に関する「%」は、特に断りがない限り、質量%を意味する。 Details of the steel material for carburized steel parts and the carburized steel parts of the present embodiment will be described below. In this specification, "%" for elements means % by mass unless otherwise specified.

[浸炭鋼部品用鋼材の化学組成]
本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材の化学組成は、次の元素を含有する。
[Chemical composition of steel for carburized steel parts]
The chemical composition of the steel material for carburized steel parts of this embodiment contains the following elements.

C:0.11%~0.15%
炭素(C)は、浸炭鋼部品の芯部の硬さを高める。C含有量が0.11%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、浸炭鋼部品の芯部の硬さが低下し、さらに、切りくず処理性が低下する。一方、従前の浸炭鋼部品用鋼材のC含有量は0.20%程度であるが、本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材では、限界加工率を高めるために、C含有量を0.15%以下とする。したがって、C含有量は0.11~0.15%である。C含有量の好ましい下限は0.12%である。C含有量の好ましい上限は0.14%である。
C: 0.11% to 0.15%
Carbon (C) increases the hardness of the core of the carburized steel part. If the C content is less than 0.11%, the hardness of the core of the carburized steel part is lowered and the chip disposability is reduced even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. descend. On the other hand, the C content of conventional steel materials for carburized steel parts is about 0.20%, but in the steel material for carburized steel parts of the present embodiment, the C content is reduced to 0.15% in order to increase the limit workability. Below. Therefore, the C content is 0.11-0.15%. A preferred lower limit for the C content is 0.12%. A preferable upper limit of the C content is 0.14%.

Si:0.17%~0.35%
シリコン(Si)は、浸炭鋼部品の焼戻し軟化抵抗を高め、浸炭鋼部品の疲労強度を高める。Si含有量が0.17%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、この効果が十分に得られない。一方、Si含有量が0.35%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、冷間鍛造前の浸炭鋼部品用鋼材の硬さが過剰に高くなり、限界加工率が低下する。したがって、Si含有量は0.17~0.35%である。疲労強度をさらに高める観点では、Si含有量の好ましい下限は0.18%であり、さらに好ましくは0.19%である。限界加工率をさらに高める観点では、Si含有量の好ましい上限は0.30%であり、さらに好ましくは0.25%である。
Si: 0.17% to 0.35%
Silicon (Si) increases the temper softening resistance of carburized steel parts and increases the fatigue strength of carburized steel parts. If the Si content is less than 0.17%, this effect cannot be sufficiently obtained even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. On the other hand, if the Si content exceeds 0.35%, the hardness of the steel material for carburized steel parts before cold forging becomes excessively high even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. The limit processing rate is lowered. Therefore, the Si content is 0.17-0.35%. From the viewpoint of further increasing the fatigue strength, the lower limit of the Si content is preferably 0.18%, more preferably 0.19%. From the viewpoint of further increasing the limit processing rate, the upper limit of the Si content is preferably 0.30%, more preferably 0.25%.

Mn:0.45%~0.80%
マンガン(Mn)は、鋼の焼入性を高め、浸炭鋼部品の芯部硬さを高める。Mn含有量が0.45%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、十分な焼入れ性が得られない。一方、Mn含有量が0.80%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、冷間鍛造前の浸炭鋼部品用鋼材の硬さが過剰に高くなり、限界加工率が低下する。したがって、Mn含有量は0.45~0.80%である。Mn含有の好ましい下限は0.47%であり、さらに好ましくは0.48%である。Mn含有量の好ましい上限は0.70%であり、さらに好ましくは0.60%である。
Mn: 0.45% to 0.80%
Manganese (Mn) increases the hardenability of steel and increases the core hardness of carburized steel parts. If the Mn content is less than 0.45%, sufficient hardenability cannot be obtained even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. On the other hand, if the Mn content exceeds 0.80%, the hardness of the steel material for carburized steel parts before cold forging becomes excessively high even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. The limit processing rate is lowered. Therefore, the Mn content is 0.45-0.80%. A preferred lower limit for Mn content is 0.47%, more preferably 0.48%. A preferable upper limit of the Mn content is 0.70%, more preferably 0.60%.

S:0.005%~0.050%
硫黄(S)は、鋼中のMnと結合してMnSを形成し、浸炭鋼部品用鋼材の切りくず処理性を高める。S含有量が0.005%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、S含有量が0.050%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、冷間鍛造時にMnSが割れの起点となり、限界加工率が低下する。したがって、S含有量は0.005~0.050%である。S含有量の好ましい下限は0.006%であり、さらに好ましくは0.008%であり、さらに好ましくは0.010%である。S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%であり、さらに好ましくは0.020%である。
S: 0.005% to 0.050%
Sulfur (S) combines with Mn in steel to form MnS and enhances the chip disposability of steel materials for carburized steel parts. If the S content is less than 0.005%, the above effect cannot be sufficiently obtained even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. On the other hand, if the S content exceeds 0.050%, even if the other element contents are within the range of the present embodiment, MnS becomes the starting point of cracking during cold forging, and the critical workability decreases. Therefore, the S content is 0.005-0.050%. A preferable lower limit of the S content is 0.006%, more preferably 0.008%, and still more preferably 0.010%. A preferable upper limit of the S content is 0.040%, more preferably 0.030%, and still more preferably 0.020%.

Cr:1.50%~1.90%未満
クロム(Cr)は、鋼の焼入性を高め、浸炭鋼部品の芯部硬さを高める。Crは、焼入れ性を高めるMn、Mo、Niと比較して、浸炭鋼部品用鋼材の硬さの上昇を押さえつつ、焼入れ性を高めることができる。Cr含有量が1.50%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、十分な焼入れ性が得られない。一方、Cr含有量が1.90%以上になれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、冷間鍛造前の浸炭鋼部品用鋼材の硬さが過剰に高くなり、限界加工率が低下する。したがって、Cr含有量は1.50~1.90%未満である。Cr含有量の好ましい下限は1.52%であり、さらに好ましくは1.55%である。Cr含有量の好ましい上限は1.85%であり、さらに好ましくは1.80%である。
Cr: 1.50% to less than 1.90% Chromium (Cr) increases the hardenability of steel and increases the core hardness of carburized steel parts. Compared to Mn, Mo, and Ni, which improve hardenability, Cr can improve hardenability while suppressing an increase in hardness of the steel material for carburized steel parts. If the Cr content is less than 1.50%, sufficient hardenability cannot be obtained even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. On the other hand, if the Cr content is 1.90% or more, the hardness of the steel material for carburized steel parts before cold forging becomes excessively high even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. , the critical processing rate decreases. Therefore, the Cr content is between 1.50 and less than 1.90%. A preferred lower limit for the Cr content is 1.52%, more preferably 1.55%. A preferable upper limit of the Cr content is 1.85%, more preferably 1.80%.

B:0.0005%~0.0100%
ホウ素(B)は、オーステナイトに固溶した場合、微量でも鋼の焼入性を大きく高める。そのため、浸炭鋼部品の芯部硬さを高める。Bはさらに、微量の含有により上記効果を発揮するため、浸炭鋼部品用鋼材中のフェライトの硬さが上昇しにくい。つまり、浸炭鋼部品用鋼材の限界加工率を高く維持しつつ、焼入れ性を高めることができる。B含有量が0.0005%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、B含有量が0.0100%を超えれば、上記効果が飽和する。したがって、B含有量は0.0005~0.0100%である。B含有量の好ましい下限は0.0007%であり、さらに好ましくは0.0010%である。B含有量の好ましい上限は0.0080%であり、さらに好ましくは0.0050%であり、さらに好ましくは0.0025%である。
B: 0.0005% to 0.0100%
Boron (B), when dissolved in austenite, greatly enhances the hardenability of steel even in a very small amount. Therefore, the core hardness of the carburized steel part is increased. Furthermore, since B exhibits the above effects even when contained in a very small amount, the hardness of ferrite in the steel material for carburized steel parts is less likely to increase. In other words, the hardenability can be improved while maintaining a high critical workability of the steel material for carburized steel parts. If the B content is less than 0.0005%, the above effect cannot be sufficiently obtained even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. On the other hand, if the B content exceeds 0.0100%, the above effects are saturated. Therefore, the B content is 0.0005-0.0100%. A preferable lower limit of the B content is 0.0007%, more preferably 0.0010%. A preferable upper limit of the B content is 0.0080%, more preferably 0.0050%, and still more preferably 0.0025%.

Al:0.100%~0.200%
アルミニウム(Al)は、鋼を脱酸する。Alはさらに、Nと結合してAlNを形成し、本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材における固溶B量を確保する。さらに、微細なAlNが微細分散することにより、ピンニング効果により、浸炭処理の加熱時にオーステナイト結晶粒が粗大化するのを抑制する。Al含有量が0.100%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、これらの効果が十分に得られない。一方、Al含有量が0.200%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼中に粗大な酸化物が形成して、浸炭鋼部品の疲労強度が低下する。したがって、Al含有量は0.100~0.200%である。Al含有量の好ましい下限は0.101%であり、さらに好ましくは0.105%であり、さらに好ましくは0.110%であり、さらに好ましくは0.120%である。Al含有量の好ましい上限は0.190%であり、さらに好ましくは0.170%であり、さらに好ましくは0.150%である。
Al: 0.100% to 0.200%
Aluminum (Al) deoxidizes steel. Al further combines with N to form AlN, and secures the amount of dissolved B in the steel material for carburized steel parts of the present embodiment. Furthermore, finely dispersed AlN suppresses coarsening of austenite crystal grains during heating for carburizing due to the pinning effect. If the Al content is less than 0.100%, these effects cannot be sufficiently obtained even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. On the other hand, if the Al content exceeds 0.200%, even if the content of other elements is within the range of the present embodiment, coarse oxides are formed in the steel, and the fatigue strength of the carburized steel part is reduced. descend. Therefore, the Al content is 0.100-0.200%. The lower limit of the Al content is preferably 0.101%, more preferably 0.105%, still more preferably 0.110%, still more preferably 0.120%. A preferable upper limit of the Al content is 0.190%, more preferably 0.170%, and still more preferably 0.150%.

Ca:0.0002%~0.0030%
カルシウム(Ca)は、鋼中の硫化物に固溶して、硫化物を微細かつ球状化する。これにより、浸炭鋼部品用鋼材の冷間鍛造性が高まり、限界加工率が高まる。Ca含有量が0.0002%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、この効果が十分に得られない。一方、Ca含有量が0.0030%を越えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼中に粗大な酸化物が生成する。この場合、浸炭鋼部品用鋼材の冷間鍛造性及び限界加工率がかえって低下する。したがって、Ca含有量は0.0002~0.0030%である。Ca含有量の好ましい下限は0.0005%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0.0025%であり、さらに好ましくは0.0020%である。
Ca: 0.0002% to 0.0030%
Calcium (Ca) dissolves in the sulfides in the steel and makes the sulfides fine and spherical. As a result, the cold forgeability of the steel material for carburized steel parts is improved, and the critical workability is increased. If the Ca content is less than 0.0002%, this effect cannot be sufficiently obtained even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. On the other hand, if the Ca content exceeds 0.0030%, coarse oxides are formed in the steel even if the content of other elements is within the range of this embodiment. In this case, the cold forgeability and limit workability of the steel material for carburized steel parts are rather lowered. Therefore, the Ca content is 0.0002-0.0030%. A preferable lower limit of the Ca content is 0.0005%, more preferably 0.0007%. A preferable upper limit of the Ca content is 0.0025%, more preferably 0.0020%.

N:0.0080%以下
窒素(N)は不可避に含有される不純物である。つまり、N含有量は0%超である。NはBと結合してBNを形成し、固溶B量を低減する。N含有量が0.0080%を超えれば、浸炭鋼部品用鋼材中のAl含有量が上述の範囲内であっても、AlがNを十分に固定することができなくなり、BNが過剰に生成する。その結果、浸炭鋼部品用鋼材の焼入れ性が低下する。N含有量が0.0080%を超えればさらに、粗大なAlNが生成して、冷間鍛造時に粗大なAlNが割れの起点となる。そのため、浸炭鋼部品用鋼材の限界加工率が低下する。したがって、N含有量は0.0080%以下である。N含有量の好ましい上限は0.0075%であり、さらに好ましくは0.0070%であり、さらに好ましくは0.0065%である。N含有量はできるだけ低い方が好ましい。しかしながら、N含有量の過剰の低減は、製造コストを高める。したがって、通常の工業生産を考慮した場合、N含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.0010%であり、さらに好ましくは0.0030%である。
N: 0.0080% or less Nitrogen (N) is an unavoidable impurity. That is, the N content is over 0%. N combines with B to form BN and reduces the amount of dissolved B. If the N content exceeds 0.0080%, even if the Al content in the steel material for carburized steel parts is within the above range, Al cannot sufficiently fix N, and BN is excessively generated. do. As a result, the hardenability of the steel material for carburized steel parts is lowered. If the N content exceeds 0.0080%, coarse AlN is further formed, and the coarse AlN serves as a starting point of cracks during cold forging. Therefore, the critical workability of the steel material for carburized steel parts is lowered. Therefore, the N content is 0.0080% or less. A preferable upper limit of the N content is 0.0075%, more preferably 0.0070%, and still more preferably 0.0065%. It is preferable that the N content is as low as possible. However, excessive reduction of the N content increases manufacturing costs. Therefore, in consideration of normal industrial production, the preferred lower limit of the N content is 0.0001%, more preferably 0.0005%, still more preferably 0.0010%, still more preferably 0.001%. 0030%.

