JP7323791B2 - Carburized gear steel, carburized gear, and method for manufacturing carburized gear - Google Patents

Carburized gear steel, carburized gear, and method for manufacturing carburized gear Download PDF

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Description

本発明は、浸炭歯車用鋼、浸炭歯車及び浸炭歯車の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a carburized gear steel, a carburized gear, and a method for manufacturing a carburized gear.

建設機械、産業機械等に用いられる歯車は、精密な寸法精度と強度とを両立するため、一般に機械加工後に浸炭焼入れを施して使用される。
これらの歯車のうち、外界から密閉されずに使用されるものは、環境から侵入する水分等と接触しながら使用され、腐食減肉が発生している。一方、近年、軽量化を狙って歯車の小型化が進んでいる。
その結果、環境による腐食に伴う減肉の影響が拡大して課題となり始めていることから、耐食性に優れた歯車が求められている。
Gears used in construction machinery, industrial machinery, etc. are generally carburized and quenched after machining in order to achieve both precise dimensional accuracy and strength.
Among these gears, gears that are used without being sealed from the outside are used while being in contact with moisture or the like that enters from the environment, causing corrosion and thinning. On the other hand, in recent years, the miniaturization of gears has progressed with the aim of reducing weight.
As a result, the impact of thinning due to corrosion due to the environment has increased and is starting to become a problem, so gears with excellent corrosion resistance are required.

従来の歯車の技術開発に関し、例えば、特許文献1では、浸炭処理、窒化処理、高周波焼入れの順に熱処理を行うことで耐食性に優れた歯車を提供する技術が開示されている。 Regarding the technical development of conventional gears, for example, Patent Document 1 discloses a technique of providing gears with excellent corrosion resistance by performing heat treatment in the order of carburizing, nitriding, and induction hardening.

特許第6314648号公報Japanese Patent No. 6314648

特許文献1に開示されている技術は、複雑な熱処理を行うことが必要であり、生産効率面で現実的な技術を提供するものではない。 The technique disclosed in Patent Document 1 requires complicated heat treatment and does not provide a realistic technique in terms of production efficiency.

本発明の目的は、ガス浸炭焼入れを行って浸炭歯車を製造する場合に、耐食性に優れる浸炭歯車を製造することができる浸炭歯車用鋼及び浸炭歯車の製造方法、並びに耐食性に優れる浸炭歯車を提供することである。 An object of the present invention is to provide a carburized gear steel and a method for manufacturing a carburized gear that can produce a carburized gear with excellent corrosion resistance when gas carburizing and quenching is performed to produce a carburized gear, and a carburized gear with excellent corrosion resistance. It is to be.

本発明の課題を解決する手段は、以下の態様を含む。
<1> 質量%で、
C:0.17~0.22%、
Si:0.50~1.00%、
Mn:0.85~1.20%、
Cr:0.60~1.00%、
Mo:0.01~0.40%、
S:0.001~0.050%、
N:0.005~0.020%、
Al:0.001~0.100%、
Nb:0.001~0.050%、
O:0.005%以下、
P:0.05%以下、並びに
残部:Fe及び不純物からなる浸炭歯車用鋼。
<2> 質量%で、
Ni:0.1~3.0%、
Cu:0.05~1.0%、
Co:0.05~3.0%、
W:0.05~1.0%、
V:0.01~0.3%、
Ti:0.005~0.3%、及び
B:0.0005~0.005%
からなる群より選ばれる1種又は2種以上の元素を含む前記<1>に記載の浸炭歯車用鋼。
<3> 質量%で、
Pb:0.09%以下、
Bi:0.0001~0.5%、
Ca:0.0003~0.01%、
Mg:0.0005~0.01%、
Zr:0.0005~0.05%、
Te:0.0005~0.1%、及び
希土類元素:0.0005~0.005%
からなる群より選ばれる1種又は2種以上の元素を含む前記<1>又は<2>に記載の浸炭歯車用鋼。
<4> ガス浸炭処理を施した後に表面に存在する酸化物中のMn、Fe、及びCrの含有量が、下記式(1)を満たす前記<1>~<3>のいずれか1つに記載の浸炭歯車用鋼。
10%≦Mn/(Fe+Mn+Cr)×100≦100% (1)
(式(1)中の元素記号は、前記酸化物中の元素の質量%での含有量を表す。)
<5> 前記<1>~<4>のいずれか1つに記載の浸炭歯車用鋼を、歯車形状の部材に機械加工する工程と、
前記歯車形状の部材にガス浸炭処理を施す工程と、
を有する歯車の製造方法。
<6> 表面から3mmよりも深い位置において、質量%で、
C:0.17~0.22%、
Si:0.50~1.00%、
Mn:0.85~1.20%、
Cr:0.60~1.00%、
Mo:0.01~0.40%、
S:0.001~0.050%、
N:0.005~0.020%、
Al:0.001~0.100%、
Nb:0.001~0.050%、
O:0.005%以下、
P:0.05%以下、並びに
残部:Fe及び不純物からなり、
表面に存在する酸化物中のMn、Fe、及びCrの含有量が、下記式(1)を満たす浸炭歯車。
10%≦Mn/(Fe+Mn+Cr)×100≦100% (1)
(式(1)中の元素記号は、前記酸化物中の元素の質量%での含有量を表す。)
<7> 前記表面から3mmよりも深い位置において、質量%で、
Ni:0.1~3.0%、
Cu:0.05~1.0%、
Co:0.05~3.0%、
W:0.05~1.0%、
V:0.01~0.3%、
Ti:0.005~0.3%、及び
B:0.0005~0.005%
からなる群より選ばれる1種又は2種以上の元素を含む前記<6>に記載の浸炭歯車。
<8> 前記表面から3mmよりも深い位置において、質量%で、
Pb:0.09%以下、
Bi:0.0001~0.5%、
Ca:0.0003~0.01%、
Mg:0.0005~0.01%、
Zr:0.0005~0.05%、
Te:0.0005~0.1%、及び
希土類元素:0.0005~0.005%
からなる群より選ばれる1種又は2種以上の元素を含む前記<6>又は<7>に記載の浸炭歯車。
Means for solving the problems of the present invention include the following aspects.
<1> % by mass,
C: 0.17-0.22%,
Si: 0.50 to 1.00%,
Mn: 0.85-1.20%,
Cr: 0.60 to 1.00%,
Mo: 0.01 to 0.40%,
S: 0.001 to 0.050%,
N: 0.005 to 0.020%,
Al: 0.001 to 0.100%,
Nb: 0.001 to 0.050%,
O: 0.005% or less,
Carburized gear steel consisting of P: 0.05% or less and the balance: Fe and impurities.
<2> % by mass,
Ni: 0.1 to 3.0%,
Cu: 0.05-1.0%,
Co: 0.05 to 3.0%,
W: 0.05 to 1.0%,
V: 0.01 to 0.3%,
Ti: 0.005-0.3% and B: 0.0005-0.005%
Carburized gear steel according to <1> above, containing one or more elements selected from the group consisting of:
<3> % by mass,
Pb: 0.09% or less,
Bi: 0.0001 to 0.5%,
Ca: 0.0003-0.01%,
Mg: 0.0005-0.01%,
Zr: 0.0005 to 0.05%,
Te: 0.0005 to 0.1%, and rare earth element: 0.0005 to 0.005%
The carburized gear steel according to <1> or <2> above, containing one or more elements selected from the group consisting of:
<4> The content of Mn, Fe, and Cr in the oxide present on the surface after gas carburizing is any one of <1> to <3> that satisfies the following formula (1): Carburized gear steel as described.
10%≦Mn/(Fe+Mn+Cr)×100≦100% (1)
(The symbol of the element in formula (1) represents the content in mass % of the element in the oxide.)
<5> Machining the carburized gear steel according to any one of <1> to <4> into a gear-shaped member;
a step of gas carburizing the gear-shaped member;
A method of manufacturing a gear having
<6> At a position deeper than 3 mm from the surface, in mass%,
C: 0.17-0.22%,
Si: 0.50 to 1.00%,
Mn: 0.85-1.20%,
Cr: 0.60 to 1.00%,
Mo: 0.01 to 0.40%,
S: 0.001 to 0.050%,
N: 0.005 to 0.020%,
Al: 0.001 to 0.100%,
Nb: 0.001 to 0.050%,
O: 0.005% or less,
P: 0.05% or less, and the balance: Fe and impurities,
A carburized gear in which the contents of Mn, Fe, and Cr in oxides present on the surface satisfy the following formula (1).
10%≦Mn/(Fe+Mn+Cr)×100≦100% (1)
(The symbol of the element in formula (1) represents the content in mass % of the element in the oxide.)
<7> At a position deeper than 3 mm from the surface, in % by mass,
Ni: 0.1 to 3.0%,
Cu: 0.05-1.0%,
Co: 0.05 to 3.0%,
W: 0.05 to 1.0%,
V: 0.01 to 0.3%,
Ti: 0.005-0.3% and B: 0.0005-0.005%
The carburized gear according to <6> above, containing one or more elements selected from the group consisting of:
<8> At a position deeper than 3 mm from the surface, in % by mass,
Pb: 0.09% or less,
Bi: 0.0001 to 0.5%,
Ca: 0.0003-0.01%,
Mg: 0.0005-0.01%,
Zr: 0.0005 to 0.05%,
Te: 0.0005 to 0.1%, and rare earth element: 0.0005 to 0.005%
The carburized gear according to <6> or <7>, containing one or more elements selected from the group consisting of:

本発明によれば、ガス浸炭焼入れを行って浸炭歯車を製造する場合に、耐食性に優れる浸炭歯車を製造することができる浸炭歯車用鋼及び浸炭歯車の製造方法、並びに耐食性に優れる浸炭歯車が提供される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a carburized gear steel capable of producing a carburized gear having excellent corrosion resistance when gas carburizing and quenching is performed to produce a carburized gear, a carburized gear manufacturing method, and a carburized gear having excellent corrosion resistance are provided. be done.

以下、本発明の一例である実施形態について詳細に説明する。
なお、本明細書中において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
また、化学組成の元素の含有量について、「%」は「質量%」を意味する。
An embodiment, which is an example of the present invention, will be described in detail below.
In this specification, a numerical range represented by "-" means a range including the numerical values before and after "-" as lower and upper limits.
Moreover, "%" means "% by mass" with respect to the content of elements in the chemical composition.

(浸炭歯車用鋼)
まず、本発明に至った経緯を説明する。
本発明者らは、ガス浸炭焼入れ後の歯車の耐食性を向上させる方法について鋭意調査を行った。その結果、ガス浸炭により形成する酸化物組成が耐食性影響を与えることを知見した。そこでさらに本発明者らは耐食性を向上させる酸化物組成が得られる方法について、鋼材の化学成分の影響を調査した。その結果、鋼材成分を、C:0.17~0.22%、Si:0.50~1.00%、Mn:0.85~1.20%、Cr:0.60~1.00%、Mo:0.01~0.40%、S:0.001~0.050%、N:0.005~0.020%、Al:0.001~0.100%、Nb:0.001~0.050%、O:0.005%以下、P:0.05%以下、並びに残部:Fe及び不純物の範囲とすることで、ガス浸炭後の酸化物中のMn濃度が増加し、高い耐食性が得られることを知見した。
(steel for carburizing gears)
First, the circumstances leading to the present invention will be described.
The inventors of the present invention conducted extensive research on methods for improving the corrosion resistance of gears after gas carburizing and quenching. As a result, it was found that the composition of oxides formed by gas carburizing has an effect on corrosion resistance. Therefore, the present inventors further investigated the influence of the chemical composition of the steel on the method of obtaining the oxide composition that improves the corrosion resistance. As a result, the steel ingredients were C: 0.17 to 0.22%, Si: 0.50 to 1.00%, Mn: 0.85 to 1.20%, Cr: 0.60 to 1.00%. , Mo: 0.01 to 0.40%, S: 0.001 to 0.050%, N: 0.005 to 0.020%, Al: 0.001 to 0.100%, Nb: 0.001 ~ 0.050%, O: 0.005% or less, P: 0.05% or less, and the balance: Fe and impurities, the Mn concentration in the oxide after gas carburizing increases and becomes high It was found that corrosion resistance can be obtained.

ガス浸炭雰囲気下では、鉄は酸化しないが、MnやCr等の合金元素が選択酸化される。それにより形成される酸化物はMnや、MnCrといったように変化し、Mn、Cr添加量の影響を受ける。調査の結果、Mn含有量が高い酸化物を表面に形成した場合に耐食性が向上した。 In a gas carburizing atmosphere, iron is not oxidized, but alloying elements such as Mn and Cr are selectively oxidized. The oxide formed thereby changes to Mn 3 O 4 or MnCr 2 O 4 and is affected by the amounts of Mn and Cr added. As a result of investigation, corrosion resistance was improved when an oxide with a high Mn content was formed on the surface.

次に本実施形態に係る鋼の化学成分の限定理由について説明する。 Next, reasons for limiting the chemical composition of the steel according to this embodiment will be described.

C:0.17~0.22%
C含有量は、歯車の非浸炭部の硬さに影響する。所要の硬さを確保するために、C含有量を0.17%以上とする。非浸炭部の硬さを確保する観点から、C含有量の好ましい下限は0.18%以上であり、さらに好ましくは0.19%以上である。
一方、C含有量が多すぎると浸炭後の非浸炭部硬さが高くなり、衝撃に対する強度低下するため、C含有量を0.22%以下とする。C含有量の好ましい上限は0.21%以下であり、さらに好ましくは0.20%以下である。
C: 0.17-0.22%
The C content affects the hardness of the non-carburized portion of the gear. The C content is made 0.17% or more in order to secure the required hardness. From the viewpoint of ensuring the hardness of the non-carburized portion, the lower limit of the C content is preferably 0.18% or more, more preferably 0.19% or more.
On the other hand, if the C content is too high, the hardness of the non-carburized portion after carburization increases and the strength against impact decreases, so the C content is made 0.22% or less. A preferable upper limit of the C content is 0.21% or less, more preferably 0.20% or less.

Si:0.50~1.00%
Siは、ガス浸炭により形成する酸化物に影響を与える元素である。耐食性に優れる酸化物を得るには、Si含有量を0.50~1.00%範囲内にする必要がある。
ガス浸炭により耐食性に優れる酸化物を得る観点から、Si含有量の好ましい下限は0.55%以上であり、さらに好ましくは0.60%以上である。同様に、Si含有量の好ましい上限は0.90%以下であり、さらに好ましくは0.80%以下である。
Si: 0.50-1.00%
Si is an element that affects oxides formed by gas carburizing. In order to obtain an oxide with excellent corrosion resistance, the Si content should be within the range of 0.50 to 1.00%.
From the viewpoint of obtaining an oxide with excellent corrosion resistance by gas carburizing, the lower limit of the Si content is preferably 0.55% or more, more preferably 0.60% or more. Similarly, the upper limit of the Si content is preferably 0.90% or less, more preferably 0.80% or less.

Mn:0.85~1.20%
Mnは、ガス浸炭により形成する酸化物に影響を与える元素である。耐食性に優れる酸化物を得るには、Mn含有量を0.85~1.20%範囲内にする必要がある。
耐食性に優れる酸化物を得る観点から、Mn含有量の好ましい下限は0.88%以上であり、さらに好ましくは0.90%以上である。同様に、Mn含有量の好ましい上限は1.15%以下であり、さらに好ましくは1.10%以下である。
Mn: 0.85-1.20%
Mn is an element that affects oxides formed by gas carburizing. In order to obtain an oxide with excellent corrosion resistance, the Mn content should be within the range of 0.85 to 1.20%.
From the viewpoint of obtaining an oxide with excellent corrosion resistance, the lower limit of the Mn content is preferably 0.88% or more, more preferably 0.90% or more. Similarly, the upper limit of Mn content is preferably 1.15% or less, more preferably 1.10% or less.

