KR102107437B1 - 질화 플레이트 부품 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

침탄 처리재와 동등 이상의 피로 강도를 발현하는 질화 플레이트 부품 및 그 제조 방법을 제공한다.
소정의 성분, 조직의 질화 플레이트 부품이며, 당해 부품의 전단 단면으로부터 질화 플레이트 부품의 내부를 향해 전단 단면 법선 방향으로의 거리가 0.05㎜ 이상, 0.10㎜ 이하의 범위의 질소 평균 함유량이 질량％로 0.4000％ 이상, 1.2000％ 이하이며, 또한 0.015㎜ 이상, 0.200㎜ 이하의 최저 질소 함유량이 0.0600％ 이상인 것을 특징으로 한다. 강판 코일을 감아 개방한 후에, 강판의 표층에 소성 변형량으로 0.03％ 이상, 3.00％ 이하의 인장과 압축 변형을 교대로 부여한 후, 다시 강판을 되감는 일 없이, 전단 가공과 프레스 성형을 실시하여 플레이트 부품 형상으로 한 후, 소정의 조건으로 질화한다.

Description

질화 플레이트 부품 및 그 제조 방법

본 발명은 적정한 소재의 제조 방법과 성형을 행한 후에 가스 연질화 처리를 실시함으로써 우수한 내구성을 갖는 질화 플레이트 부품과 그 제조 방법에 관한 것으로, 예를 들어 토크 컨버터용 플레이트 부품과 그 제조 방법에 관한 것이다.

자동차나 각 기계 부품에는, 표면 경화 처리를 실시한 부품이 수없이 사용되고 있다. 표면 경화 처리는 일반적으로 내마모성이나 피로 강도 개선을 목적으로 하여 실시되고, 대표적인 표면 경화 처리 방법으로서, 침탄, 질화, 고주파 ?칭 등을 들 수 있다.

가스 질화, 가스 연질화, 염욕 연질화 등의 질화 처리는 다른 방법과 달리, 열처리 변형을 작게 할 수 있다는 이점을 갖는다. 따라서, 질화는 자동차 부재에 있어서는 크랭크 샤프트, 트랜스미션 기어 등의 정밀 가공을 실시한 부품, 혹은 프레스에 의해 성형되는 디스크, 플레이트 등의 경화 처리 후의 형상 정밀도를 요하는 것에 적합한 표면 경화 처리이다.

질화 처리 중, 가스 질화, 염욕 질화 등을 들 수 있지만, 그 중에서도, 질소와 함께 탄소를 포함하는 욕 또는 분위기에서 처리되는 가스 연질화 처리는, 질화 포텐셜을 높이는 것으로 단시간의 처리이면 되고, 몇 시간으로 표면 경화층 깊이를 높인 부품을 얻을 수 있다. 이 가스 연질화 처리에서는, 표면 경화 깊이가 높은 표면 경화층이 형성되고, 부품으로서 뛰어난 내마모성을 얻을 수 있다는 것 외에도, 표면 경화의 효과에 의해 내구성이 크게 향상된다는 것이 특징이다. 이상으로부터, 가스 연질화 처리는 우수한 치수 정밀도, 내마모성 및 경제성을 겸비한 기술이며, 내마모성 향상을 목적으로 한 침탄 ?칭 처리를 가스 연질화 처리로 치환할 것이 요구되고 있다.

그러나, 철강 재료를 소재로 이용한 가스 연질화 처리 부품에 대해서는, 내마모성이 뛰어난 표면 화합물층을 형성시키기 위하여 A1점 이하의 온도 영역에서의 처리를 행할 필요가 있다. 그 결과, 침탄 처리나 고주파 ?칭 처리와 같이 마르텐사이트 변태를 발생하지 않으므로, 일반적으로, 부품 표층에 발생되는 압축의 잔류 응력이 작고, 침탄 처리재와 동등 이상의 내구성을 확보하기가 곤란하다.

토크 컨버터를 구성하는 동력 전달의 역할을 담당하는 플레이트 부품은, 터빈에 접합된 플레이트 측면에 갈고리부가 배치되고, 피스톤에 배치된 스프링을 통해 동력 전달을 이룬다. 이 때, 갈고리부는 플레이트 면내 방향으로 하중이 부하되어, 플레이트와 갈고리부 사이의 코너부 부근에서 응력 집중하고, 이 부위로부터 피로 균열이 생기기 쉽다. 부품 내구성은 동력 전달 시에 발생하는 응력을 저감시킴으로써 향상된다. 그 수단으로는 플레이트와 갈고리부 사이의 코너부의 형상을 완만하게 하는 것이나 두께 증대를 들 수 있지만, 공간 제약이나 동력 전달 효율의 관점에서 바람직하지 않다.

한편, 특허문헌 1에는, 가스 연질화 처리 후의 피로 강도를 향상시키는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 1에 개시되는 기술에서는, 강판의 전위 밀도나 금속 조직을 제어함으로써 피로 특성을 향상시키고 있다.

또한, 동력 전달의 역할을 담당하는 토크 컨버터용 플레이트 부품은, 일반적으로 제조 공정에 있어서 소재가 되는 강판(모재)에 전단 가공을 실시한 후에, 프레스 공정을 거쳐 소정의 부품 형상이 된다. 그 때문에, 최종 제품에서도 전단 가공 시에 생성되는 파단면의 성상을 받게 된다. 가스 연질화된 토크 컨버터용 플레이트 부품에 관계없이, 단면은 조도가 크고, 미시적인 응력 집중을 받아, 더 높은 응력이 발생된다.

예를 들어, 전단면의 특성을 향상시킬 목적으로, 특허문헌 2에는 플레이트 디스크 클러치용 강판이 발명되어 있다. 특허문헌 3에서는 소재의 전위 밀도를 제어하는 것으로 전단 단면의 내구성을 향상시킨 강판 소재에 관한 발명이 있어, 이들은 모두 전단면으로부터 피로 균열이 발생하기 쉬운 용도에 있어서 매우 유효한 기술이다.

국제 공개 제2015/190618호 일본 특허 공개 제2001-73073호 공보 국제 공개 제2013/077298호

그러나, 특허문헌 1에 개시된 기술은 평면부의 피로 특성을 향상시키는 기술이며, 질화 플레이트 부품에 적용해도, 충분한 피로 강도를 달성시키는 기술은 아니다. 이것은, 질화 플레이트 부품의 피로 강도가 전단 단면의 내구성에 의해 결정되기 때문이다. 게다가, 특허문헌 1에 기재된 Ti나 Nb를 포함한 성분을 갖는 강판에 있어서 페라이트 분율을 80％ 이상으로 하는 것은, 질화 플레이트 부품의 평면부에 있어서의 피로 강도의 저하를 초래하는 원인이 된다. 즉, Ti나 Nb를 포함한 페라이트 강에서는 항복 신장이 발생한다. 이 항복 신장은, 질화 처리 전 단계에서 프레스 부품의 표면에, 주름 모양을 형성시키는 원인이다. 이 주름 모양은 응력 집중을 초래하기 때문에 전단 단면 이외의 표면의 피로 강도를 저하시킨다. 또한 전단 단면이 있는 경우, 전단 단면과 프레스 부품의 표면 능선에서는 미시적으로 응력 집중함으로써, 전단 단면의 피로 강도는 현저하게 저하된다.

또한, 후술하는 바와 같이, 본 발명자의 검토에 있어서, 특허문헌 3에 기재된 기술은, 침탄 처리재 동등 이상의 가스 연질화를 실시한 토크 컨버터 부품의 내구성을 발현시키기 위하여 적용할 수 있는 기술이 아닌 것을 알 수 있다. 이것은 가스 연질화를 실시한 토크 컨버터 부품은 전단 단면으로부터가 아니고, 전단 단면 근방의 내부로부터 균열이 발생되기 때문이다. 특허문헌 3에서는, 전단 단면의 피로 강도를 펀칭 구멍이 있는 평면 굽힘 피로 시험으로 평가를 하고 있다. 이 펀칭 구멍이 있는 평면 굽힘 피로 시험에서는 펀칭 구멍의 전단 단면의 에지(즉, 강판 표면과 전단 단면이 이루는 능선)가 가장 높은 응력을 받는다. 그런데, 질화 플레이트 부품은 전단 단면의 면내가 균일하게 부하를 받기 때문에, 펀칭 구멍이 있는 평면 굽힘 피로 시험과는 피로 균열 발생 거동이 상이하다. 그 때문에, 특허문헌 3에 기재되는 기술에서는 질화 플레이트 부품의 피로 강도를 충분히 높일 수 없다.

그래서, 본 발명의 목적은, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 침탄 처리재와 동등 이상의 피로 강도를 발현하는 질화 플레이트 부품 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명자들은, 전단 단면 근방의 부품의 내부로부터 피로 균열이 발생한 위치의 특징을 다양한 요인으로 정리했다. 그 결과, 가스 연질화 처리를 실시한 토크 컨버터용 플레이트 부품으로 대표되는 질화 플레이트 부품(이후, 가스 연질화 처리를 실시한 토크 컨버터용 플레이트 부품을 단순히 「질화 플레이트 부품」 또는 「플레이트 부품」이라고도 칭함)의 피로 강도는, 피로 균열의 발생 위치와 양호한 상관이 있고, 또한, 부품의 내부 질소 농도를 소정의 값으로 제어함으로써, 침탄 처리재 동등 이상의 피로 강도를 발현하는 것을 알아내었다. 또한 검토를 계속한 결과, 피로 균열의 발생 위치는 부품의 전단 가공 변형 이력에 의하여 제어할 수 있고, 이것은 소재의 화학 조성, 제조 조건을 특정한 범위로 한정함으로써, 피로 강도가 향상 발현하는 것을 알 수 있다. 이들 검토로부터, 제어조차 곤란하다고 여겨진 전단 단면을 갖는 질화 플레이트 부품의 피로 강도를 침탄 처리재(이후, 「침탄 플레이트 부품」이라고 칭하는 경우도 있음)의 피로 강도와 동등 이상으로 하는 것에 성공하여, 본 발명에 이르렀다. 그 구체적 수단은 이하와 같다.