P:0.050%以下
燐(P)は不可避に含有される不純物である。つまり、P含有量は0%超である。Pは鋼材の疲労強度及び熱間加工性を低下する。したがって、P含有量は0.050%以下である。P含有量の好ましい上限は0.035%であり、さらに好ましくは0.020%である。P含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、P含有量の過剰な低減は、製造コストを高める。したがって、通常の工業生産を考慮した場合、P含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.001%である。
P: 0.050% or less Phosphorus (P) is an unavoidable impurity. That is, the P content is over 0%. P lowers the fatigue strength and hot workability of steel. Therefore, the P content is 0.050% or less. A preferable upper limit of the P content is 0.035%, more preferably 0.020%. The lower the P content is, the better. However, excessive reduction of the P content increases manufacturing costs. Therefore, considering normal industrial production, the lower limit of the P content is preferably 0.0001%, more preferably 0.0005%, and still more preferably 0.001%.

O:0.0030%以下
酸素(O)は不可避に含有される不純物である。つまり、O含有量は0%超である。Oは、酸化物を形成し、浸炭鋼部品用鋼材の限界加工率を低下し、浸炭鋼部品の疲労強度を低下する。したがって、O含有量は0.0030%以下である。O含有量の好ましい上限は0.0028%であり、さらに好ましくは0.0025%である。O含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、O含有量の過剰な低減は製造コストを高める。したがって、通常の工業生産を考慮した場合、O含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.0007%である。
O: 0.0030% or less Oxygen (O) is an unavoidable impurity. That is, the O content is over 0%. O forms oxides, lowers the critical workability of the steel material for carburized steel parts, and lowers the fatigue strength of the carburized steel parts. Therefore, the O content is 0.0030% or less. A preferable upper limit of the O content is 0.0028%, more preferably 0.0025%. It is preferable that the O content is as low as possible. However, excessive reduction of O content increases production costs. Therefore, considering normal industrial production, the lower limit of the O content is preferably 0.0001%, more preferably 0.0005%, and still more preferably 0.0007%.

本実施形態における浸炭鋼部品用鋼材の化学組成の残部は、Fe及び不純物からなる。ここで、不純物とは、鋼の原料として利用される鉱石、スクラップ、又は製造過程の環境等から混入する元素を意味する。上述のN、P、O以外の不純物はたとえば、Pb、Sn、Cd、Co、Znである。これらの不純物の含有量は、次のとおりである。Pb:0.05%以下、Sn:0.05%以下、Cd:0.05%以下、Co:0.05%以下、Zn:0.05%以下。 The remainder of the chemical composition of the steel material for carburized steel parts in this embodiment consists of Fe and impurities. The term "impurity" as used herein means an element that is mixed in from the ore, scrap, or the environment during the manufacturing process that is used as a raw material for steel. Impurities other than N, P, and O described above are, for example, Pb, Sn, Cd, Co, and Zn. The contents of these impurities are as follows. Pb: 0.05% or less, Sn: 0.05% or less, Cd: 0.05% or less, Co: 0.05% or less, Zn: 0.05% or less.

[任意元素(optional elements)について]
本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材の化学組成はさらに、Feの一部に代えて、Ti、Nb、Mo、Ni及びCuからなる群から選択される1元素又は2元素以上を含有してもよい。TiはNと結合して、固溶B量をさらに確保する。Nbは、炭化物及び炭窒化物を生成して結晶粒を微細化する。Mo、Ni及びCuはいずれも鋼の焼入れ性を高める。
[Regarding optional elements]
The chemical composition of the steel material for carburized steel parts of the present embodiment may further contain one or more elements selected from the group consisting of Ti, Nb, Mo, Ni and Cu in place of part of Fe. good. Ti combines with N to further secure the solid solution B amount. Nb forms carbides and carbonitrides to refine grains. Mo, Ni and Cu all enhance the hardenability of steel.

Ti:0~0.020%未満
チタン(Ti)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ti含有量は0%であってもよい。含有される場合、Tiは鋼中のNをTiNとして固定する。これにより、BNの形成がさらに抑制され、固溶Bをさらに確保することができる。電炉により浸炭鋼部品用鋼材を製造する場合、鋼中のN含有量の調整が困難となる場合がある。このような場合に、Tiを含有するのが好ましい。Tiが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。一方、Ti含有量が高すぎれば、製造コストが高くなる。したがって、Ti含有量は0~0.020%未満である。Ti含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.001%であり、さらに好ましくは0.002%である。Ti含有量の好ましい上限は0.018%であり、さらに好ましくは0.016%である。
Ti: 0 to less than 0.020% Titanium (Ti) is an optional element and may not be contained. That is, the Ti content may be 0%. When included, Ti fixes the N in the steel as TiN. Thereby, the formation of BN is further suppressed, and solid solution B can be further secured. When producing steel materials for carburized steel parts with an electric furnace, it may be difficult to adjust the N content in the steel. In such a case, it is preferable to contain Ti. If even a small amount of Ti is contained, the above effect can be obtained to some extent. On the other hand, if the Ti content is too high, the production costs will be high. Therefore, the Ti content is between 0 and less than 0.020%. A preferable lower limit of the Ti content is more than 0%, more preferably 0.001%, and still more preferably 0.002%. A preferable upper limit of the Ti content is 0.018%, more preferably 0.016%.

Nb:0~0.100%
ニオブ(Nb)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Nb含有量は0%であってもよい。含有される場合、NbはC及びNと結合して炭化物及び/又は炭窒化物を形成し、ピンニング効果により浸炭処理の加熱時のオーステナイト結晶粒の粗大化を抑制する。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。しかしながら、Nb含有量が0.100%を超えれば、粗大な炭化物及び/又は炭窒化物が生成して、浸炭鋼部品用鋼材の限界加工率が低下する。したがって、Nb含有量は0~0.100%である。Nb含有量の好ましい下限は0.002%であり、さらに好ましくは0.004%であり、さらに好ましくは0.010%である。Nb含有量の好ましい上限は0.080%であり、さらに好ましくは0.060%であり、さらに好ましくは0.050%である。
Nb: 0-0.100%
Niobium (Nb) is an optional element and may not be contained. That is, the Nb content may be 0%. When contained, Nb combines with C and N to form carbides and/or carbonitrides, and suppresses coarsening of austenite grains during heating for carburizing due to the pinning effect. If even a small amount of Nb is contained, the above effect can be obtained to some extent. However, if the Nb content exceeds 0.100%, coarse carbides and/or carbonitrides are formed, and the critical workability of the steel material for carburized steel parts is lowered. Therefore, the Nb content is 0-0.100%. A preferable lower limit of the Nb content is 0.002%, more preferably 0.004%, and still more preferably 0.010%. A preferable upper limit of the Nb content is 0.080%, more preferably 0.060%, and still more preferably 0.050%.

Mo:0~0.500%
モリブデン(Mo)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Mo含有量は0%であってもよい。含有される場合、Moは鋼の焼入性を高め、浸炭鋼部品の芯部の硬さを高める。Moはさらに、ガス浸炭による浸炭処理を実施する場合、浸炭処理時において酸化物及び窒化物を生成しない。そのため、Moは、浸炭層中に酸化物層、窒化物層及び浸炭異常層が生成するのを抑制する。Moが少しでも含有されれば、これらの効果がある程度得られる。しかしながら、Mo含有量が0.500%を超えれば、浸炭鋼部品用鋼材の硬さが過剰に高まり、限界加工率が低下する。したがって、Mo含有量は0~0.500%である。Mo含有量の好ましい下限は0.005%であり、さらに好ましくは0.010%であり、さらに好ましくは0.020%であり、さらに好ましくは0.050%である。Mo含有量の好ましい上限は0.400%であり、さらに好ましくは0.300%であり、さらに好ましくは0.200%である。
Mo: 0-0.500%
Molybdenum (Mo) is an optional element and may not be contained. That is, the Mo content may be 0%. When included, Mo increases the hardenability of the steel and increases the core hardness of the carburized steel part. Furthermore, Mo does not form oxides and nitrides during the carburizing process when the carburizing process is performed by gas carburizing. Therefore, Mo suppresses the formation of an oxide layer, a nitride layer and an abnormal carburization layer in the carburized layer. These effects can be obtained to some extent if even a small amount of Mo is contained. However, if the Mo content exceeds 0.500%, the hardness of the steel material for carburized steel parts is excessively increased, and the critical workability is lowered. Therefore, the Mo content is 0-0.500%. The lower limit of the Mo content is preferably 0.005%, more preferably 0.010%, still more preferably 0.020%, still more preferably 0.050%. A preferable upper limit of the Mo content is 0.400%, more preferably 0.300%, and still more preferably 0.200%.

Ni:0~0.500%
ニッケル(Ni)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ni含有量は0%であってもよい。含有される場合、Niは鋼の焼入性を高め、浸炭鋼部品の芯部の硬さを高める。Niはさらに、ガス浸炭による浸炭処理を実施する場合、浸炭処理時において酸化物及び窒化物を生成しない。そのため、Niは、浸炭層中に酸化物層、窒化物層及び浸炭異常層が生成するのを抑制する。Niが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ni含有量が0.500%を超えれば、浸炭鋼部品用鋼材の硬さが過剰に高まり、限界加工率が低下する。したがって、Ni含有量は0~0.500%である。Ni含有量の好ましい下限は0.005%であり、さらに好ましくは0.010%であり、さらに好ましくは0.020%であり、さらに好ましくは0.050%である。Ni含有量の好ましい上限は0.400%であり、さらに好ましくは0.300%であり、さらに好ましくは0.200%である。
Ni: 0-0.500%
Nickel (Ni) is an optional element and may not be contained. That is, the Ni content may be 0%. When included, Ni increases the hardenability of the steel and increases the core hardness of the carburized steel part. Further, Ni does not form oxides and nitrides during carburizing when carburizing is performed by gas carburizing. Therefore, Ni suppresses the formation of an oxide layer, a nitride layer and an abnormal carburization layer in the carburized layer. If Ni is contained even in a small amount, the above effect can be obtained to some extent. However, if the Ni content exceeds 0.500%, the hardness of the steel material for carburized steel parts is excessively increased, and the critical workability is lowered. Therefore, the Ni content is 0-0.500%. The lower limit of the Ni content is preferably 0.005%, more preferably 0.010%, still more preferably 0.020%, still more preferably 0.050%. A preferable upper limit of the Ni content is 0.400%, more preferably 0.300%, and still more preferably 0.200%.

Cu:0~0.500%
銅(Cu)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Cu含有量は0%であってもよい。含有される場合、Cuは鋼の焼入性を高め、浸炭鋼部品の芯部の硬さを高める。Cuはさらに、ガス浸炭による浸炭処理を実施する場合、浸炭処理時において酸化物及び窒化物を生成しない。そのため、Cuは、浸炭層表面の酸化物層、窒化物層、浸炭異常層の形成を抑制する。Cuが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Cu含有量が0.500%を超えれば、浸炭鋼部品用鋼材の硬さが過剰に高まり、限界加工率が低下する。したがって、Cu含有量は0~0.500%である。Cu含有量の好ましい下限は0.005%であり、さらに好ましくは0.010%であり、さらに好ましくは0.020%であり、さらに好ましくは0.050%である。Cu含有量の好ましい上限は0.400%であり、さらに好ましくは0.300%である。Cuを含有する場合、Ni含有量をCu含有量の1/2以上とすれば、浸炭鋼部品用鋼材の熱間加工性がさらに高まる。
Cu: 0-0.500%
Copper (Cu) is an optional element and may not be contained. That is, the Cu content may be 0%. When included, Cu increases the hardenability of the steel and increases the core hardness of the carburized steel part. Further, Cu does not form oxides and nitrides during the carburizing process when the carburizing process is performed by gas carburizing. Therefore, Cu suppresses the formation of an oxide layer, a nitride layer, and an abnormal carburization layer on the surface of the carburized layer. If even a small amount of Cu is contained, the above effects can be obtained to some extent. However, if the Cu content exceeds 0.500%, the hardness of the steel material for carburized steel parts is excessively increased, and the critical workability is lowered. Therefore, the Cu content is 0-0.500%. A preferable lower limit of the Cu content is 0.005%, more preferably 0.010%, still more preferably 0.020%, still more preferably 0.050%. A preferable upper limit of the Cu content is 0.400%, more preferably 0.300%. When Cu is contained, the hot workability of the steel material for carburized steel parts is further enhanced by setting the Ni content to 1/2 or more of the Cu content.

[式(1)~式(4)について]
本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材の化学組成はさらに、式(1)~式(4)を満たす。
0.100<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.033×Mo+0.067×Ni+0.097×Cu+0.078×Al<0.235 (1)
13.0<(0.70×Si+1)×(5.1×Mn+1)×(2.2×Cr+1)×(3.0×Mo+1)×(0.36×Ni+1)<45.0 (2)
0.0003<Al×(N-Ti×(14/48))<0.0011 (3)
0.03≦Ca/S≦0.15 (4)
ここで、式(1)~(4)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。
以下、各式について説明する。
[Regarding formulas (1) to (4)]
The chemical composition of the steel material for carburized steel parts of the present embodiment further satisfies formulas (1) to (4).
0.100<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.033×Mo+0.067×Ni+0.097×Cu+0.078×Al<0.235 (1)
13.0<(0.70×Si+1)×(5.1×Mn+1)×(2.2×Cr+1)×(3.0×Mo+1)×(0.36×Ni+1)<45.0 (2)
0.0003<Al×(N-Ti×(14/48))<0.0011 (3)
0.03≦Ca/S≦0.15 (4)
Here, the content (% by mass) of the corresponding element is substituted for each element symbol in formulas (1) to (4).
Each formula will be described below.

[式(1)について]
F1=C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.033×Mo+0.067×Ni+0.097×Cu+0.078×Alと定義する。F1は浸炭鋼部品用鋼材(及び、浸炭鋼部品用鋼材を用いて製造される浸炭鋼部品)の硬さの指標である。
[Regarding formula (1)]
Define F1=C+0.194*Si+0.065*Mn+0.012*Cr+0.033*Mo+0.067*Ni+0.097*Cu+0.078*Al. F1 is an index of the hardness of the steel material for carburized steel parts (and carburized steel parts manufactured using the steel material for carburized steel parts).

