JPS63195257A - Production of high strength member - Google Patents

Production of high strength member

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JPS63195257A
JPS63195257A JP2931587A JP2931587A JPS63195257A JP S63195257 A JPS63195257 A JP S63195257A JP 2931587 A JP2931587 A JP 2931587A JP 2931587 A JP2931587 A JP 2931587A JP S63195257 A JPS63195257 A JP S63195257A
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JP
Japan
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forging
less
carburizing
processing
quenching
Prior art date
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Application number
JP2931587A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinji Fushimi
伏見 慎二
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS63195257A publication Critical patent/JPS63195257A/en
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Abstract

PURPOSE:To improve strength, impact value, fatigue strength, etc., by subjecting a steel material with the specific ratios of C, Si, Mn, P, S, Al, N, etc., to a vacuum carburization and thereafter applying it to working and quenching in a hot area, etc. CONSTITUTION:The steel consisting of, by weight, 0.1-0.25% C, <=0.5% Si, 0.3-1.8% Mn, <=0.02% P, <=0.03% S, <=0.02% Al and <=0.02% N, and contg. at need, <=0.3% Cn and/or <=0.25% Ni, <=1.25% Cr and/or <=0.3% Mo with the balance Fe is melted to produce. Said steel material is subjected to the vacuum carburization and is applied to the working and quenching in the hot or warm area.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、表面が強化されており、高強度・高靭性であ
る鉄鋼部材(鉄鋼素材、鉄鋼部品および製品)を製造す
るのに利用される高強度部材の製造方法に関するもので
ある。
[Detailed Description of the Invention] [Objective of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention is directed to manufacturing steel members (steel materials, steel parts, and products) that have a reinforced surface and have high strength and toughness. The present invention relates to a method for manufacturing high-strength members used for

(従来の技術) 従来、鉄鋼材料や鉄鋼部品(製品)の表面を強化する方
法としては、浸炭焼入れ、窒化、軟窒化などがよく知ら
れている。
(Prior Art) Conventionally, carburizing and quenching, nitriding, nitrocarburizing, and the like are well known as methods for strengthening the surface of steel materials and steel parts (products).

これらのうち、浸炭焼入れは非常に有効な表面強化方法
であり、広く普及しているが、この浸炭焼入れは処理時
間が長いという欠点を有している。
Among these, carburizing and quenching is a very effective surface strengthening method and is widely used, but this carburizing and quenching has the disadvantage of a long processing time.

そのため、浸炭時間の短縮は古くからの課題であり、高
周波浸炭、真空浸炭などの高温浸炭(例えば、特開昭4
8−101328号公報に記載の技術)が開発されてい
る。
Therefore, shortening the carburizing time has been an issue for a long time, and high-temperature carburizing methods such as high-frequency carburizing and vacuum carburizing
8-101328) has been developed.

しかし、高温浸炭の欠点は結晶粒の粗大化による靭性の
低下にあり、この対策として結晶粒粗大化防止元素であ
るAll、Nb、Ti 、Zr等を添加した鋼を用いる
か、あるいは浸炭後にAI変態点を上下させる処理が必
要であり、コストアップの要因となっている。
However, the drawback of high-temperature carburizing is that the toughness decreases due to coarsening of the grains, and as a countermeasure to this problem, it is necessary to use steel containing elements such as All, Nb, Ti, Zr, etc. that prevent grain coarsening, or to use aluminum alloys after carburizing. Processing to raise or lower the transformation point is required, which increases costs.

一方、鉄鋼の強靭化技術の一つとして加工熱処理法があ
り、加工を加える時期によって、■変態前の加工、■変
態途中の加工、■変態後の加工の3種類に分けられる。
On the other hand, one of the techniques for toughening steel is the heat treatment method, which can be divided into three types depending on the timing of processing: 1) processing before transformation, 2) processing during transformation, and 2) processing after transformation.

そして、従来の加工熱処理法において、安定なオーステ
ナイト域温度で塑性加工を加えて焼入れする鍛造焼入れ
および準安定オーステナイト域温度で加工急冷するオー
スフォーミングならびに徐冷する制御圧延などは前記■
の変態前の加工熱処理に属し、パーライトまたはベイナ
イト変態途中で加工を加えて急冷するアイソフォーミン
グや、マルテンサイト変態中に加工を加えるサブゼロ加
工などは前記■の変態途中の加工熱処理に属し、パーラ
イトまたはベイナイト変態終了後に加工を加えるパテン
ティングや、マルテンサイトに加工を加えるマルフォー
ムなどは前記■の変態後の加工熱処理に属している。
In conventional processing heat treatment methods, forging quenching, which involves plastic working and quenching at a stable austenite temperature, ausforming, which involves rapid cooling at a metastable austenite temperature, and controlled rolling, which involves gradual cooling, are
Isoforming, which involves processing during the pearlite or bainite transformation and quenching, and subzero processing, which involves processing during the martensitic transformation, belong to the processing heat treatment before the transformation of pearlite or bainite. Patenting, which involves processing after the completion of bainite transformation, and marforming, which involves processing martensite, belong to the post-transformation heat treatment described in (2) above.

