JPH06299287A - Shot peening treatment type high fatigue strength case hardening steel - Google Patents

Shot peening treatment type high fatigue strength case hardening steel

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JPH06299287A
JPH06299287A JP10494393A JP10494393A JPH06299287A JP H06299287 A JPH06299287 A JP H06299287A JP 10494393 A JP10494393 A JP 10494393A JP 10494393 A JP10494393 A JP 10494393A JP H06299287 A JPH06299287 A JP H06299287A
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JP
Japan
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steel
less
fatigue strength
shot peening
sulfide
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Application number
JP10494393A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Kagawa
裕之 香川
Moriyuki Ishiguro
守幸 石黒
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To develop case hardening steel excellent in the effect of shot peening treatment and high in strength or the like by limiting the size and number of sulfide inclusions in carbon steel having a specified compsn. to the specified value or below. CONSTITUTION:Steel having a compsn. contg., by weight, 0.1 to 0.3% C, 0.05 to 0.5% Si, 0.4 to 1.5% Mn, <0.02% P, <0.02% S, 0.2 to 1.5% Cr, 0.015 to 0.05% sol.Al, 0.005 to 0.02% total N2 content and <0.0010% total o, content, in which the amounts of impurities of Ti, Nb, Zr or the like intruded from the outer part are all regulated to <=0.005%, and contg., as necessary, one or >=two kinds among 0.1 to 0.5% Cu, 0.2 to 2.5% Ni and 0.1 to 0.5% Mo is used. The number of metal sulfides having 100mum<2> size contained per mm<2> of the area to be examined is regulated to <=5 pieces, and shot peening treatment is executed to produce the case hardening steel improved in fatigue strength.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は歯車等の各種機械構造部
品に用いられるショットピーニング処理型の高疲労強度
肌焼鋼に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shot peening type high fatigue strength case hardening steel used for various machine structural parts such as gears.

【0002】[0002]

【従来技術】従来より、歯車等の機械構造用の肌焼鋼に
おいて、疲労強度を向上させるためには介在物の低減が
有効であることが知られている。例えば、特開平2−2
70935号公報には酸素含有量を0.0010%以下
に制限し、鋼中の直径20μm以上の酸化物系介在物と
窒化物介在物を鋼1gあたり14個以下にすることによ
り、ショットピーニングを施した場合の回転曲げ疲労強
度が向上することが開示されている。
2. Description of the Related Art It has been conventionally known that reduction of inclusions is effective for improving fatigue strength in case hardening steel for machine structures such as gears. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-2
No. 70935 discloses that shot peening is performed by limiting the oxygen content to 0.0010% or less and reducing the number of oxide inclusions and nitride inclusions having a diameter of 20 μm or more in steel to 14 or less per 1 g of steel. It is disclosed that when applied, the rotary bending fatigue strength is improved.

【0003】また、特開昭59−74262号、特開昭
63−60257号、特開昭63−118052号の各
公報では、硫化物系介在物の低減による疲労強度向上の
観点から、硫黄含有量を0.005〜0.020%以下
に制限することが開示されている。
Further, in JP-A-59-74262, JP-A-63-60257, and JP-A-63-118052, sulfur is contained from the viewpoint of improving fatigue strength by reducing sulfide inclusions. It is disclosed to limit the amount to 0.005-0.020% or less.

【0004】さらに、特開平1−306545号公報で
は、硫化物系介在物の形状制御による疲労強度向上の観
点から、硫黄含有量を0.030%以下に制限し、かつ
硫化物系介在物のアスペクト比を5以下に制限すること
が開示されている。
Further, in JP-A-1-306545, from the viewpoint of improving the fatigue strength by controlling the shape of sulfide inclusions, the sulfur content is limited to 0.030% or less, and the sulfide inclusions are limited. It is disclosed to limit the aspect ratio to 5 or less.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】以上の従来技術のう
ち、特開平2−270935号公報では疲労強度が向上
するものの未だ十分とはいえない。また、特開昭59−
74262号公報などに示されている硫黄含有量の低減
は、確かに疲労強度向上には有効であるものの、鋼の切
削性を低下させる効果もあることから、工業的には使用
上の新たな問題を招く等の欠点がある。さらに、特開平
1−306545号公報に開示された硫化物系介在物の
アスペクト比の制限は、鋼中に紐状に長く伸びた硫化物
系介在物が横目疲労強度を低下させるという観点からは
効果があり、このため横目疲労強度のみでその疲労強度
をほぼ一義的に評価できる平歯車等の疲労強度向上には
確かに有効ではあるが、例えばはすば歯車のようにその
疲労強度を単純に横目疲労強度だけでは評価しきれない
場合には、その効果は必ずしも明確とはいえない。
Among the above-mentioned conventional techniques, Japanese Patent Laid-Open No. 2-270935 discloses an improvement in fatigue strength, but it is still insufficient. In addition, JP-A-59-
Although the reduction of the sulfur content shown in Japanese Patent Publication No. 74262, etc. is certainly effective in improving the fatigue strength, it also has the effect of reducing the machinability of steel, so that it is industrially new. There are drawbacks such as causing problems. Further, the limitation of the aspect ratio of the sulfide-based inclusions disclosed in JP-A-1-306545 is that the sulfide-based inclusions elongated in the form of a string in the steel lower the lateral fatigue strength. It is effective, and therefore it is certainly effective for improving the fatigue strength of spur gears, etc., where the fatigue strength can be evaluated almost unambiguously only with the lateral fatigue strength. When the lateral fatigue strength alone cannot be evaluated, the effect is not always clear.