C含有量が低い場合、冷間鍛造前の浸炭鋼部品用鋼材の組織は、上記した従来の浸炭鋼部品用鋼材(C含有量が0.20%程度)よりも、フェライト分率が大幅に増加している。この場合、浸炭鋼部品用鋼材の硬さは、C含有量(パーライト分率)のみならず、フェライトの硬さにも大きく影響を受ける。F1は、浸炭鋼部品用鋼材中のフェライトの固溶強化に及ぼす各合金元素の寄与を示す。 When the C content is low, the structure of the steel material for carburized steel parts before cold forging has a significantly higher ferrite fraction than the conventional steel material for carburized steel parts (with a C content of about 0.20%). It has increased. In this case, the hardness of the steel material for carburized steel parts is greatly affected not only by the C content (pearlite fraction) but also by the hardness of ferrite. F1 shows the contribution of each alloying element to the solid solution strengthening of ferrite in the steel material for carburized steel parts.

F1が0.235以上であれば、冷間鍛造前の浸炭鋼部品用鋼材の硬さが高すぎる。この場合、浸炭鋼部品用鋼材の限界加工率が低下する。一方、F1が0.100以下であれば、浸炭鋼部品としての硬さが不足する。したがって、F1は、0.100超~0.235未満である。F1は、後述する焼入れ性指標(F2)を満たす範囲でなるべく低い方が好ましい。F1の好ましい上限は0.230未満であり、さらに好ましくは0.220であり、さらに好ましくは0.210である。なおF1値は、算出された値の小数点第4位を四捨五入して得られた値である。 If F1 is 0.235 or more, the hardness of the steel material for carburized steel parts before cold forging is too high. In this case, the critical workability of the steel material for carburized steel parts is lowered. On the other hand, if F1 is 0.100 or less, the hardness as a carburized steel part is insufficient. Therefore, F1 is greater than 0.100 and less than 0.235. F1 is preferably as low as possible within a range that satisfies the hardenability index (F2) described later. A preferable upper limit of F1 is less than 0.230, more preferably 0.220, and still more preferably 0.210. Note that the F1 value is a value obtained by rounding off the calculated value to the fourth decimal place.

[式(2)について]
F2=(0.70×Si+1)×(5.1×Mn+1)×(2.2×Cr+1)×(3.0×Mo+1)×(0.36×Ni+1)と定義する。F2は浸炭鋼部品用鋼材の焼入れ性に関する指標である。
[Regarding formula (2)]
Define F2=(0.70*Si+1)*(5.1*Mn+1)*(2.2*Cr+1)*(3.0*Mo+1)*(0.36*Ni+1). F2 is an index relating to the hardenability of the steel material for carburized steel parts.

上述の通り、Bは、浸炭鋼部品用鋼材の焼入れ性を高め、浸炭鋼部品の芯部の硬さを高めるのに有効である。一方で、浸炭処理としてガス浸炭(変成炉ガス方式)を実施する場合、浸炭鋼部品の表層部である浸炭層では、B含有による焼入れ性向上効果が低い。これは、浸炭処理時に炉内雰囲気ガス中のNが浸炭鋼部品の表層部に侵入して、固溶BがBNとして析出し、焼入れ性向上に寄与する固溶B量が不足するためである。したがって、ガス浸炭処理を実施する場合、Bは浸炭鋼部品の芯部の硬さを高めることはできるものの、浸炭鋼部品の浸炭層の硬さの向上には寄与しにくい。したがって、浸炭鋼部品の表層部である浸炭層で焼入れ性を確保するには、B以外の焼入性向上元素を活用する必要がある。 As described above, B is effective in increasing the hardenability of the steel material for carburized steel parts and increasing the hardness of the core of the carburized steel parts. On the other hand, when gas carburizing (transformation furnace gas method) is performed as the carburizing treatment, the hardenability improvement effect due to the addition of B is low in the carburized layer, which is the surface layer of the carburized steel part. This is because N in the atmosphere gas in the furnace penetrates into the surface layer of the carburized steel part during the carburizing process, and solid solution B precipitates as BN, and the amount of solid solution B that contributes to the improvement of hardenability is insufficient. . Therefore, when gas carburizing treatment is performed, B can increase the hardness of the core of the carburized steel part, but does not contribute to the improvement of the hardness of the carburized layer of the carburized steel part. Therefore, in order to secure the hardenability of the carburized layer, which is the surface layer of the carburized steel part, it is necessary to use a hardenability improving element other than B.

F2が13.0以下の場合、同一の浸炭処理条件で、上記した従来の浸炭鋼部品用鋼材(C含有量が0.20%程度)と比較して、同等以上の浸炭層深さ(ビッカース硬さがHV550以上となる深さ)を十分に得ることができない。一方、F2が45.0以上であれば、冷間鍛造前の浸炭鋼部品用鋼材の硬さが上昇し、限界加工率が低下する。したがって、F2は、13.0超~45.0未満である。F2は、硬さ指標F1を満たす範囲内でできるだけ大きい方が好ましい。F2の好ましい下限は13.2であり、さらに好ましくは15.0である。なおF2値は、算出された値の小数点第2位を四捨五入して得られた値である。 When F2 is 13.0 or less, the carburized layer depth (Vickers The depth at which the hardness becomes HV550 or more) cannot be sufficiently obtained. On the other hand, if F2 is 45.0 or more, the hardness of the steel material for carburized steel parts before cold forging increases, and the critical workability decreases. Therefore, F2 is greater than 13.0 and less than 45.0. F2 is preferably as large as possible within a range that satisfies the hardness index F1. A preferred lower limit for F2 is 13.2, more preferably 15.0. Note that the F2 value is a value obtained by rounding off the calculated value to the second decimal place.

[式(3)について]
F3=Al×(N-Ti×(14/48))と定義する。F3は、AlN析出量に関する指標である。TiがNに対して化学量論的に過剰に含有された場合、Nは全てTiNとして固定される。つまり、F3中の(N-Ti×(14/48))は、Nが鋼中においてTiN以外の形態になっている量を示す。つまり、(N-Ti×(14/48))は、鋼中においてTiと結合されていないN量を示す。なお、F3中の「14」はNの原子量、「48」はTiの原子量を表す。
[Regarding formula (3)]
Define F3=Al×(N−Ti×(14/48)). F3 is an index related to the AlN precipitation amount. When Ti is stoichiometrically excessive with respect to N, all N is fixed as TiN. That is, (N−Ti×(14/48)) in F3 indicates the amount of N in the steel in a form other than TiN. That is, (N−Ti×(14/48)) indicates the amount of N that is not combined with Ti in the steel. In addition, "14" in F3 represents the atomic weight of N, and "48" represents the atomic weight of Ti.

F3が0.0003以下であれば、Nと結合するAl量が不足している。この場合、微細AlNの分散が不足する。そのため、ピンニング効果が有効に作用せず、浸炭処理の加熱時においてオーステナイト結晶粒に粗粒が発生する。一方、F3が0.0011以上であれば、AlN析出物が微細分散せずに粗大化するため、浸炭処理の加熱時におけるオーステナイト結晶粒の粗大化を抑制できない。したがって、F3は0.0003超~0.0011未満である。F3の好ましい下限は0.0004であり、さらに好ましくは0.0005である。F3の好ましい上限は0.0010であり、さらに好ましくは0.0009である。なおF3値は、算出された値の小数点第5位を四捨五入して得られた値である。 If F3 is 0.0003 or less, the amount of Al that binds to N is insufficient. In this case, dispersion of fine AlN is insufficient. Therefore, the pinning effect does not work effectively, and coarse grains are generated in the austenite grains during heating for carburizing. On the other hand, if F3 is 0.0011 or more, the AlN precipitates are not finely dispersed and are coarsened, so that coarsening of the austenite crystal grains during heating in the carburizing treatment cannot be suppressed. Therefore, F3 is greater than 0.0003 and less than 0.0011. A preferred lower limit for F3 is 0.0004, more preferably 0.0005. A preferred upper limit for F3 is 0.0010, more preferably 0.0009. Note that the F3 value is a value obtained by rounding off the calculated value to the fifth decimal place.

[式(4)について]
F4=Ca/Sと定義する。F4は硫化物の微細化及び球状化に関する指標である。上述のとおり、Caは硫化物に固溶して硫化物を微細化し、さらに、硫化物を球状化する。しかしながら、浸炭鋼部品用鋼材の化学組成のCaを含む各元素の含有量が上記範囲内であっても、S含有量に対するCa含有量が高すぎれば、Caの一部が硫化物に固溶せず、酸化物を形成してしまう。Ca酸化物は鋼材の限界加工率を低下する。F4(=Ca/S)を適切な範囲に設定できれば、硫化物の微細化及び球状化を促進しつつ、酸化物の生成を抑制することができ、その結果、浸炭鋼部品用鋼材の冷間鍛造性及び限界加工率を高めることができる。その結果、浸炭鋼部品用鋼材から、複雑な浸炭鋼部品への成形が可能となる。
[Regarding formula (4)]
Define F4=Ca/S. F4 is an index for sulfide refinement and spheroidization. As described above, Ca forms a solid solution in sulfides to make the sulfides finer and further spheroidize the sulfides. However, even if the content of each element containing Ca in the chemical composition of the steel material for carburized steel parts is within the above range, if the Ca content relative to the S content is too high, part of Ca will form a solid solution in sulfides. and form oxides. Ca oxide lowers the critical workability of the steel material. If F4 (=Ca/S) can be set in an appropriate range, it is possible to suppress the formation of oxides while promoting the refinement and spheroidization of sulfides. Forgeability and limit workability can be improved. As a result, the steel for carburized steel parts can be formed into complex carburized steel parts.

F4が0.03未満であれば、化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であって、かつ、F1~F3が式(1)~式(3)を満たしても、鋼中のS含有量に対するCa含有量が低すぎるため、硫化物の微細化及び球状化が不十分となる。この場合、浸炭鋼部品用鋼材の限界加工率が低くなる。一方、F4が0.15よりも高ければ、化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であって、かつ、F1~F3が式(1)~式(3)を満たしても、鋼中のS含有量に対するCa含有量が高すぎるため、酸化物が過剰に生成する。この場合、浸炭鋼部品用鋼材の限界加工率が低くなる。化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であって、かつ、F1~F3が式(1)~式(3)を満たし、かつ、F4が0.03~0.15であれば、硫化物を十分に微細化及び球状化することができ、酸化物の過剰な生成も抑制できる。そのため、浸炭鋼部品用鋼材において、従来鋼よりも冷間鍛造時の変形抵抗が小さくて、限界加工率が大きくなる。さらに、浸炭鋼部品用鋼材を浸炭処理した場合、従来鋼と同等の浸炭層硬さ及び芯部硬さを有する浸炭鋼部品を製造することができる。F4の好ましい下限は0.05であり、さらに好ましくは0.06である。F4の好ましい上限は0.14であり、さらに好ましくは0.13である。なおF4値は、算出された値の小数点第3位を四捨五入して得られた値である。 If F4 is less than 0.03, even if the content of each element in the chemical composition is within the above range and F1 to F3 satisfy formulas (1) to (3), Since the Ca content relative to the S content is too low, the sulfides are insufficiently refined and spheroidized. In this case, the critical working rate of the steel material for carburized steel parts becomes low. On the other hand, if F4 is higher than 0.15, the content of each element in the chemical composition is within the above range, and even if F1 to F3 satisfy the formulas (1) to (3), the steel Since the Ca content relative to the S content in the steel is too high, oxides are produced in excess. In this case, the critical working rate of the steel material for carburized steel parts becomes low. If the content of each element in the chemical composition is within the above range, F1 to F3 satisfy formulas (1) to (3), and F4 is 0.03 to 0.15, The sulfides can be sufficiently refined and spheroidized, and the excessive production of oxides can also be suppressed. Therefore, the steel material for carburized steel parts has a lower deformation resistance during cold forging than the conventional steel, and the limit workability is increased. Furthermore, when the steel material for carburized steel parts is carburized, it is possible to produce carburized steel parts having carburized layer hardness and core hardness equivalent to those of conventional steel. A preferred lower limit for F4 is 0.05, more preferably 0.06. A preferred upper limit for F4 is 0.14, more preferably 0.13. Note that the F4 value is a value obtained by rounding off the calculated value to the third decimal place.

[浸炭鋼部品用鋼材のミクロ組織]
浸炭鋼部品用鋼材のミクロ組織のうち、介在物及び析出物を除く部分をマトリックス(母相)と定義する。浸炭鋼部品用鋼材のマトリックスは、主としてフェライト及びパーライトからなる。ここで、「主としてフェライト及びパーライトからなる」とは、ミクロ組織におけるフェライト及びパーライトの総面積率が85.0~100.0%であることを意味する。マトリックスにおいて、フェライト及びパーライト以外の相(Phase)はたとえば、ベイナイト、マルテンサイト、及び、セメンタイト等である。本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材のミクロ組織において、ベイナイト、マルテンサイト及びセメンタイトの総面積率は0~15.0%である。要するに、本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材において、ミクロ組織におけるフェライト及びパーライトの総面積率は85.0~100.0%であり、ミクロ組織におけるベイナイト、マルテンサイト及びセメンタイトの総面積率は0~15.0%である。なお、本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材のミクロ組織において、フェライト及びパーライトの総面積率が100.0%未満である場合、残部はベイナイト、マルテンサイト及びセメンタイトからなる群から選択される1種又は2種以上である。なお、ミクロ組織の面積率の算出には、フェライト、パーライト、マルテンサイト、ベイナイト、セメンタイトを含める。一方で、上記面積率の算出には、セメンタイト以外の析出物、介在物、及び、残留オーステナイトを含めない。
[Microstructure of steel for carburized steel parts]
In the microstructure of the steel material for carburized steel parts, the portion excluding inclusions and precipitates is defined as the matrix (parent phase). The matrix of steel for carburized steel parts consists mainly of ferrite and pearlite. Here, "mainly composed of ferrite and pearlite" means that the total area ratio of ferrite and pearlite in the microstructure is 85.0 to 100.0%. In the matrix, phases other than ferrite and pearlite include, for example, bainite, martensite, and cementite. In the microstructure of the steel material for carburized steel parts of this embodiment, the total area ratio of bainite, martensite and cementite is 0 to 15.0%. In short, in the steel material for carburized steel parts of the present embodiment, the total area ratio of ferrite and pearlite in the microstructure is 85.0 to 100.0%, and the total area ratio of bainite, martensite and cementite in the microstructure is 0. ~15.0%. In the microstructure of the steel material for carburized steel parts of the present embodiment, when the total area ratio of ferrite and pearlite is less than 100.0%, the balance is one selected from the group consisting of bainite, martensite and cementite. Or two or more. Ferrite, pearlite, martensite, bainite, and cementite are included in the calculation of the area ratio of the microstructure. On the other hand, the calculation of the area ratio does not include precipitates other than cementite, inclusions, and retained austenite.

