KR102561036B1 - steel - Google Patents

steel Download PDF

Info

Publication number
KR102561036B1
KR102561036B1 KR1020217024793A KR20217024793A KR102561036B1 KR 102561036 B1 KR102561036 B1 KR 102561036B1 KR 1020217024793 A KR1020217024793 A KR 1020217024793A KR 20217024793 A KR20217024793 A KR 20217024793A KR 102561036 B1 KR102561036 B1 KR 102561036B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
steel
content
less
carburized
depth
Prior art date
Application number
KR1020217024793A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20210111817A (en
Inventor
유타카 네이시
다카후미 아마타
Original Assignee
닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 닛폰세이테츠 가부시키가이샤 filed Critical 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Publication of KR20210111817A publication Critical patent/KR20210111817A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102561036B1 publication Critical patent/KR102561036B1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/10Handling in a vacuum
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06Surface hardening
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/26Methods of annealing
    • C21D1/32Soft annealing, e.g. spheroidising
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/02Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
    • C21D7/04Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface
    • C21D7/06Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface by shot-peening or the like
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/06Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/06Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires
    • C21D8/065Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires of ferrous alloys
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/002Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/20Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with copper
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/24Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with vanadium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/26Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with niobium or tantalum
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/28Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with titanium or zirconium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/32Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with boron
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/42Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/46Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with vanadium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/54Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with boron
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/002Bainite
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/003Cementite

Abstract

침탄 처리 전에 용접하여 침탄강 부품을 제조한 경우여도, 우수한 피로 강도가 얻어지는 강재를 제공한다. 강재는, 질량%로, C: 0.09~0.16%, Si: 0.01~0.50%, Mn: 0.40~0.60%, P: 0.030% 이하, S: 0.025% 이하, Cr: 0.90~2.00%, Mo: 0.10~0.40%, Al: 0.005~0.030%, Ti: 0.010~0.050% 미만, Nb: 0.010~0.030%, N: 0.0080% 이하, O: 0.0030% 이하, B: 0.0003~0.0030%, Ca: 0.0005~0.0050%, 및, 잔부: Fe 및 불순물로 이루어지며, 명세서에 기재된 식 (1)~식 (3)을 만족하는 화학 조성을 갖는다. 강재의 축 방향에 평행한 단면에 있어서, Mn 황화물이 70.0개/mm2 이하이고, 산화물이 25.0개/mm2 이하이다. Provided is a steel material from which excellent fatigue strength can be obtained even when a carburized steel part is produced by welding before carburizing. Steel materials, in mass%, C: 0.09 to 0.16%, Si: 0.01 to 0.50%, Mn: 0.40 to 0.60%, P: 0.030% or less, S: 0.025% or less, Cr: 0.90 to 2.00%, Mo: 0.10 ~0.40%, Al: 0.005~0.030%, Ti: 0.010~0.050%, Nb: 0.010~0.030%, N: 0.0080% or less, O: 0.0030% or less, B: 0.0003~0.0030%, Ca: 0.0005~0.0050 %, and balance: Fe and impurities, and has a chemical composition satisfying formulas (1) to (3) described in the specification. In a cross section parallel to the axial direction of the steel, Mn sulfides are 70.0/mm 2 or less, and oxides are 25.0/mm 2 or less.

Description

강재steel

본 발명은, 강재에 관한 것이며, 더 상세하게는, 침탄강 부품의 소재가 되는 강재에 관한 것이다.The present invention relates to steel materials, and more particularly, to steel materials used as raw materials for carburized steel parts.

침탄되는 기계 구조용 부품(침탄강 부품)의 소재가 되는 강재는, 일반적으로, Mn, Cr, Mo, 및, Ni 등을 함유한다.  침탄강 부품의 소재가 되는 강재는, 주조, 단조, 압연 등에 의해 제조된다.  그리고, 침탄강 부품은 예를 들어, 다음의 방법으로 제조된다.  상술한 강재를 단조한다.  단조 후의 강재에 대해 절삭 가공을 실시하여, 중간 부재를 제조한다.  중간 부재에 대해, 침탄 처리를 실시한다.  이상의 제조 공정에 의해, 표층부의 경화층인 침탄층과, 침탄 처리의 영향이 미치지 않는 모재인 심부를 구비하는 침탄강 부품이 제조된다.The steel materials used as the raw material of carburized machine structural parts (carburized steel parts) generally contain Mn, Cr, Mo, Ni, and the like. Steel materials used as raw materials for carburized steel parts are manufactured by casting, forging, rolling, or the like. And, carburized steel parts are manufactured, for example, by the following method. The above-mentioned steel materials are forged. A cutting process is given to the steel materials after forging, and an intermediate member is manufactured. A carburizing treatment is applied to the intermediate member. Through the above manufacturing process, a carburized steel part having a carburized layer, which is a hardened layer of the surface layer part, and a core part, which is a base material that is not affected by the carburizing treatment, is manufactured.

침탄강 부품을 제조하는 비용 중, 절삭 가공의 비용은 매우 크다.  절삭 가공에서는 또한, 절삭 칩을 다량으로 생성하기 때문에, 수율이 저하된다.  이 때문에, 절삭 가공을 단조로 치환하는 기술이 검토되고 있다.  단조 방법은, 열간 단조, 온간 단조, 냉간 단조로 크게 나눌 수 있다.  온간 단조는 열간 단조보다 낮은 온도역에서 단조를 실시한다.  그 때문에, 온간 단조에서는, 열간 단조와 비교하여, 스케일의 발생이 적고, 열간 단조보다 치수 정밀도가 개선된다.  한편, 냉간 단조에서는 스케일의 발생이 없고, 치수 정밀도가 절삭 가공과 동등하다.  따라서, 열간 단조로 조(粗)가공을 행한 후에 냉간 단조로 마무리 가공을 행하는 기술, 온간 단조를 행한 후에 마무리로서 경도(輕度)의 절삭을 행하는 기술, 및, 냉간 단조만으로 성형을 행하는 기술 등이 검토되어 왔다.  그러나, 절삭 가공을 온간 단조 또는 냉간 단조로 치환하는 경우, 강재의 변형 저항이 크면, 금형에 걸리는 면압이 증가하여, 금형 수명이 저하된다.  그 때문에, 절삭 가공을 단조로 치환하는 것에 따른 비용 장점이 작아진다.  또, 복잡한 형상으로 성형하는 경우, 큰 가공이 가해지는 부위에 균열이 생기는 등의 문제가 발생한다.  따라서, 절삭 가공을 단조로 치환하는 경우, 강재의 연질화, 또는, 강재의 한계 가공률의 향상이 요구된다.  침탄강 부품의 소재가 되는 강재가 압연상태재인 경우, 구상화 열처리를 실시함으로써, 강재의 한계 가공률을 높일 수 있다.Among the costs of manufacturing carburized steel parts, the cost of cutting is very large. In the cutting process, since a large amount of cutting chips are also generated, the yield is lowered. For this reason, a technique of replacing cutting with forging has been studied. Forging methods can be roughly divided into hot forging, warm forging, and cold forging. Warm forging is performed at a lower temperature than hot forging. Therefore, in warm forging, compared with hot forging, there is little generation|occurrence|production of scale, and dimensional accuracy is improved rather than hot forging. On the other hand, in cold forging, there is no generation of scale, and the dimensional accuracy is equivalent to that of cutting. Therefore, a technique of performing finish machining by cold forging after roughing by hot forging, a technique of performing hard cutting as a finish after performing warm forging, and a technique of forming only by cold forging, etc. this has been reviewed. However, when the cutting process is replaced by warm forging or cold forging, if the deformation resistance of the steel material is large, the surface pressure applied to the mold increases and the life of the mold decreases. Therefore, the cost advantage of replacing cutting with forging becomes small. In addition, in the case of molding into a complex shape, problems such as cracking occur in areas where large processing is applied. Therefore, when cutting is replaced by forging, softening of steel materials or improvement of the limit working rate of steel materials is requested|required. When the steel material used as the raw material of the carburized steel parts is a rolled material, the limit working rate of the steel material can be increased by performing spheroidization heat treatment.

특허문헌 1은, 침탄 처리 전의 침탄용 강의 단계에서, 종래 강보다 냉간 단조 시의 변형 저항이 작으며, 또한, 한계 가공률이 크고, 또한, 침탄 처리 후에, 종래 강과 동등한 경화층 및 심부 경도(硬度)를 갖는 침탄용 강을 제안한다.  특허문헌 1에 기재된 침탄용 강은, 화학 성분이, 질량%로, C: 0.07%~0.13%, Si: 0.0001%~0.50%, Mn: 0.0001%~0.80%, S: 0.0001%~0.100%, Cr: 1.30% 초과~5.00%, B: 0.0005%~0.0100%, Al: 0.0001%~1.0%, Ti: 0.010%~0.10%를 함유하고, N: 0.0080% 이하, P: 0.050% 이하, O: 0.0030% 이하로 제한하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지며, 화학 성분 중의 각 원소의 질량%로 나타낸 함유량이, 경도 지표로서 하기의 식 1, 담금질성 지표로서 하기의 식 2, 및, TiC 석출량 지표로서 하기의 식 3을 동시에 만족하는 것을 특징으로 한다.  0.10<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.078×Al<0.235···(식 1), 7.5<(0.7×Si+1)×(5.1×Mn+1)×(2.16×Cr+1)<44···(식 2), 0.004<Ti-N×(48/14)<0.030···(식 3).  이 침탄용 강은, 상술한 화학 조성을 가짐으로써, 냉간 단조 시의 한계 가공률을 높이고, 침탄 처리 후에, 종래 강과 동등한 경화층 및 강부 경도가 얻어진다고 특허문헌 1에는 기재되어 있다.In Patent Document 1, at the stage of carburizing steel before carburizing treatment, the deformation resistance during cold forging is smaller than that of conventional steel, and the limit processing rate is large, and after carburizing treatment, a hardened layer and core hardness equivalent to conventional steel ( We propose a steel for carburizing with a high degree of hardness. In the steel for carburizing described in Patent Document 1, the chemical components, in mass%, C: 0.07% to 0.13%, Si: 0.0001% to 0.50%, Mn: 0.0001% to 0.80%, S: 0.0001% to 0.100%, Cr: more than 1.30% to 5.00%, B: 0.0005% to 0.0100%, Al: 0.0001% to 1.0%, Ti: 0.010% to 0.10%, N: 0.0080% or less, P: 0.050% or less, O: It is limited to 0.0030% or less, the balance is composed of Fe and unavoidable impurities, and the content expressed in mass% of each element in the chemical composition is the following formula 1 as a hardness index, the following formula 2 as a hardenability index, and, It is characterized in that it simultaneously satisfies Equation 3 below as a TiC precipitation index. 0.10 < C + 0.194 × Si + 0.065 × Mn + 0.012 × Cr + 0.078 × Al < 0.235 ... (Equation 1), 7.5 < (0.7 × Si + 1) × (5.1 × Mn + 1) × (2.16 × Cr + 1) <44 ... (Equation 2), 0.004 < Ti-N × (48/14) < 0.030 ... (Equation 3). Patent Literature 1 describes that this carburizing steel has the above-mentioned chemical composition, thereby increasing the limit working rate during cold forging, and obtaining a hardened layer and steel part hardness equivalent to those of conventional steel after carburizing treatment.

국제 공개 제2012/108460호 공보International Publication No. 2012/108460

그런데, 자동차에 이용되는 기계 구조용 부품에는, 침탄강 부품이 복수 이용되고 있다.  예를 들어, 무단계 변속기(CVT)의 가변 직경 풀리에도 침탄강 부품이 이용되고 있다.  가변 직경 풀리로 대표되는 대형 침탄강 부품은, 상술한 바와 같이, 열간 단조 후에 절삭 가공함으로써 제조되고 있다.  그래서, 대형 침탄강 부품에 있어서도, 절삭 가공으로부터 단조로 치환하는 기술이 검토되고 있다.  그러나, 대형 강재를 냉간 단조에 의해 성형하려고 하면, 냉간 단조기에 과잉 부하가 걸린다.  그래서, 대형 침탄강 부품을 냉간 단조에 의해 성형하는 경우, 복수의 부재를 냉간 단조에 의해 성형하고, 그 후, 이들 복수의 부재를 마찰 접합이나 레이저 접합과 같은 용접에 의해 접합하고, 또한, 접합된 강 부재를 침탄 처리함으로써, 대형 침탄강 부품을 제조하는 기술이 검토되고 있다.By the way, a plurality of carburized steel parts are used for parts for machine structures used in automobiles. For example, carburized steel parts are also used in variable diameter pulleys of continuously variable transmissions (CVT). As described above, large-sized carburized steel parts represented by variable-diameter pulleys are manufactured by cutting after hot forging. Therefore, even for large-sized carburized steel parts, a technique of substituting forging from cutting is being studied. However, when it is going to form a large-sized steel material by cold forging, an excessive load is applied to the cold forging machine. Therefore, when large-sized carburized steel parts are formed by cold forging, a plurality of members are formed by cold forging, and then these plurality of members are joined by welding such as friction welding or laser welding, and then joined. A technique for manufacturing large-sized carburized steel parts by carburizing a steel member having been prepared has been studied.

이와 같이 용접에 의해 침탄강 부품을 제조하는 경우, 접합재인 침탄강 부품의 피로 강도(접합 피로 강도)가 요구된다.In the case of manufacturing carburized steel parts by welding in this way, the fatigue strength (joint fatigue strength) of the carburized steel parts, which are bonding materials, is required.

본 개시의 목적은, 용접을 행한 경우여도 침탄 처리 후에 있어서 우수한 피로 강도가 얻어지는 강재를 제공하는 것이다.An object of the present disclosure is to provide steel materials from which excellent fatigue strength is obtained after carburizing even when welding is performed.

본 개시에 의한 강재는,Steel according to the present disclosure,

질량%로,in mass %,

C: 0.09~0.16%, C: 0.09 to 0.16%;

Si: 0.01~0.50%, Si: 0.01 to 0.50%;

Mn: 0.40~0.60%, Mn: 0.40 to 0.60%;

P: 0.030% 이하, P: 0.030% or less;

S: 0.025% 이하, S: 0.025% or less;

Cr: 0.90~2.00%, Cr: 0.90 to 2.00%;

Mo: 0.10~0.40%, Mo: 0.10~0.40%,

Al: 0.005~0.030%, Al: 0.005 to 0.030%;

Ti: 0.010~0.050% 미만, Ti: 0.010 to less than 0.050%;

Nb: 0.010~0.030%, Nb: 0.010 to 0.030%;

N: 0.0080% 이하, N: 0.0080% or less;

O: 0.0030% 이하,O: 0.0030% or less;

B: 0.0003~0.0030%, B: 0.0003 to 0.0030%;

Ca: 0.0005~0.0050%를 함유하고, Ca: contains 0.0005 to 0.0050%,

잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지며, 식 (1)~식 (3)을 만족하고, The remainder consists of Fe and impurities, and satisfies formulas (1) to (3),

상기 강재의 축 방향에 평행한 단면에 있어서, 질량%로 Mn 함유량이 10.0% 이상, S 함유량이 10.0% 이상, O 함유량이 10.0% 미만인 Mn 황화물이 70.0개/mm2 이하이고, 질량%로 O 함유량이 10.0% 이상인 산화물이 25.0개/mm2 이하이다.In a cross section parallel to the axial direction of the steel material, Mn content of 10.0% or more, S content of 10.0% or more, and O content of less than 10.0% in mass% is 70.0 pieces/mm 2 or less, and O in mass% The content of oxides of 10.0% or more is 25.0 pieces/mm 2 or less.

0.140<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 (1) 0.140<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.033×Mo+0.067×Ni+0.097×Cu+0.078×Al<0.235 Equation (1)

13.0<(0.70×Si+1)×(5.1×Mn+1)×(2.2×Cr+1)×(3.0×Mo+1)×(0.36×Ni+1)<45.0 식 (2) 13.0 < (0.70 × Si + 1) × (5.1 × Mn + 1) × (2.2 × Cr + 1) × (3.0 × Mo + 1) × (0.36 × Ni + 1) < 45.0 Formula (2)

0.004<Ti-N×(48/14)<0.030 식 (3) 0.004<Ti-N×(48/14)<0.030 Equation (3)

여기서, 식 (1)~식 (3)의 각 원소 기호에는, 대응하는 원소의 함유량(질량%)이 대입된다.  대응하는 원소가 함유되어 있지 않은 경우, 그 원소 기호에는 「0」이 대입된다.Here, the content (mass %) of the corresponding element is substituted for each element symbol in Formulas (1) to (3). When the corresponding element is not contained, "0" is substituted for the element symbol.

본 개시에 의한 강재는, 용접을 행한 경우여도, 침탄 처리 후의 침탄강 부품에 있어서, 우수한 피로 강도가 얻어진다.Even when the steel materials according to the present disclosure are welded, excellent fatigue strength is obtained in the carburized steel parts after the carburizing treatment.

도 1은, 본 실시 형태의 강재의 길이 방향에 수직인 단면도이다.
도 2는, 본 실시 형태의 강재의 미크로 조직 관찰에서의 샘플 채취 위치를 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은, 본 실시 형태에 있어서의, Mn 황화물 및 산화물의 측정을 할 때의 샘플의 채취 위치를 설명하기 위한 모식도이다.
1 is a cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction of steel materials in this embodiment.
2 is a schematic diagram for explaining a sampling position in microstructure observation of steel materials according to the present embodiment.
Fig. 3 is a schematic diagram for explaining a sampling position of a sample when measuring Mn sulfide and oxide in the present embodiment.

이하, 침탄강 부품의 소재가 되는, 본 실시 형태에 따른 강재에 대해서 설명한다.Hereinafter, steel materials according to the present embodiment, which are used as raw materials for carburized steel parts, will be described.

본 발명자들은, 침탄강 부품의 소재가 되는 강재에 있어서, 침탄 처리 후의 침탄강 부품의 우수한 특성(유효 경화층 깊이 및 심부 경도의 향상)을 얻기 위해 검토를 행했다.  그 결과, 본 발명자들은, 이하의 (a)~(f)의 지견을 얻었다.The inventors of the present invention conducted studies in order to obtain excellent characteristics (effective hardened layer depth and improvement in core hardness) of carburized steel parts after carburizing in steel materials used as raw materials for carburized steel parts. As a result, the present inventors obtained the following findings (a) to (f).

(a) C 함유량이 낮을수록, 냉간 단조 전의 강재의 연질화를 도모할 수 있다.  그러나, C 함유량이 너무 낮으면, 침탄 처리 후의 침탄강 부품의 피로 강도를, C 함유량이 0.20% 정도인 종래의 강재(예를 들어, JIS G 4052(2008)에 규정된 SCR420)와 동등 레벨로 하는 것이 곤란해진다.  침탄강 부품으로서 필요한 심부의 경도를 얻기 위해서는, C 함유량의 적절한 하한값이 존재한다.(a) Softening of steel materials before cold forging can be aimed at, so that C content is low. However, if the C content is too low, the fatigue strength of the carburized steel parts after carburizing is reduced to a level equivalent to that of conventional steel materials having a C content of about 0.20% (for example, SCR420 specified in JIS G 4052 (2008)). It becomes difficult to do In order to obtain the hardness of the core required as a carburized steel part, an appropriate lower limit of the C content exists.

(b) 침탄강 부품에 있어서, 낮은 C 함유량으로, 가능한 한 큰 유효 경화층 깊이와 심부 경도를 얻기 위해서는, 침탄강 부품의 심부의 미크로 조직에 있어서, 마르텐사이트 분율을 높이는 것이 바람직하다.(b) In a carburized steel part, in order to obtain an effective hardened layer depth and core hardness as large as possible with a low C content, it is preferable to increase the martensite fraction in the microstructure of the core part of the carburized steel part.

(c) 침탄강 부품의 심부에서, 미크로 조직의 마르텐사이트 분율을 높이기 위해서는, Mn, Cr, Mo, Ni 등의 강의 담금질성을 향상시키는 합금 원소(담금질성 향상 원소)의 함유량을, 상술한 담금질성 지표의 식 (2)를 만족하도록 함유하는 것이 유효하다.(c) In order to increase the martensite fraction of the microstructure in the core part of the carburized steel part, the content of the alloy element (hardenability improving element) that improves the hardenability of the steel, such as Mn, Cr, Mo, Ni, etc., is quenched as described above. It is effective to contain so as to satisfy Formula (2) of a sex index.

13.0<(0.70×Si+1)×(5.1×Mn+1)×(2.2×Cr+1)×(3.0×Mo+1)×(0.36×Ni+1)<45.0 (2)13.0 < (0.70 × Si + 1) × (5.1 × Mn + 1) × (2.2 × Cr + 1) × (3.0 × Mo + 1) × (0.36 × Ni + 1) < 45.0 (2)

(d) 그러나, 상술한 담금질성 향상 원소의 함유량이 증가하면, 담금질성 향상 원소가 페라이트를 고용 강화한다.  이 경우, 강재의 경도가 증가해 버린다. 그 때문에, 페라이트의 경도 상승을 억제하면서 강재의 담금질성을 높일 수 있는 B를 함유함과 더불어, C 및 담금질성 향상 원소의 함유량이, 상술한 경도 지표의 식 (1)을 만족하도록 한다.(d) However, when the content of the above-mentioned hardenability improving element increases, the hardenability improving element strengthens ferrite by solid solution. In this case, the hardness of steel materials increases. Therefore, while suppressing the increase in the hardness of ferrite, while containing B capable of enhancing the hardenability of steel materials, the content of C and the hardenability improving element satisfies the above-mentioned hardness index equation (1).

0.140<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.033×Mo+0.067×Ni+0.097×Cu+0.078×Al<0.235 (1)0.140<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.033×Mo+0.067×Ni+0.097×Cu+0.078×Al<0.235 (1)

(e) B의 담금질성 향상 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, 침탄 처리 시에 있어서, 강재 중에 충분한 고용 B를 확보할 필요가 있다.  그래서, 강재에 Ti를 함유시킨다.  이 경우, 침탄 처리 시에 있어서, 강재 중의 대부분의 N을 TiN으로서 고정한다.  이로 인해, B가 N과 결합하여 BN으로서 석출되는 것을 억제할 수 있어, 강재 중에 충분한 고용 B량을 확보할 수 있다.  이 효과를 유효하게 얻으려면, Ti를 N 함유량에 대해 화학량론적으로 과잉이 되도록 함유하는 것이 바람직하다.  또한, 침탄 처리 시의 오스테나이트 결정립의 이상(異常) 입자 성장을 방지하기 위해, TiC를 미크로 조직 중에 미세 분산 석출시킨다.  고용 B량을 충분히 확보하며, 또한, TiC를 미세 분산 석출시키기 위해, Ti 및 N의 함유량이, 상술한 TiC 석출량 지표의 식 (3)을 만족하도록 한다.(e) In order to stably obtain the effect of improving the hardenability of B, it is necessary to ensure sufficient solid solution B in the steel materials during carburizing treatment. So, Ti is contained in steel materials. In this case, during the carburizing treatment, most of the N in the steel is fixed as TiN. For this reason, it is possible to suppress that B is bonded to N and precipitated as BN, and a sufficient amount of solute B in the steel material can be secured. In order to obtain this effect effectively, it is preferable to contain Ti so that it may become stoichiometrically excess with respect to N content. In addition, in order to prevent abnormal grain growth of austenite grains during carburizing, TiC is finely dispersed and deposited in the microstructure. In order to ensure a sufficient amount of solid solution B and to finely disperse and precipitate TiC, the contents of Ti and N are made to satisfy the above-described formula (3) of the TiC precipitation amount index.

0.004<Ti-N×(48/14)<0.030 (3)0.004<Ti-N×(48/14)<0.030 (3)

(f) B는, 침탄강 부품의 심부의 담금질성을 유효하게 높인다.  그러나, 변성로 가스 방식의 가스 침탄을 행하는 경우, 침탄강 부품의 표층부인 침탄층에서는, B 함유에 의한 담금질성 향상 효과가 낮다.  이는, 침탄 처리 시에 있어서, 강 부품의 표면으로부터 질소가 침입하고, 고용 B와 결합하여 BN으로서 석출되어, 고용 B량이 저감하기 때문이다.  따라서, 침탄강 부품의 표층부인 침탄층에서 담금질성을 확보하려면, 상기 (c)에서 서술한 담금질성 지표의 식 (2)를 만족하는 것이 유효하다.(f) B effectively enhances the hardenability of the core of the carburized steel part. However, in the case of gas carburizing of the gas type in the denaturing furnace, the effect of improving the hardenability by the B content is low in the carburized layer, which is the surface layer portion of the carburized steel parts. This is because, during the carburizing treatment, nitrogen enters from the surface of the steel component, bonds with solid solution B, precipitates as BN, and the amount of solid solution B is reduced. Therefore, in order to secure hardenability in the carburized layer, which is the surface layer portion of the carburized steel part, it is effective to satisfy Equation (2) of the hardenability index described in (c) above.

본 발명자들은 또한, 본 실시 형태의 강재에 있어서, 용접 후, 침탄 처리하여 제조되는 침탄강 부품에서의 피로 강도(접합 피로 강도)의 검토를 행했다.  그 결과, 강재의 길이 방향(즉, 강재의 축 방향)에 평행한 단면 중의 개재물에 대해서, 다음의 규정을 만족하면, 용접 후, 침탄 처리하여 제조되는 침탄강 부품에서의 피로 강도(접합 피로 강도)가 높아지는 것을 발견했다.The present inventors also studied the fatigue strength (joint fatigue strength) of carburized steel parts manufactured by carburizing after welding in the steel materials of the present embodiment. As a result, for inclusions in the cross section parallel to the longitudinal direction of the steel (ie, the axial direction of the steel), if the following rules are satisfied, the fatigue strength (joint fatigue strength) of carburized steel parts produced by carburizing after welding ) was found to increase.

(I) 질량%로, Mn 함유량이 10.0% 이상, S 함유량이 10.0% 이상, O 함유량이 10.0% 미만인 Mn 황화물을 70.0개/mm2 이하로 한다.(I) In terms of mass%, Mn content of 10.0% or more, S content of 10.0% or more, and O content of less than 10.0% is 70.0 pieces/mm 2 or less.

(II) 질량%로, O 함유량이 10.0% 이상인 산화물을 25.0개/mm2 이하로 한다.(II) In terms of mass%, the oxide having an O content of 10.0% or more is 25.0 pieces/mm 2 or less.

이하, 이 점에 대해서 상세히 설명한다.Hereinafter, this point is demonstrated in detail.

본 실시 형태의 화학 조성을 갖는 강재에서는, 강재 중에 Mn 황화물 및 산화물이 존재한다.  여기서, 본 명세서에 있어서, Mn 황화물 및 산화물은 다음과 같이 정의된다.In the steel materials having the chemical composition of the present embodiment, Mn sulfides and oxides exist in the steel materials. Here, in this specification, Mn sulfide and oxide are defined as follows.

Mn 황화물: 개재물의 질량%를 100%로 한 경우에, 질량%로 Mn 함유량이 10.0% 이상, S 함유량이 10.0% 이상, O 함유량이 10.0% 미만인 개재물 Mn sulfide: inclusions having a Mn content of 10.0% or more, an S content of 10.0% or more, and an O content of less than 10.0%, in terms of mass%, when the mass% of the inclusion is 100%.

산화물: 개재물의 질량%를 100%로 한 경우에, 질량%로, 산소 함유량이 10.0% 이상인 개재물 Oxide: Inclusions having an oxygen content of 10.0% or more in terms of mass% when the mass% of the inclusions is 100%.

