KR101482473B1 - 침탄용 강, 침탄강 부품 및 그 제조 방법 - Google Patents

침탄용 강, 침탄강 부품 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

침탄용 강 및 강부와 상기 강부의 외면에 생성한 두께 0.4㎜ 초과 2㎜ 미만의 침탄층을 구비하는 침탄강 부품으로서, 침탄용 강 및 침탄강 부품의 강부의 화학 성분이, 경도 지표의 식과, 켄칭성 지표의 식과, TiC 석출량 지표의 식을 동시에 만족한다.

Description

침탄용 강, 침탄강 부품 및 그 제조 방법{STEEL FOR CARBURIZING, CARBURIZED STEEL COMPONENT, AND METHOD FOR PRODUCING SAME}
본 발명은 냉간 단조 시의 변형 저항이 작고, 한계 가공률이 크며, 그리고, 침탄 열처리 후에, 종래 강과 동등한 경화층 및 강부 경도를 갖는 침탄용 강, 침탄강 부품 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본원은, 2011년 02월 10일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2011-027278호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
기계 구조용 부품에 사용되는 강은, 일반적으로, Mn, Cr, Mo 및 Ni 등을 조합하여 첨가된다. 이러한 화학 성분을 갖고, 주조, 단조, 압연 등에 의해 제조된 침탄용 강은, 단조, 절삭 등의 기계 가공에 의해 성형되고, 그리고, 침탄 등의 열처리가 실시되어, 표층부의 경화층인 침탄층과 침탄 처리의 영향이 미치지 않는 모재인 강부를 구비하는 침탄강 부품이 된다.
이 침탄강 부품을 제조하는 비용 중, 절삭 가공에 관계되는 비용이 매우 크다. 절삭 가공은 절삭의 공구가 고가일뿐만 아니라, 절삭칩을 다량으로 생성하기 때문에, 수율의 관점에서도 불리하다. 이로 인해, 절삭 가공을 단조로 치환하는 것이 시도되고 있다. 단조 방법은 열간 단조, 온간 단조, 냉간 단조로 대별할 수 있다. 온간 단조는 스케일의 발생이 적고, 열간 단조보다도 치수 정밀도가 개선된다고 하는 특징이 있다. 또한 냉간 단조는 스케일의 발생이 없고, 치수 정밀도가 절삭에 가깝다는 특징이 있다. 따라서, 열간 단조로 대략적인 가공을 행한 후에 냉간 단조로 마무리 가공을 행하는 것, 온간 단조를 행한 후에 마무리로서 경도의 절삭을 행하는 것, 또는, 냉간 단조만으로 성형을 행하는 것 등이 검토되어 왔다. 그러나, 절삭 가공을 온간 또는 냉간 단조로 치환함에 있어서, 침탄용 강의 변형 저항이 크면, 금형에 가해지는 면압이 증가하여, 금형 수명이 저하하기 때문에, 절삭에 대한 비용 장점이 작아진다. 혹은 복잡한 형상으로 성형하는 경우, 큰 가공이 가해지는 부위에 균열이 발생하는 등의 문제가 발생한다. 이로 인해, 침탄용 강의 연질화나 한계 가공률의 향상을 도모하기 위해서 여러 가지의 기술이 검토되어 왔다.
예를 들어, 특허문헌 1 및 특허문헌 2에는, Si 및 Mn 함유량을 저감함으로써 침탄용 강의 연질화를 도모하고, 냉간 단조성을 향상시킨 침탄용 강의 발명이 기재되어 있다. 이들 침탄용 강은, 침탄 후의 강부 경도와 유효 경화층 깊이(비커스 경도가 HV550 이상이 되는 깊이)에 대하여 충분하고, 침탄강 부품으로서 만족하는 성능을 갖고 있다. 그러나, 단조시의 변형 저항의 대폭적인 저감이라고 하는 점에서는 불충분하다. 이에 비해 특허문헌 3에는, 종래의 침탄용 강보다도 C 함유량을 대폭 저감하여, 0.001% 내지 0.07% 미만으로 함으로써, 열간, 온간 및 냉간 단조 시의 변형 저항을 대폭 저감하고, 그리고, C 이외의 첨가 원소의 함유량을 조정함으로써, C 함유량의 저감에 기인하여 감소하는 침탄 후의 유효 경화층을 개선한 침탄용 강의 발명이 기재되어 있다. 그러나, 이 침탄용 강은 C 함유량이 너무 낮기 때문에 강으로서의 경도가 저하하고, 침탄의 영향이 미치지 않는 침탄강 부품의 강부에서의 경도가 부족하다. 따라서 범용성에 제한이 있다는 문제가 있다. 특허문헌 4에는, 형상이 막대선 형상인 침탄용 강의 표층부의 금속 조직을 구상화 어닐링에 의해 개선함으로써, 가공률이 큰 냉간 단조에도 제공하는 것이 가능한 연성이 우수한 침탄용 강의 발명이 기재되어 있다. 이 침탄용 강은 한계 가공률의 개선이 도모되고, 냉간 단조 시에 발생하는 균열을 방지할 수 있다. 또한 침탄 후의 강부 경도와 유효 경화층 깊이에 관해서도, 침탄강 부품으로서 만족하는 성능을 갖고 있다. 그러나, 이 침탄용 강은, 단조시의 변형 저항의 저감이라고 하는 점에서는 효과가 없고, 단조 하중의 저감, 금형 수명의 개선 등에 대하여 개선의 여지가 있다.
이상에서, 단조시의 변형 저항이 대폭적인 저감, 한계 가공률의 개선, 침탄강 부품으로서의 성능, 특히 유효 경화층 깊이와 강부 경도의 확보에 관해서, 모두를 만족시키는 특성을 갖는 기술은 눈에 띄지 않는 것이 실정이다.
일본 특허 공개 평성 11-335777호 공보 일본 특허 공개 2001-303172호 공보 일본 특허 공개 2009-108398호 공보 일본 특허 공개 2001-240941호 공보
본 발명의 일 실시 형태는, 상기한 실정을 감안하여, 침탄용 강의 단계에서, 종래 강보다도 냉간 단조 시의 변형 저항이 작고, 한계 가공률이 크며, 그리고, 침탄 열처리 후에, 종래 강과 동등한 경화층 및 강부 경도를 갖는 침탄용 강, 침탄강 부품 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이하, 특별히 언급하지 않는 한, 간단히 「단조」란 「냉간 단조」를 의미한다.
본 발명자는, 이와 같은 과제를 해결하기 위해서 상세한 검토를 행한 결과, 이하의 지식을 얻었다. 침탄용 강의 경도를 저감하여 한계 가공률을 향상시키기 위해서는, 가능한 한 C 함유량을 저감할 필요가 있다. 한편, 침탄강 부품으로서 최저한 필요한 강부 경도를 얻기 위해서는, C 함유량의 하한량이 존재하고, C 함유량을 목적 범위로 제어할 필요가 있다. 이러한 종래 강보다도 C 함유량이 적은 성분계에서, 침탄강 부품으로서 필요로 하는 강부 경도를 얻기 위해서 켄칭성을 확보하는 것과, 침탄용 강으로서 경도의 저감을 도모하는 것의 양쪽을 만족시키기 위해서는, B 첨가에 의해 얻어지는 켄칭성 향상의 효과를 활용함과 함께, 본 발명자가 유도한 켄칭성 지표와 경도 지표를 동시에 만족시키는 화학 성분일 필요가 있다. 또한, B 첨가에 의한 켄칭성 향상의 효과를 안정하게 얻기 위해서, 또한, 침탄시의 결정립 조대화를 방지하기 위해서는, 본 발명자가 유도한 TiC 석출량 지표를 만족시킬 필요가 있다.
본 발명의 요지는, 다음과 같다.
(1) 본 발명의 일 실시 형태에 따른 침탄용 강은, 화학 성분이, 질량%로, C: 0.07% 내지 0.13%, Si: 0.0001% 내지 0.50%, Mn: 0.0001% 내지 0.80%, S: 0.0001% 내지 0.100%, Cr: 1.30%초과 내지 5.00%, B: 0.0005% 내지 0.0100%, Al: 0.0001% 내지 1.0%, Ti: 0.010% 내지 0.10%를 함유하고, N: 0.0080% 이하, P: 0.050% 이하, O: 0.0030% 이하로 제한하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 상기 화학 성분 중의 각 원소의 질량%로 나타낸 함유량이, 경도 지표로서 하기의 수학식 1, 켄칭성 지표로서 하기의 수학식 2 및 TiC 석출량 지표로서 하기의 수학식 3을 동시에 만족시킨다.
Figure 112013021737424-pct00001
Figure 112013021737424-pct00002
Figure 112013021737424-pct00003
(2) 상기 (1)에 기재된 침탄용 강으로서, 상기 화학 성분이, 또한, 질량%로, Nb: 0.002% 내지 0.100%, V: 0.002% 내지 0.20%, Mo: 0.005% 내지 0.50%, Ni: 0.005% 내지 1.00%, Cu: 0.005% 내지 0.50%, Ca: 0.0002% 내지 0.0030%, Mg: 0.0002% 내지 0.0030%, Te: 0.0002% 내지 0.0030%, Zr: 0.0002% 내지 0.0050%, Rare Earth Metal: 0.0002% 내지 0.0050%, Sb: 0.002% 내지 0.050% 중 적어도 하나를 함유하고, 상기 경도 지표가 상기 수학식 1 대신에 하기의 수학식 4로, 상기 켄칭성 지표가 상기 수학식 2 대신에 하기의 수학식 5로, 정의되어도 된다.
Figure 112013021737424-pct00004
Figure 112013021737424-pct00005
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 침탄용 강으로서, 금속 조직이, 면적%로, 페라이트와 펄라이트를, 합계, 85% 이상 100% 이하 포함해도 된다.
(4) 상기 (3)에 기재된 침탄용 강으로서, 상기 금속 조직이, 면적%로, 상기 페라이트와 구상화 시멘타이트를, 합계, 85% 이상 100% 이하 포함해도 된다.
(5) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 침탄용 강으로서, 형상이, 길이 방향과 직교하는 절단면이 원형으로 되는 막대 형상 또는 선 형상이며, 둘레면으로부터 상기 절단면의 중심까지의 거리를 단위 ㎜로 r이라고 하면, 둘레면으로부터 r×0.01까지의 영역인 표층부의 금속 조직이, 면적%로, 페라이트와 펄라이트를, 합계, 10% 이하로 제한하고, 잔량부가 마르텐사이트, 베이나이트, 템퍼링 마르텐사이트, 템퍼링 베이나이트 및 시멘타이트 중 적어도 하나를 포함해도 된다.
(6) 상기 (5)에 기재된 침탄용 강으로서, 상기 표층부의 상기 금속 조직에 포함되는 시멘타이트 중, 90% 이상 100% 이하가, 어스팩트비 3 이하의 시멘타이트이어도 된다.
(7) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 침탄용 강의 제조 방법으로서: 주조편을 얻는 주조 공정과 ; 상기 주조편을, 열간 소성 가공하여 열간 가공 강재를 얻는 열간 가공 공정과 ; 상기 열간 가공 공정 후에, 상기 열간 가공 강재의 표면 온도가 800℃ 내지 500℃로 되는 온도 범위를 0℃/초 초과 1℃/초 이하의 냉각 속도로 서냉하는 서냉 공정;을 가져도 된다.
(8) 상기 (1) 내지 4) 및 (7) 중 어느 한 항에 기재된 침탄용 강의 제조 방법으로서, 상기 서냉 공정 후의 상기 열간 가공 강재에, 또한, 구상화 열처리를 실시하는 구상화 열처리 공정을 가져도 된다.
(9) 상기 (1), (2) 및 (5) 중 어느 한 항에 기재된 침탄용 강의 제조 방법으로서: 주조편을 얻는 주조 공정과 ; 상기 주조편을, 최종 마무리 압연의 출구측에서 표면 온도가 700℃ 내지 1000℃로 되는 조건으로 제어하여 열간 압연을 행하여 열간 제어 압연 강재를 얻는 열간 제어 압연 공정과 ; 상기 열간 제어 압연 공정 후에, 상기 열간 제어 압연 강재의 표면 온도가 0℃ 초과 500℃ 이하로 되도록 급냉하는 급냉 공정과 ; 상기 급냉 공정 후의 상기 열간 제어 압연 강재를 적어도 1회 이상 복열(復熱)시키는 복열 공정;을 가져도 된다.