さらに、本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材のミクロ組織において、200μm2以上の面積を有するパーライト粒(pearlite grain)の総面積率が20.0~35.0%未満である。上述のとおり、式(1)~式(4)を満たす化学組成を有する鋼材のミクロ組織において、フェライト及びパーライトの総面積率が85.0%以上であっても、ミクロ組織中のパーライト粒が微細であれば、切削加工時に切りくずが分断されにくい。式(1)~式(4)を満たす化学組成を有する鋼材のミクロ組織において、フェライト及びパーライトの総面積率が85.0%以上であり、かつ、200μm2以上の面積を有するパーライト粒(以下、粗大パーライト粒ともいう)の総面積率を適切な量とすれば、冷間鍛造後の切りくず処理性が高まる。 Furthermore, in the microstructure of the steel material for carburized steel parts of the present embodiment, the total area ratio of pearlite grains having an area of 200 μm 2 or more is 20.0 to less than 35.0%. As described above, in the microstructure of the steel material having the chemical composition satisfying the formulas (1) to (4), even if the total area ratio of ferrite and pearlite is 85.0% or more, pearlite grains in the microstructure If it is fine, chips are less likely to be broken during cutting. In the microstructure of the steel material having the chemical composition satisfying the formulas (1) to (4), the total area ratio of ferrite and pearlite is 85.0% or more, and the pearlite grains having an area of 200 μm 2 or more (hereinafter referred to as , coarse pearlite grains) is an appropriate amount, the chip disposability after cold forging is improved.

ここで、本明細書におけるパーライト粒を次のとおり規定する。図1は鋼材のミクロ組織観察視野の模式図である。図1を参照して、ミクロ組織観察視野において、パーライトのうちフェライトの結晶方位が同じ領域をパーライトブロックと定義する。そして、バーライトブロック中においてラメラ配向が同じ領域をパーライトコロニーと定義する。図1では、パーライトコロニー21A及び21Bを含むパーライトブロック21と、パーライトコロニー22A及び22Bを含むパーライトブロック22と、パーライトブロック23と、パーライトブロック24とが存在する。そして、観察視野において、パーライトブロック21及び22は接触(隣接)している。本明細書においては、単独のパーライトブロック、又は、接触している複数のパーライトブロックを、パーライト粒と定義する。つまり、図1において、パーライトブロック21及び22は、1つのパーライト粒2と定義する。一方、単独で存在する(つまり、他のパーライトブロックと接触していない)パーライトブロック23を1つのパーライト粒23と定義する。同じく、単独で存在するパーライトブロック24を1つのパーライト粒24と定義する。したがって、パーライト粒2の面積が200μm2以上であり、パーライト粒23の面積が200μm2以上であり、パーライト粒24の面積が200μm2以上である場合、この観察視野における200μm2以上の面積のパーライト粒の総面積率RP(%)は、次の式で定義される。
RP=パーライト粒2、23及び24の総面積/観察視野の面積×100
Here, perlite grains in the present specification are defined as follows. FIG. 1 is a schematic diagram of a microstructure observation field of steel. Referring to FIG. 1, in the microstructure observation field, a region of pearlite in which ferrite has the same crystal orientation is defined as a pearlite block. A region having the same lamellar orientation in the barlite block is defined as a pearlite colony. In FIG. 1, there are a perlite block 21 containing pearlite colonies 21A and 21B, a pearlite block 22 containing pearlite colonies 22A and 22B, a perlite block 23, and a perlite block 24. In FIG. In the observation field of view, the pearlite blocks 21 and 22 are in contact (adjacent). In this specification, a single perlite block or a plurality of contacting perlite blocks are defined as perlite grains. That is, the perlite blocks 21 and 22 are defined as one perlite grain 2 in FIG. On the other hand, a pearlite block 23 existing alone (that is, not in contact with other pearlite blocks) is defined as one pearlite grain 23 . Similarly, a single perlite block 24 is defined as one perlite grain 24 . Therefore, when the area of the pearlite grains 2 is 200 μm 2 or more, the area of the pearlite grains 23 is 200 μm 2 or more, and the area of the pearlite grains 24 is 200 μm 2 or more, the pearlite grains with an area of 200 μm 2 or more in this observation field of view The total area ratio RP (%) of grains is defined by the following formula.
RP = total area of perlite grains 2, 23 and 24/area of observation field x 100

200μm2以上の面積を有するパーライト粒の総面積率が20.0%未満であれば、浸炭鋼部品用鋼材の切削加工時において、切りくずが分断されにくく、切りくず処理性が低下する。一方、200μm2以上の面積を有するパーライト粒の総面積率が35.0%以上であれば、浸炭鋼部品用鋼材中の粗大パーライトの割合が多すぎる。この場合、浸炭鋼部品用鋼材の硬さが過剰に高くなり、限界加工率が低下する。 If the total area ratio of pearlite grains having an area of 200 μm 2 or more is less than 20.0%, chips are less likely to be broken during cutting of the steel material for carburized steel parts, resulting in reduced chip disposability. On the other hand, if the total area ratio of pearlite grains having an area of 200 μm 2 or more is 35.0% or more, the proportion of coarse pearlite in the steel material for carburized steel parts is too high. In this case, the hardness of the steel material for carburized steel parts becomes excessively high, and the critical workability decreases.

式(1)~式(4)を満たす化学組成の浸炭鋼部品用鋼材のミクロ組織におけるフェライト及びパーライトの総面積率が85.0%以上であり、かつ、200μm2以上の面積を有するパーライト粒の総面積率が20.0~35.0%未満であれば、浸炭鋼部品用鋼材の限界加工率を高く維持しつつ、切りくず処理性を高めることができる。200μm2以上のパーライト粒の総面積率の好ましい下限は22.0%であり、さらに好ましくは25.0%である。200μm2以上のパーライト粒の総面積率の好ましい上限は33.0%であり、さらに好ましくは30.0%である。なお、ミクロ組織中におけるフェライト及びパーライトの総面積率の好ましい下限は90.0%であり、さらに好ましくは95.0%であり、さらに好ましくは97.0%である。 Pearlite grains having a total area ratio of 85.0% or more of ferrite and pearlite in the microstructure of a steel material for carburized steel parts having a chemical composition satisfying formulas (1) to (4) and having an area of 200 μm 2 or more If the total area ratio of is less than 20.0 to 35.0%, the chip disposability can be improved while maintaining a high marginal workability of the steel material for carburized steel parts. A preferable lower limit of the total area ratio of pearlite grains of 200 μm 2 or more is 22.0%, more preferably 25.0%. A preferable upper limit of the total area ratio of pearlite grains of 200 μm 2 or more is 33.0%, more preferably 30.0%. The preferable lower limit of the total area ratio of ferrite and pearlite in the microstructure is 90.0%, more preferably 95.0%, still more preferably 97.0%.

[ミクロ組織中の総面積率の測定方法]
本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材のミクロ組織中のフェライト及びパーライトの総面積率(%)、及び、200μm2以上の面積を有するパーライト粒の総面積率(%)は次の方法で測定される。
[Method for measuring total area ratio in microstructure]
The total area ratio (%) of ferrite and pearlite in the microstructure of the steel material for carburized steel parts of the present embodiment and the total area ratio (%) of pearlite grains having an area of 200 μm 2 or more are measured by the following methods. be.

浸炭鋼部品用鋼材が棒鋼又は線材である場合、浸炭鋼部品用鋼材の長手方向(軸方向)に垂直な断面(以下、横断面という)のうち、表面と中心軸とを結ぶ半径Rの中央位置(R/2位置)からサンプルを採取する。採取したサンプルの表面のうち、上記横断面に相当する表面を観察面とする。観察面を鏡面研磨した後、2%硝酸アルコール(ナイタール腐食液)を用いて観察面をエッチングする。エッチングされた観察面を、500倍の光学顕微鏡を用いて観察し、任意の20視野の写真画像を生成する。各視野のサイズは、500μm×500μmとする。 When the steel material for carburized steel parts is a steel bar or wire rod, the center of the radius R connecting the surface and the central axis in the cross section perpendicular to the longitudinal direction (axial direction) of the steel material for carburized steel parts (hereinafter referred to as the cross section) A sample is taken from the position (R/2 position). Among the surfaces of the sampled sample, the surface corresponding to the cross section is used as the observation surface. After the observation surface is mirror-polished, the observation surface is etched using 2% nitric acid alcohol (nital etchant). The etched viewing surface is viewed using a 500x optical microscope to generate photographic images of any 20 fields. The size of each field of view is 500 μm×500 μm.

各視野において、フェライト、パーライト等の各相は、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、各視野でのフェライトの総面積(μm2)、及び、パーライトの総面積(μm2)を求める。全ての視野の総面積に対する、全ての視野におけるフェライトの総面積とパーライトの総面積との合計の割合(%)を、フェライト及びパーライトの総面積率(%)と定義する。 In each field of view, each phase such as ferrite and pearlite has a different contrast. Therefore, each phase is identified based on the contrast. Among the specified phases, the total area (μm 2 ) of ferrite and the total area (μm 2 ) of pearlite in each field of view are obtained. The ratio (%) of the sum of the total area of ferrite and the total area of pearlite in all fields of view to the total area of all fields of view is defined as the total area ratio (%) of ferrite and pearlite.

さらに、全ての視野において、上記で定義したパーライト粒を特定し、各パーライト粒の面積を求める。そして、200μm2以上となるパーライト粒の総面積を求める。200μm2以上のパーライト粒の総面積の、全ての視野の総面積に対する割合(%)を、200μm2以上のパーライト粒の総面積率(%)と定義する。 Furthermore, in all fields of view, the perlite grains defined above are identified, and the area of each pearlite grain is determined. Then, the total area of pearlite grains of 200 μm 2 or more is determined. The ratio (%) of the total area of pearlite grains of 200 μm 2 or more to the total area of all visual fields is defined as the total area ratio (%) of pearlite grains of 200 μm 2 or more.

なお、ミクロ組織の面積率の算出には、フェライト、パーライト、マルテンサイト(焼戻しマルテンサイトも含む)、ベイナイト(焼戻しベイナイトも含む)、セメンタイト(球状化セメンタイトも含む)を含める。一方で、上記面積率の算出には、セメンタイト以外の析出物、介在物、及び、残留オーステナイトを含めない。 The calculation of the area ratio of the microstructure includes ferrite, pearlite, martensite (including tempered martensite), bainite (including tempered bainite), and cementite (including spheroidized cementite). On the other hand, the calculation of the area ratio does not include precipitates other than cementite, inclusions, and retained austenite.

本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材は、化学組成中の各元素が上記範囲内であって、式(1)~式(4)を満たす。さらに、ミクロ組織中のフェライト及びパーライトの総面積率が85.0%以上であり、かつ、200μm2以上の面積を有するパーライト粒の総面積率が20.0~35.0%未満である。そのため、冷間鍛造時における限界加工率を高めることができ、冷間鍛造後の切削加工において、切りくず処理性に優れる。さらに、浸炭処理後の浸炭鋼部品において、芯部の硬さが十分に高めることができ、十分な深さの浸炭層も得られる。浸炭鋼部品用鋼材の製造方法については後述する。 The steel material for carburized steel parts of the present embodiment has each element in the chemical composition within the above range and satisfies the formulas (1) to (4). Furthermore, the total area ratio of ferrite and pearlite in the microstructure is 85.0% or more, and the total area ratio of pearlite grains having an area of 200 μm 2 or more is 20.0 to less than 35.0%. Therefore, it is possible to increase the limit processing rate during cold forging, and excellent chip disposability is obtained in cutting after cold forging. Furthermore, in the carburized steel part after carburizing, the hardness of the core can be sufficiently increased, and a carburized layer with a sufficient depth can be obtained. A method of manufacturing the steel material for carburized steel parts will be described later.

[浸炭鋼部品について]
本実施形態の浸炭鋼部品は、上述の本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材を用いて製造される。具体的には、浸炭鋼部品は、冷間鍛造後の上述の浸炭鋼部品用鋼材を浸炭処理して製造される。浸炭鋼部品の製造方法については後述する。
[About carburized steel parts]
The carburized steel part of the present embodiment is manufactured using the above steel material for carburized steel part of the present embodiment. Specifically, the carburized steel part is manufactured by carburizing the steel material for the carburized steel part after cold forging. A method of manufacturing the carburized steel component will be described later.