ところで、転造や鍛造によって製作された歯車は、従来
の切削によって製作された歯車に比較して次に示すよう
な利点を有しているといわれている。
By the way, gears manufactured by rolling or forging are said to have the following advantages over gears manufactured by conventional cutting.

(1)歯先にきわめてすぐれたファイバーフローが形成
されているため、負荷能力が増大すること。
(1) Extremely excellent fiber flow is formed at the tooth tip, increasing load capacity.

(2)歯の側面が容易にクラウニングできて。(2) The sides of the teeth can be easily crowned.

その結果負荷条件を改善できること。As a result, load conditions can be improved.

(3)歯切機械などの機械加工に比べて安価に製作でき
ること。
(3) It can be manufactured at a lower cost compared to mechanical processing such as gear cutting machines.

などである。etc.

このような利点を有している転造による歯車の製造法は
すでに公知である(例えば、特開昭59−225838
号公報)、また、精密鍛造による歯車の製造法もすでに
公知であり、なかには西ドイツのBLW法や、冷間およ
び温間鍛造法等が公知である。
A method for manufacturing gears by rolling that has such advantages is already known (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-225838
In addition, methods for manufacturing gears by precision forging are already known, including the West German BLW method and cold and warm forging methods.

これらのうち、BLW方式による歯車の精密鍛造の考え
方は、歯車の歯形を精密鍛造して黒皮のままで使用せん
とするもので、BLW社独自の技術で精密な歯車を鍛造
することに成功したものでアリ、ベベルギヤ、スパーギ
ヤなどにおいてかなり実用化されている。
Among these, the concept of precision forging of gears using the BLW method is to precision forge the tooth profile of the gear and not use it with the black skin intact, and BLW succeeded in forging precision gears using its unique technology. It has been put into practical use in dovetails, bevel gears, spur gears, etc.

しかしながら、上記の精密鍛造により製作した歯車では
、黒皮のままで使用しているため、このような歯車では
耐摩耗性に限界があり、低荷重域でしか使用できないた
め、浸炭焼入れが必要である。それゆえ、この浸炭焼入
れによって熱処理歪が発生して精密鍛造の意味が薄れて
しまうという問題点がある。
However, since the gears manufactured by precision forging described above are used with the black skin intact, such gears have limited wear resistance and can only be used in low load ranges, so carburizing and quenching is required. be. Therefore, there is a problem that heat treatment distortion occurs due to this carburizing and quenching, and the meaning of precision forging is diminished.

これに対して、冷間鍛造では精度の良い歯車の製造が可
能であるが、歯面の耐摩耗性および歯元強度を確保する
ため、通常は浸炭焼入れや浸炭・窒化処理等の表面硬化
が必要である。しかしながら、冷間鍛造によって強度に
塑性加工を加えた材料を浸炭温度(920℃前後)に加
熱すると、再結晶により結晶粒の粗大化が起る。このと
き、加工率が一定であれば一定の再結晶粒度になるが。
On the other hand, cold forging makes it possible to manufacture gears with high precision, but in order to ensure the wear resistance of the tooth surface and the strength of the tooth root, surface hardening such as carburizing and quenching or carburizing/nitriding treatment is usually required. is necessary. However, when a material that has been plastically worked for strength by cold forging is heated to a carburizing temperature (approximately 920° C.), crystal grains become coarse due to recrystallization. At this time, if the processing rate is constant, the recrystallized grain size will be constant.

歯車形状の場合には、歯先から歯先にかけて微妙な加工
率の変化があるため再結晶粒が一定せず。
In the case of gear shapes, the recrystallized grains are not constant because there are subtle changes in the machining rate from tooth tip to tooth tip.

混粒となり、ピッチング、スコーリング等の発生の原因
となるので、歯車として使用しがたい場合も生じ、歩留
りが低下してコスト上昇の原因となるという問題点があ
った。
Since the grains become mixed and cause pitching, scoring, etc., it may be difficult to use them as gears, resulting in lower yields and higher costs.

さらに、温間鍛造による精密歯車の製造技術もかなり進
んでいるが、この温間鍛造によって製作した歯車におい
ても高荷重域で使用する場合には浸炭焼入れや浸炭窒化
等の表面硬化処理が必要であり、せっかく高精度で成形
した歯車に対して熱処理歪を与えてしまうという問題点
を有していた。
Furthermore, although the manufacturing technology for precision gears by warm forging has advanced considerably, even gears manufactured by warm forging require surface hardening treatments such as carburizing and quenching or carbonitriding when used in high load ranges. However, there was a problem in that the gears, which had been molded with high precision, were subjected to heat treatment distortion.

さらに、高強度の歯車を製造する他の考え方として、中
・高炭素鋼(0,4〜0.6%C)を素材としてこれに
歯切加工を施し、次いで浸炭あるいは浸炭窒化処理を行
った後ベイナイト変態温度域(例えば235〜275℃
)に保持するいわゆるオーステンパー処理を行うことに
よって、歯車の芯部をベイナイト組織とし、表面をマル
テンサイト組織とする技術が公知である(熱処理技術協
会;第20回学術講演大会予稿集(昭和60年5月23
日)第49頁)。
Furthermore, another way to manufacture high-strength gears is to use medium- to high-carbon steel (0.4 to 0.6% C) as a raw material and perform gear cutting, followed by carburizing or carbonitriding. Post-bainite transformation temperature range (e.g. 235-275℃
) is a well-known technology to make the core of the gear a bainite structure and the surface a martensite structure by performing so-called austempering treatment (Heat Treatment Technology Association; Proceedings of the 20th Academic Conference (1988)). May 23,
(Japanese) page 49).