(10) 상기 (1), (2), (5), (6) 및 (9) 중 어느 한 항에 기재된 침탄용 강의 제조 방법으로서, 상기 복열 공정 후의 상기 열간 제어 압연 강재에, 또한, 구상화 열처리를 실시하는 구상화 열처리 공정을 가져도 된다.
(11) 본 발명의 일 실시 형태에 따른 침탄강 부품은, 강부와, 상기 강부의 외면에 생성된 두께 0.4㎜ 초과 2㎜ 미만의 침탄층을 구비하는 침탄강 부품으로서: 상기 침탄층에 있어서, 표면으로부터 깊이 50㎛의 위치에서의 비커스 경도가 HV650 이상 HV1000 이하고, 상기 표면으로부터 깊이 0.4㎜의 위치에서의 비커스 경도가 HV550 이상 HV900 이하이며, 또한, 상기 표면으로부터 깊이 0.4㎜의 위치에서의 금속 조직이, 면적%로, 마르텐사이트를 90% 이상 100% 이하 포함하고; 상기 표면으로부터 깊이 2㎜의 위치의 상기 강부에 대해서, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 상기 화학 성분으로 이루어지고, 또한, 비커스 경도가 HV250 이상 HV500 이하이다.
(12) 상기 (11)에 기재된 침탄용 강의 제조 방법으로서: 상기 침탄용 강에, 냉간 소성 가공을 실시하여 형상을 부여하는 냉간 가공 공정과 ; 상기 냉간 가공 공정 후의 상기 침탄용 강에, 침탄 처리, 또는 침탄질화 처리를 실시하는 침탄 공정과 ; 상기 침탄 공정 후에, 켄칭 처리, 또는 켄칭·템퍼링 처리를 실시하는 마무리 열처리 공정;을 가져도 된다.
(13) 상기 (11) 또는 (12)에 기재된 침탄용 강의 제조 방법으로서, 상기 냉간 가공 공정 후이고 상기 침탄 공정 전에, 또한, 절삭 가공을 실시하여 형상을 부여하는 절삭 공정을 가져도 된다.
본 발명의 상기 형태에 따른, 침탄용 강, 침탄강 부품 및 그 제조 방법에 따르면, 침탄용 강의 단계에서, 종래 강보다도 냉간 단조 시의 변형 저항이 작고, 한계 가공률이 크며, 그리고, 침탄 열처리 후에, 종래 강과 동등한 경화층 및 강부 경도를 갖는 침탄용 강, 침탄강 부품 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다. 그 결과, 종래, 열간 단조-노멀라이징-절삭-침탄 등의 공정에 의해 제조되고 있던 기어 등의 형상을 갖는 침탄강 부품을, 냉간 단조-침탄 공정으로 제조할 수 있다. 이에 의해, 절삭 비용이 저감하고, 수율이 향상하며, 게다가, 종래 절삭으로는 제조할 수 없었던 형상의 침탄강 부품을 냉간 단조로 제조하는 것이 가능하게 된다. 또한, 종래, 냉간 단조-침탄 공정으로 제조되고 있던 침탄강 부품에 대해서도, 대폭적인 단조 가공성의 개선을 도모할 수 있다. 이에 의해, 금형 수명을 개선하고, 게다가, 더욱 복잡한 형상을 갖는 침탄강 부품으로 성형하는 것이 가능하게 된다.
이하, 본 발명이 적합한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명자는, 단조 전의 침탄용 강의 변형 저항의 저감(경도의 저감) 및 한계 가공률의 개선과, 침탄 열처리 후의 침탄강 부품의 우수한 특성(예를 들어, 유효 경화층 깊이, 강부 경도의 향상)을 양립하기 위해서 상세한 검토를 행하고, 이하의 (a) 내지 (g)의 지식을 얻었다.
(a) C 함유량이 적을수록 단조 전의 침탄용 강의 연질화를 도모할 수 있다. 그러나, 극저 C 함유량의 화학 성분계에서는, 침탄 열처리 후의 침탄강 부품의 특성(예를 들어, 유효 경화층 깊이, 강부 경도)을 C 함유량이 0.20% 정도인 종래의 침탄용 강(예를 들어, JIS-SCR420)과 동등 레벨로 하는 것이 불가능하다. 침탄강 부품으로서 최저한 필요한 강부 경도를 얻기 위해서는, C 함유량의 하한값이 존재한다.
(b) 가능한 한 적은 C 함유량으로, 가능한 한 큰 유효 경화층 깊이와 강부 경도를 얻기 위해서는, 침탄강 부품의 강부에서, 금속 조직의 마르텐사이트 분률을 높일 필요가 있다.
(c) 침탄강 부품의 강부에서, 금속 조직의 마르텐사이트 분률을 높이기 위해서는, Mn, Cr, Mo, Ni 등의 강의 켄칭성을 향상시키는 합금 원소의 함유량을, 후술하는 켄칭성 지표의 식을 만족하도록 증가시킬 필요가 있다.
(d) 한편, 상기한 합금 원소의 함유량이 증가하면, 합금 원소에 의한 페라이트의 고용 강화 등의 효과에 의해 침탄용 강의 경도가 증가한다는 부작용이 발생한다. 이로 인해, 극미량의 첨가로 켄칭성을 향상시키지만, 페라이트의 경도를 거의 높이지 않는 B의 첨가 효과를 이용함과 함께, C 및 합금 원소의 함유량을, 발명자가 도출한 후술하는 경도 지표의 식을 만족하도록 제어하는 것도 필요해진다.
(e) B의 켄칭성 향상 효과를 안정하게 얻기 위해서는, 침탄 열처리 시에 강 중에 포함되는 대부분의 N을 TiN의 형태로 고정함으로써, B를 BN으로서 석출시키지 않고, 그리고, B를 강 중에 고용시킬 필요가 있다. 그러기 위해서는, Ti를 N 함유량에 대하여 화학양론적으로 과잉으로 되도록 첨가할 필요가 있다. 또한, 침탄 열처리 시의 오스테나이트 결정립의 이상 입성장(grain growth)을 방지하기 위해서는, TiC를 금속 조직 중에 가능한 한 다량·미세하게 분산 석출시킬 필요가 있다. 이와 같이, 고용B 양을 확보하고, 또한 TiC를 다량·미세하게 분산 석출시키기 위해서는, Ti 및 N의 함유량을 발명자가 도출한 후술하는 TiC 석출량 지표의 식을 만족하도록 제어할 필요가 있다.
(f) 전술한 바와 같이, B 첨가는, 침탄강 부품의 강부의 켄칭성을 향상시키는 데 매우 효과적이다. 그러나, 변성로 가스 방식의 가스 침탄을 행하는 경우, 침탄강 부품의 표층부인 침탄층에서는, B 첨가에 의한 켄칭성 향상 효과를 기대할 수 없다. 이것은, 침탄 처리 시에 침탄강 부품의 표층부에 분위기로부터 질소가 침입하여, 고용B가 BN으로서 석출되고, 그리고, 켄칭성 향상에 기여하는 고용B 양이 부족하기 때문이다. 따라서, 침탄강 부품의 표층부인 침탄층에서 켄칭성을 확보하기 위해서는, 상기 (c)에서 설명한 켄칭성 지표의 식을 만족할 필요가 있다.
(g) 침탄용 강을 더욱 연질화하기 위해서는, 침탄용 강을 제조할 때의 열간 압연, 또는, 열간 단조 후에, 후술하는 조건의 서냉을 행하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 침탄용 강의 금속 조직을 제어하여, 침탄용 강을 보다 연질화할 수 있다. 또한, 침탄용 강을 제조할 때의 열간 압연 후에, 후술하는 조건의 급냉을 행하고, 그 후, 구상화 열처리를 행해도 된다. 이에 의해, 침탄용 강의 표층부의 금속 조직이 개선되어 연성이 향상하여, 한계 가공률이 높은 침탄용 강을 얻을 수 있다.
이하, 본 실시 형태에 따른 침탄용 강 및 침탄강 부품에 있어서의 강부의 기본 성분에 대해서, 수치 한정 범위와 그 한정 이유에 대하여 설명한다. 여기서, 기재하는 %는, 질량%이다.
C: 0.07% 내지 0.13%
C(탄소)는 침탄층과 강부를 구비하는 침탄강 부품에 있어서의 강부의 경도를 확보하기 위해서 첨가한다. 상기한 바와 같이, 종래의 침탄용 강의 C 함유량은, 0.2% 정도이다. 본 실시 형태에 따른 침탄용 강 및 침탄강 부품에 있어서의 강부에서는, C 함유량을, 이 양보다도 적은 0.13%로 제한하고 있다. 이 이유는, C 함유량이 0.13% 초과에서는, 침탄용 강의 금속 조직의 시멘타이트 분률과 펄라이트 분률이 증가하고, 단조 전의 침탄용 강의 경도가 현저하게 증가함과 함께 한계 가공률도 저하하기 때문이다. 그러나, C 함유량이 0.07% 미만에서는, 켄칭성을 높이는 후술하는 합금 원소를 다량으로 첨가하여, 가능한 한 경도의 증가를 도모했다고 해도, 침탄강 부품의 강부의 경도를 종래의 침탄용 강의 레벨로 하는 것이 불가능하다. 따라서, C 함유량을 0.07% 내지 0.13%의 범위로 제어할 필요가 있다. 적합 범위는 0.08% 내지 0.12%이다. 또한 바람직한 범위는, 0.08% 내지 0.11%이다.
Si: 0.0001% 내지 0.50%
Si(실리콘)은 침탄강 부품과 같은 저온 템퍼링 마르텐사이트 강의 템퍼링 연화 저항을 현저하게 증가시킴으로써, 치면 피로 강도를 향상시키는 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는, Si 함유량이 0.0001% 이상일 필요가 있다. 그러나, Si 함유량이 0.50%를 초과하면, 단조 전의 침탄용 강의 경도가 상승하고, 변형 저항이 상승하며, 그리고, 한계 가공률이 저하한다. 따라서, Si 함유량을 0.0001% 내지 0.50%의 범위로 제어할 필요가 있다. 이 범위 내에서, 침탄강 부품의 치면 피로 강도를 중시하는 경우에는 Si를 적극적으로 첨가하고, 침탄용 강의 변형 저항의 저감이나 한계 가공성의 향상을 중시하는 경우에는 Si를 적극적으로 저감한다. 전자의 경우의 적합 범위는 0.10% 내지 0.50%이며, 후자의 경우의 적합 범위는 0.0001% 내지 0.20%이다.
Mn: 0.0001% 내지 0.80%
Mn(망간)은 강의 켄칭성을 높이는 원소이다. 이 효과에 의해 침탄 열처리 후의 마르텐사이트 분률을 높이기 위해서는, Mn 함유량이 0.0001% 이상일 필요가 있다. 그러나, Mn 함유량이 0.80%를 초과하면, 단조 전의 침탄용 강의 경도가 상승하고, 변형 저항이 상승하며, 그리고, 한계 가공률이 저하한다. 따라서, Mn 함유량을 0.0001% 내지 0.80%의 범위로 제어할 필요가 있다. 적합 범위는 0.25% 내지 0.60%이다.
S: 0.0001% 내지 0.100%
S(황)는 Mn과 결합하여 MnS를 형성하고, 피삭성을 향상시키는 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는, S 함유량이 0.0001% 이상일 필요가 있다. 그러나, S 함유량이 0.100%를 초과하면, 단조시에 MnS가 기점으로 되어 균열을 발생시키고, 한계 압축률을 저하시키는 경우가 있다. 따라서, S 함유량을 0.0001% 내지 0.100%의 범위로 제어할 필요가 있다. 적합 범위는 0.003% 내지 0.020%이다.