Cr:0.60~1.00%
Crは、ガス浸炭により形成する酸化物に影響を与える元素である。耐食性に優れる酸化物を得るには、Cr含有量を0.60~1.00%範囲内にする必要がある。
耐食性に優れる酸化物を得る観点から、Cr含有量の好ましい下限は0.65%以上であり、さらに好ましくは0.70%以上である。同様に、Cr含有量の好ましい上限は0.95%以下であり、さらに好ましくは0.90%以下である。
Cr: 0.60-1.00%
Cr is an element that affects oxides formed by gas carburizing. In order to obtain oxides with excellent corrosion resistance, the Cr content should be within the range of 0.60 to 1.00%.
From the viewpoint of obtaining an oxide with excellent corrosion resistance, the lower limit of the Cr content is preferably 0.65% or more, more preferably 0.70% or more. Similarly, the upper limit of the Cr content is preferably 0.95% or less, more preferably 0.90% or less.

Mo:0.01~0.40%
Moは、ガス浸炭により形成する酸化物に影響を与える元素である。耐食性に優れる酸化物を得るには、Mo含有量を0.01~0.40%範囲内にする必要がある。
耐食性に優れる酸化物を得る観点から、Mo含有量の好ましい下限は0.10%以上であり、さらに好ましくは0.15%以上である。同様に、Mo含有量の好ましい上限は0.35%以下であり、さらに好ましくは0.30%以下である。
Mo: 0.01-0.40%
Mo is an element that affects oxides formed by gas carburizing. In order to obtain oxides with excellent corrosion resistance, the Mo content should be within the range of 0.01 to 0.40%.
From the viewpoint of obtaining an oxide with excellent corrosion resistance, the lower limit of the Mo content is preferably 0.10% or more, more preferably 0.15% or more. Similarly, the upper limit of Mo content is preferably 0.35% or less, more preferably 0.30% or less.

S:0.001~0.050%
Sは、鋼中でMnSを形成し、これにより鋼の被削性を向上させる。部品(歯車)への切削加工が可能なレベルの被削性を得るには、一般的な機械構造用鋼と同等のS含有量が必要である。以上の理由から、Sの含有量を0.001~0.050%の範囲内にする必要がある。
鋼の被削性を向上させる観点から、S含有量の好ましい下限は0.005%以上であり、さらに好ましくは0.010%以上である。
一方、S含有量を過剰に高くすると粗大なMnSを形成し、歯車の機械的性能を損なうことから、S含有量の好ましい上限は0.040%以下であり、さらに好ましくは0.030%以下である。
S: 0.001 to 0.050%
S forms MnS in the steel, which improves the machinability of the steel. In order to obtain machinability at a level that enables cutting of parts (gears), an S content equivalent to that of general steel for machine structural use is required. For the above reasons, the S content should be within the range of 0.001 to 0.050%.
From the viewpoint of improving the machinability of steel, the lower limit of the S content is preferably 0.005% or more, more preferably 0.010% or more.
On the other hand, if the S content is excessively high, coarse MnS is formed and the mechanical performance of the gear is impaired, so the upper limit of the S content is preferably 0.040% or less, more preferably 0.030% or less is.

N:0.005~0.020%
Nは、AlやTi、V、Crなどと化合物を形成することによる結晶粒微細化効果があるため、0.005%以上含有する必要がある。
しかし、N含有量が0.020%を超えると化合物が粗大となり、結晶粒微細化効果が得られない。以上の理由によって、N含有量を0.005~0.020%の範囲内にする必要がある。
結晶粒微細化効果を得る観点から、N含有量の好ましい下限は0.006%以上であり、さらに好ましくは0.007%以上である。
一方、化合物の粗大化による脆化を抑制する観点から、N含有量の好ましい上限は0.018%以下であり、さらに好ましくは0.015%以下である。
N: 0.005-0.020%
N has a crystal grain refining effect by forming a compound with Al, Ti, V, Cr, etc., so it is necessary to contain 0.005% or more.
However, if the N content exceeds 0.020%, the compound becomes coarse and the crystal grain refining effect cannot be obtained. For the above reasons, the N content should be within the range of 0.005 to 0.020%.
From the viewpoint of obtaining the crystal grain refining effect, the preferable lower limit of the N content is 0.006% or more, more preferably 0.007% or more.
On the other hand, from the viewpoint of suppressing embrittlement due to coarsening of the compound, the upper limit of the N content is preferably 0.018% or less, more preferably 0.015% or less.

Al:0.001~0.100%
Alは、鋼の脱酸に有効な元素であり、またNと結合して窒化物を形成して結晶粒を微細化する元素である。Al含有量が0.001%未満ではこの効果が不十分である。一方、Al含有量が0.100%を超えると、窒化物が粗大になり脆化させる。
結晶粒微細化効果を得る観点から、Al含有量の好ましい下限は0.004以上%であり、さらに好ましくは0.007%以上である。
一方、窒化物の粗大化による脆化を抑制する観点から、Al含有量の好ましい上限は0.080%以下であり、さらに好ましくは0.050%以下である。
Al: 0.001-0.100%
Al is an element that is effective in deoxidizing steel, and is an element that combines with N to form nitrides and refine grains. This effect is insufficient if the Al content is less than 0.001%. On the other hand, if the Al content exceeds 0.100%, the nitride becomes coarse and embrittled.
From the viewpoint of obtaining the crystal grain refining effect, the lower limit of the Al content is preferably 0.004% or more, more preferably 0.007% or more.
On the other hand, from the viewpoint of suppressing embrittlement due to coarsening of nitrides, the upper limit of the Al content is preferably 0.080% or less, more preferably 0.050% or less.

Nb:0.001~0.050%
Nbは、ガス浸炭により形成する酸化物に影響を与える元素である。耐食性に優れる酸化物を得るには、Nb含有量を0.001~0.050%範囲内にする必要がある。
耐食性に優れる酸化物を得る観点から、Nb含有量の好ましい下限は0.005%以上であり、さらに好ましくは0.010%以上である。同様に、Nb含有量の好ましい上限は0.045%以下であり、さらに好ましくは0.040%以下である。
Nb: 0.001-0.050%
Nb is an element that affects oxides formed by gas carburizing. In order to obtain oxides with excellent corrosion resistance, the Nb content should be within the range of 0.001 to 0.050%.
From the viewpoint of obtaining an oxide excellent in corrosion resistance, the lower limit of the Nb content is preferably 0.005% or more, more preferably 0.010% or more. Similarly, the upper limit of the Nb content is preferably 0.045% or less, more preferably 0.040% or less.

O:0.005%以下
Oは、鋼中で酸化物を形成し、介在物として作用して疲労強度を低下するため、O含有量は0.005%以下に制限されることが好ましい。
鋼中で酸化物の形成を抑制する観点から、O含有量の上限は0.003%以下としてもよく、0.002%以下としてもよい。O含有量は少ない方が好ましいので、O含有量の下限値は0%である。
O: 0.005% or less O forms oxides in steel and acts as inclusions to lower the fatigue strength, so the O content is preferably limited to 0.005% or less.
From the viewpoint of suppressing the formation of oxides in the steel, the upper limit of the O content may be 0.003% or less, or 0.002% or less. Since the smaller the O content, the lower limit of the O content is 0%.

P:0.05%以下
Pは、焼入れ前の加熱時にオーステナイト粒界に偏析し、それにより疲労強度を低下させてしまう。従って、P含有量を0.05%以下に制限することが好ましい。P含有量の上限は0.04%以下としてもよく、0.03%以下としてもよい。P含有量は少ない方が好ましいので、P含有量の下限値は0%である。
しかし、Pの除去を必要以上に行った場合、製造コストが増大する。従って、P含有量の実質的な下限は約0.004%以上となるのが通常である。
P: 0.05% or less P segregates at austenite grain boundaries during heating before quenching, thereby reducing fatigue strength. Therefore, it is preferable to limit the P content to 0.05% or less. The upper limit of the P content may be 0.04% or less, or may be 0.03% or less. Since the smaller the P content, the lower limit of the P content is 0%.
However, removing P more than necessary increases the manufacturing cost. Therefore, the practical lower limit of the P content is usually about 0.004% or more.