(1) 전단 단면을 갖는 질화 플레이트 부품이며,

상기 전단 단면으로부터 적어도 5㎜ 이상 이격된 부분의 판 두께 중심부의 화학 조성이 질량％로,

C: 0.025％ 이상, 0.113％ 이하,

Si: 0.10％ 이하,

Mn: 0.71％ 이상, 1.49％ 이하

P: 0.020％ 이하,

S: 0.0200％ 이하,

Ti: 0.020％ 이상, 0.091％ 이하,

Cr: 0.130％ 이상, 0.340％ 이하,

Al: 0.10％ 이상, 0.35％ 이하,

N: 0.0007％ 이상, 0.0300％ 이하,

Nb: 0％ 이상 0.020％ 이하,

Mo: 0％ 이상 0.140％ 이하,

V: 0％ 이상 0.100％ 이하,

B: 0％ 이상 0.0030％ 이하,

Cu: 0％ 이상 0.13％ 이하,

Ni: 0％ 이상 0.08％ 미만,

W: 0％ 이상 0.07％ 이하,

Co: 0％ 이상 0.07％ 이하,

Ca: 0％ 이상 0.007％ 미만,

Mg: 0％ 이상 0.005％ 미만,

REM: 0％ 이상 0.005％ 미만, 및

잔부: Fe 및 불순물이며,

상기 전단 단면으로부터 전단 단면 법선 방향으로의 거리가 0.05㎜ 이상, 0.10㎜ 이하의 범위의 질소 평균 함유량이 질량％로 0.4000％ 이상, 1.2000％ 이하이며, 또한 0.015㎜ 이상, 0.200㎜ 이하의 최저 질소 함유량이 0.0600％ 이상이며,

금속 조직 중에 있어서의 페라이트 조직의 면적률이 70％ 이하인, 질화 플레이트 부품.

(2) (1)에 기재된 질화 플레이트 부품이며, 그 판 두께가 1.0 이상 8.0㎜ 이하인, 질화 플레이트 부품.

(3) (1)에 기재된 질화 플레이트 부품이며, 그 판 두께가 1.2㎜ 초과 6.0㎜ 이하인 질화 플레이트 부품.

(4) 화학 조성이 질량％로,

C: 0.025％ 이상, 0.113％ 이하,

Si: 0.10％ 이하,

Mn: 0.71％ 이상, 1.49％ 이하

P: 0.020％ 이하,

S: 0.0200％ 이하,

Ti: 0.020％ 이상, 0.091％ 이하,

Cr: 0.130％ 이상, 0.340％ 이하,

Al: 0.10％ 이상, 0.35％ 이하,

N: 0.0007％ 이상, 0.0100％ 이하,

Nb: 0％ 이상 0.020％ 이하,

Mo: 0％ 이상 0.140％ 이하,

V: 0％ 이상 0.100％ 이하,

B: 0％ 이상 0.0030％ 이하,

Cu: 0％ 이상 0.13％ 이하,

Ni: 0％ 이상 0.08％ 미만,

W: 0％ 이상 0.07％ 이하,

Co: 0％ 이상 0.07％ 이하,

Ca: 0％ 이상 0.007％ 미만,

Mg: 0％ 이상 0.005％ 미만,

REM: 0％ 이상 0.005％ 미만, 및

잔부: Fe 및 불순물인 슬래브를, 열연 마무리 압연출측 온도 850℃ 이상, 960℃ 미만의 범위에서 열간 압연을 실시하여 강판을 얻고,

그 후, 열연 마무리 압연 종료 후부터 3초 이내에 냉각을 개시하고, 열연 마무리 압연 종료 후부터 29초 이내에 상기 강판을 460℃ 이상, 630℃ 이하까지 더 냉각하고,

상기 강판을 권취함으로써 강판 코일을 이루고,

또한 산세한 당해 강판 코일에 대해, 당해 강판 코일을 감아 개방한 후에, 상기 강판에 소성 변형량으로 0.03％ 이상, 3.00％ 이하의 범위에서 굽힘·폄을 부여하고,

다시 상기 강판을 되감는 일 없이, 전단 가공과 프레스 성형을 실시하여 플레이트 부품 형상으로 하고,

암모니아 가스가 30％ 초과의 체적 구성비의 분위기에서, 500℃ 이상, 620℃ 미만의 온도로 조정된 밀폐로 내에서, 60분 이상의 시간, 상기 강판을 체류시켜 질화시키는, 질화 플레이트 부품의 제조 방법.

본 발명에 따르면, 종래 제어조차 곤란하다고 여겨진, 질화 플레이트 부품의 피로 균열의 발생 위치를 제어함으로써, 침탄 처리재 동등 이상의 피로 강도를 발현하는 것이 가능해진다. 이 때문에 부품 성능의 경제성을 양립시킨 부품 제조가 가능하게 되는 등, 산업상의 공헌이 현저하다.

도 1은 R형상을 갖는 부품의 측정 부위의 단면을 나타내는 현미경 사진이다.
도 2는 R형상을 갖는 부품의 측정 부위의 단면을 나타내는 현미경 사진이다.
도 3은 피로 시험의 시험편을 나타내는 정면도이다.
도 4는 N**와 피로 균열 발생 위치의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 피로 파면의 SEM 관찰 결과를 나타내는 화상이다.
도 6은 질소 평균 함유량과 피로 강도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 N*, N**와 피로 강도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 N*에 미치는 소성 변형량의 영향을 나타내는 그래프이다.
도 9는 N**에 미치는 소성 변형의 영향을 나타내는 그래프이다.

이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다.

1. 질화 플레이트 부품

토크 컨버터용 플레이트 부품으로 대표되는 질화 플레이트 부품은, 회전축에 대해 수직으로 배치되는 결과, 플레이트의 전단면의 면외에 응력을 받지만, 전단 단면이 아니고, 전단 단면 근방의 내부로부터 피로 균열이 발생한다. 본 발명은 이 피로 균열의 발생 위치에 착안하여, 피로 강도의 관계를 조사하고, 질화 부품의 질소 함유량, 부품의 평균 화학 조성을 한정하고 있으며, 이하에서는, 그 한정 이유를 설명한다.

1.1 질소 함유량

먼저, 질소 함유량을 주목하기에 이른 경위와, 질소 함유량의 한정 이유에 대해 설명한다. 여기서 본 발명에 있어서의 질소 함유량이란, EPMA(Electron Probe Micro Analyser) 장치에 의해 측정된 것이며, W 필라멘트로부터 조사된 전자선의 반사된 Kα선으로부터 동정한 값을 채용하고 있다. 또한, 질소의 측정 방법은 다른 가스 분석 등을 들 수 있지만, 공간 분해능이 부족하기 때문에, 측정 방법으로 바람직하지 않다.

또한, 질소는, 표면의 오일 등의 오염이 전자선에 의해 분해함으로써 발생되기 때문에, 피측정품의 표면 마무리가 중요하다. 표면 마무리의 방법으로는, 측정면을 절단하고, 사포 및 알루미나 등의 미립자로 경면 마무리를 행한 후, 나이탈 등에 의한 부식을 행하지 않고, 아세톤이나 에탄올 등의 액체 중에서 초음파 세정을 하고, 블로워 등으로 건조시킨 후, 적어도 24시간 이상은 실리카겔을 포함한 밀폐 용기로 건조시킨 후에 측정을 행할 필요가 있다. 또한, 밀폐 용기는 로터리 펌프 등에 연결해 두고, 10^-3Torr 정도까지 진공도를 높이는 것이 바람직하다.

가스 연질화 처리는 후술하는 분위기에 조정된 밀폐로 내에서 처리를 행하기 때문에, 로 내 분위기와 접촉한 면은 균일하게 질화가 이루어진다. 그 때문에, 질소 함유량의 측정 개소는 질화 플레이트 부품의 임의의 개소의 전단 단면을 선정하고, 전단 단면으로부터 플레이트 부품의 내부를 향해 수직인 방향으로 절단을 행해도 되고, 그 절단면을 상기 방법으로 표면 마무리를 행하고, 질소 함유량을 측정하면 된다. 단, 전단 단면 이외의 표면도 질화가 되어 있기 때문에, 그 영향을 받지 않는 위치로서, 전단 단면 방향의 측정 위치는 판 두께 중심으로부터 ± 0.1㎜ 이내의 범위의 선 상을 따라, 0.001㎜ 이상, 0.005㎜ 이하의 간격으로 질소 함유량을 측정하면 된다.

여기서, 질소 함유량은 부품의 임의의 전단 단면을 선정해도 되지만, 측정 변동을 고려하여, 적어도, 3개소 이상의 측정을 행하고, 최대로 5개소의 측정을 행하면 충분하다. 또한, 사전에 피로 시험을 행하여, 피로 균열이 발생되는 위치를 측정 개소로서 포함시키는 것이 바람직하다.

상기 측정 방법으로 얻어진 질소 함유량의 선 상 데이터로부터, 후술하는 이유에 의해, 전단 단면으로부터 전단 단면 법선 방향으로의 거리가 0.05㎜ 이상, 0.10㎜ 이하의 범위로, 구간 적분을 행하여 얻어진 질소 함유량의 총량을, 그 구간의 측정 점수로 나눈 값을, 그 부품 개소의 질소 평균 함유량으로 하여 질화 플레이트 부품의 질소 평균 함유량이라고 정의한다.

전단 단면으로부터 질화 플레이트 부품의 내부를 향해서, 전단 단면 법선 방향으로의 거리가 0.015㎜ 이상, 0.200㎜ 이하인 최저 질소 함유량이란, 다음과 같이 측정된 값으로 정의한다. 즉, 전단 단면 이외의 표면으로부터의 질소 침입의 영향을 받지 않는 위치로서, 판 두께 중심으로부터 ±0.1㎜ 이내의 범위의 전단 단면을 원점으로 하고, 전단 단면 법선 방향으로 플레이트 부품의 내부측에, 0.001㎜ 이상, 0.005㎜ 이하의 간격에 의해 측정된 질소 함유량의 선 상 데이터에 있어서, 어떤 측정점과 그 양옆 접점을 포함한 3점의 평균값을 구할 수 있다. 그 평균값이 0.015㎜ 이상, 0.200㎜ 이하인 범위에 가장 낮은 값을 최저 질소 함유량이라고 칭한다.

여기서, 이 최저 질소 함유량을 측정할 경우, 전단 단면으로부터 플레이트 부품의 내부를 향해, 전단 단면 법선 방향으로의 거리가 0.015㎜ 미만이면 질화 화합물층이 형성된 영역이기 때문에 측정의 범위로부터 제외할 필요가 있다. 이 최저 질소 함유량을 측정하기 위한 샘플은, 질소 함유량은 부품의 임의의 전단 단면을 선정해도 된다. 또한, 최저 질소 함유량을 측정하기 위한 샘플은, 전단 단면으로부터 전단 단면 법선 방향으로의 거리가 0.05㎜ 이상, 0.10㎜ 이하인 범위의 질소 평균 함유량을 측정한 것과 동일한 것을 사용해도 된다. 그러나, 측정 변동을 고려하여, 적어도, 3개소 이상의 측정을 행할 필요가 있고, 최대 5개소의 측정을 행하면 충분하다. 본 발명에서는, 이상의 방법에 의해 측정된 각 개소의 최저 질소 함유량의 평균값을, 전단 단면으로부터 플레이트 부품의 내부를 향해, 전단 단면 법선 방향으로의 거리가 0.015㎜ 이상, 0.200㎜ 이하인 최저 질소 함유량이라고 정의한다.