Cr: 1.30%초과 내지 5.00%
Cr(크로뮴)은 강의 켄칭성을 높이는 원소이다. 이 효과에 의해 침탄 열처리 후의 마르텐사이트 분률을 높이기 위해서는, Cr 함유량이 1.30%초과일 필요가 있다. 그러나, Cr 함유량이 5.00%를 초과하면, 단조 전의 침탄용 강의 경도가 상승하고, 변형 저항이 상승하며, 그리고, 한계 가공률이 저하한다. 따라서, Cr 함유량을 1.30%초과 내지 5.00%의 범위로 제어할 필요가 있다. 또한, Cr는, 마찬가지의 효과를 갖는 Mn, Mo, Ni 등의 다른 원소와 비교하여, 침탄용 강의 경도를 상승시키는 정도가 적고, 또한 켄칭성을 향상시키는 효과가 비교적 크다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 침탄용 강 및 침탄강 부품에 있어서의 강부에서는, 종래의 침탄용 강보다도, Cr을 다량으로 첨가한다. 적합 범위는 1.35% 내지 2.50%이다. 더욱 바람직한 범위는, 1.50% 초과 내지 2.20%이다.
B: 0.0005% 내지 0.0100%
B(붕소)는 오스테나이트 중에 고용하는 경우, 미량이라도 강의 켄칭성을 크게 높이는 원소이다. 이 효과에 의해 침탄 열처리 후의 마르텐사이트 분률을 높일 수 있다. 또한, B는 상기 효과를 얻기 위해서 다량으로 첨가할 필요가 없기 때문에, 페라이트의 경도를 거의 상승시키지 않는다. 즉, 단조 전의 침탄용 강의 경도를 거의 상승시키지 않는다고 하는 특징이 있기 때문에, 본 실시 형태에 따른 침탄용 강 및 침탄강 부품에 있어서의 강부에서는 B를 적극적으로 이용한다. B 함유량이 0.0005% 미만에서는, 상기한 켄칭성 향상 효과를 얻지 못하다. 한편, B 함유량이 0.0100%를 초과하면, 상기 효과가 포화된다. 따라서, B 함유량을 0.0005% 내지 0.0100%의 범위로 제어할 필요가 있다. 적합 범위는 0.0010% 내지 0.0025%이다. 또한, 강 중에 일정량 이상의 N이 존재하고 있는 경우, B가 N과 결합하여 BN을 형성하고, 고용B 양이 감소한다. 그 결과, 켄칭성을 높이는 효과를 얻지 못하는 경우가 있다. 따라서, B를 첨가하는 경우에는, N을 고정하는 Ti를 동시에 적당량 첨가할 필요가 있다.
Al: 0.0001% 내지 1.0%
Al(알루미늄)은 강 중에 고용N이 존재하는 경우, AlN을 형성하는 원소이다. 그러나, 본 실시 형태에 따른 침탄용 강 및 침탄강 부품에 있어서의 강부에서는, 강 중의 N이 Ti의 첨가에 의해 TiN으로서 고정되어 있으므로, 강 중에 고용N이 거의 존재하지 않는다. 이로 인해, Al은 AlN을 형성하지 않고, 강 중에 고용Al로서 존재하고 있다. 고용 상태로 존재하는 Al은, 강의 피삭성을 향상시키는 효과가 있다. 침탄강 부품의 제조 시에 마무리 절삭 등을 실시하는 경우에는, Al 함유량을 0.0001% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Al 함유량이 1.0%를 초과하면, 단조 전의 침탄용 강의 경도가 상승하고, 변형 저항이 상승하며, 그리고, 한계 가공률이 저하한다. 따라서, Al 함유량을 0.0001% 내지 1.0%의 범위로 제어할 필요가 있다. 적합 범위는 0.010% 내지 0.20%이다.
Ti: 0.010% 내지 0.10%
Ti(티타늄)는 강 중의 N을 TiN으로서 고정하는 효과를 갖는 원소이다. Ti를 첨가함으로써, BN의 형성이 방지되고, 켄칭성에 기여하는 고용B가 확보된다. 또한, N에 대하여 화학양론적으로 과잉인 Ti는, TiC를 형성한다. 이 TiC는, 침탄시의 결정립의 조대화를 방지하는 핀 고정 효과를 갖는다. Ti 함유량이 0.010% 미만에서는, B 첨가에 의한 켄칭성 향상 효과가 얻어지지 않고, 또한 침탄시의 결정립의 조대화를 방지할 수 없다. 한편, Ti 함유량이 0.10%를 초과하면, TiC의 석출량이 너무 많아져, 단조 전의 침탄용 강의 경도가 상승하고, 변형 저항이 상승하며, 그리고, 한계 가공률이 저하한다. 따라서, Ti 함유량을 0.010% 내지 0.10%의 범위로 제어할 필요가 있다. 적합 범위는 0.025% 내지 0.050%이다.
상기한 기본 성분의 이외에, 본 실시 형태에 따른 침탄용 강 및 침탄강 부품에 있어서의 강부는, 불가피적 불순물을 함유한다. 여기서, 불가피적 불순물이란, 스크랩 등의 부원료나, 제조 공정으로부터 불가피하게 혼입되는, N, P, O, Pb, Sn, Cd, Co, Zn 등의 원소를 의미한다. 이 중에서, N, P 및 O는, 본 발명의 일 형태의 효과를 충분히 발휘시키기 위해서, 이하와 같이 제한할 필요가 있다. 여기서, 기재하는 %는, 질량%이다. 또한, 불순물 함유량의 제한 범위에는 0%가 포함되지만, 공업적으로 안정되게 0%로 하는 것이 어렵다.
N: 0.0080%
이하 N(질소)은 불가피하게 함유되는 불순물이며, BN을 형성하여, 고용B 양을 저감시키는 원소이다. N 함유량이 0.0080% 초과에서는, Ti를 첨가했다고 해도, 강 중의 N을 TiN으로서 고정할 수 없게 되어, 켄칭성에 기여하는 고용B를 확보할 수 없게 된다. 또한, N 함유량이 0.0080% 초과에서는, 조대한 TiN이 형성되고, 단조시에 균열의 기점으로 되어, 단조 전의 침탄용 강의 한계 가공률이 저하한다. 따라서, N 함유량을 0.0080% 이하로 제한할 필요가 있다. 바람직하게는, 0.0050% 이하이다. N 함유량은 적을수록 바람직하므로, 상기 제한 범위에 0%가 포함된다. 그러나, N 함유량을 0%로 하는 것은, 기술적으로 용이하지 않고, 또한, 안정적으로 0.0030% 미만으로 하는 데에도, 제강 비용이 높아진다. 따라서, N 함유량의 제한 범위는, 0.0030% 내지 0.0080%인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, N 함유량의 제한 범위를 0.0030% 내지 0.0055%로 한다. 또한, 통상의 조업 조건에서는, 불가피하게, N이 0.0060% 정도 함유된다.
P: 0.050%
이하 P(인)는 불가피하게 함유되는 불순물이며, 오스테나이트 입계에 편석하여 구 오스테나이트 입계를 취화시키고, 입계 균열의 원인이 되는 원소이다. P 함유량이 0.050% 초과에서는, 이 영향이 현저해진다. 따라서, P 함유량을 0.050% 이하로 제한할 필요가 있다. 바람직하게는, 0.020% 이하이다. P 함유량은 적을수록 바람직하므로, 상기 제한 범위에 0%가 포함된다. 그러나, P 함유량을 0%로 하는 것은, 기술적으로 용이하지 않고, 또한, 안정적으로 0.003% 미만으로 하는 데에도, 제강 비용이 높아진다. 따라서, P 함유량의 제한 범위는, 0.003% 내지 0.050%인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, P 함유량의 제한 범위를 0.003% 내지 0.015%라고 한다. 또한, 통상의 조업 조건에서는, 불가피하게, P가 0.025% 정도 함유된다.
O: 0.0030% 이하
O(산소)은 불가피하게 함유되는 불순물이며, 산화물계 개재물을 형성하는 원소이다. O 함유량이 0.0030% 초과에서는, 피로 파괴의 기점이 되는 큰 개재물이 증가하여, 피로 특성의 저하의 원인이 된다. 따라서, O 함유량을 0.0030% 이하로 제한할 필요가 있다. 바람직하게는, 0.0015% 이하이다. O 함유량은 적을수록 바람직하므로, 상기 제한 범위에 0%가 포함된다. 그러나, O 함유량을 0%로 하는 것은, 기술적으로 용이하지 않고, 또한, 안정적으로 0.0007% 미만으로 하는 데에도, 제강 비용이 높아진다. 따라서, O 함유량의 제한 범위는, 0.0007% 내지 0.0030%인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, O 함유량의 제한 범위를 0.0007% 내지 0.0015%로 한다. 또한, 통상의 조업 조건에서는, 불가피하게, O가 0.0020% 정도 함유된다.
상기한 기본 성분 및 불순물 원소 이외에, 본 실시 형태에 따른 침탄용 강 및 침탄강 부품에 있어서의 강부는, 또한, 선택 성분으로서, Nb, V, Mo, Ni, Cu, Ca, Mg, Te, Zr, REM, Sb 중 적어도 하나를 함유해도 된다. 이하에, 선택 성분의 수치 한정 범위와 그 한정 이유를 설명한다. 여기서, 기재하는 %는, 질량%이다.
상기한 선택 성분 중, Nb와 V는, 조직의 조대화를 방지하는 효과를 갖는다.
Nb: 0.002% 내지 0.100%
Nb(니오븀)는 강 중에서 N, C와 결합하고, Nb(C, N)를 형성하는 원소이다. 이 Nb(C, N)는 오스테나이트 결정립계를 핀 고정함으로써, 입성장을 억제하고, 그리고, 조직의 조대화를 방지한다. Nb 함유량이 0.002% 미만에서는, 상기한 효과를 얻지 못한다. Nb 함유량이 0.100%를 초과하면, 상기한 효과가 포화된다. 따라서, Nb 함유량을 0.002% 내지 0.100%로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 0.010% 내지 0.050%이다.
V: 0.002% 내지 0.20%
V(바나듐)는 강 중에서 N, C와 결합하고, V(C, N)를 형성하는 원소이다. 이 V(C, N)는 오스테나이트 결정립계를 핀 고정함으로써, 입성장을 억제하고, 그리고, 조직의 조대화를 방지한다. V 함유량이 0.002% 미만에서는, 상기한 효과를 얻지 못한다. V 함유량이 0.20%를 초과하면, 상기한 효과가 포화된다. 따라서, V 함유량을 0.002% 내지 0.20%로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 0.05% 내지 0.10%이다.
상기한 선택 성분 중, Mo, Ni, Cu는, 침탄 열처리 시에 마르텐사이트 분률을 높이는 효과를 갖는다.
Mo: 0.005% 내지 0.50%
Mo(몰리브덴)는 강의 켄칭성을 높이는 원소이다. 이 효과에 의해 침탄 열처리 후의 마르텐사이트 분률을 높이기 위해서는, Mo 함유량이 0.005% 이상인 것이 바람직하다. 또한, Mo는, 가스 침탄의 분위기에서, 산화물을 형성하지 않고, 질화물을 형성하기 어려운 원소이다. Mo를 첨가함으로써, 침탄층 표면의 산화물층이나 질화물층, 또는, 그들에 기인하는 침탄 이상층이 형성되기 어려워진다. 그러나, Mo의 첨가 비용이 고가인 것에 더하여, Mo 함유량이 0.50%를 초과하면, 단조 전의 침탄용 강의 경도가 상승하고, 변형 저항이 상승하며, 그리고, 한계 가공률이 저하한다. 따라서, Mo 함유량을 0.005% 내지 0.50%로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 0.05% 내지 0.20%이다.
Ni: 0.005% 내지 1.00%
Ni(니켈)는 강의 켄칭성을 높이는 원소이다. 이 효과에 의해 침탄 열처리 후의 마르텐사이트 분률을 높이기 위해서는, Ni 함유량이 0.005% 이상인 것이 바람직하다. 또한, Ni는, 가스 침탄의 분위기 가스 분위기에서, 산화물이나 질화물을 형성하지 않는 원소이다. Ni를 첨가함으로써, 침탄층 표면의 산화물층이나 질화물층, 또는, 그들에 기인하는 침탄 이상층이 형성되기 어려워진다. 그러나, Ni의 첨가 비용이 고가인 것에 더하여, Ni 함유량이 1.00%를 초과하면, 단조 전의 침탄용 강의 경도가 상승하고, 변형 저항이 상승하며, 그리고, 한계 가공률이 저하한다. 따라서, Ni 함유량을 0.005% 내지 1.00%로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 0.05% 내지 0.50%이다.