しかし、この歯車製造法によれば、歯切加工工程におけ
る素材の切削性が非常に悪く、量産歯車には適用し難い
という問題点を有していた。
However, this gear manufacturing method has a problem in that the machinability of the material in the gear cutting process is very poor, making it difficult to apply to mass-produced gears.

本発明者は、かって上述したような従来の問題点を解決
するために、表面処理効果が大きく、例えば表面硬さが
大であると共に、6部の靭性が大きく、疲労強度が大で
あって長期の使用を可能にし、加えて成形性にも著しく
優れた鉄鋼材料、鉄鋼部品(製品)の表面強化方法を提
案した(特願昭60−165966号)、この方法は、
素形材に対し、オーステナイト状態で浸炭または浸炭窒
化を行い、引き続き、その熱を利用してオーステナイト
を含む素材に対し鍛造等の加工を施し、その後焼入れす
る方法である。
In order to solve the conventional problems as described above, the present inventor has proposed a method that has a high surface treatment effect, such as a high surface hardness, a high toughness in the 6th part, and a high fatigue strength. We proposed a surface strengthening method for steel materials and steel parts (products) that enables long-term use and has outstanding formability (Japanese Patent Application No. 165966/1982).This method:
This is a method in which the material is carburized or carbonitrided in the austenitic state, and then the heat is used to perform processing such as forging on the austenite-containing material, followed by quenching.

この方法は上述のようなメリットを有しているが、加工
形状および素材の材質によっては、場所により加工率が
大きく異なるために組織が混粒になることがあり、この
ような鍛造等の加工の後に、直接焼入れを行うと、結晶
粒の大小により焼入れ性が異なるために硬さにむらが生
じることがあり、衝撃値すなわち靭性が低下する可能性
がないとはいえなかった。
Although this method has the above-mentioned advantages, depending on the processed shape and the material, the processing rate may vary greatly depending on the location, resulting in the structure becoming mixed grains. If direct quenching is performed after this, the hardness may vary depending on the size of the crystal grains, resulting in uneven hardness, and it cannot be ruled out that there is a possibility that the impact value, that is, the toughness, may decrease.

(発明が解決しようとする問題点) そこで、本発明者は、温間鍛造域(600〜1ioo℃
)温度から直接焼入れしたとしても組織が混粒とならな
いように成分調整した組成の鉄鋼素材、特にAlとNの
量を調整した成分組成のはだ焼用鉄鋼素材を開発し、こ
の鉄鋼素材に対して固型浸炭、ガス浸炭、ガス浸度窒化
等を施して表面強化することにより、加工を加えた後に
焼入れを行っても硬さにむらが生じない高強度部材の製
造方法を先に開発したが、前記の固型浸炭、ガス浸炭、
ガス浸度窒化などの表面強化法は本質的にCoガスによ
る浸炭となっていたため、Coガスから分解した02に
よってオーステナイト結晶粒界が酸化するいわゆる粒界
酸化(内部酸化)を発生することがあり、特に含Cr系
のはだ焼鋼では粒界酸化が著しくなる傾向にあるので、
その後ノ加工でマイクロクラックを生じて部品(製品)
の疲れ強さを低下させることがありうるという問題点が
あった。
(Problems to be Solved by the Invention) Therefore, the present inventor has developed a solution for warm forging (600 to 1ioo
) We have developed a steel material with a composition adjusted so that the structure does not become mixed grains even if it is directly quenched from the temperature, and in particular a steel material for case hardening with a composition with adjusted amounts of Al and N. By applying solid carburizing, gas carburizing, gas immersion nitriding, etc. to strengthen the surface, we developed a method for manufacturing high-strength parts that does not have uneven hardness even if quenched after processing. However, the solid carburizing, gas carburizing,
Since surface strengthening methods such as gas immersion nitriding essentially involve carburizing with Co gas, so-called grain boundary oxidation (internal oxidation), in which austenite grain boundaries are oxidized by 02 decomposed from Co gas, may occur. , especially in Cr-containing case hardening steel, grain boundary oxidation tends to be significant.
Parts (products) that develop microcracks during subsequent processing
There was a problem in that it could reduce the fatigue strength of people.

(発明の目的) 本発明は、上述した問題点に着目してなされたもので、
浸炭後にオーステナイト結晶粒界の酸化(内部酸化)が
生じず、疲れ強さが著しく良好である高強度部品(製品
)を得ることができる高強度部材の製造方法を提供する
ことを目的としているものである。
(Object of the invention) The present invention has been made by focusing on the above-mentioned problems.
The object of the present invention is to provide a method for manufacturing high-strength members that does not cause oxidation of austenite grain boundaries (internal oxidation) after carburizing and can yield high-strength parts (products) with extremely good fatigue strength. It is.