또한, 본 명세서에 있어서, 개재물 중, 질량%로, 10.0% 이상의 S와, 10.0% 이상의 Mn과, 10.0% 이상의 O를 함유하는 개재물은, 「Mn 황화물」이 아니라, 「산화물」에 포함된다.In the present specification, among inclusions, in terms of mass%, inclusions containing 10.0% or more of S, 10.0% or more of Mn, and 10.0% or more of O are not "Mn sulfides", but are included in "oxides".

강재에 대해, 마찰 접합, 레이저 접합 등으로 대표되는 용접을 실시한 후, 침탄 처리를 실시하여 침탄강 부품을 제조하는 경우, 침탄강 부품 내에는 HAZ 영역이 존재한다.  HAZ 영역의 강도는 다른 영역의 강도보다 낮아지는 경우가 있다. 그래서, 본 실시 형태에서는, HAZ 영역의 강도를 확보하기 위해, 개재물을 가능한 한 저감시킨다.  본 실시 형태에서는, 상기 (I) 및 (II)에 기재한 바와 같이, 강 중의 개재물의 대부분을 차지하는 Mn 황화물 및 산화물의 개수를 저감시킨다.  이 경우, HAZ 영역의 강도를 확보할 수 있고, 그 결과, 침탄강 부품의 피로 강도를 높일 수 있다.When steel materials are subjected to welding represented by friction welding, laser welding, etc., and then carburized to produce carburized steel parts, an HAZ region exists in the carburized steel parts. The intensity of the HAZ region may be lower than that of other regions. So, in this embodiment, in order to ensure the intensity|strength of the HAZ area, inclusion is reduced as much as possible. In this embodiment, as described in the above (I) and (II), the number of Mn sulfides and oxides that occupy most of the inclusions in the steel is reduced. In this case, the strength of the HAZ region can be secured, and as a result, the fatigue strength of the carburized steel parts can be increased.

이상의 지견에 의거하여 완성한 본 실시 형태의 강재는, 다음의 구성을 갖는다.The steel materials of this embodiment completed based on the above knowledge have the following structure.

[1][One]

강재로서,As steel,

질량%로,in mass %,

C: 0.09~0.16%, C: 0.09 to 0.16%;

Si: 0.01~0.50%, Si: 0.01 to 0.50%;

Mn: 0.40~0.60%, Mn: 0.40 to 0.60%;

P: 0.030% 이하,P: 0.030% or less;

S: 0.025% 이하, S: 0.025% or less;

Cr: 0.90~2.00%, Cr: 0.90 to 2.00%;

Mo: 0.10~0.40%,Mo: 0.10~0.40%,

Al: 0.005~0.030%, Al: 0.005 to 0.030%;

Ti: 0.010~0.050% 미만, Ti: 0.010 to less than 0.050%;

Nb: 0.010~0.030%, Nb: 0.010 to 0.030%;

N: 0.0080% 이하, N: 0.0080% or less;

O: 0.0030% 이하, O: 0.0030% or less;

B: 0.0003~0.0030%, B: 0.0003 to 0.0030%;

Ca: 0.0005~0.0050%를 함유하고, Ca: contains 0.0005 to 0.0050%,

잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지며, 식 (1)~식 (3)을 만족하고, The remainder consists of Fe and impurities, and satisfies formulas (1) to (3),

상기 강재의 축 방향에 평행한 단면에 있어서, 질량%로 Mn 함유량이 10.0% 이상, S 함유량이 10.0% 이상, O 함유량이 10.0% 미만인 Mn 황화물이 70.0개/mm2 이하이고, 질량%로 O 함유량이 10.0% 이상인 산화물이 25.0개/mm2 이하인, In a cross section parallel to the axial direction of the steel material, Mn content of 10.0% or more, S content of 10.0% or more, and O content of less than 10.0% in mass% is 70.0 pieces/mm 2 or less, and O in mass% The oxide content is 10.0% or more of 25.0 / mm 2 or less,

강재.steel.

0.140<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.033×Mo+0.067×Ni+0.097×Cu+0.078×Al<0.235 (1) 0.140<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.033×Mo+0.067×Ni+0.097×Cu+0.078×Al<0.235 (1)

13.0<(0.70×Si+1)×(5.1×Mn+1)×(2.2×Cr+1)×(3.0×Mo+1)×(0.36×Ni+1)<45.0 (2) 13.0 < (0.70 × Si + 1) × (5.1 × Mn + 1) × (2.2 × Cr + 1) × (3.0 × Mo + 1) × (0.36 × Ni + 1) < 45.0 (2)

0.004<Ti-N×(48/14)<0.030 (3) 0.004<Ti-N×(48/14)<0.030 (3)

여기서, 식 (1)~식 (3)의 각 원소 기호에는, 대응하는 원소의 함유량(질량%)이 대입된다.  대응하는 원소가 함유되어 있지 않은 경우, 그 원소 기호에는 「0」이 대입된다.Here, the content (mass %) of the corresponding element is substituted for each element symbol in Formulas (1) to (3). When the corresponding element is not contained, "0" is substituted for the element symbol.

[2][2]

[1]에 기재된 강재로서,As the steel described in [1],

상기 강재의 축 방향에 수직인 단면에서의 반경을 R(mm)로 정의했을 때, 상기 강재의 축 방향에 수직인 단면에 있어서의 미크로 조직에 있어서, 적어도 표면으로부터 0.1R 깊이까지의 표층 영역에서의 베이나이트의 면적률이 95.0% 이상인, When the radius in the cross section perpendicular to the axial direction of the steel member is defined as R (mm), in the microstructure in the cross section perpendicular to the axial direction of the steel member, at least in the surface layer region from the surface to a depth of 0.1R. The area ratio of bainite is 95.0% or more,

강재.steel.

[3][3]

[1]에 기재된 강재로서,As the steel described in [1],

상기 강재의 축 방향에 수직인 단면에서의 반경을 R(mm)로 정의했을 때, 상기 강재의 축 방향에 수직인 단면에 있어서의 미크로 조직에 있어서, 적어도 표면으로부터 0.1R 깊이까지의 표층 영역은, 페라이트와, 시멘타이트로 이루어지며, 상기 표층 영역에서의 상기 시멘타이트의 구상화율이 90.0% 이상인, When the radius in the cross section perpendicular to the axial direction of the steel member is defined as R (mm), in the microstructure in the cross section perpendicular to the axial direction of the steel member, the surface layer region at least to a depth of 0.1R from the surface is , It is made of ferrite and cementite, and the spheroidization rate of the cementite in the surface layer region is 90.0% or more,

강재.steel.

[4][4]

[1]~[3] 중 어느 한 항에 기재된 강재로서,As the steel according to any one of [1] to [3],

상기 Fe의 일부를 대신하여, 질량%로,Instead of part of the Fe, in mass%,

Cu: 0.50% 이하, Cu: 0.50% or less;

Ni: 0.30% 이하, 및, Ni: 0.30% or less, and

V: 0.10% 이하V: 0.10% or less

로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1원소 이상을 함유하는,Containing at least one element selected from the group consisting of

강재.steel.

이하, 본 실시 형태에 따른 강재에 대해서 설명한다.  화학 조성에 관련된 「%」는, 특별히 언급하지 않는 한, 질량%를 의미한다.Hereinafter, steel materials according to the present embodiment will be described. "%" related to chemical composition means mass % unless otherwise specified.

[화학 조성][chemical composition]

본 실시 형태의 강재는, 침탄강 부품의 소재이다.  본 실시 형태의 강재는 냉간 단조된 후, 침탄 처리되어, 침탄강 부품이 된다.  본 실시 형태의 강재의 화학 조성은, 다음의 원소를 함유한다.The steel materials of this embodiment are raw materials for carburized steel parts. After the steel materials of this embodiment are cold forged, they are carburized and become carburized steel parts. The chemical composition of the steel materials of this embodiment contains the following elements.

C: 0.09~0.16%C: 0.09 to 0.16%

탄소(C)는, 강재의 담금질성을 높여, 침탄층과 심부를 구비하는 침탄강 부품에 있어서의 심부의 경도를 높인다.  C 함유량이 0.09% 미만이면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 침탄강 부품의 심부의 경도가 저하된다.  한편, C 함유량이 0.16%를 넘으면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 냉간 단조 전의 강재의 경도가 현저하게 증가하고, 한계 가공률이 저하된다.  따라서, C 함유량은 0.09~0.16%이다.  또한, 종래의 침탄강 부품의 소재가 되는 강재의 C 함유량은 0.20% 정도이다.  그 때문에, 본 실시 형태의 강재의 C 함유량은, 종래의 강재보다 낮다.  C 함유량의 바람직한 하한은 0.10%이며, 더 바람직하게는 0.11%이다.  C 함유량의 바람직한 상한은 0.15%이며, 더 바람직하게는 0.14%이다.Carbon (C) enhances the hardenability of the steel material and increases the hardness of the core portion in the carburized steel parts including the carburized layer and the core portion. If the C content is less than 0.09%, even if the other element content is within the range of the present embodiment, the hardness of the core portion of the carburized steel part decreases. On the other hand, when the C content exceeds 0.16%, even if the other element content is within the range of the present embodiment, the hardness of the steel materials before cold forging increases remarkably, and the limit working rate decreases. Therefore, the C content is 0.09 to 0.16%. In addition, the C content of steel materials used as materials for conventional carburized steel parts is about 0.20%. Therefore, the C content of the steel materials of this embodiment is lower than that of conventional steel materials. The lower limit of the C content is preferably 0.10%, more preferably 0.11%. The upper limit of the C content is preferably 0.15%, more preferably 0.14%.

Si: 0.01~0.50%Si: 0.01 to 0.50%

실리콘(Si)은, 침탄강 부품의 템퍼링 연화 저항을 높여, 침탄강 부품의 면 피로 강도를 높인다.  Si 함유량이 0.01% 미만이면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 상기 효과가 얻어지지 않는다.  한편, Si 함유량이 0.50%를 넘으면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 냉간 단조 전의 강재의 경도가 상승하고, 한계 가공률이 저하된다.  따라서, Si 함유량은 0.01~0.50%이다.  침탄강 부품의 면 피로 강도를 중시하는 경우, Si 함유량의 바람직한 하한은 0.02%이다.  침탄강 부품의 한계 가공률의 향상을 중시하는 경우, Si 함유량의 바람직한 상한은 0.48%이며, 더 바람직하게는 0.46%이다.Silicon (Si) increases the temper softening resistance of carburized steel parts and increases the surface fatigue strength of carburized steel parts. If the Si content is less than 0.01%, the above effect is not obtained even if the other element content is within the range of the present embodiment. On the other hand, when the Si content exceeds 0.50%, even if the other element content is within the range of the present embodiment, the hardness of steel materials before cold forging increases and the limit working rate decreases. Therefore, the Si content is 0.01 to 0.50%. When the surface fatigue strength of carburized steel parts is important, the preferable lower limit of the Si content is 0.02%. In the case where importance is placed on improving the limiting processing rate of carburized steel parts, the upper limit of the Si content is preferably 0.48%, more preferably 0.46%.

Mn: 0.40~0.60%Mn: 0.40 to 0.60%

망간(Mn)은, 강재의 담금질성을 높여, 침탄강 부품의 심부의 강도를 높인다. Mn 함유량이 0.40% 미만이면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 이 효과가 충분히 얻어지지 않는다.  한편, Mn 함유량이 0.60%를 넘으면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 단조 전의 강재의 경도가 상승하고, 한계 가공률이 저하된다.  따라서, Mn 함유량은 0.40~0.60%이다.  Mn 함유량의 바람직한 하한은 0.42%이며, 더 바람직하게는 0.44%이다. Mn 함유량의 바람직한 상한은 0.58%이며, 더 바람직하게는 0.56%이다.Manganese (Mn) enhances the hardenability of steel materials and increases the strength of the core of carburized steel parts. If the Mn content is less than 0.40%, even if the other element content is within the range of the present embodiment, this effect is not sufficiently obtained. On the other hand, when the Mn content exceeds 0.60%, even if the other element content is within the range of the present embodiment, the hardness of the steel materials before forging increases and the limit working rate decreases. Therefore, the Mn content is 0.40 to 0.60%. The lower limit of the Mn content is preferably 0.42%, more preferably 0.44%. The upper limit of the Mn content is preferably 0.58%, more preferably 0.56%.

P: 0.030% 이하P: 0.030% or less

인(P)은, 불가피하게 함유되는 불순물이다.  즉, P 함유량은 0% 초과이다. P는, 오스테나이트 입계에 편석하여 구(舊) 오스테나이트 입계를 취화시켜, 입계 균열을 일으킨다.  따라서, P 함유량은 0.030% 이하이다.  P 함유량의 바람직한 상한은 0.026%이며, 더 바람직하게는 0.024%이다.  P 함유량은 가능한 한 낮은 편이 바람직하다.  그러나, P 함유량을 극한까지 저감시키면, 생산성이 저하되고, 제조 비용이 높아진다.  따라서, 통상의 조업에 있어서, P 함유량의 바람직한 하한은 0.001%이다.Phosphorus (P) is an impurity that is inevitably contained. That is, the P content is more than 0%. P segregates at austenite grain boundaries, embrittles old austenite grain boundaries, and causes grain boundary cracks. Therefore, the P content is 0.030% or less. The upper limit of the P content is preferably 0.026%, more preferably 0.024%. The one where P content is as low as possible is preferable. However, if P content is reduced to the limit, productivity will fall and manufacturing cost will become high. Therefore, in normal operation, the preferable lower limit of the P content is 0.001%.

S: 0.025% 이하 S: 0.025% or less

황(S)은 불가피하게 함유된다.  즉, S 함유량은 0% 초과이다.  S는 Mn과 결합하여 MnS를 형성하고, 강재의 피삭성을 높인다.  S 함유량이 0% 초과이면, 이 효과가 어느 정도 얻어진다.  한편, S 함유량이 0.025%를 넘으면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 조대한 MnS가 생성되고, 단조 시에 균열이 생기기 쉬워져, 강재의 한계 가공률이 저하된다.  따라서, S 함유량은 0.025% 이하이다.  S 함유량의 바람직한 상한은 0.022%이며, 더 바람직하게는 0.020%이다.  피삭성을 보다 유효하게 높이는 경우, S 함유량의 바람직한 하한은 0.001%이고, 더 바람직하게는 0.002%이며, 더 바람직하게는 0.003%이다.Sulfur (S) is inevitably contained. That is, the S content is more than 0%. S combines with Mn to form MnS, and enhances the machinability of steel materials. If the S content is more than 0%, this effect is obtained to some extent. On the other hand, when the S content exceeds 0.025%, even if the other element content is within the range of the present embodiment, coarse MnS is generated, cracks are likely to occur during forging, and the limit working rate of steel materials is lowered. Therefore, the S content is 0.025% or less. The upper limit of the S content is preferably 0.022%, more preferably 0.020%. In the case of increasing the machinability more effectively, the lower limit of the S content is preferably 0.001%, more preferably 0.002%, still more preferably 0.003%.

Cr: 0.90~2.00%Cr: 0.90~2.00%

크롬(Cr)은, 강재의 담금질성을 높여, 침탄강 부품의 심부의 강도를 높인다. Cr 함유량이 0.90% 미만이면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 이 효과가 충분히 얻어지지 않는다.  한편, Cr 함유량이 2.00%를 넘으면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 단조 전의 강재의 경도가 상승하고, 한계 가공률이 저하된다.  따라서, Cr 함유량은 0.90~2.00%이다.  Cr 함유량의 바람직한 하한은 0.95%이고, 더 바람직하게는 1.00%이며, 더 바람직하게는 1.10%이다.  Cr 함유량의 바람직한 상한은 1.95%이며, 더 바람직하게는 1.92%이다.Chromium (Cr) enhances the hardenability of steel materials and increases the strength of the core of carburized steel parts. If the Cr content is less than 0.90%, even if the other element content is within the range of the present embodiment, this effect is not sufficiently obtained. On the other hand, when the Cr content exceeds 2.00%, even if the other element content is within the range of the present embodiment, the hardness of the steel materials before forging increases and the limit working rate decreases. Therefore, the Cr content is 0.90 to 2.00%. The lower limit of the Cr content is preferably 0.95%, more preferably 1.00%, still more preferably 1.10%. The upper limit of the Cr content is preferably 1.95%, more preferably 1.92%.

Mo: 0.10~0.40%Mo: 0.10~0.40%

몰리브덴(Mo)은, 강재의 담금질성을 높여, 침탄강 부품의 심부의 강도를 높인다.  Mo 함유량이 0.10% 미만이면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 이 효과가 충분히 얻어지지 않는다.  한편, Mo 함유량이 0.40%를 넘으면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 단조 전의 강재의 경도가 상승하고, 한계 가공률이 저하된다.  따라서, Mo 함유량은 0.10~0.40%이다.  Mo 함유량의 바람직한 하한은 0.11%이고, 더 바람직하게는 0.12%이며, 더 바람직하게는 0.13%이다.  Mo 함유량의 바람직한 상한은 0.38%이고, 더 바람직하게는 0.36%이며, 더 바람직하게는 0.34%이다.Molybdenum (Mo) enhances the hardenability of steel materials and increases the strength of the core of carburized steel parts. If the Mo content is less than 0.10%, even if the other element content is within the range of the present embodiment, this effect is not sufficiently obtained. On the other hand, when the Mo content exceeds 0.40%, even if the other element content is within the range of the present embodiment, the hardness of the steel materials before forging increases and the limit working rate decreases. Therefore, the Mo content is 0.10 to 0.40%. The lower limit of the Mo content is preferably 0.11%, more preferably 0.12%, still more preferably 0.13%. The upper limit of the Mo content is preferably 0.38%, more preferably 0.36%, still more preferably 0.34%.

Al: 0.005~0.030%Al: 0.005 to 0.030%

알루미늄(Al)은 제강 공정에 있어서 강을 탈산한다.  Al은 또한, 강 중에 고용 N이 존재하는 경우, AlN을 형성한다.  그러나, 본 실시 형태에 따른 강재에서는, 강 중의 N이 Ti의 첨가에 의해 TiN으로서 고정된다.  그 때문에, 강재 중에 고용 N이 거의 존재하지 않는다.  그 결과, Al은 AlN을 형성하지 않고, 강재 중에 고용 Al로서 존재하고 있다.  고용 상태로 존재하는 Al은, 강재의 피삭성을 높인다.  Al 함유량이 0.005% 미만이면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는다.  한편, Al 함유량이 0.030%를 넘으면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 단조 전의 강재의 경도가 상승하고, 한계 가공률이 저하된다.  따라서, Al 함유량은 0.005~0.030%이다.  Al의 바람직한 하한은 0.010%이고, 더 바람직하게는 0.011%이며, 더 바람직하게는 0.012%이다.  Al의 바람직한 상한은 0.025%이고, 더 바람직하게는 0.022%이며, 더 바람직하게는 0.020%이다.Aluminum (Al) deoxidizes steel in the steelmaking process. Al also forms AlN when solid solution N exists in steel. However, in the steel materials according to the present embodiment, N in the steel is fixed as TiN by the addition of Ti. Therefore, solid solution N hardly exists in steel materials. As a result, Al does not form AlN and exists as solid solution Al in the steel material. Al present in a solid solution state enhances the machinability of steel materials. If the Al content is less than 0.005%, the above effect is not sufficiently obtained even if the other element content is within the range of the present embodiment. On the other hand, when the Al content exceeds 0.030%, even if the other element content is within the range of the present embodiment, the hardness of the steel materials before forging increases and the limit working rate decreases. Therefore, the Al content is 0.005 to 0.030%. A preferable lower limit of Al is 0.010%, more preferably 0.011%, still more preferably 0.012%. A preferable upper limit of Al is 0.025%, more preferably 0.022%, still more preferably 0.020%.

Ti: 0.010~0.050% 미만Ti: 0.010 to less than 0.050%

티탄(Ti)은, 강재 중의 N을 TiN으로서 고정하고, BN의 형성을 억제한다. 이로 인해, Ti는 고용 B량을 확보하여 강재의 담금질성을 높인다.  Ti는 또한, TiC를 형성하여, 침탄 처리 시에 있어서의 결정립의 조대화를 억제한다.  Ti 함유량이 0.010% 미만이면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는다.  한편, Ti 함유량이 0.050% 이상이면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, TiC의 석출량이 과잉으로 많아진다.  이 경우, 냉간 단조 전의 강재의 한계 가공률이 저하된다.  따라서, Ti 함유량은 0.010~0.050% 미만이다.  Ti 함유량의 바람직한 하한은 0.012%이고, 더 바람직하게는 0.014%이며, 더 바람직하게는 0.016%이고, 더 바람직하게는 0.018%이다.  Ti 함유량의 바람직한 상한은 0.048%이고, 더 바람직하게는 0.046%이며, 더 바람직하게는 0.044%이고, 더 바람직하게는 0.042%이며, 더 바람직하게는 0.040%이다.Titanium (Ti) fixes N in steel materials as TiN and suppresses the formation of BN. For this reason, Ti secures the amount of solid solution B and enhances the hardenability of steel materials. Ti also forms TiC and suppresses coarsening of crystal grains during carburizing. If the Ti content is less than 0.010%, even if the other element content is within the range of the present embodiment, the above effect is not sufficiently obtained. On the other hand, if the Ti content is 0.050% or more, even if the other element content is within the range of the present embodiment, the TiC precipitation amount becomes excessively large. In this case, the limit working rate of steel materials before cold forging falls. Therefore, the Ti content is less than 0.010 to 0.050%. The lower limit of the Ti content is preferably 0.012%, more preferably 0.014%, still more preferably 0.016%, still more preferably 0.018%. The upper limit of the Ti content is preferably 0.048%, more preferably 0.046%, still more preferably 0.044%, still more preferably 0.042%, still more preferably 0.040%.

Nb: 0.010~0.030%Nb: 0.010 to 0.030%

Nb(니오브)는, 강재 중에서 N 및 C와 결합하여, Nb 탄질화물을 형성한다. Nb 탄질화물은, 피닝 효과에 의해, 결정립의 조대화를 억제한다.  Nb 함유량이 0.010% 미만이면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는다.  한편, Nb 함유량이 0.030%를 넘으면, 그 효과가 포화된다.  따라서, Nb 함유량은 0.010~0.030%이다.  Nb 함유량의 바람직한 하한은 0.011%이고, 더 바람직하게는 0.012%이며, 더 바람직하게는 0.013%이고, 더 바람직하게는 0.014%이다.  Nb 함유량의 바람직한 상한은 0.029%이고, 더 바람직하게는 0.028%이며, 더 바람직하게는 0.027%이고, 더 바람직하게는 0.026%이며, 더 바람직하게는 0.025%이다.Nb (niobium) combines with N and C in steel to form Nb carbonitride. Nb carbonitride suppresses coarsening of crystal grains by a pinning effect. If the Nb content is less than 0.010%, even if the other element content is within the range of the present embodiment, the above effect is not sufficiently obtained. On the other hand, when the Nb content exceeds 0.030%, the effect is saturated. Therefore, the Nb content is 0.010 to 0.030%. The lower limit of the Nb content is preferably 0.011%, more preferably 0.012%, still more preferably 0.013%, still more preferably 0.014%. The preferable upper limit of the Nb content is 0.029%, more preferably 0.028%, still more preferably 0.027%, still more preferably 0.026%, still more preferably 0.025%.

N: 0.0080% 이하N: 0.0080% or less

질소(N)는 불가피하게 함유되는 불순물이다.  즉, 강재 중의 N 함유량은 0% 초과이다.  N은 B와 결합하여 BN을 형성하고, 고용 B량을 저감시킨다.  이 경우, 강재의 담금질성이 저하된다.  N 함유량이 0.0080%를 넘으면, 0.010~0.050% 미만의 Ti를 함유하고 있어도, 강 중의 N을 TiN으로서 고정할 수 없게 되어, 담금질성에 기여하는 고용 B를 확보하는 것이 곤란해진다.  또한, 조대한 TiN이 형성된다. 조대한 TiN은 단조 시에 균열의 기점이 되어, 단조 전의 강재의 한계 가공률을 저하시킨다.  따라서, N 함유량은 0.0080% 이하이다.  N 함유량의 바람직한 상한은 0.0078%이고, 더 바람직하게는 0.0076%이며, 더 바람직하게는 0.0074%이고, 더 바람직하게는 0.0072%이다.  N 함유량은 가능한 한 낮은 편이 바람직하다.  그러나, N 함유량을 극한까지 저감시키면, 생산성이 저하되고, 제조 비용이 높아진다. 따라서, 통상의 조업에 있어서, N 함유량의 바람직한 하한은 0.0001%이고, 더 바람직하게는 0.0010%이며, 더 바람직하게는 0.0020%이다.Nitrogen (N) is an unavoidable impurity. That is, N content in steel materials is more than 0%. N combines with B to form BN, reducing the amount of dissolved B. In this case, the hardenability of steel materials deteriorates. If the N content exceeds 0.0080%, even if it contains 0.010 to less than 0.050% of Ti, N in the steel cannot be fixed as TiN, making it difficult to secure solid solution B contributing to hardenability. Also, coarse TiN is formed. Coarse TiN becomes a starting point of cracks during forging, and lowers the limit working rate of steel materials before forging. Therefore, the N content is 0.0080% or less. The upper limit of the N content is preferably 0.0078%, more preferably 0.0076%, still more preferably 0.0074%, still more preferably 0.0072%. The one where N content is as low as possible is preferable. However, when the N content is reduced to the limit, productivity decreases and manufacturing cost increases. Therefore, in normal operation, the lower limit of the N content is preferably 0.0001%, more preferably 0.0010%, still more preferably 0.0020%.

O: 0.0030% 이하O: 0.0030% or less

산소(O)는 불가피적으로 함유되는 불순물이다.  즉, 강재 중의 O 함유량은 0% 초과이다.  O는, 산화물을 형성하고, 침탄 처리 전의 강재를 용접하는 경우에, 접합성을 저하시킨다.  이 경우, 침탄강 부품의 피로 강도가 저하된다.  따라서, O 함유량은 0.0030% 이하이다.  O 함유량의 바람직한 상한은 0.0029%이고, 더 바람직하게는 0.0028%이며, 더 바람직하게는 0.0026%이고, 더 바람직하게는 0.0024%이며, 더 바람직하게는 0.0022%이다.  O 함유량은 낮은 편이 바람직하다.  그러나, O 함유량을 극한까지 저감시키면, 생산성이 저하되고, 제조 비용이 높아진다.  따라서, 통상의 조업에 있어서, O 함유량의 바람직한 하한은 0.0001%이고, 더 바람직하게는 0.0005%이며, 더 바람직하게는 0.0010%이다.Oxygen (O) is an unavoidable impurity. That is, O content in steel materials is more than 0%. O forms an oxide and reduces joinability when welding steel materials before carburizing treatment. In this case, the fatigue strength of the carburized steel parts is lowered. Therefore, the O content is 0.0030% or less. The preferable upper limit of the O content is 0.0029%, more preferably 0.0028%, still more preferably 0.0026%, still more preferably 0.0024%, still more preferably 0.0022%. The one where O content is low is preferable. However, when the O content is reduced to the limit, productivity decreases and manufacturing cost increases. Therefore, in normal operation, the lower limit of the O content is preferably 0.0001%, more preferably 0.0005%, still more preferably 0.0010%.