浸炭鋼部品は、浸炭層と、芯部とを備える。浸炭層は、浸炭鋼部品の表面からの深さが0.4~2.0mm未満である。つまり、浸炭層は浸炭鋼部品の表層に形成されている。本実施形態において、浸炭層は、JIS Z 2244:2009に準拠したビッカース硬さが550HV以上となる領域を意味する。芯部は、浸炭鋼部品のうち、浸炭層よりも内部の領域に相当する。芯部の化学組成は、上述の浸炭鋼部品の化学組成と同じである。つまり、芯部の化学組成中の元素含有量は上記数値範囲内であって、式(1)~式(4)を満たす。 A carburized steel component comprises a carburized layer and a core. The carburized layer has a depth of less than 0.4-2.0 mm from the surface of the carburized steel part. That is, the carburized layer is formed on the surface layer of the carburized steel component. In this embodiment, the carburized layer means a region having a Vickers hardness of 550 HV or higher according to JIS Z 2244:2009. The core portion corresponds to a region inside the carburized layer of the carburized steel component. The chemical composition of the core is the same as the chemical composition of the carburized steel parts described above. In other words, the content of elements in the chemical composition of the core is within the above numerical range and satisfies the formulas (1) to (4).

浸炭鋼部品において、浸炭鋼部品の表面から50μm深さ位置は浸炭層に相当する。浸炭鋼部品の表面から50μm深さ位置でのJIS Z 2244:2009に準拠したビッカース硬さは650~1000HVである。つまり、上記位置での浸炭層のビッカース硬さは650~1000HVである。浸炭層は浸炭処理により形成され、浸炭層のビッカース硬さは、素材である浸炭鋼部品用鋼材よりも高くなる。 In the carburized steel part, the carburized layer corresponds to a depth of 50 μm from the surface of the carburized steel part. The Vickers hardness according to JIS Z 2244:2009 at a depth of 50 μm from the surface of the carburized steel part is 650 to 1000 HV. That is, the Vickers hardness of the carburized layer at the above position is 650 to 1000 HV. The carburized layer is formed by carburizing treatment, and the Vickers hardness of the carburized layer is higher than that of the carburized steel component steel material.

上記構成を有する浸炭鋼部品において、浸炭鋼部品の表面から2.0mm深さ位置は芯部に相当する。浸炭鋼部品の表面から2.0mm深さ位置でのJIS Z 2244:2009に準拠したビッカース硬さは250~500HVである。つまり、上記位置での芯部のビッカース硬さは250~500HVである。 In the carburized steel part having the above structure, the core portion is located at a depth of 2.0 mm from the surface of the carburized steel part. The Vickers hardness according to JIS Z 2244:2009 at a depth of 2.0 mm from the surface of the carburized steel part is 250 to 500 HV. That is, the Vickers hardness of the core portion at the above position is 250 to 500 HV.

浸炭鋼部品のビッカース硬さは、次の方法で測定する。浸炭鋼部品の任意の表面に垂直な断面を測定面とする。測定面において、表面から50μm深さ位置のビッカース硬さと、表面から0.4mm深さ位置のビッカース硬さとを、マイクロビッカース硬度計を用いて、JIS Z 2244:2009に準拠したビッカース硬さ試験により求める。試験時の荷重は0.49Nとする。50μm深さ位置10箇所のビッカース硬さHVを測定して、その平均値を、50μm深さ位置でのビッカース硬さHVとする。また、0.4mm深さ位置10箇所のビッカース硬さHVを測定して、その平均値を、0.4mm深さ位置でのビッカース硬さHVとする。0.4mm深さ位置でのビッカース硬さが550HV以上であれば、浸炭層深さが少なくとも0.4mm以上であると判断する。また、測定面において、表面から2.0mm深さ位置のビッカース硬さを、マイクロビッカース硬度計を用いて、JIS Z 2244:2009に準拠したビッカース硬さ試験により求める。試験時の荷重は0.49Nとする。2.0mm深さ位置10箇所のビッカース硬さHVを測定して、その平均値を、2.0mm深さ位置でのビッカース硬さHVとする。 Vickers hardness of carburized steel parts is measured by the following method. The cross-section perpendicular to any surface of the carburized steel part shall be the measurement plane. On the measurement surface, the Vickers hardness at a depth of 50 μm from the surface and the Vickers hardness at a depth of 0.4 mm from the surface are measured using a micro Vickers hardness tester according to JIS Z 2244: 2009 Vickers hardness test. Ask. The load during the test shall be 0.49N. The Vickers hardness HV is measured at 10 positions at a depth of 50 μm, and the average value is defined as the Vickers hardness HV at the position at a depth of 50 μm. Also, the Vickers hardness HV at 10 positions at a depth of 0.4 mm is measured, and the average value is taken as the Vickers hardness HV at the position at a depth of 0.4 mm. If the Vickers hardness at the 0.4 mm depth position is 550 HV or more, it is determined that the carburized layer depth is at least 0.4 mm or more. Also, on the measurement surface, the Vickers hardness at a depth of 2.0 mm from the surface is determined by a Vickers hardness test based on JIS Z 2244:2009 using a micro Vickers hardness tester. The load during the test shall be 0.49N. The Vickers hardness HV is measured at 10 positions at a depth of 2.0 mm, and the average value is defined as the Vickers hardness HV at the position at a depth of 2.0 mm.

浸炭鋼部品は、鉱山機械、建設機械、自動車等に利用される機械構造用部品として適用される。機械構造用部品はたとえば、歯車、シャフト、プーリー等である。 Carburized steel parts are applied as machine structural parts used in mining machines, construction machines, automobiles, and the like. Mechanical structural parts are, for example, gears, shafts, pulleys and the like.

以上の構成を有する浸炭鋼部品用鋼材は、冷間鍛造時において、優れた限界加工率を示し、冷間鍛造後の切削加工において、優れた切りくず処理性を示す。さらに、浸炭処理後の浸炭鋼部品において、十分な深さの浸炭層、及び、十分な硬さの芯部を得ることができる。 The steel material for carburized steel parts having the above structure exhibits an excellent marginal workability during cold forging, and an excellent chip disposability during cutting after cold forging. Furthermore, a sufficiently deep carburized layer and a sufficiently hard core can be obtained in the carburized steel part after carburizing.

[浸炭鋼部品用鋼材の製造方法]
本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材の製造方法の一例を説明する。なお、本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材は、以下に説明する製造方法に限定されず、上記構成を有すれば、製造方法は限定されない。ただし、以下に説明する製造方法は、本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材を製造する好適な一例である。
[Manufacturing method of steel material for carburized steel parts]
An example of the method for manufacturing the steel material for carburized steel parts of the present embodiment will be described. The steel material for carburized steel parts of the present embodiment is not limited to the manufacturing method described below, and the manufacturing method is not limited as long as it has the above configuration. However, the manufacturing method described below is a suitable example of manufacturing the steel material for carburized steel parts of the present embodiment.

本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材の製造方法の一例は、素材準備工程と、熱間加工工程とを含む。以下、各工程について説明する。 An example of the method for manufacturing a steel material for carburized steel parts according to the present embodiment includes a material preparation step and a hot working step. Each step will be described below.

[素材準備工程]
素材準備工程では、上述の式(1)~式(4)を満たす化学組成を有する素材を準備する。素材はたとえば、次の方法により製造される。上述の式(1)~式(4)を満たす化学組成の溶鋼を製造する。上記溶鋼を用いて、鋳造法により素材(鋳片又はインゴット)を製造する。たとえば、上記溶鋼を用いて周知の連続鋳造法により鋳片(ブルーム)を製造する。又は、上記溶鋼を用いて周知の造塊法によりインゴットを製造する。
[Material preparation process]
In the material preparation step, a material having a chemical composition that satisfies the above formulas (1) to (4) is prepared. A material is manufactured by the following method, for example. Molten steel having a chemical composition that satisfies the above formulas (1) to (4) is produced. Using the molten steel, a raw material (slab or ingot) is produced by a casting method. For example, the above molten steel is used to produce a slab (bloom) by a well-known continuous casting method. Alternatively, the molten steel is used to produce an ingot by a well-known ingot casting method.

[熱間加工工程]
熱間加工工程では、素材準備工程にて準備された素材(ブルーム又はインゴット)に対して、熱間加工を実施して、浸炭鋼部品用鋼材を製造する。浸炭鋼部品用鋼材の形状は特に限定されないが、たとえば、棒鋼又は線材である。以下の説明では、一例として、浸炭鋼部品用鋼材が棒鋼である場合について説明する。しかしながら、浸炭鋼部品用鋼材が棒鋼以外の他の形状であっても同様の熱間加工工程で製造可能である。
[Hot working process]
In the hot working step, the raw material (bloom or ingot) prepared in the raw material preparation step is hot worked to manufacture a steel material for carburized steel parts. Although the shape of the steel material for carburized steel parts is not particularly limited, it is, for example, a steel bar or a wire rod. In the following description, as an example, a case where the steel material for carburized steel parts is a steel bar will be described. However, even if the steel material for carburized steel parts has a shape other than the steel bar, it can be manufactured by the same hot working process.

熱間加工は粗圧延工程と、仕上げ圧延工程とを含む。粗圧延工程では、素材を熱間加工してビレットを製造する。粗圧延工程はたとえば、分塊圧延機を用いる。分塊圧延機により素材に対して分塊圧延を実施して、ビレットを製造する。分塊圧延機の下流に連続圧延機が設置されている場合、分塊圧延後のビレットに対してさらに、連続圧延機を用いて熱間圧延を実施して、さらにサイズの小さいビレットを製造してもよい。連続圧延機では、一対の水平ロールを有する水平スタンドと、一対の垂直ロールを有する垂直スタンドとが交互に一列に配列される。以上の工程により、粗圧延工程では、素材をビレットに製造する。 Hot working includes a rough rolling process and a finish rolling process. In the rough rolling process, the raw material is hot worked to produce a billet. The rough rolling process uses, for example, a blooming mill. The material is bloomed by a blooming mill to produce a billet. When a continuous rolling mill is installed downstream of the blooming mill, the billet after blooming is further hot-rolled using the continuous rolling mill to produce a smaller billet. may In a continuous rolling mill, horizontal stands with a pair of horizontal rolls and vertical stands with a pair of vertical rolls are alternately arranged in a row. Through the above steps, the raw material is manufactured into a billet in the rough rolling step.

仕上げ圧延工程では、加熱炉又は均熱炉を用いてビレットを加熱する。加熱後のビレットに対して、連続圧延機を用いて熱間圧延を実施して、浸炭鋼部品用鋼材である棒鋼を製造する。 In the finish rolling step, the billet is heated using a heating furnace or a soaking furnace. The billet after heating is subjected to hot rolling using a continuous rolling mill to produce a steel bar as a steel material for carburized steel parts.

仕上げ圧延工程において、加熱炉又は均熱炉での加熱温度をT1(℃)と定義し、加熱炉及び均熱炉での保持時間をt1(時間)と定義する。ここで、加熱温度T1は炉温とし、保持時間t1は、ビレットの炉内での滞在時間(時間)とする。このとき、好ましい加熱温度T1は1200~1250℃であり、好ましい保持時間t1は1.5~15.0時間である。なお、加熱温度T1及び保持時間t1が上記範囲を外れても、後述する仕上げ温度T2及び平均冷却速度CRが適切な範囲であれば、上述の構成を有する浸炭鋼部品用鋼材を製造できる。 In the finish rolling step, the heating temperature in the heating furnace or soaking furnace is defined as T1 (°C), and the holding time in the heating furnace and soaking furnace is defined as t1 (hour). Here, the heating temperature T1 is the furnace temperature, and the holding time t1 is the stay time (time) of the billet in the furnace. At this time, the preferred heating temperature T1 is 1200 to 1250° C., and the preferred holding time t1 is 1.5 to 15.0 hours. Even if the heating temperature T1 and the holding time t1 are out of the above ranges, the steel material for carburized steel parts having the above configuration can be manufactured as long as the finishing temperature T2 and the average cooling rate CR, which will be described later, are within appropriate ranges.

連続圧延機を用いた仕上げ圧延において、最終の圧下を行ったスタンドでの出側での素材温度を、仕上げ温度T2と定義する。仕上げ温度は、最終の圧下を行ったスタンドの出側に設置された測温計により測定された素材の表面温度(℃)とする。測温計はたとえば、放射温度計である。仕上げ圧延工程において、仕上げ温度T2、及び仕上げ圧延後の冷却速度をそれぞれ、次の範囲とする。 In finish rolling using a continuous rolling mill, the material temperature at the delivery side of the stand where the final reduction is performed is defined as finish temperature T2. The finishing temperature is the surface temperature (° C.) of the material measured by a thermometer installed on the delivery side of the stand where the final reduction was performed. The thermometer is, for example, a radiation thermometer. In the finish rolling step, the finish temperature T2 and the cooling rate after finish rolling are set in the following ranges.

仕上げ温度T2:1000~1100℃
仕上げ温度T2が1000℃未満であれば、後述の冷却を実施した場合であっても、200μm2以上の面積を有するパーライト粒の総面積率が20.0%未満となり、切りくず処理性が低下する。一方、仕上げ圧延温度T2が1100℃を超えれば、200μm2以上の面積を有するパーライト粒の総面積率が35.0%以上となり、限界加工率が低下する。したがって、仕上げ温度T2は1000~1100℃である。仕上げ温度T2の好ましい下限は1020℃であり、さらに好ましくは1030℃である。仕上げ温度T2の好ましい上限は1090℃であり、さらに好ましくは1080℃である。
Finishing temperature T2: 1000-1100°C
If the finishing temperature T2 is less than 1000° C., the total area ratio of pearlite grains having an area of 200 μm 2 or more is less than 20.0% even when the cooling described later is performed, and the chip disposability is reduced. do. On the other hand, if the finish rolling temperature T2 exceeds 1100° C., the total area ratio of pearlite grains having an area of 200 μm 2 or more becomes 35.0% or more, and the critical working ratio decreases. Therefore, the finishing temperature T2 is 1000-1100.degree. A preferable lower limit of the finishing temperature T2 is 1020°C, more preferably 1030°C. A preferable upper limit of the finishing temperature T2 is 1090°C, more preferably 1080°C.