가스 연질화에 의한 질소의 최대 침입 깊이는, 최대 0.6㎜이다. 이 때문에, 가스 연질화 처리의 영향이 없는 강판(모재)의 화학 조성의 측정은 본래라면, 전단 단면으로부터 0.6㎜ 이상 이격된 판 두께 중심부에서 행해져도 된다. 그러나, 시험편 가공의 미스 등에 의한 영향을 가능한 한 적게 하기 위하여, 본 발명에서는, 질소 이외의 화학 성분도 포함하고, 전단 단면으로부터 적어도 5㎜ 이상 이격된 판 두께 중심부를, 강판(모재)의 화학 성분의 측정 위치로 했다. 가스 연질화 처리 전의 강재(모재)의 화학 성분의 측정은, 적어도 5㎜ 이상 이격되어 있으면 임의의 방법일 수 있다. 예를 들어, 이하의 방법으로 해도 된다. 질화 플레이트 부품의 임의의 전단 단면에 있어서, 전단 단면으로부터 법선 방향으로 5㎜ 이격된 부분의 판 두께 중심부를 원점으로 하고, 원점에서 판 두께 중심선을 따라 1㎜ 이격된 위치까지의 구간을 0.001㎜ 이상, 0.005㎜ 이하 등의 임의의 간격으로 질소 함유량 등을 선 상 측정하고, 그 구간의 질소 함유량 등의 평균값을 구할 수 있다. 그 평균값의 측정을 질화 플레이트 부품의 임의의 3개소에 대해 실시하고, 그 평균값을 구하고, 이 평균값을 전단 단면으로부터 적어도 5㎜ 이상 이격된 위치의 판 두께 중심부의 질소 함유량 등으로 해도 된다. 그러나, 질소 이외의 화학 성분에 대해서는, 마이크로적인 성분 편석, 특히, 중심 편석의 영향을 받고, 평균적인 판 두께 중심부의 성분 즉 본래의 강재(모재)의 성분과 다른 측정 결과가 될 가능성이 있다. 이 때문에, 질소 이외의 화학 성분에 대해서는, 판 두께의 1/4의 위치에서도 성분 분석을 행하고, 판 두께 중심부의 성분 분석의 측정 결과와 비교하는 것이 바람직하다. 만약 그것들의 측정 결과가 크게 상이한 경우, 판 두께 중심부의 측정 개소를 더욱 증가시키거나, 혹은, 판 두께의 1/4의 위치 측정 결과를 평균적인 판 두께 중심부의 측정 결과로 간주해도 된다. 평균적인 판 두께 중심부의 성분 즉 본래의 강재(모재)의 성분을 측정하기 위해서는, EPMA에 의한 선 상 분석이 아니고, JIS G1258 등에 기재되는 발광 분광 분석에 의한 방법이 더 바람직하다. 이 경우, 판 두께 중심부(1/2t) 등의 단면(단, 판 두께 방향에 수직인 단면)에 대해, 발광 분광 분석 등을 행하는 것이 바람직하다.

판 두께 1.2㎜ 초과의 경우, 전단 단면으로부터 적어도 5㎜ 이상 이격되어 있으며, 또한 표면으로부터 적어도 0.6㎜ 이상 이격된 부분의 화학 조성의 측정 결과를 전단 단면으로부터 5㎜ 이상 이격된 판 두께 중심부에서의 측정 결과로 간주해도 된다. 또한, 여과 분석 결과 등에 의해, 질화 플레이트 부품에 사용한 강판의 화학 조성의 분석 결과를 확인할 수 있는 경우, 질소 함유량을 포함하고, 확인할 수 있는 화학 조성을, 전단 단면으로부터 적어도 5㎜ 이상 이격된 부분의 판 두께 중심부의 화학 조성으로 간주해도 된다.

가스 연질화에 의한 질소의 최대 침입 깊이는 최대 0.6㎜이기 때문에, 판 두께가 1.2㎜ 미만인 질화 플레이트 부품에서는, 표리면으로부터 침입한 질소의 영향이 생길 수 있다. 판 두께 중심부에서는 강판 제조 단계에서의 편석이 많고, 질화 플레이트 부품의 전단 단면을 면외 변형시켜, 취성적으로 파괴시켰을 때의 균열 기점이 된다. 그 때문에, 전단 단면으로부터 적어도 5㎜ 이상 이격된 부분의 판 두께 중심부의 질소 함유량은, 본 발명의 목적으로 하는 피로에는 영향을 미치지 않지만, 질화 플레이트 부품의 기본적 요건으로서, 후술하는 바와 같이 범위를 규정했다. 또한, 본 발명은 상기 두께에 한정되는 것이 아니라, 판 두께가 1.2㎜ 이하에서도, 전단면으로부터 적어도 5㎜ 이상 이격된 부분의 판 두께 중심부의 질소 함유량이 질량으로, 0.0007％ 이상, 0.0300％ 이하에서는 본 발명의 범위에 당연 포함될 수 있다. 또한, 질화 플레이트 부품의 판 두께를 특별히 한정할 필요는 없지만, 판 두께 범위를 1.0㎜ 이상 8.0㎜ 이하 또는 1.2㎜ 초과 6.0㎜ 이하로 해도 된다. 필요에 따라, 판 두께의 하한을 1.2㎜ 또는 1.5㎜로 해도 된다. 판 두께의 상한을 6.0㎜, 5.0㎜ 또는 3.8㎜로 해도 된다.

또한, 가스 연질화 처리는 로체 내에서, 복수의 동일 부품을 처리하는 경우가 많고, 로 내에서의 가스 체류 등의 분위기의 영향을 받는 것이 상정되는 경우는, 로 내에 최외 위치에 배치된 부품과, 중앙에 배치된 부품으로부터 각각 하나 이상을 추출하고, 상기 질화 플레이트 부품의 질소 함유량을 측정하여, 추출된 모든 질화 플레이트 부품으로 목적한 값에 도달했는지 여부를 판정하면 된다. 본 발명에 있어서, 단순히 질소 평균 함유량이라는 말을 사용한 경우는, 상기 질화 플레이트 부품의 질소 평균 함유량을 가리킨다.

여기서 참고로서, R형상을 갖는 부품의 측정 부위의 예를 도 1, 도 2에 나타냈다. 도 1은, R형상을 갖는 질화 플레이트 부품의 R부의 확대 사진, 도 2는, 도 1에 기재되는 절단 부분의 절단면의 확대 사진이다. 도 1과 같이, R부의 전단 단면 그 능선의 법선 방향으로 절단을 행하여, 그 단면(도 2에 나타내는 절단면)의 판 두께 중심±0.1㎜의 범위이고, 전단 단면을 0점으로서 플레이트 내부 방향으로 깊이 0.05㎜ 이상, 0.10㎜ 이하의 범위에 질소 평균 함유량을 측정하고, 0.015㎜ 이상, 0.200㎜ 이하의 범위인 최저 질소 함유량을 측정하면 된다. 또한, 도 2의 단면 사진은, 보기 쉽도록 나이탈 부식을 행하고 있지만, EPMA로의 측정 시에는, 상술한 바와 같이 부식을 행해선 안된다. 또한, 도 2 중, 전 표층에서 관찰되는 백색의 부위는 질화 화합물층이며, 측정 범위로부터 제외된다.

피로 강도는 이하와 같은 방법으로 평가를 실시하고, 합격 여부의 판정을 행했다. 즉, 예를 들어 토크 컨버터 등에 사용되는 플레이트 부품은, 동력 전달의 역할을 할 때에, 회전축에 수직으로 배치되기 때문에, 플레이트 면내에 토크를 걸 수 있다. 이 때에 플레이트 전단 단면에 가장 높은 응력이 부하된다. 이러한, 부하 상태를 재현하는 것을 목적으로 하여, 도 3에 나타낸 시험편을 사용하여, 면외 변형을 모의한 피로 시험을 실시했다. 프레스 공정에서의 판 두께 클리어런스 관리값은 일반적으로 15％이지만, 금형의 손모나, 축 어긋남 등의 영향으로 열위인 전단 단면 성상이 되는 것을 상정하고, 판 두께 클리어런스를 20％로서 전단 가공을 실시한 것이다. 여기서, 전단 가공에 있어서의 클리어런스란, 전단 가공 시의 펀치 또는 날과 다이스의 간극을 가리킨다. 또한, 판 두께 클리어런스란, 이 클리어런스를 판 두께로 나눈 값이다.

또한, 피로 시험은, 주파수 25Hz, 응력비 -1로 해 반복 부하를 부여함으로써 행하고, SN 곡선으로부터 10⁷회의 응력 진폭을 구했다. 그리고, 일반적으로는 10⁷회의 피로 진폭을 피로 한도라고 하는 경우도 있지만, 본 발명에서는 피로 강도라 하는 것으로 했다. 응력값은, 도 3에서의 「변형 게이지 부여」의 위치에, R부의 접선에 평행해지도록 변형 게이지를 첨부하고, 측정된 값을 채용했다. 또한, 전단 단면으로부터 피로 균열의 발생 위치까지의 거리는, 피로 강도보다도 20MPa 높은 응력 진폭을 부하하여, 피로 파단시킴으로써 얻어진 피로 파면을 주사 전자 현미경(SEM)에 의해 관찰하는 것으로 측정된 값이며, 피로 균열의 발생 위치로부터 전단 단면에 대한 법선 방향의 거리를 가리킨다.

또한, 피로 균열의 발생 위치를 측정하기 위한 피로 파괴 시험 조건은, 파단 반복수가 10⁵회 이상이 되는 응력 진폭이면, 어떤 응력 진폭값을 선정해도 된다. 파단 반복수가 10⁵회 이상이 되는 응력 진폭에서는, 항복 응력 이하이기 때문에, 피로 시험 중에 피시험체의 형상이 변화되지 않고, 응력 진폭에 따라 피로 균열의 발생 위치가 변하지 않기 때문이다.

본 발명의 목적으로 하는 바는, 침탄 처리재 동등 이상의 피로 강도를 발현시키는 것이다. 그래서 우선, 목표가 되는 침탄 처리 플레이트 기준 부품의 피로 강도를 구한다. 표 1 중의 Base라 기재한 성분을 사용하여, 표 2에 기재한 제조 방법으로 제작한 프레스 품을, 카본 포텐셜로 0.8 내지 0.9질량％의 범위로 분위기를 조정하고, 910℃의 온도에서 270분 동안 유지를 한 후, 오일 냉각을 실시함으로써 침탄 플레이트 기준 부품을 제조한 바, 피로 강도가 517MPa였다. 이후, 이 값을 임계값으로 이용하여 피로 강도의 합격 여부를 결정했다.