【0006】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、歯車等の各種機械構造部品に適用した場合に
十分な疲労強度を得ることができるショットピーニング
処理型の高疲労強度肌焼鋼を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a shot peening type high fatigue strength case hardening steel capable of obtaining sufficient fatigue strength when applied to various mechanical structural parts such as gears. The purpose is to provide.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、第1
に、重量%で、C:0.1〜0.3%、Si:0.05
〜0.5%、Mn:0.4〜1.5%、P:0.02%
以下、S:0.02%以下、Cr:0.2〜1.5%、
Sol.Al:0.015〜0.05%、Total
N:0.005〜0.020%、Total O:0.
0010%以下を含有し、混入するTi、Nb、Zrを
いずれも0.005%以下とし、残部Fe及び不可避不
純物からなり、面積100μm2 以上の硫化物系介在物
が被検面積1mm2 あたり5個以下であることを特徴と
するショットピーニング処理型の高疲労強度肌焼鋼を提
供する。
Means and Action for Solving the Problems
% By weight, C: 0.1 to 0.3%, Si: 0.05
~ 0.5%, Mn: 0.4 to 1.5%, P: 0.02%
Hereinafter, S: 0.02% or less, Cr: 0.2 to 1.5%,
Sol. Al: 0.015 to 0.05%, Total
N: 0.005-0.020%, Total O: 0.
Containing less than 0010% and containing 0.005% or less of Ti, Nb, and Zr, and the balance Fe and unavoidable impurities, and sulfide inclusions having an area of 100 μm 2 or more are 5 per 1 mm 2 of the detected area. Provided is a shot-peening-processed high fatigue strength case-hardening steel characterized in that the number is less than or equal to the number of pieces.

【0008】また第2に、重量%で、重量%で、C:
0.1〜0.3%、Si:0.05〜0.5%、Mn:
0.4〜1.5%、P:0.02%以下、S:0.02
%以下、Cr:0.2〜1.5%、Sol.Al:0.
015〜0.05%、Total N:0.005〜
0.020%、Total O:0.0010%以下を
含有し、混入するTi、Nb、Zrをいずれも0.00
5%以下とし、さらにCu:0.1〜0.5%、Ni:
0.2〜2.5%、Mo:0.1〜0.5%のうち1種
または2種以上を含有し、残部Fe及び不可避不純物か
らなり、面積100μm2 以上の硫化物系介在物が被検
面積1mm2 あたり5個以下であることを特徴とするシ
ョットピーニング処理型の高疲労強度肌焼鋼を提供す
る。
Secondly, in% by weight, in% by weight, C:
0.1-0.3%, Si: 0.05-0.5%, Mn:
0.4-1.5%, P: 0.02% or less, S: 0.02
% Or less, Cr: 0.2 to 1.5%, Sol. Al: 0.
015-0.05%, Total N: 0.005-
0.020%, Total O: 0.0010% or less, and all of Ti, Nb, and Zr mixed are 0.00
5% or less, Cu: 0.1-0.5%, Ni:
0.2-2.5%, Mo: 0.1-0.5%, one or more of them are contained, the balance Fe and unavoidable impurities, and an area of 100 μm 2 or more of sulfide-based inclusions Provided is a shot-peening-processed high fatigue strength case-hardening steel which is characterized in that the number of test pieces is 5 or less per 1 mm 2 of the test area.

【0009】本願発明者らは、疲労強度が高く歯車等の
各種機械構造部品として十分な特性を有するショットピ
ーニング処理型の肌焼鋼を得るべく研究を重ねた結果、
鋼の組成を特定範囲に規定すると共に、一定大きさ以上
の硫化物系介在物の存在個数を厳密に制限すればよいこ
とを見出した。上記構成の本発明はこのような知見に基
づいてなされたものである。
The inventors of the present application have conducted research to obtain a shot-peening-processed case hardening steel having high fatigue strength and sufficient characteristics as various mechanical structural parts such as gears.
It was found that the composition of steel should be specified in a specific range and the number of sulfide inclusions having a certain size or more should be strictly limited. The present invention having the above configuration is based on such knowledge.