B: 0.0003~0.0030%B: 0.0003~0.0030%

붕소(B)는 강재의 담금질성을 높여, 침탄강 부품의 강도를 높인다.  B 함유량이 0.0003% 미만이면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는다.  한편, B 함유량이 0.0030%를 넘으면, 상기 효과가 포화된다.  따라서, B 함유량은 0.0003~0.0030%이다.  B 함유량의 바람직한 하한은 0.0004%이고, 더 바람직하게는 0.0005%이며, 더 바람직하게는 0.0006%이고, 더 바람직하게는 0.0007%이다.  B 함유량의 바람직한 상한은 0.0028%이고, 더 바람직하게는 0.0026%이며, 더 바람직하게는 0.0024%이다.Boron (B) increases the hardenability of steel materials and increases the strength of carburized steel parts. If the B content is less than 0.0003%, the above effect is not sufficiently obtained even if the other element content is within the range of the present embodiment. On the other hand, when the B content exceeds 0.0030%, the effect is saturated. Therefore, the B content is 0.0003 to 0.0030%. The lower limit of the B content is preferably 0.0004%, more preferably 0.0005%, still more preferably 0.0006%, still more preferably 0.0007%. The upper limit of the B content is preferably 0.0028%, more preferably 0.0026%, still more preferably 0.0024%.

Ca: 0.0005~0.0050%Ca: 0.0005 to 0.0050%

칼슘(Ca)은, 산화물에 함유되어 산화물을 구상화한다.  구상화한 산화물은 클러스터를 형성하기 어렵다.  Ca는 또한, Mn 황화물의 연신을 억제한다.  Ca 함유량이 0.0005% 미만이면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는다.  한편, Ca 함유량이 0.0050%를 넘으면, 조대한 황화물 및 조대한 산화물을 형성하고, 침탄강 부품의 피로 강도를 저하시킨다.  따라서, Ca 함유량은 0.0005~0.0050%이다.  Ca 함유량의 바람직한 하한은 0.0006%이고, 더 바람직하게는 0.0007%이며, 더 바람직하게는 0.0008%이고, 더 바람직하게는 0.0009%이며, 더 바람직하게는 0.0010%이다. Ca 함유량의 바람직한 상한은 0.0048%이고, 더 바람직하게는 0.0046%이며, 더 바람직하게는 0.0040%이고, 더 바람직하게는 0.0035%이다.Calcium (Ca) is contained in the oxide to spheroidize the oxide. A spheroidized oxide is difficult to form a cluster. Ca also inhibits the elongation of Mn sulfide. If the Ca content is less than 0.0005%, the above effect is not sufficiently obtained even if the other element content is within the range of the present embodiment. On the other hand, when the Ca content exceeds 0.0050%, coarse sulfides and coarse oxides are formed, reducing the fatigue strength of the carburized steel parts. Therefore, the Ca content is 0.0005 to 0.0050%. The lower limit of the Ca content is preferably 0.0006%, more preferably 0.0007%, still more preferably 0.0008%, still more preferably 0.0009%, still more preferably 0.0010%. The upper limit of the Ca content is preferably 0.0048%, more preferably 0.0046%, still more preferably 0.0040%, still more preferably 0.0035%.

잔부: Fe 및 불순물Balance: Fe and impurities

본 실시 형태에 따른 강재의 화학 조성의 잔부는, Fe 및 불순물로 이루어진다. 여기서, 불순물이란, 강재를 공업적으로 제조할 때에, 원료로서의 광석, 스크랩, 또는 제조 환경 등으로부터 혼입되는 것으로서, 의도적으로 강재에 함유시킨 것이 아닌 성분을 의미한다.The rest of the chemical composition of the steel materials according to the present embodiment consists of Fe and impurities. Here, the term "impurity" refers to a component that is mixed from ore as a raw material, scrap, or the manufacturing environment when steel materials are industrially manufactured, and is not intentionally incorporated into the steel materials.

[임의 원소에 대해서][For random elements]

본 실시 형태의 강재의 화학 조성은, Fe의 일부를 대신하여, Cu, Ni, 및, V로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.  이들 원소는 모두, 침탄강 부품의 강도를 높인다.The chemical composition of the steel materials of this embodiment may contain 1 type(s) or 2 or more types selected from the group which consists of Cu, Ni, and V instead of a part of Fe. All of these elements increase the strength of carburized steel parts.

Cu: 0.50% 이하Cu: 0.50% or less

구리(Cu)는 임의 원소이며, 함유되지 않아도 된다.  즉, Cu 함유량은 0%여도 된다.  Cu가 함유되는 경우, 즉, Cu 함유량이 0% 초과인 경우, Cu는 강재의 담금질성을 높여, 침탄강 부품의 강도를 높인다.  또, Cu는, 가스 침탄의 가스 분위기에서, 산화물이나 질화물을 형성하지 않는 원소이다.  그 때문에, Cu를 함유한 경우, 침탄층 표면의 산화물층이나 질화물층, 또는, 그들에 기인하는 침탄 이상층이 형성되기 어려워진다.  Cu가 조금이라도 함유되면, 상기 효과가 어느 정도 얻어진다.  그러나, Cu 함유량이 0.50%를 넘으면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 1000℃ 이상의 고온역에 있어서의 강재의 연성이 저하된다.  이 경우, 연속 주조, 압연 시의 수율이 저하된다.  또한, 단조 전의 강재의 경도가 상승하고, 한계 가공률이 저하된다.  따라서, Cu 함유량은 0.50% 이하이다.  즉, Cu 함유량은 0~0.50%이다.  Cu 함유량의 바람직한 하한은 0% 초과이고, 더 바람직하게는 0.01%이며, 더 바람직하게는 0.02%이고, 더 바람직하게는 0.05%이다.  Cu 함유량의 바람직한 상한은 0.45%이고, 더 바람직하게는 0.40%이며, 더 바람직하게는 0.35%이다.Copper (Cu) is an arbitrary element and does not need to be contained. That is, 0% may be sufficient as Cu content. When Cu is contained, that is, when the Cu content exceeds 0%, Cu increases the hardenability of the steel material and increases the strength of the carburized steel parts. Moreover, Cu is an element which does not form an oxide or a nitride in a gas atmosphere of gas carburizing. Therefore, when Cu is contained, it becomes difficult to form an oxide layer or a nitride layer on the surface of the carburized layer, or an abnormal carburized layer resulting from them. When even a little Cu is contained, the above effect is obtained to some extent. However, when the Cu content exceeds 0.50%, the ductility of steel materials in a high temperature range of 1000°C or higher decreases even if the other element content is within the range of the present embodiment. In this case, the yield at the time of continuous casting and rolling is reduced. In addition, the hardness of the steel before forging increases and the limit working rate decreases. Therefore, the Cu content is 0.50% or less. That is, the Cu content is 0 to 0.50%. A preferable lower limit of the Cu content is more than 0%, more preferably 0.01%, still more preferably 0.02%, still more preferably 0.05%. The upper limit of the Cu content is preferably 0.45%, more preferably 0.40%, still more preferably 0.35%.

Ni: 0.30% 이하Ni: 0.30% or less

니켈(Ni)은 임의 원소이며, 함유되지 않아도 된다.  즉, Ni 함유량은 0%여도 된다.  Ni가 함유되는 경우, 즉, Ni 함유량이 0% 초과인 경우, Ni는 강재의 담금질성을 높여, 침탄강 부품의 강도를 높인다.  Ni가 조금이라도 함유되면, 상기 효과가 어느 정도 얻어진다.  그러나, Ni 함유량이 0.30%를 넘으면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 단조 전의 강재의 경도가 상승하고, 한계 가공률이 저하된다.  따라서, Ni 함유량은 0.30% 이하이다.  즉, Ni 함유량은 0~0.30%이다.  Ni 함유량의 바람직한 하한은 0.01%이고, 더 바람직하게는 0.02%이며, 더 바람직하게는 0.05%이다.  Ni 함유량의 바람직한 상한은 0.29%이고, 더 바람직하게는 0.28%이며, 더 바람직하게는 0.25%이다.Nickel (Ni) is an arbitrary element and does not need to be contained. That is, the Ni content may be 0%. When Ni is contained, that is, when the Ni content exceeds 0%, Ni increases the hardenability of the steel material and increases the strength of the carburized steel parts. When even a little Ni is contained, the above effect is obtained to some extent. However, when the Ni content exceeds 0.30%, even if the other element content is within the range of the present embodiment, the hardness of the steel before forging increases and the limit working rate decreases. Therefore, the Ni content is 0.30% or less. That is, the Ni content is 0 to 0.30%. The lower limit of the Ni content is preferably 0.01%, more preferably 0.02%, still more preferably 0.05%. The upper limit of the Ni content is preferably 0.29%, more preferably 0.28%, still more preferably 0.25%.

V: 0.10% 이하V: 0.10% or less

바나듐(V)은 임의 원소이며, 함유되지 않아도 된다.  즉, V 함유량은 0%여도 된다.  V가 함유되는 경우, 즉, V 함유량이 0% 초과인 경우, V는 탄화물을 형성하고, 침탄강 부품의 심부의 강도를 높인다.  V가 조금이라도 함유되면, 상기 효과가 어느 정도 얻어진다.  그러나, V 함유량이 0.10%를 넘으면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 강재의 냉간 단조성이 저하되고, 한계 가공률이 저하된다.  따라서, V 함유량은 0.10% 이하이다.  즉, V 함유량은 0~0.10%이다.  V 함유량의 바람직한 하한은 0.01%이고, 더 바람직하게는 0.02%이며, 더 바람직하게는 0.03%이다.  V 함유량의 바람직한 상한은 0.09%이고, 더 바람직하게는 0.08%이다.Vanadium (V) is an optional element and does not need to be contained. That is, the V content may be 0%. When V is contained, that is, when the V content exceeds 0%, V forms carbides and increases the strength of the core portion of the carburized steel part. When even a little V is contained, the above effect is obtained to some extent. However, when the V content exceeds 0.10%, even if the other element content is within the range of the present embodiment, the formability in cold forging of steel materials decreases, and the limit working rate decreases. Therefore, the V content is 0.10% or less. That is, the V content is 0 to 0.10%. The lower limit of the V content is preferably 0.01%, more preferably 0.02%, still more preferably 0.03%. The upper limit of the V content is preferably 0.09%, more preferably 0.08%.

[식 (1)~식 (3)에 대해서][About formula (1) to formula (3)]

본 실시 형태의 강재의 화학 조성은, 또한, 다음의 식 (1)~식 (3)을 만족한다.The chemical composition of the steel materials of this embodiment also satisfies the following formulas (1) to (3).

0.140<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 (1) 0.140<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.033×Mo+0.067×Ni+0.097×Cu+0.078×Al<0.235 Equation (1)

13.0<(0.70×Si+1)×(5.1×Mn+1)×(2.2×Cr+1)×(3.0×Mo+1)×(0.36×Ni+1)<45.0 식 (2) 13.0 < (0.70 × Si + 1) × (5.1 × Mn + 1) × (2.2 × Cr + 1) × (3.0 × Mo + 1) × (0.36 × Ni + 1) < 45.0 Formula (2)

0.004<Ti-N×(48/14)<0.030 식(3)0.004<Ti-N×(48/14)<0.030 Equation (3)

여기서, 식 (1)~식 (3) 중의 원소 기호에는, 대응하는 원소의 함유량(질량%)이 대입된다.  대응하는 원소가 임의 원소이며, 함유되어 있지 않은 경우, 그 원소 기호에는 「0」이 대입된다.  이하, 각 식에 대해서 설명한다.Here, the content (mass %) of the corresponding element is substituted for the element symbol in Formulas (1) to (3). If the corresponding element is an arbitrary element and is not contained, "0" is substituted for the element symbol. Hereinafter, each expression is demonstrated.

[식 (1): 경도 지표][Formula (1): hardness index]

F1=C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.033×Mo+0.067×Ni+0.097×Cu+0.078×Al로 정의한다.  F1은, 강재를 소재로 하여 제조되는 침탄강 부품의 경도의 지표이다.It is defined as F1 = C + 0.194 x Si + 0.065 x Mn + 0.012 x Cr + 0.033 x Mo + 0.067 x Ni + 0.097 x Cu + 0.078 x Al. F1 is an index of the hardness of carburized steel parts manufactured using steel materials as a material.

본 실시 형태의 강재에서는, C 함유량이 0.16% 이하로 낮다.  그 때문에, 단조 전의 강재의 조직은, C 함유량이 0.20% 정도인 종전의 강재보다, 페라이트 분율이 큰 폭으로 증가하고 있다.  이 경우, 강재의 경도는, C 함유량(펄라이트 분율)뿐만 아니라, 페라이트의 경도에도 크게 영향을 받는다.  F1은, 페라이트의 고용 강화에 미치는 각 합금 원소의 기여를 나타낸다.In the steel materials of this embodiment, the C content is as low as 0.16% or less. Therefore, in the structure of the steel materials before forging, the ferrite fraction is significantly increased compared to the conventional steel materials having a C content of about 0.20%. In this case, the hardness of the steel material is greatly influenced not only by the C content (perlite fraction) but also by the hardness of ferrite. F1 represents the contribution of each alloying element to the solid solution strengthening of ferrite.

F1이 0.235 이상이면, 냉간 단조 전의 강재의 경도가 너무 높다.  이 경우, 강재의 한계 가공률이 저하된다.  한편, F1이 0.140 이하이면, 침탄강 부품으로서의 심부 경도가 부족하다.  따라서, F1은, 0.140 초과~0.235 미만이다.  F1은, 후술하는 담금질성 지표(F2)를 만족하는 범위에서 가능한 한 낮은 편이 바람직하다.  F1의 바람직한 상한은 0.230 미만이고, 더 바람직하게는 0.225이며, 더 바람직하게는 0.220이고, 더 바람직하게는 0.215이며, 더 바람직하게는 0.210이다. 또한 F1값은, 산출된 값의 소수점 넷째 자리를 반올림하여 얻어진 값이다.If F1 is 0.235 or more, the hardness of steel materials before cold forging is too high. In this case, the limiting processing rate of steel materials is lowered. On the other hand, when F1 is 0.140 or less, core hardness as a carburized steel part is insufficient. Therefore, F1 is more than 0.140 and less than 0.235. F1 is preferably as low as possible within a range that satisfies the hardenability index (F2) described later. A preferable upper limit of F1 is less than 0.230, more preferably 0.225, still more preferably 0.220, still more preferably 0.215, still more preferably 0.210. In addition, the F1 value is a value obtained by rounding off the fourth decimal place of the calculated value.

[식 (2): 담금질성 지표][Equation (2): Hardenability Index]

F2=(0.70×Si+1)×(5.1×Mn+1)×(2.2×Cr+1)×(3.0×Mo+1)×(0.36×Ni+1)로 정의한다.  F2는 강재의 담금질성에 관한 지표이다.It is defined as F2 = (0.70 x Si + 1) x (5.1 x Mn + 1) x (2.2 x Cr + 1) x (3.0 x Mo + 1) x (0.36 x Ni + 1). F2 is an index for hardenability of steel.

상술한 바와 같이, B는, 강재의 담금질성을 높여, 침탄강 부품의 심부의 경도를 높이는데 유효하다.  한편, 침탄 처리로서 가스 침탄(변성로 가스 방식)을 실시하는 경우, 침탄강 부품의 표층부인 침탄층에서는, B 함유에 의한 담금질성 향상 효과가 낮다.  이는, 침탄 처리 시에 노(爐) 내 분위기 가스 중의 N이 침탄강 부품의 표층부에 침입하고, 고용 B가 BN으로서 석출되어, 담금질성 향상에 기여하는 고용 B량이 부족하기 때문이다.  따라서, 가스 침탄 처리를 실시하는 경우, B는 침탄강 부품의 심부의 경도를 높일 수는 있지만, 침탄강 부품의 침탄층의 경도의 향상에는 기여하기 어렵다.  따라서, 침탄강 부품의 표층부인 침탄층에서 담금질성을 확보하려면, B 이외의 담금질성 향상 원소를 활용할 필요가 있다.As described above, B is effective in increasing the hardenability of steel materials and increasing the hardness of the core portion of carburized steel parts. On the other hand, when gas carburizing (transformation furnace gas method) is performed as the carburizing treatment, the hardenability improvement effect by B content is low in the carburized layer that is the surface layer portion of the carburized steel parts. This is because during the carburizing treatment, N in the atmospheric gas in the furnace penetrates into the surface layer portion of the carburized steel parts, and solid solution B precipitates as BN, and the amount of solid solution B contributing to the hardenability improvement is insufficient. Therefore, in the case of gas carburizing, B can increase the hardness of the core of the carburized steel parts, but it does not contribute to the improvement of the hardness of the carburized layer of the carburized steel parts. Therefore, in order to secure hardenability in the carburized layer, which is the surface layer of the carburized steel part, it is necessary to utilize hardenability improving elements other than B.

F2는 B 이외의 담금질 향상에 기여하는 원소로 구성되어 있다.  F2가 13.0 이하인 경우, 동일한 침탄 처리 조건으로, 상기한 종래의 강재(C 함유량이 0.20% 정도)와 비교하여, 동등 이상의 침탄층 깊이(비커스 경도가 HV550 이상이 되는 깊이)를 충분히 얻을 수 없다.  한편, F2가 45.0 이상이면, 냉간 단조 전의 강재의 경도가 상승하고, 한계 가공률이 저하된다.  따라서, F2는, 13.0 초과~45.0 미만이다.  F2는, 경도 지표 F1을 만족하는 범위 내에서 가능한 한 큰 편이 바람직하다.  F2의 바람직한 하한은 13.2이고, 더 바람직하게는 13.5이며, 더 바람직하게는 14.0이고, 더 바람직하게는 14.5이며, 더 바람직하게는 15.0이다.  또한 F2값은, 산출된 값의 소수점 둘째 자리를 반올림하여 얻어진 값이다.F2 is composed of elements other than B that contribute to quenching improvement. When F2 is 13.0 or less, under the same carburizing treatment conditions, compared to the conventional steel material (C content of about 0.20%), equivalent or higher carburized layer depth (Vickers hardness is HV550 or more). Cannot be sufficiently obtained. On the other hand, when F2 is 45.0 or more, the hardness of steel materials before cold forging increases and the limit working rate decreases. Therefore, F2 is more than 13.0 and less than 45.0. F2 is preferably as large as possible within a range that satisfies the hardness index F1. The lower limit of F2 is preferably 13.2, more preferably 13.5, still more preferably 14.0, still more preferably 14.5, still more preferably 15.0. In addition, the F2 value is a value obtained by rounding off the second decimal place of the calculated value.

[식 (3): TiC 석출량 지표][Equation (3): TiC precipitation index]

F3=Ti-N×(48/14)로 정의한다.  F3은, TiC 석출량에 관한 지표이다.  Ti가 N에 대해 화학량론적으로 과잉 함유된 경우, N은 모두 TiN으로서 고정된다.  즉, F3은, TiN을 형성하기 위해 소비된 Ti량 이외의 과잉 Ti량을 의미한다.  F3 중의 「14」는 N의 원자량이며, 「48」은 Ti의 원자량을 나타낸다.It is defined as F3=Ti-N×(48/14). F3 is an index related to the TiC precipitated amount. When Ti is stoichiometrically excess with respect to N, all N is fixed as TiN. That is, F3 means an excess amount of Ti other than the amount of Ti consumed to form TiN. "14" in F3 is the atomic weight of N, and "48" represents the atomic weight of Ti.

F3으로 정의되는 과잉 Ti량은, 침탄 처리 시에 그 대부분이 C와 결합하여 TiC가 된다.  이 TiC는, 침탄 처리 시의 결정립의 조대화를 방지하는 피닝 효과를 갖는다.  강재의 화학 조성 중의 각 원소의 함유량이 상술한 본 실시 형태의 수치 범위를 만족하며, 또한, F3이 0.004 이하이면, TiC의 석출량이 부족하다.  이 경우, 침탄 처리 시의 결정립 조대화를 억제할 수 없다.  그 결과, 침탄강 부품의 인성이 저하되거나, 침탄 처리 후의 강재의 변형량이 커진다.  한편, 강재의 화학 조성 중의 각 원소의 함유량이 상술한 본 실시 형태의 수치 범위를 만족하며, 또한, F3이 0.030이상이면, TiC의 석출량이 너무 많아져, 냉간 단조 전의 강재의 경도가 상승하고, 한계 가공률이 저하된다.  따라서, F3은 0.004 초과~0.030 미만이다.  F3의 바람직한 하한은 0.006이며, 더 바람직하게는 0.008이다.  F3의 바람직한 상한은 0.028이며, 더 바람직하게는 0.025이다.  또한 F3값은, 산출된 값의 소수점 넷째 자리를 반올림하여 얻어진 값이다.Most of the excess Ti amount defined by F3 bonds with C during carburization to form TiC. This TiC has a pinning effect that prevents coarsening of crystal grains during carburizing treatment. If the content of each element in the chemical composition of the steel material satisfies the numerical range of the present embodiment described above and F3 is 0.004 or less, the amount of TiC precipitation is insufficient. In this case, the grain coarsening during the carburizing treatment cannot be suppressed. As a result, the toughness of the carburized steel parts is lowered or the amount of deformation of the steel material after the carburizing treatment is increased. On the other hand, if the content of each element in the chemical composition of the steel material satisfies the numerical range of the present embodiment described above, and if F3 is 0.030 or more, the amount of TiC precipitation is too large, and the hardness of the steel material before cold forging increases, The limit processing rate is lowered. Therefore, F3 is greater than 0.004 and less than 0.030. The lower limit of F3 is preferably 0.006, more preferably 0.008. The upper limit of F3 is preferably 0.028, more preferably 0.025. In addition, the F3 value is a value obtained by rounding off the fourth decimal place of the calculated value.

화학 조성이, 경도 지표 F1과, 담금질성 지표 F2와, TiC 석출량 지표 F3을 동시에 만족하는 강재는, 구상화 열처리를 실시함으로써, 종래 강보다 냉간 단조 시의 한계 가공률이 커진다.  그리고, 이 강재의 침탄 처리 후에, 종래 강과 동등한 경화층 및 심부 경도를 갖는 침탄강 부품을 얻을 수 있다.A steel material whose chemical composition simultaneously satisfies the hardness index F1, the hardenability index F2, and the TiC precipitation index F3 has a limiting work rate during cold forging greater than that of conventional steel by performing spheroidizing heat treatment. And, after the carburizing treatment of this steel material, it is possible to obtain a carburized steel part having a hardened layer and core hardness equivalent to that of conventional steel.

[강재 중의 개재물에 대해서][About inclusions in steel]

본 실시 형태의 강재에서는 또한, 강재의 축 방향(즉, 강재의 길이 방향)에 평행한 단면에 있어서, 강 중의 Mn 황화물 및 산화물이 다음의 조건을 만족한다.In the steel material of the present embodiment, Mn sulfides and oxides in the steel satisfy the following conditions in a cross section parallel to the axial direction of the steel material (ie, the longitudinal direction of the steel material).

(I) 질량%로 Mn 함유량이 10.0% 이상, S 함유량이 10.0% 이상, O 함유량이 10.0% 미만인 Mn 황화물이 70.0개/mm2 이하이다.(I) Mn content of 10.0% or more, S content of 10.0% or more, and O content of less than 10.0% in terms of mass% is 70.0 pieces/mm 2 or less.

(II) 질량%로 산소 함유량이 10.0% 이상인 산화물이 25.0개/mm2 이하이다.(II) Oxide content of 10.0% or more in terms of mass% is 25.0 pieces/mm 2 or less.

여기서, 본 명세서에 있어서, Mn 황화물 및 산화물은 다음과 같이 정의된다.Here, in this specification, Mn sulfide and oxide are defined as follows.

Mn 황화물: 개재물의 질량%를 100%로 한 경우에, 질량%로 Mn 함유량이 10.0% 이상, S 함유량이 10.0% 이상, O 함유량이 10.0% 미만인 개재물 Mn sulfide: inclusions having a Mn content of 10.0% or more, an S content of 10.0% or more, and an O content of less than 10.0%, in terms of mass%, when the mass% of the inclusion is 100%.

산화물: 개재물의 질량%를 100%로 한 경우에, 질량%로, O 함유량이 10.0% 이상인 개재물Oxide: Inclusions having an O content of 10.0% or more in terms of mass% when the mass% of the inclusions is 100%.

상술한 바와 같이, 침탄강 부품의 제조 공정에 있어서, 침탄 처리 전의 중간 부재를, 복수의 강 부재를 마찰 접합 또는 레이저 접합 등의 용접에 의해 접합함으로써 일체화하여 제조하는 경우, 중간 부재를 침탄 처리하여 얻어지는 침탄강 부품 내에는, HAZ 영역이 존재한다.  HAZ 영역은 다른 영역과 비교하여 접합 피로 강도가 낮아지는 경우가 있다.  HAZ 영역의 접합 피로 강도를 확보하기 위해, 강재 중의 개재물을 가능한 한 저감시킨다.  Mn 황화물 및 산화물이 상기 (I) 및 (II)를 만족하면, HAZ 영역의 접합 피로 강도를 확보할 수 있다.  그 결과, 접합에 의해 일체화된 침탄강 부품의 접합 피로 강도를 높일 수 있다.As described above, in the manufacturing process of carburized steel parts, in the case of integrally manufacturing an intermediate member before carburizing by joining a plurality of steel members by welding such as friction welding or laser welding, the intermediate member is carburized A HAZ region exists in the obtained carburized steel parts. The joint fatigue strength of the HAZ region may be lower than that of other regions. In order to ensure joint fatigue strength in the HAZ region, inclusions in steel materials are reduced as much as possible. If the Mn sulfide and oxide satisfy the above (I) and (II), joint fatigue strength in the HAZ region can be secured. As a result, it is possible to increase the joint fatigue strength of the carburized steel parts integrated by joining.

[Mn 황화물 및 산화물의 측정 방법][Methods for measuring Mn sulfides and oxides]

강 중의 Mn 황화물의 개수, 및, 산화물의 개수에 대해서는, 다음의 방법으로 측정할 수 있다.  강재로부터, 샘플을 채취한다.  구체적으로는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 강재(1)의 중심 축선 C1로부터 직경 방향으로 R/2 위치(R은 봉강의 반경)로부터, 샘플을 채취한다.  샘플의 관찰면의 사이즈는 L1×L2로서 L1을 10mm로 하고, L2를 5mm로 한다.  또한, 관찰면과 수직 방향인 샘플 두께 L3을 5mm로 한다.  관찰면의 법선 N은, 중심 축선 C1에 수직(즉, 관찰면은, 강재의 축 방향과 평행)으로 하고, R/2 위치는, 관찰면의 대략 중앙 위치로 한다.The number of Mn sulfides and the number of oxides in steel can be measured by the following method. A sample is taken from the steel. Specifically, as shown in FIG. 3 , a sample is taken from a position R/2 in the radial direction from the central axis C1 of the steel material 1 (R is the radius of the steel bar). The size of the observation surface of the sample is L1×L2, where L1 is 10 mm and L2 is 5 mm. In addition, the sample thickness L3 in the direction perpendicular to the observation surface is set to 5 mm. The normal line N of the observation surface is perpendicular to the central axis C1 (that is, the observation surface is parallel to the axial direction of the steel material), and the R/2 position is the approximately central position of the observation surface.

