JP7264117B2 - Steel part and its manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、建産機や自動車分野で用いられる機械構造用材料に供する、特に接触疲労に対する寿命の長い鋼部品に関するものである。本発明の鋼部品として、建産機分野では、例えば、走行減速機のギア(プラネタリーギアおよびサンギア等の歯車)、大型減速機のギア、油圧ポンプのバルブプレート、ボールねじのナット、サイクロン減速機の曲線板およびピン、並びに、直動軸受けのブロック等が挙げられ、同様に、自動車分野では、各種軸受、エンジンのピストンピン、カムシャフトおよびタイミングギア、変速機の歯車類(ミッシングギア、リングギア、サンギアおよびプラネリタギア等)、並びに、駆動系のデフベベルギア、トリポート、インナおよびボール等が挙げられる。また、建産機や自動車分野以外では、電気機器分野の風力発電機用の軸受や減速ギア等である。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a steel part having a long life, particularly against contact fatigue, which is used as a material for machine structures used in the fields of construction machinery and automobiles. In the field of construction and industrial machinery, the steel parts of the present invention include, for example, gears for travel reduction gears (gears such as planetary gears and sun gears), gears for large reduction gears, valve plates for hydraulic pumps, nuts for ball screws, and cyclone reduction gears. In the automobile field, various bearings, engine piston pins, camshafts and timing gears, transmission gears (missing gears, rings gears, sun gears, planetary gears, etc.), and drive system differential bevel gears, tripods, inners, balls, and the like. In addition to the fields of construction and industrial machinery and automobiles, there are bearings and reduction gears for wind power generators in the field of electrical equipment.

鋼の疲労に対する耐久性、いわゆる疲労特性を向上させる熱処理として、浸炭焼入れ焼戻しがよく知られている。この浸炭焼入れ焼戻しは、自動車用の歯車をはじめとし様々な鋼部品に適用されている。疲労特性の向上は、部品の小型化を可能とし、車両の軽量化につながることから、根強い材料要求の一つである。 Carburizing, quenching, and tempering are well known as heat treatments for improving the fatigue resistance of steel, so-called fatigue characteristics. This carburizing, quenching and tempering is applied to various steel parts including gears for automobiles. Improving fatigue properties is one of the persistent demands for materials because it enables the miniaturization of parts and leads to weight reduction of vehicles.

ここで、部品の対折損型疲労強度を高める手段として、浸炭処理とショットピーニング処理を併用する技術が提案されている。この技術では、浸炭鋼部品にショットピーニングを適用することにより、圧縮残留応力を付与し疲労特性を向上させることが可能である。また、切削工具や鍛造用金型材料では、化学気相成長(CVD)や物理気相成長(PVD)による硬質被膜の形成も表面疲労強度を向上させる作用がある。 Here, as means for increasing the anti-breakage fatigue strength of parts, a technique of using both carburizing treatment and shot peening treatment has been proposed. In this technology, by applying shot peening to carburized steel parts, it is possible to impart compressive residual stress and improve fatigue properties. For cutting tools and die materials for forging, the formation of a hard film by chemical vapor deposition (CVD) or physical vapor deposition (PVD) also has the effect of improving the surface fatigue strength.

例えば、特許文献1では、浸炭用鋼の表面に炭素を浸み込ませる化学的表面硬化処理工程、ショットピーニング工程、硬質被膜処理工程の順に処理する面疲労強度および曲げ疲労強度に優れた鋼部品が提案されている。 For example, in Patent Document 1, a steel part excellent in surface fatigue strength and bending fatigue strength is processed in the order of a chemical surface hardening treatment process in which carbon is impregnated on the surface of carburizing steel, a shot peening process, and a hard coating treatment process. is proposed.

また、特許文献2では、浸炭または浸炭窒化処理後の歯車の噛み合い面に鉄の窒化物及び/又は鉄の炭窒化物を含有する被膜を付与する、高強度歯車が提案されている。更に、特許文献3では、機械構造用鋼を用いて浸炭または浸炭窒化処理後に硬質被膜を形成し、次いで焼入れ焼戻しする耐高面圧部品の製造方法が提案されている。 Further, Patent Document 2 proposes a high-strength gear in which a coating containing iron nitride and/or iron carbonitride is applied to the meshing surface of the gear after carburizing or carbonitriding. Further, Patent Document 3 proposes a method of manufacturing high contact pressure resistant parts in which steel for machine structural use is used to form a hard coating after carburizing or carbonitriding treatment, followed by quenching and tempering.

特開2005-23399号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-23399 特開2002-286115号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-286115 特開2000-8121号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-8121

近年、環境対応のための、各種部品の軽量化への要求はますます強くなってきている。この要求に応えるために、部品の更なる高疲労強度化が求められている。また、歯車等の接触型部品では、摩擦によるエネルギー損失(フリクションロス)を低減するため、潤滑油の低粘度化が進んでいる。潤滑油の低粘度化は摩擦係数を増大させ、疲労寿命を低下させる要因であり、鋼部品に対しては特に接触型疲労特性の向上が必要になってきている。このような背景においては、従来の浸炭鋼部品では疲労特性が十分ではない場合が多くあった。 In recent years, the demand for weight reduction of various parts has been increasing more and more for environmental friendliness. In order to meet this demand, parts are required to have higher fatigue strength. In addition, for contact-type parts such as gears, the viscosity of lubricating oil is being reduced in order to reduce energy loss (friction loss) due to friction. Lowering the viscosity of lubricating oil increases the coefficient of friction and is a factor in reducing the fatigue life. Therefore, it is becoming necessary to improve the contact fatigue characteristics of steel parts in particular. Against this background, conventional carburized steel parts often do not have sufficient fatigue properties.

特許文献1に記載の技術では、ショットピーニング工程の後に硬質被膜処理工程が続くために、ショットピーニングによる表面圧痕が鋼板表面に形成される。かような表面に硬質被膜を形成すると、被膜と鋼材との密着性が不足し、接触型の疲労に対して被膜剥離が早期に生じる結果、疲労特性が低下してしまう。 In the technique described in Patent Literature 1, surface impressions are formed on the surface of the steel sheet due to shot peening because the hard coating treatment process follows the shot peening process. When a hard coating is formed on such a surface, the adhesion between the coating and the steel is insufficient, and the coating peels off early due to contact fatigue, resulting in deterioration of fatigue characteristics.

特許文献2に記載の技術では、歯車の噛み合い面に鉄の窒化物及び/又は鉄の炭窒化物を含有する被膜を付与させるために、これら鉄の窒化物及び/又は鉄の炭窒化物にはポーラスと呼ばれる空孔欠陥が生じる場合がある。かような欠陥は疲労破壊の起点となり、疲労特性を低下させることになる。 In the technique described in Patent Document 2, in order to provide a coating containing iron nitride and/or iron carbonitride on the meshing surface of a gear, these iron nitrides and/or iron carbonitrides vacancies called porosity may occur. Such a defect becomes a starting point of fatigue fracture and deteriorates fatigue properties.

特許文献3に記載の技術では、機械構造用鋼を浸炭または浸炭窒化処理後、硬質被膜を形成し、次いで焼入れ焼戻しする。この鋼の焼入れ時には、マルテンサイト変態に伴って熱処理歪が導入される。これにより、硬質被膜と鋼材との間に膨張収縮量の差が生じ、その結果、鋼材からの被膜の剥離は避けられない。さらに、特許文献3に記載の機械構造用鋼では、Alが添加されていないため酸化物系介在物が粗大に分散しており、これによる接触型疲労特性の低下も課題であった。 In the technique described in Patent Document 3, after carburizing or carbonitriding steel for machine structural use, a hard coating is formed and then quenched and tempered. During quenching of this steel, heat treatment strain is introduced with martensite transformation. This causes a difference in the amount of expansion and contraction between the hard coating and the steel material, and as a result, peeling of the coating from the steel material is unavoidable. Furthermore, in the steel for machine structural use described in Patent Document 3, since Al is not added, oxide-based inclusions are coarsely dispersed, resulting in a decrease in contact fatigue characteristics.