本実施形態に係る鋼は、焼入れ性又は結晶粒微細化効果を高めるために、さらに、Feの一部に代えて、Ni、Cu、Co、W、V、Ti及びBからなる群から選択される1種又は2種以上を含有してもよい。これらの元素を含有しない場合の下限は0%である。 In the steel according to the present embodiment, in order to enhance the hardenability or grain refinement effect, a part of Fe is replaced with Ni, Cu, Co, W, V, Ti, and B. may contain one or more. The lower limit when these elements are not contained is 0%.

Ni:0.1~3.0%
Niは、必要な焼入れ性を鋼に付与するために有効な元素である。Ni含有量が3.0%を超えると、焼入れ後に残留オーステナイトが多量になり、硬さが低下する。従って、Ni含有量を3.0%以下とする。
焼入れ後の残留オーステナイトによる硬さの低下を抑制する観点から、Ni含有量の上限は2.0%以下としてもよく、1.8%以下としてもよい。
一方、焼入れ性を鋼に付与する観点から、Ni含有量の下限は0.1%以上としてもよく、0.3%以上としてもよい。
Ni: 0.1-3.0%
Ni is an effective element for imparting necessary hardenability to steel. If the Ni content exceeds 3.0%, the amount of retained austenite increases after quenching and the hardness decreases. Therefore, the Ni content is set to 3.0% or less.
From the viewpoint of suppressing a decrease in hardness due to retained austenite after quenching, the upper limit of the Ni content may be 2.0% or less, or 1.8% or less.
On the other hand, from the viewpoint of imparting hardenability to steel, the lower limit of the Ni content may be 0.1% or more, or may be 0.3% or more.

Cu:0.05~1.0%
Cuは、鋼の焼入れ性の向上に有効な元素である。Cu含有量が1.0%を超えると、熱間延性が低下する。従って、Cu含有量を1.0%以下とする。Cuを含有させて上述の効果を得る場合には、Cu含有量の下限は0.05%以上としてもよく、0.1%以上としてもよい。
Cu: 0.05-1.0%
Cu is an element effective in improving the hardenability of steel. If the Cu content exceeds 1.0%, the hot ductility is lowered. Therefore, the Cu content is set to 1.0% or less. When Cu is contained to obtain the above effect, the lower limit of the Cu content may be 0.05% or more, or 0.1% or more.

Co:0.05~3.0%
Coは、鋼の焼入れ性の向上に有効な元素である。Co含有量が3.0%を超えると、その効果が飽和する。従って、Co含有量を3.0%以下とする。Coを含有させて上述の効果を得る場合、Co含有量の下限は0.05%以上としてもよく、0.1%以上としてもよい。
Co: 0.05-3.0%
Co is an element effective in improving the hardenability of steel. When the Co content exceeds 3.0%, the effect is saturated. Therefore, the Co content is set to 3.0% or less. When Co is contained to obtain the above effect, the lower limit of the Co content may be 0.05% or more, or 0.1% or more.

W:0.05~1.0%
Wは、鋼の焼入れ性の向上に有効な元素である。W含有量が1.0%を超えると、その効果が飽和する。従って、W含有量を1.0%以下とする。Wを含有させて上述の効果を得る場合、W含有量の下限は0.05%以上としてもよく、0.1%以上としてもよい。
W: 0.05-1.0%
W is an element effective in improving the hardenability of steel. When the W content exceeds 1.0%, the effect is saturated. Therefore, the W content is set to 1.0% or less. When W is contained to obtain the above effect, the lower limit of the W content may be 0.05% or more, or may be 0.1% or more.

V:0.01~0.3%
Vは、鋼中でCやNと微細な化合物を形成し、結晶粒微細化効果をもたらす元素である。V含有量が0.3%を超えると化合物が粗大となり、結晶粒微細化効果が得られない。従って、V含有量を0.3%以下とする。Vを含有させて上述の効果を得る場合、V含有量の下限は0.01%以上としてもよく、0.15%以上としてもよい。
V: 0.01-0.3%
V is an element that forms fine compounds with C and N in steel and brings about grain refining effect. If the V content exceeds 0.3%, the compound becomes coarse and the crystal grain refining effect cannot be obtained. Therefore, the V content is set to 0.3% or less. When V is contained to obtain the above effect, the lower limit of the V content may be 0.01% or more, or 0.15% or more.

Ti:0.005~0.3%
Tiは、鋼中でCやNと微細な化合物を生成し、結晶粒の微細化効果をもたらす元素である。Ti含有量が0.3%を超えると、その効果は飽和する。従って、Tiの含有量を0.3%以下とする。Tiを含有させて結晶粒の微細化効果を得る場合、Ti含有量の下限は0.005%以上としてもよく、0.010%以上としてもよい。
一方、硬さの増加に伴う切削性の低下を抑制する観点から、Ti含有量の上限は0.25%以下としてもよく、0.2%以下としてもよい。
Ti: 0.005-0.3%
Ti is an element that forms fine compounds with C and N in steel and brings about the effect of refining crystal grains. When the Ti content exceeds 0.3%, the effect saturates. Therefore, the Ti content is set to 0.3% or less. When Ti is contained to obtain the grain refinement effect, the lower limit of the Ti content may be 0.005% or more, or may be 0.010% or more.
On the other hand, the upper limit of the Ti content may be 0.25% or less, or 0.2% or less, from the viewpoint of suppressing a decrease in machinability due to an increase in hardness.

B:0.0005~0.005%
Bは、Pの粒界偏析を抑制する働きを有する。また、Bは粒界強度及び粒内強度の向上効果、及び焼入れ性の向上効果も有し、これらの効果は鋼の疲労強度を向上させる。B含有量が0.005%を超えると、その効果は飽和する。従って、Bの含有量を0.005%以下にする。Bを含有させて上述の効果を得る場合、B含有量の下限は0.0005%以上としてもよく、0.0010%以上としてもよい。
一方、焼入れ性向上による割れ発生の抑制の観点から、B含有量の上限は0.0045%以下としてもよく、0.004%以下としてもよい。
B: 0.0005 to 0.005%
B has a function of suppressing the grain boundary segregation of P. B also has the effect of improving intergranular strength and intragranular strength and the effect of improving hardenability, and these effects improve the fatigue strength of steel. When the B content exceeds 0.005%, the effect saturates. Therefore, the content of B is set to 0.005% or less. When B is contained to obtain the above effect, the lower limit of the B content may be 0.0005% or more, or 0.0010% or more.
On the other hand, the upper limit of the B content may be 0.0045% or less, or 0.004% or less, from the viewpoint of suppressing the occurrence of cracks by improving hardenability.

本実施形態による鋼の化学組成(鋼組成)はさらに、Feの一部に代えて、Pb、Bi、Ca、Mg、Zr、Te及び希土類元素(REM)からなる群から選択される1種又は2種以上を含有してもよい。これらの元素を含有しない場合の下限は0%である。 The chemical composition (steel composition) of the steel according to the present embodiment further includes one selected from the group consisting of Pb, Bi, Ca, Mg, Zr, Te and rare earth elements (REM) instead of part of Fe, or You may contain 2 or more types. The lower limit when these elements are not contained is 0%.

Pb:0.09%以下
Pbは環境に悪影響を与える元素であるので、含有しないことが望ましい。一方、Pbは、被削性向上元素であり、切削時に鋼材の破壊を促進して切り屑の分断を促進し、かつ工具接触面で溶融することで工具寿命を向上する効果を発揮する。被削性向上のためにPbを添加する場合は、環境への影響を考慮してPb含有量は0.09%以下とする。Pbを含有させて上述の効果を得る場合には、Pb含有量の下限は0.01%以上としてもよい。
Pb: 0.09% or less Pb is an element that adversely affects the environment, so it is desirable not to contain it. On the other hand, Pb is a machinability-enhancing element, and exhibits the effect of enhancing the tool life by promoting breakage of the steel material during cutting, promoting fragmentation of chips, and melting at the tool contact surface. When Pb is added to improve machinability, the Pb content should be 0.09% or less in consideration of environmental impact. When Pb is contained to obtain the above effect, the lower limit of the Pb content may be 0.01% or more.