Cu: 0.005% 내지 0.50%
Cu(구리)는 강의 켄칭성을 높이는 원소이다. 이 효과에 의해 침탄 열처리 후의 마르텐사이트 분률을 높이기 위해서는, Cu 함유량이 0.005% 이상인 것이 바람직하다. 또한, Cu는, 가스 침탄의 분위기 가스 분위기에서, 산화물이나 질화물을 형성하지 않는 원소이다. Cu를 첨가함으로써, 침탄층 표면의 산화물층이나 질화물층, 또는, 그들에 기인하는 침탄 이상층이 형성되기 어려워진다. 그러나, Cu 함유량이 0.50%를 초과하면, 1000℃ 이상의 고온 영역에 있어서의 연성이 저하하고, 연속 주조, 압연시의 수율 저하의 원인이 된다. 또한, Cu 함유량이 0.50%를 초과하면, 단조 전의 침탄용 강의 경도가 상승하고, 변형 저항이 상승하며, 그리고, 한계 가공률이 저하한다. 따라서, Cu 함유량을 0.005% 내지 0.50%로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 0.05% 내지 0.30%이다. 또한, Cu를 첨가하는 경우, 상기한 고온 영역의 연성을 개선하기 위해서, Ni 함유량을, 질량%로, Cu 함유량의 1/2 이상으로 하는 것이 바람직하다.
상기한 선택 성분 중, Ca, Mg, Te, Zr, REM, Sb는, 피삭성을 개선하는 효과를 갖는다.
Ca: 0.0002% 내지 0.0030%
Ca(칼슘)는 피삭성 개선을 위해 첨가하는 S에 기인하여 생성하는 MnS의 형상을, 신장시키지 않고 구 형상으로 한다고 하는 형태 제어의 효과를 갖는 원소이다. Ca 첨가에 의해, MnS 형상의 이방성이 개선되고, 기계적 성질이 손상되지 않게 된다. 또한, Ca는, 절삭 시의 절삭 공구 표면에 보호 피막을 형성하여, 피삭성을 향상시키는 원소이다. 이들 효과를 얻기 위해서는, Ca 함유량이 0.0002% 이상인 것이 바람직하다. Ca 함유량이 0.0030%를 초과하면, 조대한 산화물이나 황화물이 형성되어, 침탄강 부품의 피로 강도에 악영향을 미치는 경우가 있다. 따라서, Ca 함유량을 0.0002% 내지 0.0030%로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 0.0008% 내지 0.0020%이다.
Mg: 0.0002% 내지 0.0030%
Mg(마그네슘)는 상기한 MnS의 형태를 제어하고, 절삭 시에 절삭 공구 표면에 보호 피막을 형성하여 피삭성을 향상시키는 원소이다. 이들 효과를 얻기 위해서는, Mg 함유량이 0.0002% 이상인 것이 바람직하다. Mg 함유량이 0.0030%를 초과하면, 조대한 산화물이 형성되어, 침탄강 부품의 피로 강도에 악영향을 미치는 경우가 있다. 따라서, Mg 함유량을 0.0002% 내지 0.0030%로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 0.0008% 내지 0.0020%이다.
Te: 0.0002% 내지 0.0030%
Te(텔루륨)는 상기한 MnS의 형태를 제어하는 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는, Te 함유량이 0.0002% 이상인 것이 바람직하다. Te 함유량이 0.0030%를 초과하면, 강의 열간에 있어서의 취화가 현저해진다. 따라서, Te 함유량을 0.0002% 내지 0.0030%로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 0.0008% 내지 0.0020%이다.
Zr: 0.0002% 내지 0.0050%
Zr(지르코늄)은 MnS의 형태를 제어하는 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는, Zr 함유량이 0.0002% 이상인 것이 바람직하다. Zr 함유량이 0.0050%를 초과하면, 조대한 산화물이 형성되어, 침탄강 부품의 피로 강도에 악영향을 미치는 경우가 있다. 따라서, Zr 함유량을 0.0002% 내지 0.0050%로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 0.0008% 내지 0.0030%이다.
REM: 0.0002% 내지 0.0050%
REM(Rare Earth Metal)은 MnS의 형태를 제어하는 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는, REM 함유량이 0.0002% 이상인 것이 바람직하다. REM 함유량이 0.0050%를 초과하면, 조대한 산화물이 형성되어, 침탄강 부품의 피로 강도에 악영향을 미치는 경우가 있다. 따라서, REM 함유량을 0.0002% 내지 0.0050%로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 0.0008% 내지 0.0030%이다.
또한, REM이란 원자 번호가 57인 란탄으로부터 71인 루테튬까지의 15 원소에, 원자 번호가 21인 스칸듐과 원자 번호가 39인 이트륨을 더한 합계 17 원소의 총칭이다. 통상은, 이들 원소의 혼합물인 미슈 메탈의 형태로 공급되어, 강 중에 첨가된다.
Sb: 0.002% 내지 0.050%
Sb(안티몬)는 침탄용 강의 제조 공정(열간 압연, 열간 단조, 어닐링 등)에 있어서의 탈탄이나 침탄 현상을 방지하는 원소이다. 이들 효과를 얻기 위해서는, Sb 함유량이 0.002% 이상인 것이 바람직하다. Sb 함유량이 0.050%를 초과하면, 침탄 처리 시에 침탄성을 손상시키는 경우가 있다. 따라서, Sb 함유량을 0.002% 내지 0.050%로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 0.005% 내지 0.030%이다.
이어서, 본 실시 형태에 따른 침탄용 강 및 침탄강 부품에 있어서의 강부가, 동시에 만족시키는 것이 필요한, 경도 지표와, 켄칭성 지표와, TiC 석출량 지표에 대하여 설명한다.
경도 지표
상기 화학 성분 중의 각 원소의 질량%로 나타낸 함유량이, 경도 지표인 하기 식 A를 만족할 필요가 있다. 또한, 선택 성분인 Mo, Ni, Cu가 포함되는 경우에는, 이 식 A 대신에, 경도 지표가, 하기 식 B로 재정의된다.
0.10<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.078×Al<0.235 …(식 A)
0.10<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.033×Mo+0.067×Ni+0.097×Cu+0.078×Al<0.235 …(식 B)
C 함유량이 적은 경우, 단조 전의 침탄용 강의 조직은, 상기한 종래의 침탄용 강(C 함유량이 0.2% 정도)보다, 페라이트 분률이 대폭 증가한다. 이러한 경우, 침탄용 강의 경도는, C 함유량(펄라이트 분률)뿐만 아니라, 페라이트의 경도에도 크게 영향을 받는다. 그래서 발명자는, 일반 문헌(예를 들어, F.B.Pickering저 「철강 재료의 설계와 이론」(마루젠, 1981년 발행) 및 William C.Leslie저 「레슬리 철강 재료학」(마루젠, 1985년 발행) 등)에 기재된 데이터에 기초하여, 페라이트의 고용 강화량에 미치는 각 합금 원소의 기여에 대하여 계산하여다. 그리고, C 함유량의 영향에 대해서도 고려하여, 상기한 식 A 및 식 B에 나타내는, 독자의 지표식을 도출하였다. 이들 침탄용 강의 경도 지표식에 기초하여, 다양한 화학 성분을 갖는 침탄용 강의 경도를 평가하고, 종래 기술보다도 확실하게 침탄용 강의 연질화를 도모할 수 있는 임계값을 얻었다. 즉, 경도 지표가 0.235 이상에서는, 단조 전의 침탄용 강의 경도가 상승하고, 변형 저항이 상승하며, 그리고, 한계 가공률이 저하한다. 그 결과, 종래 재료에 대한 우위성이 작아진다. 또한, 경도 지표가 0.10 이하에서는, 침탄강 부품으로서의 경도가 부족하다. 따라서, 경도 지표가 0.10 초과 0.235 미만일 필요가 있다. 이 경도 지표는, 후술하는 켄칭성 지표를 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 작게 하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 0.10 초과 0.230 미만이다. 보다 바람직하게는, 0.10 초과 0.220 이하이다. 가장 바람직하게는, 0.10 초과 0.210 이하이다.
켄칭성 지표
상기 화학 성분 중의 각 원소의 질량%로 나타낸 함유량이, 켄칭성 지표인 하기 식 C를 만족시킬 필요가 있다. 또한, 선택 성분인 Mo, Ni가 포함되는 경우에는, 이 식C 대신에, 켄칭성 지표가, 하기 식 D로 재정의된다.
7.5<(0.7×Si+1)×(5.1×Mn+1)×(2.16×Cr+1)<44 …(식 C)
7.5<(0.7×Si+1)×(5.1×Mn+1)×(2.16×Cr+1)×(3×Mo+1)×(0.3633×Ni+1)<44 …(식 D)
전술한 바와 같이, B 첨가는, 침탄강 부품의 강부의 켄칭성을 향상시키는 데에, 매우 효과적이다. 그러나, 변성로 가스 방식의 가스 침탄을 행하는 경우, 침탄강 부품의 표층부인 침탄층에서는, B 첨가에 의한 켄칭성 향상 효과를 기대할 수 없다. 이것은, 침탄 처리 시에 침탄강 부품의 표층부에 분위기로부터 질소가 침입하여, 고용B가 BN으로서 석출되고, 그리고, 켄칭성 향상에 기여하는 고용B 양이 부족하기 때문이다. 따라서, 침탄강 부품의 표층부인 침탄층에서 켄칭성을 확보하기 위해서는, B 이외의 강의 켄칭성을 높이는 원소를 활용할 필요가 있다. 켄칭성과 합금 원소의 관계에 대해서는, 다양한 지표가 제안되고 있다. 본 발명의 일 형태에서는, 상기 특허문헌 3에 기재되어 있는 지표식을 채용한다. 이 이유는, 본 실시 형태에 따른 침탄용 강 및 침탄강 부품에 있어서의 강부와, 특허문헌 3에 기재된 강에서, C 함유량이 상이하지만, 특허문헌 3에 기재된 강이, 침탄용 강이며, 또한, 통상의 침탄용 강보다도 C 함유량이 적다는 점이 공통되어 있기 때문이다. 켄칭성 지표인 상기한 식 C 및 식 D에 기초하여, 다양한 화학 성분을 갖는 침탄용 강의 침탄 켄칭을 행하고, 동일한 침탄 열처리 조건에서, 상기한 종래의 침탄용 강(C 함유량이 0.2% 정도)과 비교하여, 동등 이상의 침탄층의 경도 및 유효 경화층 깊이(비커스 경도가 HV550 이상이 되는 깊이)를 얻을 수 있는 임계값을 얻었다. 즉, 켄칭성 지표가 7.5 이하에서는, 상기한 종래 강(C 함유량이 0.2% 정도)과 동등한 특성을 얻을 수 없다. 또한, 켄칭성 지표가 44 이상에서는, 단조 전의 침탄용 강의 경도가 상승하고, 변형 저항이 상승하며, 그리고, 한계 가공률이 저하한다. 따라서, 켄칭성 지표가 7.5 초과 44 미만일 필요가 있다. 이 켄칭성 지표는, 상술한 경도 지표를 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 크게 하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 12.1 이상 44 미만이다. 더욱 바람직하게는, 20.1 이상 44 미만이다.
TiC 석출량 지표
Ti 및 N의 질량%로 나타낸 함유량이, TiC 석출량 지표인 하기 식 E를 만족시킬 필요가 있다.
0.004<Ti-N×(48/14)<0.030 …(식 E)
Ti가 N에 대하여 화학양론적으로 과잉으로 첨가된 경우, N은 모두 TiN의 형태로 고정된다. 즉, 상기한 식 E 중의 「Ti-N×(48/14)」는 TiN을 형성하기 위해서 소비된 것 이외의 과잉 Ti량을 나타내고 있다. 상기한 식 E 중의 「14」는 N의 원자량, 「48」은 Ti의 원자량을 나타낸다.
이 과잉 Ti는, 침탄시에 그 대부분이 C와 결합하여 TiC로 된다. 이 TiC는, 침탄시의 결정립의 조대화를 방지하는 핀 고정 효과를 갖는다. 즉, TiC 석출량 지표가 0.004 이하에서는, TiC의 석출량이 부족하기 때문에 침탄시의 결정립의 조대화를 방지할 수 없다. 또한, TiC 석출량 지표가 0.030 이상에서는, TiC의 석출량이 너무 많아져, 단조 전의 침탄용 강의 경도가 상승하고, 변형 저항이 상승하며, 그리고, 한계 가공률이 저하한다. 따라서, TiC 석출량 지표가 0.004 초과 0.030 미만일 필요가 있다. 바람직하게는, 0.008 이상 0.028 미만이다.