【0010】以下、本発明について具体的に説明する。The present invention will be specifically described below.

【0011】先ず、成分組成の限定理由について説明す
る。なお、以下単に%とあるのは、重量%を示すものと
する。 (1)Cについて Cは浸炭焼入れにより芯部の硬さを確保するために必要
な元素であり、歯車やシャフト等に要求される疲労強度
を確保するために必要なHRC25以上を得るためには少
なくとも0.1%以上添加する必要がある。しかし、多
量の添加は浸炭後の衝撃特性や切削性を損なうので上限
を0.3%に設定する必要がある。従って、C含有量を
0.1〜0.3%の範囲に規定する。 (2)Siについて Siは脱酸効果を確保するために必要な元素である。し
かし、0.05%未満ではこの効果を確保することがで
きなくなる。一方、0.5%を超えると浸炭時に浸炭異
常層の発生を助長する。従って、Si含有量を0.05
〜0.5%の範囲に規定する。 (3)Mnについて Mnは脱酸効果、脱硫効果、焼入性の向上のために添加
する元素である。しかし0.4%未満ではこれらの効果
を確保することができなくなる。一方、1.5%を超え
ると浸炭後の衝撃特性や鋼の加工性を損なう。従って、
Mn含有量を0.4〜1.5%の範囲に規定する。 (4)Pについて Pは鋼に含有される代表的な元素であるが、鋼の粒界強
度を下げ、疲労強度を低下させる元素であり、その影響
は0.02%を超えると著しい。従って、P含有量を
0.02%以下に制限する。 (5)Sについて Sも鋼に含有される代表的な元素であるが、硫化物系介
在物を生成して、疲労強度を低下させ、その影響は0.
02%を超えると著しい。従って、S含有量を0.02
%以下に制限する。 (6)Crについて Crは焼入性及び焼入、焼戻し後の強度を向上させるた
めに必要であり、浸炭部品の浸炭層の硬さ及び有効浸炭
深さの向上のためには0.2%以上添加する必要があ
る。しかし1.5%を超えると過剰浸炭を招き、焼入
性、切削性を劣化させてしまう。従って、Cr含有量を
0.2〜1.5%の範囲に規定する。 (7)Sol.Al(酸可溶Al)について Alは鋼の溶解時に脱酸材として、また浸炭時にはNと
結合してAlNを生成し、結晶粒の成長を抑制する。し
かし、0.015%未満ではこれらの効果を確保するこ
とができなくなる。一方、0.05%を超えると、酸化
物系介在物を多量に生成し疲労強度を劣化させる。従っ
て、Sol.Al含有量の範囲を0.015〜0.05
%とした。 (8)Total Nについて NはAlと結合してAlNを生成し、浸炭時に結晶粒粗
大化を防止する効果がある。しかし、0.005%以下
ではこの効果が少なく、0.020%を超えると靭性を
損なう。従って、Total Nの含有量を0.005
〜0.020%の範囲に規定する。なお、Total
Nには、固溶Nも化合物中のNも全て含まれる。 (9)Total Oについて Oは酸化物系介在物を生成し、歯車などの疲労強度に悪
影響を与え、また後述する実施例でも明らかなように、
硫化物系介在物の寸法を粗大化する傾向にあり、その影
響は0.0010%を超えると著しくなる。従って、T
otal O含有量を0.0010%以下に制限する。
なお、Total Oには、固溶Oも化合物中のOも全
て含まれる。 (10)Ti、Nb、Zrについて Tiは鋼中のNと結合して、TiNを生成する。このT
iNは酸化物系介在物と同様に疲労強度に悪影響を与え
る。またNb、Zrも高硬度の介在物を生成する可能性
がある。そして、このような影響はいずれの元素も0.
005%を超えると顕在化する。従って、Ti、Nb、
Zrのいずれも0.005%以下に制限する。
First, the reasons for limiting the component composition will be described. In addition, hereinafter, "%" means "% by weight". (1) About C C is an element necessary to secure the hardness of the core part by carburizing and quenching, and in order to obtain HRC 25 or more necessary to secure the fatigue strength required for gears and shafts. Must be added at least 0.1% or more. However, addition of a large amount impairs impact properties and machinability after carburization, so the upper limit must be set to 0.3%. Therefore, the C content is specified in the range of 0.1 to 0.3%. (2) About Si Si is an element necessary to secure the deoxidizing effect. However, if it is less than 0.05%, this effect cannot be secured. On the other hand, if it exceeds 0.5%, the occurrence of an abnormal carburization layer is promoted during carburization. Therefore, the Si content should be 0.05
To 0.5%. (3) Mn Mn is an element added to improve the deoxidizing effect, the desulfurizing effect, and the hardenability. However, if it is less than 0.4%, these effects cannot be secured. On the other hand, if it exceeds 1.5%, the impact properties after carburization and the workability of steel are impaired. Therefore,
The Mn content is specified in the range of 0.4 to 1.5%. (4) About P P is a typical element contained in steel, but it is an element that lowers the grain boundary strength and lowers the fatigue strength of steel, and its effect is remarkable when it exceeds 0.02%. Therefore, the P content is limited to 0.02% or less. (5) About S Although S is also a typical element contained in steel, it produces sulfide-based inclusions to lower the fatigue strength, and its effect is 0.
It is remarkable when it exceeds 02%. Therefore, the S content is 0.02
% Or less. (6) About Cr Cr is necessary to improve the hardenability and the strength after quenching and tempering, and is 0.2% for improving the hardness of the carburized layer of the carburized parts and the effective carburized depth. It is necessary to add above. However, if it exceeds 1.5%, excessive carburization is caused, which deteriorates hardenability and machinability. Therefore, the Cr content is specified in the range of 0.2 to 1.5%. (7) Sol. Al (Acid-Soluble Al) Al acts as a deoxidizer during melting of steel and combines with N during carburization to form AlN, which suppresses the growth of crystal grains. However, if it is less than 0.015%, these effects cannot be secured. On the other hand, if it exceeds 0.05%, a large amount of oxide-based inclusions are generated and the fatigue strength is deteriorated. Therefore, Sol. The range of Al content is 0.015 to 0.05
%. (8) About Total N N has an effect of preventing crystal grain coarsening during carburization by forming AlN by combining with Al. However, if it is less than 0.005%, this effect is small, and if it exceeds 0.020%, the toughness is impaired. Therefore, the content of Total N is 0.005
To 0.020%. In addition, Total
N includes all solid solution N and N in the compound. (9) About Total O O forms oxide inclusions and adversely affects the fatigue strength of gears and the like, and as will be apparent from Examples described later,
There is a tendency for the size of sulfide-based inclusions to become coarse, and the effect becomes significant when the content exceeds 0.0010%. Therefore, T
The total O content is limited to 0.0010% or less.
Note that Total O includes both solid solution O and O in the compound. (10) Ti, Nb and Zr Ti combines with N in steel to form TiN. This T
iN adversely affects the fatigue strength as well as oxide inclusions. Further, Nb and Zr may also generate high hardness inclusions. And, such an influence is 0.
It becomes obvious when it exceeds 005%. Therefore, Ti, Nb,
All of Zr are limited to 0.005% or less.