本発明は、上記の実情に鑑み開発されたものであり、特に接触型の疲労に対する耐久性能(以下、接触疲労特性ともいう)に優れた鋼部品を提供することを目的とする。 The present invention has been developed in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a steel part having particularly excellent durability against contact-type fatigue (hereinafter also referred to as contact fatigue characteristics).

発明者らは、上記の目的を達成すべく、浸炭処理または浸炭窒化処理を施した鋼部品の疲労特性に及ぼす硬質被膜の影響を鋭意研究した結果、浸炭処理または浸炭窒化処理後に鉄炭化物または鉄窒化物ではない硬質被膜を付与することによって、接触疲労に対する寿命を効果的に向上させ得ることを見出し、本発明を完成するに到った。
すなわち、本発明の要旨は次の通りである。
In order to achieve the above object, the inventors have extensively studied the effects of hard coatings on the fatigue properties of steel parts that have been carburized or carbonitrided. The inventors have found that the life against contact fatigue can be effectively improved by applying a hard coating that is not a nitride, and have completed the present invention.
That is, the gist of the present invention is as follows.

1.C:0.10~0.35質量%、
Si:0.01~0.70質量%、
Mn:0.30~1.50質量%、
P:0.1質量%以下、
S:0.5質量%以下、
Cr:0.30~2.00質量%、
Al:0.010~0.080質量%および
N:0.0250質量%以下
を含み、残部はFe及び不可避的不純物の成分組成と、マルテンサイトおよび残留オーステナイトの合計の面積率が90%以上の組織と、を有する鋼からなる鋼部分と、該鋼部分の表面に密着して存在する硬質被膜とを有し、
前記硬質被膜の直下の前記鋼部分に浸炭層または浸炭窒化層の硬化層を有し、
前記硬質被膜の直下の前記鋼部分と前記硬質被膜との界面の十点平均粗さが1~5μmであり、
前記硬質被膜は、チタン炭化物(TiC)、チタン窒化物(TiN)、チタン炭窒化物(TiCN)、クロム窒化物(CrN)、バナジウム炭化物(VC)および硬質炭素膜(ダイヤモンドライクカーボン)のいずれか1種以上である鋼部品。
1. C: 0.10 to 0.35% by mass,
Si: 0.01 to 0.70% by mass,
Mn: 0.30-1.50% by mass,
P: 0.1% by mass or less,
S: 0.5% by mass or less,
Cr: 0.30 to 2.00% by mass,
A steel containing Al: 0.010 to 0.080% by mass and N: 0.0250% by mass or less, the balance being Fe and unavoidable impurities, and a structure having a total area ratio of martensite and retained austenite of 90% or more. and a hard coating present in close contact with the surface of the steel portion,
Having a hardened layer of a carburized layer or a carbonitrided layer on the steel portion immediately below the hard coating,
The ten-point average roughness of the interface between the steel portion immediately below the hard coating and the hard coating is 1 to 5 μm,
The hard film is any one of titanium carbide (TiC), titanium nitride (TiN), titanium carbonitride (TiCN), chromium nitride (CrN), vanadium carbide (VC) and hard carbon film (diamond-like carbon) One or more steel parts.

2.前記硬化層のビッカース硬さHsと前記硬質被膜のビッカース硬さHfとの比Hf/Hsが2.0以上10.0以下である前記1に記載の鋼部品。 2. 2. The steel part according to 1 above, wherein the ratio Hf/Hs between the Vickers hardness Hs of the hardened layer and the Vickers hardness Hf of the hard coating is 2.0 or more and 10.0 or less.

3.前記硬質被膜が硬質炭素膜であり、かつ前記硬化層のビッカース硬さHsと前記硬質被膜のビッカース硬さHfとの比Hf/Hsが3.8以上10.0以下である前記1または2に記載の鋼部品。 3. 3. The steel component according to 1 or 2 above, wherein the hard coating is a hard carbon coating, and the ratio Hf/Hs between the Vickers hardness Hs of the hardened layer and the Vickers hardness Hf of the hard coating is 3.8 or more and 10.0 or less. .

4.前記硬質被膜は、厚さが0.2μm 以上25.0μm以下である前記1から3のいずれかに記載の鋼部品。 4. 4. The steel part according to any one of 1 to 3, wherein the hard coating has a thickness of 0.2 μm or more and 25.0 μm or less.

5.前記成分組成は、さらに、
Mo:0.30質量%未満、
Cu:1質量%以下、
Ni:1質量%以下および
B:0.01質量%以下
のうちから選ばれる1種以上を含有する前記1から4のいずれかに記載の鋼部品。
5. The component composition further includes:
Mo: less than 0.30% by mass,
Cu: 1% by mass or less,
5. The steel part according to any one of 1 to 4 above, containing one or more selected from Ni: 1% by mass or less and B: 0.01% by mass or less.

6.前記成分組成は、さらに、
Ti:0.1質量%以下、
Nb:0.1質量%以下、
V:0.1質量%以下、
Hf:0.1質量%以下、
Ta:0.1質量%以下および
Se:0.3質量%以下
のうちから選ばれる1種以上を含有する前記1から5のいずれかに記載の鋼部品。
7.前記成分組成は、さらに、
Sn:0.1質量%以下および
Sb:0.1質量%以下
のいずれか1種または2種を含有する前記1から6のいずれかに記載の鋼部品。
6. The component composition further includes:
Ti: 0.1% by mass or less,
Nb: 0.1% by mass or less,
V: 0.1% by mass or less,
Hf: 0.1% by mass or less,
Ta: 0.1% by mass or less and
6. The steel part according to any one of 1 to 5 above, containing at least one selected from Se: 0.3% by mass or less.
7. The component composition further includes:
Sn: 0.1% by mass or less and
7. The steel part according to any one of 1 to 6 above, containing one or two of Sb: 0.1% by mass or less.

8.前記成分組成は、さらに、
Pb:0.3質量%以下および
Bi:0.3質量%以下、
のいずれか1種または2種を含有する前記1から7のいずれかに記載の鋼部品。
8. The component composition further includes:
Pb: 0.3% by mass or less and
Bi: 0.3% by mass or less,
8. The steel component according to any one of 1 to 7 above, containing any one or two of

9.前記1、5~8のいずれかに記載の成分組成を有する鋼素材を、鍛造および切削またはそれらの複合にて所望の形状に加工した後、浸炭処理または浸炭窒化処理を施して浸炭層または浸炭窒化層からなる硬化層を形成し、表面粗さ(十点平均粗さ)が1~5μmである該硬化層上にチタン炭化物(TiC)、チタン窒化物(TiN)、チタン炭窒化物(TiCN)、クロム窒化物(CrN)、バナジウム炭化物(VC)および硬質炭素膜(ダイヤモンドライクカーボン)のいずれか1種以上の硬質被膜を形成する鋼部品の製造方法。 9. A steel material having the chemical composition described in any one of 1, 5 to 8 above is processed into a desired shape by forging and cutting or a combination thereof, and then carburized or carbonitrided to obtain a carburized layer or carburized. A hardened layer consisting of a nitride layer is formed, and titanium carbide (TiC), titanium nitride (TiN), titanium carbonitride (TiCN) is formed on the hardened layer having a surface roughness (ten-point average roughness) of 1 to 5 μm. ), chromium nitride (CrN), vanadium carbide (VC) and hard carbon film (diamond-like carbon).

本発明によれば、鋼部品の疲労特性が向上する結果、部品の小型軽量化を実現することができるため、工業上非常に有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, as a result of improving the fatigue properties of steel parts, it is possible to reduce the size and weight of the parts, which is very useful industrially.