Bi:0.0001~0.5%
Biは、硫化物が微細分散することで被削性を向上する元素である。ただし、Biを過剰に含有すると鋼の熱間加工性が劣化し、熱間圧延が困難となることから、Bi含有量は0.5%以下とする。Biを含有させて上述の効果を得る場合には、好ましい下限は0.0001%以上としてもよく、0.001%以上としてもよい。
鋼の熱間加工性の劣化を抑制する観点から、Biの上限は0.4%以下としてもよく、0.3%以下としてもよい。
Bi: 0.0001 to 0.5%
Bi is an element that improves machinability by finely dispersing sulfides. However, if the Bi content is excessive, the hot workability of the steel deteriorates and hot rolling becomes difficult, so the Bi content is made 0.5% or less. When Bi is contained to obtain the above effect, the preferable lower limit may be 0.0001% or more, or 0.001% or more.
From the viewpoint of suppressing deterioration of the hot workability of steel, the upper limit of Bi may be 0.4% or less, or 0.3% or less.

Ca:0.0003~0.01%
Caは、鋼の脱酸に有効で、酸化物中のAlの含有率を低下させる元素である。ただし、Ca含有量が0.01%を超えるとCaを含む粗大な酸化物が大量に現れ、疲労寿命低下の原因となる。従って、Ca含有量を0.01%以下にする必要がある。Caを含有させて上述の効果を得る場合には、Ca含有量の好ましい下限は0.0003%以上としてもよく、0.0005%以上としてもよい。
一方、Caを含む粗大な酸化物の生成を抑制する観点から、Ca含有量の上限は0.008%以下としてもよく、0.006%以下としてもよい。
Ca: 0.0003-0.01%
Ca is an element that is effective in deoxidizing steel and reduces the content of Al 2 O 3 in oxides. However, when the Ca content exceeds 0.01%, a large amount of coarse oxides containing Ca appear, which causes a decrease in fatigue life. Therefore, the Ca content should be 0.01% or less. When Ca is contained to obtain the above effects, the preferable lower limit of the Ca content may be 0.0003% or more, or 0.0005% or more.
On the other hand, from the viewpoint of suppressing the generation of coarse oxides containing Ca, the upper limit of the Ca content may be 0.008% or less, or 0.006% or less.

Mg:0.0005~0.01%
Mgは脱酸元素であり、鋼中に酸化物を生成する。さらに、Mgが形成するMg系酸化物は、MnSの晶出及び/又は析出の核になりやすい。また、Mgの硫化物は、Mn及びMgの複合硫化物となることにより、MnSを球状化させる。このように、MgはMnSの分散を制御し、被削性を改善するために有効な元素である。
ただし、Mg含有量が0.01%を超えると、MgSが大量に生成され、鋼の被削性が低下する。そのため、Mgを含有させて上述の効果を得る場合には、Mg含有量を0.01%以下とする必要がある。Mg含有量の上限は0.008%以下としてもよく、0.006%以下としてもよい。
一方、Mgを含有させて上述の効果を得る場合には、Mg含有量の好ましい下限は0.0005%以上としてもよく、0.001%以上としてもよい。
Mg: 0.0005-0.01%
Mg is a deoxidizing element and produces oxides in steel. Furthermore, Mg-based oxides formed by Mg tend to act as nuclei for crystallization and/or precipitation of MnS. Moreover, the sulfide of Mg turns MnS into spheroids by becoming a composite sulfide of Mn and Mg. Thus, Mg is an effective element for controlling the dispersion of MnS and improving the machinability.
However, when the Mg content exceeds 0.01%, a large amount of MgS is produced, and the machinability of the steel deteriorates. Therefore, when Mg is included to obtain the above effect, the Mg content must be 0.01% or less. The upper limit of the Mg content may be 0.008% or less, or 0.006% or less.
On the other hand, when Mg is contained to obtain the above effect, the preferable lower limit of the Mg content may be 0.0005% or more, or 0.001% or more.

Zr:0.0005~0.05%
Zrは脱酸元素であり、酸化物を生成する。さらに、Zrが形成するZr系酸化物はMnSの晶出及び/又は析出の核になりやすい。このように、Zrは、MnSの分散を制御し、被削性を改善するために有効な元素ある。ただし、Zr含有量が0.05%を超えると、その効果が飽和する。そのため、Zrを含有させて上述の効果を得る場合には、Zr含有量を0.05%以下とする。歯車の機械的特性低下の抑制の観点から、Zr含有量の上限は0.04%以下としてもよく、0.03%以下としてもよい。
一方、Zrを含有させて上述の効果を得る場合には、Zr含有量の好ましい下限は0.0005%以上としてもよく、0.001%以上としてもよい。
Zr: 0.0005-0.05%
Zr is a deoxidizing element and produces an oxide. Furthermore, Zr-based oxides formed by Zr tend to act as nuclei for crystallization and/or precipitation of MnS. Thus, Zr is an effective element for controlling the dispersion of MnS and improving the machinability. However, when the Zr content exceeds 0.05%, the effect is saturated. Therefore, when Zr is included to obtain the above effect, the Zr content is set to 0.05% or less. From the viewpoint of suppressing the deterioration of the mechanical properties of the gear, the upper limit of the Zr content may be 0.04% or less, or 0.03% or less.
On the other hand, when Zr is contained to obtain the above effect, the preferable lower limit of the Zr content may be 0.0005% or more, or 0.001% or more.

Te:0.0005~0.1%
Teは、MnSの球状化を促進するので、鋼の被削性を改善する。Te含有量が0.1%を超えるとその効果が飽和する。従って、Te含有量を0.1%以下とする。歯車の機械的特性低下の抑制の観点から、Te含有量の上限は0.08%以下としてもよく、0.06%以下としてもよい。
一方、Teを含有させて上述の効果を得る場合には、Te含有量の好ましい下限は0.0005%以上としてもよく、0.001%以上としてもよい。
Te: 0.0005 to 0.1%
Te improves the machinability of the steel because it promotes spheroidization of MnS. When the Te content exceeds 0.1%, the effect is saturated. Therefore, the Te content is set to 0.1% or less. From the viewpoint of suppressing deterioration of the mechanical properties of the gear, the upper limit of the Te content may be 0.08% or less, or 0.06% or less.
On the other hand, when Te is contained to obtain the above effect, the preferable lower limit of the Te content may be 0.0005% or more, or 0.001% or more.

希土類元素:0.0005~0.005%
希土類元素(REM)は、鋼中に硫化物を生成し、この硫化物がMnSの析出核となることで、MnSの生成を促進する元素であり、鋼の被削性を改善する。希土類元素の合計含有量が0.005%を超えると、硫化物が粗大になり、鋼の疲労強度を低下させる。従って、希土類元素の合計含有量を0.005%以下とする。歯車の機械的特性低下の抑制の観点から、希土類元素の合計含有量の上限は0.004%以下としてもよく、0.003%以下としてもよい。
一方、希土類元素を含有させて上述の効果を得る場合には、希土類元素の合計含有量の下限は0.0005%以上としてもよく、0.001%以上としてもよい。
Rare earth elements: 0.0005 to 0.005%
Rare earth elements (REMs) are elements that form sulfides in steel, and the sulfides serve as MnS precipitation nuclei, thereby promoting the formation of MnS and improving the machinability of steel. If the total content of rare earth elements exceeds 0.005%, the sulfides become coarse and reduce the fatigue strength of the steel. Therefore, the total content of rare earth elements should be 0.005% or less. From the viewpoint of suppressing deterioration of the mechanical properties of the gear, the upper limit of the total content of rare earth elements may be 0.004% or less, or 0.003% or less.
On the other hand, when the above effects are obtained by including rare earth elements, the lower limit of the total content of rare earth elements may be 0.0005% or more, or 0.001% or more.