【0012】これら成分の他、Cu,Ni,Moのうち
1種又は2種以上を以下の範囲で含有させることもでき
る。鋼の特性を一層向上させる観点からこれらの1種又
は2種以上を添加することが望ましい。 (11)Cuについて Cuは浸炭異常層の生成防止に効果がある元素である。
しかし、0.1%未満ではこの効果が少なく、また、
0.5%を超えると浸炭性が低下する。従って、Cuを
添加する場合にはその含有量を0.1〜0.5%の範囲
に規定する。 (12)Niについて Niは鋼の焼入性及び浸炭性を向上する元素であり、ま
た浸炭異常層の発生を抑制する作用がある。これらの作
用を発揮させるため、少なくとも0.2%の添加が必要
である。また、Niは高価な元素であるため2.5%を
超えるとコストが上昇して得策ではない。従って、Ni
を添加する場合にはその含有量を0.2〜2.5%の範
囲に規定する。 (13)Moについて MoはNiと同様、鋼の焼入性及び浸炭性を向上する元
素であり、また浸炭異常層の発生を抑制する作用があ
る。これらの作用を発揮させるため、少なくとも0.1
%の添加が必要である。また、Moも高価な元素である
ため0.5%を超えるとコストが上昇して得策ではな
い。従って、Moを添加する場合にはその含有量を0.
1〜0.5%の範囲に規定する。
In addition to these components, one or more of Cu, Ni and Mo may be contained within the following range. From the viewpoint of further improving the properties of steel, it is desirable to add one or more of these. (11) Cu Cu is an element effective in preventing the formation of the abnormal carburization layer.
However, if less than 0.1%, this effect is small, and
If it exceeds 0.5%, the carburizing property decreases. Therefore, when Cu is added, its content is specified in the range of 0.1 to 0.5%. (12) Ni Ni is an element that improves the hardenability and carburizing property of steel, and also has the action of suppressing the occurrence of a carburized abnormal layer. In order to exert these effects, it is necessary to add at least 0.2%. Further, since Ni is an expensive element, if it exceeds 2.5%, the cost will increase and it is not a good idea. Therefore, Ni
When added, the content is specified within the range of 0.2 to 2.5%. (13) About Mo Like Mo, Mo is an element that improves the hardenability and carburizing property of steel, and also has the action of suppressing the occurrence of an abnormal carburizing layer. In order to exert these effects, at least 0.1
% Addition is required. Moreover, since Mo is also an expensive element, if it exceeds 0.5%, the cost will increase and it is not a good idea. Therefore, when Mo is added, its content should be 0.
It is specified in the range of 1 to 0.5%.