本発明の鋼部品について、詳しく説明する。
まず、鋼部品は、鋼を素材とした部品であり、すなわち鋼部分を有する。この鋼部分の成分組成の限定理由について、成分元素毎に説明する。
C:0.10~0.35質量%
Cは、浸炭熱処理後の焼入れにより中心部の硬度を高めるために、0.10質量%以上とすることが好ましい。一方、含有量が0.35質量%を超えると、焼入れ後の芯部の靭性が低下するため、C量は0.35質量%以下の範囲とする。好ましくは0.13~0.27質量%の範囲、より好ましくは0.15~0.25%の範囲である。
The steel component of the present invention will be described in detail.
First, a steel component is a component made of steel, ie, has a steel portion. The reason for limiting the chemical composition of the steel portion will be explained for each component element.
C: 0.10-0.35% by mass
C is preferably 0.10% by mass or more in order to increase the hardness of the central portion by quenching after the carburizing heat treatment. On the other hand, if the C content exceeds 0.35% by mass, the toughness of the core after quenching is lowered, so the C content is made 0.35% by mass or less. It is preferably in the range of 0.13-0.27% by mass, more preferably in the range of 0.15-0.25%.

Si:0.01~0.70質量%
Siは、脱酸剤として必要であり、少なくとも0.01質量%で添加する。一方、Siの過剰な添加は、浸炭層や浸炭窒化層の表層における、Siの優先酸化を促進し、粒界酸化層を形成させてしまう。かような粒界酸化層はPVDまたはCVD処理において、被膜と鋼材との密着を阻害するため、これを避けるにはSiの上限を0.70質量%に規定する。好ましくは0.05~0.65質量%、より好ましくは0.10~0.35質量%である。
Si: 0.01-0.70% by mass
Si is required as a deoxidizing agent and is added in an amount of at least 0.01% by mass. On the other hand, excessive addition of Si promotes preferential oxidation of Si in the surface layer of the carburized layer or the carbonitrided layer, resulting in the formation of a grain boundary oxidized layer. In PVD or CVD treatment, such a grain boundary oxide layer impairs the adhesion between the coating and the steel material. To avoid this, the upper limit of Si is set at 0.70% by mass. It is preferably 0.05 to 0.65% by mass, more preferably 0.10 to 0.35% by mass.

Mn:0.30~1.50質量%
Mnは、焼入性の向上に有効な元素で有り、少なくとも0.30質量%で添加する。一方、Mnの過剰な添加は、固溶強化による変形抵抗の上昇を招くため、上限を1.50質量%とする。好ましくは0.40~1.30質量%であり、より好ましくは0.70~1.20質量%である。
Mn: 0.30-1.50% by mass
Mn is an element effective in improving hardenability and is added in an amount of at least 0.30% by mass. On the other hand, excessive addition of Mn causes an increase in deformation resistance due to solid solution strengthening, so the upper limit is made 1.50% by mass. It is preferably 0.40 to 1.30% by mass, more preferably 0.70 to 1.20% by mass.

P:0.1質量%以下
Pは、結晶粒界に偏析し、靭性を低下させるため、その混入は低いほど望ましいが、0.1質量%までは許容される。好ましくは、0.02質量%以下である。また、下限については特に限定せずとも問題はないが、無駄な低P化は精錬時間の増長や精錬コストを上昇させてしまうため、0.003質量%以上とすることが好ましい。
P: 0.1% by mass or less P segregates at grain boundaries and lowers toughness, so the lower the content, the better, but up to 0.1% by mass is permissible. Preferably, it is 0.02% by mass or less. There is no problem even if the lower limit is not particularly limited, but wasteful reduction of P increases the refining time and increases the refining cost, so it is preferably 0.003% by mass or more.

S:0.5質量%以下
Sは、硫化物系介在物として存在し、被削性の向上に有効な元素であるが、過剰な添加は冷間鍛造性の低下を招くため、上限を0.5質量%とする。また、下限については特に限定しないが、過度の低S化は精錬コストを上昇させてしまうため、0.003質量%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.004~0.300質量%であり、さらには0.005~0.090質量%である。
S: 0.5% by mass or less S exists as sulfide inclusions and is an element effective in improving machinability. and The lower limit of S content is not particularly limited, but it is preferable to set it to 0.003% by mass or more because excessively reducing the S content increases the refining cost. It is more preferably 0.004 to 0.300% by mass, further preferably 0.005 to 0.090% by mass.

Cr:0.30~2.00質量%
Crは、焼入性と焼戻し軟化抵抗の向上に寄与し、さらには炭化物の球状化促進にも有用な元素であるが、含有量が0.30質量%に満たないと、その添加効果に乏しい。一方、2.00質量%を超えると、過剰浸炭や残留オーステナイトの生成を促進し、疲労強度に悪影響を与える。よって、Cr量は0.30~2.00質量%の範囲にする。好ましくは0.7~1.9質量%の範囲、より好ましくは0.80~1.24質量%である。
Cr: 0.30-2.00% by mass
Cr is an element that contributes to the improvement of hardenability and temper softening resistance, and is also useful in promoting the spheroidization of carbides. On the other hand, if it exceeds 2.00% by mass, it promotes excessive carburization and formation of retained austenite, adversely affecting fatigue strength. Therefore, the Cr content should be in the range of 0.30 to 2.00% by mass. It is preferably in the range of 0.7-1.9% by mass, more preferably 0.80-1.24% by mass.

Al:0.010~0.080質量%
Alは、酸化物を形成し脱酸に有効な元素であるとともに粗大化な酸化物系介在物の生成を抑止する作用を有するが、含有量が0.010質量%に満たないと、その添加効果に乏しい。しかし、過剰な添加は介在物の増加を招き、疲労破壊の起点を増やし、低疲労強度の原因となることから、上限を0.080質量%とする。好ましくは、0.015~0.080質量%であり、より好ましくは0.015~0.060質量%である。また、Bと組み合わせて固溶Bによる焼入れ性向上も疲労強度向上に効果的であり、その場合は0.035~0.070質量%の範囲が好適である。
Al: 0.010-0.080% by mass
Al is an element that forms oxides and is effective in deoxidizing, and has the effect of suppressing the formation of coarse oxide-based inclusions. poor. However, excessive addition leads to an increase in inclusions, increases the starting points of fatigue fracture, and causes low fatigue strength, so the upper limit is made 0.080% by mass. It is preferably 0.015 to 0.080% by mass, more preferably 0.015 to 0.060% by mass. Further, improvement of hardenability by solid solution B in combination with B is also effective for improvement of fatigue strength.

N:0.0250質量%以下
Nは、Alと結合し窒化物(AlN)を形成する。かようなAlNは微細に析出し浸炭加熱時の結晶粒を微細化させ疲労特性を改善させる作用を有する。しかし、過剰な添加は鋳造後の鋼片表面割れを招くため、0.0250質量%を上限とする。下限については特に限定しないが、過度の低N化は精錬コストを上昇させてしまうため、0.0010%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.0015~0.0180質量%であり、さらには0.0020~0.0150質量%である。
以上説明した元素以外の残部はFeおよび不可避的不純物である。
N: 0.0250 mass % or less N combines with Al to form nitride (AlN). Such AlN precipitates finely and has the effect of refining crystal grains during carburizing heating and improving fatigue properties. However, excessive addition causes surface cracks in steel slabs after casting, so the upper limit is 0.0250% by mass. Although the lower limit is not particularly limited, it is preferably 0.0010% or more because an excessive reduction in N increases the refining cost. It is more preferably 0.0015 to 0.0180% by mass, further preferably 0.0020 to 0.0150% by mass.
The balance other than the elements explained above is Fe and unavoidable impurities.