なお、本明細書でいう希土類元素は、周期律表中の原子番号57のランタン(La)から原子番号71のルテチウム(Lu)までの15元素に、イットリウム(Y)及びスカンジウム(Sc)を加えた17元素の総称である。希土類元素の含有量は、これらの1種又は2種以上の元素の総含有量を意味する。 The rare earth elements referred to in this specification are 15 elements from atomic number 57 lanthanum (La) to atomic number 71 lutetium (Lu) in the periodic table, plus yttrium (Y) and scandium (Sc). It is a general term for 17 elements. The content of rare earth elements means the total content of one or more of these elements.

本実施形態に係る鋼は、上述の合金成分を含有し、残部がFe及び不純物からなる。上述の合金成分以外の元素が、不純物として、原材料及び製造装置から鋼中に混入することは、その混入量が鋼の特性に影響を及ぼさない水準である限り許容される。 The steel according to this embodiment contains the above-described alloy components, and the balance is Fe and impurities. Elements other than the alloying components described above are permitted as impurities in the steel from the raw materials and manufacturing equipment as long as the amount of the inclusion does not affect the properties of the steel.

(浸炭歯車用鋼の製造方法)
本実施形態にかかる浸炭歯車用鋼の製造条件について説明する。
本実施形態にかかる浸炭歯車用鋼の製造方法は、上記化学組成を有する浸炭歯車用鋼を製造することができれば特に限定されないが、例えば、次のように製造することがよい。
まず、精錬工程において上記化学組成を有する溶鋼を得て、鋳造を行う。この際、成分調整や鋼中の清浄度向上のために、二次精錬を行ってもよい。その後、棒線圧延又は線材圧延を行って所望の形状を得る。これらの前に分塊圧延を行ってもよい。そして歯車形状への加工性を向上するため、焼準や焼鈍を行ってもよい。
圧延方法に関し、粗大粒のない均質な組織を得るため、圧延前の加熱温度は1150℃以上であることが好ましい。一方加熱炉の耐久性の観点から、加熱温度は1350℃以下であることが好ましい。また均質な組織を得るため、圧延による断面積の減少は20%以下、圧延時の800℃から300℃の間の平均冷却速度は、0.1℃/秒以上、3.0℃/秒以下に制御することが好ましい。圧延後の組織はフェライトとパーライトの混合組織、またはフェライトとベイナイトの混合組織であることが好ましく、圧延後の硬さはビッカース硬さで200以下であることが好ましい。
(Manufacturing method for carburized gear steel)
Manufacturing conditions for the carburized gear steel according to the present embodiment will be described.
The method for manufacturing the carburized gear steel according to the present embodiment is not particularly limited as long as it can manufacture the carburized gear steel having the chemical composition described above.
First, molten steel having the above chemical composition is obtained in the refining process, and casting is performed. At this time, secondary refining may be performed in order to adjust the components and improve the cleanliness of the steel. After that, bar or wire rolling is performed to obtain a desired shape. You may perform blooming rolling before these. In order to improve workability into a gear shape, normalizing or annealing may be performed.
Regarding the rolling method, the heating temperature before rolling is preferably 1150° C. or higher in order to obtain a homogeneous structure without coarse grains. On the other hand, from the viewpoint of durability of the heating furnace, the heating temperature is preferably 1350° C. or less. In addition, in order to obtain a homogeneous structure, the reduction in cross-sectional area due to rolling is 20% or less, and the average cooling rate between 800 ° C. and 300 ° C. during rolling is 0.1 ° C./sec or more and 3.0 ° C./sec or less. is preferably controlled to The structure after rolling is preferably a mixed structure of ferrite and pearlite or a mixed structure of ferrite and bainite, and the hardness after rolling is preferably 200 or less in terms of Vickers hardness.

(浸炭歯車)
本実施形態に係る浸炭歯車用鋼は、ガス浸炭焼入れを行って浸炭歯車を製造するための素材として適しており、特にガス浸炭焼入れを行って浸炭歯車を製造することが好ましい。例えば、本実施形態に係る浸炭歯車用鋼を用いて切削等の機械加工により歯車形状とした後、ガス浸炭焼入れを行って浸炭歯車を製造する。これにより、耐食性に優れる浸炭歯車を製造することができる。
例えば、本実施形態に係る浸炭歯車用鋼を切削して歯車形状とした後、900~1000℃でカーボンポテンシャル0.7~1.2の雰囲気下で1~30時間保持し、50~140℃の油焼入れを行う条件でガス浸炭処理を行う。次いで、120~180℃で0.5~3時間保持する条件で焼戻しを施すことで、非浸炭部においては、本実施形態に係る浸炭歯車用鋼と同じ化学成分を有し、耐食性に優れる浸炭歯車を製造することができる。
なお、部品の必要深さにより変化するが、ガス浸炭により表面から深さ0.5~3mm程度の領域(浸炭部)におけるC含有量は、上記非浸炭部におけるC含有量よりも多くなり、強度を向上させることができる。かかる観点から、浸炭部におけるC含有量は、0.6~0.9%であることが好ましい。なお、本実施形態に係る浸炭歯車用鋼では、部品(歯車の用途)に関わらず、通常、表面から深さ3mmよりも深い位置は非浸炭部となる。
(carburized gear)
The carburized gear steel according to the present embodiment is suitable as a material for manufacturing carburized gears by gas carburizing and quenching, and it is particularly preferable to manufacture carburized gears by gas carburizing and quenching. For example, the carburized gear steel according to the present embodiment is used to form a gear shape by machining such as cutting, and then gas carburizing and quenching is performed to manufacture a carburized gear. As a result, a carburized gear with excellent corrosion resistance can be manufactured.
For example, after cutting the carburized gear steel according to the present embodiment into a gear shape, it is held at 900 to 1000 ° C. in an atmosphere with a carbon potential of 0.7 to 1.2 for 1 to 30 hours, and then heated at 50 to 140 ° C. Gas carburizing treatment is performed under the conditions for oil quenching. Next, by performing tempering under the condition of holding at 120 to 180° C. for 0.5 to 3 hours, the non-carburized portion has the same chemical composition as the carburized gear steel according to the present embodiment and has excellent corrosion resistance. Gears can be manufactured.
Although it varies depending on the required depth of the part, the C content in the region (carburized portion) at a depth of about 0.5 to 3 mm from the surface due to gas carburizing is greater than the C content in the non-carburized portion. Strength can be improved. From this point of view, the C content in the carburized portion is preferably 0.6 to 0.9%. In the case of the carburized gear steel according to the present embodiment, a portion deeper than 3 mm from the surface is normally a non-carburized portion regardless of the part (use of the gear).