【0013】次に、鋼中の硫化物系介在物について説明
する。本発明では鋼中の硫化物系介在物について、面積
100μm2 以上の硫化物系介在物にのみ着目してい
る。これは、この大きさ以上の硫化物系介在物が実質的
に疲労強度に悪影響を及ぼすからである。その存在個数
を被検面積1mm2 あたり5個以下に限定したのは、後
述する実施例でも明らかなように、硫化物系介在物を被
検面積1mm2 あたり5個を超えた個数を含むと歯車な
どの疲労強度が低下するためであり、さらには、このよ
うに個数を限定することにより転動疲労特性や耐ピッチ
ング特性への効果が期待できるからである。
Next, sulfide inclusions in steel will be described. In the present invention, regarding sulfide inclusions in steel, attention is paid only to sulfide inclusions having an area of 100 μm 2 or more. This is because sulfide-based inclusions of this size or larger have a substantial adverse effect on fatigue strength. The reason why the number of existing sulfide inclusions is limited to 5 or less per 1 mm 2 of the test area is that the number of sulfide-based inclusions exceeds 5 per 1 mm 2 of the test area, as will be apparent from the examples described later. This is because the fatigue strength of gears and the like decreases, and further, by limiting the number in this way, an effect on rolling contact fatigue characteristics and pitting resistance characteristics can be expected.

【0014】[0014]

【実施例】表1に示す化学成分を有するA〜Dまでの4
種類の鋼を溶製し、造塊した後、試験用歯車を作成し
た。表1中、A,Cは本発明鋼、B,Cは本発明の組成
範囲から外れる比較鋼である。なお、表1はこれらの鋼
の化学成分値を重量%で表わしたものである。
EXAMPLES 4 to A to D having the chemical components shown in Table 1
After casting various types of steel and making ingots, test gears were prepared. In Table 1, A and C are steels of the present invention, and B and C are comparative steels out of the composition range of the present invention. Table 1 shows the chemical composition values of these steels in% by weight.

【0015】[0015]

【表1】 次に、表1に示す低酸素鋼である本発明鋼A(O:0.
0009%)と通常酸素鋼である比較鋼B(O:0.0
020%)の試験用歯車について、表2に示す2種類
(アークハイト値0.45A及び0.30C)の条件で
ショットピーニングを行い、歯車疲労試験を実施した。
歯車疲労試験は、歯数28、モジュール2.5の歯車に
ついて、動力循環式歯車疲労試験機を用いて行った。
[Table 1] Next, the present invention steel A (O: 0.
0009%) and comparative steel B (O: 0.0)
For the test gears (020%), shot peening was performed under the conditions of two types (arc height values 0.45A and 0.30C) shown in Table 2 and a gear fatigue test was performed.
The gear fatigue test was carried out on a gear having 28 teeth and a module 2.5 using a power circulation type gear fatigue tester.

【0016】[0016]

【表2】 疲労寿命に対する低酸素化の効果を調べた結果、図1に
示す結果を得た。図1は疲労試験結果を、負荷トルク
(kgf・m)と疲労寿命(cycle)との関係で示
したグラフである。
[Table 2] As a result of investigating the effect of oxygen reduction on the fatigue life, the results shown in FIG. 1 were obtained. FIG. 1 is a graph showing the fatigue test results as a relationship between the load torque (kgf · m) and the fatigue life (cycle).

【0017】図1に示すように、ショットピーニングを
施さない場合には、本発明鋼A及び比較鋼Bの疲労限が
夫々22.5kgf・m及び22.0kgf・mであ
り、ほぼ同等の疲労強度であり、Total O含有量
を、0.0020%(鋼B)から0.0009%(鋼
A)に低減しても、その効果はほとんど認められなかっ
た。
As shown in FIG. 1, when the shot peening was not performed, the fatigue limits of the invention steel A and the comparative steel B were 22.5 kgf · m and 22.0 kgf · m, respectively. The strength was strong, and even if the Total O content was reduced from 0.0020% (Steel B) to 0.0009% (Steel A), the effect was hardly recognized.

