JP7436826B2 - Nitrided parts and manufacturing method of nitrided parts - Google Patents

Nitrided parts and manufacturing method of nitrided parts Download PDF

Info

Publication number
JP7436826B2
JP7436826B2 JP2020057271A JP2020057271A JP7436826B2 JP 7436826 B2 JP7436826 B2 JP 7436826B2 JP 2020057271 A JP2020057271 A JP 2020057271A JP 2020057271 A JP2020057271 A JP 2020057271A JP 7436826 B2 JP7436826 B2 JP 7436826B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
less
nitrided
content
steel
region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020057271A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021155806A (en
Inventor
将人 祐谷
崇秀 梅原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP2020057271A priority Critical patent/JP7436826B2/en
Publication of JP2021155806A publication Critical patent/JP2021155806A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7436826B2 publication Critical patent/JP7436826B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

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

Description

本発明は、窒化処理された窒化部品および窒化部品の製造方法に関する。 The present invention relates to a nitrided part subjected to nitriding treatment and a method for manufacturing the nitrided part.

自動車、船舶、産業機械等に用いられる機械部品には、疲労強度を向上させるために窒化処理を施すことがある。一般に、窒化処理により形成される窒化層の硬さが高くなるほど、窒化部品の疲労強度は高くなる。窒化部品の中には、窒化時の変形を矯正したり、他の部品との嵌め合い精度を高めたりする目的で、窒化処理後に部分的に塑性変形を加えてから使用されるものがある。しかし、窒化層は非常に硬いため、窒化処理後の部分的な塑性変形によってき裂が発生する場合がある。き裂が発生すると、窒化部品の疲労強度が低下する。このような塑性変形に対するき裂の発生抵抗(以下、延性という場合がある)は、表層近傍の硬さが低くなるほど優れる。したがって、疲労強度と延性はトレードオフの関係にあり、窒化処理後に塑性変形を加えた場合、これらの特性を両立させることは容易ではない。 Mechanical parts used in automobiles, ships, industrial machinery, etc. are sometimes subjected to nitriding treatment to improve fatigue strength. Generally, the higher the hardness of the nitrided layer formed by nitriding treatment, the higher the fatigue strength of the nitrided part. Some nitrided parts are used after being partially plastically deformed after nitriding in order to correct deformation during nitriding or to improve fitting precision with other parts. However, since the nitrided layer is very hard, cracks may occur due to partial plastic deformation after the nitriding process. When cracks occur, the fatigue strength of nitrided parts decreases. The lower the hardness near the surface layer, the better the crack initiation resistance (hereinafter sometimes referred to as ductility) against such plastic deformation. Therefore, fatigue strength and ductility are in a trade-off relationship, and it is not easy to achieve both of these properties when plastic deformation is applied after nitriding treatment.

ところで、窒化部品には、疲労強度が必要な部位と、疲労強度は不要で延性が必要な部位が含まれている部品がある。このような部品は、部位によって窒化後の硬さと延性に変化を持たせることができれば、部品単体としての疲労強度を高められる可能性がある。 By the way, some nitrided parts include parts that require fatigue strength and parts that do not require fatigue strength but require ductility. If the hardness and ductility of such parts can be made to vary depending on the part after nitriding, it is possible to increase the fatigue strength of the part itself.

窒化部品の疲労強度と延性を両立させるための技術としては、例えば、特許文献1に記載されている。特許文献1には、窒化で生成する化合物層を機械的に除去することで、延性を高める技術が記載されている。 A technique for achieving both fatigue strength and ductility of nitrided parts is described in Patent Document 1, for example. Patent Document 1 describes a technique for increasing ductility by mechanically removing a compound layer generated by nitriding.

また、特許文献2には、窒化処理を施す前に部分的に強加工を加えることで、窒化後の最大硬さ、または硬化深さ増大する技術が記載されている。 Further, Patent Document 2 describes a technique for increasing the maximum hardness or hardening depth after nitriding by partially applying strong working before nitriding.

特許文献1に記載の技術は、化合物層を除去すれば延性が高まることを利用して、部品の疲労強度と延性を両立させている。ところが、加工により複雑な形状の部品の化合物層を精度よく除去するためには、非常に高精度の専用の加工装置を用いる、あるいは多くの前処理を含む電解研磨を用いる必要があり、製造上の制約が大きい。 The technique described in Patent Document 1 utilizes the fact that ductility increases when the compound layer is removed, thereby achieving both fatigue strength and ductility of the component. However, in order to accurately remove the compound layer of parts with complex shapes through processing, it is necessary to use specialized processing equipment with extremely high precision, or to use electrolytic polishing that includes many pre-treatments, which makes manufacturing difficult. There are major restrictions.

また、特許文献2に記載の技術は、窒化処理を施す前に部分的に強加工を加えることで、加工部の強化量を大きくすることで強度と靭性を両立させている。ところが、特許文献2の実施例に示された例における相当ひずみは1以上と大きく、大きなひずみを鋼材に加える特殊な設備が必要になる、あるいはひずみを加えることができる部位の形状が限られるなど、製造上の制約が大きい。 Further, the technique described in Patent Document 2 achieves both strength and toughness by partially applying strong processing before performing nitriding treatment to increase the amount of reinforcement of the processed portion. However, the equivalent strain in the example shown in the example of Patent Document 2 is large, 1 or more, and special equipment that applies large strain to the steel material is required, or the shape of the part where strain can be applied is limited. , there are significant manufacturing constraints.

特開2018-053962号公報Japanese Patent Application Publication No. 2018-053962 特開2015-151562号公報Japanese Patent Application Publication No. 2015-151562

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、疲労強度と延性の両方に優れた窒化部品及びその製造方法を提供することを課題とする。また、本発明は、特殊な設備を用いることなく、かつ、窒化部品の形状を制約することなく、疲労強度と延性がともに優れる窒化部品の製造方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a nitrided component excellent in both fatigue strength and ductility, and a method for manufacturing the same. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a nitrided part that has excellent fatigue strength and ductility without using special equipment or restricting the shape of the nitrided part.

上記課題は、以下の手段により解決される。
(1) 表面から深さ1.0mmにおける組成が、質量%で、
C:0.05~0.60%、
Si:0.01~0.50%、
Mn:1.50~3.00%、
P:0.05%以下、
S:0.005~0.100%、
Cr:0.03~0.29%、
Al:0.001~0.040%、
N:0.0030~0.0250%を含有し、
残部がFeおよび不純物からなる鋼組成を備え、
最表層に窒化層を有し、
表面から1.0mm深さ位置における組織が、フェライト・パーライトの合計面積率80%以上、残部がマルテンサイトとベイナイトからなり、残部は0%の場合を含み、
表面には、第一領域と第二領域とがあり、
前記第一領域、前記第二領域においてそれぞれ、表面から50μm深さ位置でビッカース硬さを測定した場合に、前記第一領域のビッカース硬さH1と前記第二領域のビッカース硬さH2の差(H1-H2)が50HV以上である窒化部品。
(2) 前記鋼組成が、前記Feの一部に替えて、質量%で、
Ti:0.05%以下、
Nb:0.05%以下
の1種または2種を含有する(1)に記載の窒化部品。
(3) 前記鋼組成が、前記Feの一部に替えて、質量%で、
Mo:0.50%以下、
Cu:0.50%以下、
Ni:0.50%以下
の1種または2種以上を含有する(1)または(2)に記載の窒化部品。
(4) 前記鋼組成が、前記Feの一部に替えて、質量%で、
Ca:0.005%以下、
Bi:0.30%以下
の1種または2種を含有する(1)~(3)のいずれか1項に記載の窒化部品。
(5) 前記鋼組成が、前記Feの一部に替えて、質量%で、
V:0.05%以下、である(1)~(4)のいずれか1項に記載の窒化部品。
(6) 上記(1)~(5)のいずれか1項に記載の窒化部品の製造方法であって、
300℃以下の温度で、素形材表層のうち、選択された一部の素形材表層に対して、表面から1.0mm深さの範囲に、相当ひずみが0.05以上、1.00未満となる塑性変形を加えた後、窒化処理を行う、窒化部品の製造方法。
The above problem is solved by the following means.
(1) The composition at a depth of 1.0 mm from the surface is in mass%,
C: 0.05-0.60%,
Si: 0.01 to 0.50%,
Mn: 1.50-3.00%,
P: 0.05% or less,
S: 0.005-0.100%,
Cr: 0.03-0.29%,
Al: 0.001-0.040%,
Contains N: 0.0030 to 0.0250%,
A steel composition in which the balance consists of Fe and impurities,
Has a nitride layer on the outermost layer,
Including cases where the structure at a depth of 1.0 mm from the surface is 80% or more of the total area ratio of ferrite and pearlite, the remainder consists of martensite and bainite, and the remainder is 0%,
The surface has a first region and a second region,
When the Vickers hardness is measured at a depth of 50 μm from the surface in each of the first region and the second region, the difference between the Vickers hardness H1 of the first region and the Vickers hardness H2 of the second region ( Nitrided parts with H1-H2) of 50HV or more.
(2) The steel composition is replaced by a part of the Fe, in mass %,
Ti: 0.05% or less,
The nitrided component according to (1), containing one or two types of Nb: 0.05% or less.
(3) The steel composition is replaced by a part of the Fe in mass %,
Mo: 0.50% or less,
Cu: 0.50% or less,
The nitrided component according to (1) or (2), containing one or more kinds of Ni: 0.50% or less.
(4) The steel composition is replaced by a part of the Fe in mass %,
Ca: 0.005% or less,
The nitrided component according to any one of (1) to (3), containing one or both of Bi: 0.30% or less.
(5) The steel composition, in mass %, in place of a part of the Fe,
The nitrided component according to any one of (1) to (4), wherein V: 0.05% or less.
(6) A method for manufacturing a nitrided component according to any one of (1) to (5) above, comprising:
At a temperature of 300°C or less, an equivalent strain of 0.05 or more to 1.00 mm is applied to a selected part of the surface layer of the formed material within a depth of 1.0 mm from the surface. A method for manufacturing nitrided parts, in which nitriding treatment is performed after applying plastic deformation to a value less than or equal to the amount of plastic deformation.