[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 本発明による高強度部材の製造方法は1重量%で、C:
o、10〜0.25%、Si:0.50%以下、Mn:
0.30〜1.8%、P:0.020%以下、S:0.
030%以下、Al:0.020%以下、N:0.02
0%以下、および必要に応じてCu:0.30%以下。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The method for manufacturing a high-strength member according to the present invention includes C: 1% by weight;
o, 10-0.25%, Si: 0.50% or less, Mn:
0.30-1.8%, P: 0.020% or less, S: 0.
030% or less, Al: 0.020% or less, N: 0.02
0% or less, and if necessary Cu: 0.30% or less.

Ni:0.25%以下のうちの1種または2種、同じく
必要に応じてCr:1.25%以下。
Ni: One or two of 0.25% or less, and Cr: 1.25% or less if necessary.

Mo:0.30%以下のうちの1種または2種、残部実
質的にFeよりなる鉄鋼素材に対して真空浸炭を施した
のち熱間ないしは温間域で加工を加えて焼入れするよう
にしたことを特徴としているものである。
A steel material consisting of one or two types of Mo: 0.30% or less, the remainder substantially Fe, is vacuum carburized and then processed and quenched in a hot or warm region. It is characterized by this.

次に1本発明による高強度部材の製造方法に適用される
上記鉄鋼素材の成分組成(重量%)の限定理由を説明す
る。
Next, the reason for limiting the composition (weight %) of the above-mentioned steel material applied to the method of manufacturing a high-strength member according to the present invention will be explained.

Cは部材(素材2部品、製品等)の強度を確保するため
に必要な元素であるが、本発明では、鉄鋼素材の表面に
真空浸炭を施した後鍛造等の加工を加えて焼入れするよ
うにしているので、通常の構造用部材におけるC量より
低目の0.10〜0.25%のはだ焼用鋼とした。
C is an element necessary to ensure the strength of parts (material parts, products, etc.), but in the present invention, after applying vacuum carburization to the surface of the steel material, processing such as forging is added and quenched. Therefore, the steel for case hardening was used with a C content of 0.10 to 0.25%, which is lower than that in ordinary structural members.

Siは脱酸のために添加されるが、過多に添加すると延
性を劣化させるので0.50%以下とすることが必要で
ある。
Si is added for deoxidation, but if added in excess, ductility deteriorates, so it is necessary to limit the amount to 0.50% or less.

Mnは凝固時の表面割れを防止するため少なくとも0.
30%を添加することが必要である。しかし、1.8%
を超えて添加すると焼入れ性向上元素であるため焼割れ
の危険が出てくるので上限を1.8%とすることが必要
である。
Mn is at least 0.00 to prevent surface cracking during solidification.
It is necessary to add 30%. However, 1.8%
If it is added in an amount exceeding 1.8%, there is a risk of quench cracking because it is an element that improves hardenability, so it is necessary to set the upper limit to 1.8%.

Pは鋼の延性を劣化させ、焼割れを助長するため0.0
20%以下とすることが必要である。
P is 0.0 because it deteriorates the ductility of steel and promotes quench cracking.
It is necessary to keep it below 20%.

Sは延性を劣化させるため、上限は0.030%とする
必要がある。
Since S deteriorates ductility, the upper limit needs to be 0.030%.

Aiは強力な脱酸剤として添加されるが。Ai is added as a strong deoxidizing agent.

0.020%を超えて添加すると鍛造後の焼入れ時にオ
ーステナイト粒が混粒となり、焼むら発生原因となるた
め上限を0.020%とする必要がある。
If added in excess of 0.020%, austenite grains become mixed during quenching after forging, causing uneven heating, so the upper limit needs to be 0.020%.

NはAfLとの結合力が強いために、鋼中に多量に含有
されると、脱酸剤としてのAMと結合して鍛造後の焼入
れ時にオーステナイトに混粒を生じ、焼むらの原因とな
るため、上限を0 、020%以下とする必要がある。
Since N has a strong binding force with AfL, if it is contained in a large amount in steel, it will combine with AM as a deoxidizing agent and cause mixed grains in austenite during quenching after forging, causing uneven quenching. Therefore, it is necessary to set the upper limit to 0.020% or less.

また、耐酸化性、耐候性付与のために、Cuを0.30
%以下、Niを0.25%以下の範囲でこれらの1種ま
たは2種を添加することも必要に応じて望ましい。
Additionally, in order to provide oxidation resistance and weather resistance, 0.30% of Cu was added.
% or less, and it is also desirable to add one or two of these Ni in an amount of 0.25% or less, if necessary.

さらに、機・械的性質の改善のために、Crを1.25
%以下1M00を0.30%以下の範囲でこれらの1種
または2種を添加することも必要に応じて望ましい、こ
の場合、Cr 、 M O量が前記した上限を超えると
焼割れが発生するおそれが出てくる。
Furthermore, in order to improve mechanical properties, Cr was added to 1.25
If necessary, it is desirable to add one or two of these in the range of 0.30% or less. Fear arises.