채취된 샘플의 관찰면을 경면 연마하고, 주사형 전자 현미경(SEM)을 이용하여 1000배의 배율로 랜덤으로 20 시야(1 시야당 평가 면적 100μm×100μm)를 관찰한다.The observation surface of the collected sample is mirror-polished, and 20 fields of view (evaluation area per field of view: 100 μm × 100 μm) are randomly observed at a magnification of 1000 times using a scanning electron microscope (SEM).

각 시야 중의 개재물을 특정한다.  특정한 각 개재물에 대해, 에너지 분산형 X선 분광법(EDX)을 이용하여, Mn 황화물 및 산화물을 식별한다.  구체적으로는, EDX를 이용하여, 각 개재물에서 적어도 2점의 측정점에서 원소 분석을 실시한다.  그리고, 각 개재물에 있어서, 각 측정점에서 얻어진 원소 함유량의 산술 평균값을, 그 개재물에 있어서의 각 원소의 함유량(질량%)으로 정의한다.  예를 들어, 1개의 개재물에 있어서 2개의 측정점에서 원소 분석한 경우, 2개의 측정점에서 얻어진 Mn 함유량의 산술 평균값, S 함유량의 산술 평균값, 및, O 함유량의 산술 평균값을, 그 개재물에서의 Mn 함유량(질량%), S 함유량(질량%), 및, O 함유량(질량%)으로 정의한다.An inclusion in each visual field is specified. For each specific inclusion, using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), Mn sulfides and oxides are identified. Specifically, using EDX, elemental analysis is performed at at least two measuring points in each inclusion. Then, in each inclusion, the arithmetic average value of the element content obtained at each measurement point is defined as the content (mass%) of each element in the inclusion. For example, when elemental analysis is performed at two measuring points in one inclusion, the arithmetic mean value of the Mn content, the arithmetic mean value of the S content, and the arithmetic mean value of the O content obtained at the two measuring points are taken as the Mn content in the inclusion. (% by mass), S content (% by mass), and O content (% by mass).

특정된 개재물의 원소 분석 결과에 있어서, 질량%로 Mn 함유량이 10.0% 이상, S 함유량이 10.0% 이상, O 함유량이 10.0% 미만인 개재물을 Mn 황화물로 정의한다.  또한, 개재물의 원소 분석에 있어서 Mn, S 이외의 원소로서 Ti, Ca도 검출되는 경우도 있다.  이 경우도 상기 조건을 만족하면 모두 Mn 황화물로 정의한다. 또, 식별된 개재물의 원소 분석 결과에 있어서, O 함유량이 10.0% 이상인 개재물을 산화물로 정의한다.  산화물로 정의된 개재물에는, Al, Si, Mg, Ca, Ti 등이 검출되는 경우가 있다.  이 경우도 상기 조건을 만족하면, 산화물로 식별한다.  또한, 개재물 중, 질량%로, 10.0% 이상의 S와, 10.0% 이상의 Mn과, 10.0% 이상의 O를 함유하는 개재물은, 산화물로 식별한다.In the result of elemental analysis of the specified inclusions, inclusions having a Mn content of 10.0% or more, an S content of 10.0% or more, and an O content of less than 10.0% in terms of mass% are defined as Mn sulfides. Further, in elemental analysis of inclusions, Ti and Ca may also be detected as elements other than Mn and S in some cases. In this case, if the above conditions are satisfied, all are defined as Mn sulfides. Further, in the result of elemental analysis of the identified inclusions, inclusions having an O content of 10.0% or more are defined as oxides. Al, Si, Mg, Ca, Ti, and the like may be detected in inclusions defined as oxides. Even in this case, if the above condition is satisfied, it is identified as an oxide. Incidentally, among inclusions, inclusions containing 10.0% or more of S, 10.0% or more of Mn, and 10.0% or more of O in terms of mass% are identified as oxides.

상기 식별의 대상으로 하는 개재물은, 원상당경이 0.5μm 이상인 개재물로 한다.  여기서, 원상당경이란, 각 개재물의 면적을, 같은 면적을 갖는 원으로 환산한 경우의 원의 직경을 의미한다.The inclusions to be identified are inclusions having an equivalent circle diameter of 0.5 µm or more. Here, the equivalent circle diameter means the diameter of a circle when the area of each inclusion is converted into a circle having the same area.

원상당경이 EDX의 빔 직경의 2배 이상인 개재물이면, 원소 분석의 정밀도가 높아진다.  본 실시 형태에 있어서, 개재물의 특정에 사용하는 EDX의 빔 직경은 0.2μm로 한다.  이 경우, 원상당경이 0.5μm 미만인 개재물은, EDX에서의 원소 분석의 정밀도를 높일 수 없다.  원상당경 0.5μm 미만인 개재물은 또한, 피로 강도에 대한 영향이 극히 작다.  따라서, 본 실시 형태에 있어서, 원상당경이 0.5μm 이상인 Mn 황화물 및 산화물을, 측정 대상으로 한다.  또한, Mn 황화물 및 산화물의 원상당경의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 100μm이다.If it is an inclusion whose circle equivalent diameter is twice or more than the beam diameter of EDX, the precision of elemental analysis increases. In the present embodiment, the beam diameter of EDX used to identify inclusions is set to 0.2 μm. In this case, inclusions having an equivalent circular diameter of less than 0.5 µm cannot increase the accuracy of elemental analysis in EDX. Inclusions having an equivalent circular diameter of less than 0.5 μm also have an extremely small effect on the fatigue strength. Therefore, in the present embodiment, Mn sulfides and oxides having an equivalent circle diameter of 0.5 µm or more are measured. In addition, the upper limit of the equivalent circle diameter of Mn sulfide and oxide is not particularly limited, but is, for example, 100 μm.

각 시야에서 특정된 Mn 황화물의 총 개수와, 20 시야의 총 면적에 의거하여, Mn 황화물의 단위 면적당 개수(개/mm2)를 구한다.  또, 각 시야에서 특정된 산화물의 총 개수와, 20 시야의 총 면적에 의거하여, 산화물의 단위 면적당 개수(개/mm2)를 구한다.Based on the total number of Mn sulfides specified in each visual field and the total area of 20 visual fields, the number of Mn sulfides per unit area (pcs/mm 2 ) is determined. Further, the number of oxides per unit area (piece/mm 2 ) is determined based on the total number of oxides specified in each visual field and the total area of 20 visual fields.

본 실시 형태의 강재는, 화학 조성 중의 각 원소 함유량이 상술한 범위 내이며, 또한, 경도 지표 F1이 식 (1)을 만족하고, 담금질성 지표 F2가 식 (2)를 만족하며, TiC 석출량 지표 F3이 식 (3)을 만족한다.  또한, 강재의 축 방향에 평행한 단면에 있어서, 질량%로 Mn 함유량이 10.0% 이상, S 함유량이 10.0% 이상, O 함유량이 10.0% 미만인 Mn 황화물이 70.0개/mm2 이하이고, 질량%로 O 함유량이 10.0% 이상인 산화물이 25.0개/mm2 이하이다.  그 때문에, 침탄 처리 전에 용접을 실시한 경우여도, 침탄 처리 후의 침탄강 부품은 우수한 피로 강도를 갖는다.In the steel material of the present embodiment, the content of each element in the chemical composition is within the above-mentioned range, the hardness index F1 satisfies the formula (1), the hardenability index F2 satisfies the formula (2), and the TiC precipitation amount Index F3 satisfies equation (3). Further, in a cross section parallel to the axial direction of the steel material, Mn content of 10.0% or more, S content of 10.0% or more, and O content of less than 10.0% in mass% is 70.0 pieces/mm 2 or less, and in mass% Oxide content of 10.0% or more is 25.0 pieces/mm 2 or less. Therefore, even when welding is performed before carburizing, the carburized steel parts after carburizing have excellent fatigue strength.

[강재의 미크로 조직][Micro structure of steel materials]

본 실시 형태의 강재의 미크로 조직은 특별히 한정되지 않는다.  본 실시 형태의 강재는, 압연상태재(즉, As-rolled재)여도 되고, 구상화 처리되어 있어도 된다.The microstructure of the steel materials of this embodiment is not specifically limited. The steel material of this embodiment may be a rolled material (ie, an As-rolled material) or may be subjected to a spheroidizing treatment.

본 실시 형태의 강재의 축 방향(길이 방향)에 수직인 단면에서의 반경을 R(mm)로 정의한다.  강재의 축 방향에 수직인 단면에 있어서의 미크로 조직은, 다음의 (A) 및 (B) 중 어느 하나이다.The radius in the cross section perpendicular to the axial direction (longitudinal direction) of the steel materials of this embodiment is defined as R (mm). The microstructure in the cross section perpendicular to the axial direction of steel materials is either of the following (A) and (B).

(A) 미크로 조직에 있어서, 적어도 표면으로부터 0.1R 깊이까지의 표층 영역에서의 베이나이트의 면적률이 95.0% 이상이다.(A) In the microstructure, the area ratio of bainite in the surface layer region at least from the surface to a depth of 0.1R is 95.0% or more.

(B) 미크로 조직에 있어서, 적어도 표면으로부터 0.1R 깊이까지의 표층 영역은, 페라이트와, 시멘타이트로 이루어지며, 표층 영역에서의 시멘타이트의 구상화율이 90.0% 이상이다.(B) Microstructure WHEREIN: At least the surface layer region from the surface to the depth of 0.1R consists of ferrite and cementite, and the spheroidization rate of cementite in the surface layer region is 90.0% or more.

상기 (A)의 미크로 조직은, 본 실시 형태의 강재가 압연상태재인 경우의 미크로 조직이다.  상기 (B)의 미크로 조직은, 본 실시 형태의 강재가 구상화 처리되어 있는 경우의 미크로 조직이다.The microstructure of said (A) is a microstructure in the case where the steel materials of this embodiment are a rolled material. The microstructure of said (B) is a microstructure in case the steel materials of this embodiment are spheroidized.

도 1은, 본 실시 형태의 강재의 길이 방향(축 방향)에 수직인 단면도이다. 도 1에 있어서, 강재(1)의 반경을 R(mm)로 정의한다.  이 때, 강재(1)의 표면으로부터 0.1R 깊이 D까지의 영역을 「표층 영역」으로 정의한다.  즉, 깊이 D(mm)는 반경 R의 10%를 의미한다.1 is a cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction (axial direction) of steel materials in this embodiment. In Fig. 1, the radius of the steel material 1 is defined as R (mm). At this time, the area|region from the surface of the steel materials 1 to 0.1R depth D is defined as a "surface layer area|region." That is, the depth D (mm) means 10% of the radius R.

본 실시 형태의 강재가 압연상태재인 경우, (A)에 기재한 바와 같이, 강재의 축 방향에 수직인 단면에 있어서, 적어도 표층 영역은 베이나이트 조직이다.  여기서, 본 명세서에 있어서 「베이나이트 조직이다」라는 것은, 베이나이트 면적률이 95.0% 이상인 것을 의미한다.  즉, 본 실시 형태의 강재(1)의 축 방향에 수직인 단면에 있어서, 적어도 표층 영역 D의 베이나이트 면적률은 95.0% 이상이다. 또, 「적어도 표층 영역이 베이나이트 조직이다」라는 것은, 베이나이트 영역이 표층 영역뿐만 아니라, 표층 영역보다 깊은 영역까지 형성되어 있어도 되는 것을 의미한다.  구체적으로는, 도 1에 있어서, 표면으로부터의 베이나이트 조직의 깊이가 적어도 0.1R이며, 베이나이트 조직의 깊이는 0.1R보다 깊어도 된다.  예를 들어, 베이나이트 조직의 깊이는 0.2R이어도 되고, 0.3R이어도 되고, 1.0R이어도 된다.  즉, 강재(1)의 축 방향에 수직인 단면 전부가 베이나이트 조직이어도 된다. 표층 영역이 베이나이트 조직인 강재를 구상화 처리한 경우, 시멘타이트가 구상화하기 쉽다.  그 때문에, 표층 영역에서의 시멘타이트의 구상화율이 90.0% 이상이 된다.When the steel materials of this embodiment are rolled materials, as described in (A), in a cross section perpendicular to the axial direction of the steel materials, at least the surface layer region is a bainite structure. Here, "a bainite structure" in this specification means that the bainite area ratio is 95.0% or more. That is, in the cross section perpendicular to the axial direction of the steel materials 1 of the present embodiment, the bainite area ratio of at least the surface layer region D is 95.0% or more. Further, "at least the surface layer region has a bainite structure" means that the bainite region may be formed not only in the surface layer region but also in a region deeper than the surface layer region. Specifically, in Fig. 1, the depth of the bainite structure from the surface is at least 0.1R, and the depth of the bainite structure may be deeper than 0.1R. For example, the depth of the bainite structure may be 0.2R, 0.3R, or 1.0R. That is, the entire cross section perpendicular to the axial direction of the steel materials 1 may be a bainite structure. When the surface layer area|region carries out the spheroidizing process of the steel materials which have a bainite structure, cementite is easy to spheroidize. Therefore, the spheroidization rate of cementite in the surface layer region becomes 90.0% or more.

본 실시 형태의 강재의 미크로 조직은, (A)를 대신하여, (B)여도 된다.  본 실시 형태의 강재가 구상화 처리되어 있는 경우 (B)에 기재한 바와 같이, 본 실시 형태의 강재의 축 방향에 수직인 단면에 있어서, 적어도 표층 영역은 구상화 시멘타이트 조직이다.  여기서, 「구상화 시멘타이트 조직」이란, 미크로 조직이, 페라이트와, 시멘타이트로 이루어지며, 미크로 조직에 있어서의 시멘타이트의 구상화율이 90.0% 이상인 것을 의미한다.  또, 「적어도 표층 영역이 구상화 시멘타이트 조직이다」라는 것은, 구상화 시멘타이트 조직이 표층 영역뿐만 아니라, 표층 영역보다 깊은 영역까지 형성되어 있어도 되는 것을 의미한다.  구체적으로는, 도 1에 있어서, 표면으로부터의 구상화 시멘타이트 조직의 깊이가 적어도 0.1R이며, 구상화 시멘타이트 조직의 깊이는 0.1R보다 깊어도 된다.  예를 들어, 구상화 시멘타이트 조직의 깊이는 0.2R이어도 되고, 0.3R이어도 되고, 1.0R이어도 된다.  즉, 강재(1)의 축 방향에 수직인 단면 전부가 구상화 시멘타이트여도 된다.The microstructure of the steel materials of this embodiment may be (B) instead of (A). As described in case (B) when the steel materials of this embodiment are spheroidized, in the cross section perpendicular to the axial direction of the steel materials of this embodiment, at least the surface layer region is a spheroidized cementite structure. Here, "spheroidized cementite structure" means that a microstructure consists of ferrite and cementite, and the spheroidization rate of cementite in a microstructure is 90.0% or more. In addition, "at least the surface layer region is a spheroidized cementite structure" means that the spheroidized cementite structure may be formed not only to the surface layer region but also to a region deeper than the surface layer region. Specifically, in FIG. 1, the depth of the spheroidized cementite structure from the surface is at least 0.1R, and the depth of the spheroidized cementite structure may be deeper than 0.1R. For example, the depth of the spheroidized cementite structure may be 0.2R, 0.3R, or 1.0R. That is, all of the cross sections perpendicular to the axial direction of the steel materials 1 may be spheroidized cementite.

본 실시 형태의 강재의 미크로 조직이 (A)인 경우, 즉, 강재가 압연상태재인 경우, 강재는, 냉간 단조 전에, 구상화 열처리가 실시된다.  이로 인해, 강재의 미크로 조직은 (B)가 된다.When the microstructure of the steel materials of this embodiment is (A), that is, when steel materials are a rolled material, steel materials are subjected to spheroidization heat treatment before cold forging. For this reason, the microstructure of steel materials becomes (B).

본 실시 형태의 강재의 미크로 조직이 (B)인 경우, 미크로 조직이 페라이트 및 펄라이트로 이루어지는 조직과 비교하여, 냉간 단조성(한계 가공률)을 높일 수 있다.When the microstructure of the steel materials of this embodiment is (B), compared with the structure|tissue in which a microstructure consists of ferrite and pearlite, cold forging property (limit working rate) can be improved.

강재의 길이 방향에 수직인 단면에서의 미크로 조직 관찰은 다음의 방법으로 행한다.  도 2를 참조하여, 강재(1)의 길이 방향에 수직인 단면 중, 표면으로부터의 직경 방향의 깊이를 d(mm)로 했을 때, d=0.05R 위치의 4개소(도 2에서는 90° 피치)로부터 샘플을 채취한다.  또한, d=0.1R 위치의 4개소(도 2에서는 90° 피치)로부터 샘플을 채취한다.  채취한 각 샘플의 표면을 관찰면으로 한다.  각 샘플의 관찰면을 경면으로 연마한 후, 나이탈 부식액에 10초 정도 침지하고, 에칭에 의한 조직 현출(現出)을 행한다.  에칭한 관찰면을, 주사형 전자 현미경(SEM: Scanning Electron Microscope)을 이용하여, 2차 전자 상(像)으로 3 시야 관찰한다.  각 시야의 면적은 400μm2(배율 5000배)로 한다.  각 시야에 있어서, 베이나이트, 페라이트, 펄라이트, 시멘타이트 등의 각 상(相)은, 이하와 같이 구별 가능하다.  나이탈 부식액으로 관찰면을 부식한 경우, SEM 관찰에 있어서, 라멜라 구조를 갖는 상을 펄라이트로 특정할 수 있다.  입자 내에 하부 조직이 없는 상을 페라이트로 특정할 수 있다.  구(舊) γ 입계로부터 래스(lath)상 조직이 발달하고 있는 상을 베이나이트로 특정할 수 있다.  입상이며 휘도가 높은 상을 시멘타이트로 특정할 수 있다.  또한, 펄라이트 중의 층상 시멘타이트의 휘도는, 상술한 입상의 시멘타이트의 휘도와 동일 정도이다.Microstructure observation in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the steel material is performed by the following method. Referring to FIG. 2, among cross sections perpendicular to the longitudinal direction of the steel material 1, when the radial depth from the surface is d (mm), four places at d = 0.05R position (90 ° pitch in FIG. 2 ) to take samples from In addition, samples are taken from four locations (90° pitch in Fig. 2) at the position of d = 0.1R. The surface of each collected sample is used as the observation surface. After polishing the observation surface of each sample to a mirror surface, it is immersed in a nital etching solution for about 10 seconds, and the structure is exposed by etching. The etched observation surface is observed in three fields of view with a secondary electron image using a scanning electron microscope (SEM). The area of each visual field is 400 μm 2 (magnification 5000 times). In each visual field, each phase, such as bainite, ferrite, pearlite, and cementite, can be distinguished as follows. When the observation surface is etched with a nital etchant, a phase having a lamellar structure can be identified as pearlite in SEM observation. A phase in which there is no underlying structure within the particle can be characterized as ferrite. A phase in which a lath-like structure develops from the old γ grain boundary can be identified as bainite. A phase that is granular and has high luminance can be specified as cementite. In addition, the brightness|luminance of the layered cementite in pearlite is about the same as the brightness|luminance of the above-mentioned granular cementite.

각 개소(8개소)에서의 3 시야의 사진 화상을 생성한다.  사진 화상 수는 8개소×3 시야=24가 된다.  각 사진 화상 내의 각 상을 상술한 방법으로 특정한다. 콘트라스트에 의한 상의 특정은 주지의 화상 처리 방법에 의해 실현 가능하다.Photo images of 3 views at each location (8 locations) are generated. The number of photographic images is 8 places x 3 fields of view = 24. Each phase in each photograph image is specified by the method described above. Image identification by contrast can be realized by a known image processing method.

각 시야의 사진 화상에 있어서, 미크로 조직이 베이나이트 주체의 조직인 경우, 강재의 미크로 조직이 (A)일 가능성이 있다고 판단하고, 베이나이트 면적률(%)을 다음의 방법으로 구한다.In the photographic image of each visual field, when the microstructure is a bainite-based structure, it is judged that the microstructure of the steel material is likely to be (A), and the bainite area ratio (%) is obtained by the following method.

베이나이트 면적률(%)=24 시야에서의 베이나이트의 총 면적/24 시야의 총 면적×100Area ratio of bainite (%) = total area of bainite in 24 fields of view / total area of 24 fields of view × 100

구한 베이나이트 면적률이 95.0% 이상이면, 적어도 0.1R의 표층 영역이 베이나이트 조직이라고(즉, 미크로 조직이 (A)라고) 인정한다.  또한, 상기의 면적률의 산출에는, BN, TiC, TiN, AlN 등의 시멘타이트 이외의 석출물, 개재물, 잔류 오스테나이트를 포함시키지 않는다.If the obtained bainite area ratio is 95.0% or more, it is recognized that the surface layer region of at least 0.1R is the bainite structure (ie, the microstructure is (A)). In addition, in the calculation of the above area ratio, precipitates, inclusions, and retained austenite other than cementite such as BN, TiC, TiN, and AlN are not included.

각 시야의 사진 화상에 있어서, 미크로 조직이 페라이트 및 시멘타이트로 이루어지는 경우, 강재의 미크로 조직이 (B)일 가능성이 있다고 판단하고, 구상화 시멘타이트율(%)을 다음의 방법으로 구한다.In the photographic image of each visual field, when the microstructure consists of ferrite and cementite, it is determined that the microstructure of steel materials is likely to be (B), and the spheroidized cementite rate (%) is obtained by the following method.

각 시야(합계 24 시야)에 있어서 각 시멘타이트의 장경(μm)과 단경(μm)을 구한다. 시멘타이트와 모상(페라이트)의 계면 상의 임의의 2점을 잇는 직선 중, 최대 직선의 길이를, 그 시멘타이트의 장경(μm)으로 정의한다.  시멘타이트와 모상의 계면 상의 임의의 2점을 잇는 직선 중, 장경과 수직으로 교차하는 직선의 길이를, 그 시멘타이트의 단경(μm)으로 정의한다.  구한 장경이 0.1μm 이상인 시멘타이트를 측정 대상(카운트 대상)으로 한다.  다음에, 측정 대상으로 한 각 시멘타이트의 애스펙트비(장경/단경)를 구한다.  애스펙트비는 주지의 화상 처리에 의해 구할 수 있다.  애스펙트비가 3.0 이하인 시멘타이트를 「구상화 시멘타이트」로 정의한다.  24 시야에서의 시멘타이트의 총 개수에 대한, 24 시야에서의 구상화 시멘타이트의 총 개수의 비율(%)을, 구상화 시멘타이트율(%)로 정의한다.  구한 구상화 시멘타이트율이 90.0% 이상이었을 경우, 적어도 0.1R의 표층 영역이 구상화 시멘타이트 조직이라고 인정한다.The major axis (μm) and the minor axis (μm) of each cementite in each visual field (24 visual fields in total) are determined. Among the straight lines connecting arbitrary two points on the interface between cementite and the parent phase (ferrite), the length of the largest straight line is defined as the major axis (μm) of the cementite. Among the straight lines connecting arbitrary two points on the interface between cementite and the parent phase, the length of the straight line perpendicularly intersecting the major axis is defined as the minor axis (μm) of the cementite. Cementite having a calculated major diameter of 0.1 µm or more is used as a measurement target (count target). Next, the aspect ratio (major axis/minor axis) of each cementite made into a measurement object is calculated|required. The aspect ratio can be obtained by known image processing. Cementite having an aspect ratio of 3.0 or less is defined as "spheroidized cementite". The ratio (%) of the total number of spheroidized cementite in 24 visual fields to the total number of cementite in 24 visual fields is defined as the spheroidized cementite rate (%). When the calculated|required spheroidized cementite rate is 90.0 % or more, it recognizes that the surface layer area|region of at least 0.1R is a spheroidized cementite structure.

[침탄강 부품][Carburized steel parts]

다음에, 본 실시 형태의 강재를 소재로 하여 제조되는, 침탄강 부품에 대해서 설명한다.Next, carburized steel parts manufactured using the steel material of the present embodiment as a material will be described.

본 실시 형태의 침탄강 부품은, 표층에 형성되어 있는 침탄층과, 침탄층보다 내부의 심부를 구비한다.  침탄층은, 두께 0.4~2.0mm 미만의 유효 경화층 깊이를 갖는다.  여기서, 유효 경화층 깊이란, 비커스 경도가 HV550 이상이 되는 표면으로부터의 깊이를 의미한다.  이 침탄층에 있어서, 표면으로부터 깊이 50μm의 위치에서의 비커스 경도가 650~1000HV인 것이 바람직하다.  또한, 침탄층에 있어서, 표면으로부터 깊이 0.4mm의 위치에서의 미크로 조직은, 면적%로, 마르텐사이트를 90~100% 함유하고, 또한, 비커스 경도가 600~900HV인 것이 바람직하다.The carburized steel parts of the present embodiment include a carburized layer formed on the surface layer and a core portion inside the carburized layer. The carburized layer has an effective hardened layer depth of less than 0.4 to 2.0 mm in thickness. Here, the effective hardened layer depth means the depth from the surface at which the Vickers hardness becomes HV550 or more. In this carburized layer, it is preferable that the Vickers hardness at a position at a depth of 50 μm from the surface is 650 to 1000 HV. In the carburized layer, the microstructure at a depth of 0.4 mm from the surface contains 90 to 100% of martensite in area%, and preferably has a Vickers hardness of 600 to 900 HV.

표면으로부터 깊이 50μm의 위치의 침탄층에서의 비커스 경도가 650~1000HV인 경우, 내마모성, 및, 피로 강도가 더 높아진다.  보다 바람직하게는, 표면으로부터 깊이 50μm의 위치의 비커스 경도는 700~1000HV이다.When the Vickers hardness in the carburized layer at a depth of 50 μm from the surface is 650 to 1000 HV, wear resistance and fatigue strength are higher. More preferably, the Vickers hardness at a position at a depth of 50 μm from the surface is 700 to 1000 HV.

표면으로부터 깊이 0.4mm의 위치의 침탄층에서의 미크로 조직이 마르텐사이트를 90~100% 함유하며, 또한, 표면으로부터 깊이 0.4mm의 위치의 침탄층에서의 비커스 경도가 600~900HV인 경우에, 면 피로 강도, 및, 피로 강도가 더 높아진다. 보다 바람직하게는, 표면으로부터 깊이 0.4mm의 위치의 비커스 경도가 620~900HV이다.When the microstructure in the carburized layer at a depth of 0.4 mm from the surface contains 90 to 100% of martensite, and the Vickers hardness in the carburized layer at a depth of 0.4 mm from the surface is 600 to 900 HV, Fatigue strength and fatigue strength are higher. More preferably, the Vickers hardness at a position at a depth of 0.4 mm from the surface is 620 to 900 HV.

또, 표면으로부터 깊이 2.0mm의 위치에서의 심부에 있어서, 비커스 경도가 250~500HV인 것이 바람직하다.  또한, 표면으로부터 깊이 2.0mm의 위치에서의 화학 조성이, 상술한 화학 조성이 된다.  보다 바람직하게는, 표면으로부터 깊이 2.0mm의 위치에서의 비커스 경도가 270~450HV이다.  표면으로부터 깊이 2.0mm의 위치에서의 미크로 조직이, 마르텐사이트 및 베이나이트 중 적어도 1개를 함유하고 있으면 상기 효과가 더 얻어지므로 바람직하다.Moreover, it is preferable that the Vickers hardness is 250-500 HV in the deep part at the position of 2.0 mm in depth from the surface. In addition, the chemical composition at a position at a depth of 2.0 mm from the surface becomes the above-mentioned chemical composition. More preferably, the Vickers hardness at a position at a depth of 2.0 mm from the surface is 270 to 450 HV. When the microstructure at a position at a depth of 2.0 mm from the surface contains at least one of martensite and bainite, the above effect is further obtained, so it is preferable.