なお、本明細書において単に「表面」と記載する場合、部品の最表層に形成された窒化層の表面を意味する。 Note that in this specification, the term "surface" simply refers to the surface of the nitride layer formed on the outermost layer of the component.

本発明によれば、疲労強度と延性の両方に優れた窒化部品を提供できる。また、本発明によれば、特殊な設備を用いることなく、かつ、窒化部品の形状を制約することなく、疲労強度と延性がともに優れる窒化部品の製造方法を提供できる。 According to the present invention, a nitrided component excellent in both fatigue strength and ductility can be provided. Further, according to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a nitrided part that has excellent fatigue strength and ductility without using special equipment and without restricting the shape of the nitrided part.

図1は、実施例で作製した回転曲げ疲労試験片である。FIG. 1 shows a rotating bending fatigue test piece prepared in an example. 図2は、実施例で作製した延性評価用試験片である。FIG. 2 shows a test piece for ductility evaluation prepared in an example.

本実施形態に係わる窒化部品および窒化部品の製造方法は、次の知見により見出された。本発明者らは、鋼の化学成分と、窒化部品の製造プロセスの条件を種々に変更し、窒化処理後の硬化量に差が生じる条件について調査した。その結果、下記(a)の知見を得た。 The nitrided component and the method for manufacturing the nitrided component according to the present embodiment were discovered based on the following knowledge. The present inventors variously changed the chemical composition of steel and the conditions of the manufacturing process of nitrided parts, and investigated the conditions under which the amount of hardening after nitriding treatment would differ. As a result, the following knowledge (a) was obtained.

(a)部品の成型に冷間鍛造を用いると、切削加工のみで成型した場合と比べて、窒化後の硬さが高くなる場合がある。一般的に、冷間鍛造で鋼に導入される相当ひずみは、多くの場合は1未満であることから、本発明者らは、塑性加工により0.05以上1.00未満の相当ひずみを鋼材に加えてから窒化処理を施し、塑性加工により、窒化後の硬さが高くなる条件について調査した。その結果、下記(b)~(e)の知見を得た。 (a) When cold forging is used to mold a part, the hardness after nitriding may become higher than when molding is performed only by cutting. Generally, the equivalent strain introduced into steel by cold forging is less than 1 in many cases, so the present inventors created an equivalent strain of 0.05 or more and less than 1.00 in the steel material by plastic working. We investigated the conditions under which the hardness increases after nitriding by applying nitriding treatment and plastic working. As a result, the following findings (b) to (e) were obtained.

(b)一般的に、窒化時の硬さを向上させる合金元素であるCr、V、Ti、NbおよびAlを多量に含有する鋼は、窒化前の冷間での塑性加工の有無によらず、窒化後の硬さは一定である。 (b) In general, steel containing large amounts of Cr, V, Ti, Nb, and Al, which are alloying elements that improve hardness during nitriding, can be used regardless of whether cold plastic working is performed before nitriding. , the hardness after nitriding is constant.

(c)Cr、V、Ti、NbおよびAlの含有量の少ない、S20C等の構造用炭素鋼を冷間で塑性加工してから窒化すると、塑性加工しないものと比べて硬化量が大きくなるが、その上昇量は小さい。 (c) If structural carbon steel such as S20C, which has a low content of Cr, V, Ti, Nb, and Al, is cold plastic worked and then nitrided, the amount of hardening will be greater than that without plastic working. , the amount of increase is small.

(d)冷間の塑性加工によって窒化時の硬化量を大きくするためには、鋼中のCr、V、Ti、NbおよびAlの量を一定量以下にすることに加え、十分な量のMnを加えた鋼成分とすることが必要である。 (d) In order to increase the amount of hardening during nitriding by cold plastic working, in addition to keeping the amounts of Cr, V, Ti, Nb, and Al in the steel below a certain amount, a sufficient amount of Mn It is necessary to make the steel composition with added.

(e)上記(d)の条件を満たした鋼であっても、組織にマルテンサイトやベイナイトが多量に混在しているものは、冷間の塑性加工の有無による硬化量の差は小さくなる。 (e) Even if the steel satisfies the condition (d) above, if the structure contains a large amount of martensite or bainite, the difference in hardening amount depending on the presence or absence of cold plastic working will be small.

本発明者らは、窒化部品の中で、疲労強度が必要な部位と延性が必要な部位が異なる窒化部品に対して、上記の知見が有効に活用できると考え、検討を行った。その結果、下記(f)の知見を得た。 The present inventors considered that the above knowledge could be effectively utilized for nitrided parts in which parts requiring fatigue strength and parts requiring ductility are different, and conducted studies. As a result, the following knowledge (f) was obtained.

(f)窒化部品の中で、疲労強度が必要な部位と延性が必要な部位が異なる窒化部品に対して、上記(d)、(e)の条件を満たした鋼を用い、かつ、疲労強度が必要な部位のみを冷間の塑性加工で成型すれば、部品としての疲労強度と延性を極めて高いレベルで両立できることを確認した。本発明で得られる窒化部品は、自動車、産業機械および建設機械などの機械部品として用いるのに好適となる。 (f) Among nitrided parts, for nitrided parts where the parts that require fatigue strength and the parts that require ductility are different, use steel that satisfies the conditions of (d) and (e) above, and It was confirmed that by forming only the necessary parts using cold plastic working, it is possible to achieve both extremely high levels of fatigue strength and ductility as a part. The nitrided parts obtained by the present invention are suitable for use as machine parts for automobiles, industrial machines, construction machines, and the like.

以下、本発明の実施形態である窒化部品及びその製造方法について詳しく説明する。各元素の含有量の「%」は「質量%」を意味する。また、化学組成の各元素の含有量を「元素量」と表記することがある。例えば、Cの含有量は、C量と表記することがある。更に、「~」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。更にまた、「~」の前後に記載される数値に「超え」または「未満」が付されている場合の数値範囲は、これらの数値を下限値または上限値として含まない範囲を意味する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a nitrided component and a method for manufacturing the same, which are embodiments of the present invention, will be described in detail. "%" in the content of each element means "mass%". Further, the content of each element in a chemical composition is sometimes referred to as "element amount". For example, the content of C may be expressed as C amount. Furthermore, a numerical range expressed using "~" means a range that includes the numerical values written before and after "~" as lower and upper limits. Furthermore, a numerical range in which "greater than" or "less than" is attached to a numerical value written before or after "~" means a range that does not include these numerical values as the lower limit or upper limit.

[鋼組成]
本発明による窒化部品の鋼組成は、次の元素を含有する。ただし、以下に説明する鋼組成は、表面から深さ1.0mmにおける組成である。
[Steel composition]
The steel composition of the nitrided part according to the invention contains the following elements: However, the steel composition described below is the composition at a depth of 1.0 mm from the surface.

C:0.05~0.60%
炭素(C)は、鋼材の硬さ、および疲労強度を高める。C含有量が低すぎれば、上記効果が得られない。一方、C含有量が高すぎれば、切削抵抗が上昇し、被削性が低下する。したがって、C含有量は0.05~0.60%である。C含有量は好ましくは0.08%以上であり、さらに好ましくは0.10%以上であり、さらに好ましくは0.15%以上である。また、C含有量は好ましくは0.50%以下であり、さらに好ましくは0.40%以下であり、さらに好ましくは0.35%以下である。
C: 0.05-0.60%
Carbon (C) increases the hardness and fatigue strength of steel materials. If the C content is too low, the above effects cannot be obtained. On the other hand, if the C content is too high, cutting resistance will increase and machinability will decrease. Therefore, the C content is 0.05-0.60%. The C content is preferably 0.08% or more, more preferably 0.10% or more, and still more preferably 0.15% or more. Further, the C content is preferably 0.50% or less, more preferably 0.40% or less, and still more preferably 0.35% or less.