또한, 표 3의 시험 번호 1 내지 22는, 표 1의 Try 1 내지 11의 성분(강재의 레이들 분석값)을 사용하여 표 2에 기재된 제조 방법으로 시작(試作)한 질화 플레이트 부품이며, 이들 피로 시험 결과를 상기 침탄 플레이트 기준 부품의 피로 강도와 비교한다. 또한, 시험 번호 12, 13, 17, 21을 제외하고, 각 강판 코일을 개방했을 때, 폭 방향으로 물결 형상의 개소였기 때문에, 전단 가공을 실시하기가 어려웠다. 그 때문에, 코일을 감아 개방한 후, 소정의 소성 변형량이 되는 굽힘·폄의 교정 가공을 실시하고, 질화 플레이트 부품을 시작했다. 이 공정은, 후술하는 바와 같이 전단 단면으로부터 전단 단면 법선 방향으로의 거리가 0.015㎜ 이상, 0.200㎜ 이하인 범위의 최저 질소 함유량인 N**, 전단 단면으로부터 전단 단면 법선 방향으로의 거리가 0.05㎜ 이상, 0.10㎜ 이하의 범위의 질소 평균 함유량인 N*와 밀접한 관계를 갖는다. 이하에서는, 먼저 N*와 N**를 요건으로 취급하기에 이른 경위와 한정 이유에 대해 설명하고, 그 후, N*와 N**와 제조 방법의 관계를 설명한다.

또한, 표 1 중의 「N」 함유량은, 주조편 또는 슬래브에 포함되는 양을 나타낸다. 또한, 각 예에 있어서, 잔부는 철 및 미분석의 불순물이다. 또한, 표 2, 표 3에서, 「FT」는 열연 마무리 압연출측 온도(℃)를, 「t1」은 열연 마무리 압연 종료 후부터 냉각 개시까지의 시간(초)을, 「CT」는 냉각 정지 온도(℃)를, 「t2」는 열연 마무리 압연 종료로부터 냉각 종료(냉각 정지)에 이르기까지의 시간(초)을, 「d」는 피로 균열 발생 깊이(㎜)를, 각각 나타낸다.

발명자의 검토의 결과, 전단 단면으로부터 피로 균열의 발생 위치까지의 거리(이후, 단순히 피로 균열의 발생 위치라 칭함)가 0.200㎜ 이상인 경우에, 질화 플레이트 부품의 피로 강도가 침탄 플레이트 부품을 초과하는 경우가 확인되었다. 이것은 피로 균열의 발생 위치가 깊어지는 것에 의해, 부하 응력이 저감함으로써, 피로 강도를 만족하는 것이라고 생각된다. 질화 플레이트 부품에 있어서는 질소가 전위에 고착함으로써, 피로 균열 발생 한계 응력을 높인다. 따라서 균열 발생 위치를 0.200㎜ 초과로 하기 위하여, 0.200㎜ 이하에서의 질소량을 조정하는 것으로 해결할 수 없는지 검토했다.

전단 단면으로부터 전단 단면 법선 방향으로의 거리가 0.200㎜ 이하인 범위의 질소 함유량의 최저값 N**와 피로 균열 발생 위치의 관계를 도 4에 나타낸다. 도 4의 ×의 플롯은 피로 강도가 침탄 처리 플레이트 기준 부품 미만이었던 것, ○은 침탄 처리 플레이트 기준 부품 이상이었던 것을 나타낸다. 도 4에 의하면, 피로 균열의 발생 위치는 N**에 의해 일의적으로 결정되고, 그 값을 질량으로 0.0600％ 이상으로 하면, 피로 균열의 발생 위치가 0.200㎜ 이상으로 제어할 수 있음이 판명되고, N**를 질량으로 0.0600％ 이상으로 하는 것은 피로 강도를 만족시키기 위한 요건 중 하나인 것을 알 수 있다.

또한 피로 강도를 만족시키기 위한 요건을 검토했다. 질화 플레이트 부품에서는, 전단 단면 근방의 내부로부터 피로 균열이 발생한다. 내부에서 피로 균열이 발생하는 경우는, 발생하고 나서 자유 표면으로 전파되어 처음으로 피로 균열이 발생한 것을 확인할 수 있다. 그 때문에, 피로 균열의 전파 저항도, 피로 강도에 영향을 미치게 될 가능성이 있다. 그래서 발명자는 전단 단면 내의 매우 가까운, 즉 전단 단면으로부터 전단 단면 법선 방향으로의 거리가 0.05㎜ 이상, 0.10㎜ 이하인 범위의 질소 평균 함유량인 N*을 어느 한정 범위로 제어함으로써, 피로 강도를 개선시킬 수 있는 지 여부를 검토했다.

이하에서는, N*의 검토 결과를 설명한다.

N**를 만족하면서도 피로 강도에 차이가 발생한 것에 대해, 전단 단면으로부터 피로 균열의 발생 위치까지의 범위에서 피로 파면의 SEM 관찰을 실시했다. SEM 관찰에는, 피로 강도를 만족하는 가운데 가장 피로 강도가 높은 시험 번호 6과, N**를 만족하지만, 약간 피로 강도에 미치지 못하고 시험 번호 20 및 피로 강도가 530MPa인 시험 번호 4의 질화 플레이트 부품을 선정했다. 또한, 피로 파단 시험은 각각 다음의 조건으로 행했다. 시험 번호 6으로 시작한 질화 플레이트 부품에 대해서는, 응력 진폭σa로 583MPa를 부하하고, 1.73×10⁶회에 피로 파단시켰다. 또한, 시험 번호 20으로 시작한 질화 플레이트 부품에 대해서는, 응력 진폭σa로 534MPa를 부하하고, 2.65×10⁵회에 피로 파단시킨 것이며, 시험 번호 4로 시작한 질화 플레이트 부품에 대해서는, 응력 진폭σa로 552MPa를 부하하고, 8.13×10⁵회에 피로 파단시킨 것이다.

관찰 결과를 도 5에 나타냈다. 피로 균열의 발생 위치에서는, 모두 줄무늬를 가진 전형적인 피로 파면이 관찰되었다. 그런데, 전단 단면으로부터 0.05㎜ 미만에서는 취성적인 파면 형태를 나타내고 있으며, 어느 시험체에서도 동일하다. 이 취성적인 피로 파면은, 시험 번호 6에서는 전단 단면으로부터 0.05㎜ 미만의 범위에서만 확인되고, 피로 강도가 약간 만족되지 않은 시험 번호 20에서는, 0.10㎜를 약간 초과한 범위까지 미치고 있다. 또한, 피로 강도가 시험 번호 6과 20의 중간에 해당하는 시험 번호 4에서는, 대략 0.075㎜의 위치에서 취성적인 피로 파면이 관찰되었다. 이 관찰 결과로부터, 취성적인 피로 균열 전파에 의해, 피로 강도가 결정되어 있으며, 특히, 취성적인 피로 균열 전파 영역이 0.10㎜를 초과하지 않는 범위로 억제함으로써, 피로 강도를 만족할 가능성이 있다고 생각된다. 또한, 0.05㎜ 미만의 범위에서는, 피로 강도를 만족하든 말든, 취성적인 피로 파면이 확인되기 때문에, 피로 강도를 만족시키는 요인은 될 수 없다.

피로 균열 전파 과정에서도 질소는 저항력의 역할을 한다고 생각된다. 따라서, 이 영역, 즉 0.05㎜ 이상, 0.10㎜ 이하의 평균적인 피로 균열 전파 저항력과 피로 강도의 관계를 분명히 하는 것을 목적으로, N*와 피로 강도의 관계를 조사했다.

그 결과를 도 6에 나타낸다. 도 6에서는, N**가, N**에 관한 본 발명의 청구범위인 0.0600％ 이상의 요건을 만족하지 않는 것을 ▲, N**가 상기 요건을 만족하면서도 피로 강도가 만족되지 않는 것을 ×, N**가 상기 요건을 만족하고 피로 강도를 만족하는 것을 ○의 부호를 사용하여 플롯을 하고 있다. 우선, N**가 상기 요건을 만족하지 않는 경우, N*에 관계 없이 피로 강도는 목적을 만족하지 않으며, 이것은 상술한 효과와 일치한다. 한편, N*가 질량으로 0.4000％까지는, N*의 증가에 수반하여, 피로 강도가 증가하고 있다. 그러나, N*가 1.2000％ 이상에서는 N*의 증가에 수반해 피로 강도가 저하되는 경향이 확인되었다. N*의 하한값은 고착에 의한 효과를 발현하여, 취성적인 피로 균열 전파에의 천이를 억제하기 때문에 필요한 함유량이라고 생각된다. 한편, N*가 과도하게 높은 경우는, 고착으로부터 벗어나는 순간에 높은 후방 응력을 발생하고, 용이하게 피로 균열을 전파할 수 있는 상태가 되어, 취성적인 전파로 전환되었다고 생각된다.

이상의 검토로부터, 도 7에 나타낸 N*, N**와 피로 강도의 관계를 얻었다. 도 7에서 ◆의 플롯은 N**가 질량으로 0.0600％ 미만이며, 피로 강도를 만족하지 않았다. ×의 플롯은 N*는 0.0600％ 이상이지만, N*가 0.4000％ 미만 혹은 1.2000％를 초과하기 때문에 피로 강도를 만족하지 않았다. 또한, ■의 플롯은 N* 및 N**의 모두 만족하지 않는 것도 피로 강도를 만족하지 않았다. 이 결과로부터, N*가 질량으로 0.4000％ 이상, 1.2000％ 미만인 경우에 한정하며, 또한 N**가 질량으로 0.0600％ 이상인 것 중 어느 것도 만족함으로써, 지금까지 매우 곤란하다고 생각된, 침탄 플레이트 부품 동등 이상의 피로 강도를 갖는 질화 플레이트 부품의 개발이 가능하다는 것을 알 수 있다. 또한, N**의 상한을 특별히 규정할 필요는 없지만, 후술하는 질화 조건 등으로부터, 0.7000％ 정도가 상식적 상한이 된다. 또한, N*의 하한을 0.4500％ 또는 0.5000％에, N*의 상한을 1.1000％ 또는 1.0000％로 해도 된다. 또한, N**의 하한을 0.0650％, 0.0700％ 또는 0.0800％로, N**의 상한을 0.5000％ 또는 0.3000％로 해도 된다.