침탄강 부품의 표면으로부터 깊이 0.4mm 위치에서의 미크로 조직은, 다음의 방법으로 구한다.  침탄강 부품의 표면으로부터 깊이 0.4mm 위치를 표면에 포함하는 샘플을 채취한다.  샘플의 표면에 대해, 피크럴(picral)액에 의한 에칭을 실시한다.  에칭 후의 표면 중, 임의의 3 시야를 SEM을 이용하여 2차 전자 상으로 임의의 3 시야 관찰한다.  각 시야의 면적은 400μm2(배율 5000배)로 한다.  SEM 관찰에 있어서, 마르텐사이트 및 베이나이트(템퍼드 마르텐사이트 및 템퍼드 베이나이트를 포함한다), 페라이트, 펄라이트, 시멘타이트는 다음과 같이 판별할 수 있다.  구체적으로는, 라멜라 구조를 갖는 상을 펄라이트로 특정할 수 있다.  입자 내에 하부 조직이 없는 상을 페라이트로 특정할 수 있다.  래스상 조직을 포함하는 상을 마르텐사이트 및 베이나이트로 특정할 수 있다.  또한, 템퍼드 마르텐사이트 및 템퍼드 베이나이트는, 래스상 조직을 포함하고, 또한, 래스 내에 탄화물을 포함한다.  입상이며 휘도가 높은 상을 시멘타이트로 특정할 수 있다.  펄라이트 중의 층상 시멘타이트의 휘도는, 상술한 입상의 시멘타이트의 휘도와 동일 정도이다.  또한, 마르텐사이트 및 베이나이트는 상술한 바와 같이, 모두 래스상 조직을 포함하고, 본 명세서에서는, 침탄강 부품의 미크로 조직에 있어서, 마르텐사이트 및 베이나이트를 구별하지 않는다.The microstructure at a depth of 0.4 mm from the surface of the carburized steel part is obtained by the following method. A sample including a position at a depth of 0.4 mm from the surface of the carburized steel part is taken on the surface. The surface of the sample is etched with a picral liquid. Of the surface after etching, arbitrary 3 fields of view are observed as secondary electron images using SEM. The area of each visual field is 400 μm 2 (magnification 5000 times). In SEM observation, martensite and bainite (including tempered martensite and tempered bainite), ferrite, pearlite, and cementite can be discriminated as follows. Specifically, a phase having a lamellar structure can be specified as pearlite. A phase in which there is no underlying structure within the particle can be characterized as ferrite. A phase containing a lath-like structure can be specified as martensite and bainite. Further, tempered martensite and tempered bainite contain a lath-like structure and also contain carbides in the lath. A phase that is granular and has high luminance can be specified as cementite. The luminance of layered cementite in pearlite is about the same as that of the above-mentioned granular cementite. In addition, martensite and bainite both contain lath-like structures as described above, and in the present specification, martensite and bainite are not distinguished in the microstructure of carburized steel parts.

0.4mm 깊이 위치 샘플의 3 시야에 있어서의 마르텐사이트의 총 면적을 구한다. 구한 마르텐사이트의 총 면적의, 3 시야의 총 면적에 대한 비율을, 깊이 0.5μm위치에서의 마르텐사이트의 면적률(%)로 정의한다.  마르텐사이트의 면적률의 산출에서는, 페라이트, 펄라이트, 마르텐사이트 및 베이나이트, 템퍼드 마르텐사이트, 템퍼드 베이나이트, 구상화 시멘타이트, 및, 시멘타이트를 고려한다.  상기의 면적률의 산출에는, BN, TiC, TiN, AlN 등의 시멘타이트 이외의 석출물, 개재물, 잔류 오스테나이트 등을 포함시키지 않는다.The total area of martensite in 3 visual fields of the sample at a depth of 0.4 mm was obtained. The ratio of the calculated total area of martensite to the total area of the three visual fields is defined as the area ratio (%) of martensite at a depth of 0.5 μm. In the calculation of the area ratio of martensite, ferrite, pearlite, martensite and bainite, tempered martensite, tempered bainite, spheroidized cementite, and cementite are considered. Calculation of the above area ratio does not include precipitates other than cementite such as BN, TiC, TiN, and AlN, inclusions, retained austenite, and the like.

침탄강 부품의 비커스 경도는, 다음의 방법으로 측정한다.  침탄강 부품의 임의의 표면에 수직인 단면을 측정면으로 한다.  측정면에 있어서, 표면으로부터 50μm 깊이 위치의 비커스 경도와, 표면으로부터 0.4mm 깊이 위치의 비커스 경도를, 마이크로 비커스 경도계를 이용하여, JIS Z 2244(2009)에 준거한 비커스 경도 시험에 의해 구한다.  시험력은 0.49N으로 한다.  50μm 깊이 위치 10개소의 비커스 경도 HV를 측정하고, 그 평균값을, 50μm 깊이 위치에서의 비커스 경도 HV로 한다.  또, 0.4mm 깊이 위치 10개소의 비커스 경도 HV를 측정하고, 그 평균값을, 0.4mm 깊이 위치에서의 비커스 경도 HV로 한다.  0.4mm 깊이 위치에서의 비커스 경도가 550HV 이상이면, 침탄층 깊이가 적어도 0.4mm 이상이라고 판단한다.  또, 측정면에 있어서, 표면으로부터 2.0mm 깊이 위치의 비커스 경도를, 마이크로 비커스 경도계를 이용하여, JIS Z 2244(2009)에 준거한 비커스 경도 시험에 의해 구한다.  시험 시의 하중은 0.49N으로 한다.  2.0mm 깊이 위치 10개소의 비커스 경도 HV를 측정하고, 그 평균값을, 2.0mm 깊이 위치에서의 비커스 경도 HV로 한다.  비커스 경도의 측정면은 특별히 한정되지 않지만, 침탄강 부품의 축 방향(길이 방향)과 직교하는 절단면으로 하면 된다.The Vickers hardness of carburized steel parts is measured by the following method. The cross section perpendicular to the arbitrary surface of the carburized steel part is taken as the measurement plane. On the measurement surface, the Vickers hardness at a depth of 50 μm from the surface and the Vickers hardness at a depth of 0.4 mm from the surface are determined by a Vickers hardness test based on JIS Z 2244 (2009) using a micro Vickers hardness tester. The test force is 0.49 N. The Vickers hardness HV at 10 locations at a depth of 50 μm is measured, and the average value is taken as the Vickers hardness HV at a location at a depth of 50 μm. Moreover, the Vickers hardness HV of 10 locations at a depth of 0.4 mm is measured, and the average value is taken as the Vickers hardness HV at a location at a depth of 0.4 mm. If the Vickers hardness at a depth of 0.4 mm is 550 HV or more, it is determined that the depth of the carburized layer is at least 0.4 mm or more. Further, on the measurement surface, the Vickers hardness at a depth of 2.0 mm from the surface is determined by a Vickers hardness test based on JIS Z 2244 (2009) using a micro Vickers hardness tester. The load during the test is 0.49 N. The Vickers hardness HV at 10 positions at a depth of 2.0 mm is measured, and the average value is taken as the Vickers hardness HV at a position at a depth of 2.0 mm. The measurement surface of the Vickers hardness is not particularly limited, but may be a cut surface orthogonal to the axial direction (longitudinal direction) of the carburized steel parts.

[강재 및 침탄강 부품의 제조 방법][Method of manufacturing steel and carburized steel parts]

본 실시 형태에 따른 강재, 및, 침탄강 부품의 제조 방법에 대해서 설명한다.The steel materials according to the present embodiment and the manufacturing method of the carburized steel parts will be described.

[강재의 제조 방법][Method of manufacturing steel]

처음에, 본 실시 형태의 강재의 제조 방법의 일례에 대해서 설명한다.  강재의 제조 방법의 일례는, 제강 공정과, 주조 공정과, 열간 가공 공정과, 냉각 공정을 포함한다.  이하, 각 공정에 대해서 설명한다.First, an example of the manufacturing method of the steel materials of this embodiment is demonstrated. An example of the manufacturing method of steel materials includes a steelmaking process, a casting process, a hot working process, and a cooling process. Hereinafter, each process is demonstrated.

[제강 공정][Steel making process]

제강 공정은, 정련 공정과 주조 공정을 포함한다.A steelmaking process includes a refining process and a casting process.

[정련 공정][Refining process]

정련 공정에서는 처음에, 주지의 방법으로 제조된 용선(溶銑)에 대해 전로에서의 정련(1차 정련)을 실시한다.  전로로부터 출강한 용강에 대해, 2차 정련을 실시한다.  2차 정련에 있어서, 용강에 합금 원소를 첨가하여, 상기 화학 조성을 만족하는 용강을 제조한다.In the refining step, first, molten iron produced by a known method is refined in a converter (primary refining). Secondary refining is performed on the molten steel tapped from the converter. In the secondary refining, alloying elements are added to molten steel to produce molten steel that satisfies the above chemical composition.

구체적으로는, 전로로부터 출강한 용강에 대해 Al을 첨가하여 탈산 처리를 실시한다.  탈산 처리 후, 제재(除滓) 처리를 실시한다.  제재 처리 후, 2차 정련을 실시한다.  2차 정련은 예를 들어, 복합 정련을 실시한다.  예를 들어, 처음에, LF(Ladle Furnace) 또는 VAD(Vacuum Arc Degassing)를 이용한 정련 처리를 실시한다.  또한, RH(Ruhrstahl-Hausen) 진공 탈가스 처리를 실시한다.  그 후, Si 및 Ca를 제외한 다른 합금 성분의 최종 조정을 행한다.Specifically, deoxidation treatment is performed by adding Al to molten steel tapped from a converter. After the deoxidation treatment, a sawing treatment is performed. After the sawn treatment, a secondary refinement is performed. The secondary refining is performed, for example, complex refining. For example, at first, a refining process using LF (Ladle Furnace) or VAD (Vacuum Arc Degassing) is performed. Further, RH (Ruhrstahl-Hausen) vacuum degassing is performed. After that, final adjustments are made to the other alloy components except for Si and Ca.

2차 정련을 실시하여, Si 및 Ca 이외의 용강의 성분 조정을 실시한 후, 용강에 대해 다음의 처리(가열 유지 공정 및 최종 성분 조정 공정)를 실시한다.After performing secondary refining and adjusting the components of molten steel other than Si and Ca, the following treatments (heating and holding step and final component adjustment step) are performed on the molten steel.

[가열 유지 공정][Heating and holding process]

2차 정련(최종 성분 조정) 후의 레이들 내의 용강에 대해, 1500~1600℃의 온도에서 하기 식에 의해 산정되는 균일 혼합 시간 τ(s)의 2배 이상의 유지 시간 ts로 가열한다.The molten steel in the ladle after secondary refining (final component adjustment) is heated at a temperature of 1500 to 1600°C with a holding time ts twice or more than the uniform mixing time τ(s) calculated by the following formula.

τ=800×ε-0.4 τ=800×ε -0.4

ε=((6.18×Vg×Tl)/Ml)ln(1+(h0/(1.46×10-5×P0))) ε=((6.18×V g ×T l )/M l )ln(1+(h 0 /(1.46×10 -5 ×P 0 )))

여기서, Vg: 가스 유량(Nm3/min), Ml: 레이들 내 용강 질량(ton), Tl: 용강 온도(K), h0: 가스 취입 깊이(m), P0: 용강 표면 압력(Pa), ε: 교반 동력값(W/ton), τ: 균일 혼합 시간(s)이다.Here, V g : Gas flow rate (Nm 3 /min), M l : Mass of molten steel in the ladle (ton), T l : Temperature of molten steel (K), h 0 : Depth of gas injection (m), P 0 : Surface of molten steel Pressure (Pa), ε: stirring power value (W / ton), τ: uniform mixing time (s).

유지 시간 ts가 균일 혼합 시간 τ의 2배 미만이면, 레이들 내의 용강 중에 존재하는 산화물이 충분히 응집 및 합체할 수 없다.  그 때문에, 산화물의 부상 제거를 할 수 없어, 산화물의 개수가 증가하게 된다.  또 유지 시간 ts가 균일 혼합 시간 τ의 2배 미만인 경우, 슬래그 중으로부터 혼입하는 Mg 등이 용강 중에 있어서 S와 결합하여 MgS 등을 형성하고, MgS가 용강 중에 분산된 상태가 된다.  이 분산된 MgS는, MnS의 석출 사이트가 된다.  그 결과, Mn 황화물의 개수가 증가해 버린다.If the holding time ts is less than twice the uniform mixing time τ, the oxides present in the molten steel in the ladle cannot sufficiently aggregate and coalesce. For this reason, the oxide cannot be removed by floating, and the number of oxides increases. Also, when the holding time ts is less than twice the uniform mixing time τ, Mg or the like mixed in from the slag is combined with S in the molten steel to form MgS or the like, and MgS is dispersed in the molten steel. This dispersed MgS serves as a precipitation site for MnS. As a result, the number of Mn sulfides increases.

유지 시간 ts가 균일 혼합 시간 τ의 2배 이상이면, 강 중의 산화물 개수를 억제할 수 있다.  또한, 일단 형성된 MgS가 재산화에 의해 MgO가 되기 때문에, MnS의 석출 사이트는 감소하고, 그 결과, 강 중의 Mn 황화물 개수도 억제할 수 있다.  그 결과, 다음 공정인 최종 성분 조정 공정 후에 있어서, Mn 황화물이 70.0개/mm2 이하가 되며, 또한, 산화물이 25.0개/mm2 이하가 된다.When the holding time ts is twice or more than the uniform mixing time τ, the number of oxides in the steel can be suppressed. In addition, since once-formed MgS becomes MgO by re-oxidation, the number of MnS precipitation sites decreases, and as a result, the number of Mn sulfides in steel can also be suppressed. As a result, after the final component adjustment step, which is the next step, the Mn sulfide content is 70.0/mm 2 or less, and the oxide content is 25.0/mm 2 or less.

[최종 성분 조정 공정][Final component adjustment process]

가열 유지 공정 후의 용강에 Si 및 Ca를 첨가하여, 상술한 화학 조성 및 식 (1)~식 (3)을 만족하는 용강을 제조한다.  Si 및 Ca는 각각 단독 원료로서 용강에 첨가해도 된다.  Si-Ca 합금을 원료로서, 용강에 첨가해도 된다.Si and Ca are added to the molten steel after the heating and holding step to manufacture molten steel that satisfies the chemical composition and formulas (1) to (3) described above. Si and Ca may be added to molten steel as independent raw materials, respectively. A Si-Ca alloy may be added to molten steel as a raw material.

가열 유지 공정에서 충분히 균일하게 가열된 용강에 Si 및 Ca를 첨가하면, 산화물이 Al2O3로부터 SiO2나 CaO를 포함하는 복합 개재물로 개질되고, 또한, Mn 황화물도 Ca를 함유한 황화물로 개질된다.  그 때문에, 유지 시간 ts가 균일 혼합 시간 τ의 2배 이상인 것을 전제 조건으로 하여, Mn 황화물이 70.0개/mm2 이하가 되며, 또한, 산화물이 25.0개/mm2 이하가 된다.When Si and Ca are added to sufficiently uniformly heated molten steel in the heating and holding step, oxides are reformed from Al 2 O 3 to complex inclusions including SiO 2 and CaO, and Mn sulfides are also reformed into sulfides containing Ca. do. Therefore, assuming that the holding time ts is twice or more than the uniform mixing time τ, the Mn sulfide content is 70.0 particles/mm 2 or less, and the oxide content is 25.0 particles/mm 2 or less.

만일, 용강에 Al을 첨가하기 전에, Si를 첨가하면, 탈산이 충분히 행해지지 않고, 그 결과, 산화물이 25.0개/mm2를 넘어 버린다.  Al 첨가 후의 용강에 Si 및 Ca를 첨가함으로써, Mn 황화물이 70.0개/mm2 이하가 되며, 또한, 산화물이 25.0개/mm2 이하가 된다.  따라서, 본 실시 형태에서는, 용강에 Al을 첨가하고, 그 후, Si 및 Ca를 첨가한다.   Si 및 Ca의 첨가 순서는 특별히 한정되지 않는다.  Si 및 Ca를 동시에 첨가해도 된다.  Si 및 Ca 중 어느 것을 먼저 첨가해도 된다.If Si is added before adding Al to molten steel, deoxidation is not sufficiently performed, and as a result, the oxide content exceeds 25.0 pieces/mm 2 . By adding Si and Ca to the molten steel after adding Al, the Mn sulfide becomes 70.0/mm 2 or less, and the oxide becomes 25.0/mm 2 or less. Therefore, in this embodiment, Al is added to molten steel, and then Si and Ca are added. The order of addition of Si and Ca is not particularly limited. Si and Ca may be added simultaneously. Either Si or Ca may be added first.

[주조 공정][Casting process]

상기 정련 공정에 의해 제조된 용강을 이용하여, 소재(주편 또는 잉곳)를 제조한다.  구체적으로는, 용강을 이용하여 연속 주조법에 의해 주편을 제조한다. 또는, 용강을 이용하여 조괴법(造塊法)에 의해 잉곳으로 해도 된다.  이 주편 또는 잉곳을 이용하여, 다음 공정인 열간 가공 공정을 실시한다.  이하, 주편 또는 잉곳을 「소재」라고 한다.A raw material (cast piece or ingot) is manufactured using the molten steel manufactured by the refining process. Specifically, a cast steel is manufactured by a continuous casting method using molten steel. Alternatively, it is good also as an ingot by the ingot method using molten steel. A hot working process, which is the next step, is performed using this cast steel or ingot. Hereinafter, the cast steel or ingot is referred to as "material".

[열간 가공 공정][Hot working process]

열간 가공 공정에서는, 주조 공정에서 준비된 소재(블룸 또는 잉곳)에 대해, 열간 가공을 실시하여, 강재를 제조한다.  강재의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 봉강 또는 선재이다.  이하의 설명에서는, 일례로서, 강재가 봉강인 경우에 대해서 설명한다.  그러나, 강재가 봉강 이외의 다른 형상이어도 동일한 열간 가공 공정으로 제조 가능하다.In the hot working step, hot working is performed on the raw material (bloom or ingot) prepared in the casting step to manufacture steel materials. The shape of the steel is not particularly limited, but is, for example, a steel bar or a wire rod. In the following description, as an example, a case where the steel material is a steel bar will be described. However, even if the steel material has a shape other than steel bar, it can be manufactured in the same hot working process.

열간 가공은, 조압연 공정과, 마무리 압연 공정을 포함한다.  조압연 공정에서는, 소재를 열간 가공하여 빌렛을 제조한다.  조압연 공정은 예를 들어, 분괴 압연기를 이용한다.  분괴 압연기에 의해 소재에 대해 분괴 압연을 실시하여, 빌렛을 제조한다.  분괴 압연기의 하류에 연속 압연기가 설치되어 있는 경우, 분괴 압연 후의 빌렛에 대해 추가로, 연속 압연기를 이용하여 열간 압연을 실시하여, 사이즈가 더 작은 빌렛을 제조해도 된다.  연속 압연기에서는, 한 쌍의 수평 롤을 갖는 수평 스탠드와, 한 쌍의 수직 롤을 갖는 수직 스탠드가 교호로 일렬로 배열된다.  이상의 공정에 의해, 조압연 공정에서는, 소재를 빌렛으로 제조한다.  조압연 공정에서의 가열 온도는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 1100~1300℃이다.Hot working includes a rough rolling process and a finish rolling process. In the rough rolling process, a raw material is hot-worked to manufacture a billet. A rough rolling process uses a bundling mill, for example. Bulking is performed on the raw material with a bulking mill to manufacture a billet. In the case where a continuous rolling mill is provided downstream of the lump rolling mill, a billet having a smaller size may be produced by additionally performing hot rolling on the billet after the lump rolling using the continuous rolling mill. In the continuous rolling mill, a horizontal stand having a pair of horizontal rolls and a vertical stand having a pair of vertical rolls are alternately arranged in a row. Through the above process, the raw material is manufactured into a billet in the rough rolling process. The heating temperature in the rough rolling step is not particularly limited, but is, for example, 1100 to 1300°C.

마무리 압연 공정에서는, 가열로 또는 균열로(均熱爐)를 이용하여 빌렛을 가열한다.  가열 후의 빌렛에 대해, 연속 압연기를 이용하여 열간 압연을 실시하여 강재(봉강)를 제조한다.  마무리 압연 공정에서의 가열 온도는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 1000~1250℃이다.In the finish rolling step, the billet is heated using a heating furnace or a hot-dipping furnace. With respect to the billet after heating, hot rolling is performed using a continuous rolling mill to manufacture steel materials (steel bars). The heating temperature in the finish rolling step is not particularly limited, but is, for example, 1000 to 1250°C.

[냉각 공정][Cooling process]

냉각 공정에서는, 열간 가공 공정 완료 직후의 강재를 냉각한다.  구체적으로는, 강재의 표면 온도가 800℃~500℃가 되는 온도 범위를, 1.0℃/초 초과~30.0℃/초의 냉각 속도로 냉각한다.In a cooling process, steel materials immediately after completion of a hot working process are cooled. Specifically, the temperature range in which the surface temperature of steel materials becomes 800°C to 500°C is cooled at a cooling rate of more than 1.0°C/second to 30.0°C/second.

이상의 제조 공정에 의해 제조된 강재에서는, 축 방향에 수직인 단면에서의 미크로 조직에 있어서, 적어도 표면으로부터 0.1R 깊이까지의 표층 영역에서의 베이나이트의 면적률이 95.0% 이상이 된다.  즉, 이상의 제조 공정에 의해, 미크로 조직이 (A)인 강재(압연상태재)가 제조된다.In the steel material manufactured by the above manufacturing process, the area ratio of bainite in the surface layer region from at least to a depth of 0.1R from the surface in the microstructure in the cross section perpendicular to the axial direction is 95.0% or more. That is, the steel materials (rolled material) whose microstructure is (A) are manufactured by the above manufacturing process.

[구상화 열처리 공정][Spheroidization heat treatment process]

상기 냉각 공정 후의 강재에 대해, 추가로, 구상화 열처리 공정을 실시하여, 본 실시 형태의 강재를, 미크로 조직이 (B)인 강재로 해도 된다.  즉, 이 경우, 구상화 열처리를 실시하여 미크로 조직이 (B)인 강재를 제조한다.With respect to the steel materials after the said cooling process, a spheroidization heat treatment process may be further performed, and it is good also considering the steel materials of this embodiment as steel materials whose microstructure is (B). That is, in this case, spheroidizing heat treatment is performed to manufacture steel materials having a microstructure (B).

구상화 열처리는, 주지의 방법으로 실시하면 된다.  구상화 열처리는 예를 들어, 다음의 방법으로 실시한다.  상기 냉각 공정 후의 강재를, Ac1점(가열 시, 오스테나이트가 생성되기 시작하는 온도) 바로 밑, 또는, 바로 위의 온도(예를 들어, Ac1점+50℃ 이내)로 가열하여 소정 시간 유지한 후, 서랭한다.  또는, 상기 냉각 공정 후의 강재를, Ac1점 바로 위의 온도까지 가열하고, Ar1점 바로 밑의 온도(냉각 시, 오스테나이트가 페라이트 또는 페라이트, 시멘타이트로의 변태를 완료하는 온도)까지 냉각하는 처리를 몇 차례 반복하여 실시해도 된다.  또는, 상기 냉각 공정 후의 강재에 대해, 한 번, 담금질을 실시하고, 그 후, 600~700℃의 온도 범위에서, 3~100시간의 템퍼링을 행해도 된다.  또한, 구상화 열처리의 방법은, 상기와 같은, 주지의 소둔 또는 구상화 열처리 방법을 적용하면 되고, 특별히 한정되는 것은 아니다.The spheroidizing heat treatment may be performed by a known method. The spheroidization heat treatment is performed, for example, by the following method. The steel material after the cooling process is heated to a temperature just below or just above the A c1 point (the temperature at which austenite starts to form during heating) (for example, within the A c1 point + 50 ° C) and maintained for a predetermined time After that, cool it down. Alternatively, the steel material after the cooling step is heated to a temperature just above the A c1 point, and cooled to a temperature just below the A r1 point (temperature at which austenite completes transformation into ferrite, ferrite, or cementite during cooling) The process may be repeated several times. Alternatively, the steel materials after the cooling step may be quenched once, and then tempered for 3 to 100 hours in a temperature range of 600 to 700°C. In addition, the known annealing or spheroidizing heat treatment method as described above may be applied to the method of the spheroidization heat treatment, and is not particularly limited.

구상화 열처리를 실시하여 제조된 강재에서는, 축 방향에 수직인 단면에서의 미크로 조직에 있어서, 적어도 표면으로부터 0.1R 깊이까지의 표층 영역은, 페라이트와, 시멘타이트로 이루어지며, 상기 시멘타이트의 구상화율이 90.0% 이상이 된다.  즉, 이상의 제조 공정에 의해, 미크로 조직이 (B)인 강재가 제조된다.In the steel material manufactured by performing the spheroidization heat treatment, in the microstructure in the cross section perpendicular to the axial direction, at least the surface layer region from the surface to a depth of 0.1R consists of ferrite and cementite, and the spheroidization rate of the cementite is 90.0 more than % That is, the steel materials whose microstructure is (B) are manufactured by the above manufacturing process.

이상의 제조 공정에 의해, 본 실시 형태의 강재를 제조할 수 있다.The steel materials of this embodiment can be manufactured by the above manufacturing process.

[침탄강 부품의 제조 방법][Method of manufacturing carburized steel parts]

다음에, 본 실시 형태의 강재를 소재로 하는 침탄강 부품의 제조 방법의 일례에 대해서 설명한다.  본 제조 방법은, 상술한 강재에 대해 냉간 단조를 실시하여, 복수의 중간 부재를 제조하는 냉간 단조 공정과, 필요에 따라, 제조된 복수의 중간 부재를 용접하여 일체품으로 하는 용접 공정과, 필요에 따라, 중간 부재에 대해 절삭 가공을 실시하는 절삭 가공 공정과, 중간 부재에 대해 침탄 처리를 실시하는 침탄 처리 공정과, 침탄 처리 공정 후의 중간 강재에 대해 템퍼링을 실시하는 템퍼링 공정을 포함한다.  또한, 본 명세서에 있어서, 침탄 처리는, 침탄 질화 처리도 포함한다.Next, an example of a method for manufacturing a carburized steel part using the steel material of the present embodiment as a material will be described. This manufacturing method includes a cold forging step of performing cold forging on the above-mentioned steel materials to manufacture a plurality of intermediate members, a welding step of welding the plurality of intermediate members manufactured as needed to form a single product, and According to this, it includes a cutting process for cutting the intermediate member, a carburizing process for carburizing the intermediate member, and a tempering process for tempering the intermediate steel after the carburizing process. In addition, in this specification, carburizing treatment also includes carburizing nitriding treatment.