Si:0.01~0.50%
シリコン(Si)は、フェライトに固溶して鋼材を強化する(固溶強化)。Si含有量が低すぎれば、上記効果が得られない。一方、Si含有量が高すぎると、被削性が劣化する。したがって、Si含有量は0.01~0.50%である。Si含有量は、好ましくは0.05%以上であり、さらに好ましくは0.08%以上である。また、Si含有量は、好ましくは0.40%以下であり、さらに好ましくは0.35%以下である。
Si: 0.01~0.50%
Silicon (Si) strengthens steel materials by forming a solid solution in ferrite (solid solution strengthening). If the Si content is too low, the above effects cannot be obtained. On the other hand, if the Si content is too high, machinability deteriorates. Therefore, the Si content is 0.01 to 0.50%. The Si content is preferably 0.05% or more, more preferably 0.08% or more. Further, the Si content is preferably 0.40% or less, more preferably 0.35% or less.

Mn:1.50~3.00%
マンガン(Mn)は、窒化物を形成し、拡散層の硬化に寄与する。Mnはさらに、鋼材中でMnSを形成して鋼材の被削性を高める効果も有する。Mn含有量が低すぎれば、冷間で塑性加工を加えてから窒化しても、十分な量の窒化物が形成されない。一方、Mn含有量が高すぎれば、塑性加工を加えずとも十分な量の窒化物が形成されるため、塑性加工を加えていない部位も過度に硬化してしまい、延性が劣化する。したがって、Mn含有量は1.50~3.00%である。Mn含有量は、好ましくは1.60%以上であり、さらに好ましくは1.70%以上である。Mn含有量は好ましくは2.80%以下であり、さらに好ましくは2.60%以下である。
Mn: 1.50-3.00%
Manganese (Mn) forms nitride and contributes to hardening of the diffusion layer. Mn also has the effect of forming MnS in the steel material and improving the machinability of the steel material. If the Mn content is too low, even if nitriding is performed after cold plastic working, a sufficient amount of nitrides will not be formed. On the other hand, if the Mn content is too high, a sufficient amount of nitrides will be formed even without plastic working, so that portions not subjected to plastic working will be excessively hardened, resulting in deterioration of ductility. Therefore, the Mn content is 1.50-3.00%. The Mn content is preferably 1.60% or more, more preferably 1.70% or more. The Mn content is preferably 2.80% or less, more preferably 2.60% or less.

P:0.05%以下
燐(P)は、不純物である。Pは結晶粒界に偏析し、粒界脆化割れを引き起こす。したがって、P含有量はなるべく低い方が好ましい。P含有量は0.05%以下である。好ましいP含有量は0.02%以下である。
P: 0.05% or less Phosphorus (P) is an impurity. P segregates at grain boundaries and causes grain boundary embrittlement cracking. Therefore, it is preferable that the P content is as low as possible. The P content is 0.05% or less. The preferred P content is 0.02% or less.

S:0.005~0.100%
硫黄(S)は、鋼材中でMnと結合してMnSを形成し、鋼材の被削性を高める。S含有量が低すぎれば上記効果が得られない。一方、S含有量が高すぎれば、粗大なMnSが形成され、鋼材の疲労強度が低下する。したがって、S含有量は0.005~0.100%である。S含有量は、好ましくは0.010%以上であり、さらに好ましくは0.015%以上であり、さらに好ましくは0.020%以上である。S含有量は、好ましい上限は0.080%以下であり、さらに好ましくは0.070%以下であり、さらに好ましくは0.060%以下である。
S: 0.005-0.100%
Sulfur (S) combines with Mn in the steel material to form MnS, thereby improving the machinability of the steel material. If the S content is too low, the above effects cannot be obtained. On the other hand, if the S content is too high, coarse MnS will be formed, reducing the fatigue strength of the steel material. Therefore, the S content is 0.005-0.100%. The S content is preferably 0.010% or more, more preferably 0.015% or more, and still more preferably 0.020% or more. The upper limit of the S content is preferably 0.080% or less, more preferably 0.070% or less, and still more preferably 0.060% or less.

Cr:0.03~0.29%
クロム(Cr)は、窒化処理により鋼材内に導入されたNと結合して窒化層中にCrNを形成し、窒化層を強化する。Cr含有量が低すぎれば、上記効果が得られない。一方、Cr含有量が高すぎれば、冷間で塑性加工を加えずともCrがMn窒化物の析出を誘起するため、塑性加工を加えていない部位も過度に硬化してしまい、延性が劣化する。したがって、Cr含有量は0.03~0.29%である。Cr含有量は、好ましくは0.04%以上であり、さらに好ましくは0.05%以上である。Cr含有量は、好ましくは0.25%以下であり、さらに好ましくは0.20%以下であり、さらに好ましくは0.16%以下である。
Cr: 0.03-0.29%
Chromium (Cr) combines with N introduced into the steel material through nitriding treatment to form CrN in the nitrided layer, thereby strengthening the nitrided layer. If the Cr content is too low, the above effects cannot be obtained. On the other hand, if the Cr content is too high, Cr induces the precipitation of Mn nitrides even without cold plastic working, resulting in excessive hardening in areas that have not been subjected to plastic working, resulting in a decrease in ductility. . Therefore, the Cr content is 0.03-0.29%. The Cr content is preferably 0.04% or more, more preferably 0.05% or more. The Cr content is preferably 0.25% or less, more preferably 0.20% or less, and still more preferably 0.16% or less.

Al:0.001~0.040%
アルミニウム(Al)は、窒化処理により鋼材内に導入されたNと結合して窒化層中にAlNを形成し、窒化層を強化する。また、Alは鋼の製造時に脱酸のために用いられる。Al含有量が高すぎれば、冷間で塑性加工を加えずともAlがMn窒化物の析出を誘起するため、塑性加工を加えていない部位も過度に硬化してしまい、延性が劣化する。したがって、Al含有量は0.001~0.040%である。Al含有量は、好ましくは0.005%以上であり、さらに好ましくは0.010%以上である。Al含有量は、好ましくは0.035%以下であり、さらに好ましくは0.030%以下である。
Al: 0.001-0.040%
Aluminum (Al) combines with N introduced into the steel material through nitriding treatment to form AlN in the nitrided layer, thereby strengthening the nitrided layer. Additionally, Al is used for deoxidation during steel manufacturing. If the Al content is too high, Al induces the precipitation of Mn nitrides even without cold plastic working, so that the parts not subjected to plastic working become excessively hardened and the ductility deteriorates. Therefore, the Al content is 0.001 to 0.040%. The Al content is preferably 0.005% or more, more preferably 0.010% or more. The Al content is preferably 0.035% or less, more preferably 0.030% or less.

N:0.003~0.025%
窒素(N)は、鋼材に固溶して鋼材の強度を高める。N含有量が低すぎれば、上記効果が得られない。一方、N含有量が高すぎれば、鋼材中に気泡が生成される。気泡が欠陥となるため気泡の発生は抑制される方が好ましい。したがって、N含有量は0.003~0.025%である。N含有量は、好ましくは0.005%以上である。N含有量は、好ましくは0.020%以下であり、さらに好ましくは0.018%以下であり、さらに好ましくは0.017%以下である。
N: 0.003-0.025%
Nitrogen (N) forms a solid solution in steel and increases the strength of the steel. If the N content is too low, the above effects cannot be obtained. On the other hand, if the N content is too high, bubbles will be generated in the steel material. Since air bubbles become defects, it is preferable to suppress the generation of air bubbles. Therefore, the N content is 0.003-0.025%. The N content is preferably 0.005% or more. The N content is preferably 0.020% or less, more preferably 0.018% or less, and still more preferably 0.017% or less.

本発明による窒化部品の残部は、Feおよび不純物からなる。ここで、不純物とは、鋼材を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または製造環境などから混入されるものであって、本発明の窒化用鋼材に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。 The remainder of the nitrided component according to the invention consists of Fe and impurities. Here, impurities are those that are mixed in from ores used as raw materials, scraps, or the manufacturing environment during industrial manufacturing of steel materials, and to the extent that they do not adversely affect the steel materials for nitriding of the present invention. means permissible.

本実施形態の窒化部品は、Feの一部に替えて、以下に説明する任意元素を含有してもよく、以下に説明する任意元素を含有しなくてもよい。 The nitrided component of this embodiment may contain an arbitrary element described below in place of a part of Fe, or may not contain an arbitrary element explained below.