仕上げ温度T2から鋼材温度が600℃になるまでの平均冷却速度CR:2.0℃/秒以下 Average cooling rate CR from finish temperature T2 to steel temperature 600°C: 2.0°C/sec or less

パーライト変態は、鋼材温度が600℃になるまでにほぼ完了する。仕上げ温度T2から鋼材温度が600℃になるまでの平均冷却速度CRが2.0℃/秒以下であれば、平均冷却速度CRは大気中での放冷以下の冷却速度となる。この場合、浸炭鋼部品用鋼材中のミクロ組織において、200μm2以上の面積を有するパーライト粒の総面積率が20.0%以上となり、十分な切りくず処理性が得られる。一方、平均冷却速度CRが2.0℃/秒を超えれば、冷却速度が速すぎる。この場合、上述の定義のパーライト粒が微細になり、200μm2以上の面積を有するパーライト粒の総面積率が20.0%未満となる。その結果、浸炭鋼部品用鋼材の切りくず処理性が低下する。平均冷却速度CRがさらに速くなれば、浸炭鋼部品用鋼材のミクロ組織において、ベイナイト及び/又はマルテンサイトが生成する。この場合、ミクロ組織中のフェライト及びパーライトの総面積率が85.0%未満となり、限界加工率が低下する。 Pearlite transformation is almost completed by the time the steel material temperature reaches 600°C. If the average cooling rate CR from the finish temperature T2 until the steel material temperature reaches 600° C. is 2.0° C./sec or less, the average cooling rate CR will be a cooling rate equal to or less than air cooling. In this case, in the microstructure of the steel material for carburized steel parts, the total area ratio of pearlite grains having an area of 200 μm 2 or more is 20.0% or more, and sufficient chip control is obtained. On the other hand, if the average cooling rate CR exceeds 2.0°C/sec, the cooling rate is too fast. In this case, the pearlite grains defined above become finer, and the total area ratio of pearlite grains having an area of 200 μm 2 or more is less than 20.0%. As a result, the chip disposability of the steel material for carburized steel parts deteriorates. If the average cooling rate CR is further increased, bainite and/or martensite are generated in the microstructure of the steel material for carburized steel parts. In this case, the total area ratio of ferrite and pearlite in the microstructure is less than 85.0%, and the critical workability is lowered.

なお、平均冷却速度CRは次の方法で測定する。仕上げ圧延後の鋼材は、搬送ラインで下流に搬送される。搬送ラインには、複数の測温計が搬送ラインに沿って配置されており、搬送ラインの各位置での鋼材温度を測定可能である。搬送ラインに沿って配置された複数の測温計に基づいて、鋼材温度が仕上げ温度T2から600℃になるまでの時間を求め、平均冷却速度CR(℃/秒)を求める。 Incidentally, the average cooling rate CR is measured by the following method. The steel material after finish rolling is conveyed downstream on a conveying line. A plurality of thermometers are arranged along the transfer line, and the temperature of the steel material at each position of the transfer line can be measured. Based on a plurality of thermometers arranged along the transfer line, the time required for the temperature of the steel material to reach 600° C. from the finish temperature T2 is obtained, and the average cooling rate CR (° C./sec) is obtained.

たとえば、搬送ラインに複数の徐冷カバーを間隔を開けて配置することにより、平均冷却速度CRを調整できる。なお、鋼材温度が600℃以下となった後の鋼材の冷却方法は特に限定されない。 For example, the average cooling rate CR can be adjusted by arranging a plurality of slow cooling covers on the transfer line at intervals. In addition, the method of cooling the steel after the temperature of the steel reaches 600° C. or lower is not particularly limited.

以上の製造工程により、上述の構成を有する本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材を製造できる。 Through the above manufacturing process, the steel material for carburized steel parts of the present embodiment having the above configuration can be manufactured.

[浸炭鋼部品の製造方法]
次に、本実施形態による浸炭鋼部品の製造方法の一例について説明する。本製造方法は、上述の浸炭鋼部品用鋼材に対して冷間鍛造を実施して、中間部材を製造する冷間鍛造工程と、中間部材を切削する切削加工工程と、中間部材に対して浸炭処理又は浸炭窒化処理を実施する浸炭工程と、浸炭工程後の中間部材に対して焼入れ及び焼戻しを実施する仕上げ熱処理工程とを含む。
[Manufacturing method of carburized steel parts]
Next, an example of a method for manufacturing a carburized steel part according to this embodiment will be described. This manufacturing method includes a cold forging step of cold forging the above steel material for carburized steel parts to produce an intermediate member, a cutting step of cutting the intermediate member, and carburizing the intermediate member. It includes a carburizing step in which a treatment or carbonitriding treatment is performed, and a final heat treatment step in which the intermediate member after the carburizing step is quenched and tempered.

[冷間鍛造工程]
冷間鍛造工程では、上述の製造方法で製造された浸炭鋼部品用鋼材に、冷間鍛造を実施して形状を付与し、中間部材を製造する。この冷間鍛造工程での加工率、ひずみ速度などの冷間鍛造条件は特に限定されるものではなく、適宜、好適な条件を選択すればよい。
[Cold forging process]
In the cold forging step, the steel material for carburized steel parts produced by the above-described production method is subjected to cold forging to impart a shape to produce an intermediate member. Cold forging conditions such as working ratio and strain rate in this cold forging step are not particularly limited, and suitable conditions may be selected as appropriate.

[切削加工工程]
冷間鍛造工程後であって後述の浸炭工程前の中間部材に対して、切削加工を実施して形状を付与する。切削加工を実施することにより、冷間鍛造工程だけでは困難な、精密形状を浸炭鋼部品に付与することができる。本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材を用いた場合、切削加工工程での切りくず処理性に優れる。
[Cutting process]
After the cold forging process and before the later-described carburizing process, the intermediate member is subjected to cutting to give a shape. By performing cutting, it is possible to impart a precise shape to the carburized steel part, which is difficult to do with the cold forging process alone. When the steel material for carburized steel parts of the present embodiment is used, chip disposability in the cutting process is excellent.

[浸炭工程]
切削加工工程後の中間部材に対して、浸炭工程として、浸炭処理、又は浸炭窒化処理を実施する。上述のビッカース硬さを有する浸炭鋼部品を得るために、浸炭処理又は浸炭窒化処理の条件を、温度が830℃~1100℃、カーボンポテンシャルが0.5%~1.2%、浸炭時間が1時間以上とすることが好ましい。
[Carburizing process]
Carburizing treatment or carbonitriding treatment is performed as a carburizing step on the intermediate member after the cutting step. In order to obtain the carburized steel parts having the Vickers hardness described above, the conditions for carburizing or carbonitriding are as follows: temperature of 830° C. to 1100° C., carbon potential of 0.5% to 1.2%, carburizing time of 1 It is preferable to set the period to an hour or more.

[仕上げ熱処理工程]
浸炭工程後、必要に応じて、仕上げ熱処理工程を実施する。仕上げ熱処理工程では、焼入れ処理、又は、焼入れ及び焼戻し処理を実施して、浸炭鋼部品を製造する。上述したビッカース硬さを有する浸炭鋼部品を製造するために、焼入れ処理、又は、焼入れ及び焼戻し処理の条件として、焼入れ媒体の温度を室温~250℃とすることが好ましい。また、必要に応じて焼入れ後にサブゼロ処理を実施してもよい。
[Finishing heat treatment process]
After the carburizing step, a finishing heat treatment step is performed as necessary. In the final heat treatment step, a quenching treatment or a quenching and tempering treatment is performed to produce a carburized steel component. In order to manufacture the carburized steel parts having the above-described Vickers hardness, it is preferable that the temperature of the quenching medium is room temperature to 250° C. as a condition for the quenching treatment or the quenching and tempering treatment. Moreover, you may implement a sub-zero process after hardening as needed.

[その他の工程]
必要に応じて、仕上熱処理工程後の浸炭鋼部品に対してさらに、研削加工を実施したり、ショットピーニング処理を実施してもよい。研削加工を実施することにより、精密形状を浸炭鋼部品に付与することができる。ショットピーニング処理を実施することにより、浸炭鋼部品の表層部に圧縮残留応力が導入される。圧縮残留応力は疲労き裂の発生及び進展を抑制する。そのため、浸炭鋼部品の疲労強度を高める。たとえば、浸炭鋼部品が歯車である場合、浸炭鋼部品の歯元及び歯面の疲労強度を向上できる。ショットピーニング処理は、周知の方法で実施すればよい。ショットピーニング処理はたとえば、直径が0.7mm以下のショット粒を用い、アークハイトが0.4mm以上の条件で実施するのが好ましい。
[Other processes]
If necessary, the carburized steel part after the finishing heat treatment step may be further subjected to grinding or shot peening. A precision shape can be imparted to the carburized steel component by performing a grinding process. By performing the shot peening process, compressive residual stress is introduced into the surface layer of the carburized steel part. Compressive residual stress suppresses initiation and propagation of fatigue cracks. Therefore, it increases the fatigue strength of the carburized steel part. For example, if the carburized steel part is a gear, the fatigue strength of the tooth root and tooth surface of the carburized steel part can be improved. Shot peening treatment may be performed by a well-known method. The shot peening treatment is preferably carried out, for example, using shot grains having a diameter of 0.7 mm or less and an arc height of 0.4 mm or more.

実施例により本発明の一態様の効果を更に具体的に説明する。以下の実施例での条件は、本実施形態の浸炭鋼部品用鋼材及び浸炭鋼部品の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例である。したがって、本発明はこの一条件例に限定されない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限り、種々の条件を採用し得る。 The effect of one embodiment of the present invention will be described more specifically with reference to examples. The conditions in the following examples are examples of conditions adopted for confirming the feasibility and effect of the steel material for carburized steel parts and the carburized steel parts of the present embodiment. Therefore, the present invention is not limited to this one conditional example. Various conditions can be adopted for the present invention as long as the object of the present invention is achieved without departing from the gist of the present invention.

表1に示す化学組成の溶鋼を準備した。このとき、溶鋼を連続鋳造により鋳造して鋳片を得た。 Molten steel having the chemical composition shown in Table 1 was prepared. At this time, the molten steel was cast by continuous casting to obtain a slab.

Figure 0007151474000001
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表1中の空白欄は、対応する元素含有量が検出限界未満であったことを意味する。この鋳片を加熱した後、粗圧延工程である分塊圧延及びその後の連続圧延機による圧延を実施して、162mm×162mmの横断面(長手方向に垂直な断面)のビレットを製造した。分塊圧延での加熱温度は1200~1250℃であった。 A blank column in Table 1 means that the corresponding elemental content was below the detection limit. After heating the cast slab, blooming, which is a rough rolling step, and subsequent rolling by a continuous rolling mill were carried out to produce a billet with a cross section (perpendicular to the longitudinal direction) of 162 mm×162 mm. The heating temperature in blooming was 1200 to 1250°C.

製造されたビレットを用いて、仕上げ圧延工程を実施して、直径30mmの棒鋼(浸炭鋼部品用鋼材)を製造した。仕上げ圧延工程における各試験番号の加熱温度T1は表2に示すとおりであった。なお、保持時間t1はいずれの試験番号においても1.5~3.0時間であった。また、各試験番号の仕上げ温度T2、仕上げ温度T2から鋼材温度が600℃になるまでの平均冷却速度CRは表2に示すとおりであった。 Using the manufactured billet, a finish rolling process was performed to manufacture a steel bar (steel material for carburized steel parts) having a diameter of 30 mm. Table 2 shows the heating temperature T1 for each test number in the finish rolling process. The retention time t1 was 1.5 to 3.0 hours in any test number. Table 2 shows the finishing temperature T2 of each test number and the average cooling rate CR from the finishing temperature T2 to the temperature of the steel material reaching 600°C.

Figure 0007151474000002
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[評価試験]
[ミクロ組織観察試験]
各試験番号の棒鋼のR/2位置から、ミクロ組織観察用のサンプルを採取した。サンプルの表面のうち、棒鋼の長手方向に垂直な断面に相当する表面を観察面とした。観察面を鏡面研磨した後、2%硝酸アルコール(ナイタール腐食液)を用いて観察面をエッチングした。エッチングされた観察面を、500倍の光学顕微鏡を用いて観察し、任意の20視野の写真画像を生成した。各視野のサイズは、500μm×500μmとした。フェライト、パーライト等の各相は、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、各相を特定した。特定された相のうち、各視野でのフェライトの総面積(μm2)、及び、パーライトの総面積(μm2)を求めた。全ての視野の総面積に対する、全ての視野におけるフェライトの総面積とパーライトの総面積との合計の割合(%)を、フェライト及びパーライトの総面積率(%)と定義した。(表2中の「フェライト+パーライト総面積率」に相当。)
[Evaluation test]
[Microstructure Observation Test]
A sample for microstructure observation was taken from the R/2 position of the steel bar of each test number. Among the surfaces of the sample, the surface corresponding to the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the steel bar was used as the observation surface. After the observation surface was mirror-polished, the observation surface was etched using 2% nitric acid alcohol (nital etchant). The etched viewing surface was observed using a 500x optical microscope to generate photographic images of any 20 fields. The size of each field of view was 500 μm×500 μm. Each phase such as ferrite and pearlite has a different contrast for each phase. Therefore, each phase was identified based on contrast. Among the specified phases, the total area (μm 2 ) of ferrite and the total area (μm 2 ) of pearlite in each field of view were obtained. The ratio (%) of the sum of the total area of ferrite and the total area of pearlite in all fields of view to the total area of all fields of view was defined as the total area ratio (%) of ferrite and pearlite. (Corresponds to "ferrite + pearlite total area ratio" in Table 2.)