상기한, 경도 지표와, 켄칭성 지표와, TiC 석출량 지표를 동시에 만족시킴으로써, 침탄용 강의 단계에서, 종래 강보다도 냉간 단조 시의 변형 저항이 작고, 한계 가공률이 크며, 그리고, 침탄 열처리 후에, 종래 강과 동등한 경화층 및 강부 경도를 갖는 침탄용 강 및 침탄강 부품을 얻는 것이 가능하게 된다.
이어서, 본 실시 형태에 따른 침탄용 강 및 침탄강 부품의 금속 조직에 대하여 설명한다.
우선, 본 실시 형태에 따른 침탄용 강의 금속 조직에 대하여 설명한다.
상기한 화학 성분을 포함하여 이루어지는 침탄용 강은, 그 금속 조직이, 면적%로, 페라이트와 펄라이트를, 합계, 85% 이상 100% 이하 포함하는 것이 바람직하다.
페라이트와 펄라이트가, 합계, 85% 이상 100% 이하 포함되면, 또한, 침탄용 강의 경도가 저하하고, 변형 저항이 저하하며, 그리고, 한계 가공률이 향상된다. 더욱 바람직하게는, 페라이트와 펄라이트를, 합계, 95% 이상 100% 이하로 한다. 페라이트 및 펄라이트의 잔량부에는, 페라이트 및 펄라이트와 비교하여 단단한 조직인, 베이나이트, 마르텐사이트 및 시멘타이트 등이 포함된다. 페라이트 및 펄라이트에 의한 상기 효과를 얻기 위해서는, 잔량부인 베이나이트, 마르텐사이트 및 시멘타이트 등의 분률을, 면적%로, 0% 이상 15% 미만으로 하는 것이 바람직하다.
이러한 금속 조직으로 하기 위해서는, 침탄용 강의 제조 시에 있어서의 열간 가공 공정 후의 열간 가공 강재의 표면 온도가, 800℃ 내지 500℃로 되는 온도 범위를 0℃/초 초과 1℃/초 이하의 냉각 속도로 서냉하는 서냉 공정을 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 제조 방법에 대해서는, 상세한 것을 후술한다.
상기한 금속 조직 대신에, 상기한 화학 성분을 포함하여 이루어지는 침탄용 강은, 면적%로, 페라이트와 구상화 시멘타이트를, 합계, 85% 이상 100% 이하 포함해도 된다. 여기서, 구상화 시멘타이트란, 금속 조직 관찰면에서, 시멘타이트의 최대 길이를 직경으로 하는 원에 대하여, 그 시멘타이트의 면적률이 54% 이상인 경우를 구상화 시멘타이트라고 한다.
페라이트와 구상화 시멘타이트가, 합계, 85% 이상 100% 이하 포함되면, 더욱, 침탄용 강의 경도가 저하하고, 변형 저항이 저하하며, 그리고, 한계 가공률이 향상된다. 더욱 바람직하게는, 페라이트와 구상화 시멘타이트를, 합계, 90% 이상 100% 이하로 한다. 페라이트 및 구상화 시멘타이트의 잔량부에는, 펄라이트, 마르텐사이트, 베이나이트, 템퍼링 마르텐사이트, 템퍼링 베이나이트 및 시멘타이트 등이 포함된다. 페라이트 및 구상화 시멘타이트의 상기 효과를 얻기 위해서는, 잔량부인 펄라이트, 마르텐사이트, 베이나이트, 템퍼링 마르텐사이트, 템퍼링 베이나이트 및 시멘타이트 등의 분률을, 면적%로, 0% 이상 15% 미만으로 하는 것이 바람직하다.
이러한 금속 조직으로 하기 위해서는, 상기 서냉 공정 후의 열간 가공 강재에, 또한, 구상화 열처리를 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 제조 방법에 대해서는, 상세한 것을 후술한다.
상기한 금속 조직 대신에, 상기한 화학 성분을 포함하여 이루어지는 침탄용 강은, 이하의 금속 조직을 가져도 된다. 침탄용 강의 형상이, 길이 방향과 직교하는 절단면이 원형으로 되는 막대 형상 또는 선 형상일 때, 둘레면으로부터 상기 절단면의 중심까지의 거리를 단위 ㎜로 r이라고 하면, 둘레면으로부터 r×0.01까지의 영역인 표층부의 금속 조직이, 면적%로, 페라이트와 펄라이트를, 합계, 10% 이하로 제한하고, 잔량부가 마르텐사이트, 베이나이트, 템퍼링 마르텐사이트, 템퍼링 베이나이트 및 시멘타이트 중 적어도 하나를 포함해도 된다.
상기 표층부의 금속 조직의 페라이트와 펄라이트를, 합계, 10% 이하로 제한하면, 구상화 열처리 후의 시멘타이트 분산이 균일해지고, 냉간 단조 시의 한계 가공률이 향상된다. 더욱 바람직하게는, 상기 표층부의 페라이트와 펄라이트를, 합계, 5% 이하로 한다. 또한, 페라이트와 펄라이트의 잔량부에는, 마르텐사이트, 베이나이트, 템퍼링 마르텐사이트, 템퍼링 베이나이트 및 시멘타이트 등이 포함된다. 또한, 이 금속 조직을 갖는 표층부의 깊이가, 둘레면으로부터 r×0.01까지의 깊이 미만인 경우에는, 냉간 단조 시의 한계 가공률이 향상되는 표층부의 깊이가 부족하기 때문에, 냉간 단조 시에 균열이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 적어도, 둘레면으로부터 r×0.01까지의 영역이, 상기 금속 조직을 갖는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 둘레면으로부터 절단면의 반경×0.05로 한다. 가장 바람직하게는, 둘레면으로부터 절단면의 반경×0.15로 한다. 또한, 절단면의 중심까지 상기 금속 조직이 존재하고 있어도, 악영향은 없다.
이러한 금속 조직으로 하기 위해서는, 침탄용 강의 제조 시에, 최종 마무리 압연의 출구측에서 표면 온도가 700℃ 내지 1000℃로 되는 조건으로 제어하여 열간 압연을 행하여 열간 제어 압연 강재를 얻는 열간 제어 압연 공정과, 이 열간 제어 압연 공정 후에, 열간 압연 강재의 표면 온도가 0℃ 초과 500℃ 이하로 되도록 급냉하는 급냉 공정과, 이 급냉 공정 후의 열간 제어 압연 강재를 적어도 1회 이상 복열시키는 복열 공정을 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 제조 방법에 대해서는, 상세한 것을 후술한다.
상기한 금속 조직 대신에, 상기한 화학 성분을 포함하여 이루어지는 침탄용 강의 상기 표층부는, 금속 조직에 포함되는 시멘타이트 중, 90% 이상 100% 이하가, 어스팩트비 3 이하의 시멘타이트인 금속 조직을 가져도 된다. 여기서, 어스팩트비란, 긴 직경을 짧은 직경으로 나눈 값이다. 혹은, JIS G 3507-2에서 규정하는 No.2 이내의 구상화 정도로 해도 된다.
상기 표층부의 금속 조직에 포함되는 시멘타이트 중, 90% 이상 100% 이하가, 어스팩트비 3 이하의 시멘타이트이면, 냉간 단조 시의 한계 가공률이 더욱 향상된다. 더욱 바람직하게는, 어스팩트비 3 이하의 시멘타이트의 비율을, 95% 이상 100% 이하로 한다.
이러한 금속 조직으로 하기 위해서는, 상기 복열 공정 후의 열간 제어 압연 강재에, 또한, 구상화 열처리를 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 제조 방법에 대해서는, 상세한 것을 후술한다.
이어서, 본 실시 형태에 따른 침탄강 부품의 금속 조직에 대하여 설명한다.
본 실시 형태에 따른 침탄강 부품은, 강부와, 이 강부의 외면에 생성한 두께 0.4㎜ 초과 2㎜ 미만의 유효 경화층 깊이(HV550 이상이 되는 깊이)를 갖는 침탄층을 구비한다. 여기서, 침탄층이란, 비커스 경도가 HV550 이상이 되는 유효 경화층 깊이를 의미한다. 이 침탄층에 있어서, 표면으로부터 깊이 50㎛의 위치에서의, 금속 조직이, 면적%로, 마르텐사이트를 90% 이상 100% 이하 포함하고, 그리고, 비커스 경도가 HV650 이상 HV1000 이하인 것이 바람직하다. 또한, 이 침탄층에 있어서, 표면으로부터 깊이 0.4㎜의 위치에서의, 금속 조직이, 면적%로, 마르텐사이트를 90% 이상 100% 이하 포함하고, 그리고, 비커스 경도가 HV550 이상 HV900 이하인 것이 바람직하다.
표면으로부터 깊이 50㎛의 위치의 침탄층에서의, 금속 조직이 마르텐사이트를 90% 이상 100% 이하 포함하고, 그리고, 비커스 경도가 HV650 이상 HV1000 이하인 경우에, 상기한 종래의 침탄강 부품과 비교하여, 동등 이상의 내마모성, 면 피로 강도, 굽힘 피로 강도(주로 고 사이클), 비틀림 피로 강도로 되므로 바람직하다. 보다 바람직하게는, 금속 조직이 마르텐사이트를 95% 이상 100% 이하 포함하고, 그리고, 비커스 경도가 HV700 이상 HV1000 이하이다.
표면으로부터 깊이 0.4㎜의 위치의 침탄층에서의, 금속 조직이 마르텐사이트를 90% 이상 100% 이하 포함하고, 그리고, 비커스 경도가 HV550 이상 HV900 이하인 경우에, 상기한 종래의 침탄강 부품과 비교하여, 동등 이상의 면 피로 강도, 굽힘 피로 강도(주로 저 사이클), 비틀림 피로 강도로 되므로 바람직하다. 보다 바람직하게는, 금속 조직이 마르텐사이트를 92% 이상 100% 이하 포함하고, 그리고, 비커스 경도가 HV560 이상 HV900 이하이다.
또한, 상기 강부에 있어서, 표면으로부터 깊이 2㎜의 위치에서의 비커스 경도가 HV250 이상 HV500 이하인 것이 바람직하다. 또한, 상기 강부에 있어서, 이 위치에서의 화학 성분이, 상기한 화학 성분을 포함하여 이루어질 필요가 있다.
표면으로부터 깊이 2㎜의 위치의 강부에서의 비커스 경도가 HV250 이상 HV500 이하인 경우에, 상기한 종래의 침탄강 부품과 비교하여, 저탄소 함유량임에도 불구하고, 동등 이상의 강부의 경도로 되므로 바람직하다. 보다 바람직하게는, 비커스 경도가 HV270 이상 HV450 이하이다. 표면으로부터 깊이 2㎜의 위치의 강부에서의 금속 조직이, 마르텐사이트 및 베이나이트 중 적어도 하나를 포함하고 있으면 더욱 상기 효과가 얻어지므로 바람직하다.
이러한 침탄강 부품의 금속 조직 및 비커스 경도를 얻기 위해서는, 상기한 화학 성분을 포함하여 이루어지는 침탄용 강을 사용하여, 후술하는 침탄용 강 및 침탄강 부품의 제조 방법에 의해, 침탄강 부품을 제조하면 된다.
상기한 금속 조직의 관찰은, 나이탈 부식 또는 피크럴 부식을 실시하여, 광학 현미경으로 관찰할 수 있다. 이때, 구상화 열처리를 실시한 시료에는, 피크럴 부식을 실시하는 것이 바람직하다. 페라이트, 펄라이트, 베이나이트, 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트, 템퍼링 베이나이트 및 시멘타이트 등의 분률은, 화상 해석에 의해 구할 수 있다. 또한, 구상화 시멘타이트, 시멘타이트의 개수 및 어스팩트비도, 화상 해석에 의해 구할 수 있다. 관찰면은, 특별히 한정되지는 않지만, 길이 방향과 직교하는 절단면을 관찰면으로 하면 된다.
또한, 금속 조직의 면적 분률의 산출에는, 페라이트, 펄라이트, 마르텐사이트, 베이나이트, 템퍼링 마르텐사이트, 템퍼링 베이나이트, 구상화 시멘타이트 및 시멘타이트를 고려한다. 상기한 면적 분률의 산출에는, BN, TiC, TiN, AlN 등의 질화물이나 탄화물, 그 밖의 미세 석출물, 잔류오스테나이트 등을 포함하지 않는다.