本実施形態における任意元素のうち、Ti、及びNbからなる群は、オーステナイト結晶粒の粗大化防止作用があり、1種又は2種を含有してもよい。 Among the optional elements in this embodiment, the group consisting of Ti and Nb has an effect of preventing coarsening of austenite crystal grains, and may contain one or two types.

Ti:0.05%以下
チタン(Ti)は、Nと結合してTiNを形成し、熱間鍛造時、焼入れ焼戻し時の結晶粒の粗大化を抑制する。しかしながらTi含有量が高すぎれば、TiCが生成して鋼材の硬さのばらつきが大きくなる。したがって、Ti含有量は0.05%以下である。Tiを含有させる場合のTi含有量は、好ましくは0.005%以上であり、さらに好ましくは0.010%以上である。Ti含有量は、好ましくは0.04%以下であり、さらに好ましくは0.03%以下である。
Ti: 0.05% or less Titanium (Ti) combines with N to form TiN and suppresses coarsening of crystal grains during hot forging and quenching and tempering. However, if the Ti content is too high, TiC will be generated and the variation in hardness of the steel material will increase. Therefore, the Ti content is 0.05% or less. When Ti is included, the Ti content is preferably 0.005% or more, more preferably 0.010% or more. The Ti content is preferably 0.04% or less, more preferably 0.03% or less.

Nb:0.05%以下
ニオブ(Nb)は、Nと結合してNbNを形成し、熱間鍛造時、焼入れ焼戻し時の結晶粒の粗大化を抑制する。Nbはさらに、熱間鍛造時、焼入れ焼戻し時の再結晶を遅らせ、結晶粒の粗大化を抑制する。しかしながらNb含有量が高すぎれば,NbCが生成して鋼材の硬さのばらつきが大きくなる。したがって、Nb含有量は0.05%以下である。Nbを含有する場合、好ましくは0.005%以上であり、さらに好ましくは0.010%以上である。Nb含有量は、好ましくは0.04%以下であり、さらに好ましくは0.03%以下である。
Nb: 0.05% or less Niobium (Nb) combines with N to form NbN, and suppresses coarsening of crystal grains during hot forging and quenching and tempering. Furthermore, Nb delays recrystallization during hot forging and quenching and tempering, and suppresses coarsening of crystal grains. However, if the Nb content is too high, NbC will be generated, increasing the variation in hardness of the steel material. Therefore, the Nb content is 0.05% or less. When Nb is contained, it is preferably 0.005% or more, more preferably 0.010% or more. The Nb content is preferably 0.04% or less, more preferably 0.03% or less.

本実施形態における任意元素のうち、Mo、Cu及びNiからなる群は、窒化部品の強度を高める作用があり、1種又は2種以上を含有してもよい。 Among the optional elements in this embodiment, the group consisting of Mo, Cu, and Ni has the effect of increasing the strength of the nitrided component, and may contain one or more of them.

Mo:0.50%以下
モリブデン(Mo)は、含有される場合、鋼の焼入れ性を高めることで鋼材の強度を高める。その結果、鋼材の疲労強度が高くなる。しかしながら、Mo含有量が過度に多くなれば、その効果が飽和する上に鋼材のコストが高くなる。したがって、Mo含有量は0.50%以下である。Mo含有量は、好ましくは0.03%以上であり、さらに好ましくは0.05%以上である。Mo含有量は、好ましくは0.40%以下であり、さらに好ましくは0.30%以下であり、さらに好ましくは0.20%以下である。
Mo: 0.50% or less When contained, molybdenum (Mo) increases the strength of the steel material by increasing the hardenability of the steel. As a result, the fatigue strength of the steel material increases. However, if the Mo content increases excessively, the effect will be saturated and the cost of the steel material will increase. Therefore, the Mo content is 0.50% or less. The Mo content is preferably 0.03% or more, more preferably 0.05% or more. The Mo content is preferably 0.40% or less, more preferably 0.30% or less, and still more preferably 0.20% or less.

Cu:0.50%以下
銅(Cu)は含有される場合、フェライトに固溶して鋼材の強度を高める。そのため、鋼材の疲労強度が高まる。しかしながら、Cu含有量が過度に多くなると、熱間鍛造時に鋼の粒界に偏析して熱間割れを誘起する。したがって、Cu含有量は0.50%以下である。Cu含有量は、好ましくは0.05%以上であり、さらに好ましくは0.10%以上である。Cu含有量は、好ましくは0.30%以下であり、さらに好ましくは0.20%以下である。
Cu: 0.50% or less When copper (Cu) is contained, it dissolves in the ferrite and increases the strength of the steel material. Therefore, the fatigue strength of the steel material increases. However, when the Cu content increases excessively, it segregates at the grain boundaries of steel during hot forging and induces hot cracking. Therefore, the Cu content is 0.50% or less. The Cu content is preferably 0.05% or more, more preferably 0.10% or more. The Cu content is preferably 0.30% or less, more preferably 0.20% or less.

Ni:0.50%以下
ニッケル(Ni)は、含有される場合、フェライトに固溶して鋼材の強度を高める。そのため、鋼材の疲労強度が高まる。Niはさらに、鋼材がCuを含有する場合に、Cuに起因する熱間割れを抑制する。しかしながら、Ni含有量が多すぎれば、その効果が飽和し、製造コストが高くなる。したがって、Ni含有量は0.50%以下である。Ni含有量は、好ましくは0.05%以上であり、さらに好ましくは0.10%以上である。Ni含有量は、好ましくは0.30%以下であり、さらに好ましくは0.20%以下である。
Ni: 0.50% or less When contained, nickel (Ni) dissolves in the ferrite and increases the strength of the steel material. Therefore, the fatigue strength of the steel material increases. Ni further suppresses hot cracking caused by Cu when the steel material contains Cu. However, if the Ni content is too large, the effect will be saturated and the manufacturing cost will increase. Therefore, the Ni content is 0.50% or less. The Ni content is preferably 0.05% or more, more preferably 0.10% or more. The Ni content is preferably 0.30% or less, more preferably 0.20% or less.

本発明における任意元素のうち、Ca及びBiからなる群は、窒化部品の被削性を高める作用があり、1種又は2種を含有してもよい。 Among the optional elements in the present invention, the group consisting of Ca and Bi has the effect of improving the machinability of nitrided parts, and may contain one or two types.

Ca:0.005%以下
カルシウム(Ca)は、含有される場合、鋼材の被削性を高める。しかしながら、Ca含有量が高すぎれば、粗大なCa酸化物が生成し、鋼材の疲労強度が低下する。したがって、Ca含有量は0.005%以下である。上記効果を安定して得るためのCa含有量は、好ましくは0.0001%以上であり、さらに好ましくは0.0003%以上である。Ca含有量は、好ましくは0.003%以下であり、さらに好ましくは0.002%以下である。
Ca: 0.005% or less Calcium (Ca), when contained, improves the machinability of the steel material. However, if the Ca content is too high, coarse Ca oxides will be generated and the fatigue strength of the steel material will be reduced. Therefore, the Ca content is 0.005% or less. The Ca content for stably obtaining the above effects is preferably 0.0001% or more, more preferably 0.0003% or more. The Ca content is preferably 0.003% or less, more preferably 0.002% or less.

Bi:0.30%以下
ビスマス(Bi)は、含有される場合、鋼材の被削性を高める。しかしながら、Bi含有量が高すぎれば、熱間加工性が劣化する。したがって、Bi含有量は0.30%以下である。上記効果を安定して得るためのBi含有量は、好ましくは0.05%以上であり、さらに好ましくは0.10%以上である。Bi含有量は、好ましくは0.25%以下であり、さらに好ましくは0.20%以下である。
Bi: 0.30% or less When contained, bismuth (Bi) improves the machinability of the steel material. However, if the Bi content is too high, hot workability will deteriorate. Therefore, the Bi content is 0.30% or less. The Bi content for stably obtaining the above effects is preferably 0.05% or more, more preferably 0.10% or more. Bi content is preferably 0.25% or less, more preferably 0.20% or less.

なお、実用的な窒化鋼に含まれることが多いVは、本発明においては、その含有量を低減する必要がある。 In addition, in the present invention, it is necessary to reduce the content of V, which is often contained in practical nitriding steel.