さらに、全ての視野において、上記で定義したパーライト粒を特定し、各パーライト粒の面積を求めた。そして、200μm2以上となるパーライト粒の総面積を求めた。全ての視野の総面積に対する、200μm2以上のパーライト粒の総面積の割合(%)を、200μm2以上のパーライト粒の総面積率(%)とした(表2中の「粗大パーライト粒総面積率」に相当。)。表2中の「残部組織」欄には、各試験番号において、フェライト及びパーライト以外に観察された相を示す。欄中の「-」は、ミクロ組織中のマトリックスにおいて、フェライト及びパーライト以外の相が観察されなかったことを示す。欄中の「M」は、ミクロ組織中のマトリックスにおいて、フェライト及びパーライト以外にマルテンサイトが観察されたことを示す。欄中の「B」は、ミクロ組織中のマトリックスにおいて、フェライト及びパーライト以外にベイナイトが観察されたことを示す。欄中の「C」は、ミクロ組織中のマトリックスにおいて、フェライト及びパーライト以外にセメンタイトが観察されたことを示す。 Furthermore, in all fields of view, the pearlite grains defined above were identified, and the area of each pearlite grain was determined. Then, the total area of pearlite grains of 200 μm 2 or more was obtained. The ratio (%) of the total area of pearlite grains of 200 μm 2 or more to the total area of all fields of view was defined as the total area ratio (%) of pearlite grains of 200 μm 2 or more ("Total area of coarse perlite grains in Table 2 Equivalent to "rate".). The "remaining structure" column in Table 2 shows the observed phases other than ferrite and pearlite in each test number. A "-" in the column indicates that no phases other than ferrite and pearlite were observed in the matrix in the microstructure. "M" in the column indicates that martensite was observed in addition to ferrite and pearlite in the matrix in the microstructure. "B" in the column indicates that bainite was observed in addition to ferrite and pearlite in the matrix in the microstructure. "C" in the column indicates that cementite was observed in addition to ferrite and pearlite in the matrix in the microstructure.

なお、上述の面積率の算出において、フェライト、パーライト、マルテンサイト(焼戻しマルテンサイトも含む)、ベイナイト(焼戻しベイナイトも含む)、セメンタイト(球状化セメンタイトも含む)を含めた。一方で、上記面積率の算出には、セメンタイト以外の析出物、介在物、及び、残留オーステナイトを含めなかった。 In addition, ferrite, pearlite, martensite (including tempered martensite), bainite (including tempered bainite), and cementite (including spheroidized cementite) were included in the above calculation of the area ratio. On the other hand, precipitates other than cementite, inclusions, and retained austenite were not included in the calculation of the area ratio.

各試験番号のフェライト及びパーライトの総面積率、及び、各試験番号の200μm2以上の面積を有する粗大パーライト粒の総面積率(%)を表2に示す。 Table 2 shows the total area ratio of ferrite and pearlite for each test number and the total area ratio (%) of coarse pearlite grains having an area of 200 μm 2 or more for each test number.

[限界圧縮率測定試験]
各試験番号の棒鋼から、複数の限界圧縮率測定試験片を採取した。限界圧縮率測定試験片の直径は6mmであり、長さは9mmであった。限界圧縮率測定試験片の長手方向は、棒鋼の長手方向と平行であった。また、限界圧縮率測定試験片の中心軸は、各試験番号の棒鋼のR/2位置に相当した。限界圧縮率測定試験片の長手方向の中央位置に、周方向に切欠きを形成した。切欠き角度は30度であり、切欠き深さは0.8mmであり、切欠き先端の曲率半径は0.15mmであった。
[Limited compressibility measurement test]
A plurality of critical compressibility test specimens were taken from each test number steel bar. The diameter of the limit compressibility measurement test piece was 6 mm, and the length was 9 mm. The longitudinal direction of the critical compressibility test specimen was parallel to the longitudinal direction of the steel bar. Also, the central axis of the limit compressibility measurement test piece corresponded to the R/2 position of the steel bar of each test number. A notch was formed in the circumferential direction at the central position in the longitudinal direction of the limit compressibility measurement test piece. The notch angle was 30 degrees, the notch depth was 0.8 mm, and the radius of curvature of the notch tip was 0.15 mm.

限界圧縮率測定試験には、500ton油圧プレス機を用いた。作製された限界圧縮率測定試験片に対して、次の方法により限界圧縮率測定試験を実施した。各試験片に対して、拘束ダイスを使用して10mm/分のスピードで冷間圧縮試験を行った。切り欠き近傍に0.5mm以上の微小割れが生じたときに圧縮を停止し、その時の圧縮率(%)を求めた。この測定を合計10回行い、累積破損確率が50%となる圧縮率(%)を求めて、その圧縮率を限界圧縮率(%)とした。各試験番号の限界圧縮率(%)を表2に示す。従来の浸炭鋼部品用鋼材の限界圧縮率は65%であるため、この値よりも明らかに高い値とみなせる68%以上となる場合、限界加工率が優れると判断した。なお、限界圧縮率が68%未満の試験番号に対しては、浸炭鋼部品の評価試験を実施しなかった。 A 500-ton hydraulic press was used for the limit compressibility measurement test. A limit compressibility measurement test was performed on the produced limit compressibility measurement test piece by the following method. A cold compression test was performed on each specimen using a constraining die at a speed of 10 mm/min. Compression was stopped when microcracks of 0.5 mm or more were generated in the vicinity of the notch, and the compression rate (%) at that time was determined. This measurement was performed a total of 10 times, and the compression ratio (%) at which the cumulative failure probability was 50% was obtained, and the compression ratio was defined as the limit compression ratio (%). Table 2 shows the limit compression rate (%) for each test number. Since the limit compressibility of conventional steel materials for carburized steel parts is 65%, it was determined that the limit workability is excellent when the limit compression ratio is 68% or more, which can be regarded as a value clearly higher than this value. For test numbers with a critical compressibility of less than 68%, the carburized steel parts were not evaluated.

[被削性試験]
各試験番号の直径30mmの棒鋼に対して、冷間鍛造を模擬した冷間引抜きを実施した。具体的には、直径30mmの棒鋼に対して、減面率30.6%で冷間引抜きを実施して、直径25mmの棒鋼とした。冷間引抜き後の棒鋼を長さ50mmに切断し、旋削加工用試験片とした。
[Machinability test]
Cold drawing simulating cold forging was performed on steel bars with a diameter of 30 mm of each test number. Specifically, a steel bar with a diameter of 30 mm was cold drawn at a rate of area reduction of 30.6% to obtain a steel bar with a diameter of 25 mm. A steel bar after cold drawing was cut into a length of 50 mm to obtain a test piece for turning.

NC旋盤を用いて、旋削加工用試験片の外周を旋削加工した。旋削加工試験に使用した工具の詳細、及び、施削加工条件は次のとおりであった。 Using an NC lathe, the outer periphery of the test piece for turning was turned. The details of the tools used in the turning test and the turning conditions were as follows.

[工具]
母材材質:超硬P20種グレード
コーティング:なし
[旋削加工条件]
周速:150m/分
送り速度:0.2mm/rev
切り込み:0.4mm
潤滑:水溶性切削油を使用
[tool]
Base material: Carbide P20 grade Coating: None [Turn processing conditions]
Peripheral speed: 150m/min Feed rate: 0.2mm/rev
Notch: 0.4mm
Lubrication: Use water-soluble cutting oil

切りくず処理性は、以下の方法で評価した。上記被削性試験中の任意の10秒間で排出された切りくずを回収した。回収された切りくずの長さを調べ、長いものから順に10個の切りくずを選択した。選択された10個の切りくずの総重量を「切りくず重量」と定義した。切りくずが長くつながった結果、回収した切りくずの総数が10個未満である場合、回収された切りくずの総重量を測定し、10個の個数に換算した値を「切りくず重量」と定義した。例えば、切りくずの総数が7個であって、その総重量が12gである場合、切りくず重量は、12g×10個/7個、と計算した。 Chip disposability was evaluated by the following method. Chips ejected during any 10 seconds during the machinability test were collected. The length of the collected chips was examined, and 10 chips were selected in descending order of length. The total weight of 10 selected chips was defined as "chip weight". If the total number of collected chips is less than 10 as a result of long connected chips, the total weight of collected chips is measured and the value converted to 10 is defined as "chip weight". did. For example, when the total number of chips is 7 and the total weight is 12 g, the chip weight is calculated as 12 g×10/7.

各試験番号の切りくず重量が15g以下であれば、切りくず処理性が高いと判断した。切りくず重量が15gを超える場合、切りくず処理性が低いと評価した。評価結果を表2に示す。 If the chip weight for each test number was 15 g or less, it was determined that the chip disposability was high. When the chip weight exceeded 15 g, it was evaluated that the chip disposability was low. Table 2 shows the evaluation results.

[浸炭鋼部品評価試験]
各試験番号の棒鋼から、直径20mm、長さ30mmの試験片を採取した。試験片の中心は、各試験番号の棒鋼の中心とほぼ一致した。採取した試験片に対して、変成炉ガス方式による浸炭処理(ガス浸炭処理)を実施した。ガス浸炭処理では、カーボンポテンシャルを0.8%として、950℃で5時間保持した。続いて、850℃で0.5時間保持した。以上の工程後、試験片を130℃への油槽に浸漬して油焼入れを実施した。焼入れ後の試験片に対して、150℃で90分の焼戻しを行って、浸炭鋼部品を製造した。
[Evaluation test for carburized steel parts]
A test piece with a diameter of 20 mm and a length of 30 mm was taken from the steel bar of each test number. The center of the test piece almost coincided with the center of the steel bar of each test number. Carburizing treatment (gas carburizing treatment) by a metamorphic furnace gas method was performed on the sampled test pieces. In the gas carburizing treatment, the carbon potential was set to 0.8% and the temperature was maintained at 950° C. for 5 hours. Subsequently, it was held at 850° C. for 0.5 hours. After the above steps, the test piece was immersed in an oil bath heated to 130° C. to perform oil quenching. The quenched test pieces were tempered at 150° C. for 90 minutes to produce carburized steel parts.

各試験番号の浸炭鋼部品の、浸炭層及び芯部について、次の測定を実施した。具体的には、各試験番号の浸炭鋼部品の長手方向に垂直な切断面において、表面から50μm深さ位置のビッカース硬さと、表面から0.4mm深さ位置のビッカース硬さを、マイクロビッカース硬度計を用いて、JIS Z 2244:2009に準拠したビッカース硬さ試験により求めた。試験時の荷重は0.49Nとした。50μm深さ位置10箇所のビッカース硬さHVを測定して、その平均値を、50μm深さ位置でのビッカース硬さHVとした。また、0.4mm深さ位置10箇所のビッカース硬さHVを測定して、その平均値を、0.4mm深さ位置でのビッカース硬さHVとした。 The following measurements were performed on the carburized layer and the core of the carburized steel parts of each test number. Specifically, on the cut surface perpendicular to the longitudinal direction of the carburized steel part of each test number, the Vickers hardness at a depth of 50 μm from the surface and the Vickers hardness at a depth of 0.4 mm from the surface were calculated as micro Vickers hardness. It was obtained by a Vickers hardness test based on JIS Z 2244:2009 using a meter. The load during the test was 0.49N. The Vickers hardness HV was measured at 10 positions at a depth of 50 μm, and the average value was defined as the Vickers hardness HV at the position at a depth of 50 μm. Also, the Vickers hardness HV at 10 positions at a depth of 0.4 mm was measured, and the average value was taken as the Vickers hardness HV at the position at a depth of 0.4 mm.

表面から深さ0.4mmの位置での硬さが550HV以上であれば、浸炭層が表面から少なくとも0.4mmまで存在すると判断した。また、表面から深さ50μmの位置でのビッカース硬さが650~1000HVの場合、浸炭鋼部品の浸炭層の硬さが十分であると判断した。測定結果を表2に示す。 If the hardness at a depth of 0.4 mm from the surface was 550 HV or more, it was determined that the carburized layer was present at least 0.4 mm from the surface. Also, when the Vickers hardness at a depth of 50 μm from the surface is 650 to 1000 HV, it was determined that the hardness of the carburized layer of the carburized steel part is sufficient. Table 2 shows the measurement results.

上記浸炭鋼部品の芯部のビッカース硬さ及び化学組成を次の方法で測定した。浸炭鋼部品の長手方向に垂直な切断面において、表面から2.0mm深さ位置のビッカース硬さを、マイクロビッカース硬度計を用いて、JIS Z 2244:2009に準拠したビッカース硬さ試験により求めた。試験時の荷重は0.49Nとした。2.0mm深さ位置にて10回の測定を行い、その平均値を表面から2.0mm深さ位置でのビッカース硬さ(HV)とした。得られたビッカース硬さを表2に示す。0.2mm深さ位置でのビッカース硬さが、250~500HVである場合、芯部硬さが十分であり合格と判定した。 The Vickers hardness and chemical composition of the core of the carburized steel parts were measured by the following methods. Vickers hardness at a depth of 2.0 mm from the surface of the carburized steel part perpendicular to the longitudinal direction was determined by a Vickers hardness test in accordance with JIS Z 2244:2009 using a micro Vickers hardness tester. . The load during the test was 0.49N. Ten measurements were performed at a depth of 2.0 mm, and the average value was taken as the Vickers hardness (HV) at a depth of 2.0 mm from the surface. Table 2 shows the Vickers hardness obtained. When the Vickers hardness at the 0.2 mm depth position was 250 to 500 HV, the hardness of the core was sufficient and it was judged as acceptable.