또한, 질화 플레이트 부품의 전단면에 있어서, 가스 연질화 처리에 의한 질소 침입이 없는 영역인, 전단 단면으로부터 적어도 5㎜ 이상 이격된 부분의 판 두께 중심부의 질소 함유량이 질량으로 0.0300％를 초과하여 포함되는 경우, 질화 플레이트 부품의 인성이 저하되고, 부품으로서의 기능을 완수하지 못한다. 또한, 당해부의 질소 함유량이 질량으로 0.0007％ 미만이면, 후술하는 강판 코일의 제조 공정으로 매우 높은 제조 비용이 된다. 이상의, 피로 강도와는 상관없는 이유로부터, 전단 단면으로부터 적어도 5㎜ 이상 이격된 부분의 판 두께 중심부의 질소 함유량이 질량으로 0.0007％ 이상, 0.0300％ 이하의 요건을 마련했다. 전단 단면으로부터 적어도 5㎜ 이상 이격된 부분의 판 두께 중심부의 질소 함유량의 하한을 질량％로 바람직하게는 0.0010％, 0.0015％ 또는 0.0020％로, 그 상한을 0.0200％, 0.0100％ 또는 0.0080％로 해도 된다.

자명하지만, 전단 단면으로부터 적어도 5㎜ 이상 이격된 부분의 판 두께 중심부의 질소 함유량에 관한 규정은, 강판(모재)의 질소 함유량에도 적용된다.

1.2 질소를 제외한 강판 성분

다음에, 질소를 제외한 강판 성분의 한정 이유에 대해 설명한다. 질화 플레이트 부품은 일반적으로 동력 전달의 역할을 완수하는 것과 경량화를 양립시키기 때문에 적어도 340MPa 이상의 인장 강도를 구할 수 있다. 한편, 연성이 저하(예를 들어 JIS Z2241의 5호 시험편의 전체 신율이 13％ 미만)되면, 프레스 성형 공정에 있어서 성형성에 지장을 초래하여, 공업 생산에 적합하지 않다. 본 발명에서는 강도와 연성을 양립시키기 위하여, 이하의 성분 범위를 전제로 한다. 또한, 강도 조정 등을 위하여 후술하는 범위의 선택 원소를 함유하는 것은 상관없다.

본 발명의 질화 플레이트 부품에 사용되는 강판에 포함되는 원소에 대해, 이하, 설명한다.

C 함유량: C가 질량으로 0.113％를 초과하면, 강도가 높아지는 것 외에도, 펄라이트 조직을 형성함으로써, 연성이 현저하게 저하된다. 또한, C가 0.025％ 미만이 되면, 강도가 340MPa 이하가 되기 때문에, 애당초 질화 플레이트 부품의 골격 부품으로서의 기능을 다하지 못한다. 또한, C가 높아지면 포정 영역이 되어 슬래브 인성이 저하되는 경우가 있기 때문에, C의 함유량은, 0.10％ 이하 또는 0.09％ 이하가 바람직하다. 또한, 충분한 강도를 얻기 위하여, C의 함유량은, 0.034％ 이상, 0.040％ 이상 또는 0.045％ 이상이다.

Si 함유량: 고용 강화 원소로서 강도를 높이는 원소이지만, 마무리 압연 공정으로 형성하는 스케일 얼룩에 기인한 모양이 질화 플레이트 부품에 남는 것으로, 질화 플레이트 부품의 내마모성을 저하시키기 때문에, 애당초 첨가는 바람직하지 않다. 또한, 질량으로 0.10％를 초과한 경우에 모양이 드러난다. Si의 함유량의 하한을 특별히 규정할 필요는 없고, 그 하한은 0％이다. 그러나, 0.01％ 미만이면 원료 비용이 높아지기 때문에, Si의 함유량을 0.01％ 이상으로 해도 된다. 또한, 내마모성을 더 한층 우수한 것으로 하기 위하여 Si의 함유량은 바람직하게는 0.08％ 이하이다.

P 함유량: 질량으로 0.020％를 초과한 첨가에서는, 프레스 성형성을 저하시키고, 플레이트 부품을 제조할 수 없는 경우가 다발하는 것 외에도, 슬래브의 인성을 저하시키고 강판의 제조성도 저하시킨다. 따라서, P는 최대한 낮은 함유량이 바람직하고, 그 하한은 0％이다. 그러나, 0.001％ 미만으로 하는 경우, 강판의 제조 비용이 매우 높아진다. 따라서, P 함유량을 0.001％ 이상으로 해도 된다. 또한, 플레이트 성형성 및 강판의 제조성을 충분히 확보하기 위하여, P의 함유량은, 바람직하게는 0.015％ 이하 또는 0.013％ 이하이다.

S 함유량: 질량으로 0.0200％를 초과한 첨가에서는, 개재물을 많이 포함한 강판이 제조되고, 프레스 성형에 의한 성형 파단이 현저해진다. 따라서, 낮은 첨가량이 바람직하고, 그 하한은 0％이다. 그러나, 0.0001％ 미만이면, 강판의 제조 비용이 매우 높아지기 때문에, 본 발명에 의한 경제적 효과가 소실될 우려가 있다. 따라서, S 함유량은 0.0001％ 이상으로 해도 된다. 프레스 성형의 향상을 위하여, S 함유량을 0.0100％ 이하, 0.0050％ 이하 또는 0.0030％ 이하로 해도 된다.

Mn 함유량: 질량으로 0.71％ 미만이면 강도가 340MPa 미만이 되고, 1.49％를 초과하면, 주조 편석에 의한 영향으로 연성이 현저하게 저하된다. 특히 질화 플레이트 부품에의 성능에는 악영향을 미치지 않지만, Mn 편석에 의한 압연 방향으로 신장한 조직을 형성시키는 것을 회피하기 위하여, Mn 함유량을 1.40％ 이하,1.30％ 이하 또는 1.25％ 이하로 해도 된다. 강도 향상을 위하여, Mn 함유량을 0.75％ 이상, 0.80％％ 이상 또는 0.85％％ 이상으로 해도 된다.

Ti 함유량: Ti가 질량으로 0.091％를 초과하면, 강판의 인장 강도가 높아짐으로써 연성이 현저하게 저하되기 때문에, 0.091％ 이하로 했다. 또한, Ti가 0.020％ 미만이면 강판이 340MPa 이상의 강도를 발현하지 않기 때문에, 0.020％ 이상으로 했다. Ti 함유량의 하한을 0.025％ 또는 0.030％로, 그 상한을 0.075％ 또는 0.060％로 해도 된다.

Nb 함유량: 질량으로 0.020％를 초과한 첨가에서는, 강판의 인장 강도가 높아짐으로써 연성이 저하되는 것 이외에도, 마무리 압연 공정에서, 표면에 흠집을 형성하기 때문에, 0.020％ 이하로 했다. 그 하한은 0％이지만, 질화 플레이트 부품에의 성능에는 영향을 미치지 않지만 미립 조직으로 하고 싶을 경우, 0.005％ 이상 첨가해도 된다. 연성 향상이나 표면 흠집 방지를 위해, Nb 함유량의 상한을 0.015％ 또는 0.009％로 해도 된다.

Cr 함유량: 질화 플레이트 부품의 내마모성을 갖게 하기 위하여 필요한 원소이며, 질량으로 0.130％ 이상을 첨가할 필요가 있다. 한편, 0.340％ 이상이면, 연성이 현저하게 저하된다. 이 때문에, Cr 함유량의 상한은 0.340％로 한다. 내마모성의 효과 때문에, Cr 함유량을 0.180％ 이상, 0.200％ 이상, 0.210％ 이상 또는 0.230％ 이상으로 해도 된다. 연성 향상을 위하여, Cr 함유량을 0.320％ 이하 또는 0.290％ 이하로 해도 된다.

Al 함유량: 질화 플레이트 부품의 내마모성을 갖게 하기 위하여 최저한의 필요한 원소이며, 0.10％ 이상을 첨가할 필요가 있다. 한편, 0.35％를 초과하면 슬래브의 제조 비용이 매우 높아지기 때문에, Al 함유량을 0.35％ 이하로 한다. 내마모성의 향상을 위하여, Al 함유량의 하한을 0.14％ 또는 0.18％로 해도 되고, 슬래브 제조 비용의 저감을 위하여, 그 상한을 0.30％ 또는 0.25％로 해도 된다.

또한 선택 원소로서 이하의 범위를 함유해도 된다. 이들 원소는, 소정의 목적에 따라 또는 불순물로서, 질화 플레이트 부품에 함유될 수 있다. 이들 선택 원소의 함유는 필수가 아니고, 그것들의 하한은 모두 0％이다.

Mo 함유량: 질화 플레이트 부품의 표층 화합물층의 내마모성을 향상시키는 원소로서 알려져, 본 발명의 질화 플레이트 부품으로 첨가해도 되지만, 0.140％를 초과한 경우에는 슬래브의 인성을 저하시키고, 제조성을 손상시킨다. 슬래브의 인성 향상을 위하여, 그 상한을 0.100％, 0.050％ 또는 0.010％로 해도 된다.

V 함유량: 질화 플레이트 부품의 표층 화합물층의 내마모성을 향상시키는 원소로서 알려지고, 본 발명의 질화 플레이트 부품으로 첨가해도 되지만, 질량으로 0.100％를 초과하면 후술하는 마무리 압연 공정에서 표면 흠집을 만들고, 제조성을 손상시킨다. 표면 흠집의 방지를 위해, 그 상한을 0.050％, 0.030％ 또는 0.010％로 해도 된다.

B 함유량: 프레스 성형 공정에서 굽힘이나 플랜지 성형이 이루어질 때에, 성형성을 향상시키기 위하여 첨가되어 있어도 되지만, 질량으로 0.0030％를 초과해도, 그 효과가 포화한다. 이 때문에, B 함유량은 0.0030％ 이하로 한다. 성형성 향상을 위하여, 그 상한을 0.0020％, 0.0010％ 또는 0.0005％로 해도 된다.

Cu 함유량: Cu는 다른 원소와 화합물을 만들지 않고, Cu 입자로서 석출된다. 그런데, 이 Cu 입자는 400℃ 근방에서 석출되기 때문에, 질화 플레이트 부품의 성능에 미치는 영향은 없다. 그러나, 과도한 Cu의 첨가량의 경우, 조압연 공정에서 표면에 흠집을 형성하는 원인이 되기 때문에, 첨가량은 0.13％ 이하로 한다. 표면 흠집의 방지를 위해, 그 상한을 0.10％ 또는 0.04％로 해도 된다.

Ni 함유량: Ni는 오스테나이트 포머 원소이며, 과도한 첨가를 한 경우, 질화 처리 중에, 플레이트 부품 최표면에 형성하는 질소 화합물의 인성이 저하된다. 그 때문에, Ni는 0.08％ 미만으로 한다. 인성의 향상을 위하여, 그 상한을 0.05％ 또는 0.03％로 해도 된다.