V:0.05%以下
バナジウム(V)は、窒化処理により鋼材内に導入されたNと結合して窒化層中にVNを形成し、窒化層を強化する元素である。ところが、VはMn窒化物の析出を誘起するため、Vが含まれた鋼は、冷間で塑性加工を加えていない部位も過度に硬化してしまい、延性が劣化する。したがって、V含有量は0.05%以下に制限する必要がある。V含有量は、好ましい上限は0.03%以上であり、さらに好ましくは0.02%以下である。
V: 0.05% or less Vanadium (V) is an element that combines with N introduced into the steel material through nitriding treatment to form VN in the nitrided layer and strengthen the nitrided layer. However, since V induces the precipitation of Mn nitrides, steel containing V is excessively hardened even in areas that have not been subjected to cold plastic working, resulting in deterioration of ductility. Therefore, it is necessary to limit the V content to 0.05% or less. The upper limit of the V content is preferably 0.03% or more, and more preferably 0.02% or less.

また、本実施形態の窒化部品は、最表面に窒化層が形成されている。 Further, in the nitrided component of this embodiment, a nitrided layer is formed on the outermost surface.

[窒化部品の組織]
冷間での塑性加工の有無によってMn窒化物の生成をコントロールするためには、塑性加工前の組織中の核生成サイトは多すぎないことが望ましい。したがって、鋼の組織はフェライト・パーライト主体の組織である必要がある。鋼の組織が、マルテンサイトやベイナイトであれば、冷間で塑性加工を加えていない部位も過度に硬化してしまい延性が劣化する場合がある。具体的には、表面から1.0mm深さの位置における組織が面積率で、フェライトとパーライトの合計が80%以上、残部がマルテンサイトとベイナイトとすることで、塑性加工の有無によってMn窒化物の生成をコントロールできる。フェライトとパーライトの合計量は好ましくは85%以上であり、さらに好ましくは90%以上である。フェライトとパーライト以外の残部組織は0%であってもよい。
[Nitrided parts structure]
In order to control the generation of Mn nitrides by the presence or absence of cold plastic working, it is desirable that the number of nucleation sites in the structure before plastic working is not too large. Therefore, the structure of the steel needs to be a structure consisting mainly of ferrite and pearlite. If the structure of the steel is martensite or bainite, portions that have not been subjected to cold plastic working may become excessively hardened and the ductility may deteriorate. Specifically, the area ratio of the structure at a depth of 1.0 mm from the surface is such that the total of ferrite and pearlite is 80% or more, and the remainder is martensite and bainite, so that Mn nitride You can control the generation of The total amount of ferrite and pearlite is preferably 85% or more, more preferably 90% or more. The remaining structure other than ferrite and pearlite may be 0%.

[窒化部品のビッカース硬さ]
本実施形態の窒化部品には、表面に第一領域と第二領域とを有する。第一領域、第二領域においてそれぞれ、表面から50μm深さ位置でビッカース硬さを測定した場合に、第一領域のビッカース硬さH1と第二領域のビッカース硬さH2の差(H1-H2)が50HV以上になることが好ましい。なお、表面から50μm深さ位置は、窒化層に含まれる。
[Vickers hardness of nitrided parts]
The nitrided component of this embodiment has a first region and a second region on the surface. When the Vickers hardness is measured at a depth of 50 μm from the surface in the first region and the second region, the difference between the Vickers hardness H1 in the first region and the Vickers hardness H2 in the second region (H1-H2) It is preferable that the voltage is 50 HV or more. Note that a position 50 μm deep from the surface is included in the nitrided layer.

窒化部品には、優れた疲労強度を実現することが求められる。さらに、窒化処理後の矯正または他の部品との嵌め合い精度を高めるために行う塑性変形を施される窒化部品においては、き裂発生を防止するための優れた延性も求められる。疲労強度と延性を両立した部品を得るためには、疲労強度が必要な部位と延性が必要な部位とで窒化後の硬さが異なっている必要がある。具体的には、冷間の塑性変形を受けた部位(第一領域)と冷間の塑性変形を受けていない部位(第二領域)とで、窒化後の50μm深さ位置のビッカース硬さの差(H1-H2)が50HV以上であることが望ましい。より好ましくは、冷間の塑性変形を受けた部位(第一領域)と冷間の塑性変形を受けていない部位(第二領域)の、窒化後の50μm深さ位置のビッカース硬さの差(H1-H2)が60HV以上であることが好ましく、70HV以上であることが一層好ましい。 Nitrided parts are required to have excellent fatigue strength. Further, in nitrided parts that are subjected to straightening after nitriding treatment or plastic deformation to improve fitting accuracy with other parts, excellent ductility is also required to prevent cracking. In order to obtain a part that has both fatigue strength and ductility, the hardness after nitriding must be different between the part where fatigue strength is required and the part where ductility is required. Specifically, the Vickers hardness at a depth of 50 μm after nitriding is determined between a region that has undergone cold plastic deformation (first region) and a region that has not undergone cold plastic deformation (second region). It is desirable that the difference (H1-H2) is 50 HV or more. More preferably, the difference in Vickers hardness ( H1-H2) is preferably 60 HV or more, more preferably 70 HV or more.

第一領域は、窒化部品において、特に、疲労強度が必要な部位に設けられる。また、第二領域は、第一領域以外の領域である。好ましくは、第二領域は、延性が必要な部位に設けられるとよい。第一領域のビッカース硬さH1は、窒化後の第一領域の表面から50μm深さ位置におけるビッカース硬さを、第一領域内において任意に選定した5箇所の測定点で測定し、その平均値とする。また、第二領域のビッカース硬さH2は、窒化後の第二領域の表面から50μm深さ位置におけるビッカース硬さを、第二領域内において任意に選定した5箇所の測定点で測定し、その平均値とする。そして、(H1-H2)を第一領域のビッカース硬さH1と第二領域のビッカース硬さH2の差とする。ビッカース硬さの測定は、JIS Z 2244:2009に準じて行う。測定荷重は2.94Nとする。 The first region is provided in a nitrided part particularly at a location where fatigue strength is required. Further, the second area is an area other than the first area. Preferably, the second region is provided at a location where ductility is required. The Vickers hardness H1 of the first region is the average value obtained by measuring the Vickers hardness at a depth of 50 μm from the surface of the first region after nitriding at five measurement points arbitrarily selected within the first region. shall be. The Vickers hardness H2 of the second region is determined by measuring the Vickers hardness at a depth of 50 μm from the surface of the second region after nitriding at five measurement points arbitrarily selected within the second region. Take the average value. Then, (H1-H2) is the difference between the Vickers hardness H1 of the first region and the Vickers hardness H2 of the second region. Vickers hardness is measured according to JIS Z 2244:2009. The measurement load is 2.94N.

[製造方法]
本実施形態の窒化部品の製造方法の一例を説明する。
本実施形態の窒化部品の製造方法は、鋼素材準備工程と、成型工程と、機械加工工程と、窒化処理工程とを含み、必要に応じて組織を調整するための熱処理工程も含まれる。以下、それぞれの工程を説明する。
[Production method]
An example of a method for manufacturing a nitrided component according to this embodiment will be described.
The method for manufacturing a nitrided component of this embodiment includes a steel material preparation process, a molding process, a machining process, and a nitriding process, and also includes a heat treatment process for adjusting the structure as necessary. Each process will be explained below.

[鋼素材準備工程]
鋼素材準備工程では、まず、本実施形態の鋼の化学組成を満たす溶鋼を製造する。次いで、製造された溶鋼を用いて、一般的な連続鋳造法により鋳片(スラブ、ブルーム)にする。又は、溶鋼を用いて、造塊法によりインゴットにする。鋳片又はインゴットを熱間加工して、ビレットを製造する。熱間加工は、熱間圧延でもよいし、熱間鍛造でもよい。さらに、ビレットを一般的な条件で加熱、圧延、冷却して棒鋼を製造し、これを窒化部品の素材とする。
[Steel material preparation process]
In the steel material preparation step, first, molten steel that satisfies the chemical composition of the steel of this embodiment is manufactured. Next, using the produced molten steel, it is made into slabs (slabs, blooms) by a general continuous casting method. Alternatively, using molten steel, it is made into an ingot by an ingot-forming method. Billets are produced by hot working slabs or ingots. The hot working may be hot rolling or hot forging. Furthermore, the billet is heated, rolled, and cooled under standard conditions to produce a steel bar, which is used as a material for nitrided parts.

[成型工程]
成型工程では、製造された上記棒鋼を、熱間鍛造して、鍛造材とする。熱間鍛造の加熱温度が低すぎれば、鍛造装置に過度の負荷が掛かる。一方、加熱温度が高すぎれば、スケールロスが大きい。したがって、熱間鍛造の好ましい加熱温度は1000~1300℃である。
[Molding process]
In the forming process, the manufactured steel bar is hot forged to form a forged material. If the heating temperature during hot forging is too low, an excessive load will be placed on the forging equipment. On the other hand, if the heating temperature is too high, scale loss will be large. Therefore, the preferred heating temperature for hot forging is 1000 to 1300°C.