また、表面から2.0mm深さ位置での化学組成について、EPMA(電子線マイクロアナライザ、Electron Probe MicroAnalyser)を用いて、原子番号5番以上の元素に関して定量分析を行った。そして、浸炭鋼部品用鋼材の化学成分と同じ化学組成である場合、化学組成が同等と判断した。判定結果を表2に示す。 In addition, the chemical composition at a depth of 2.0 mm from the surface was quantitatively analyzed for elements with an atomic number of 5 or higher using EPMA (Electron Probe MicroAnalyser). When the chemical composition was the same as the chemical composition of the steel material for carburized steel parts, it was determined that the chemical composition was equivalent. Table 2 shows the determination results.

[浸炭鋼部品の粗粒の有無]
上記浸炭鋼部品の鋼部について、表面から深さ2.0mmの位置での、旧オーステナイト結晶粒の観察を行った。具体的には、浸炭鋼部品の長手方向に垂直な切断面を観察面とした。観察面を鏡面研磨した後、ピクリン酸飽和水溶液にてエッチングを行った。エッチングされた観察面の、表面から2.0mm深さ位置を含む視野(300μm×300μm)を光学顕微鏡(400倍)で観察して、旧オーステナイト結晶粒を特定した。特定された旧オーステナイト結晶粒に対して、JIS G 0551:2013に準拠して、各旧―ステナイト粒の結晶粒度番号を求めた。結晶粒度番号でNo.4以下の結晶粒が一つでも存在している場合に「粗大粒発生あり」と判定した。
[Presence or absence of coarse grains in carburized steel parts]
Prior austenite grains were observed at a depth of 2.0 mm from the surface of the steel part of the carburized steel part. Specifically, a cut surface perpendicular to the longitudinal direction of the carburized steel part was used as the observation surface. After the observation surface was mirror-polished, it was etched with a picric acid saturated aqueous solution. A field of view (300 μm×300 μm) including a position 2.0 mm deep from the surface of the etched observation surface was observed with an optical microscope (400×) to identify prior austenite grains. For the identified prior austenite grains, the grain size number of each prior-stenite grain was obtained in accordance with JIS G 0551:2013. No. in grain size number. When even one crystal grain of 4 or less was present, it was determined that "coarse grains were generated".

[試験結果]
表1及び表2を参照して、試験番号1~11の鋼材の化学組成は、本実施形態の化学組成の範囲内であり、式(1)~式(4)を満たした。さらに、製造条件も適切であった。そのため、浸炭鋼部品用鋼材のミクロ組織において、フェライト及びパーライトの総面積率が85.0%以上であり、かつ、200μm2以上の面積を有するパーライト粒の総面積率が20.0~35.0%未満であった。その結果、これらの試験番号の限界圧縮率は68%以上であり、十分な限界加工率を示した。さらに、いずれの試験番号も切りくず処理性に優れた。さらに、浸炭鋼部品用鋼材において、浸炭層は少なくとも0.4mm以上の深さを有した。また、50μm深さ位置での浸炭層のビッカース硬さは650~1000HVであり、2.0mm深さ位置での芯部のビッカース硬さは250~500HVであり、浸炭層及び芯部ともに、十分な硬さを有した。
[Test results]
With reference to Tables 1 and 2, the chemical compositions of the steel materials of Test Nos. 1 to 11 were within the range of the chemical compositions of this embodiment, and satisfied Formulas (1) to (4). Furthermore, the manufacturing conditions were also appropriate. Therefore, in the microstructure of the steel material for carburized steel parts, the total area ratio of ferrite and pearlite is 85.0% or more, and the total area ratio of pearlite grains having an area of 200 μm 2 or more is 20.0 to 35.0%. was less than 0%. As a result, the critical compressibility of these test numbers was 68% or more, indicating a sufficient critical working rate. Furthermore, all test numbers were excellent in chip control. Furthermore, in the steel material for carburized steel parts, the carburized layer had a depth of at least 0.4 mm. The Vickers hardness of the carburized layer at a depth of 50 μm is 650 to 1000 HV, and the Vickers hardness of the core at a depth of 2.0 mm is 250 to 500 HV. had a high hardness.

一方、試験番号12では、F1が式(1)の上限を超えた。そのため、浸炭鋼部品用鋼材の限界加工率が低かった。 On the other hand, in test number 12, F1 exceeded the upper limit of formula (1). Therefore, the limit processing rate of steel materials for carburized steel parts was low.

試験番号13では、C含有量が低すぎた。そのため、200μm2以上の面積を有するパーライト粒の総面積率が20.0%未満となった。そのため、切り屑重量は15gを超え、切りくず処理性が低かった。 In test number 13, the C content was too low. Therefore, the total area ratio of pearlite grains having an area of 200 μm 2 or more was less than 20.0%. Therefore, the chip weight exceeded 15 g, and the chip disposability was low.

試験番号14では、C含有量が高すぎ、F1が式(1)の上限を超えた。そのため、200μm2以上の面積を有するパーライト粒の総面積率が35.0%を越え、浸炭鋼部品用鋼材の限界加工率が低かった。 In test number 14, the C content was too high and F1 exceeded the upper limit of formula (1). Therefore, the total area ratio of pearlite grains having an area of 200 μm 2 or more exceeded 35.0%, and the critical workability of the steel material for carburized steel parts was low.

試験番号15では、F2が式(2)の上限を超えた。そのため、浸炭鋼部品用鋼材の限界加工率が低かった。 In test number 15, F2 exceeded the upper limit of formula (2). Therefore, the limit processing rate of steel materials for carburized steel parts was low.

試験番号16では、F3が式(3)の下限未満であった。そのため、浸炭鋼部品の芯部において、旧オーステナイト結晶粒の一部が粗粒となった。 In test number 16, F3 was less than the lower limit of formula (3). Therefore, in the core portion of the carburized steel part, part of the prior austenite grains became coarse grains.

試験番号17では、F3が式(3)の上限を超えた。そのため、浸炭鋼部品の芯部において、旧オーステナイト結晶粒の一部が粗粒となった。 In test number 17, F3 exceeded the upper limit of formula (3). Therefore, in the core portion of the carburized steel part, part of the prior austenite grains became coarse grains.

試験番号18では、F4が式(4)の下限未満であった。そのため、浸炭鋼部品用鋼材の限界加工率が低かった。 In test number 18, F4 was less than the lower limit of formula (4). Therefore, the limit processing rate of steel materials for carburized steel parts was low.

試験番号19では、F4が式(4)の上限を超えた。そのため、浸炭鋼部品用鋼材の限界加工率が低かった。 In test number 19, F4 exceeded the upper limit of formula (4). Therefore, the limit processing rate of steel materials for carburized steel parts was low.

試験番号20では、Al含有量が高すぎた。そのため、浸炭鋼部品用鋼材の限界加工率が低かった。 In test number 20, the Al content was too high. Therefore, the limit processing rate of steel materials for carburized steel parts was low.

試験番号21では、Al含有量が低すぎた。さらに、芯部硬さが250HV未満となった。また、浸炭鋼部品の芯部において、旧オーステナイト結晶粒の一部が粗粒となった。 In test number 21, the Al content was too low. Furthermore, the core hardness was less than 250HV. Also, in the core portion of the carburized steel part, part of the prior austenite crystal grains became coarse grains.

試験番号22では、Ca含有量が高すぎた。そのため、浸炭鋼部品用鋼材の限界加工率が低かった。 In test number 22, the Ca content was too high. Therefore, the limit processing rate of steel materials for carburized steel parts was low.

試験番号23では、Ca含有量が低すぎた。そのため、浸炭鋼部品用鋼材の限界加工率が低かった。 In test number 23, the Ca content was too low. Therefore, the limit processing rate of steel materials for carburized steel parts was low.

試験番号24では、N含有量が高すぎ、O含有量が高すぎた。そのため、浸炭鋼部品用鋼材の限界加工率が低かった。 In test number 24, the N content was too high and the O content was too high. Therefore, the limit processing rate of steel materials for carburized steel parts was low.

試験番号25では、化学組成は適切であるものの、仕上げ圧延工程での仕上げ温度T2が低すぎた。そのため、200μm2以上の面積を有するパーライト粒の総面積率が20.0%未満となった。その結果、切り屑重量は15gを超え、切りくず処理性が低かった。 In Test No. 25, although the chemical composition was appropriate, the finish temperature T2 in the finish rolling step was too low. Therefore, the total area ratio of pearlite grains having an area of 200 μm 2 or more was less than 20.0%. As a result, the chip weight exceeded 15 g, indicating poor chip disposability.

試験番号26では、化学組成は適切であるものの、仕上げ圧延工程での仕上げ温度T2が高すぎた。そのため、200μm2以上の面積を有するパーライト粒の総面積率が35.0%を超えた。そのため、浸炭鋼部品用鋼材の限界加工率が低かった。 In Test No. 26, although the chemical composition was appropriate, the finish temperature T2 in the finish rolling step was too high. Therefore, the total area ratio of pearlite grains having an area of 200 μm 2 or more exceeded 35.0%. Therefore, the limit processing rate of steel materials for carburized steel parts was low.

試験番号27では、化学組成は適切であるものの、仕上げ圧延工程での平均冷却速度CRが速すぎた。そのため、ベイナイト及びマルテンサイトの総面積率が高まり、その結果、フェライト及びパーライトの総面積率が85.0%未満となった。その結果、浸炭鋼部品用鋼材の限界加工率が低かった。 In Test No. 27, although the chemical composition was appropriate, the average cooling rate CR in the finish rolling process was too fast. Therefore, the total area ratio of bainite and martensite increased, and as a result, the total area ratio of ferrite and pearlite was less than 85.0%. As a result, the critical workability of steel materials for carburized steel parts was low.

試験番号28では、化学組成は適切であるものの、仕上げ圧延工程での平均冷却速度CRが速すぎた。そのため、フェライト及びパーライトの総面積率は85.0%以上であったものの、200μm2以上の面積を有するパーライト粒の総面積率が20.0%未満となった。その結果、切り屑重量が15gを超え、切りくず処理性が低かった。 In Test No. 28, although the chemical composition was appropriate, the average cooling rate CR in the finish rolling process was too fast. Therefore, although the total area ratio of ferrite and pearlite was 85.0% or more, the total area ratio of pearlite grains having an area of 200 μm 2 or more was less than 20.0%. As a result, the chip weight exceeded 15 g, indicating poor chip disposability.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、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。よって、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形して実施することが可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the above-described embodiments are merely examples for carrying out 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.

Claims (2)

化学組成が、質量%で、
C:0.11~0.15%、
Si:0.17~0.35%、
Mn:0.45~0.80%、
S:0.005~0.050%、
Cr:1.50~1.90%未満、
B:0.0005~0.0100%、
Al:0.100~0.200%、
Ca:0.0002~0.0030%、
N:0.0080%以下、
P:0.050%以下、
O:0.0030%以下、
Ti:0~0.020%未満、
Nb:0~0.100%、
Mo:0~0.500%、
Ni:0~0.500%、
Cu:0~0.500%、及び、
残部はFe及び不純物からなり、式(1)~式(4)を満たし、
ミクロ組織において、フェライト及びパーライトの総面積率が85.0%以上であり、かつ、200μm2以上の面積を有するパーライト粒の総面積率が20.0~35.0%未満である、
浸炭鋼部品用鋼材。
0.100<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.033×Mo+0.067×Ni+0.097×Cu+0.078×Al<0.235 (1)
13.0<(0.70×Si+1)×(5.1×Mn+1)×(2.2×Cr+1)×(3.0×Mo+1)×(0.36×Ni+1)<45.0 (2)
0.0003<Al×(N-Ti×(14/48))<0.0011 (3)
0.03≦Ca/S≦0.15 (4)
ここで、式(1)~(4)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。
The chemical composition, in mass %,
C: 0.11 to 0.15%,
Si: 0.17 to 0.35%,
Mn: 0.45-0.80%,
S: 0.005 to 0.050%,
Cr: less than 1.50 to 1.90%,
B: 0.0005 to 0.0100%,
Al: 0.100 to 0.200%,
Ca: 0.0002 to 0.0030%,
N: 0.0080% or less,
P: 0.050% or less,
O: 0.0030% or less,
Ti: 0 to less than 0.020%,
Nb: 0 to 0.100%,
Mo: 0-0.500%,
Ni: 0 to 0.500%,
Cu: 0 to 0.500%, and
The remainder consists of Fe and impurities, satisfying formulas (1) to (4),
In the microstructure, the total area ratio of ferrite and pearlite is 85.0% or more, and the total area ratio of pearlite grains having an area of 200 μm 2 or more is 20.0 to less than 35.0%.
Steel material for carburized steel parts.
0.100<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.033×Mo+0.067×Ni+0.097×Cu+0.078×Al<0.235 (1)
13.0<(0.70×Si+1)×(5.1×Mn+1)×(2.2×Cr+1)×(3.0×Mo+1)×(0.36×Ni+1)<45.0 (2)
0.0003<Al×(N-Ti×(14/48))<0.0011 (3)
0.03≦Ca/S≦0.15 (4)
Here, the content (% by mass) of the corresponding element is substituted for each element symbol in formulas (1) to (4).
請求項1に記載の浸炭鋼部品用鋼材であって、
前記化学組成は、
Ti:0.001~0.020%未満、
Nb:0.002~0.100%、
Mo:0.005~0.500%、
Ni:0.005~0.500%、及び、
Cu:0.005~0.500%、
からなる群から選択される1元素又は2元素以上を含有する、
浸炭鋼部品用鋼材。
The steel material for carburizing steel parts according to claim 1,
The chemical composition is
Ti: less than 0.001 to 0.020%,
Nb: 0.002 to 0.100%,
Mo: 0.005 to 0.500%,
Ni: 0.005 to 0.500%, and
Cu: 0.005 to 0.500%,
containing one or more elements selected from the group consisting of
Steel material for carburized steel parts.
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