상기한 비커스 경도의 측정은, 하나의 시료에 대해서, 합계 10회의 측정을 행하고, 평균값을 산출하는 것이 바람직하다. 측정면은, 특별히 한정되지는 않지만, 길이 방향과 직교하는 절단면을 측정면으로 하면 된다.
이어서, 본 실시 형태에 따른 침탄용 강 및 침탄강 부품의 제조 방법에 대하여 설명한다.
우선, 본 실시 형태에 따른 침탄용 강의 제조 방법에 대하여 설명한다.
주조 공정으로서, 상기한 기본 성분, 선택 성분 및 불가피 불순물로 이루어지는 용강을, 주조하여 주조편을 제조한다. 주조 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 진공 주조법이나 연속 주조법 등을 사용하면 된다.
또한, 필요에 따라, 주조 공정 후의 주조편에, 균열 확산 처리, 분괴 압연 등을 실시해도 된다.
이 주조편을 사용하여, 하기하는 어느 하나의 제조 방법을 선택함으로써, 상기한 금속 조직을 갖는 침탄용 강을 제조할 수 있다.
상기한, 면적%로, 페라이트와 펄라이트를, 합계, 85% 이상 100% 이하 포함하는 금속 조직을 갖는 침탄용 강으로 하기 위해서는, 이하의 제조 방법을 행하는 것이 바람직하다.
열간 가공 공정으로서, 주조 공정 후의 주조편을, 열간 압연, 열간 단조 등을 실시하여, 열간 가공 강재를 얻는다. 이 열간 가공 공정에서의, 가공 온도, 가공률, 변형 속도 등의 소성 가공 조건은, 특별히 한정되는 것은 아니고, 적절히, 적합한 조건을 선택하면 된다.
이 열간 가공 공정 직후에, 아직, 냉각되어 있지 않은 상기 열간 가공 강재에, 서냉 공정으로서, 이 열간 가공 강재의 표면 온도가 800℃ 내지 500℃로 되는 온도 범위를, 0℃/초 초과 1℃/초 이하의 냉각 속도로 서냉을 실시하여 침탄용 강을 얻는다.
오스테나이트로부터 페라이트 및 펄라이트로 변태하는 온도인 800℃ 내지 500℃에서의 냉각 속도가, 1℃/초를 초과하면, 베이나이트 및 마르텐사이트의 조직 분률이 커진다. 그 결과, 침탄용 강의 경도가 상승하고, 변형 저항이 상승하며, 그리고, 한계 가공률이 저하한다. 따라서, 상기 온도 범위에서의 냉각 속도를, 0℃/초 초과 1℃/초 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 0℃/초 초과 0.7℃/초 이하로 한다. 또한, 서냉 공정으로서, 열간 가공 공정 후의 열간 가공 강재의 냉각 속도를 작게 하기 위해서는, 압연 라인이나 열간 단조 라인 뒤에, 보온 커버, 열원 부착 보온 커버, 또는, 보정로(保定爐) 등을 설치하면 된다.
상기한, 면적%로, 페라이트와 구상화 시멘타이트를, 합계, 85% 이상 100% 이하 포함하는 금속 조직을 갖는 침탄용 강으로 하기 위해서는, 이하의 제조 방법을 행하는 것이 바람직하다.
상기 서냉을 실시한 열간 가공 강재에, 또한, 구상화 열처리 공정으로서, 구상화 열처리를 실시하여 침탄용 강을 얻는다.
이 구상화 열처리로서는, 예를 들어 이하의 열처리를 행하면 된다. 상기 서냉을 실시한 열간 가공 강재를, Ac1점(가열시, 오스테나이트가 생성되기 시작하는 온도) 바로 밑, 또는, 바로 위의 온도로 가열한 후 천천히 냉각시킨다. 상기 서냉을 실시한 열간 가공 강재를, Ac1점 바로 위의 온도까지 가열하고, Ar1점(냉각시, 오스테나이트가 페라이트 또는 페라이트, 시멘타이트로의 변태를 완료하는 온도) 바로 아래의 온도까지 냉각하는 처리를 몇회 반복하여 행한다. 혹은, 상기 서냉을 실시한 열간 가공 강재에, 1회 켄칭을 행하고, 그 후, 600℃ 내지 700℃의 온도 범위에서, 3시간 이상 100시간 이하의 템퍼링을 행한다. 또한, 구상화 열처리의 방법은, 상기와 같은, 종래 공지된 어닐링 또는 구상화 열처리 방법을 적용하면 되고, 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 구상화 열처리 공정을 실시한 침탄용 강은, 구상화 열처리 공정을 실시하지 않는 침탄용 강보다도, 경도를 더욱 낮게 하는 것이 가능하다. 이 이유는, 구상화 열처리 공정 전의 금속 조직에 포함되는 펄라이트 조직 중의 라멜라 형상의 시멘타이트가, 구상화 열처리 공정에 의해, 분단·구상화·성장하고, 그리고, 펄라이트 조직이었던 부위의 경도가 저하하기 때문이다. 또한, 구상화 열처리 공정 전의 금속 조직에 포함되는 베이나이트, 마르텐사이트 등의 단단한 조직이, 구상화 열처리 공정에 의해, 전위의 회복 및 시멘타이트의 석출·성장 등에 의해 연질화되기 때문이다. 따라서, 침탄용 강의 경도를 더욱 저하시키고, 변형 저항을 더욱 저하시키며, 그리고, 한계 가공률을 더욱 향상시키기 위해서는, 구상화 열처리 공정을 실시하는 것이 바람직하다.
상기한, 형상이, 길이 방향과 직교하는 절단면이 원형으로 되는 막대 형상 또는 선 형상이며, 둘레면으로부터 r×0.01까지의 영역인 표층부의 금속 조직이, 면적%로, 페라이트와 펄라이트를, 합계, 10% 이하로 제한하고, 잔량부가 마르텐사이트, 베이나이트, 템퍼링 마르텐사이트, 템퍼링 베이나이트 및 시멘타이트 중 적어도 하나를 포함하는 금속 조직을 갖는 침탄용 강으로 하기 위해서는, 이하의 제조 방법을 행하는 것이 바람직하다.
열간 제어 압연 공정으로서, 주조 공정 후의 주조편을, 최종 마무리 압연의 출구측에서 표면 온도가 700℃ 내지 1000℃로 되는 조건으로 제어하여 열간 압연을 행하여 열간 제어 압연 강재를 얻는다.
이 열간 제어 압연 공정에서의 최종 마무리 압연의 직후에, 아직, 냉각하지 않은 상기 열간 제어 압연 강재에, 급냉 공정으로서, 이 열간 제어 압연 강재의 표면 온도가 0℃ 초과 500℃ 이하로 되도록 급냉을 실시한다.
그리고, 상기 급냉 공정 후의 열간 제어 압연 강재에, 복열 공정으로서, 적어도 1회 이상의 복열 처리를 실시하여 침탄용 강을 얻는다.
상기 열간 제어 압연 공정에서, 최종 마무리 압연의 출구측에서의 열간 제어 압연 강재의 표면 온도를 700℃ 내지 1000℃로 하는 것은, 결정립을 미세화할 수 있기 때문이다. 상기 표면 온도가 1000℃를 초과하면, 통상의 열간 압연 강재와 마찬가지인 조대한 결정 입경밖에 얻어지지 않는다. 또한, 상기 표면 온도가 700℃ 미만에서는, 상기 표층부에서 페라이트 분률이 작은 금속 조직으로 하는 것이 곤란해진다. 따라서, 최종 마무리 압연의 출구측에서의 열간 제어 압연 강재의 표면 온도가 700℃ 내지 1000℃의 온도 범위로 하는 것이 바람직하다.
상기 급냉 공정에서, 상기 열간 제어 압연 강재를, 그 표면 온도가 0℃ 초과 500℃ 이하로 되도록 급냉하는 것은, 둘레면으로부터 r×0.01까지의 영역인 상기 표층부에서, 마르텐사이트 변태, 또는, 베이나이트 변태를 촉진하여, 페라이트 분률이 작은 금속 조직으로 하기 위해서이다. 따라서, 급냉 공정에서, 열간 제어 압연 강재의 표면 온도를, 변태 개시 온도인 Ms점(냉각하는 동안에 오스테나이트가 마르텐사이트로 변태하기 시작하는 온도), 또는 Bs점(냉각하는 동안에 오스테나이트가 베이나이트로 변태하기 시작하는 온도) 이하의 온도인 0℃ 초과 500℃ 이하로 급냉하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0℃ 초과 450℃ 이하로 한다.
상기 복열 공정에서, 상기 급냉 공정 후의 열간 제어 압연 강재에, 적어도 1회 이상 복열 처리를 실시하는 것은, 상기 표층부의 마르텐사이트, 또는, 베이나이트가, 템퍼링 마르텐사이트, 또는, 템퍼링 베이나이트로 되도록 조직 제어하기 위해서이다. 마르텐사이트, 또는, 베이나이트가, 템퍼링을 받음으로써, 켄칭 균열 발생률이나 자연 균열 발생률 등이 경감된다. 이 복열 방법으로서는, 제조 설비에 복열을 위한 승온부를 추가함으로써, 적극적으로, 템퍼링 마르텐사이트, 또는, 템퍼링 베이나이트를 생성시켜도 된다. 또는, 상기 급냉 공정 후의 열간 제어 압연 강재의, 급냉 효과가 미치지 않은 중심부의 열에 의한 복열에 의해, 상기 표층부의 온도를 다시 상승시켜서, 템퍼링 마르텐사이트나 템퍼링 베이나이트를 생성시켜도 된다. 상기한 어느 쪽 방법을 채용해도, 그 효과에 차이는 발생하지 않는다. 그러나, 복수회의 복열 처리를 실시하는 경우에는, 복열을 위한 승온부가 필요해진다. 또한, 상기 복열 처리 시에, 상기 표층부의 온도가 800℃를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 상기 표층부의 온도가 800℃를 초과하면, 템퍼링 마르텐사이트, 또는, 템퍼링 베이나이트가, 다시 오스테나이트로 변태한다. 보다 바람직하게는, 720℃ 이하로 한다. 또한, 상기 복열 처리 시에, 상기 표층부의 온도가 400℃ 이상으로 되는 것이 바람직하다.
상기한, 표층부의 금속 조직에 포함되는 시멘타이트 중, 90% 이상 100% 이하가, 어스팩트비 3 이하의 시멘타이트인 침탄용 강으로 하기 위해서는, 이하의 제조 방법을 행하는 것이 바람직하다.
상기 복열 공정 후의 열간 제어 압연 강재에, 또한, 구상화 열처리 공정으로서, 구상화 열처리를 실시하여 침탄용 강을 얻는다. 또한, 구상화 열처리의 방법은, 상기와 같은, 종래 공지된 어닐링 또는 구상화 열처리 방법을 적용하면 되고, 특별히 한정되는 것은 아니다.
마르텐사이트 및 베이나이트와 같은 저온 변태 조직이나, 템퍼링 마르텐사이트 및 템퍼링 베이나이트와 같은 저온 변태 조직에 템퍼링을 행한 조직에 대하여 구상화 열처리를 행하면, 매트릭스의 페라이트 결정립이 미세하고, 또한 매트릭스 중에 구상화 시멘타이트가 균일 미세하게 분산된 금속 조직이 얻어진다. 상기 표층부의 금속 조직에 포함되는 시멘타이트 중, 90% 이상 100% 이하가, 어스팩트비 3 이하의 시멘타이트라고 하면, 더욱 냉간 단조 시의 한계 가공률이 향상된다.
이어서, 본 실시 형태에 따른 침탄강 부품의 제조 방법에 대하여 설명한다.
상기한 기본 성분, 선택 성분 및 불가피 불순물로 이루어지고, 또한, 상기 서냉 공정, 상기 복열 공정, 상기 구상화 열처리 공정으로부터 선택되는 공정을 거쳐서 제조된 침탄용 강에, 냉간 가공 공정으로서, 냉간 소성 가공을 실시하여 형상을 부여한다. 이 냉간 가공 공정에서의, 가공률, 변형 속도 등의 소성 가공 조건은, 특별히 한정되는 것은 아니고, 적절히 적합한 조건을 선택하면 된다.