【0018】さらに、ショットピーニング条件のうち、
アークハイト値が0.45Aのショットピーニングを施
した場合、疲労限は本発明鋼Aが32.5kgf・mに
対して比較鋼Bが31.0kgf・mと若干鋼Aの方が
高疲労強度となったが、低酸素化による疲労強度の向上
は5%程度にとどまっている。
Further, among the shot peening conditions,
When shot peening with an arc height value of 0.45 A is performed, the fatigue limit of the invention steel A is 32.5 kgf · m, whereas the comparative steel B is 31.0 kgf · m, and the fatigue limit of the steel A is slightly higher. However, the improvement in fatigue strength due to the low oxygen content is only about 5%.

【0019】ショットピーニング条件のうち、アークハ
イト値が0.30Cの強力なショットピーニングを施し
た場合、疲労限は本発明鋼Aで38.5kgf・mとな
り、比較鋼Bの33.0kgf・mよりも著しく高い疲
労強度が得られ、低酸素化により約17%疲労強度が向
上したことが確認された。。
In the shot peening conditions, when the strong shot peening with the arc height value of 0.30 C was applied, the fatigue limit was 38.5 kgf · m for the invention steel A and 33.0 kgf · m for the comparative steel B. It was confirmed that the fatigue strength was remarkably higher than the above, and that the fatigue strength was improved by about 17% due to the low oxygen content. .

【0020】試験歯車の疲労破壊形態を調べた結果、シ
ョットピーニングを施さない場合には表面から疲労亀裂
が発生しているのに対し、強力なショットピーニングを
施した場合には内部から破壊が発生していることが確認
された。
As a result of examining the fatigue fracture form of the test gear, fatigue cracks are generated from the surface when shot peening is not applied, whereas fracture is generated from the inside when strong shot peening is applied. It was confirmed that

【0021】また強力なショットピーニングを施すこと
により内部から破壊した歯車の破面を走査型電子顕微鏡
で詳細に調べた結果、本発明鋼A及び比較鋼Bの破面は
夫々図2及び図3に示すようになった。いずれの図も
(a)は150倍、(b)は500倍である。これらの
図から、低酸素の鋼Aの破壊起点には粗大な介在物が存
在しないが、鋼Bには破壊起点に粗大な硫化物系介在物
が観察された。
Further, as a result of a detailed examination of the fracture surface of the gear which was destroyed from the inside by applying strong shot peening with a scanning electron microscope, the fracture surfaces of the invention steel A and the comparative steel B are shown in FIGS. 2 and 3, respectively. It came to be shown in. In each figure, (a) is 150 times, and (b) is 500 times. From these figures, coarse inclusions did not exist at the fracture starting point of low oxygen steel A, but coarse sulfide inclusions were observed at the fracture starting point of steel B.

【0022】次に、表1に示すA〜D鋼の試験片の硫化
物系介在物を観察し、これらを画像処理することによ
り、硫化物介在物の寸法分布を測定した。表3に鋼中に
存在する面積100μm2 以上の硫化物系介在物の被検
面積1mm2 あたりの個数を示す。なお、各ショットピ
ーニング条件毎の歯車疲労試験による疲労限(kgf・
m)も併せて表3に示す。
Next, the sulfide inclusions of the test pieces of the steels A to D shown in Table 1 were observed, and image processing was performed on these to measure the size distribution of the sulfide inclusions. Table 3 shows the number of sulfide-based inclusions having an area of 100 μm 2 or more existing in steel per 1 mm 2 of the tested area. The fatigue limit (kgf ・
Table 3 also shows m).

【0023】[0023]

【表3】 また、図4に、鋼中における面積100μm2 以上の硫
化物系介在物の被検面積1mm2 あたりの個数と、鋼中
のTotal O含有量との関係を示す。
[Table 3] Further, FIG. 4 shows the relationship between the number of sulfide-based inclusions having an area of 100 μm 2 or more in the steel per 1 mm 2 of the detected area and the Total O content in the steel.

【0024】表3及び図4から明らかなように、鋼中の
Total O含有量が低いほど、鋼中の面積100μ
2 以上の硫化物系介在物の被検面積1mm2 あたりの
個数が少ない傾向が認められ、粗大な硫化物系介在物を
低減するには、鋼中酸素含有量を低くすることが有効で
あることが分かる。
As is clear from Table 3 and FIG. 4, the lower the Total O content in the steel, the area in the steel 100 μ
There is a tendency that the number of sulfide-based inclusions having a size of m 2 or more per 1 mm 2 of the tested area is small, and it is effective to reduce the oxygen content in steel in order to reduce coarse sulfide-based inclusions. I know there is.