W 함유량: W를 포함한 용강이 응고할 때, 매우 고경도의 공정 조직을 형성하고, 주조편의 인성을 저하시킨다. 제조성을 위해, W의 첨가량은 0.07％ 이하로 한다. 필요에 따라, W의 상한을 0.02％ 또는 0.005％로 해도 된다.

Co 함유량: Co도 W와 마찬가지로, 용강이 응고할 때, 매우 고경도의 공정 조직을 형성하고, 주조편의 인성을 저하시킨다. 제조성을 위해, Co의 첨가량은 0.07％ 이하로 한다. 필요에 따라, W의 상한을 0.02％ 또는 0.005％로 해도 된다.

Ca 함유량: Ca는, 비금속 개재물을 미세하게 하기 때문에, 성형성을 향상시키는 원소이다. 그러나, Ca의 첨가량이 0.007％ 이상이면, 비금속 개재물의 밀도가 증가된다. Ca를 이용하는 경우, 그 첨가량은 0.007％ 미만으로 한다. 필요에 따라, Ca의 상한을 0.004％ 또는 0.001％로 해도 된다.

Mg 함유량: Mg는, Ca와 마찬가지로, 비금속 개재물을 미세하게 하기 때문에, 성형성을 향상시키는 원소이다. 그러나, Mg의 첨가량이 0.005％ 이상이면, 비금속 개재물의 밀도가 증가된다. Mg을 이용하는 경우, 그 첨가량은 0.005％ 미만으로 한다. 필요에 따라, Mg의 상한을 0.002％ 또는 0.0008％로 해도 된다.

REM 함유량: REM은, Ca 및 Mg와 마찬가지로, 비금속 개재물을 미세하게 하기 때문에, 성형성을 향상시키는 원소이다. 그러나, REM의 첨가량이 0.005％ 이상이면, 비금속 개재물의 밀도가 증가된다. REM을 이용하는 경우, 그 첨가량은 0.005％ 미만으로 한다. 필요에 따라, REM의 상한을 0.002％ 또는 0.0005％로 해도 된다.

여기서, 「REM」이란, 희토류 원소, 더 구체적으로는 Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu를 의미하며, REM으로서 상기 중 어느 1종 이상이 질화 플레이트 부품에 함유될 수 있다. 또한, 상기 REM의 함유량은 REM 합계의 함유량이다.

또한, 본 명세서 중에서, 불순물은, 첨가의 의도에 관계없이, 강 중에 존재하고, 얻어지는 질화 플레이트 부품에 있어서 본래 존재할 필요가 없는 성분이다. 「불순물」이 되는 용어는, 강재료를 공업적으로 제조할 때에 원료로서의 광석, 스크랩 또는 제조 환경 등으로부터 혼입되는 불가피적 불순물로 이루어지는 개념이다. 이러한 불순물은, 본 발명의 효과에 악영향을 주지 않는 양으로 포함될 수 있다.

1.3 금속 조직

다음에, 본 실시 형태에 관한 질화 플레이트 부품이 구비하는 금속 조직에 대해 설명한다.

질화 플레이트 부품의 제조에 사용하는 강판은, 페라이트 분율이 면적률로 70％ 이하의 강판을 사용한다. 페라이트 분율이 충분히 낮으면, 항복 신장에 의해 프레스 부품 표면에 주름 모양이 발생하는 것을 방지할 수 있기 때문에, 질화 플레이트 부품의 금속 조직에 있어서, 페라이트 분율을 70％ 이하로 한다. 페라이트 분율을 65％ 이하, 60％ 이하 또는 50％ 이하로 하는 것이 더 바람직하다.

상술한 페라이트 분율이란, 금속 조직 중의 페라이트 조직의 면적률을 가리킨다. 페라이트 조직의 면적률은, 강판의 표면으로부터 판 두께 1/4 이격된 위치 또는 판 두께 중앙으로부터 채취되어, 경면 연마 후 나이탈 부식을 실시한 시험편으로 측정된 값이다. 이들 금속 조직은, 광학 현미경으로 200배 이상, 1000배 이하의 배율에서 촬영된 것이며, 각각의 판 두께의 위치에서 3 시야 이상의 화상을 촬영하면 된다. 모든 화상에 대해, 각각 금속 조직 중에서 차지하는 페라이트의 면적률을 구하고, 모든 화상에 있어서의 페라이트의 면적률 평균값을, 강판의 페라이트 분율로 한다.

또한, 질화 플레이트 부품의 금속 조직은, 페라이트와 베이나이트가 주체의 조직이다. 이 때문에, 상기 페라이트의 면적률을 만족하면서, 페라이트와 베이나이트의 면적률 합계가 50％ 이상, 바람직하게는 60％ 이상 또는 65％ 이상이어도 된다. 페라이트와 베이나이트 이외에, 펄라이트, 마르텐사이트, 오스테나이트 등이 존재해도 된다.

2. 질화 플레이트 부품의 제조 방법

다음에, 본 발명에 관한 질화 플레이트 부품의 제조 방법에 대해 설명한다. 즉, 상술한 N* 및 N**를 목적의 범위 내로 제어하기 위한, 제조 방법에 대해 한정 범위를 명확히 해 간다. 이하에서는, 질화 플레이트 부품으로서, 공업 제품 상, 최저한의 역할을 만족시키는 범위로서, 질소를 제외한 강판 성분과 강판 제조 방법의 한정 이유를 설명하고, 그 후, 질소 함유량의 한정 범위로 제어하기 위하여 제조 방법을 상세하게 설명해 간다.

본 발명에 관한 질화 플레이트 부품의 제조 방법은,

화학 조성이 질량％로,

C: 0.025％ 이상, 0.113％ 이하,

Si: 0.10％ 이하,

Mn: 0.71％ 이상, 1.49％ 이하

P: 0.020％ 이하,

S: 0.0200％ 이하,

Ti: 0.020％ 이상, 0.091％ 이하,

Cr: 0.130％ 이상, 0.340％ 이하,

Al: 0.10％ 이상, 0.35％ 이하,

N: 0.0007％ 이상, 0.0100％ 이하,

Nb: 0％ 이상 0.020％ 이하,

Mo: 0％ 이상 0.140％ 이하,

V: 0％ 이상 0.100％ 이하,

B: 0％ 이상 0.0030％ 이하,

Cu: 0％ 이상 0.13％ 이하,

Ni: 0％ 이상 0.08％ 미만,

W: 0％ 이상 0.07％ 이하,

Co: 0％ 이상 0.07％ 이하,

Ca: 0％ 이상 0.007％ 미만,

Mg: 0％ 이상 0.005％ 미만,

REM: 0％ 이상 0.005％ 미만, 및

잔부: Fe 및 불순물인 슬래브를, 열연 마무리 압연출측 온도 850℃ 이상, 960℃ 미만의 범위에서 열간 압연을 실시하여 강판을 얻고,

그 후, 열연 마무리 압연 종료 후부터 3초 이내에 냉각을 개시하고, 또한 열연 마무리 압연 종료 후부터 29초 이내에 상기 강판을 460℃ 이상, 630℃ 이하까지 냉각하고,

상기 강판을 권취함으로써 강판 코일을 이루고,

또한 산세한 당해 강판 코일에 대해, 당해 강판 코일을 감아 개방한 후에, 상기 강판에 소성 변형량으로 0.03％ 이상, 3.00％ 이하의 범위의 굽힘·폄을 부여하고,

다시 상기 강판을 되감는 일 없이, 전단 가공과 프레스 성형을 실시하여 플레이트 부품 형상으로 하고,

암모니아 가스가 30％ 초과의 체적 구성비의 분위기에서, 500℃ 이상, 620℃ 미만의 온도로 조정된 밀폐로 내에서, 60분 이상의 시간, 상기 강판을 체류시켜 질화시킨다.

이하, 강판 코일의 제조 조건의 한정 이유에 대해 설명한다. 즉, 강도와 연성을 양립시키기 위하여, 성분의 한정 범위를 설치한 것과 마찬가지로, 강판 코일 제조 방법은 후술하는 강판의 표층에의 소성 변형 부여, 그 후의 재감기 유무, 질화 조건을 제외하고, 열연의 제반 조건은 피질화 플레이트 부품의 제조에서 악영향을 미치지 않도록 이하의 조건 범위를 전제로 한다. 또한, 슬래브의 화학 조성의 한정 이유에 대해서는, 상술한 질화 플레이트 부품의 모재에 있어서의 화학 조성의 한정 이유와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.

2.1 열간 압연·냉각

먼저, 슬래브를, 열연 마무리 압연출측 온도 850℃ 이상, 960℃ 미만의 범위에서 열간 압연을 실시하여 강판을 얻는다. 여기서, 열연 마무리 압연출측 온도가 960℃ 초과이면, 고온에서의 슬래브 변형 저항이 높아짐으로써, 마무리 압연 시의 압연롤의 하중이 매우 높아져, 공업 생산에 적합하지 않다. 한편, 열연 마무리 압연 온도가 850℃ 이하이면, 결정립이 조대하게 됨으로써, 강판의 연성이 저하된다. 열연 마무리 압연출측 온도는, 바람직하게는 885℃ 이상 또는 895℃ 이상이다. 또한, 열연 마무리 압연출측 온도는, 바람직하게는 950℃ 미만 또는 940℃ 미만이다.

다음에, 열연 마무리 압연 후로부터 3초 이내에 냉각을 개시한다. 마무리 압연 후로부터 냉각을 개시할 때까지의 시간이 3초를 초과한 경우, 결정립이 조대하게 됨으로써, 강판의 연성이 저하되고, 신율이 13％ 미만이 된다.

또한, 동 냉각에 있어서는, 열연 마무리 압연 후로부터 29초 이내에 460℃ 이상, 630℃ 이하까지 강판을 냉각한다. 여기서, 냉각 정지 온도가 460℃ 미만이면 강판의 강도가 현저하게 높아지고, 연성이 더 저하되고, 신율이 최악 13％ 미만이 된다. 냉각 정지 온도는, 바람직하게는 490℃ 이상, 더 바람직하게는 510℃ 이상이다. 한편, 냉각 정지 온도가 630℃ 초과이면, 페라이트 분율이 70％ 초과가 되고, 항복점 신장의 발생을 초래하기 때문에 주름이 발생함과 함께, 결정립이 조대하게 됨으로써, 강판의 연성이 더 저하되고, 신율이 최악 13％ 미만이 된다. 또한, 냉각 정지 온도가 630℃ 이하에서는, 얻어지는 강판의 페라이트 분율을 충분히 저감시킬 수 있다. 냉각 정지 온도는, 바람직하게는 590℃ 이하, 더 바람직하게는 560℃ 이하이다.