また、本発明者らは、本実施形態に係る浸炭歯車用鋼を用いて上記のような条件で浸炭歯車を作製し、作製した浸炭歯車に対し、JISH8502「中性塩水噴霧サイクル試験」を行う際に使用される複合サイクル試験機(CCT試験機)を用いて、湿度50%、温度20℃の雰囲気が保持されるように調整し、同雰囲気内で72時間試験片を保管した。なお、湿度調整には純水を用いた。保管後、歯車試験片の歯面部(切削加工で歯形状に成形した部分)を観察し、錆面積率を測定した。
錆面積率は以下のようにして求められる。
歯面部を外観写真撮影し、写真から歯面部のみをトリミングし、JPEG形式で保存する。その後、画像編集ソフト(たとえばAdobe photoshop)を用いて、評価面全体のピクセル数と錆発生部以外をカットした画像のピクセル数(つまり錆発生部のピクセル数)をヒストグラムから算出して、錆面積率SをS=B/A×100として求める。
S:錆面積率(%)
A:評価面全体のピクセル数
B:錆発生部のみのピクセル数
算出した錆面積率が、5%未満となる場合を耐食性に優れると判断して耐食性の評価を行った。
そして、表面における酸化物中のMn濃度を測定した結果、Mn/(Fe+Mn+Cr)×100が10%を超える場合に耐食性に優れた。なお、上記式中の元素記号は、酸化物中の各元素の質量%を意味する。Mn/(Fe+Mn+Cr)×100の上限は100%である。表面における酸化物中のMn/(Fe+Mn+Cr)×100の下限は15%としてもよく、20%としてもよい。Mn/(Fe+Mn+Cr)×100の上限は90%としてもよく、80%としてもよい。
In addition, the present inventors produced a carburized gear under the above conditions using the carburized gear steel according to the present embodiment, and subjected the produced carburized gear to JISH8502 "neutral salt spray cycle test". Using a combined cycle tester (CCT tester) used in some cases, the atmosphere was adjusted to maintain a humidity of 50% and a temperature of 20°C, and the test piece was stored in the same atmosphere for 72 hours. Pure water was used for humidity adjustment. After storage, the tooth flank portion of the gear test piece (the portion formed into a tooth shape by cutting) was observed to measure the rust area ratio.
The rust area ratio is obtained as follows.
Take a picture of the appearance of the tooth surface, trim only the tooth surface from the photograph, and save it in JPEG format. After that, using image editing software (for example, Adobe Photoshop), the number of pixels of the entire evaluation surface and the number of pixels of the image cut other than the rusted portion (that is, the number of pixels of the rusted portion) are calculated from the histogram, and the rusted area is calculated. A ratio S is obtained as S=B/A×100.
S: Rust area ratio (%)
A: The number of pixels on the entire evaluation surface B: The number of pixels on only the rusted portion Corrosion resistance was evaluated by judging that the corrosion resistance was excellent when the calculated rust area ratio was less than 5%.
As a result of measuring the Mn concentration in the oxide on the surface, excellent corrosion resistance was obtained when Mn/(Fe+Mn+Cr)×100 exceeded 10%. In addition, the element symbol in the above formula means the mass % of each element in the oxide. The upper limit of Mn/(Fe+Mn+Cr)×100 is 100%. The lower limit of Mn/(Fe+Mn+Cr)×100 in the oxide on the surface may be 15% or 20%. The upper limit of Mn/(Fe+Mn+Cr)×100 may be 90% or 80%.

以下、本発明について、実施例を挙げてさらに具体的に説明する。なお、これらの実施例は、本発明を制限するものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples. It should be noted that these examples do not limit the present invention.

表1に示す化学成分を有する種々の鋼塊を直径28mmに熱間鍛造した。鍛造前の加熱温度は1250℃とした。
鍛造後、950℃で1時間保持して完全にオーステナイト化させた後に放冷する条件で焼準処理を施した。
Various steel ingots having the chemical compositions shown in Table 1 were hot forged to a diameter of 28 mm. The heating temperature before forging was 1250°C.
After forging, the steel was held at 950° C. for 1 hour for complete austenitization, and then normalized under the condition of standing to cool.

(浸炭歯車の作製)
次に、浸炭歯車の耐食性を評価するため、モジュール2、歯数16、φ18mmの内径をもつ、幅30mmの平歯車を切削加工により作製した。そして、作製した歯車に対して、930℃でカーボンポテンシャル0.8の雰囲気化で5時間保持し、130℃の油焼入れを行う条件でガス浸炭処理を行った後に、150℃で2時間保持する条件で焼戻しを施した。
(Production of carburized gear)
Next, in order to evaluate the corrosion resistance of the carburized gear, a 30 mm wide spur gear having a module of 2, 16 teeth, and an inner diameter of φ18 mm was produced by cutting. Then, the prepared gear is held at 930° C. for 5 hours in an atmosphere with a carbon potential of 0.8, gas carburized under the conditions of oil quenching at 130° C., and then held at 150° C. for 2 hours. It was tempered under the conditions.

(評価)
表面の酸化物を調査するため、浸炭歯車より一歯分を切断して、歯面中央(歯筋方向、歯形方向ともに中央)より日立ハイテクノロジーズ社製FIB(FB2100)を用いて薄膜サンプルを採取した。薄膜サンプルに対し、日本電子社製TEM(JEM2100)内のEDS(エネルギー分散型X線分光器)を用いて元素分析を行った。元素分析は倍率50000倍で、表面の酸化物を含む領域を測定範囲として行い、測定後にソフトウェアAnalysis Stationを用いて定量分析を行ってMn/(Fe+Mn+Cr)を計算した。定量分析は、定量補正にRatio、定量モードは簡易定量として、質量%で行った。
また、表面から深さ50μmの領域(浸炭部)におけるC含有量を測定したところ、いずれも非浸炭部におけるC含有量よりも多く、浸炭部におけるC含有量は、0.65~0.90%であった。
(evaluation)
To investigate oxides on the surface, one tooth is cut from the carburized gear, and a thin film sample is taken from the center of the tooth surface (center in both the tooth trace direction and the tooth profile direction) using a Hitachi High-Technologies FIB (FB2100). bottom. Elemental analysis was performed on the thin film sample using an EDS (energy dispersive X-ray spectroscope) in a TEM (JEM2100) manufactured by JEOL Ltd. Elemental analysis was performed at a magnification of 50,000 times, with the area containing the surface oxide as the measurement range. After the measurement, quantitative analysis was performed using software Analysis Station to calculate Mn/(Fe+Mn+Cr). Quantitative analysis was performed in % by mass with Ratio as quantitative correction and simple quantitative determination as quantitative mode.
In addition, when the C content in the region (carburized portion) at a depth of 50 μm from the surface was measured, the C content was higher than the C content in the non-carburized portion, and the C content in the carburized portion was 0.65 to 0.90. %Met.

そして作製した浸炭歯車の耐食性を評価した。浸炭歯車に対し、JISH8502「中性塩水噴霧サイクル試験」を行う際に使用されるスガ試験機株式会社性複合サイクル試験機(CYP-90)を用いて、湿度50%、温度20℃の雰囲気が保持されるように調整し、同雰囲気内で72時間試験片を保管した。なお、湿度調整には純水を用いた。保管後、歯車試験片の歯面部(切削加工で歯形状に成形した部分)を観察し、錆面積率を測定した。錆面積率は、歯面部を外観写真撮影し、写真から歯面部のみをトリミングし、JPEG形式で保存し、その後、画像編集ソフトを用いて、評価面全体のピクセル数と錆発生部以外をカットした画像のピクセル数(つまり錆発生部のピクセル数)をヒストグラムから算出して、錆面積率SをS=B/A×100として求めた。
S:錆面積率(%)
A:評価面全体のピクセル数
B:錆発生部のみのピクセル数
Then, the corrosion resistance of the manufactured carburized gear was evaluated. Carburized gears were subjected to JISH8502 "neutral salt spray cycle test" using Suga Test Instruments Co., Ltd.'s combined cycle tester (CYP-90) in an atmosphere of 50% humidity and 20°C. The test piece was stored in the same atmosphere for 72 hours. Pure water was used for humidity adjustment. After storage, the tooth flank portion of the gear test piece (the portion formed into a tooth shape by cutting) was observed to measure the rust area ratio. For the rust area ratio, take a picture of the appearance of the tooth surface, trim only the tooth surface from the photograph, save it in JPEG format, and then use image editing software to cut the number of pixels on the entire evaluation surface and the areas other than the rusted area. The number of pixels in the resulting image (that is, the number of pixels in the rust-generating portion) was calculated from the histogram, and the rust area ratio S was determined as S=B/A×100.
S: Rust area ratio (%)
A: Number of pixels on the entire evaluation surface B: Number of pixels on only the rusted portion

測定結果を表1の「耐食性評価」欄に示す。「◎」は、錆面積率が3%未満であったことを示す。「○」は、錆面積率が3%以上5%未満、「△」は錆面積率が5%以上8%未満、「×」は錆面積率が8%以上であったことを示す。
また、表1中、各成分の含有量について「-」は、その元素を含まない(意図的に添加していない)ことを意味する。
The measurement results are shown in the "corrosion resistance evaluation" column of Table 1. "A" indicates that the rust area ratio was less than 3%. "◯" indicates that the rusted area ratio is 3% or more and less than 5%, "Δ" indicates that the rusted area ratio is 5% or more and less than 8%, and "×" indicates that the rusted area ratio was 8% or more.
In Table 1, "-" for the content of each component means that the element is not included (not intentionally added).