本発明による高強度部材の製造方法は、上記成分の鉄鋼
素材に対して真空浸炭を施したのち熱間ないしは温間域
で熱間鍛造や温間鍛造等の加工を加えて焼入れし、適宜
焼もどし等のための低温加熱を行うようにしたことを特
徴とするものである。
The method of manufacturing a high-strength member according to the present invention involves vacuum carburizing a steel material having the above components, and then quenching it by hot forging or warm forging in a hot or warm region. The feature is that low-temperature heating is performed for reconstitution and the like.

本発明の一実施悪様においては、上記成分組成の鉄鋼素
材に対して真空浸炭を全体的あるいは部分的に施したの
ち、その熱を利用して鍛造等の塑性加工を加え、加工を
加えたまま、あるいはその後直ちにMs点以下まで急冷
して焼入れする。
In one embodiment of the present invention, a steel material having the above-mentioned composition is subjected to vacuum carburization in whole or in part, and then plastic processing such as forging is applied using the resulting heat. The material may be left as is or immediately thereafter rapidly cooled to below the Ms point and quenched.

また、本発明の他の実施態様においては、上記成分組成
の鉄鋼素材に対して真空浸炭を全体的あるいは部分的に
施したのち、400〜700℃程度に急冷して前記オー
ステナイトの変態途中で鍛造等の塑性加工を加え、前記
変態が完了する以前より望ましくは50%変態が終了す
る以前に急冷して焼入れする。
In another embodiment of the present invention, the steel material having the above-mentioned composition is subjected to vacuum carburization in whole or in part, then rapidly cooled to about 400 to 700°C, and then forged during the transformation of the austenite. etc., and then rapidly cooled and quenched before the transformation is completed, preferably before 50% transformation is completed.

本発明のさらに他の実施態様においては、上記成分組成
の鉄鋼素材に対して真空浸炭を全体的あるいは部分的に
施したのち、直ちにもしくは所定の温度まで冷却したあ
と鍛造等の塑性加工を加え、加工を加えたまま、あるい
は加工後にベイナイト温度域に保持してベイナイト変態
させたのち、冷却する恒温焼入れを行う。
In yet another embodiment of the present invention, the steel material having the above-mentioned composition is subjected to vacuum carburization in whole or in part, and then subjected to plastic working such as forging immediately or after cooling to a predetermined temperature. After processing or after processing, the material is held in the bainite temperature range to undergo bainite transformation, and then isothermal quenching is performed by cooling.

以下、第1図の恒温変態図(T、T、T、図)をもとに
してさらに詳しく説明する。
A more detailed explanation will be given below based on the isothermal transformation diagram (T, T, T, diagram) in FIG.

第1図に示すパターン■は、前記本発明の成分組成をも
つ鉄鋼素材(部品、製品等)に対し約1030℃で真空
浸炭を全体的もしくは部分的に施したのち、例えば加工
率50%で熱間鍛造を行い、約930℃で熱間鍛造を終
了したのち急冷(例えば60℃の油中に投入)して焼入
れを行うものである。
Pattern ■ shown in Figure 1 is a steel material (parts, products, etc.) having the composition of the present invention, which is vacuum carburized in whole or in part at about 1030°C, and then, for example, at a processing rate of 50%. Hot forging is performed, and after the hot forging is completed at about 930° C., it is rapidly cooled (for example, placed in oil at 60° C.) and quenched.

また、第1図に示すパターン■は、前記本発明の成分組
成をもつ鉄鋼素材に対し約930℃で真空浸炭を全体的
もしくは部分的に施したのち。
Furthermore, pattern (2) shown in FIG. 1 is obtained after the steel material having the composition of the present invention is subjected to vacuum carburization in whole or in part at about 930°C.

500〜700℃程度(図では約600℃)の流動層炉
あるいは中性塩浴炉等の恒温保持炉内に装入し、全体が
500〜700℃(図では約600℃)の温度となった
ときに温間鍛造を行ってオーステナイトからパーライト
への変態途中で加工を続け、加工後直ちに急冷(例えば
60℃の油中あるいは水中に投入)して焼入れを行うも
のである。
It is charged into a constant temperature furnace such as a fluidized bed furnace or a neutral salt bath furnace at a temperature of about 500 to 700°C (approximately 600°C in the figure), and the entire temperature reaches 500 to 700°C (approximately 600°C in the figure). At this time, warm forging is performed to continue processing during the transformation from austenite to pearlite, and immediately after processing, the material is rapidly cooled (for example, placed in oil or water at 60° C.) and quenched.

さらに、第1図に示すパターン■は、前記パターン■と
同様にして温間鍛造までを行い、温間鍛造後に200〜
300℃(図では約270℃)のベイナイト変態域に保
持したのち急冷して、6部をベイナイト化する恒温焼入
れを施すものである。
Furthermore, pattern (2) shown in FIG.
After being held in a bainitic transformation region of 300°C (approximately 270°C in the figure), it is rapidly cooled and isothermal quenching is performed to convert 6 parts into bainite.