또한, 열간 압연 종료 후부터 냉각 종료까지의 시간이 29초를 초과하는 경우는, 결정립이 조대하게 됨으로써, 강판의 연성이 더 저하하고, 최악 13％ 미만이 된다. 마무리 압연 후로부터 냉각 정지 온도까지의 시간은, 바람직하게는 25초 이하, 더 바람직하게는 22초 이하이다.

그 후, 얻어진 강판의 권취를 행한다.

2.2 굽힘·폄 및 전단 가공·프레스 성형

다음에, 산세한 강판 코일에 대해, 강판 코일을 감아 개방한 후에, 강판에 소성 변형량으로 0.03％ 이상, 3.00％ 이하의 범위의 굽힘·폄을 부여하고, 다시 강판을 되감는 일 없이, 전단 가공과 프레스 성형을 실시하여 플레이트 부품 형상으로 한다. 이하에서는, 상술한 강판 코일을 사용한 질화 플레이트 부품의 제조 방법에 있어서, 본 발명 요건인 N* 및 N**를 한정 범위로 제어하기 위하여 필요한 공정과 그 한정 범위를 상세하게 설명한다.

상술한 N* 및 N**의 요건을 명확히 해 가는 과정에서, 표 2, 표 3의 시험 번호 12, 13, 17 및 21은 모두 굽힘·폄의 교정 가공을 실시하지 않았던 것이었다. 이들은 예외없이, N*가 하한값을 만족하지 않고, 피로 강도를 만족하지 않았다. 한편, 매우 형상이 나쁘고, 굽힘·폄의 교정 가공으로 강 변형을 부여한 시험 번호 14, 19, 20 및 22는 모두 N*가 높은 결과였다.

그래서, 상술한 굽힘·폄 공정에서의 소성 변형량의 영향을 조사했다. 조사에 임해서는, 표 1 중의 강판 코일 O, Q 및 T를 사용하여, 강판 코일을 감아 개방하고, 다른 롤 직경으로 굽힘·폄 변형을 시킴으로써, 소성 변형량을 변화시켰다. 여기서, 소성 변형의 계측은, 강판의 표층에 미리 2㎜ 격자 모양을 그려, 굽힘·폄변형 전후로의 격자 모양의 형상 변화로부터 측정된 공칭 변형이며, 이 변형은 영구 변형에 의해 초래되는 양이기 때문에, 이것을, 그대로 소성 변형량으로서 채용한다. 소정의 소성 변형량을 부여하고, 그 후에, 다시 강판 코일로서 되감기한 것에 대해서도 시험을 실시했다.

도 8에 N*에 미치는 소성 변형량의 영향을 나타낸다. 도 8 중의 오픈 심볼은 레벨러 공정에서 소정의 소성 변형을 부여한 후, 그대로 전단 공정으로 이행한 것이다. 또한, 솔리드 심볼은 굽힘·폄 공정에서 소정의 소성 변형을 부여한 후, 다시 강판을 코일상으로 다시 감아, 그 강판 코일을 다시 감아 개방한 후에, 그대로 전단 공정으로 이행한 것을 나타내고 있다. 또한, 도 8 중의 각 샘플에 있어서는, 암모니아의 체적 구성비 50％, 온도 560 내지 575℃, 처리 시간 90 내지 150분의 조건에서 가스 연질화 처리를 행했다. 또한, 굽힘·폄 공정에서 소정의 소성 변형을 부여한 후, 그대로 전단 공정으로 이행한 것은, 소성 변형량이 3.0％를 초과하면 N*가 질량으로 1.20％를 초과하고, 이 결과는 강판 코일에 의존하지 않는다. 한편, 소성 변형량이 0.03％ 미만이면 N*가 질량으로 0.4000％ 미만이 되었다. 또한, 소성 변형을 부여한 후, 다시 강판을 코일상으로 되감은 것은, 소성 변형량에 의하지 않고, N*는 0.4000％ 미만이 되었다.

다음에 N**에 미치는 소성 변형의 영향을, 도 9에 나타낸다. 도 9 중의 각 샘플에 대해서도, 암모니아의 체적분율 50％, 온도 560 내지 575℃, 처리 시간 90 내지 150분의 조건에서 가스 연질화 처리가 행해지고 있다. 도 9에서는 소성 변형이 3.00％를 초과하면 N**는 질량으로 0.0600％ 미만이 되었다. 굽힘·폄 공정에서 소정의 소성 변형을 부여한 후, 그대로 전단 공정으로 이행한 것과, 그렇지 않은 것으로 N**에 차이는 확인되지 않는 결과였다. 이러한 결과는, 강판 코일의 전위의 상태에 기인한 현상이라고 생각된다. 즉, 소성 변형이 높은 경우에는, 부동 전위의 빈도가 높고, 가스 연질화 중에서는 표층 질소 침입이 과다하게 되어 고정된다. 한편, 소성 변형이 낮은 경우나, 다시 강판 코일을 되감기한 경우는, 가동 전위가 도입된 상태가 된다. 이 때, 강판 중의 원자 공공은 질소가 아니고, 가동 전위의 상승에 소비되기 때문에, 질소의 침입이 저해된 것이라고 생각된다. 또한, 가동 전위나 부동 전위인지를 구별하는 것은 매우 곤란하지만, 전위의 상태는 소성 변형량에 고유하기 때문에, 소성 변형량으로 0.03％ 이상, 3.00％ 이하의 범위의 굽힘·폄을 부여한 후, 다시 강판을 되감는 일 없이, 전단 가공과 프레스 성형을 실시하여 플레이트 부품 형상으로 하는 것을 한정 조건으로 했다.

또한, 소성 변형량은 0.05％ 이상, 1.50％ 이하의 범위의 N*는, 소성 변형량에 의하지 않고 거의 일정한 값이 되어 있다. 공업 생산 상, 생산 관리 면에서, 소성 변형량은 0.05％ 이상, 1.50％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

그런데, 강판의 제조 공정에서는, 항복 신장의 제거를 목적으로 한 스킨 패스 압연이 실시되는 경우가 있는, 이 공정에서는 강판에 소성 변형을 도입하는 것을 목적으로 하여 압연을 실시한다. 이 때, 강판의 연성을 제거하지 않도록 소성 변형량은 매우 작다. 이러한 스킨 패스에서는 롤의 압하와 판 길이 방향의 장력을 조정하고, 소정의 소성 변형량을 얻는다. 즉, 압하 바로 아래로 신장되는 위치가 일치하는 변형을 받는다. 그 때문에, 표면 근방은 강한 마찰을 받아, 표층 근방에서 특이한 전위 분포가 된다. 이것을 이용한 발명으로서, 특허문헌 3에는 표층으로부터 50㎛의 전위 밀도 분포를 제어와 강판 조성을 적정하게 해, 질소의 최대 침입 깊이를 깊게 함으로써, 피로 강도를 향상시킨 예가 개시되어 있다. 상술한, 굽힘·폄 공정에 있어서도, 같은 메커니즘이 기여하고 있는지를 확인하기 위하여, 발명자들은 동 문헌에 기재된 방법으로, 질화 처리 전의 강판 표면으로부터 판 두께 방향으로 50㎛ 이내와, 판 두께 방향으로 1/4의 위치의 전위 밀도비를 조사했다. 그 결과를, 표 4 중에 기재하고 있다. 그 결과, 굽힘·폄 공정에 있어서는 소성 변형량에 의한 전위 밀도비의 변화는 확인되지만, 2.0배 이상의 전위 밀도비를 얻을 수 없다. 이것은, 상술한 굽힘·폄 공정이 롤 압하 및 그것에 의한 마찰을 수반하지 않는 공정이기 때문이라고 생각된다.

즉, 특허문헌 3의 전위 밀도 특징을 얻지 못하고 있는 것은, 압하율 0.5％ 이상 5％ 이하이며 또한, F/T≥80000의 스킨 패스 압연을 실시하지 않기 때문이라고 생각된다. 또한, 상기 「F」는, 압연기 하중을 강판 판 폭으로 나눈 선 하중(Kg/㎜)을, 상기 「T」는, 강판의 길이 방향으로 부가되는 단위 면적당 하중(Kg/㎟)을, 각각 나타낸다.

이와 같이 전위 밀도의 비가 2.0배 미만이어도 충분한 피로 강도를 만족하는 점에서, 본 발명에서의 질화 플레이트 부품의 피로 강도의 향상은, 강판의 전위 밀도에 의한 것은 아니라고 할 수 있다. 또한, 특허문헌 3에 기재되는 기술은, 최대 경화 깊이를 제어하는 방법이지만, 본원의 발명 포인트인 N**의 제어는 완성을 할 수 없다. 이것은 표층 근방에서의 전위 밀도가 높을수록, 표층 근방에 많은 질소가 축적되어, 표층으로부터 깊은 위치로 확산되는 질소량이 적어지기 때문이다. 그 때문에, 애당초 질화 플레이트 부품의 피로 강도는 만족할 수 없다.

또한, 전단 가공과 프레스 성형에 대해서는, 특별히 한정되는 것은 아니고, 당업자에게 알려진 방법에 의해, 적절히 행할 수 있다.

2.3 가스 연질화 처리

마지막으로, 암모니아 가스가 30％ 초과의 체적 구성비의 분위기에서, 500℃ 이상, 620℃ 미만의 온도로 조정된 밀폐로 내에서, 60분 이상의 시간, 전단 가공 및 프레스 성형된 강판을 체류시켜 질화시킨다. 이상에 의해, 질화 플레이트 부품을 얻을 수 있다.

이하, 질화 플레이트 부품의 질소 함유량을 채우는 가스 연질화 처리 조건의 한정 이유를 설명한다. 우선, 암모니아 가스가 30％ 이하의 체적 구성비의 분위기에서 가스 연질화 처리를 행한 경우, 프레스 부품에 공급되는 질소가 감소하고, N*가 질량으로 0.4000％ 이상이 되지 않는 것 외에도, N**가 질량으로 0.0600％ 이상이 되지 않는다. 분위기 중에 있어서의 암모니아 가스의 체적 구성비는, 30％ 초과이면 되지만, 바람직하게는 40％ 이상이다. 또한, 분위기 중에 있어서의 암모니아 가스의 체적 구성비는, 바람직하게는 65％ 이하, 바람직하게는 55％ 이하이다.

또한, 처리 온도가 500℃ 미만에서도, 암모니아 가스의 분해 반응이 억제되어, N*가 0.4000％ 이상이 되지 않는다. 한편, 처리 온도가 620℃ 이상에서는, 표층 화합물층의 성장이 지배적이 되는 결과, N**가 질량으로 0.0600％ 이상이 되지 않는다. 처리 온도는, 바람직하게는 520℃ 이상, 더 바람직하게는 540℃ 이상이다. 또한 처리 온도는, 바람직하게는 600℃ 이하, 더 바람직하게는 580℃ 이하이다.