또한, 본 실시 형태의 강재의 미크로 조직이 (A)인 경우, 즉, 본 실시 형태의 강재가 압연상태재인 경우, 강재에 대해 상술한 구상화 열처리 공정을 실시한 후, 냉간 단조 공정을 실시한다.  미크로 조직이 (A)인 강재에 대해 구상화 열처리 공정을 실시하기 전에, 필요에 따라 신선(伸線) 가공 공정 등의 냉간 인발 공정을 실시한다.In addition, when the microstructure of the steel materials of this embodiment is (A), that is, when the steel materials of this embodiment are a rolled material, after performing the above-mentioned spheroidizing heat treatment process with respect to steel materials, a cold forging process is implemented. Before performing the spheroidization heat treatment step for the steel materials having a microstructure of (A), a cold drawing step such as a wire drawing step is performed as needed.

[냉간 단조 공정][Cold forging process]

냉간 단조 공정에서는, 상술한 제조 방법으로 제조된 강재에 대해 냉간 단조를 실시하여 형상을 부여하고, 복수의 중간 부재를 제조한다.  이 냉간 단조 공정에서의, 가공률, 변형 속도 등의 냉간 단조 조건은, 특별히 한정되지 않는다.  냉간 단조 조건은, 적절히, 적합한 조건을 선택하면 된다.  복수의 중간 부재는 다음 공정인 용접 공정에서 용접되어, 일체화된다.In a cold forging process, cold forging is given to the steel materials manufactured by the manufacturing method mentioned above, a shape is provided, and several intermediate members are manufactured. Cold forging conditions, such as a working rate and a deformation rate, in this cold forging process are not specifically limited. What is necessary is just to select suitable conditions suitably for cold forging conditions. The plurality of intermediate members are welded and integrated in the next step, the welding step.

[용접 공정][welding process]

용접 공정은 임의의 공정이며, 실시하지 않아도 된다.  실시하는 경우, 용접 공정에서는, 마찰 접합, 또는, 레이저 접합에 의해, 상술한 복수의 중간 부재를 용접하여, 일체화한다.  용접 방법은 특별히 한정되지 않는다.  용접 후, 중간 부재의 접합면을 기계 가공에 의해 평탄하게 형성해도 된다.  본 실시 형태의 강재에서는, Mn 황화물이 70.0개/mm2 이하이며, 또한, 산화물이 25.0개/mm2 이하이다. 그 때문에, 본 실시 형태의 강재는 접합성이 우수하고, 중간 부재를 용접하여 침탄강 부품으로 한 경우여도, 침탄강 부품의 접합 피로 강도가 우수하다.The welding process is an arbitrary process and does not need to be performed. In the case of carrying out, in a welding process, a plurality of intermediate members described above are welded and integrated by friction welding or laser welding. The welding method is not particularly limited. After welding, you may form the joint surface of an intermediate member flat by machining. In the steel of this embodiment, Mn sulfides are 70.0 pieces/mm 2 or less, and oxides are 25.0 pieces/mm 2 or less. Therefore, the steel material of the present embodiment is excellent in joinability, and even when an intermediate member is welded to form a carburized steel part, the joint fatigue strength of the carburized steel part is excellent.

[절삭 가공 공정][Cutting process]

절삭 가공 공정은 임의의 공정이며, 실시하지 않아도 된다.  실시하는 경우, 절삭 가공 공정에서는, 냉간 단조 공정 후이며 후술하는 침탄 처리 공정 전의 중간 부재에 대해, 절삭 가공을 실시하여 형상을 부여한다.  절삭 가공을 실시함으로써, 냉간 단조 공정만으로는 곤란한, 정밀 형상을 침탄강 부품에 부여할 수 있다.The cutting process is an arbitrary process and does not need to be performed. In the case of carrying out, in the cutting process, the intermediate member after the cold forging process and before the carburizing process described later is cut and shaped. By performing the cutting process, it is possible to give the carburized steel parts a precise shape that is difficult only in the cold forging process.

[침탄 처리 공정][Carburizing process]

침탄 처리 공정에서는, 중간 부재(용접 공정을 실시한 경우는, 일체로 접합된 중간 부재)에 대해, 침탄 처리를 실시한다.  침탄 처리 공정에서는, 주지의 침탄 처리를 실시한다.  침탄 처리 공정은, 침탄 공정과, 확산 공정과, 담금질 공정을 포함한다.In the carburizing process, carburizing is performed on an intermediate member (when the welding process is performed, an intermediate member joined integrally). In the carburizing process, a well-known carburizing process is performed. The carburizing process includes a carburizing process, a diffusion process, and a quenching process.

침탄 공정 및 확산 공정에서의 침탄 처리 조건은 적절히 조정하면 된다. 침탄 공정 및 확산 공정에서의 침탄 온도는 예를 들어, 830~1100℃이다.  침탄 공정 및 확산 공정에서의 카본 포텐셜은 예를 들어, 0.5~1.2%이다.  침탄 공정에서의 유지 시간은 예를 들어, 60분 이상이며, 확산 공정에서의 유지 시간은 30분 이상이다.  확산 공정에서의 카본 포텐셜은, 침탄 공정에서의 카본 포텐셜보다 낮게 하는 편이 바람직하다.  단, 침탄 공정 및 확산 공정에서의 조건은, 상술한 조건으로 한정되지 않는다.Carburizing treatment conditions in the carburizing process and the diffusion process may be appropriately adjusted. The carburizing temperature in the carburizing process and the diffusion process is, for example, 830 to 1100 ° C. The carbon potential in the carburizing process and the diffusion process is, for example, 0.5 to 1.2%. The holding time in the carburizing process is, for example, 60 minutes or more, and the holding time in the diffusion process is 30 minutes or more. The carbon potential in the diffusion step is preferably lower than the carbon potential in the carburizing step. However, the conditions in the carburizing process and the diffusion process are not limited to the above-mentioned conditions.

확산 공정 후, 주지의 담금질 공정을 실시한다.  담금질 공정에서는, 확산 공정 후의 중간 부재를 Ar3 변태점 이상의 담금질 온도에서 유지한다.  담금질 온도에서의 유지 시간은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 30~60분이다.  바람직하게는, 담금질 온도는, 침탄 온도보다 낮다.  담금질 매체의 온도를 실온~250℃로 하는 것이 바람직하다.  담금질 매체는 예를 들어, 물이나 기름이다.  또, 필요에 따라 담금질 후에 서브 제로 처리를 실시해도 된다.After the diffusion process, a well-known quenching process is performed. In the quenching process, the intermediate member after the diffusion process is maintained at a quenching temperature equal to or higher than the Ar3 transformation point. The holding time at the quenching temperature is not particularly limited, but is, for example, 30 to 60 minutes. Preferably, the quenching temperature is lower than the carburizing temperature. It is preferable to set the temperature of the quenching medium to room temperature to 250°C. The quenching medium is, for example, water or oil. Further, if necessary, sub-zero treatment may be performed after quenching.

[템퍼링 공정][Tempering process]

침탄 처리 공정 후의 중간 부재에 대해, 주지의 템퍼링 공정을 실시한다. 템퍼링 온도는 예를 들어, 100~250℃이다.  템퍼링 온도에서의 유지 시간은 예를 들어, 60~150분이다.A well-known tempering process is implemented with respect to the intermediate member after a carburizing process process. Tempering temperature is 100-250 degreeC, for example. The holding time at the tempering temperature is, for example, 60 to 150 minutes.

[그 외의 공정][Other processes]

필요에 따라, 템퍼링 공정 후의 침탄강 부품에 대해 추가로, 연삭 가공을 실시하거나, 쇼트 피닝 처리를 실시해도 된다.  연삭 가공을 실시함으로써, 정밀 형상을 침탄강 부품에 부여할 수 있다.  또, 쇼트 피닝 처리를 실시함으로써, 침탄강 부품의 표층부에 압축 잔류 응력이 도입된다.   압축 잔류 응력은 피로 균열의 발생 및 진전을 억제한다.  그 때문에, 침탄강 부품의 피로 강도를 높인다.  예를 들어, 침탄강 부품이 톱니바퀴인 경우, 침탄강 부품의 이뿌리 및 치면의 피로 강도를 향상시킬 수 있다.  쇼트 피닝 처리는, 주지의 방법으로 실시하면 된다. 쇼트 피닝 처리는 예를 들어, 직경이 0.7mm 이하인 쇼트 입자를 이용하여, 아크 하이트가 0.4mm 이상인 조건으로 실시하는 것이 바람직하다.If necessary, further grinding or shot peening may be performed on the carburized steel parts after the tempering step. By performing the grinding process, precise shapes can be imparted to the carburized steel parts. In addition, by performing the shot peening process, compressive residual stress is introduced into the surface layer portion of the carburized steel part. The compressive residual stress inhibits the initiation and propagation of fatigue cracks. Therefore, the fatigue strength of carburized steel parts is increased. For example, when the carburized steel part is a toothed wheel, the fatigue strength of the tooth root and tooth surface of the carburized steel part can be improved. The shot peening process may be performed by a known method. It is preferable to carry out the shot peening process using shot grains having a diameter of, for example, 0.7 mm or less, under conditions of an arc height of 0.4 mm or more.

상술한 바와 같이, 본 실시 형태의 강재는, 복수의 중간 부재를 용접하여 일체화된 침탄강 부품의 소재로서 적용 가능하다.  본 실시 형태의 강재는 또한, 용접하지 않고 침탄강 부품의 소재로서 적용하는 것도 당연히 가능하다.As described above, the steel material of the present embodiment can be applied as a raw material of a carburized steel part integrated by welding a plurality of intermediate members. The steel material of this embodiment can also be applied as a raw material for carburized steel parts without welding, as a matter of course.

실시예Example

실시예에 의해 본 개시의 강재의 일 양태의 효과를 더 구체적으로 설명한다.  실시예에서의 조건은, 본 개시의 강재의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해 채용한 일 조건예이다. 본 개시의 강재는, 이 일 조건예로 한정되지 않는다. 본 개시의 강재는, 본 개시의 요지를 일탈하지 않고, 본 개시의 목적을 달성하는 한, 여러 가지 조건을 채용할 수 있다.The effect of one aspect of the steel materials of the present disclosure will be described more specifically by examples. The conditions in the examples are examples of conditions employed to confirm the feasibility and effect of the steel materials of the present disclosure. The steel materials of this indication are not limited to this one conditional example. Various conditions can be employed for the steel materials of the present disclosure as long as the purpose of the present disclosure is achieved without departing from the gist of the present disclosure.

표 1에 나타내는 화학 조성의 용강을 준비했다.  이 때, 표 2에 나타내는 조건으로, 정련을 실시했다.  정련 후의 용강을, 연속 주조에 의해 주조하여 주편을 얻었다.  표 1 중의 공백 부분은, 대응하는 원소의 함유량이 검출 한계 미만이었다는 것을 의미한다.  즉, 공백 부분은, 대응하는 원소 함유량의 최소 자릿수에 있어서, 검출 한계 미만이었다는 것을 의미한다.  예를 들어, 표 1 중의 Cu 함유량의 경우, 최소 자릿수는 소수점 둘째 자리이다.  따라서, 시험 번호 1의 Cu 함유량은, 소수점 둘째 자리까지의 자릿수에 있어서, 검출되지 않았다는(유효 숫자가 소수점 둘째 자리까지의 함유량에 있어서, 0%였던) 것을 의미한다.Molten steel having the chemical composition shown in Table 1 was prepared. At this time, refining was performed under the conditions shown in Table 2. The molten steel after refining was cast by continuous casting to obtain a cast steel. A blank part in Table 1 means that the content of the corresponding element was less than the detection limit. That is, the blank part means that the minimum number of digits of the corresponding element content was less than the detection limit. For example, in the case of Cu content in Table 1, the minimum number of digits is the second decimal place. Therefore, the Cu content of Test No. 1 means that it was not detected in the number of digits to the second decimal place (significant digits were 0% in the content to the second decimal place).

표 2 중의 「제강 조건 (1)」은, 2차 정련 후의 1500~1600℃에서의 유지 시간 ts의 균일 혼합 시간 τ에 대한 비(=ts/τ)를 나타낸다.  표 2 중의 「제강 조건 (2)」는, Al, Si, Ca의 첨가 순서를 나타낸다.  「제강 조건 (2)」 란에 있어서 「1」은, Al을 첨가하여 탈산한 후, Si 및 Ca를 첨가한 것을 의미한다.  「2」는, Si를 첨가한 후, Al 및 Ca를 첨가한 것을 의미한다.  또한, 시험 번호 22, 24에 대해서는, 강 번호 B1의 화학 조성을 목표로 하여 제강 공정을 실시했다.  시험 번호 23, 25에 대해서는, 강 번호 C1의 화학 조성을 목표로 하여 제강 공정을 실시했다."Steelmaking conditions (1)" in Table 2 shows the ratio (=ts/τ) of the holding time ts at 1500 to 1600°C after the secondary refining to the uniform mixing time τ. "Steelmaking conditions (2)" in Table 2 shows the order of addition of Al, Si, and Ca. In the column of "Steelmaking conditions (2)", "1" means that Si and Ca were added after Al was added and deoxidized. "2" means that after adding Si, Al and Ca were added. In addition, about test numbers 22 and 24, the steelmaking process was performed targeting the chemical composition of steel number B1. About Test Nos. 23 and 25, the steelmaking process was performed targeting the chemical composition of steel No. C1.

제조된 주편을 1100~1300℃에서 가열한 후, 조압연 공정을 실시하여, 길이 방향에 수직인 단면이 162mm×162mm가 되는 빌렛으로 했다.  이 빌렛을 이용하여, 마무리 압연 공정을 실시했다.  마무리 압연 공정에서는, 1000~1250℃로 가열한 빌렛을 이용하여 연속 압연기에 의한 열간 압연을 실시하여, 길이 방향과 직교하는 절단면이 원형이며, 그 절단면의 직경이 30mm가 되는 봉강을 제조했다.  마무리 압연 공정 직후의 봉강에 대해 냉각 공정을 실시했다.  냉각 공정에 있어서의 800~500℃에서의 평균 냉각 속도(℃/초)는, 표 2에 나타내는 바와 같았다.  각 시험 번호마다, 냉각 공정 후의 봉강(이하, 「압연상태재」라고 한다)을 복수개 준비했다After heating the manufactured cast steel at 1100 to 1300 ° C., a rough rolling step was performed to obtain a billet having a cross section perpendicular to the longitudinal direction of 162 mm × 162 mm. The finish rolling process was performed using this billet. In the finish rolling step, hot rolling was performed using a continuous rolling mill using a billet heated to 1000 to 1250 ° C. to produce a steel bar having a circular cut surface orthogonal to the longitudinal direction and a diameter of 30 mm. A cooling process was performed on the steel bar immediately after the finish rolling process. The average cooling rate (°C/sec) at 800 to 500°C in the cooling step was as shown in Table 2. For each test number, a plurality of steel bars (hereinafter referred to as "rolled stock") after the cooling step were prepared.

각 시험 번호에 있어서, 준비된 복수의 봉강 중, 몇몇 봉강에 대해, 구상화 열처리 공정(SA 공정: Spherodizing Annealing)을 실시했다.  구상화 열처리에서는, 상기의 봉강을 740℃로 가열했다.  그 후, 봉강의 온도가 650℃가 될 때까지 냉각 속도 8℃/hr로 서랭했다.  강재 온도가 650℃~상온까지는 공냉하여, 구상화 열처리 공정을 실시한 봉강을 제조했다(이하, 「SA재」라고 한다).  이상의 제조 방법에 의해, 각 시험 번호의 강재(압연상태재, SA재)를 제조했다.In each test number, a spherodizing heat treatment process (SA process: Spherodizing Annealing) was performed on some of the prepared steel bars. In the spheroidization heat treatment, the above steel bar was heated at 740°C. Thereafter, the steel bar was slowly cooled at a cooling rate of 8°C/hr until the temperature of the steel bar reached 650°C. The steel material temperature was air-cooled from 650 ° C. to normal temperature, and a steel bar subjected to the spheroidization heat treatment process was manufactured (hereinafter referred to as “SA material”). Steel materials (rolled material, SA material) of each test number were manufactured by the above manufacturing method.

[평가 시험][Evaluation test]

각 시험 번호의 강재에 대해서, 다음의 시험을 실시했다.About the steel materials of each test number, the following test was implemented.

[미크로 조직 관찰 시험][Microstructure observation test]

미크로 조직 관찰 시험을 다음의 방법으로 실시했다.  구체적으로는, 각 시험 번호의 강재의 길이 방향에 수직인 단면 중, 표면으로부터의 직경 방향의 깊이를 d(mm)로 했을 때, d=0.05R 위치의 4개소(도 2에서는 90° 피치)로부터 샘플을 채취했다.  또한, d=0.1R 위치의 4개소(도 2에서는 90° 피치)로부터 샘플을 채취했다.  채취한 각 샘플의 표면 S를 관찰면으로 했다.  각 샘플의 관찰면을 경면으로 연마한 후, 나이탈 부식액에 10초 정도 침지하여, 에칭에 의한 조직 현출을 행했다.  에칭한 관찰면을, SEM을 이용하여, 2차 전자 상으로 3 시야 관찰했다. 시야 면적은 400μm2(배율 5000배)로 했다.  각 시야에 있어서, 베이나이트와, 그 외의 상(페라이트, 펄라이트, 시멘타이트 등)은, 상술한 바와 같이, 구별할 수 있었다.A microstructure observation test was conducted by the following method. Specifically, among the cross sections perpendicular to the longitudinal direction of the steel of each test number, when the radial depth from the surface is d (mm), d = 0.05R 4 locations (90 ° pitch in Fig. 2) samples were taken from In addition, samples were taken from four locations (90° pitch in Fig. 2) at the position of d = 0.1R. The surface S of each collected sample was used as the observation surface. After the observation surface of each sample was polished to a mirror surface, it was immersed in a nital corrosion solution for about 10 seconds, and the structure was exposed by etching. The etched observation surface was observed for three views on the secondary electron image using SEM. The visual field area was 400 µm 2 (magnification 5000 times). In each visual field, bainite and other phases (ferrite, pearlite, cementite, etc.) could be distinguished as described above.

압연상태재에 대해서는, 베이나이트 면적률(%)을 다음의 방법으로 구했다.For the as-rolled material, the bainite area ratio (%) was determined by the following method.

베이나이트 면적률(%)=24 시야에서의 베이나이트의 총 면적/24 시야의 총 면적×100Area ratio of bainite (%) = total area of bainite in 24 fields of view / total area of 24 fields of view × 100

구한 베이나이트 면적률이 95.0% 이상이면, 적어도 표면으로부터 0.1R 깊이의 표층 영역이 베이나이트 조직이라고 인정했다(표 2 중의 「압연상태재의 미크로 조직」에 있어서 「Y」).  한편, 구한 베이나이트 면적률이 95.0% 미만인 경우, 표면으로부터 0.1R 깊이의 표층 영역이 베이나이트 조직이 아니라고 인정했다(표 2 중의 「압연상태재의 미크로 조직」에 있어서 「N」).When the obtained bainite area ratio was 95.0% or more, it was recognized that at least the surface layer region at a depth of 0.1R from the surface was a bainite structure ("Y" in "microstructure of rolled material" in Table 2). On the other hand, when the obtained bainite area ratio was less than 95.0%, it was recognized that the surface layer region at a depth of 0.1R from the surface was not a bainite structure ("N" in "microstructure of rolled material" in Table 2).

SA재에 대해서는, 구상화 시멘타이트율(%)을 다음의 방법으로 구했다.  처음에, 각 시야(24 시야)에 있어서 각 시멘타이트의 장경(μm)과 단경(μm)을 구했다.  시멘타이트와 모상(페라이트)의 계면 상의 임의의 2점을 잇는 직선 중, 최대 직선의 길이를, 그 시멘타이트의 장경(μm)으로 정의했다.  시멘타이트와 모상의 계면 상의 임의의 2점을 잇는 직선 중, 장경과 수직으로 교차하는 직선의 길이를, 그 시멘타이트의 단경(μm)으로 정의했다.  구한 장경이 0.1μm 이상인 시멘타이트를 측정 대상(카운트 대상)으로 했다.  다음에, 측정 대상으로 한 각 시멘타이트의 애스펙트비(장경/단경)를 구했다.  애스펙트비가 3.0 이하인 시멘타이트를 「구상화 시멘타이트」로 정의했다.  24 시야에서의 시멘타이트의 총 개수에 대한, 24 시야에서의 구상화 시멘타이트의 총 개수의 비율(%)을, 구상화 시멘타이트율(%)로 정의했다.  구한 구상화 시멘타이트율이 90.0% 이상이었을 경우, 적어도 0.1R의 표층 영역이 구상화 시멘타이트 조직이라고 인정했다(표 2 중의 「SA재의 미크로 조직」에 있어서 「Y」).  한편, 구한 구상화 시멘타이트의 면적률이 90.0% 미만인 경우, 표면으로부터 0.1R 깊이의 표층 영역이 구상화 시멘타이트 조직이 아니라고 인정했다(표 2 중의 「SA재의 미크로 조직」에 있어서 「N」).  또한, 각 시험 번호의 SA재의 24 시야의 미크로 조직에서는 모두, 페라이트와, 시멘타이트로 이루어지는 조직이었다.  즉, 각 시험 번호의 SA재에서는, 표층 영역의 미크로 조직이 모두, 페라이트 및 시멘타이트로 이루어지는 조직이었다.About SA material, the spheroidized cementite rate (%) was calculated|required by the following method. First, the major axis (μm) and the minor axis (μm) of each cementite in each visual field (24 visual fields) were determined. Among the straight lines connecting arbitrary two points on the interface between cementite and the parent phase (ferrite), the length of the largest straight line was defined as the major axis (μm) of the cementite. Among the straight lines connecting arbitrary two points on the interface between cementite and the parent phase, the length of the straight line perpendicularly intersecting the major axis was defined as the minor axis (μm) of the cementite. Cementite having a determined major axis of 0.1 µm or more was used as a measurement target (count target). Next, the aspect ratio (major axis/minor axis) of each cementite as a measurement object was determined. Cementite having an aspect ratio of 3.0 or less was defined as "spheroidized cementite". The ratio (%) of the total number of objects of spheroidized cementite in 24 visual fields to the total number of objects of cementite in 24 visual fields was defined as the spheroidized cementite rate (%). When the calculated spheroidized cementite rate was 90.0% or more, it was recognized that the surface layer region of at least 0.1R was a spheroidized cementite structure ("Y" in "microstructure of SA material" in Table 2). On the other hand, when the area ratio of the obtained spheroidized cementite was less than 90.0%, it was recognized that the surface layer region at a depth of 0.1R from the surface was not a spheroidized cementite structure ("N" in "microstructure of SA material" in Table 2). Further, in the microstructures of the 24 fields of view of the SA materials of each test number, all were structures composed of ferrite and cementite. That is, in the SA material of each test number, all the microstructures in the surface layer region were structures composed of ferrite and cementite.

[한계 압축률 측정 시험][Limited Compression Ratio Measurement Test]

직경이 30mm인 각 시험 번호의 강재로부터, 강재의 길이 방향이 압축 방향이 되도록, 압축 시험편을 제작했다.  압축 시험편의 직경은 29.5mm이며, 길이는 44mm였다.  압축 시험편의 중심축은, 강재의 중심축과 거의 일치했다.  압축 시험편의 길이 방향에 있어서의 중앙 위치의 둘레 방향으로 절결을 형성했다.  절결 각도는 30°이고, 절결 깊이는 0.8mm이며, 절결 선단의 곡률 반경은 0.15mm였다. 압축 시험편은, 압연상태재, SA재로부터 각각 채취했다.  이하, 각 시험편에 있어서, 압연상태재로부터 채취한 것을 「압연상태 시험편」이라고 하고, SA재로부터 채취한 것을 「SA 시험편」이라고 한다.Compression test pieces were produced from the steel materials of each test number having a diameter of 30 mm so that the longitudinal direction of the steel materials became the compression direction. The diameter of the compression test piece was 29.5 mm, and the length was 44 mm. The central axis of the compression test piece substantially coincided with the central axis of the steel material. Notches were formed in the circumferential direction of the central position in the longitudinal direction of the compression test piece. The notch angle was 30°, the notch depth was 0.8 mm, and the radius of curvature of the notch tip was 0.15 mm. Compression test pieces were collected from the rolled material and the SA material, respectively. Hereinafter, in each test piece, a sample taken from a rolled material is referred to as a "rolled test piece", and a sample taken from an SA material is referred to as an "SA test piece".

상술한 압축 시험편(압연상태 시험편, SA 시험편)에 대해, 다음의 방법에 의해 한계 압축 시험을 실시했다.  한계 압축 시험에는, 500ton 유압 프레스기를 이용했다.  각 시험편에 대해, 구속 다이스를 사용하여 10mm/분의 스피드로 냉간 압축을 행했다.  절결 근방에 0.5mm 이상의 미소 균열이 생겼을 때에 압축을 정지하고, 그 때의 압축률(%)을 산출했다.  이 측정을 합계 10회 행하여, 누적 파손 확률이 50%가 되는 압축률(%)을 구하고, 그 압축률을 한계 압축률(%)로 정의했다. 각 시험 번호의 한계 압축률(%)을 표 2에 나타낸다.The compression test piece described above (rolled test piece, SA test piece) was subjected to a limit compression test by the following method. For the limit compression test, a 500 ton hydraulic press was used. For each test piece, cold compression was performed at a speed of 10 mm/min using a restraining die. Compression was stopped when a micro crack of 0.5 mm or more occurred in the vicinity of the notch, and the compression rate (%) at that time was calculated. This measurement was performed 10 times in total to determine the compression ratio (%) at which the cumulative breakage probability was 50%, and the compression ratio was defined as the limit compression ratio (%). The limiting compressibility (%) of each test number is shown in Table 2.

압연상태재에 대해서는, 상술한 바와 같이, 구상화 열처리 공정 전에 신선 가공 등의 냉간 인발 가공이 실시되는 경우가 있다.  이 경우, 압연상태재는, 냉간 인발 가공에 있어서, 내부 균열(쉐브론 크랙)에 의한 파단이 발생하지 않는 가공성을 가질 필요가 있다.  그 때문에, 압연상태 시험편에 대해서는, 한계 압축률이 50% 이상이 되는 경우, 한계 가공률이 우수한다고 판단했다.  또한, 압연상태 시험편의 한계 압축률이 50% 미만인 시험 번호에 대해서는, 그 후의 침탄강 부품의 평가 시험을 실시하지 않았다.As for the rolled material, as described above, cold drawing such as wire drawing may be performed before the spheroidization heat treatment step. In this case, the rolled material needs to have workability that does not cause breakage due to internal cracks (chevron cracks) in cold drawing. Therefore, for the test piece in the rolled state, it was judged that the limit working rate was excellent when the limit compression ratio was 50% or more. In addition, for test numbers in which the limit compressibility of the test piece in the rolled state was less than 50%, subsequent evaluation tests of carburized steel parts were not conducted.

SA 시험편에 대해서는, 침탄강 부품의 소재가 되는 종래의 강재의 한계 압축률이, 대략 65%이므로, 이 값보다 명백하게 높은 값이라고 볼 수 있는 75% 이상이 되는 경우를, 한계 가공률이 우수하다고 판단했다.  또한, 한계 압축률이 75% 미만인 시험 번호에 대해서는, 침탄강 부품의 평가 시험을 실시하지 않았다.Regarding the SA test piece, since the limit compressibility of conventional steel used as a material for carburized steel parts is approximately 65%, it is judged that the limit working rate is excellent when it is 75% or more, which can be regarded as a value clearly higher than this value. did. In addition, the evaluation test of the carburized steel part was not performed about the test number whose limit compressibility was less than 75%.