(実施例) 重量%で、C:o、18%、Si:0.30%、Mn:
0.63%、P:0.015%、S二0.008%、C
r:1.02%、Al:0.019%、N:0.015
5%、残部実質的にFeよりなる鉄鋼素材に対し、93
0℃×6時間の真空浸炭(プロパンガス添加、有効硬化
層深さ0.6mm)を施し、引続きその熱を利用して当
該オーステナイト状態にある素材に対し、能力1600
トンの型鍛造機で鍛造加工(加工率は30%、50%、
70%)を加えて、シャルピー衝撃試験片用素材に成形
した。
(Example) In weight%, C: o, 18%, Si: 0.30%, Mn:
0.63%, P: 0.015%, S2 0.008%, C
r: 1.02%, Al: 0.019%, N: 0.015
93% for steel materials consisting of 5% and the remainder substantially Fe.
Vacuum carburizing (propane gas addition, effective hardened layer depth 0.6 mm) was performed at 0°C for 6 hours, and the heat was subsequently used to carburize the material in the austenitic state to a capacity of 1600.
Forging processing with a ton die forging machine (processing rate is 30%, 50%,
70%) and molded into a Charpy impact test piece material.

このとき、鍛造により成形されるシャルピー衝撃試験片
用素材の仕上り厚さ寸法が10mm±1mmとなるよう
に、鍛造素材の厚さを各々前記加工率に対応して14.
3mm、20.0mm。
At this time, the thickness of the forged material was adjusted to 14 mm in accordance with the processing rate so that the finished thickness of the Charpy impact test piece material formed by forging was 10 mm±1 mm.
3mm, 20.0mm.

33.3mmにしておき、上記の条件で真空浸炭したの
ち1回で厚さ10mm±1mmに鍛造加工し、片面には
深さ2mm、半径5mmのUノツチ部を形成させた。
The thickness was set to 33.3 mm, vacuum carburized under the above conditions, and then forged to a thickness of 10 mm±1 mm in one step, and a U-notch portion with a depth of 2 mm and a radius of 5 mm was formed on one side.

次に、上記鍛造により得られた各シャルピー衝撃試験片
用素材を820℃の中性塩浴中に1分間浸漬したのち、
80℃の油中に焼入れした。
Next, each Charpy impact test piece material obtained by the above forging was immersed in a neutral salt bath at 820°C for 1 minute, and then
Quenched in oil at 80°C.

次いで、前記各シャルピー衝撃試験片用素材から10m
m角X55mm長さに切り出して、中央部に半径5mm
のUノツチ部を有するシャルピー衝撃試験片を製作した
。したがって、各シャルピー衝撃試験片は、Uノツチ部
にも真空浸炭層が存在するものとなっている。
Next, 10 m from each Charpy impact test piece material.
Cut into m square x 55mm length, with a radius of 5mm in the center.
A Charpy impact test specimen having a U-notch portion was manufactured. Therefore, each Charpy impact test piece had a vacuum carburized layer also present at the U-notch.

また、参考のために加工率O%のものも用意したが、こ
の場合は削り出しにより製作して上記と同様に真空浸炭
・焼入れしたものとし、上記真空浸炭・鍛造加工・焼入
れした衝撃試験片と同様にUノツチ部にも真空浸炭層が
存在するようにして条件を合わせた。
In addition, for reference, we also prepared a model with a processing rate of 0%, but in this case, it was manufactured by machining, vacuum carburized and quenched in the same manner as above, and the impact test piece was vacuum carburized, forged and quenched as described above. Similarly, the conditions were adjusted so that a vacuum carburized layer also existed at the U-notch.

(比較例) 重量%で、C:O,18%、Si:0.30%、Mn:
0.63%、P:0.015%、S:o、ooa%、C
r:1.02%、A文:0.019%、N:0.015
5%、残部実質的にFeよりなる鉄鋼素材に対し、93
0℃×6時間のガス浸炭(RXガス浸炭、有効硬化層深
さ0.6mm)を施し、引続きその熱を利用して当該オ
ーステナイト状態にある素材に対し、能力1600)ン
の型鍛造機で鍛造加工(加工率は30%、50%、70
%)を加えて、シャルピー衝撃試験片用素材に成形した
(Comparative example) In weight%, C: O, 18%, Si: 0.30%, Mn:
0.63%, P: 0.015%, S: o, ooa%, C
r: 1.02%, A sentence: 0.019%, N: 0.015
93% for steel materials consisting of 5% and the remainder substantially Fe.
Gas carburizing (RX gas carburizing, effective hardening layer depth 0.6 mm) was carried out at 0°C for 6 hours, and then the material in the austenitic state was processed using a die forging machine with a capacity of 1,600 mm. Forging processing (processing rate is 30%, 50%, 70%
%) and molded into a Charpy impact test piece material.

このとき、鍛造により成形されるシャルピー衝撃試験片
用素材の仕上り厚さ寸法が10mm±1mmとなるよう
に、鍛造素材の厚さを各々前記加工率に対応して14.
3mm、20.0mm。
At this time, the thickness of the forged material was adjusted to 14 mm in accordance with the processing rate so that the finished thickness of the Charpy impact test piece material formed by forging was 10 mm±1 mm.
3mm, 20.0mm.