化学成分の範囲が本発明の範囲である発明例の試験No.1~19は、耐食性が良好であった。一方、化学成分の範囲が本発明の範囲外である比較例の試験No.20~29は、良好な耐食性を得られなかった。 Test No. of an invention example in which the range of chemical components is within the range of the present invention. 1 to 19 had good corrosion resistance. On the other hand, Test No. of the comparative example in which the range of chemical components is outside the scope of the present invention. Nos. 20-29 did not provide good corrosion resistance.

Claims (7)

質量%で、
C:0.17~0.22%、
Si:0.50~1.00%、
Mn:0.85~1.20%、
Cr:0.60~1.00%、
Mo:0.01~0.40%、
S:0.001~0.050%、
N:0.005~0.020%、
Al:0.001~0.100%、
Nb:0.001~0.050%、
O:0.005%以下、
P:0.05%以下、並びに
残部:Fe及び不純物からなる浸炭歯車用鋼。
in % by mass,
C: 0.17-0.22%,
Si: 0.50 to 1.00%,
Mn: 0.85-1.20%,
Cr: 0.60 to 1.00%,
Mo: 0.01 to 0.40%,
S: 0.001 to 0.050%,
N: 0.005 to 0.020%,
Al: 0.001 to 0.100%,
Nb: 0.001 to 0.050%,
O: 0.005% or less,
Carburized gear steel consisting of P: 0.05% or less and the balance: Fe and impurities.
質量%で、
Ni:0.1~3.0%、
Cu:0.05~1.0%、
Co:0.05~3.0%、
W:0.05~1.0%、
V:0.01~0.3%、
Ti:0.005~0.3%、及び
B:0.0005~0.005%
からなる群より選ばれる1種又は2種以上の元素を含む請求項1に記載の浸炭歯車用鋼。
in % by mass,
Ni: 0.1 to 3.0%,
Cu: 0.05-1.0%,
Co: 0.05 to 3.0%,
W: 0.05 to 1.0%,
V: 0.01 to 0.3%,
Ti: 0.005-0.3% and B: 0.0005-0.005%
2. The carburized gear steel according to claim 1, containing one or more elements selected from the group consisting of:
質量%で、
Pb:0.09%以下、
Bi:0.0001~0.5%、
Ca:0.0003~0.01%、
Mg:0.0005~0.01%、
Zr:0.0005~0.05%、
Te:0.0005~0.1%、及び
希土類元素:0.0005~0.005%
からなる群より選ばれる1種又は2種以上の元素を含む請求項1又は請求項2に記載の浸炭歯車用鋼。
in % by mass,
Pb: 0.09% or less,
Bi: 0.0001 to 0.5%,
Ca: 0.0003-0.01%,
Mg: 0.0005-0.01%,
Zr: 0.0005 to 0.05%,
Te: 0.0005 to 0.1%, and rare earth element: 0.0005 to 0.005%
3. The carburized gear steel according to claim 1, which contains one or more elements selected from the group consisting of:
請求項1~請求項のいずれか1項に記載の浸炭歯車用鋼を、歯車形状の部材に機械加工する工程と、
前記歯車形状の部材に、900~1000℃でカーボンポテンシャル0.7~1.2の雰囲気下で1~30時間保持し、50~140℃の油焼入れを行う条件でガス浸炭処理を行い、次いで、120~180℃で0.5~3時間保持する条件で焼戻して、表面に存在する酸化物中のMn、Fe、及びCrの含有量が、下記式(1)を満たすようにする工程と、
を有する浸炭歯車の製造方法。
10%≦Mn/(Fe+Mn+Cr)×100≦100% (1)
(式(1)中の元素記号は、前記酸化物中の元素の質量%での含有量を表す。)
a step of machining the carburized gear steel according to any one of claims 1 to 3 into a gear-shaped member;
The gear-shaped member is held in an atmosphere of 900 to 1000° C. with a carbon potential of 0.7 to 1.2 for 1 to 30 hours, and subjected to gas carburizing under the conditions of oil quenching at 50 to 140° C., and then , tempering under conditions of holding at 120 to 180 ° C. for 0.5 to 3 hours, so that the content of Mn, Fe, and Cr in the oxide present on the surface satisfies the following formula (1); ,
A method for manufacturing a carburized gear having
10%≦Mn/(Fe+Mn+Cr)×100≦100% (1)
(The symbol of the element in formula (1) represents the content in mass % of the element in the oxide.)
表面から3mmよりも深い位置において、質量%で、
C:0.17~0.22%、
Si:0.50~1.00%、
Mn:0.85~1.20%、
Cr:0.60~1.00%、
Mo:0.01~0.40%、
S:0.001~0.050%、
N:0.005~0.020%、
Al:0.001~0.100%、
Nb:0.001~0.050%、
O:0.005%以下、
P:0.05%以下、並びに
残部:Fe及び不純物からなり、
表面に存在する酸化物中のMn、Fe、及びCrの含有量が、下記式(1)を満たす浸炭歯車。
10%≦Mn/(Fe+Mn+Cr)×100≦100% (1)
(式(1)中の元素記号は、前記酸化物中の元素の質量%での含有量を表す。)
At a position deeper than 3 mm from the surface, in mass%,
C: 0.17-0.22%,
Si: 0.50 to 1.00%,
Mn: 0.85-1.20%,
Cr: 0.60 to 1.00%,
Mo: 0.01 to 0.40%,
S: 0.001 to 0.050%,
N: 0.005 to 0.020%,
Al: 0.001 to 0.100%,
Nb: 0.001 to 0.050%,
O: 0.005% or less,
P: 0.05% or less, and the balance: Fe and impurities,
A carburized gear in which the contents of Mn, Fe, and Cr in oxides present on the surface satisfy the following formula (1).
10%≦Mn/(Fe+Mn+Cr)×100≦100% (1)
(The symbol of the element in formula (1) represents the content in mass % of the element in the oxide.)
前記表面から3mmよりも深い位置において、質量%で、
Ni:0.1~3.0%、
Cu:0.05~1.0%、
Co:0.05~3.0%、
W:0.05~1.0%、
V:0.01~0.3%、
Ti:0.005~0.3%、及び
B:0.0005~0.005%
からなる群より選ばれる1種又は2種以上の元素を含む請求項に記載の浸炭歯車。
At a position deeper than 3 mm from the surface, in % by mass,
Ni: 0.1 to 3.0%,
Cu: 0.05-1.0%,
Co: 0.05 to 3.0%,
W: 0.05 to 1.0%,
V: 0.01 to 0.3%,
Ti: 0.005-0.3% and B: 0.0005-0.005%
6. The carburized gear according to claim 5 , containing one or more elements selected from the group consisting of
前記表面から3mmよりも深い位置において、質量%で、
Pb:0.09%以下、
Bi:0.0001~0.5%、
Ca:0.0003~0.01%、
Mg:0.0005~0.01%、
Zr:0.0005~0.05%、
Te:0.0005~0.1%、及び
希土類元素:0.0005~0.005%
からなる群より選ばれる1種又は2種以上の元素を含む請求項又は請求項に記載の浸炭歯車。
At a position deeper than 3 mm from the surface, in % by mass,
Pb: 0.09% or less,
Bi: 0.0001 to 0.5%,
Ca: 0.0003-0.01%,
Mg: 0.0005-0.01%,
Zr: 0.0005 to 0.05%,
Te: 0.0005 to 0.1%, and rare earth element: 0.0005 to 0.005%
7. The carburized gear according to claim 5 or 6, containing one or more elements selected from the group consisting of:
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