냉간 가공 공정 후의 형상을 부여받은 침탄용 강에, 침탄 공정으로서, 침탄 처리, 또는 침탄질화 처리를 실시한다. 상기한 금속 조직과 경도를 갖는 침탄강 부품을 얻기 위해서, 침탄 처리 또는 침탄질화 처리의 조건을, 온도가 830℃ 내지 1100℃, 카본 포텐셜이 0.5% 내지 1.2%, 침탄 시간이 1시간 이상인 것으로 하는 것이 바람직하다.
침탄 공정 후, 마무리 열처리 공정으로서, 켄칭 처리, 또는 켄칭·템퍼링 처리를 실시하여 침탄강 부품을 얻는다. 상기한 금속 조직과 경도를 갖는 침탄강 부품을 얻기 위해서, 켄칭 처리, 또는 켄칭·템퍼링 처리의 조건을, 켄칭 매체의 온도가 실온 내지 250℃인 것으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 필요에 따라 켄칭 후에 서브 제로 처리를 행해도 된다.
또한, 필요에 따라, 상기 냉간 가공 공정 전의 침탄용 강에, 또한, 어닐링 공정으로서, 어닐링 처리를 행해도 된다. 어닐링 처리를 행함으로써, 침탄용 강의 경도가 저하하고, 변형 저항이 저하하며, 그리고, 한계 가공률이 향상된다. 어닐링 조건은, 특별히 한정되는 것은 아니고, 적절히, 적합한 조건을 선택하면 된다.
또한, 필요에 따라, 상기 냉간 가공 공정 후이고, 상기 침탄 공정 전의 침탄용 강에, 또한, 절삭 공정으로서, 절삭 가공을 실시하여 형상을 부여해도 된다. 절삭 가공을 행함으로써, 냉간 소성 가공만으로는 곤란한, 정밀 형상을 침탄용 강에 부여할 수 있다.
또한, 필요에 따라, 상기 마무리 열처리 공정 후의 침탄강 부품에, 또한, 숏피닝 공정으로서, 숏피닝 처리를 행해도 된다. 숏피닝 처리를 행함으로써, 침탄강 부품 표층부에 압축 잔류 응력이 도입된다. 압축 잔류 응력은 피로 균열의 발생, 진전을 억제하므로, 침탄강 부품의 이끝 및 치면 피로 강도를 더욱 향상시킬 수 있다. 숏피닝 처리는, 직경이 0.7㎜ 이하인 숏 입자를 사용하고, 아크 하이트가 0.4㎜ 이상인 조건에서 행하는 것이 바람직하다.
실시예에 의해 본 발명의 일 형태의 효과를 더욱 구체적으로 설명하는데, 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해서 채용한 하나의 조건예이며, 본 발명은 이 하나의 조건예에 한정되지 않는다. 본 발명은 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한, 다양한 조건을 채용할 수 있다.
(실험예 1)
주조 공정으로서, 표 1에 나타내는 화학 조성을 갖는 전로 용제 강을, 연속 주조에 의해 주조하여 주조편을 얻었다. 이 주조편에, 균열 확산 처리, 분괴 압연을 실시하여, 일변이 162㎜인 정방형의 강재로 하였다. 이 강재를 사용하여, 열간 가공 공정으로서, 열간 압연을 실시하고, 길이 방향과 직교하는 절단면이 원형이고, 그 절단면의 직경이 35㎜로 되는 막대 형상의 열간 가공 강재를 얻었다. 이 열간 가공 강재에, 서냉 공정으로서, 압연 라인 뒤에 설치한 보온 커버 또는 열원 부착 보온 커버를 사용하여, 표 2에 나타내는 냉각 속도로 서냉을 행하여, 침탄용 강을 얻었다. 그 후, 구상화 열처리 공정(SA 공정: Spherodizing Annealing)으로서, 구상화 열처리를 행하였다.
이와 같이 하여 제조한 침탄용 강에 대해서, 다양한 특성을 평가하였다. 막대 형상인 침탄용 강의, 둘레면으로부터 상기 절단면의 직경 1/4 깊이의 위치로부터, 경도 측정용 및 금속 조직 관찰용의 시험편을 채취하였다. 또한, 침탄용 강의 길이 방향이 압축 방향으로 되도록, 한계 압축률 측정용의 시험편(6㎜φ×9㎜, 절결 형상: 30도, 깊이 0.8㎜, 선단부의 곡률 반경 0.15㎜)을 채취하였다. 표 2에, 서냉 공정 후 및 구상화 열처리 공정(SA 공정) 후의 침탄용 강의, 경도, 금속 조직 및 한계 압축률의 측정 결과를 나타낸다.
경도의 측정은, 비커스 경도계를 사용하여, 합계 10회의 측정을 행하고, 평균값을 산출하였다. 서냉 공정 후의 침탄용 강의 경도가 HV125 이하인 경우, 또한, 구상화 열처리 공정 후의 침탄용 강의 경도가 HV110 이하인 경우를, 연질화가 충분하여 합격이라고 판정하였다.
금속 조직의 관찰은, 서냉 공정 후의 침탄용 강에 나이탈 부식을, 구상화 열처리 공정 후의 침탄용 강에 피크럴 부식을 실시하여, 광학 현미경으로 관찰을 행하였다. 페라이트와 펄라이트의 합계 분률 및 페라이트와 구상화 시멘타이트의 합계 분률은, 화상 해석에 의해 산출하였다. 또한, 금속 조직 중에서, 상기 이외의 잔량부는, 펄라이트, 마르텐사이트, 베이나이트, 템퍼링 마르텐사이트, 템퍼링 베이나이트 또는, 시멘타이트 등이었다.
한계 압축률의 측정은, 구속 다이스를 사용해서 10㎜/분의 스피드로 냉간 압축을 행하고, 절결 근방에 0.5㎜ 이상의 미소 균열이 발생했을 때에 압축을 정지하고, 그때의 압축률을 산출하였다. 이 측정을 합계 10회 행하고, 누적 파손 확률이 50%로 되는 압축률을 구하여, 그 압축률을 한계 압축률로 하였다. 상기한 종래의 침탄용 강의 한계 압축률이, 약 65%이므로, 이 값보다도 명백하게 높은 값이라고 간주할 수 있는 68% 이상으로 되는 경우를, 한계 가공률이 우수하다고 판단하였다.
또한, 이하의 방법으로 침탄 특성을 평가하였다. 상기 방법으로 제조한 침탄용 강의, 둘레면으로부터 상기 절단면의 직경 1/4 깊이의 위치로부터, 길이 방향이 압축 방향으로 되도록, 침탄용의 시험편(20㎜φ×30㎜)을 채취하였다. 이 침탄용의 시험편에, 냉간 가공 공정으로서, 냉간으로 압축률 50%의 업셋팅(upsetting) 압축을 행하였다. 업셋팅 압축의 조건은, 실온, 구속 다이스 사용, 왜곡 속도 1/초이다. 업셋팅 압축 후의 침탄용의 시험편에, 침탄 공정으로서, 변성로 가스 방식에 의한 가스 침탄을 행하였다. 이 가스 침탄은, 카본 포텐셜을 0.8%로 하여, 950℃에서 5시간 유지를 행하고, 계속해서, 850℃에서 0.5시간 유지를 행하였다. 침탄 공정 후에, 마무리 열처리 공정으로서, 130℃로의 오일 켄칭을 행하고, 그리고, 150℃에서 90분의 템퍼링을 행하여, 침탄강 부품을 얻었다.
상기 제조한 침탄강 부품의, 침탄층 및 강부에 대해서, 특성을 평가하였다. 표 2에, 그 측정 결과를 나타낸다.
상기 침탄강 부품의 침탄층에 대해서, 표면으로부터 깊이 50㎛의 위치에서의 경도와, 표면으로부터 깊이 0.4㎜의 위치에서의 경도를, 비커스 경도계를 사용하여, 합계 10회의 측정을 행하고, 평균값을 산출하였다. 표면으로부터 깊이 50㎛의 위치에서의 경도가 HV650 이상 HV1000 이하인 경우, 또한, 표면으로부터 깊이 0.4㎜의 위치에서의 경도가 HV550 이상 HV900 이하인 경우를, 경도가 충분하여 합격이라고 판정하였다.
상기 침탄강 부품의 침탄층에 대해서, 표면으로부터 깊이 0.4㎜의 위치에서의 금속 조직을 평가하였다. 금속 조직은, 나이탈 부식을 실시하여, 광학 현미경으로 관찰을 행하였다. 마르텐사이트의 분률은, 화상 해석에 의해 산출하였다. 또한, 금속 조직 중에서, 상기 이외의 잔량부는, 페라이트, 펄라이트, 베이나이트, 템퍼링 마르텐사이트, 템퍼링 베이나이트, 구상화 시멘타이트 또는, 시멘타이트 등이었다.
상기 침탄강 부품의 강부에 대해서, 표면으로부터 깊이 2㎜의 위치에서의, 경도와 화학 조성을 평가하였다. 경도는, 비커스 경도계를 사용하여, 합계 10회의 측정을 행하고, 평균값을 산출하였다. 그리고, 경도가, HV250 이상 HV500 이하인 경우를, 경도가 충분하여 합격이라고 판정하였다. 화학 조성은, EPMA(전자선 마이크로 애널라이저, Electron Probe Micro Analyser)를 사용하여, 원자 번호 5번 이상의 원소에 관하여 정량 분석을 행하였다. 그리고, 출발 재료인 주조편에서의 화학 성분과, 거의 동일한 조성인 경우를, 동등하다고 판단하였다.
상기 침탄강 부품의 강부에 대해서, 표면으로부터 깊이 2㎜의 위치에서의, 구 오스테나이트 결정립의 관찰을 행하였다. 구 오스테나이트 결정의 조대립의 발생 유무는, 관찰면 중에 직경 100㎛ 이상의 결정립이 하나라도 존재하고 있는 경우에는 「조대립 발생 있음」이라고 판정하였다. 또는, JIS의 결정립도 번호로 No.4 이하의 결정립이 하나라도 존재하고 있는 경우에 「조대립 발생 있음」이라고 판정해도 된다.
표 1 및 표 2에 나타내는 바와 같이, 실시예 1 내지 16은 화학 성분, 경도 지표, 켄칭성 지표 및 TiC 석출량 지표 모두가 목표를 달성하고 있고, 그 결과, 침탄용 강 및 침탄강 부품으로서 필요로 하는 성능을 만족하고 있다.
이에 비해, 비교예 17 내지 28은 화학 성분, 경도 지표, 켄칭성 지표 및 TiC 석출량 지표 중 어느 하나가 목표를 달성하지 못하고 있고, 그 결과, 침탄용 강 및 침탄강 부품으로서 필요로 하는 성능을 만족하지 못하고 있다.
비교예 No.17 및 18은 화학 성분의 C, Ti, B, N의 함유량과, 경도 지표와, TiC 석출량 지표가, 본 발명의 범위를 만족하지 못하고 있기 때문에, 침탄용 강의 경도 및 한계 압축률이 불충분하게 된 예이다.
비교예 No.19는, 경도 지표가 본 발명의 범위를 만족하지 못하고 있기 때문에, 침탄용 강의 경도 및 한계 압축률이 불충분하게 된 예이다.
비교예 No.20 및 No.21은, 켄칭성 지표가 본 발명의 범위를 만족하지 못하고 있기 때문에, 침탄강 부품의 강부의 경도가 불충분하게 된 예이다.
비교예 No.22는, 화학 성분의 B 함유량이 본 발명의 범위를 만족하지 못하고 있기 때문에, 침탄강 부품의 강부의 경도가 불충분하게 된 예이다.
비교예 No.23은, 화학 성분의 C 함유량과, 경도 지표가, 본 발명의 범위를 만족하지 못하고 있기 때문에, 침탄용 강의 경도 및 한계 압축률이 불충분하게 된 예이다.
비교예 No.24는, 화학 성분의 C 함유량이 본 발명의 범위를 만족하지 못하고 있기 때문에, 침탄강 부품의 강부의 경도가 불충분하게 된 예이다.