【0025】これは以下の理由にあるものと考えられ
る。一般に鋼中酸素濃度が低い鋼ほど、鋼中に生成残存
する酸化物系介在物は微細なものが多くなる。鋼中の硫
化物系介在物は酸化物を核として生成するので、酸素濃
度の低い鋼ほど硫化物も微細なものが多くなる。この結
果、鋼中S濃度が等しく酸素濃度の異なる鋼では、鋼中
酸素濃度が低いほど、酸化物及び硫化物系介在物とも
に、鋼中酸素濃度の高い鋼よりも小型化・微細化される
傾向にある。従って、鋼中酸素濃度が低ければ粗大な硫
化物系介在物が少なくなるのである。
This is considered to be due to the following reasons. In general, the lower the oxygen concentration in steel, the more finely divided oxide-based inclusions that remain in the steel. Since the sulfide-based inclusions in the steel form with oxides as nuclei, the smaller the oxygen concentration of the steel, the greater the amount of fine sulfides. As a result, in steels having the same S concentration in steel and different oxygen concentrations, the lower the oxygen concentration in the steel, the smaller the oxide and sulfide inclusions become than the steel having the higher oxygen concentration in the steel. There is a tendency. Therefore, if the oxygen concentration in the steel is low, coarse sulfide-based inclusions are reduced.

【0026】次に、ショットピーニングを施さない場合
及び強力ショットピーニング(0.30C)を施した場
合の歯車疲労試験による疲労限(kgf・m)と、鋼中
の面積100μm2 以上の硫化物系介在物の被検面積1
mm2 あたりの個数との関係を把握した。その関係を図
5に示す。
Next, the fatigue limit (kgf · m) in a gear fatigue test when shot peening is not applied and when strong shot peening (0.30 C) is applied, and a sulfide system having an area of 100 μm 2 or more in steel Area to be inspected for inclusion 1
The relationship with the number per mm 2 was grasped. The relationship is shown in FIG.

【0027】図5より、鋼中における面積100μm2
以上の硫化物系介在物の被検面積1mm2 あたりの個数
を低減すると、ショットピーニングを施さない場合には
疲労限はほとんど変わらないものの、アークハイト0.
30Cのショットピーニングを施した場合には疲労限が
著しく向上することが確認された。
From FIG. 5, the area in steel is 100 μm 2.
When the number of sulfide-based inclusions per 1 mm 2 of the tested area is reduced, the fatigue limit is almost unchanged when shot peening is not performed, but the arc height of 0.
It was confirmed that the fatigue limit was remarkably improved when shot peening was performed at 30C.

【0028】そして、表3,図4及び図5から明らかな
ように、鋼中に面積100μm2 以上の粗大な硫化物系
介在物が被検面積1mm2 あたり5個以下であれば、ア
ークハイト0.30Cのショットピーニングを行った場
合に疲労強度が著しく向上する。
As is clear from Table 3, FIG. 4 and FIG. 5, if the number of coarse sulfide inclusions having an area of 100 μm 2 or more in the steel is 5 or less per 1 mm 2 of the test area, the arc height Fatigue strength is remarkably improved when shot peening is performed at 0.30C.

【0029】なお、図3の介在物写真からも明らかなよ
うに、実際にフィッシュアイ破壊の起点となる硫化物系
介在物の寸法は面積100μm2 を大きく上回ってお
り、従って疲労強度と、より密接に関連付けられる条件
としては、より大きい寸法の介在物個数を規定すること
が好ましいともいえる。しかし、そのためには、より広
い被検面積を必要とし、実質的に画像処理による検査が
困難になる恐れがある。従って、本発明では疲労強度を
実用的レベルに向上させることができる範囲として、面
積100μm2 以上の介在物が被検面積1mm2 あたり
5個以下なる条件に規定しているのである。
As is clear from the inclusion photograph of FIG. 3, the size of the sulfide-based inclusion, which is the starting point of fisheye fracture, is much larger than the area of 100 μm 2 , and therefore the fatigue strength and It can be said that it is preferable to define the number of inclusions having a larger size as a condition closely related to each other. However, for that purpose, a wider test area is required, which may substantially make the inspection by image processing difficult. Therefore, in the present invention, as a range in which the fatigue strength can be improved to a practical level, the number of inclusions having an area of 100 μm 2 or more is 5 or less per 1 mm 2 of the tested area.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、鋼の化学
成分・組成を規定すると共に、鋼中の硫化物系介在物の
サイズと個数とを限定することにより、ショットピーニ
ングの効果を著しく増加させることが可能となり、安価
でかつ歯車等の各種機械構造部品に適用した場合に十分
な疲労強度を得ることができるショットピーニング処理
型の高疲労強度肌焼鋼が提供される。
As described above, according to the present invention, the chemical composition and composition of steel are defined, and the size and number of sulfide-based inclusions in the steel are limited to improve the effect of shot peening. Provided is a shot peening type high fatigue strength case hardening steel which can be remarkably increased and which is inexpensive and can obtain sufficient fatigue strength when applied to various machine structural parts such as gears.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明鋼及び比較鋼の歯車疲労試験結果を示す
図。
FIG. 1 is a diagram showing the results of gear fatigue tests of the present invention steel and comparative steel.