33.3mmにしておき、上記の条件でガス浸炭したの
ち1回で厚さ10mmth1mmに鍛造加工し、片面に
は深さ2mm、半径5mmのUノツチ部を形成させた。
33.3 mm, gas carburized under the above conditions, and then forged in one step to a thickness of 10 mm and 1 mm, and a U notch with a depth of 2 mm and a radius of 5 mm was formed on one side.

次に、上記鍛造により得られた各シャルピー衝撃試験片
用素材を820℃の中性塩浴中に1分間浸漬したのち、
80℃の油中に焼入れした。
Next, each Charpy impact test piece material obtained by the above forging was immersed in a neutral salt bath at 820°C for 1 minute, and then
Quenched in oil at 80°C.

次いで、前記各シャルピー衝撃試験片用素材から10m
m角X55mm長さに切り出して、中央部に半径5mm
のUノツチ部を有するシャルピー衝撃試験片を製作した
。したがって、各シャシく一衝撃試験片は、Uノツチ部
にもガス浸炭層が存在するものとなっている。
Next, 10 m from each Charpy impact test piece material.
Cut into m square x 55mm length, with a radius of 5mm in the center.
A Charpy impact test specimen having a U-notch portion was manufactured. Therefore, each chassis kuchi impact test piece had a gas carburized layer also present in the U-notch portion.

また、参考のために、加工率O%のものも用意したが、
この場合は削り出しにより製作して上記と同様にガス浸
炭・焼入れしたものとし、上記ガス浸炭会鍛造加工・焼
入れした衝撃試験片と同様にUノツチ部にもガス浸炭層
が存在するようにして条件を合わせた。
Also, for reference, we have prepared a model with a processing rate of 0%.
In this case, it was manufactured by machining, gas carburized and quenched in the same manner as above, and a gas carburized layer was also present in the U-notch part, similar to the gas carburized forged and quenched impact test piece. Matched the conditions.

(評価例) 前記実施例および比較例において製作した各シャルピー
衝撃試験片において浸炭部分の表面酸化状況を調べた。
(Evaluation Example) The surface oxidation status of the carburized portion of each Charpy impact test piece produced in the above examples and comparative examples was investigated.

この結果、比較例のRXガス浸炭品の場合には、オース
テナイト結晶粒界が表面から約l。
As a result, in the case of the RX gas carburized product of the comparative example, the austenite grain boundary was about 1 from the surface.

ILm酸化されており、ミクロクラック状に存在してい
ることが認められた。このようなものを高応力下で使用
すると応力集中が起こり、疲れ強さを著しく低下させる
ものとなる。そして、このようなものを温間域で鍛造す
るとミクロクラックが拡大され、クラックに発展する可
能性が大である。
It was observed that ILm was oxidized and existed in the form of microcracks. When such a material is used under high stress, stress concentration occurs, which significantly reduces fatigue strength. If such a material is forged in a warm region, there is a high possibility that the microcracks will be enlarged and develop into cracks.

これに対し、実施例の真空浸炭品の場合には、オーステ
ナイト結晶粒界が全く酸化されておらず、温間域での鍛
造にも適したものであることが確かめらた。
In contrast, in the case of the vacuum carburized product of the example, the austenite grain boundaries were not oxidized at all, and it was confirmed that the product was suitable for forging in a warm region.

次に、前記実施例および比較例において製作した各シャ
ルピー衝撃試験片を用いてシャルピー衝撃試験を行った
ところ、第2図に示す結果となった。
Next, a Charpy impact test was conducted using each of the Charpy impact test pieces produced in the Examples and Comparative Examples, and the results shown in FIG. 2 were obtained.

第2図に示すように、930℃でガス浸炭し。As shown in Figure 2, gas carburization was performed at 930°C.

引続き鍛造加工・焼入れした比較例の場合の衝撃値は、
加工率が変化してもほとんど変わっていないことが明ら
かである。これは、ガス浸炭によってオーステナイト結
晶粒界が酸化(内部酸化)していると共に、鍛造加工後
に組織が混粒となっているためである。
The impact value of the comparative example, which was subsequently forged and hardened, is as follows:
It is clear that there is almost no change even if the processing rate changes. This is because the austenite grain boundaries are oxidized (internal oxidation) due to gas carburizing, and the structure becomes mixed grain after forging.

これに対して、Ai量およびN量を規制した鉄鋼素材に
930℃で真空浸炭し、引続き鍛造加工・焼入れした本
発明実施例の場合の衝撃値は、加工率の上昇にほぼ比例
して衝撃値が著しく増大していることが明らかである。
On the other hand, in the case of the example of the present invention, in which a steel material with a controlled Ai content and N content was vacuum carburized at 930°C, and subsequently forged and quenched, the impact value increased almost in proportion to the increase in processing rate. It is clear that the value has increased significantly.

これは、真空浸炭を施したことがらオーステナイト結晶
粒界の酸化を阻止できると共に、鍛造加工後に組織が混
粒となるのを阻止できたことによるものである。
This is because vacuum carburizing was able to prevent oxidation of austenite grain boundaries and also prevent the structure from becoming mixed grains after forging.

一方、前記各シャルピー衝撃試験片の表面残留応力をX
線法により測定したところ、第3図に示す結果が得られ
た。
On the other hand, the surface residual stress of each Charpy impact test piece is
When measured by the line method, the results shown in FIG. 3 were obtained.