비교예 No.25는, 화학 성분의 N 함유량과, TiC 석출량 지표가, 본 발명의 범위를 만족하지 못하고 있기 때문에, 침탄용 강의 한계 압축률과, 침탄강 부품의 강부의 경도가 불충분하게 된 예이다. 침탄용 강의 한계 압축률이 불충분하게 된 것은, N 함유량이 많기 때문에, 조대한 TiN이 생성되고, 이것이 냉간 가공 시의 파괴의 기점이 되었기 때문이다. 침탄강 부품의 강부의 경도가 불충분하게 된 것은, TiC 석출량 지표의 값이 작기 때문에, B 첨가에 의한 켄칭성 향상 효과를 얻을 수 없었던 것과, 침탄시에 TiC에 의한 오스테나이트 결정립의 핀 고정 효과가 불충분하여 조대립이 발생한 것에 기인한다.
비교예 No.26은, TiC 석출량 지표가 본 발명의 범위를 초과하고 있기 때문에, 침탄용 강의 경도 및 한계 압축률이 불충분하게 된 예이다.
비교예 No.27 및 No.28은, TiC 석출량 지표가 본 발명의 범위보다 작기 때문에, 침탄강 부품의 강부의 경도가 불충분하게 된 예이다. 이것은, B 첨가에 의한 켄칭성 향상 효과를 얻을 수 없었던 것과, 침탄시에 TiC에 의한 오스테나이트 결정립의 핀 고정 효과가 불충분하여 조대립이 발생한 것에 기인한다.
(실험예 2)
주조 공정으로서, 표 1에 나타내는 강 No.B의 화학 조성을 갖는 전로 용제 강을, 연속 주조에 의해 주조하여 주조편을 얻었다. 이 주조편에, 균열 확산 처리, 분괴압연을 실시하여, 일변이 162㎜인 정방형의 강재로 하였다. 이 강재를 사용하여, 열간 제어 압연 공정으로서, 표 3에 나타내는 마무리 온도로 열간 제어 압연을 실시하고, 길이 방향과 직교하는 절단면이 원형이고, 그 절단면의 직경이 35㎜로 되는 막대 형상의 열간 제어 압연 강재를 얻었다. 이 열간 제어 압연 강재에, 급냉 공정으로서, 압연 라인 후에 설치한 수냉 장치를 사용하여, 표 3에 나타내는 온도로 될 때까지 표층부의 급냉을 행하였다. 그리고, 복열 공정으로서, 급냉 효과가 미치지 않은 중심부의 열에 의한 복열에 의해서, 상기 표층부의 온도를 다시 상승시켜, 침탄용 강을 얻었다. 그 후, 구상화 열처리 공정(SA 공정)으로서, 구상화 열처리를 행하였다.
이와 같이 하여 제조한 침탄용 강에 대해서, 다양한 특성을 평가하였다. 막대 형상인 침탄용 강의, 둘레면으로부터 상기 절단면의 직경 1/4 깊이의 위치로부터, 경도 측정용의 시험편을 채취하였다. 둘레면으로부터 r×0.01의 깊이의 위치로부터, 금속 조직 관찰용의 시험편을 채취하였다. 또한, 침탄용 강의 길이 방향이 압축 방향으로 되도록, 한계 압축률 측정용의 시험편(6㎜φ×9㎜, 절결 형상: 30도, 깊이 0.8㎜, 선단부의 곡률 반경 0.15㎜)을 채취하였다. 표 3에, 복열 공정 후 및 구상화 열처리 공정(SA 공정) 후의 침탄용 강의, 경도, 금속 조직 및 한계 압축률의 측정 결과를 나타낸다.
경도의 측정 방법과, 합격의 판정 기준은, 실험예 1과 동일하다. 한계 압축률의 측정법과, 합격의 판정 기준도, 실험예 1과 동일하다.
금속 조직의 관찰은, 복열 공정 후의 침탄용 강에 나이탈 부식을, 구상화 열처리 공정 후의 침탄용 강에 피크럴 부식을 실시하여, 광학 현미경으로 관찰을 행하였다. 페라이트와 펄라이트의 합계 분률 및 시멘타이트의 개수와 어스팩트비는, 화상 해석에 의해 산출하였다. 또한, 금속 조직 중에서, 상기 이외의 잔량부는, 마르텐사이트, 베이나이트, 템퍼링 마르텐사이트, 템퍼링 베이나이트, 구상화 시멘타이트 및 시멘타이트 등이었다.
또한, 침탄 특성도 평가하였다. 침탄 방법, 평가 방법 및 합격의 판정 기준은, 실험예 1과 동일하다.
표 1 및 표 3에 나타내는 바와 같이, 실시예 29 내지 36은 화학 성분, 경도 지표, 켄칭성 지표 및 TiC 석출량 지표 모두가 목표를 달성하고 있고, 그 결과, 침탄용 강 및 침탄강 부품으로서 필요로 하는 성능을 만족하고 있다.
Figure 112013021737424-pct00006
Figure 112013021737424-pct00007
Figure 112013021737424-pct00008
<산업상 이용가능성>
본 발명의 상기 형태에 따른, 침탄용 강, 침탄강 부품 및 그 제조 방법에 따르면, 침탄용 강의 단계에서, 종래 강보다도 냉간 단조 시의 변형 저항이 작고, 한계 가공률이 크며, 그리고, 침탄 열 처리 후에, 종래 강과 동등한 경화층 및 강부 경도를 갖는 침탄용 강, 침탄강 부품 및 그 제조 방법의 제공이 가능하게 되므로, 산업상 이용가능성이 높다.

Claims (13)

  1. 화학 성분이, 질량%로,
    C: 0.07% 내지 0.13%,
    Si: 0.0001% 내지 0.50%,
    Mn: 0.0001% 내지 0.80%,
    S: 0.0001% 내지 0.100%,
    Cr: 1.30%초과 내지 5.00%,
    B: 0.0005% 내지 0.0100%,
    Al: 0.0001% 내지 1.0%,
    Ti: 0.010% 내지 0.10%를 함유하고,
    N: 0.0080% 이하,
    P: 0.050% 이하,
    O: 0.0030% 이하로 제한하고,
    잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하여 이루어지고,
    상기 화학 성분 중의 각 원소의 질량%로 나타낸 함유량이,
    경도 지표로서 하기 수학식 1,
    켄칭성 지표로서 하기 수학식 2 및
    TiC 석출량 지표로서 하기 수학식 3
    을 동시에 만족시키는 것을 특징으로 하는, 침탄용 강.
    [수학식 1]
    Figure 112013021737424-pct00009

    [수학식 2]
    Figure 112013021737424-pct00010

    [수학식 3]
    Figure 112013021737424-pct00011
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학 성분이, 또한, 질량%로
    Nb: 0.002% 내지 0.100%,
    V: 0.002% 내지 0.20%,
    Mo: 0.005% 내지 0.50%,
    Ni: 0.005% 내지 1.00%,
    Cu: 0.005% 내지 0.50%,
    Ca: 0.0002% 내지 0.0030%,
    Mg: 0.0002% 내지 0.0030%,
    Te: 0.0002% 내지 0.0030%,
    Zr: 0.0002% 내지 0.0050%,
    Rare Earth Metal: 0.0002% 내지 0.0050%,
    Sb: 0.002% 내지 0.050% 중 적어도 하나를 함유하고,
    상기 경도 지표가 상기 수학식 1 대신에 하기의 수학식 4로, 상기 켄칭성 지표가 상기 수학식 2 대신에 하기의 수학식 5로, 정의되는 것을 특징으로 하는, 침탄용 강.
    [수학식 4]
    Figure 112013021737424-pct00012

    [수학식 5]
    Figure 112013021737424-pct00013
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    금속 조직이, 면적%로, 페라이트와 펄라이트를, 합계, 85% 이상 100% 이하 포함하는 것을 특징으로 하는, 침탄용 강.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    금속 조직이, 면적%로, 페라이트와 구상화 시멘타이트를, 합계, 85% 이상 100% 이하 포함하는 것을 특징으로 하는, 침탄용 강.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 침탄용 강의 형상이, 길이 방향과 직교하는 절단면이 원형으로 되는 막대 형상 또는 선 형상이며,
    둘레면으로부터 상기 절단면의 중심까지의 거리를 단위 ㎜로 r이라고 하면, 상기 둘레면으로부터 r×0.01까지의 영역인 표층부의 금속 조직이, 면적%로, 페라이트와 펄라이트를, 합계, 10% 이하로 제한하고,
    잔량부가 마르텐사이트, 베이나이트, 템퍼링 마르텐사이트, 템퍼링 베이나이트 및 시멘타이트 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 침탄용 강.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 침탄용 강의 형상이, 길이 방향과 직교하는 절단면이 원형으로 되는 막대 형상 또는 선 형상이며,
    둘레면으로부터 상기 절단면의 중심까지의 거리를 단위 ㎜로 r이라고 하면, 상기 둘레면으로부터 r×0.01까지의 영역인 표층부의 금속 조직에 포함되는 시멘타이트 중, 90% 이상 100% 이하가, 어스팩트비 3 이하의 시멘타이트인 것을 특징으로 하는, 침탄용 강.
  7. 제1항 또는 제2항에 기재된 침탄용 강의 제조 방법이며,
    주조편을 얻는 주조 공정과 ;
    상기 주조편을, 열간 소성 가공하여 열간 가공 강재를 얻는 열간 가공 공정과 ;
    상기 열간 가공 공정 후에, 상기 열간 가공 강재의 표면 온도가 800℃ 내지 500℃로 되는 온도 범위를 0℃/초 초과 1℃/초 이하의 냉각 속도로 서냉하는 서냉 공정;을 갖는 것을 특징으로 하는, 침탄용 강의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 서냉 공정 후의 상기 열간 가공 강재에, 또한, 구상화 열처리를 실시하는 구상화 열처리 공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 침탄용 강의 제조 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 기재된 침탄용 강의 제조 방법이며,
    주조편을 얻는 주조 공정과 ;
    상기 주조편을, 최종 마무리 압연의 출구측에서 표면 온도가 700℃ 내지 1000℃로 되는 조건으로 제어하여 열간 압연을 행하여 열간 제어 압연 강재를 얻는 열간 제어 압연 공정과 ;
    상기 열간 제어 압연 공정 후에, 상기 열간 제어 압연 강재의 표면 온도가 0℃ 초과 500℃ 이하로 되도록 급냉하는 급냉 공정과 ;
    상기 급냉 공정 후의 상기 열간 제어 압연 강재를 적어도 1회 이상 복열시키는 복열 공정;
    을 갖는 것을 특징으로 하는, 침탄용 강의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복열 공정 후의 상기 열간 제어 압연 강재에, 또한, 구상화 열처리를 실시하는 구상화 열처리 공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 침탄용 강의 제조 방법.
  11. 강부와, 상기 강부의 외면에 생성된 두께 0.4㎜ 초과 2㎜ 미만의 침탄층을 구비하는 침탄강 부품이며:
    상기 침탄층에 있어서,
    표면으로부터 깊이 50㎛의 위치에서의 비커스 경도가 HV650 이상 HV1000 이하이고, 상기 표면으로부터 깊이 0.4㎜의 위치에서의 비커스 경도가 HV550 이상 HV900 이하이며, 또한, 상기 표면으로부터 깊이 0.4㎜의 위치에서의 금속 조직이, 면적%로, 마르텐사이트를 90% 이상 100% 이하 포함하고;
    상기 표면으로부터 깊이 2㎜의 위치의 상기 강부에 대해서,
    제1항 또는 제2항에 기재된 상기 화학 성분을 포함하여 이루어지고, 또한, 비커스 경도가 HV250 이상 HV500 이하인 것을 특징으로 하는, 침탄강 부품.
  12. 제11항에 기재된 침탄강 부품의 제조 방법이며,
    상기 침탄용 강에, 냉간 소성 가공을 실시하여 형상을 부여하는 냉간 가공 공정과 ;
    상기 냉간 가공 공정 후의 상기 침탄용 강에, 침탄 처리, 또는 침탄질화 처리를 실시하는 침탄 공정과 ;
    상기 침탄 공정 후에, 켄칭 처리, 또는 켄칭·템퍼링 처리를 실시하는 마무리 열처리 공정;
    을 갖는 것을 특징으로 하는, 침탄강 부품의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 냉간 가공 공정 후이고 상기 침탄 공정 전에, 또한, 절삭 가공을 실시하여 형상을 부여하는 절삭 공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 침탄강 부품의 제조 방법.
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