また、熱間鍛造の好ましい仕上げ温度は900℃以上である。仕上げ温度が低すぎれば、金型への負担が大きくなるためである。一方、仕上げ温度の好ましい上限は、1250℃である。熱間鍛造後は、放冷するとよい。本実施形態の鋼成分であれば、熱間鍛造時の仕上温度から室温まで放冷することで、フェライト及びパーライトの合計面積率が80%以上を含む組織となる。 Further, the preferable finishing temperature for hot forging is 900° C. or higher. This is because if the finishing temperature is too low, the burden on the mold will increase. On the other hand, the preferable upper limit of the finishing temperature is 1250°C. After hot forging, it is best to let it cool. With the steel composition of this embodiment, by cooling from the finishing temperature during hot forging to room temperature, a structure containing ferrite and pearlite in a total area ratio of 80% or more is obtained.

[機械加工工程]
上述の鍛造材に対して機械加工を実施して所定の部品形状とし、素形材を得る。所定の部品形状とするための機械加工としては、例えば、切削加工または研削加工が挙げられる。
[Machining process]
The above-mentioned forged material is machined into a predetermined part shape to obtain a formed material. Examples of machining to form a predetermined part shape include cutting or grinding.

更に、上述の素形材に対して、疲労強度が必要な部位を含む適当な部位に対して、冷間で塑性加工を加える。塑性加工はどのような手法によって行ってもよく、ロール加工や、冷間鍛造で行っても良いが、冷間の塑性加工の有無による窒化後の硬さの変化量を十分に大きくさせるためには、表面から深さ1.0mmの範囲において0.05以上の相当ひずみを加えることが必要である。素形材に対して容易に冷間の相当ひずみを加えるためには、冷間の相当ひずみが1.00未満であることが必要である。冷間の相当ひずみは好ましくは0.07以上であり、さらに好ましくは0.10以上である。冷間の相当ひずみは好ましくは0.80未満であり、さらに好ましくは0.60未満であり、さらに好ましくは0.50未満である。冷間の塑性加工を行った領域が最終的に窒化部品の第一領域となり、冷間の塑性加工を行わなかった領域が第二領域となる。 Furthermore, cold plastic working is applied to appropriate parts of the above-mentioned material, including parts where fatigue strength is required. Plastic working may be performed by any method, such as roll working or cold forging, but in order to sufficiently increase the amount of change in hardness after nitriding depending on the presence or absence of cold working. It is necessary to apply an equivalent strain of 0.05 or more to a depth of 1.0 mm from the surface. In order to easily apply cold equivalent strain to the raw material, it is necessary that the cold equivalent strain is less than 1.00. The cold equivalent strain is preferably 0.07 or more, more preferably 0.10 or more. The cold equivalent strain is preferably less than 0.80, more preferably less than 0.60, and even more preferably less than 0.50. The area subjected to cold plastic working ultimately becomes the first area of the nitrided part, and the area not subjected to cold plastic working becomes the second area.

冷間の塑性加工を施す際の素形材の温度が高すぎると、導入した転位が消滅しやすくなる。したがって、塑性加工を施す温度は300℃以下である必要がある。塑性加工を施す温度の上限は200℃以下であることが好ましく、100℃以下であることがより好ましい。 If the temperature of the formed material during cold plastic working is too high, introduced dislocations are likely to disappear. Therefore, the temperature at which the plastic working is performed needs to be 300° C. or lower. The upper limit of the temperature at which plastic working is performed is preferably 200°C or lower, more preferably 100°C or lower.

[窒化処理工程]
部分的に冷間での塑性加工がなされた素形材に対して、窒化処理を実施し、窒化部品を得る。本実施形態では、周知の窒化処理が採用される。窒化処理はたとえば、ガス窒化、塩浴窒化、イオン窒化等である。窒化中に炉内に導入するガスは、NHのみであってもよい。また、NHと、N及び/又はHと、を含有する混合気であってもよい。また、これらのガスに、浸炭性のガスを含有して、軟窒化処理を実施してもよい。したがって、本明細書にいう「窒化」とは「軟窒化」も含む。
[Nitriding process]
A nitriding treatment is performed on the material that has been partially subjected to cold plastic working to obtain a nitrided part. In this embodiment, a well-known nitriding process is employed. Examples of the nitriding treatment include gas nitriding, salt bath nitriding, and ion nitriding. The gas introduced into the furnace during nitriding may be only NH3 . Alternatively, a mixture containing NH 3 and N 2 and/or H 2 may be used. Further, carburizing gas may be contained in these gases to perform soft nitriding treatment. Therefore, "nitriding" as used herein also includes "soft nitriding".

ガス軟窒化処理を実施する場合、たとえば、吸熱型変成ガス(RXガス)とアンモニアガスとを1:1に混合した雰囲気中で、均熱温度を550~630℃にして1~3時間均熱すればよい。 When performing gas nitrocarburizing treatment, for example, soaking is carried out for 1 to 3 hours at a soaking temperature of 550 to 630°C in an atmosphere containing a 1:1 mixture of endothermic modified gas (RX gas) and ammonia gas. do it.

以上の製造工程により製造された窒化部品は、優れた疲労強度と、優れた延性とを有する。 The nitrided parts manufactured by the above manufacturing process have excellent fatigue strength and excellent ductility.

真空溶解炉を用いて、表1に示す化学組成を有する鋼A~Sの50kgのインゴットを製造した。表1中有のハイフン(-)は含有しないことを意味する。 Using a vacuum melting furnace, 50 kg ingots of steels A to S having the chemical compositions shown in Table 1 were manufactured. The hyphen (-) in Table 1 means not included.

各インゴットを1250℃に加熱した。加熱されたインゴットを50mmの直径を有する棒鋼に熱間鍛造したのち、室温まで放冷した。鋼Aの棒鋼の一部(表1の試験番号19)には、870℃に加熱後に水冷し、180℃×120minの焼戻しを行った。このようにして棒鋼を製造した。 Each ingot was heated to 1250°C. The heated ingot was hot forged into a steel bar having a diameter of 50 mm, and then allowed to cool to room temperature. A portion of the steel bar of Steel A (Test No. 19 in Table 1) was heated to 870°C, water-cooled, and tempered at 180°C for 120 minutes. A steel bar was produced in this way.

次に、棒鋼に対して切削加工を行うことにより、平行部が直径20mm、長さ85mmの引張試験片を複数個、作成した。引張試験片は、試験片と棒鋼が平行になるように、試験片の断面の中心と棒鋼の断面の中心が揃うようにして作成した。この試験片には、ひずみ導入のための塑性加工は加えなかった。以下、この試験片を、塑性加工無しの試験片母材と言う。 Next, by cutting the steel bar, a plurality of tensile test pieces each having a parallel portion with a diameter of 20 mm and a length of 85 mm were created. The tensile test piece was prepared so that the test piece and the steel bar were parallel to each other, and the center of the cross section of the test piece was aligned with the center of the cross section of the steel bar. This test piece was not subjected to plastic working to introduce strain. Hereinafter, this test piece will be referred to as a test piece base material without plastic working.

また、棒鋼に対して切削加工を行うことにより、平行部が直径20mm、長さ85mmの別の引張試験片を複数個、作成した。引張試験片は、試験片と棒鋼が平行になるように、試験片の断面の中心と棒鋼の断面の中心が揃うようにして作成した。この試験片は、引張試験機で引っ張ることで平行部に塑性加工を施した。具体的には、室温でストローク速度を8.0mm/minとして、10%の変形を加えたのち、除荷した。以下、この試験片を、塑性加工ありの試験片母材と言う。試験片平行部の横断面の平均の相当ひずみは0.10であった。 In addition, a plurality of other tensile test pieces each having a parallel portion having a diameter of 20 mm and a length of 85 mm were created by cutting the steel bar. The tensile test piece was prepared so that the test piece and the steel bar were parallel to each other, and the center of the cross section of the test piece was aligned with the center of the cross section of the steel bar. This test piece was subjected to plastic working on the parallel parts by being stretched using a tensile tester. Specifically, after applying 10% deformation at a stroke speed of 8.0 mm/min at room temperature, the load was unloaded. Hereinafter, this test piece will be referred to as a test piece base material with plastic working. The average equivalent strain in the cross section of the parallel portion of the specimen was 0.10.

次に、塑性加工なしの試験片母材から、硬さ測定用の試験片、窒素濃度測定用の試験片及び延性評価用試験片を作成した。また、塑性加工ありの試験片母材から、硬さ測定用の試験片及び回転曲げ疲労試験片を作成した。 Next, a test piece for hardness measurement, a test piece for nitrogen concentration measurement, and a test piece for ductility evaluation were created from the test piece base material without plastic working. In addition, a test piece for hardness measurement and a rotary bending fatigue test piece were created from the test piece base material subjected to plastic working.