第3図に示すように、本発明の実施例の場合には、表面
の残留応力が−130〜−150Kg/mm2であり、
疲れ強さは比較例の場合に比べて約3倍に向上すること
が確められた。
As shown in FIG. 3, in the case of the embodiment of the present invention, the residual stress on the surface is -130 to -150 Kg/mm2,
It was confirmed that the fatigue strength was approximately three times higher than that of the comparative example.

[発明の効果] 以上説明してきたように、本発明による高強度部材の製
造方法は、重量%で、C:0.lO〜0.25%、Si
:0.50%以下、Mn:0.30〜1.8%、P:0
.020%以下。
[Effects of the Invention] As explained above, the method for manufacturing a high-strength member according to the present invention has C:0. lO ~ 0.25%, Si
: 0.50% or less, Mn: 0.30-1.8%, P: 0
.. 020% or less.

S:0.030%以下、A文:0.020%以下、N:
0.020%以下、および必要に応じてCu:0.30
%以下、Ni:0.25%以下のうちの1種または2種
、同じく必要に応じてCr:1.25%以下、Mo:0
.30%以下のうちの1種または2種、残部実質的にF
eよりなる鉄鋼素材に対して真空浸炭を施したのち熱間
ないしは温間域で加工を加えて焼入れするようにしたか
ら、浸炭後にオーステナイト結晶粒界の酸化(内部酸化
)が生じず、浸炭後に温間鍛造域(600〜1100℃
)から加工拳焼入れしたとしても組織が混粒とならない
ため焼入れ後の硬さにむらが生じず、強度、衝撃値およ
び疲れ強さなどが大幅に向上した高強度部材(素材1部
品、製品)を得ることが可能であるという非常に優れた
効果がもたらされる。
S: 0.030% or less, A sentence: 0.020% or less, N:
0.020% or less, and Cu: 0.30 as necessary
% or less, Ni: one or two of 0.25% or less, Cr: 1.25% or less, Mo: 0
.. 30% or less of one or two of the following, the remainder being substantially F
Since the steel material made of E is vacuum carburized and then processed and quenched in a hot or warm region, oxidation of austenite grain boundaries (internal oxidation) does not occur after carburizing, and Warm forging area (600~1100℃
) High-strength parts (1 material part, product) with significantly improved strength, impact value, fatigue strength, etc., with no unevenness in hardness after quenching because the structure does not become mixed grains even if quenched This brings about a very good effect in that it is possible to obtain the following.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明による高強度部材の製造方法におけるヒ
ートパターンを例示する説明図、第2図はシャルピー衝
撃試験片の加工率とシャルピー衝撃値との関係を調べた
結果を例示するグラフ、第3図は加工率と残留応力との
関係を調べた結果を例示するグラフである。 特許出願人     日産自動車株式会社代理人弁理士
    小  塩   間第1図 、        日令 間       (Sec)
第2図 加工鼻(%) 第3図 加工卆 (%)
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a heat pattern in the method of manufacturing a high-strength member according to the present invention; FIG. FIG. 3 is a graph illustrating the results of examining the relationship between processing rate and residual stress. Patent Applicant Nissan Motor Co., Ltd. Representative Patent Attorney Oshio Ma Figure 1, Hirai Ma (Sec)
Figure 2: Processed nose (%) Figure 3: Processed nose (%)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)重量%で、C:0.10〜0.25%、Si:0
.50%以下、Mn:0.30〜1.8%、P:0.0
20%以下、S:0.030%以下、Al:0.020
%以下、N:0.020%以下、および必要に応じてC
u:0.30%以下、Ni:0.25%以下のうちの1
種または2種、同じく必要に応じてCr:1.25%以
下、Mo:0.30%以下のうちの1種または2種、残
部実質的にFeよりなる鉄鋼素材に対して真空浸炭を施
したのち熱間ないしは温間域で加工を加えて焼入れする
ことを特徴とする高強度部材の製造方法。
(1) In weight%, C: 0.10-0.25%, Si: 0
.. 50% or less, Mn: 0.30-1.8%, P: 0.0
20% or less, S: 0.030% or less, Al: 0.020
% or less, N: 0.020% or less, and C as necessary
One of u: 0.30% or less, Ni: 0.25% or less
Vacuum carburizing is applied to a steel material consisting of Cr: 1.25% or less, Mo: 0.30% or less, and the remainder substantially Fe. A method of manufacturing a high-strength member, which is then subjected to processing and quenching in a hot or warm region.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH02149643A (en) * 1988-11-30 1990-06-08 Kobe Steel Ltd Case hardening steel for warm forging
JP2006322036A (en) * 2005-05-18 2006-11-30 Kobe Steel Ltd Vacuum-carburized parts and manufacturing method therefor
JP2007291486A (en) * 2005-08-24 2007-11-08 Daido Steel Co Ltd Carburized parts
JP2012172838A (en) * 2011-02-24 2012-09-10 Suzuki Motor Corp Power transmission device for outboard motor
JP2019127623A (en) * 2018-01-25 2019-08-01 トヨタ自動車株式会社 Production method of steel member

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