【図2】本発明鋼のフィッシュアイ破壊した歯車の破壊
起点を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す金属組織
写真。
FIG. 2 is a metallographic photograph showing a result of observing a fracture starting point of a gear of the invention steel, which is subject to fisheye fracture, with a scanning electron microscope.

【図3】比較鋼のフィッシュアイ破壊した歯車の破壊起
点を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す金属組織写
真。
FIG. 3 is a metallographic photograph showing a result of observing a fracture starting point of a gear in which the fish eye of the comparative steel is fractured by a scanning electron microscope.

【図4】鋼中酸素含有量と面積100μm2 以上の硫化
物系介在物の被検面積1mm2あたりの個数との関係を
示す図。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the oxygen content in steel and the number of sulfide-based inclusions having an area of 100 μm 2 or more per 1 mm 2 of the tested area.

【図5】面積100μm2 以上の硫化物系介在物の被検
面積1mm2 あたりの個数と疲労限との関係を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the number of sulfide-based inclusions having an area of 100 μm 2 or more per 1 mm 2 of the tested area and the fatigue limit.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 重量%で、C:0.1〜0.3%、S
i:0.05〜0.5%、Mn:0.4〜1.5%、
P:0.02%以下、S:0.02%以下、Cr:0.
2〜1.5%、Sol.Al:0.015〜0.05
%、Total N:0.005〜0.020%、To
tal O:0.0010%以下を含有し、混入するT
i、Nb、Zrをいずれも0.005%以下とし、残部
Fe及び不可避不純物からなり、面積100μm2 以上
の硫化物系介在物が被検面積1mm2あたり5個以下で
あることを特徴とするショットピーニング処理型の高疲
労強度肌焼鋼。
1. By weight%, C: 0.1 to 0.3%, S
i: 0.05 to 0.5%, Mn: 0.4 to 1.5%,
P: 0.02% or less, S: 0.02% or less, Cr: 0.
2 to 1.5%, Sol. Al: 0.015 to 0.05
%, Total N: 0.005-0.020%, To
tal O: T containing 0.0010% or less and mixed in
All of i, Nb, and Zr are 0.005% or less, the balance is Fe and unavoidable impurities, and the number of sulfide inclusions having an area of 100 μm 2 or more is 5 or less per 1 mm 2 of the test area. Shot peening type fatigue hardening case hardening steel.
【請求項2】 重量%で、C:0.1〜0.3%、S
i:0.05〜0.5%、Mn:0.4〜1.5%、
P:0.02%以下、S:0.02%以下、Cr:0.
2〜1.5%、Sol.Al:0.015〜0.05
%、Total N:0.005〜0.020%、To
tal O:0.0010%以下を含有し、混入するT
i、Nb、Zrをいずれも0.005%以下とし、さら
にCu:0.1〜0.5%、Ni:0.2〜2.5%、
Mo:0.1〜0.5%のうち1種または2種以上を含
有し、残部Fe及び不可避不純物からなり、面積100
μm2以上の硫化物系介在物が被検面積1mm2 あたり
5個以下であることを特徴とするショットピーニング処
理型の高疲労強度肌焼鋼。
2. C: 0.1-0.3% by weight, S
i: 0.05 to 0.5%, Mn: 0.4 to 1.5%,
P: 0.02% or less, S: 0.02% or less, Cr: 0.
2 to 1.5%, Sol. Al: 0.015 to 0.05
%, Total N: 0.005-0.020%, To
tal O: T containing 0.0010% or less and mixed in
i, Nb, and Zr are all set to 0.005% or less, and Cu: 0.1 to 0.5%, Ni: 0.2 to 2.5%,
Mo: One or more of 0.1 to 0.5% is contained, the balance is Fe and unavoidable impurities, and the area is 100.
Shot peening type high fatigue strength case hardening steel, characterized in that the number of sulfide-based inclusions having a size of μm 2 or more is 5 or less per 1 mm 2 of the test area.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09176784A (en) * 1995-12-25 1997-07-08 Kobe Steel Ltd Case hardening steel excellent in fatigue characteristic and machinability

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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