硬さ測定用の試験片のサイズは、10×6×65mmとした。窒素濃度測定用の試験片は、直径12mm、長さ65mmとした。回転曲げ疲労試験片は、図1に示すように、全体が直径12mm、長さ80mmで、長さ方向の中心部に直径10mmの平行部を有し、平行部の中心に半径1mm、深さ1mmの半円状の切欠きを有する試験片とした。延性評価用試験片は、図2に示すように、全体が直径12mm、長さ180mmで、長さ方向の中心に半径3mm、深さ2mmの半円状の切欠きを有する試験片とした。いずれの試験片も、径方向の中心と長さ方向の中心が、それぞれ、引張試験片の径方向の中心と長さ方向の中心と一致するようにして作成した。 The size of the test piece for hardness measurement was 10 x 6 x 65 mm. The test piece for measuring nitrogen concentration had a diameter of 12 mm and a length of 65 mm. As shown in Figure 1, the rotary bending fatigue test specimen has a diameter of 12 mm and a length of 80 mm, with a parallel part of 10 mm in diameter at the center of the length, a radius of 1 mm at the center of the parallel part, and a depth of 1 mm. A test piece was prepared with a 1 mm semicircular notch. As shown in FIG. 2, the test piece for ductility evaluation had a diameter of 12 mm, a length of 180 mm, and a semicircular notch with a radius of 3 mm and a depth of 2 mm at the center in the length direction. Each test piece was created so that its radial center and longitudinal center coincided with the radial center and longitudinal center of the tensile test piece, respectively.

作成した試験片をそれぞれ、570℃、5時間の軟窒化処理に供した。軟窒化中は、アンモニアとRXガスの流量比を1:1として炉内に導入し、処理後には炉から取り出し、100℃の油で油冷した。 Each of the prepared test pieces was subjected to soft nitriding treatment at 570°C for 5 hours. During soft nitriding, ammonia and RX gas were introduced into the furnace at a flow rate ratio of 1:1, and after the treatment, they were taken out of the furnace and cooled with oil at 100°C.

[評価試験]
各試験番号の各種試験片を用いて、次の試験を実施した。
[Evaluation test]
The following tests were conducted using various test pieces with each test number.

[硬さ測定及び組織面積率測定]
硬さ測定用の試験片の長さ方向の中心を横断し、横断面が被験面となるように、樹脂に埋め込んで研磨した。研磨後、試験片の表面から50μm深さ位置の任意の5点でJIS Z 2244:2009に基づくビッカース硬度(HV)を測定した。試験力は2.94Nであった。得られた5点の平均値を、表面硬さと定義した。
[Hardness measurement and tissue area ratio measurement]
The test piece for hardness measurement was embedded in a resin and polished so that the center of the test piece in the length direction was crossed and the cross section was the test surface. After polishing, Vickers hardness (HV) based on JIS Z 2244:2009 was measured at five arbitrary points located at a depth of 50 μm from the surface of the test piece. The test force was 2.94N. The average value of the five points obtained was defined as surface hardness.

硬さ測定後のサンプルは、3%ナイタルで10秒腐食し組織を現出させた。その後、試験片の表面から1.0mm深さ位置を中心として倍率200倍の光学顕微鏡写真を撮影し、画像解析から組織分率を求めた。No.15及び19以外の試料では、フェライト・パーライト組織が観察され、また、残部組織はマルテンサイトとベイナイトだった。 After measuring the hardness, the sample was corroded with 3% nital for 10 seconds to reveal the structure. Thereafter, an optical microscope photograph was taken at a magnification of 200 times centered at a position 1.0 mm deep from the surface of the test piece, and the tissue fraction was determined from image analysis. No. In samples other than Nos. 15 and 19, a ferrite-pearlite structure was observed, and the remaining structures were martensite and bainite.

[小野式回転曲げ疲労試験]
上述の窒化処理がされた回転曲げ疲労試験片(塑性加工ありの試験片母材から得たもの)を用いて、小野式回転曲げ疲労試験を実施した。JIS Z2274(1978)に準拠した回転曲げ疲労試験を室温(25℃)の大気雰囲気中において回転数3000rpmで実施した。繰り返し数1.0×10回まで破断しなかった試験のうち、最も高い応力をその試験番号の疲労強度(MPa)と定義した。疲労強度が350MPa以上である場合、疲労強度に優れると判断した。
[Ono type rotating bending fatigue test]
An Ono-type rotating bending fatigue test was conducted using the above-mentioned nitrided rotating bending fatigue test piece (obtained from a test piece base material subjected to plastic working). A rotating bending fatigue test in accordance with JIS Z2274 (1978) was conducted at a rotational speed of 3000 rpm in an air atmosphere at room temperature (25° C.). Among the tests in which no breakage occurred up to 1.0×10 7 repetitions, the highest stress was defined as the fatigue strength (MPa) of that test number. When the fatigue strength was 350 MPa or more, it was judged that the fatigue strength was excellent.

[延性評価試験]
上述の窒化処理がされた延性評価用試験片(塑性加工なしの試験片母材から得たもの)を用いて、4点曲げ試験を室温、大気中で実施した。支点間距離(試験片の最も端部に近い支点と、その支点から最も近い支点との間の、試験片の軸方向の距離)は51mmであった。押し込み速度は0.5mm/分であった。試験片の切り欠き底のひずみ量を測定するため、切り欠き底の中央に試験片の軸方向と平行にひずみゲージを貼付した。上記押し込み速度で押し込みストロークを増加し、押し込みストロークが0.01mm増えた際のひずみゲージの値の増分が0.24%以上となった時に試験片にき裂が発生したとして、その直前のひずみ量を、延性と定義した。延性が1.5%以上である場合、延性に優れると判断した。ひずみ量が7%を超えた場合は、その時点で評価を打ち切った。
[Ductility evaluation test]
A four-point bending test was conducted at room temperature in the atmosphere using the above-mentioned nitrided test piece for ductility evaluation (obtained from a test piece base material without plastic working). The distance between fulcrums (distance in the axial direction of the test piece between the fulcrum closest to the end of the test piece and the fulcrum closest to that fulcrum) was 51 mm. The pushing speed was 0.5 mm/min. In order to measure the amount of strain at the notch bottom of the test piece, a strain gauge was attached to the center of the notch bottom parallel to the axial direction of the test piece. When the indentation stroke is increased at the above indentation speed and the increase in the strain gauge value when the indentation stroke increases by 0.01 mm is 0.24% or more, a crack has occurred in the test piece. The amount was defined as ductility. When the ductility was 1.5% or more, it was judged that the ductility was excellent. If the amount of strain exceeded 7%, the evaluation was discontinued at that point.

[試験結果]
表2に試験結果を示す。試験番号1~試験番号13では、化学組成と鋼の組織が本発明の範囲内である。これらの試験番号のものは、塑性加工の有無による表層硬さの差がHVで93ポイント以上、塑性間加工ありの試験片(第一領域に相当)の疲労強度が360MPa以上、塑性加工なしの試験片(第二領域に相当)の延性が3.56%以上であることから、優れた疲労強度と延性を両立できることが分かる。
[Test results]
Table 2 shows the test results. In Test No. 1 to Test No. 13, the chemical composition and structure of the steel are within the scope of the present invention. For these test numbers, the difference in surface hardness between plastic working and non-plastic working is 93 points or more in HV, the fatigue strength of the test piece with plastic working (corresponding to the first area) is 360 MPa or more, and the fatigue strength of the test piece without plastic working is 360 MPa or more. Since the ductility of the test piece (corresponding to the second region) is 3.56% or more, it can be seen that both excellent fatigue strength and ductility can be achieved.

これに対して、本発明の規定から外れた試験番号14~20の「比較例」の場合には、化学組成または鋼の微細組織が本発明の範囲外であり、目標とする性能が得られていない。 On the other hand, in the case of "comparative examples" with test numbers 14 to 20, which deviate from the provisions of the present invention, the chemical composition or microstructure of the steel is outside the scope of the present invention, and the target performance cannot be obtained. Not yet.

なお、組織については、No.15及び19以外の試料では、フェライト・パーライト組織が観察され、また、残部組織はマルテンサイトとベイナイトだった。試験番号15は、Mn含有量が高すぎるため、マルテンサイト及びベイナイトを主体とする組織となった。試験番号19は、870℃に加熱後に水冷し、180℃×120minの焼戻しを行ったため、マルテンサイト及びベイナイトを主体とする組織となった。これらにより、試験番号15及び19は、塑性加工なしの試験片においてもビッカース硬さが上昇してしまい、ΔHVが50未満になった。 Regarding the organization, No. In samples other than Nos. 15 and 19, a ferrite-pearlite structure was observed, and the remaining structures were martensite and bainite. In test number 15, the Mn content was too high, resulting in a structure mainly composed of martensite and bainite. Test No. 19 was heated to 870°C, water-cooled, and tempered at 180°C for 120 minutes, resulting in a structure mainly composed of martensite and bainite. As a result, in test numbers 15 and 19, the Vickers hardness increased even in the test pieces without plastic working, and ΔHV became less than 50.