以上、本発明の好適基本成分について説明したが、本発明では、必要に応じて、更に、以下に示す各成分を適宜添加することが可能である。
Mo:0.30質量%未満、
Cu:1質量%以下、
Ni:1質量%以下および
B:0.01質量%以下
のうちから選ばれる1種以上
Although the preferred basic ingredients of the present invention have been described above, in the present invention, the following ingredients can be added as appropriate.
Mo: less than 0.30% by mass,
Cu: 1% by mass or less,
One or more selected from Ni: 1% by mass or less and B: 0.01% by mass or less

Mo:0.30質量%未満
Moは、焼入性と焼戻し軟化抵抗性の向上に寄与し、さらには浸炭異常層を低減する効果も示し、有用な元素であるため添加してもよい。しかし、含有量が0.30質量%以上では、焼入性が過剰となり、圧延後の硬度が上昇し、鍛造性や被削性が低下する懸念がある。そのため、Mo含有量は0.30質量%未満の範囲に制限することが好ましい。なお、Moによる上記の焼入性、焼戻し軟化抵抗性の向上、浸炭異常層の低減の各効果を発現させるためには、Moは0.01質量%以上で含有されることが好ましい。さらに、好ましくは0.03~0.25質量%の範囲である。より好ましくは0.05~0.22質量%である。
Mo: less than 0.30% by mass
Mo contributes to the improvement of hardenability and resistance to temper softening, and further exhibits the effect of reducing abnormal carburization layers, and is a useful element, so it may be added. However, if the content is 0.30% by mass or more, there is a concern that the hardenability will be excessive, the hardness after rolling will increase, and the forgeability and machinability will deteriorate. Therefore, it is preferable to limit the Mo content to less than 0.30% by mass. In order to bring out the above-mentioned effects of Mo such as improvement of hardenability, resistance to temper softening, and reduction of abnormal carburization layer, Mo is preferably contained in an amount of 0.01% by mass or more. Furthermore, it is preferably in the range of 0.03 to 0.25% by mass. More preferably 0.05 to 0.22% by mass.

Cu:1質量%以下
Cuは、焼入性の向上に寄与する元素である。この効果を得るためには、Cuは0.01質量%以上で含有されることが好ましい。一方、Cu含有量が1質量%を超えると、圧延材の表面肌が荒れてしまい、疵として残存する懸念がある。そこで、Cu量は1質量%以下の範囲に限定することが好ましい。より好ましくは0.015~0.500質量%の範囲である。更に好ましくは0.03~0.30質量%である。
Cu: 1% by mass or less
Cu is an element that contributes to the improvement of hardenability. In order to obtain this effect, Cu is preferably contained in an amount of 0.01% by mass or more. On the other hand, if the Cu content exceeds 1% by mass, the surface texture of the rolled material may become rough and may remain as flaws. Therefore, it is preferable to limit the amount of Cu to a range of 1% by mass or less. More preferably, it is in the range of 0.015-0.500% by mass. More preferably, it is 0.03 to 0.30% by mass.

Ni:1質量%以下
Niは、焼入性の向上に寄与するとともに、靱性の向上に有用な元素である。これらの効果を得るためには、Niは0.01質量%以上で含有されることが好ましい。一方、1質量%を超えて含有されても、上記の効果が飽和する。よって、Ni含有量は1質量%以下の範囲に限定することが好ましい。より好ましくは0.015~0.500質量%の範囲である。更に好ましくは0.03~0.30質量%である。
Ni: 1% by mass or less
Ni is an element that contributes to improving hardenability and is useful for improving toughness. In order to obtain these effects, Ni is preferably contained in an amount of 0.01% by mass or more. On the other hand, even if the content exceeds 1% by mass, the above effects are saturated. Therefore, it is preferable to limit the Ni content to a range of 1% by mass or less. More preferably, it is in the range of 0.015-0.500% by mass. More preferably, it is 0.03 to 0.30% by mass.

B:0.01質量%以下
Bは、粒界に偏析し、拡散型変態を抑制することで、焼入性の向上に有効であり、加えて粒界を強化し、疲労亀裂の発生および進展を抑制し疲労強度を向上させる効果もある。Bによるこの効果を得るためには、0.0003質量%以上でBを含有させることが好ましい。一方、0.01質量%を超えると、靱性が低下するため、B量は0.01質量%以下の範囲に限定することが好ましい。より好ましくは、0.0005~0.0050質量%の範囲である。更に好ましくは0.0007~0.0020質量%である。
B: 0.01% by mass or less B segregates at grain boundaries and suppresses diffusion type transformation, which is effective for improving hardenability.In addition, it strengthens grain boundaries and suppresses the occurrence and propagation of fatigue cracks. It also has the effect of improving fatigue strength. In order to obtain this effect of B, it is preferable to contain B in an amount of 0.0003% by mass or more. On the other hand, if the B content exceeds 0.01% by mass, the toughness decreases, so the B content is preferably limited to a range of 0.01% by mass or less. More preferably, it ranges from 0.0005 to 0.0050% by mass. More preferably, it is 0.0007 to 0.0020% by mass.

さらに、必要に応じて、以下に示す各成分を適宜添加することが可能である。
Nb:0.1質量%以下、
Ti:0.1質量%以下、
V:0.1質量%以下、
Hf:0.1質量%以下、
Ta:0.1質量%以下および
Se:0.3質量%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上
Furthermore, if necessary, each component shown below can be added as appropriate.
Nb: 0.1% by mass or less,
Ti: 0.1% by mass or less,
V: 0.1% by mass or less,
Hf: 0.1% by mass or less,
Ta: 0.1% by mass or less and
Se: One or more selected from 0.3% by mass or less

Nb:0.1質量%以下
Nbの添加は浸炭時の結晶粒粗大化を抑制して疲労特性を改善させる作用がある。しかし、0.1質量%を超えて添加しても、その効果は飽和し経済的に不利となるため、Nb含有量は0.1質量%以下とすることが好ましい。より好ましくは、0.005~0.080質量%である。
さらに好ましくは、0.01~0.06質量%である。
Nb: 0.1% by mass or less
The addition of Nb has the effect of suppressing grain coarsening during carburizing and improving fatigue properties. However, even if it is added in excess of 0.1% by mass, the effect is saturated and economically disadvantageous, so the Nb content is preferably 0.1% by mass or less. More preferably, it is 0.005 to 0.080% by mass.
More preferably, it is 0.01 to 0.06% by mass.

Ti:0.1質量%以下
Tiの添加は、鋳造後の表面割れを抑制する効果がある。しかし、0.1質量%を超えて添加しても、その効果は飽和し経済的に不利となるため、Ti含有量は0.1質量%以下とすることが好ましい。より好ましくは、0.005~0.080質量%である。さらに好ましくは、0.01~0.06質量%である。
Ti: 0.1% by mass or less
Addition of Ti has the effect of suppressing surface cracks after casting. However, even if it is added in excess of 0.1% by mass, the effect is saturated and becomes economically disadvantageous, so the Ti content is preferably 0.1% by mass or less. More preferably, it is 0.005 to 0.080% by mass. More preferably, it is 0.01 to 0.06% by mass.

V:0.1質量%以下
Vは、鋼中でVCを形成し、浸炭熱処理時のオーステナイト粒径の粗粒化をピン止め効果により抑制する。Vによるこの効果を得るためには、少なくとも0.003質量%以上でVを含有させることが好ましい。一方、0.1質量%を超えて添加しても、結晶粒の粗大化防止効果は飽和する一方で、合金コストが高価となるばかりである。よって、V含有量は0.1質量%以下とすることが好ましい。より好ましくは、0.005~0.080質量%である。さらに好ましくは、0.01~0.06質量%である。
V: 0.1 mass % or less V forms VC in the steel and suppresses coarsening of the austenite grain size during carburizing heat treatment due to the pinning effect. In order to obtain this effect of V, it is preferable to contain V in an amount of at least 0.003% by mass or more. On the other hand, even if it is added in excess of 0.1% by mass, the effect of preventing grain coarsening is saturated, but the alloy cost only increases. Therefore, the V content is preferably 0.1% by mass or less. More preferably, it is 0.005 to 0.080% by mass. More preferably, it is 0.01 to 0.06% by mass.