또한 질화 처리 시간은 60분 미만에서는 확산 시간이 짧고 N**가 질량으로 0.0600％ 이상이 되지 않는다. 또한, 처리 시간은 장시간의 쪽이 N**를 높일 수 있지만, 가스 연질화 처리 비용이 높아진다. 바람직하게는 270분 이하의 범위로 하면, 경제성과 가스 연질화 플레이트 부품의 내구 성능을 양립시킬 수 있다. 또한, 처리 시간은, 60분 이상이면 되지만, 바람직하게는 90분 이상이다.

이상이 본 발명의 제품 특징과, 제조 방법의 한정 이유이다.

실시예

다음에, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시예는 어디까지나 본 발명의 일례이며, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

표 1에 나타낸 Try 1 내지 11의 성분 범위의 슬래브를 사용하여, 표 4에 나타낸 제조 방법으로 도 1의 형상의 질화 처리 플레이트 부품을 시작했다. 또한, 표 4, 5 중, 「Q」, 「O」, 「T」는, 표 2, 3에 기재되는 「Q」, 「O」, 「T」와 동일한 강판 코일이며, 질화 플레이트 부품의 제조에 제공한 강판의 길이 방향에 있어서의 위치만 상이하다. 따라서, 냉각 정지 온도(CT)이 약간 표 2, 표 3에 기재되는 온도와 상이하다. 시작한 질화 플레이트 부품의 피로 시험은, 주파수 25Hz, 응력비 1로 해 반복 부하를 부여하고, 107회까지 파단하지 않았던 응력 진폭을 피로 강도라 정의했다. 응력값은, 도 3에서의 회색의 위치에 원주 방향으로 변형 게이지를 첨부하고, 측정된 값을 채용했다. 결과를 표 5에 나타낸다. 또한, 표 4, 5 중의 각 기호는, 표 2, 3에 기재되는 기호와 동일한 의미를 나타낸다. 또한 합격 여부는 상술한 피로 강도가 517MPa 이상을 임계값으로 하고 있다.

가스 연질화 처리에 의한 질소 침입이 없는 영역으로서의 「전단 단면으로부터 적어도 5㎜ 이상 이격된 부분의 판 두께 중심부의 질소량」은, 전단 단면으로부터 법선 방향으로 5㎜ 이격된 부분의 판 두께 중심부를 원점으로 하고, 원점으로부터 판 두께 중심선을 따라 0.003㎜의 간격으로 질소 함유량을 3개소 측정하는 것을, 임의의 3개소에서 행하고, 그러한 측정 결과의 평균값을 표 5에 기재했다. 이 질소 함유량의 측정을 제외하고, 가스 연질화 처리에 의한 질소 침입이 없는 영역으로서, 전단 단면을 포함하는 질화 플레이트 부품의 표면으로부터 5㎜ 이상 이격된 위치에 있어서의 화학 조성의 분석을 행하지 않지만, 표 1의 사용한 강재의 레이들 분석 결과를 5㎜ 이상 이격된 위치에 있어서의 화학 조성의 분석 결과로 간주했다. 표 1의 강재 질소 함유량의 레이들 분석값과, 표 3의 질화 플레이트 부품의 질소 함유량의 분석값은 거의 같은 값이다.

피로 시험의 결과, N* 및 N**를 만족한 시험 번호 24 내지 27, 31 내지 33, 37 내지 39, 45 내지 48, 51 및 52에서만 피로 강도가 침탄 플레이트 부품 이상의 결과였다. 또한, 시험 번호 23, 30 및 36은 소성 변형량이 0.03％ 미만이며, N*가 질량으로 0.4000％ 미만이었다. 한편, 소성 변형량이 3.00％를 초과한 시험 번호 28, 34 및 40은 예외없이 N*가 질량으로 1.2000％를 초과하고 있었다. 또한, 소성 변형량이 0.03％ 이상, 3.00％ 미만이어도, 변형 부여 후에 코일 되감기를 행한 시험 번호 29, 35, 41, 53, 54 및 55에서는 N*가 질량으로 0.7000％ 미만이 되었다. 암모니아 가스 비율이 30％ 이하가 되는 시험 번호 42, 43은 N*가 질량으로 0.7％ 미만이며, N**가 질량으로 0.0600％ 미만이 된다. 처리 온도가 500℃ 미만인 시험 번호 49에서는 N*가 질량으로 0.4％ 미만이 되고, 처리 온도가 620℃ 이상의 시험 번호 50에서는 N**가 질량으로 0.0600％ 미만이 되었다. 또한, 처리 시간이 50분의 시험 번호 44는 N**가 질량으로 0.0600％ 미만이 되었다. 이상으로부터, 본 발명의 요건 타당성이 검증되었다.

또한, 본 발명자들은, 특허문헌 1 및 3에 기재된 방법에서는, N* 및 N**를 상술한 범위 내로 하는 것이 곤란한 것을 실험적으로 확인했다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 자라면, 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명백하며, 이들에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 이해된다.

Claims (4)

1. 전단 단면을 갖는 질화 플레이트 부품이며,
   상기 전단 단면으로부터 적어도 5㎜ 이상 이격된 부분의 판 두께 중심부의 화학 조성이 질량％로,
   C: 0.025％ 이상, 0.113％ 이하,
   Si: 0.10％ 이하,
   Mn: 0.71％ 이상, 1.49％ 이하,
   P: 0.020％ 이하,
   S: 0.0200％ 이하,
   Ti: 0.020％ 이상, 0.091％ 이하,
   Cr: 0.130％ 이상, 0.340％ 이하,
   Al: 0.10％ 이상, 0.35％ 이하,
   N: 0.0007％ 이상, 0.0300％ 이하,
   Nb: 0％ 이상 0.020％ 이하,
   Mo: 0％ 이상 0.140％ 이하,
   V: 0％ 이상 0.100％ 이하,
   B: 0％ 이상 0.0030％ 이하,
   Cu: 0％ 이상 0.13％ 이하,
   Ni: 0％ 이상 0.08％ 미만,
   W: 0％ 이상 0.07％ 이하,
   Co: 0％ 이상 0.07％ 이하,
   Ca: 0％ 이상 0.007％ 미만,
   Mg: 0％ 이상 0.005％ 미만,
   REM: 0％ 이상 0.005％ 미만, 및
   잔부: Fe 및 불순물이며,
   상기 전단 단면으로부터 전단 단면 법선 방향으로의 거리가 0.05㎜ 이상, 0.10㎜ 이하의 범위의 질소 평균 함유량이 질량％로 0.4000％ 이상, 1.2000％ 이하이며,
   상기 질소 평균 함유량은, 판 두께 중심으로부터 ±0.1㎜ 이내의 범위의 상기 전단 단면을 원점으로 하고, 상기 전단 단면 법선 방향의 상기 질화 플레이트 부품의 내부측에, 0.001㎜ 이상, 0.005㎜ 이하의 간격으로 측정된 질소 함유량의 선 상 데이터에 있어서, 상기 전단 단면으로부터 상기 전단 단면 법선 방향으로의 거리가 0.05㎜ 이상, 0.10㎜ 이하의 범위로, 구간 적분을 행하여 얻어진 상기 질소 함유량의 총량을, 상기 구간 적분을 행한 구간의 측정 점수로 나눈 값을 의미하고,
   또한 0.015㎜ 이상, 0.200㎜ 이하의 최저 질소 함유량이 0.0600％ 이상이며,
   0.015㎜ 이상, 0.200㎜ 이하의 상기 최저 질소 함유량은 상기 질소 함유량의 상기 선 상 데이터에 있어서, 어떤 측정점과 그 양옆 접점을 포함한 3점의 평균값이 0.015㎜ 이상, 0.200㎜ 이하인 범위에서 가장 낮은 값을 의미하며,
   금속 조직 중에 있어서의 페라이트 조직의 면적률이 70％ 이하인, 질화 플레이트 부품.
2. 제1항에 있어서, 그 판 두께가 1.0 이상 8.0㎜ 이하인, 질화 플레이트 부품.
3. 제1항에 있어서, 그 판 두께가 1.2㎜ 초과 6.0㎜ 이하인, 질화 플레이트 부품.
4. 화학 조성이 질량％로,
   C: 0.025％ 이상, 0.113％ 이하,
   Si: 0.10％ 이하,
   Mn: 0.71％ 이상, 1.49％ 이하
   P: 0.020％ 이하,
   S: 0.0200％ 이하,
   Ti: 0.020％ 이상, 0.091％ 이하,
   Cr: 0.130％ 이상, 0.340％ 이하,
   Al: 0.10％ 이상, 0.35％ 이하,
   N: 0.0007％ 이상, 0.0100％ 이하,
   Nb: 0％ 이상 0.020％ 이하,
   Mo: 0％ 이상 0.140％ 이하,
   V: 0％ 이상 0.100％ 이하,
   B: 0％ 이상 0.0030％ 이하,
   Cu: 0％ 이상 0.13％ 이하,
   Ni: 0％ 이상 0.08％ 미만,
   W: 0％ 이상 0.07％ 이하,
   Co: 0％ 이상 0.07％ 이하,
   Ca: 0％ 이상 0.007％ 미만,
   Mg: 0％ 이상 0.005％ 미만,
   REM: 0％ 이상 0.005％ 미만, 및
   잔부: Fe 및 불순물인 슬래브를, 열연 마무리 압연출측 온도 850℃ 이상, 960℃ 미만의 범위에서 열간 압연을 실시하여 강판을 얻고,
   그 후, 열연 마무리 압연 종료 후부터 3초 이내에 냉각을 개시하고, 열연 마무리 압연 종료 후부터 29초 이내에 상기 강판을 460℃ 이상, 630℃ 이하까지 더 냉각하고,
   상기 강판을 권취함으로써 강판 코일을 이루고,
   또한 산세한 당해 강판 코일에 대해, 당해 강판 코일을 감아 개방한 후에, 상기 강판에 소성 변형량으로 0.03％ 이상, 3.00％ 이하의 범위의 굽힘·폄을 부여하고,
   다시 상기 강판을 되감는 일 없이, 전단 가공과 프레스 성형을 실시하여 플레이트 부품 형상으로 하고,
   암모니아 가스가 30％ 초과의 체적 구성비의 분위기에서, 500℃ 이상, 620℃ 미만의 온도로 조정된 밀폐로 내에서, 60분 이상의 시간, 상기 강판을 체류시켜 질화시키는, 질화 플레이트 부품의 제조 방법.

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