Figure 0007436826000001
Figure 0007436826000001

Figure 0007436826000002
Figure 0007436826000002

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

Claims (6)

表面から深さ1.0mmにおける組成が、質量%で、
C:0.05~0.60%、
Si:0.01~0.50%、
Mn:1.50~3.00%、
P:0.05%以下、
S:0.005~0.100%、
Cr:0.03~0.29%、
Al:0.001~0.040%、
N:0.0030~0.0250%を含有し、
残部がFeおよび不純物からなる鋼組成を備え、
最表層に窒化層を有し、
表面から1.0mm深さ位置における組織が、フェライト・パーライトの合計面積率80%以上、残部がマルテンサイトとベイナイトからなり、残部は0%の場合を含み、
表面には、第一領域と第二領域とがあり、
前記第一領域、前記第二領域においてそれぞれ、表面から50μm深さ位置でビッカース硬さを測定した場合に、前記第一領域のビッカース硬さH1と前記第二領域のビッカース硬さH2の差(H1-H2)が50HV以上である窒化部品。
The composition at a depth of 1.0 mm from the surface is in mass%,
C: 0.05-0.60%,
Si: 0.01 to 0.50%,
Mn: 1.50-3.00%,
P: 0.05% or less,
S: 0.005-0.100%,
Cr: 0.03-0.29%,
Al: 0.001-0.040%,
Contains N: 0.0030 to 0.0250%,
A steel composition in which the balance consists of Fe and impurities,
Has a nitride layer on the outermost layer,
Including cases where the structure at a depth of 1.0 mm from the surface is 80% or more of the total area ratio of ferrite and pearlite, the remainder consists of martensite and bainite, and the remainder is 0%,
The surface has a first region and a second region,
When the Vickers hardness is measured at a depth of 50 μm from the surface in each of the first region and the second region, the difference between the Vickers hardness H1 of the first region and the Vickers hardness H2 of the second region ( Nitrided parts with H1-H2) of 50HV or more.
前記鋼組成が、前記Feの一部に替えて、質量%で、
Ti:0.05%以下、
Nb:0.05%以下
からなる群から選ばれる1種または2種を含有する請求項1に記載の窒化部品。
The steel composition is replaced by a part of the Fe in mass%,
Ti: 0.05% or less,
The nitrided component according to claim 1, containing one or two selected from the group consisting of Nb: 0.05% or less.
前記鋼組成が、前記Feの一部に替えて、質量%で、
Mo:0.50%以下、
Cu:0.50%以下、
Ni:0.50%以下
からなる群から選ばれる1種または2種以上を含有する請求項1または請求項2に記載の窒化部品。
The steel composition is replaced by a part of the Fe in mass%,
Mo: 0.50% or less,
Cu: 0.50% or less,
The nitrided component according to claim 1 or 2, containing one or more selected from the group consisting of Ni: 0.50% or less.
前記鋼組成が、前記Feの一部に替えて、質量%で、
Ca:0.005%以下、
Bi:0.30%以下
からなる群から選ばれる1種または2種を含有する請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の窒化部品。
The steel composition is replaced by a part of the Fe in mass%,
Ca: 0.005% or less,
The nitrided component according to any one of claims 1 to 3, containing one or two selected from the group consisting of Bi: 0.30% or less.
前記鋼組成が、前記Feの一部に替えて、質量%で、
V:0.05%以下、である請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の窒化部品。
The steel composition is replaced by a part of the Fe in mass%,
The nitrided component according to any one of claims 1 to 4, wherein V: 0.05% or less.
請求項1~請求項5のいずれか1項に記載の窒化部品の製造方法であって、
300℃以下の温度で、素形材表層のうち、選択された一部の素形材表層に対して、表面から1.0mm深さの範囲に、相当ひずみが0.05以上、1.00未満となる塑性変形を加えた後、窒化処理を行う、窒化部品の製造方法。
A method for manufacturing a nitrided part according to any one of claims 1 to 5, comprising:
At a temperature of 300°C or less, an equivalent strain of 0.05 or more to 1.00 mm is applied to a selected part of the surface layer of the formed material within a depth of 1.0 mm from the surface. A method for manufacturing nitrided parts, in which nitriding treatment is performed after applying plastic deformation to a value less than or equal to the amount of plastic deformation.
JP2020057271A 2020-03-27 2020-03-27 Nitrided parts and manufacturing method of nitrided parts Active JP7436826B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020057271A JP7436826B2 (en) 2020-03-27 2020-03-27 Nitrided parts and manufacturing method of nitrided parts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020057271A JP7436826B2 (en) 2020-03-27 2020-03-27 Nitrided parts and manufacturing method of nitrided parts

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021155806A JP2021155806A (en) 2021-10-07
JP7436826B2 true JP7436826B2 (en) 2024-02-22

Family

ID=77919552

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020057271A Active JP7436826B2 (en) 2020-03-27 2020-03-27 Nitrided parts and manufacturing method of nitrided parts

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7436826B2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010013729A (en) 2008-06-06 2010-01-21 Sumitomo Metal Ind Ltd Steel for nitrocarburizing use, steel product for nitrocarburizing use and crankshaft
JP2015151562A (en) 2014-02-12 2015-08-24 株式会社豊田中央研究所 Local surface strengthened member and method of strengthening local surface
WO2016098143A1 (en) 2014-12-18 2016-06-23 新日鐵住金株式会社 Method for manufacturing nitrided component and steel for nitriding
JP2017106113A (en) 2015-12-04 2017-06-15 新日鐵住金株式会社 Nitrided plate component and method for producing the same
WO2018117015A1 (en) 2016-12-22 2018-06-28 新日鐵住金株式会社 Non-thermal refined steel for nitrocarburizing, nitrocarburized part, and nitrocarburized part production method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010013729A (en) 2008-06-06 2010-01-21 Sumitomo Metal Ind Ltd Steel for nitrocarburizing use, steel product for nitrocarburizing use and crankshaft
JP2015151562A (en) 2014-02-12 2015-08-24 株式会社豊田中央研究所 Local surface strengthened member and method of strengthening local surface
WO2016098143A1 (en) 2014-12-18 2016-06-23 新日鐵住金株式会社 Method for manufacturing nitrided component and steel for nitriding
JP2017106113A (en) 2015-12-04 2017-06-15 新日鐵住金株式会社 Nitrided plate component and method for producing the same
WO2018117015A1 (en) 2016-12-22 2018-06-28 新日鐵住金株式会社 Non-thermal refined steel for nitrocarburizing, nitrocarburized part, and nitrocarburized part production method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021155806A (en) 2021-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10370747B2 (en) Nitrided component
JP4385019B2 (en) Manufacturing method for steel nitrocarburized machine parts
US9239075B2 (en) Forged crankshaft
US20060225814A1 (en) Crankshaft and method for manufacturing same
JP6327360B2 (en) Nitriding component manufacturing method and nitriding steel
JP4609585B2 (en) Soft nitriding steel, soft nitriding steel and crankshaft
CN113316651B (en) Steel material and component
JP6477904B2 (en) Crankshaft rough profile, nitrided crankshaft, and method of manufacturing the same
JP5200552B2 (en) Roughened tempered nitrocarburized crankshaft and tempered nitrocarburized crankshaft
JPH10306343A (en) Steel for soft-nitriding, excellent in cold forgeability and pitting resistance
JP6525115B1 (en) Nitriding bars and machine parts
JP7013833B2 (en) Carburized parts
JP7436826B2 (en) Nitrided parts and manufacturing method of nitrided parts
JP7139692B2 (en) Steel for induction hardening, materials for induction hardening parts, and induction hardening parts
JP5151662B2 (en) Method of manufacturing steel for soft nitriding
JP7273324B2 (en) Nitrided part blanks and nitrided parts
JP2019183211A (en) Carburization component
JP7510045B2 (en) Steel for carburizing, carburizing steel parts, and method for manufacturing carburizing steel parts
TW201843317A (en) Cement steel component and steel material having excellent stability of rolling fatigue life, and method for manufacturing same
JP2018199838A (en) Carburized part
JP7063071B2 (en) Carburized parts
JP2010090457A (en) Non-heat-treated steel to be nitrocarburized
JP6658317B2 (en) Carburized parts
JP2023037454A (en) Carburized part and manufacturing method thereof
JP2024095320A (en) Materials for nitrided parts and nitrided parts

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20221104

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20231207

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240109

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240122

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7436826

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151