Hf:0.1質量%以下
Hfは、鋼中で炭化物を形成し、浸炭熱処理時のオーステナイト粒径の粗粒化をピン止め効果により抑制する。Hfによるこの効果を得るためには、少なくとも0.003質量%でHfを添加することが好ましい。一方、0.1質量%を超えて添加すると、鋳造凝固時に粗大な析出物を生成し、粗粒化抑制能の低下や疲労強度の劣化を招くおそれがあるため、Hfの含有量は0.1質量%以下とすることが好ましい。より好ましくは、0.005~0.060質量%である。さらに好ましくは、0.01~0.05質量%である。
Hf: 0.1% by mass or less
Hf forms carbides in steel and suppresses coarsening of austenite grains during carburizing heat treatment by a pinning effect. To obtain this effect of Hf, it is preferred to add Hf in an amount of at least 0.003% by weight. On the other hand, if the Hf content exceeds 0.1% by mass, coarse precipitates are formed during casting solidification, which may lead to a decrease in the ability to suppress grain coarsening and deterioration in fatigue strength. It is preferable to More preferably, it is 0.005 to 0.060% by mass. More preferably, it is 0.01 to 0.05% by mass.

Ta:0.1質量%以下
Taは、鋼中で炭化物を形成し、浸炭熱処理時のオーステナイト粒径の粗粒化をピン止め効果により抑制する。Taによるこの効果を得るためには、少なくとも0.003質量%でTaを添加することが好ましい。一方、0.1質量%を超えて添加すると、鋳造凝固時に割れを生じやすくなり、圧延および鍛造後でも疵が残存してしまう懸念があるため、Taの含有量は0.1質量%以下とすることが好ましい。より好ましくは、0.005~0.060質量%である。さらに好ましくは、0.01~0.05質量%である。
Ta: 0.1% by mass or less
Ta forms carbides in steel and suppresses coarsening of austenite grains during carburizing heat treatment by a pinning effect. In order to obtain this effect of Ta, it is preferable to add Ta in an amount of at least 0.003% by mass. On the other hand, if it is added in excess of 0.1% by mass, cracks are likely to occur during casting solidification, and there is a concern that flaws may remain even after rolling and forging. Therefore, the Ta content is preferably 0.1% by mass or less. . More preferably, it is 0.005 to 0.060% by mass. More preferably, it is 0.01 to 0.05% by mass.

Se:0.3質量%以下
Seは、MnやCuと結合し、鋼中に析出物として分散する。Se析出物は浸炭熱処理温度域で析出物成長がほとんど起こらず安定に存在しており、オーステナイト粒径のピン止め効果が高い。このため、Se添加は結晶粒の粗大化防止に有効であるが、この効果を得るためには、少なくとも0.001質量%以上でSeを添加することが好ましい。一方、0.3質量%を超えて添加しても、結晶粒の粗大化防止効果は飽和する。このため、Se含有量は0.3質量%とすることが好ましい。より好ましくは、0.005~0.100質量%である。さらに好ましくは、0.008~0.090質量%である。
Se: 0.3% by mass or less
Se combines with Mn and Cu and disperses as precipitates in steel. Se precipitates are stably present in the carburizing heat treatment temperature range with almost no precipitate growth, and have a high austenite grain size pinning effect. Therefore, the addition of Se is effective in preventing coarsening of crystal grains, and in order to obtain this effect, it is preferable to add Se in an amount of at least 0.001% by mass or more. On the other hand, even if it is added in excess of 0.3% by mass, the effect of preventing coarsening of crystal grains is saturated. Therefore, the Se content is preferably 0.3% by mass. More preferably, it is 0.005 to 0.100% by mass. More preferably, it is 0.008 to 0.090% by mass.

さらに、必要に応じて、以下に示す各成分を適宜添加することが可能である。
Sn:0.1質量%以下および
Sb:0.1質量%以下のうちから選ばれる1種以上を含有
Sb:0.1質量%以下
Sbは、鋼材表面の脱炭を抑制し、表面硬度の低下を防止するために有効な元素である。この効果を発現させるためには、Sbは0.0003質量%以上含有させることが好ましい。一方、過剰な添加は鍛造性を劣化させることから、Sbの含有量は0.1質量%以下とすることが好ましい。より好ましくは、0.001~0.050質量%であり、更に好ましくは、0.0015~0.0350質量%である。
Furthermore, if necessary, each component shown below can be added as appropriate.
Sn: 0.1% by mass or less and
Sb: Contains one or more selected from 0.1% by mass or less
Sb: 0.1% by mass or less
Sb is an element effective for suppressing decarburization of the steel material surface and preventing a decrease in surface hardness. In order to exhibit this effect, Sb is preferably contained in an amount of 0.0003% by mass or more. On the other hand, since excessive addition deteriorates the forgeability, the Sb content is preferably 0.1% by mass or less. More preferably 0.001 to 0.050% by mass, still more preferably 0.0015 to 0.0350% by mass.

Sn:0.1質量%以下
Snは、鋼材表面の耐食性を向上させるために有効な元素である。耐食性向上の観点からは、Snは0.003質量%以上含有させることが好ましい。一方、過剰な添加は鍛造性を劣化させることから、Snの含有量は0.1質量%以下とすることが好ましい。より好ましくは、0.0010~0.0500質量%であり、更に好ましくは、0.0015~0.0350質量%である。
Sn: 0.1% by mass or less
Sn is an effective element for improving the corrosion resistance of the steel material surface. From the viewpoint of improving corrosion resistance, Sn is preferably contained in an amount of 0.003% by mass or more. On the other hand, since excessive addition deteriorates the forgeability, the Sn content is preferably 0.1% by mass or less. It is more preferably 0.0010 to 0.0500% by mass, still more preferably 0.0015 to 0.0350% by mass.

さらに、必要に応じて、以下に示す各成分を適宜添加することが可能である。
Pb:0.3質量%以下および
Bi:0.3質量%以下のうちから選ばれる1種以上を含有
PbおよびBiは、切削時の切屑を微細化する効果があり、切屑処理性を向上させる場合、これらの元素添加が有効である。この効果を得るために、PbおよびBiはそれぞれ0.01質量%以上の添加が好ましい。しかしながら、これらの元素を過度に添加しても切屑処理性の向上効果は飽和し経済的に不利となる。従って、合金コスト上昇を抑えるため、PbおよびBi量の上限値をそれぞれ0.3質量%とする。より好ましいPb量およびBi量はそれぞれ0.01~0.20質量%、更には0.01~0.10質量%である。
Furthermore, if necessary, each component shown below can be added as appropriate.
Pb: 0.3% by mass or less and
Bi: Contains one or more selected from 0.3% by mass or less
Pb and Bi have the effect of making chips finer during cutting, and addition of these elements is effective for improving chip disposability. In order to obtain this effect, Pb and Bi are preferably added in an amount of 0.01% by mass or more. However, even if these elements are excessively added, the effect of improving the chip disposability is saturated, which is economically disadvantageous. Therefore, in order to suppress an increase in alloy cost, the upper limits of the amounts of Pb and Bi are each set to 0.3% by mass. More preferable Pb content and Bi content are respectively 0.01 to 0.20% by mass, more preferably 0.01 to 0.10% by mass.

本発明の鋼部品における鋼部分は、上記した成分組成に加えて、マルテンサイトと残留オーステナイトの合計の面積率が90%以上の組織を有し、該鋼部分の表面に密着して存在する硬質被膜を有する。さらに、鋼部分の硬質被膜の直下、すなわち、鋼部分の硬質被膜が密着する部位は、浸炭層または浸炭窒化層の硬化層が形成され、硬質被膜の直下の前記鋼部分と前記硬質被膜との界面の十点平均粗さが1~5μmである。
以下、これらの要件毎に説明する。
The steel part in the steel part of the present invention has, in addition to the chemical composition described above, a structure in which the total area ratio of martensite and retained austenite is 90% or more, and a hard material existing in close contact with the surface of the steel part. It has a coating. Furthermore, a hardened layer of a carburized layer or a carbonitrided layer is formed directly under the hard coating of the steel portion, that is, the portion where the hard coating of the steel portion adheres, and the steel portion directly under the hard coating and the hard coating are formed. The ten-point average roughness of the interface is 1 to 5 μm.
Each of these requirements will be described below.