[Mn 황화물 개수 및 산화물 개수 측정 시험][Mn sulfide number and oxide number measurement test]

상술한 각 시험 번호의 압연상태재 및 SA재 각각으로부터 샘플을 채취했다. 구체적으로는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 압연상태재, SA재의 중심 축선 C1로부터 직경 방향으로 R/2 위치로부터, 샘플을 채취했다.  샘플의 관찰면의 사이즈는 L1×L2로서 L1을 10mm로 하고, L2를 5mm로 했다.  또한, 관찰면과 수직 방향인 샘플 두께 L3을 5mm로 했다.  관찰면의 법선 N은, 중심 축선 C1에 수직으로 하고, R/2 위치는, 관찰면의 중앙 위치에 상당했다.Samples were taken from each of the as-rolled material and the SA material of each test number described above. Specifically, as shown in Fig. 3, samples were taken from the position R/2 in the radial direction from the central axis C1 of the rolled material and the SA material. The size of the observation surface of the sample was L1×L2, where L1 was 10 mm and L2 was 5 mm. In addition, the sample thickness L3 in the direction perpendicular to the observation plane was set to 5 mm. The normal line N of the observation surface was perpendicular to the central axis C1, and the R/2 position corresponded to the central position of the observation surface.

채취된 샘플의 관찰면을 경면 연마하고, 주사형 전자 현미경(SEM)을 이용하여 1000배의 배율로 랜덤으로 20 시야(1 시야당 평가 면적 100μm×100μm)를 관찰했다(압연상태재에서 20 시야, SA재에서 20 시야).The observation surface of the collected sample was mirror-polished, and 20 fields of view (evaluation area per field of view: 100 μm × 100 μm) were randomly observed at a magnification of 1000 times using a scanning electron microscope (SEM) (20 fields of view in a rolled state material). , 20 fields of view in SA material).

각 시야 중의 개재물을 특정했다.  특정한 각 개재물에 대해, 에너지 분산형 X선 분광법(EDX)을 이용하여, Mn 황화물 및 산화물을 식별했다.  구체적으로는, EDX를 이용하여, 각 개재물에서 적어도 2점의 측정점에서 원소 분석을 실시했다.  그리고, 각 개재물에 있어서, 각 측정점에서 얻어진 원소 함유량의 산술 평균값을, 그 개재물에 있어서의 각 원소의 함유량(질량%)으로 정의했다.  1개의 개재물에 있어서 2개의 측정점에서 원소 분석한 경우, 2개의 측정점에서 얻어진 Mn 함유량의 산술 평균값, S 함유량의 산술 평균값, 및, O 함유량의 산술 평균값을, 그 개재물에서의 Mn 함유량(질량%), S 함유량(질량%), 및, O 함유량(질량%)으로 정의했다.  특정된 개재물의 원소 분석 결과에 있어서, Mn 함유량이 10.0% 이상이고, S 함유량이 10.0% 이상이며, O 함유량이 10.0% 미만인 경우, 그 개재물을 Mn 황화물로 인정했다.  또, 특정된 개재물의 원소 분석 결과에 있어서, O 함유량이 10.0% 이상인 경우, 그 개재물을 산화물로 인정했다.  특정 대상으로 하는 개재물은, 원상당경이 0.5μm 이상인 개재물로 했다.  또, 개재물의 특정에 사용하는 EDX의 빔 직경은 0.2μm로 했다.Inclusions in each visual field were identified. For each specific inclusion, Mn sulfides and oxides were identified using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). Specifically, using EDX, elemental analysis was performed at at least two measurement points for each inclusion. Then, in each inclusion, the arithmetic average value of the element content obtained at each measurement point was defined as the content (mass%) of each element in the inclusion. In the case of elemental analysis at two measuring points in one inclusion, the arithmetic mean value of the Mn content, the arithmetic mean value of the S content, and the arithmetic mean value of the O content obtained at the two measuring points were taken as the Mn content (% by mass) in the inclusion. , S content (mass %), and O content (mass %). In the result of elemental analysis of the specified inclusion, when the Mn content was 10.0% or more, the S content was 10.0% or more, and the O content was less than 10.0%, the inclusion was recognized as Mn sulfide. Further, in the result of elemental analysis of the specified inclusion, when the O content was 10.0% or more, the inclusion was recognized as an oxide. Inclusions made into a specific target were inclusions having an equivalent circle diameter of 0.5 µm or more. In addition, the beam diameter of EDX used for identification of inclusions was set to 0.2 µm.

압연상태재 및 SA재 각각에 있어서, 원상당경이 0.5μm 이상인 Mn 황화물 및 산화물을, 측정 대상으로 했다.  각 시야에서 특정된 Mn 황화물의 총 개수와, 20 시야의 총 면적에 의거하여, Mn 황화물의 단위 면적당 개수(개/mm2)를 구했다. 또, 각 시야에서 특정된 산화물의 총 개수와, 20 시야의 총 면적에 의거하여, 산화물의 단위 면적당 개수(개/mm2)를 구했다.In each of the rolled material and the SA material, Mn sulfides and oxides having an equivalent circle diameter of 0.5 µm or more were measured. Based on the total number of Mn sulfides specified in each visual field and the total area of 20 visual fields, the number of Mn sulfides per unit area (pcs/mm 2 ) was determined. Further, the number of oxides per unit area (piece/mm 2 ) was determined based on the total number of oxides specified in each visual field and the total area of 20 visual fields.

표 2에, 압연상태재에서의 Mn 황화물 개수(개/mm2), 압연상태재에서의 산화물 개수(개/mm2)를 나타낸다.  또한, 각 시험 번호에 있어서, SA재의 Mn 황화물 개수는, 압연상태재의 Mn 황화물 개수와 같고, SA재의 산화물 개수는, 압연상태재의 산화물 개수와 같았다.Table 2 shows the number of Mn sulfides in the rolled material (pcs/mm 2 ) and the number of oxides in the rolled material (pcs/mm 2 ). In each test number, the number of Mn sulfides in the SA material was the same as the number of Mn sulfides in the rolled material, and the number of oxides in the SA material was the same as the number of oxides in the rolled material.

[침탄강 부품의 제조][Manufacture of carburized steel parts]

각 시험 번호의 압연상태재에 대해, 구상화 소둔을 실시했다.  구체적으로는, 압연상태재를 740℃로 가열했다.  그 후, 압연상태재의 온도가 650℃가 될 때까지 냉각 속도 8℃/hr로 서랭했다.  강재 온도가 650℃~상온까지는 공냉하여, 구상화 소둔된 압연상태재를 제조했다.Spheroidization annealing was performed on the rolled material of each test number. Specifically, the rolled material was heated to 740°C. Thereafter, it was slowly cooled at a cooling rate of 8°C/hr until the temperature of the rolled material reached 650°C. The steel material temperature was air-cooled from 650 ° C. to normal temperature to manufacture a rolled state material subjected to spheroidization annealing.

구상화 소둔된 압연상태재로부터, 시험편을 채취했다.  시험편은 환봉이고, 직경이 29.5mm이며, 길이는 44mm였다.  시험편의 길이 방향은, 압연상태재의 길이 방향과 같은 것으로 했다.Test pieces were taken from the rolled material subjected to spheroidizing annealing. The test piece was a round bar, had a diameter of 29.5 mm, and a length of 44 mm. The longitudinal direction of the test piece was the same as that of the rolled material.

이 시험편에, 냉간 단조를 모의하여, 냉간으로 압축률 50%의 업세팅 압축을 행했다.  업세팅 압축은 상온에서 실시하고, 구속 다이스를 사용했다.  업세팅 압축 시의 변형 속도를 1/초로 했다.  업세팅 압축 후의 시험편에 대해, 변성로 가스 방식에 의한 가스 침탄을 행했다.  이 가스 침탄에서는, 카본 포텐셜을 0.8%로 하여, 950℃에서 5시간의 유지를 행하고, 이어서, 850℃에서 0.5시간의 유지를 행했다.  가스 침탄 후에, 마무리 열처리 공정으로서, 130℃로의 기름 담금질을 실시했다.  담금질 후, 150℃에서 90분의 템퍼링을 실시했다.  이상의 공정에 의해, 압연상태재로부터 침탄강 부품을 모의한 시험편을 제작했다.Cold forging was simulated to this test piece, and upsetting compression of 50% of a compression ratio was performed cold. Upsetting compression was performed at room temperature, and restraining dies were used. The strain rate at the time of upsetting compression was set to 1/sec. The test piece after upsetting compression was subjected to gas carburization by a gas method in a denaturing furnace. In this gas carburizing, the carbon potential was set to 0.8%, holding was performed at 950°C for 5 hours, and then holding was performed at 850°C for 0.5 hours. After gas carburizing, oil quenching at 130°C was performed as a finish heat treatment step. After quenching, tempering was performed at 150°C for 90 minutes. Through the above process, a test piece simulating a carburized steel part was produced from the rolled material.

각 시험 번호의 SA재에 대해서도, 상술한 압연상태재와 같은 방법으로, 침탄강 부품을 모의한 시험편을 제작했다.  구체적으로는, 각 시험 번호의 SA재로부터, 시험편을 채취했다.  시험편은 환봉이고, 직경이 29.5mm이며, 길이는 44mm였다.  시험편의 길이 방향은, SA재의 길이 방향과 같은 것으로 했다.  이 시험편에, 냉간 단조를 모의하여, 냉간으로 압축률 50%의 업세팅 압축을 행했다.  업세팅 압축은 상온에서 실시하고, 구속 다이스를 사용했다.  업세팅 압축 시의 변형 속도를 1/초로 했다.  업세팅 압축 후의 시험편에 대해, 변성로 가스 방식에 의한 가스 침탄을 행했다.  이 가스 침탄에서는, 카본 포텐셜을 0.8%로 하여, 950℃에서 5시간의 유지를 행하고, 이어서, 850℃에서 0.5시간의 유지를 행했다.  가스 침탄 후에, 마무리 열처리 공정으로서, 130℃로의 기름 담금질을 실시했다.  담금질 후, 150℃에서 90분의 템퍼링을 실시했다.  이상의 공정에 의해, SA재로부터 침탄강 부품을 모의한 시험편을 제작했다.Also for the SA material of each test number, a test piece simulating a carburized steel part was produced in the same way as for the above-described rolled material. Specifically, test pieces were sampled from the SA material of each test number. The test piece was a round bar, had a diameter of 29.5 mm, and a length of 44 mm. The longitudinal direction of the test piece was the same as that of the SA material. Cold forging was simulated to this test piece, and upsetting compression of 50% of a compression ratio was performed cold. Upsetting compression was performed at room temperature, and restraining dies were used. The strain rate at the time of upsetting compression was set to 1/sec. The test piece after upsetting compression was subjected to gas carburization by a gas method in a denaturation furnace. In this gas carburizing, the carbon potential was set to 0.8%, holding was performed at 950°C for 5 hours, and then holding was performed at 850°C for 0.5 hours. After gas carburizing, oil quenching at 130°C was performed as a finish heat treatment step. After quenching, tempering was performed at 150°C for 90 minutes. Through the above process, a test piece simulating a carburized steel part was produced from the SA material.

[침탄강 부품의 평가 시험][Evaluation test of carburized steel parts]

상기 제조한 침탄강 부품 모의 시험편(압연상태재, SA재)의, 침탄층 및 심부에 대해, 다음의 시험을 실시했다.The following tests were conducted on the carburized layer and the core of the simulated carburized steel parts produced above (rolled material, SA material).

[침탄층의 비커스 경도 시험][Vickers hardness test of carburized layer]

각 시험 번호의 침탄강 부품을 모의한 상기 시험편(압연상태재, SA재)의 길이 방향에 수직인 절단면에 있어서, 표면으로부터 50μm 깊이 위치의 비커스 경도와, 표면으로부터 0.4mm 깊이 위치의 비커스 경도를, 마이크로 비커스 경도계를 이용하여, JIS Z 2244(2009)에 준거한 비커스 경도 시험에 의해 구했다.  시험력은 0.49N으로 했다.  50μm 깊이 위치 10개소의 비커스 경도 HV를 측정하고, 그 평균값을, 50μm 깊이 위치에서의 비커스 경도 HV로 했다.  또, 0.4mm 깊이 위치 10개소의 비커스 경도 HV를 측정하고, 그 평균값을, 0.4mm 깊이 위치에서의 비커스 경도 HV로 했다.In the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the test piece (rolled material, SA material) simulating the carburized steel parts of each test number, the Vickers hardness at a depth of 50 μm from the surface and the Vickers hardness at a depth of 0.4 mm from the surface , Using a micro Vickers hardness tester, it was determined by a Vickers hardness test based on JIS Z 2244 (2009). The test force was 0.49 N. The Vickers hardness HV at 10 locations at a depth of 50 μm was measured, and the average value was taken as the Vickers hardness HV at a location at a depth of 50 μm. In addition, the Vickers hardness HV at 10 positions at a depth of 0.4 mm was measured, and the average value was taken as the Vickers hardness HV at a position at a depth of 0.4 mm.

표면으로부터 깊이 0.4mm의 위치에서의 경도가 600HV 이상이면, 침탄층이 표면으로부터 적어도 0.4mm까지 존재한다고 판단했다.  또, 표면으로부터 깊이 50μm의 위치에서의 비커스 경도가 650~1000HV인 경우, 침탄강 부품의 침탄층의 경도가 충분하다고 판단했다.  측정 결과를 표 3에 나타낸다.If the hardness at a position at a depth of 0.4 mm from the surface was 600 HV or more, it was determined that the carburized layer existed from the surface to at least 0.4 mm. In addition, when the Vickers hardness at a position at a depth of 50 μm from the surface was 650 to 1000 HV, it was determined that the hardness of the carburized layer of the carburized steel part was sufficient. Table 3 shows the measurement results.

[침탄층의 미크로 조직 관찰 시험][Microstructure observation test of carburized layer]

침탄강 부품을 모의한 상기 시험편(압연상태재, SA재)의 표면으로부터 깊이 0.4mm 위치에서의 미크로 조직을, 다음의 방법으로 구했다.  시험편의 표면으로부터 깊이 0.4mm 위치를 표면에 포함하는 샘플을 채취했다.  샘플의 표면에 대해, 피크럴액에 의한 에칭을 실시했다.  에칭 후의 표면 중, 임의의 3 시야를 SEM을 이용하여 2차 전자 상으로 관찰했다.  각 시야의 면적은 400μm2(배율 5000배)로 했다.  마르텐사이트 및 베이나이트(템퍼드 마르텐사이트 및 템퍼드 베이나이트를 포함한다), 페라이트, 펄라이트, 시멘타이트는, 콘트라스트로부터 판별 가능했다. 0.4mm 깊이 위치 샘플의 3 시야에 있어서의 마르텐사이트의 총 면적을 구했다. 구한 마르텐사이트의 총 면적의, 3 시야의 총 면적에 대한 비율을, 깊이 0.5μm 위치에서의 마르텐사이트의 면적률(%)로 정의했다.The microstructure at a depth of 0.4 mm from the surface of the test piece (rolled material, SA material) simulating a carburized steel part was determined by the following method. A sample containing a position at a depth of 0.4 mm from the surface of the test piece was collected on the surface. The surface of the sample was etched with picral liquid. Among the surfaces after etching, three arbitrary fields of view were observed as secondary electron images using SEM. The area of each visual field was 400 µm 2 (magnification: 5000 times). Martensite and bainite (including tempered martensite and tempered bainite), ferrite, pearlite, and cementite could be discriminated from contrast. The total area of martensite in 3 visual fields of the sample at a depth of 0.4 mm was determined. The ratio of the calculated total area of martensite to the total area of the three visual fields was defined as the area ratio (%) of martensite at a depth of 0.5 μm.

[심부의 비커스 경도 시험 및 화학 조성 특정][Vickers hardness test of core and chemical composition specification]

침탄강 부품을 모의한 상기 시험편의 심부의 비커스 경도 및 화학 조성을 다음의 방법으로 측정했다.  침탄강 부품의 길이 방향에 수직인 절단면에 있어서, 표면으로부터 2.0mm 깊이 위치의 비커스 경도를, 마이크로 비커스 경도계를 이용하여, JIS Z 2244(2009)에 준거한 비커스 경도 시험에 의해 구했다.  시험력은 0.49N으로 했다.  2.0mm 깊이 위치에서 10회의 측정을 행하고, 그 평균값을 표면으로부터 2.0mm 깊이 위치에서의 비커스 경도(HV)로 했다.  얻어진 비커스 경도를 표 3에 나타낸다.  0.2mm 깊이 위치에서의 비커스 경도가, 250~500HV인 경우, 심부 경도가 충분하며 합격으로 판정했다.  또한, 0.4mm 깊이 위치에서의 비커스 경도가 600HV 이상이며, 또한, 2.0mm 위치에서의 비커스 경도가 600HV 미만인 경우, 침탄층이 0.4~2.0mm 미만의 유효 경화층을 갖는다고 판단했다.  즉, 이 경우, 표면으로부터 2.0mm 깊이 위치는 심부로 인정했다.The Vickers hardness and chemical composition of the core part of the test piece simulating a carburized steel part were measured by the following method. In the cut surface perpendicular to the longitudinal direction of the carburized steel part, the Vickers hardness at a depth of 2.0 mm from the surface was obtained by a Vickers hardness test based on JIS Z 2244 (2009) using a micro Vickers hardness tester. The test force was 0.49 N. Measurements were made 10 times at a depth of 2.0 mm, and the average value was taken as the Vickers hardness (HV) at a depth of 2.0 mm from the surface. The obtained Vickers hardness is shown in Table 3. When the Vickers hardness at a depth of 0.2 mm was 250 to 500 HV, the core hardness was sufficient and judged as pass. In addition, when the Vickers hardness at the 0.4 mm depth position is 600 HV or more and the Vickers hardness at the 2.0 mm position is less than 600 HV, the carburized layer is judged to have an effective hardened layer of 0.4 to less than 2.0 mm. That is, in this case, a position at a depth of 2.0 mm from the surface was recognized as a deep part.

[침탄강 부품의 조립(粗粒)의 유무][Presence or absence of granulation of carburized steel parts]

상기 침탄강 부품을 모의한 상기 시험편(압연상태재 및 SA재)의 심부에 대해서, 표면으로부터 깊이 2mm의 위치에서의, 구 오스테나이트 결정립의 관찰을 행했다.  구체적으로는, 침탄강 부품의 길이 방향에 수직인 절단면을 관찰면으로 했다.  관찰면을 경면 연마한 후, 피크르산 포화 수용액으로 에칭을 행했다.  에칭된 관찰면의, 표면으로부터 2mm 깊이 위치를 포함하는 시야(300μm×300μm)를 광학 현미경(400배)으로 관찰하여, 구 오스테나이트 결정립을 특정했다.  특정된 구 오스테나이트 결정립에 대해, JIS G 0551(2013)에 준거하여, 각 구 오스테나이트 결정립의 결정 입경을 원상당경(μm)으로 구했다.  구 오스테나이트 결정립 중, 원상당경이 상기 JIS 규정의 결정 입도 번호의 4번에 상당하는 원상당경(88.4μm)을 넘는 결정립이 하나라도 존재하고 있는 경우에 「조대 입자 발생 있음」으로 판정했다.  판정 결과를 표 3에 나타낸다.For the core part of the test piece (rolled material and SA material) simulating the carburized steel part, prior austenite crystal grains were observed at a depth of 2 mm from the surface. Specifically, the cut plane perpendicular to the longitudinal direction of the carburized steel parts was used as the observation plane. After the observation surface was mirror-polished, it was etched with a saturated picric acid aqueous solution. A field of view (300 μm × 300 μm) covering a position at a depth of 2 mm from the surface of the etched observation surface was observed with an optical microscope (400 times) to identify prior austenite crystal grains. For the specified prior austenite crystal grains, the crystal grain size of each prior austenite crystal grain was determined as an equivalent circular diameter (μm) in accordance with JIS G 0551 (2013). Among the prior austenite crystal grains, if at least one crystal grain with an equivalent circle diameter exceeding the equivalent circle diameter (88.4 μm) corresponding to No. 4 of the crystal grain size number of the JIS stipulation was present, it was judged as “coarse grain generation present”. The determination results are shown in Table 3.

[접합 후 침탄강 부품의 피로 강도 평가 시험][Fatigue strength evaluation test of carburized steel parts after joining]

각 시험 번호의 압연상태재 및 SA재를 기계 가공하여, 직경 20mm, 길이 150mm의 환봉을 제작했다.  이 환봉(압연상태재, SA재)을 이용하여, 기본 피로 시험편, 및, 접합 피로 시험편을 제작했다.  또한, 하기 기본 피로 시험편, 및, 접합 피로 시험편을 제작하기 전에 있어서, 압연상태재에 대해 상술과 같은 조건의 구상화 소둔을 실시하고, 그 후, 기계 가공에 의해 직경 20mm, 길이 150mm의 환봉을 제작했다.A round bar having a diameter of 20 mm and a length of 150 mm was produced by machining the rolled material and the SA material of each test number. Using this round bar (rolled material, SA material), a basic fatigue test piece and a bonded fatigue test piece were produced. In addition, before producing the following basic fatigue test piece and joint fatigue test piece, the rolled material is subjected to spheroidization annealing under the same conditions as described above, and then a round bar having a diameter of 20 mm and a length of 150 mm is produced by machining. did.

기본 피로 시험편은, 다음의 방법으로 제작했다.  직경 20mm, 길이 150mm 환봉의 단면 중앙부로부터 평가부 직경 8mm, 평행부 길이 15mm의 오노식 회전 굽힘 피로 시험편을 작성했다.  이 시험편을, 기본 피로 시험편으로 했다.  기본 피로 시험편의 길이 방향은, 환봉의 길이 방향과 같았다.The basic fatigue test piece was produced by the following method. An Ono type rotary bending fatigue test piece having an evaluation part diameter of 8 mm and a parallel part length of 15 mm was prepared from the center of the cross section of a round bar with a diameter of 20 mm and a length of 150 mm. This test piece was used as a basic fatigue test piece. The longitudinal direction of the basic fatigue test piece was the same as the longitudinal direction of the round bar.

접합 피로 시험편은, 다음의 방법으로 제작했다.  같은 시험편 번호끼리의 직경 20mm, 길이 150mm 환봉을 맞대어, 다음의 마찰 압접 조건으로 접합 환봉을 작성했다.Joint fatigue test pieces were produced by the following method. Round bars with a diameter of 20 mm and a length of 150 mm of the same test piece number were butted together to create a joined round bar under the following friction welding conditions.

마찰 압접 조건: Friction welding conditions:

마찰 압력: 100MPa, Frictional pressure: 100MPa;

마찰 시간: 5초, Friction time: 5 seconds;

업세팅 압력(접합부에 대한 환봉 양단부로부터의 가압력): 200MPa, Upsetting pressure (pressing force from both ends of the round bar to the junction): 200 MPa,

업세팅 시간(접합부에 대한 가압 시간): 5초, Upsetting time (pressing time to joint): 5 seconds;

회전수: 2000rpm, RPM: 2000 rpm,

소실 길이: 5~12mm.Loss length: 5-12mm.

접합 환봉의 단면 중앙부로부터 평가부 직경 8mm, 평행부 길이 15.0mm의 오노식 회전 굽힘 피로 시험편을 작성하여, 압접 피로 시험편으로 했다.  압접 피로 시험편에서는, 평행부의 길이 방향 중앙부를 접합면으로 했다.  접합 피로 시험편의 길이 방향은, 환봉의 길이 방향과 같았다.An Ono type rotational bending fatigue test piece having an evaluation portion diameter of 8 mm and a parallel portion length of 15.0 mm was prepared from the central portion of the cross section of the joined round bar, and it was used as a pressure welding fatigue test piece. In the pressure welding fatigue test piece, the central part in the longitudinal direction of the parallel part was used as the bonding surface. The longitudinal direction of the joint fatigue test piece was the same as the longitudinal direction of the round bar.

기본 피로 시험편 및 접합 피로 시험편에 대해, 다음의 침탄 담금질 처리를 실시하여, 침탄강 부품(구상화 열처리 후의 압연상태재를 사용한 시험편, SA재를 사용한 시험편)으로 했다.  침탄 담금질 처리에서는, 변성로 가스 방식에 의한 가스 침탄을 실시했다.  구체적으로는, 카본 포텐셜을 0.8%로 하여, 950℃에서 5시간 유지했다.  그 후, 같은 카본 포텐셜에 있어서 850℃에서 0.5시간 유지했다. 그 후, 130℃의 기름에 침지하여, 기름 담금질을 실시했다.  기름 담금질 후, 150℃에서 90분 유지하는 템퍼링을 실시했다.  이상의 방법에 의해, 침탄강 부품을 모의한 오노식 회전 굽힘 피로 시험편(기본 피로 시험편, 접합 피로 시험편)을 제작했다.The following carburizing and quenching treatment was performed on the basic fatigue test piece and the bonded fatigue test piece to obtain carburized steel parts (test pieces using rolled materials after spheroidizing heat treatment, test pieces using SA materials). In the carburizing and quenching treatment, gas carburizing was performed by a gas method in a denaturation furnace. Specifically, the carbon potential was set to 0.8% and maintained at 950°C for 5 hours. After that, it was held at 850°C for 0.5 hour at the same carbon potential. Then, it was immersed in 130 degreeC oil and oil quenching was performed. After oil quenching, tempering was performed at 150°C for 90 minutes. By the above method, Ono-type rotary bending fatigue test pieces (basic fatigue test pieces, joined fatigue test pieces) simulating carburized steel parts were produced.

제작된 기본 피로 시험편, 접합 피로 시험편에 대해, 오노식 회전 굽힘 피로 시험을 실시했다.  구체적으로는, 상술한 각 오노식 회전 굽힘 피로 시험편(기본 피로 시험편, 접합 피로 시험편)을 이용하여, 실온, 대기 분위기 중에서, JIS Z 2274(1978)에 준거한 오노식 회전 굽힘 피로 시험을 실시했다.  회전수를 3000rpm으로 하고, 응력비 R을 -1으로 하며, 응력 부하 반복 횟수가 1×107 사이클 후에 있어서 파단되지 않은 최대 응력을 피로 강도(MPa)로 했다.The Ohno type rotational bending fatigue test was performed on the fabricated basic fatigue test pieces and joint fatigue test pieces. Specifically, an Ono-type rotational bending fatigue test conforming to JIS Z 2274 (1978) was conducted using each of the above-mentioned Ono rotational bending fatigue test pieces (basic fatigue test piece, bonded fatigue test piece) at room temperature in an air atmosphere. . The rotational speed was 3000 rpm, the stress ratio R was -1, and the maximum stress that did not break after a cycle of 1×10 7 cycles of stress loading was defined as fatigue strength (MPa).

기본 피로 시험편의 피로 강도(MPa)에 대한, 접합 피로 시험편의 피로 강도(MPa)의 비(%)를 피로 강도비로 정의했다.  즉, 피로 강도비는 다음의 식으로 정의되었다.The ratio (%) of the fatigue strength (MPa) of the bonded fatigue test piece to the fatigue strength (MPa) of the basic fatigue test piece was defined as the fatigue strength ratio. That is, the fatigue strength ratio was defined by the following equation.