[鋼組織]
本発明の鋼部品は、マルテンサイトと残留オーステナイトの合計の面積率が90%以上の組織であることが肝要である。なぜなら、鋼の強度確保に必要なためである。マルテンサイトおよび残留オーステナイトの合計の面積率は、好ましくは95%以上であり、100%であってもよい。残部の組織は特に限定されない。
[Steel structure]
It is essential that the steel parts of the present invention have a structure in which the total area ratio of martensite and retained austenite is 90% or more. This is because it is necessary to ensure the strength of steel. The total area ratio of martensite and retained austenite is preferably 95% or more, and may be 100%. The structure of the remainder is not particularly limited.

[硬化層]
鋼部品は、鋼部分の表面、すなわち、鋼部分における硬質被膜を付着させる部位を浸炭層または浸炭窒化層による硬化層とする。なぜなら、浸炭処理または浸炭窒化処理にて鋼部品の表面を硬化することによって、疲労強度が向上するためである。
[Hardened layer]
The surface of the steel part of the steel part, that is, the part of the steel part to which the hard coating is to be applied, is a hardened layer formed by a carburized layer or a carbonitrided layer. This is because fatigue strength is improved by hardening the surface of steel parts by carburizing or carbonitriding.

ここで、浸炭層または浸炭窒化層は、一般的な浸炭処理または浸炭窒化処理によって得られる。 Here, the carburized layer or carbonitrided layer is obtained by a general carburizing treatment or carbonitriding treatment.

上記した浸炭層または浸炭窒化層による硬化層は、疲労強度確保のため、ビッカース硬さが550以上となる深さが0.3mm以上であることが好ましい。 In order to ensure fatigue strength, it is preferable that the hardened layer formed of the above-described carburized layer or carbonitrided layer has a depth of 0.3 mm or more at which the Vickers hardness is 550 or more.

[硬質被膜]
さらに、前記硬化層上に鉄炭化物および鉄窒化物以外の硬質被膜を有することが肝要である。前記硬化層上に鉄炭化物および鉄窒化物の硬質被膜を形成すると、硬質被膜にポーラスが生成することで硬質被膜が剥離しやすくなり、疲労特性が低下する。前記硬化層上に鉄炭化物および鉄窒化物以外の硬質被膜を付与すると、硬質膜にポーラスが生成することがなく、硬質被膜の有する接触疲労寿命向上効果を得ることができる。
[Hard coating]
Furthermore, it is essential to have a hard coating other than iron carbides and iron nitrides on the hardened layer. When a hard coating of iron carbide and iron nitride is formed on the hardened layer, porosity is generated in the hard coating, making it easier for the hard coating to peel off, thereby deteriorating fatigue characteristics. When a hard coating other than iron carbide and iron nitride is provided on the hardened layer, the hard coating does not become porous, and the effect of improving the contact fatigue life of the hard coating can be obtained.

前記鉄炭化物および鉄窒化物以外の硬質被膜としては、チタン炭化物(TiC)、チタン窒化物(TiN)、チタン炭窒化物(TiCN)、クロム窒化物(CrN)、バナジウム炭化物(VC)、硬質炭素膜(ダイヤモンドライクカーボン:DLC)が適切である。これらの硬質被膜は、それ自体が高強度であることに加え、潤滑作用を有するために、この潤滑作用を発揮することにより接触疲労寿命を向上させることができる。 Hard coatings other than iron carbide and iron nitride include titanium carbide (TiC), titanium nitride (TiN), titanium carbonitride (TiCN), chromium nitride (CrN), vanadium carbide (VC), hard carbon A film (diamond-like carbon: DLC) is suitable. Since these hard coatings themselves have high strength and also have a lubricating action, the contact fatigue life can be improved by exhibiting this lubricating action.

前記硬質被膜の厚さは、0.2μm 以上25.0μm以下であることが好ましい。すなわち、硬質被膜の厚さは0.2μm以上であれば、接触疲労寿命を向上するのに十分である。一方、膜厚の過剰な増大は被膜の形成処理に要する時間を長くなりコスト的に不利になるため、膜厚の上限は25μmとすることが好ましい。 The thickness of the hard coating is preferably 0.2 μm or more and 25.0 μm or less. That is, a hard coating thickness of 0.2 μm or more is sufficient to improve the contact fatigue life. On the other hand, an excessive increase in the film thickness lengthens the time required for the film forming process, which is disadvantageous in terms of cost. Therefore, the upper limit of the film thickness is preferably 25 μm.

[硬質被膜の直下の鋼部分と硬質被膜との界面]
硬質被膜の直下の鋼部分と硬質被膜との界面における表面粗さは、十点平均粗さで1~5μmとする。すなわち、前記硬質被膜は、浸炭熱処理後に精密な研磨加工を行うなどして硬質被膜を形成する対象物の表面の粗さが過度に小さくなると、被膜と該対象物との密着性が低下する。一方で、対象物表面の粗さが過度に大きくなると、接触疲労寿命が低下する傾向が現れる。従って、硬質被膜付与前の対象物の表面粗さは、十点平均粗さで1~5μmとする。
[Interface between the steel portion immediately below the hard coating and the hard coating]
The surface roughness at the interface between the steel portion immediately below the hard coating and the hard coating should be 1 to 5 μm in ten-point mean roughness. That is, if the surface roughness of the object on which the hard coating is to be formed becomes excessively small, for example, by subjecting the hard coating to precise polishing after the carburizing heat treatment, the adhesion between the coating and the object decreases. On the other hand, when the surface roughness of the object becomes excessively large, the contact fatigue life tends to decrease. Therefore, the surface roughness of the object before the application of the hard coating should be 1 to 5 μm in terms of ten-point mean roughness.

なお、硬質被膜付与前の対象物の表面粗さは、硬質被膜付与後の対象物、すなわち、被膜を有する部品における硬質被膜を有する鋼部分と硬質被膜との界面の表面粗さを意味する。上述のとおり、被膜付与前の対象物の表面粗さ(十点平均粗さ)が1~5μmであるということは、本発明の鋼部品においては、走査型電子顕微鏡を用いて断面を組織観察し、鋼部分と硬質被膜との境界について輪郭プロファイルを画像解析して求めて粗さ曲線とし、基準長さ1mmにおける最高の山頂から高い順に5番目までの山高さの平均と最深の谷底から深い順に5番目までの谷深さの平均の和(十点平均粗さ)が、1~5μmであるということである。 The surface roughness of the object before application of the hard coating means the surface roughness of the object after application of the hard coating, that is, the surface roughness of the interface between the steel portion having the hard coating and the hard coating in the part having the coating. As described above, the fact that the surface roughness (ten-point average roughness) of the object before coating is 1 to 5 μm means that in the steel parts of the present invention, the cross section is observed using a scanning electron microscope. Then, the contour profile of the boundary between the steel part and the hard coating is obtained by image analysis and used as a roughness curve. The average sum of valley depths up to the fifth in order (ten-point average roughness) is 1 to 5 μm.

また、硬化層のビッカース硬さHsと硬質被膜のビッカース硬さHfとの比Hf/Hs(以下、単に硬さ比Hf/Hsと云う)が2.0以上10.0以下であることが好ましい。硬さ比Hf/Hsが2.0未満であると、硬質被膜が、接触疲労寿命の向上に寄与する皮膜とはならない。一方、硬さ比Hf/Hsが10.0超であるためには、硬化層のビッカース硬さHsを極端に低くか、硬質被膜のビッカース硬さHfを高くする必要がある。疲労強度確保の観点からの硬化層のビッカース硬さは上述のとおり550以上であること、および、上述した種々の硬質被膜の硬さを踏まえると、現実的なHf/Hsは2.0~10.0の範囲である。硬質被膜が、硬質炭素膜(ダイヤモンドライクカーボン:DLC)である場合は、Hf/Hsは3.8~7.0の範囲である。 Also, the ratio Hf/Hs between the Vickers hardness Hs of the hardened layer and the Vickers hardness Hf of the hard coating (hereinafter simply referred to as hardness ratio Hf/Hs) is preferably 2.0 or more and 10.0 or less. If the hardness ratio Hf/Hs is less than 2.0, the hard coating does not contribute to improving the contact fatigue life. On the other hand, in order for the hardness ratio Hf/Hs to exceed 10.0, the Vickers hardness Hs of the hardened layer must be extremely low, or the Vickers hardness Hf of the hard coating must be high. Considering that the Vickers hardness of the hardened layer is 550 or more as described above from the viewpoint of ensuring fatigue strength, and the hardness of the various hard coatings described above, the realistic Hf/Hs is in the range of 2.0 to 10.0. is. When the hard film is a hard carbon film (diamond-like carbon: DLC), Hf/Hs is in the range of 3.8-7.0.

[製造方法]
上記した鋼部品は、鋼素材を、鍛造および切削またはそれらの複合にて所望の形状に加工した後、浸炭処理または浸炭窒化処理を施して浸炭層または浸炭窒化層からなる硬化層を形成し、該硬化層上に硬質被膜をPVD処理またはCVD処理にて被成することにより製造できる。
[Production method]
The above-described steel parts are produced by forging, cutting, or a combination of these processes into a steel material into a desired shape, followed by carburizing or carbonitriding to form a hardened layer consisting of a carburized layer or a carbonitrided layer, It can be produced by forming a hard coating on the cured layer by PVD treatment or CVD treatment.

[浸炭処理または浸炭窒化処理]
まず、浸炭処理は、炭素ポテンシャル0.5~1.2%の浸炭雰囲気において、830℃以上の温度よりの条件にて焼入れ、油中の条件にて冷却する。その後、120℃以上の焼戻し処理を施してもよい。
[Carburizing treatment or carbonitriding treatment]
First, the carburizing process involves quenching at a temperature of 830° C. or higher in a carburizing atmosphere with a carbon potential of 0.5 to 1.2% and cooling in oil. After that, tempering treatment at 120° C. or higher may be performed.

また、浸炭窒化処理は、炭素ポテンシャル0.5~1.2%、窒素ポテンシャル0.1~1.2%の雰囲気において、750℃以上の温度より焼入れ、油中にて冷却する。その後、120℃以上の焼戻し処理を施してもよい。 In the carbonitriding process, the steel is quenched at a temperature of 750° C. or higher in an atmosphere with a carbon potential of 0.5 to 1.2% and a nitrogen potential of 0.1 to 1.2%, and then cooled in oil. After that, tempering treatment at 120° C. or higher may be performed.

なお、浸炭処理または浸炭窒化処理に続くPVD処理またはCVD処理は、後述のとおり高温域にて行われるため、浸炭または浸炭窒化における焼入れ後の焼戻しは省略してもよい。 Since the PVD treatment or CVD treatment following the carburizing treatment or carbonitriding treatment is performed in a high temperature range as described later, tempering after quenching in carburizing or carbonitriding may be omitted.

また、浸炭処理または浸炭窒化処理を行った後にPVD処理またはCVD処理を施すが、PVD処理またはCVD処理を行う対象部位の表面粗さ(十点平均粗さ)は上述のとおり1~5μmとする。ここでの表面粗さ(十点平均粗さ)は、機械的な研削加工や研磨加工により調整できる。 In addition, PVD treatment or CVD treatment is applied after carburizing treatment or carbonitriding treatment, and the surface roughness (ten-point average roughness) of the target part to be subjected to PVD treatment or CVD treatment is 1 to 5 μm as described above. . The surface roughness (ten-point average roughness) here can be adjusted by mechanical grinding or polishing.

特に、PVD処理およびCVD処理における上記した処理温度は、鋼材の軟化を抑制するために700℃以下とすることが好ましい。より好ましくは600℃以下とし、最適は500℃以下である。 In particular, the above-described treatment temperature in PVD treatment and CVD treatment is preferably 700° C. or lower in order to suppress softening of the steel material. The temperature is more preferably 600°C or lower, and most preferably 500°C or lower.

なお、PVD処理またはCVD処理の後に焼入れを行うことは、硬質被膜と鋼材との密着性を低下させるため、避けるべきである。 Quenching after PVD treatment or CVD treatment should be avoided because it reduces the adhesion between the hard coating and the steel material.

以下、実施例に従って、本発明の構成および作用効果をより具体的に説明する。なお、本発明は下記の実施例によって制限を受けるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲内にて適宜変更することも可能であり、これらは何れも本発明の技術的範囲に含まれる。 Hereinafter, the configuration and effects of the present invention will be described more specifically according to examples. It should be noted that the present invention is not limited by the following examples, and can be modified as appropriate within the scope of the gist of the present invention, and any of these are included in the technical scope of the present invention. be

表1に示す成分組成の鋼を溶製し、熱間圧延により直径30mmの丸棒に成形した。得られた棒鋼よりローラーピッチング試験片を採取した。ここで、ローラーピッチング試験片採取の際の機械加工条件を変更することで、ローラーピッチング試験片の被検面の表面粗さの調整を行った。同一鋼No.の鋼を供試材とし、かつ、同一条件で機械加工を行った試験片を複数採取し、これらのうち一部については、走査型電子顕微鏡を用いて断面を組織観察し、鋼と被膜との境界となる部分について輪郭プロファイルを画像解析して求めて粗さ曲線とし、基準長さ1mmにおける最高の山頂から高い順に5番目までの山高さの平均と最深の谷底から深い順に5番目までの谷深さの平均の和(十点平均粗さ)を求めた。表面粗さ測定に用いた試験片以外の試験片については、これらの試験片に930℃で3時間の浸炭熱処理を実施した。 A steel having the chemical composition shown in Table 1 was melted and formed into a round bar with a diameter of 30 mm by hot rolling. A roller pitting test piece was taken from the obtained steel bar. Here, the surface roughness of the surface to be tested of the roller pitching test piece was adjusted by changing the machining conditions when collecting the roller pitching test piece. Using steel of the same steel No. as a test material, multiple test pieces that were machined under the same conditions were collected, and for some of these, the cross-section was observed using a scanning electron microscope. The contour profile of the boundary between the steel and the coating is obtained by image analysis and used as a roughness curve. The average sum of valley depths up to the fifth (ten-point average roughness) was determined. The test pieces other than those used for surface roughness measurement were subjected to carburizing heat treatment at 930° C. for 3 hours.

すなわち、浸炭熱処理は、930℃にて、浸炭期カーボンポテンシャル1.0質量%で2時間および拡散期カーボンポテンシャル0.8質量%で1時間の計3時間保持し、次いで850℃にて焼入れ後120℃油中で冷却した。その後、180℃で1時間保持後に空冷する、焼戻し処理を施した。この焼戻し後、表2に示す種々の条件で硬質被膜を形成した。ここで、硬質被膜を形成した後の被膜を有する鋼部分と硬質被膜との境界の十点平均粗さは、ローラーピンチング試験片に加工直後の表面粗さ(十点平均粗さ)と同一の値であることは確認できている。すなわち、浸炭熱処理前後での十点平均粗さの変化は極めて小さく、無視できることを確認できている。また、比較のため、一部の条件では、焼戻し後に0.1mmの研磨加工(精加工)を行った後、十点平均粗さを測定してから、硬質被膜を付与した。 That is, the carburizing heat treatment is carried out at 930°C for 2 hours at a carburizing stage carbon potential of 1.0% by mass and 1 hour at a diffusion stage carbon potential of 0.8% by mass, for a total of 3 hours. cooled with After that, a tempering treatment was performed by holding at 180° C. for 1 hour and then air cooling. After this tempering, hard coatings were formed under various conditions shown in Table 2. Here, the ten-point average roughness of the boundary between the hard coating and the steel part having the coating after forming the hard coating is the same as the surface roughness (ten-point average roughness) immediately after processing to the roller pinching test piece. It is confirmed that it is a value. That is, it has been confirmed that the change in the ten-point average roughness before and after the carburizing heat treatment is extremely small and can be ignored. For comparison, under certain conditions, after tempering, polishing (precision processing) of 0.1 mm was performed, and then the ten-point average roughness was measured before the hard coating was applied.

比較として、硬質被膜を付与しない場合、硬質被膜の付与後に850℃にて焼入れ180℃で1時間保持後に空冷する焼戻しを行う場合、浸炭処理を行うことなく硬質被膜を形成する場合、をそれぞれ実施した。 For comparison, the case where no hard coating is applied, the case where the hard coating is quenched at 850°C after the hard coating is applied and then the steel is held at 180°C for 1 hour and then air-cooled is tempered, and the case where the hard coating is formed without carburizing treatment is carried out. bottom.

かくして得られた硬質被膜付きおよび硬質被膜なしの各試験片につき、ローラーピッチング試験を行った。ローラーピッチング試験は、すべり率40%および試験速度3000rpmとし、低粘度油(80℃における動粘度7mm/s)を用い油温80℃の条件で試験した。また、相手材ローラーはSUJ2の調質材を用いクラウニングR150とした。試験面圧は3.3GPaで5本ずつ試験を行い、繰返し数の上限を1×106回とし打ち切った。上限繰り返し数に至るまでに、ピッチング(剥離)が発生した試験本数を疲労特性として評価した。その評価結果を表3に示す。 A roller pitting test was performed on each test piece with and without a hard coating thus obtained. The roller pitting test was conducted at a slip ratio of 40%, a test speed of 3000 rpm, and a low-viscosity oil (kinematic viscosity at 80°C of 7 mm/s) at an oil temperature of 80°C. In addition, the mating roller was made of SUJ2 refining material and crowned R150. The test surface pressure was 3.3 GPa, and five tests were performed, and the upper limit of the number of repetitions was set to 1×10 6 times and discontinued. The number of test pieces in which pitting (peeling) occurred up to the upper limit number of repetitions was evaluated as fatigue characteristics. Table 3 shows the evaluation results.

また、硬質被膜を付与した試験片では、硬質被膜の密着性を評価するため、面圧3.3GPaで更に1本ずつ試験を行い、繰返し数1×104回で試験中断後、転走面を画像解析し、硬質被膜の剥離面積率を求めた。本試験において、5本とも未破損であれば疲労寿命は十分長寿命である。
表3にローラーピッチング試験の結果を示すように、本発明に従えば、長寿命の疲労特性を有する鋼部品が得られる。
In addition, in order to evaluate the adhesion of the hard coating, the test piece with the hard coating was further tested one by one at a surface pressure of 3.3 GPa. Image analysis was performed to determine the peeled area ratio of the hard coating. In this test, the fatigue life is sufficiently long if all five are undamaged.
Steel components with long life fatigue properties are obtained according to the present invention, as shown in Table 3 for the results of the roller pitting test.

Figure 0007264117000001
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Figure 0007264117000002
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Figure 0007264117000003
Figure 0007264117000003

Claims (8)

C:0.10~0.35質量%、
Si:0.01~0.70質量%、
Mn:0.30~1.50質量%、
P:0.1質量%以下、
S:0.5質量%以下、
Cr:0.30~2.00質量%、
Al:0.010~0.080質量%および
N:0.0250質量%以下
を含み、残部はFe及び不可避的不純物の成分組成と、マルテンサイトおよび残留オーステナイトの合計の面積率が90%以上の組織と、を有する、鋼素材を、鍛造および切削また はそれらの複合にて所望の形状に加工した後、浸炭処理または浸炭窒化処理を施して浸炭 層または浸炭窒化層からなる硬化層を形成し、表面粗さ(十点平均粗さ)が1~5μmで ある該硬化層上にチタン炭化物(TiC)、チタン窒化物(TiN)、チタン炭窒化物(TiCN) 、クロム窒化物(CrN)、バナジウム炭化物(VC)および硬質炭素膜(ダイヤモンドライク カーボン)のいずれか1種以上の硬質被膜を形成し、該硬質被膜の形成後に焼入れ焼戻し
処理をすることなく鋼部品とする鋼部品の製造方法
C: 0.10 to 0.35% by mass,
Si: 0.01 to 0.70% by mass,
Mn: 0.30-1.50% by mass,
P: 0.1% by mass or less,
S: 0.5% by mass or less,
Cr: 0.30 to 2.00% by mass,
Al: 0.010 to 0.080% by mass and N: 0.0250% by mass or less, the balance being the composition of Fe and unavoidable impurities, and a structure with a total area ratio of martensite and retained austenite of 90% or more , After the steel material is processed into a desired shape by forging, cutting, or a combination thereof, it is subjected to carburizing or carbonitriding to form a hardened layer consisting of a carburized layer or a carbonitrided layer. Titanium carbide (TiC), titanium nitride (TiN), titanium carbonitride (TiCN), chromium nitride (CrN), vanadium carbide (VC) and Form a hard coating of any one or more of hard carbon films (diamond-like carbon), and quench and temper after forming the hard coating
A method for manufacturing a steel part without any treatment .
前記硬化層のビッカース硬さHsと前記硬質被膜のビッカース硬さHfとの比Hf/Hsが2.0以上10.0以下である請求項1に記載の鋼部品の製造方法 2. The method of manufacturing a steel part according to claim 1, wherein the ratio Hf/Hs of the Vickers hardness Hs of the hardened layer to the Vickers hardness Hf of the hard coating is 2.0 or more and 10.0 or less. 前記硬質被膜が硬質炭素膜であり、かつ前記硬化層のビッカース硬さHsと前記硬質被膜のビッカース硬さHfとの比Hf/Hsが3.8以上10.0以下である請求項1または2に
記載の鋼部品の製造方法
3. The steel according to claim 1 or 2, wherein the hard coating is a hard carbon coating, and the ratio Hf/Hs between the Vickers hardness Hs of the hardened layer and the Vickers hardness Hf of the hard coating is 3.8 or more and 10.0 or less. How the parts are made .
前記硬質被膜は、厚さが0.2μm 以上25.0μm以下である請求項1から3のいずれかに記載の鋼部品の製造方法 4. The method of manufacturing a steel part according to claim 1, wherein the hard coating has a thickness of 0.2 [mu]m or more and 25.0 [mu]m or less. 前記成分組成は、さらに、
Mo:0.30質量%未満、
Cu:1質量%以下、
Ni:1質量%以下および
B:0.01質量%以下
のうちから選ばれる1種以上を含有する請求項1から4のいずれかに記載の鋼部品の製造 方法
The component composition further includes:
Mo: less than 0.30% by mass,
Cu: 1% by mass or less,
5. The method for manufacturing a steel part according to any one of claims 1 to 4, wherein one or more selected from Ni: 1% by mass or less and B: 0.01% by mass or less are contained.
前記成分組成は、さらに、
Ti:0.1質量%以下、
Nb:0.1質量%以下、
V:0.1質量%以下、
Hf:0.1質量%以下、
Ta:0.1質量%以下および
Se:0.3質量%以下
のうちから選ばれる1種以上を含有する請求項1から5のいずれかに記載の鋼部品の製造 方法
The component composition further includes:
Ti: 0.1% by mass or less,
Nb: 0.1% by mass or less,
V: 0.1% by mass or less,
Hf: 0.1% by mass or less,
Ta: 0.1% by mass or less and
Se: The method for manufacturing a steel part according to any one of claims 1 to 5, wherein Se contains at least one selected from 0.3% by mass or less.
前記成分組成は、さらに、
Sn:0.1質量%以下および
Sb:0.1質量%以下
のいずれか1種または2種を含有する請求項1から6のいずれかに記載の鋼部品の製造方
The component composition further includes:
Sn: 0.1% by mass or less and
7. The method for manufacturing a steel part according to any one of claims 1 to 6, wherein Sb: 0.1% by mass or less of either one or two of them is contained.
前記成分組成は、さらに、
Pb:0.3質量%以下および
Bi:0.3質量%以下、
のいずれか1種または2種を含有する請求項1から7のいずれかに記載の鋼部品の製造方
The component composition further includes:
Pb: 0.3% by mass or less and
Bi: 0.3% by mass or less,
8. The method for manufacturing a steel component according to any one of claims 1 to 7, containing any one or two of
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