피로 강도비(%)=접합 피로 시험편의 피로 강도/기본 피로 시험편의 피로 강도×100Fatigue strength ratio (%) = Fatigue strength of bonded fatigue test piece/Fatigue strength of basic fatigue test piece × 100

얻어진 피로 강도비를 표 3에 나타낸다.  피로 강도비가 85% 이상이면, 접합 후에 있어서도, 우수한 피로 강도가 얻어졌다고 판단했다.The obtained fatigue strength ratios are shown in Table 3. When the fatigue strength ratio was 85% or more, it was judged that excellent fatigue strength was obtained even after bonding.

[시험 결과][Test result]

시험 결과를 표 2 및 표 3에 나타낸다.  표 2 및 표 3을 참조하여, 시험 번호 1~11 및 28의 화학 조성은 적절하며, 식 (1)~식 (3)을 만족했다.  또한, 제강 조건도 적절했다.  또, 냉각 공정에서의 냉각 속도도 적절했다.  그 때문에, 압연상태재 및 SA재에서의 MnS 개수는 70.0개/mm2 이하이며, 또한, 산화물 개수는 25.0개/mm2 이하였다.  또한, 압연상태재에 있어서, 적어도 표면으로부터 0.1R 깊이까지의 표층 영역에서의 베이나이트 면적률은 95.0% 이상(표 2 중의 「압연상태재의 미크로 조직」 란에서 「Y」)이고, SA재에 있어서, 적어도 표면으로부터 0.1R 깊이까지의 표층 영역의 미크로 조직이 페라이트 및 시멘타이트로 이루어지며, 표층 영역에서의 시멘타이트의 구상화율이 90.0% 이상(표 2 중의 「SA재의 미크로 조직」 란에서 「Y」)이었다.  그 결과, 압연상태재에서의 한계 압축률은 50% 이상이고, SA재에서의 한계 압축률은 75% 이상이며, 우수한 한계 압축률을 나타냈다.The test results are shown in Table 2 and Table 3. Referring to Tables 2 and 3, the chemical compositions of Test Nos. 1 to 11 and 28 were appropriate and satisfied the formulas (1) to (3). Also, the steelmaking conditions were appropriate. Moreover, the cooling rate in the cooling process was also appropriate. Therefore, the number of MnS in the rolled material and the SA material was 70.0/mm 2 or less, and the number of oxides was 25.0/mm 2 or less. In addition, in the rolled material, the bainite area ratio in the surface layer region at least from the surface to the depth of 0.1R is 95.0% or more ("Y" in the column of "Microstructure of the rolled material" in Table 2), In this case, the microstructure of the surface layer region from at least the surface to a depth of 0.1R is made of ferrite and cementite, and the spheroidization rate of cementite in the surface layer region is 90.0% or more ("Y" in the column "Microstructure of SA material" in Table 2 ) was As a result, the limit compression ratio in the rolled material was 50% or more, and the limit compression ratio in the SA material was 75% or more, showing excellent limit compression ratio.

또한, 표 3을 참조하여, 압연상태재를 이용하여 제작한 침탄강 부품을 모의한 시험편에 있어서, 50μm 깊이 위치에서의 비커스 경도는 650~1000HV이고, 0.4mm 깊이 위치에서의 마르텐사이트 면적률은 90.0% 이상이며, 0.4mm 깊이 위치에서의 비커스 경도는 600~900HV 이상이었다.  또한, 표면으로부터 2.0mm 깊이 위치에서의 비커스 경도는 250~500HV이고, 침탄층의 유효 경화층 깊이가 0.4~2.0mm 미만이었다.  또한, 심부에 있어서, 구 오스테나이트 입계가 조대화하지 않았다.  또한, 접합 피로 시험편 및 기본 피로 시험편에 의거한 피로 강도비는 모두 85% 이상으로 높아, 접합된 경우여도, 용접 후여도 우수한 피로 강도를 나타냈다.In addition, referring to Table 3, in a test piece simulating a carburized steel part manufactured using a rolled material, the Vickers hardness at a depth of 50 μm is 650 to 1000 HV, and the martensite area ratio at a depth of 0.4 mm is 90.0% or more, and the Vickers hardness at a depth of 0.4 mm was 600 to 900 HV or more. In addition, the Vickers hardness at a depth of 2.0 mm from the surface was 250 to 500 HV, and the effective hardened layer depth of the carburized layer was less than 0.4 to 2.0 mm. Further, prior austenite grain boundaries were not coarsened in the core portion. In addition, the fatigue strength ratio based on the bonded fatigue test piece and the basic fatigue test piece were both as high as 85% or more, showing excellent fatigue strength even when joined or after welding.

한편, 시험 번호 12에서는, C 함유량이 너무 높았다.  그 때문에, 압연상태재의 한계 압축률이 50% 미만이 되었다.  또한, SA재의 한계 압축률이 75% 미만이 되어, 충분한 한계 압축률이 얻어지지 않았다.On the other hand, in test number 12, the C content was too high. Therefore, the limit compressibility of the rolled material was less than 50%. Also, the limit compression rate of the SA material was less than 75%, and a sufficient limit compression rate was not obtained.

시험 번호 13에서는, C 함유량이 너무 낮았다.  그 때문에, 침탄강 부품을 모의한 시험편의 심부에 있어서, 충분한 경도가 얻어지지 않았다.In Test No. 13, the C content was too low. Therefore, sufficient hardness was not obtained in the core part of the test piece simulating a carburized steel part.

시험 번호 14에서는, 산소 함유량이 너무 높았다.  그 때문에, 산화물 개수가 너무 많았다.  그 결과, 압연상태재 및 SA재의 접합 피로 시험편 및 기본 피로 시험편에 의거한 피로 강도비가 85% 미만으로 낮아, 용접 후의 피로 강도가 낮았다.In Test No. 14, the oxygen content was too high. For that reason, the number of oxides was too large. As a result, the fatigue strength ratio based on the bonded fatigue test specimens and basic fatigue test specimens of the rolled material and SA material was as low as less than 85%, and the fatigue strength after welding was low.

시험 번호 15에서는, N 함유량이 너무 높았다.  그 때문에, 고용 B를 확보하지 못하고, 심부 경도가 너무 낮았다.In Test No. 15, the N content was too high. Therefore, solid solution B could not be secured, and core hardness was too low.

시험 번호 16 및 29에서는, F1이 식 (1)의 상한을 넘었다.  그 때문에, 압연상태재 및 SA재의 한계 가공률이 낮았다.In Test Nos. 16 and 29, F1 exceeded the upper limit of Formula (1). Therefore, the limit processing rate of the rolled material and the SA material was low.

시험 번호 17에서는, F1이 식 (1)의 하한 미만이었다.  그 때문에, 압연상태재의 침탄 부품의 심부 경도, 및, SA재의 침탄강 부품의 심부 경도가 너무 낮았다.In test number 17, F1 was less than the lower limit of formula (1). Therefore, the core hardness of the carburized parts of the rolled material and the core hardness of the carburized steel parts of the SA material were too low.

시험 번호 18 및 30에서는, F2가 식 (2)의 상한을 넘었다.  그 때문에, 압연상태재 및 SA재의 한계 가공률이 낮았다.In Test Nos. 18 and 30, F2 exceeded the upper limit of Formula (2). Therefore, the limit processing rate of the rolled material and the SA material was low.

시험 번호 19에서는, F2가 식 (2)의 하한 미만이었다.  그 때문에, 압연상태재의 침탄 부품, 및, SA재의 침탄강 부품에 있어서, 0.4mm 깊이 위치에서의 경도가 너무 낮았다.In test number 19, F2 was less than the lower limit of formula (2). Therefore, in the carburized parts of the rolled material and the carburized steel parts of the SA material, the hardness at the depth of 0.4 mm was too low.

시험 번호 20에서는, F3이 식 (3)의 상한을 넘었다.  그 때문에, 강재(압연상태재 및 SA재)의 한계 가공률이 낮았다.In test number 20, F3 exceeded the upper limit of formula (3). For this reason, the limit working rate of steel materials (rolled material and SA material) was low.

시험 번호 21에서는, F3이 식 (3)의 하한 미만이었다.  그 때문에, 압연상태재의 침탄 부품의 심부, 및, SA재의 침탄강 부품의 심부에 있어서, 구 오스테나이트 입자의 일부가 조립이 되었다.In test number 21, F3 was less than the lower limit of formula (3). Therefore, in the core part of the carburized part of the rolled material and the deep part of the carburized steel part of the SA material, some of the prior austenite grains were granulated.

시험 번호 22 및 23에서는, 2차 정련 후의 레이들 내의 용강에 대해, 1500~1600℃에서의 온도에서의 유지 시간 ts가 균일 혼합 시간 τ의 2.0배 미만이었다.  그 때문에, 압연상태재 및 SA재에 있어서, MnS 개수가 70.0개/mm2를 넘고, 산화물 개수가 25.0개/mm2를 넘었다.  그 결과, 압연상태재의 침탄 부품 및 SA재의 침탄강 부품을 모의한 접합 피로 시험편에 있어서, 피로 강도비가 85% 미만으로 낮았다.In Test Nos. 22 and 23, for the molten steel in the ladle after secondary refining, the holding time ts at a temperature of 1500 to 1600°C was less than 2.0 times the uniform mixing time τ. Therefore, in the rolled material and the SA material, the number of MnS exceeded 70.0/mm 2 and the number of oxides exceeded 25.0/mm 2 . As a result, in the joint fatigue test piece simulating the carburized parts of the rolled material and the carburized steel parts of the SA material, the fatigue strength ratio was as low as less than 85%.

시험 번호 24 및 25에서는, 정련 공정에 있어서, Al 첨가 전에 Si를 첨가했다.  그 때문에, 압연상태재 및 SA재에 있어서, 산화물 개수가 25.0개/mm2를 넘었다.  그 결과, 압연상태재의 침탄 부품 및 SA재의 침탄강 부품을 모의한 접합 피로 시험편에 있어서, 피로 강도비가 85% 미만으로 낮았다.In Test Nos. 24 and 25, Si was added before Al addition in the refining step. Therefore, in the rolled material and the SA material, the number of oxides exceeded 25.0 pieces/mm 2 . As a result, in the joint fatigue test piece simulating the carburized parts of the rolled material and the carburized steel parts of the SA material, the fatigue strength ratio was as low as less than 85%.

시험 번호 26 및 27에서는, 열간 압연 후의 서랭 공정에서의 800℃~500℃에서의 평균 냉각 속도가 너무 빨랐다.  그 때문에, 압연상태재의 강재의 미크로 조직이 마르텐사이트 주체의 미크로 조직이 되었다.  그 결과, 압연상태재의 한계 압축률이 50% 미만이었다.  그러나, SA재의 미크로 조직에서는, 적어도 표면으로부터 0.1R 깊이까지의 표층 영역의 미크로 조직이 페라이트 및 시멘타이트로 이루어지며, 표층 영역에서의 시멘타이트의 구상화율이 90.0% 이상이었다.  그 때문에, SA재의 한계 압축률은 75% 이상이었다.  그리고, SA재의 침탄강 부품의 침탄층의 비커스 경도는 적절하고, 0.4mm 깊이 위치에서의 마르텐사이트 분율도 90.0% 이상이었다.  또한, 심부 경도 및 화학 조성도 적절하고, 구 오스테나이트 입경도 조대화하지 않았다.  또한, 접합 피로 시험편에 있어서, 피로 강도비는 85% 이상으로 높아, 접합된 경우여도, 우수한 피로 강도를 나타냈다.In test numbers 26 and 27, the average cooling rate at 800°C to 500°C in the slow cooling process after hot rolling was too fast. Therefore, the microstructure of steel materials in the rolled state became a microstructure mainly composed of martensite. As a result, the limit compressibility of the rolled material was less than 50%. However, in the microstructure of the SA material, the microstructure of the surface layer region from the surface to a depth of at least 0.1R was composed of ferrite and cementite, and the spheroidization rate of cementite in the surface layer region was 90.0% or more. Therefore, the limit compression ratio of the SA material was 75% or more. In addition, the Vickers hardness of the carburized layer of the carburized steel part of the SA material was appropriate, and the martensite fraction at a depth of 0.4 mm was also 90.0% or more. Further, the core hardness and chemical composition were appropriate, and the prior austenite grain size was not coarsened. In addition, in the bonded fatigue test piece, the fatigue strength ratio was as high as 85% or more, and even when bonded, excellent fatigue strength was exhibited.

이상, 본 발명의 실시 형태를 설명했다.  그러나, 상술한 실시 형태는 본 발명을 실시하기 위한 예시에 지나지 않는다.  따라서, 본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되지 않고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서 상술한 실시 형태를 적절히 변경하여 실시할 수 있다.In the above, the embodiment of the present invention has been described. However, the embodiments described above are only examples for carrying out the present invention. Therefore, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, Within the range which does not deviate from the meaning, the above-mentioned embodiment can be changed suitably and can be implemented.

Claims (4)

강재로서,
질량%로,
C: 0.09~0.16%,
Si: 0.01~0.50%,
Mn: 0.40~0.60%,
P: 0.030% 이하,
S: 0.025% 이하,
Cr: 0.90~2.00%,
Mo: 0.10~0.40%,
Al: 0.005~0.030%,
Ti: 0.010~0.050% 미만,
Nb: 0.010~0.030%,
N: 0.0080% 이하,
O: 0.0030% 이하,
B: 0.0003~0.0030%,
Ca: 0.0005~0.0050%,
Cu: 0~0.50%,
Ni: 0~0.30%,
V: 0~0.10%, 및,
잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지며, 식 (1)~식 (3)을 만족하고,
상기 강재의 축 방향에 평행한 단면에 있어서, 질량%로 Mn 함유량이 10.0% 이상, S 함유량이 10.0% 이상, O 함유량이 10.0% 미만이며, 원상당경이 0.5μm 이상인 Mn 황화물이 70.0개/mm2 이하이고, 질량%로 O 함유량이 10.0% 이상이며, 원상당경이 0.5μm 이상인 산화물이 25.0개/mm2 이하이고,
상기 강재의 축 방향에 수직인 단면에서의 반경을 R(mm)로 정의했을 때, 상기 강재의 축 방향에 수직인 단면에 있어서의 미크로 조직에 있어서, 적어도 표면으로부터 0.1R 깊이까지의 표층 영역에서의 베이나이트의 면적률이 95.0% 이상인,
강재.
0.140<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.033×Mo+0.067×Ni+0.097×Cu+0.078×Al<0.235 (1)
13.0<(0.70×Si+1)×(5.1×Mn+1)×(2.2×Cr+1)×(3.0×Mo+1)×(0.36×Ni+1)<45.0 (2)
0.004<Ti-N×(48/14)<0.030 (3)
여기서, 식 (1)~식 (3)의 각 원소 기호에는, 대응하는 원소의 함유량(질량%)이 대입된다.  대응하는 원소가 함유되어 있지 않은 경우, 그 원소 기호에는 「0」이 대입된다.
As steel,
in mass %,
C: 0.09 to 0.16%;
Si: 0.01 to 0.50%;
Mn: 0.40 to 0.60%;
P: 0.030% or less;
S: 0.025% or less;
Cr: 0.90 to 2.00%;
Mo: 0.10~0.40%,
Al: 0.005 to 0.030%;
Ti: 0.010 to less than 0.050%;
Nb: 0.010 to 0.030%;
N: 0.0080% or less;
O: 0.0030% or less;
B: 0.0003 to 0.0030%;
Ca: 0.0005 to 0.0050%;
Cu: 0~0.50%,
Ni: 0 to 0.30%;
V: 0 to 0.10%, and
The remainder consists of Fe and impurities, and satisfies formulas (1) to (3),
In a cross section parallel to the axial direction of the steel material, Mn content is 10.0% or more, S content is 10.0% or more, O content is less than 10.0%, and the equivalent circle diameter is 0.5 μm or more, in mass%, 70.0 pieces/mm 2 or less, the O content in mass% is 10.0% or more, and the oxides having an equivalent circle diameter of 0.5 μm or more are 25.0 pieces/mm 2 or less,
When the radius in the cross section perpendicular to the axial direction of the steel member is defined as R (mm), in the microstructure in the cross section perpendicular to the axial direction of the steel member, at least in the surface layer region to a depth of 0.1R from the surface. The area ratio of bainite is 95.0% or more,
steel.
0.140<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.033×Mo+0.067×Ni+0.097×Cu+0.078×Al<0.235 (1)
13.0 < (0.70 × Si + 1) × (5.1 × Mn + 1) × (2.2 × Cr + 1) × (3.0 × Mo + 1) × (0.36 × Ni + 1) < 45.0 (2)
0.004<Ti-N×(48/14)<0.030 (3)
Here, the content (mass %) of the corresponding element is substituted for each element symbol in Formulas (1) to (3). When the corresponding element is not contained, "0" is substituted for the element symbol.
강재로서,
질량%로,
C: 0.09~0.16%,
Si: 0.01~0.50%,
Mn: 0.40~0.60%,
P: 0.030% 이하,
S: 0.025% 이하,
Cr: 0.90~2.00%,
Mo: 0.10~0.40%,
Al: 0.005~0.030%,
Ti: 0.010~0.050% 미만,
Nb: 0.010~0.030%,
N: 0.0080% 이하,
O: 0.0030% 이하,
B: 0.0003~0.0030%,
Ca: 0.0005~0.0050%,
Cu: 0~0.50%,
Ni: 0~0.30%,
V: 0~0.10%, 및,
잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지며, 식 (1)~식 (3)을 만족하고,
상기 강재의 축 방향에 평행한 단면에 있어서, 질량%로 Mn 함유량이 10.0% 이상, S 함유량이 10.0% 이상, O 함유량이 10.0% 미만이며, 원상당경이 0.5μm 이상인 Mn 황화물이 70.0개/mm2 이하이고, 질량%로 O 함유량이 10.0% 이상이며, 원상당경이 0.5μm 이상인 산화물이 25.0개/mm2 이하이고,
상기 강재의 축 방향에 수직인 단면에서의 반경을 R(mm)로 정의했을 때, 상기 강재의 축 방향에 수직인 단면에 있어서의 미크로 조직에 있어서, 적어도 표면으로부터 0.1R 깊이까지의 표층 영역은, 페라이트와, 시멘타이트로 이루어지며, 상기 표층 영역에서의 상기 시멘타이트의 구상화율이 90.0% 이상인,
강재.
0.140<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.033×Mo+0.067×Ni+0.097×Cu+0.078×Al<0.235 (1)
13.0<(0.70×Si+1)×(5.1×Mn+1)×(2.2×Cr+1)×(3.0×Mo+1)×(0.36×Ni+1)<45.0 (2)
0.004<Ti-N×(48/14)<0.030 (3)
여기서, 식 (1)~식 (3)의 각 원소 기호에는, 대응하는 원소의 함유량(질량%)이 대입된다.  대응하는 원소가 함유되어 있지 않은 경우, 그 원소 기호에는 「0」이 대입된다.
As steel,
in mass %,
C: 0.09 to 0.16%;
Si: 0.01 to 0.50%;
Mn: 0.40 to 0.60%;
P: 0.030% or less;
S: 0.025% or less;
Cr: 0.90 to 2.00%;
Mo: 0.10~0.40%,
Al: 0.005 to 0.030%;
Ti: 0.010 to less than 0.050%;
Nb: 0.010 to 0.030%;
N: 0.0080% or less;
O: 0.0030% or less;
B: 0.0003 to 0.0030%;
Ca: 0.0005 to 0.0050%;
Cu: 0~0.50%,
Ni: 0 to 0.30%;
V: 0 to 0.10%, and
The remainder consists of Fe and impurities, and satisfies formulas (1) to (3),
In a cross section parallel to the axial direction of the steel material, Mn content is 10.0% or more, S content is 10.0% or more, O content is less than 10.0%, and the equivalent circle diameter is 0.5 μm or more, in mass%, 70.0 pieces/mm 2 or less, the O content in mass% is 10.0% or more, and the oxides having an equivalent circle diameter of 0.5 μm or more are 25.0 pieces/mm 2 or less,
When the radius in the cross section perpendicular to the axial direction of the steel member is defined as R (mm), in the microstructure in the cross section perpendicular to the axial direction of the steel member, the surface layer region at least to a depth of 0.1R from the surface is , It is made of ferrite and cementite, and the spheroidization rate of the cementite in the surface layer region is 90.0% or more,
steel.
0.140<C+0.194×Si+0.065×Mn+0.012×Cr+0.033×Mo+0.067×Ni+0.097×Cu+0.078×Al<0.235 (1)
13.0 < (0.70 × Si + 1) × (5.1 × Mn + 1) × (2.2 × Cr + 1) × (3.0 × Mo + 1) × (0.36 × Ni + 1) < 45.0 (2)
0.004<Ti-N×(48/14)<0.030 (3)
Here, the content (mass %) of the corresponding element is substituted for each element symbol in Formulas (1) to (3). When the corresponding element is not contained, "0" is substituted for the element symbol.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
질량%로,
Cu: 0.01~0.50%,
Ni: 0.01~0.30%, 및,
V: 0.01~0.10%,
로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1원소 이상을 함유하는,
강재.
According to claim 1 or claim 2,
in mass %,
Cu: 0.01~0.50%,
Ni: 0.01 to 0.30%, and
V: 0.01 to 0.10%;
Containing at least one element selected from the group consisting of
steel.
삭제delete
KR1020217024793A 2019-01-11 2020-01-09 steel KR102561036B1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2019-003443 2019-01-11
JP2019003443 2019-01-11
PCT/JP2020/000367 WO2020145325A1 (en) 2019-01-11 2020-01-09 Steel material

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210111817A KR20210111817A (en) 2021-09-13
KR102561036B1 true KR102561036B1 (en) 2023-07-31

Family

ID=71520527

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217024793A KR102561036B1 (en) 2019-01-11 2020-01-09 steel

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220025493A1 (en)
JP (1) JP7168003B2 (en)
KR (1) KR102561036B1 (en)
CN (1) CN113272451B (en)
WO (1) WO2020145325A1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019189644A1 (en) * 2018-03-28 2019-10-03 日本発條株式会社 Plate spring member
GB201908479D0 (en) * 2019-06-13 2019-07-31 Rolls Royce Plc Joining method
JP7334764B2 (en) * 2020-09-28 2023-08-29 Jfeスチール株式会社 Mechanical structural parts and manufacturing method thereof
CN114032470B (en) * 2022-01-07 2022-04-05 北京科技大学 Carburizing bearing steel and preparation method thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013087334A (en) 2011-10-19 2013-05-13 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp Steel sheet having excellent toughness in weld heat affected zone and method for manufacturing the same
JP2015129335A (en) 2014-01-08 2015-07-16 新日鐵住金株式会社 Steel for carburized shaft bearing
KR102402361B1 (en) * 2018-04-12 2022-05-26 닛폰세이테츠 가부시키가이샤 Steel for parts subjected to carburizing treatment

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001131684A (en) * 1999-11-04 2001-05-15 Kobe Steel Ltd Steel for machine structure excellent in treatment of chip
JP2004332078A (en) * 2003-05-09 2004-11-25 Sanyo Special Steel Co Ltd Free-cutting steel for machine structure use excellent in scrap disposal
JP4464863B2 (en) * 2005-04-27 2010-05-19 株式会社神戸製鋼所 Case hardening steel with excellent grain coarsening resistance and cold workability
JP4688727B2 (en) * 2006-05-19 2011-05-25 株式会社神戸製鋼所 Carburized parts and manufacturing method thereof
JP5323369B2 (en) * 2008-03-12 2013-10-23 株式会社神戸製鋼所 Case-hardened steel with excellent machinability and grain coarsening prevention properties
JP2009242910A (en) * 2008-03-31 2009-10-22 Kobe Steel Ltd Steel for machine structure use having excellent machinability and strength anisotropy and component for machine structure
JP5182067B2 (en) * 2008-12-24 2013-04-10 新日鐵住金株式会社 Steel for vacuum carburizing or carbonitriding
JP5262740B2 (en) * 2009-01-16 2013-08-14 新日鐵住金株式会社 Case-hardened steel with excellent coarse grain prevention and fatigue characteristics during carburizing and its manufacturing method
KR101482473B1 (en) * 2011-02-10 2015-01-13 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 Steel for carburizing, carburized steel component, and method for producing same
JP5135562B2 (en) * 2011-02-10 2013-02-06 新日鐵住金株式会社 Carburizing steel, carburized steel parts, and manufacturing method thereof
WO2013183648A1 (en) * 2012-06-08 2013-12-12 新日鐵住金株式会社 Steel wire rod or bar steel
WO2017090731A1 (en) * 2015-11-27 2017-06-01 新日鐵住金株式会社 Steel, carburized steel component, and carburized steel component production method
JP6642237B2 (en) * 2016-04-22 2020-02-05 日本製鉄株式会社 Cold forging steel and method for producing the same
JP6683073B2 (en) * 2016-09-01 2020-04-15 日本製鉄株式会社 Steel for carburizing, carburized steel parts and method for manufacturing carburized steel parts
CN110651060B (en) * 2017-05-15 2021-09-07 日本制铁株式会社 Steel and component
WO2019230946A1 (en) * 2018-05-31 2019-12-05 日本製鉄株式会社 Steel material for steel pistons
JP7099549B2 (en) * 2018-12-28 2022-07-12 日本製鉄株式会社 Steel material

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013087334A (en) 2011-10-19 2013-05-13 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp Steel sheet having excellent toughness in weld heat affected zone and method for manufacturing the same
JP2015129335A (en) 2014-01-08 2015-07-16 新日鐵住金株式会社 Steel for carburized shaft bearing
KR102402361B1 (en) * 2018-04-12 2022-05-26 닛폰세이테츠 가부시키가이샤 Steel for parts subjected to carburizing treatment

Also Published As

Publication number Publication date
US20220025493A1 (en) 2022-01-27
CN113272451B (en) 2022-07-05
WO2020145325A1 (en) 2020-07-16
JP7168003B2 (en) 2022-11-09
JPWO2020145325A1 (en) 2021-10-21
CN113272451A (en) 2021-08-17
KR20210111817A (en) 2021-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102561036B1 (en) steel
KR101773729B1 (en) Rolled round steel material for steering rack bar, and steering rack bar
JP5862802B2 (en) Carburizing steel
KR102402361B1 (en) Steel for parts subjected to carburizing treatment
US10808304B2 (en) Steel for induction hardening
JP6819198B2 (en) Rolled bar for cold forged tempered products
US10801091B2 (en) Steel for induction hardening
US20190300993A1 (en) Steel for Induction Hardening
US20190300994A1 (en) Steel for Induction Hardening
JP3405277B2 (en) Steel wire rod, steel bar and steel pipe for bearing element parts with excellent machinability
US20190241997A1 (en) Steel for Induction Hardening
JP7099549B2 (en) Steel material
JP4280923B2 (en) Steel materials for carburized parts or carbonitrided parts
JP6930662B2 (en) Steel materials for steel pistons
KR20170121267A (en) Hot rolled bar stock, manufacturing method of parts and hot rolled bar stock
JP2005307257A5 (en)
JP7269522B2 (en) steel
JP7368723B2 (en) Steel materials for carburized steel parts
JP7368724B2 (en) Steel materials for carburized steel parts
JP7151474B2 (en) Steel for carburized steel parts
WO2022249349A1 (en) Steel material and crankshaft formed of said steel material
JP2020105603A (en) Steel material for carburized steel component
JP2020105601A (en) Steel material for carburized steel component
KR20230072500A (en) steel
WO2016158611A1 (en) Steel for carburizing and carburized component

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant