KR20070021189A

KR20070021189A - 기계구조용 부품 및 그 제조방법과 고주파 담금질용 소재

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Publication number: KR20070021189A
Application number: KR1020067022160A
Authority: KR
Inventors: 토루 하야시; 야스히로 오모리; 노부타카 쿠로사와; 아키히로 마츠자키; 타카아키 토요오카; 카츠미 야마다
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2005-07-05
Publication date: 2007-02-22
Also published as: KR100883716B1

Abstract

적어도 일부분에 고주파 담금질에 의한 경화층을 갖는 기계구조용 부품에 있어서, 그 경화층을, 경도가 Hv 750 이상, 또한 구 오스테나이트 입자의 평균입경이 경화층의 전체 두께에 걸쳐 7㎛ 이하인 것으로 함으로써, 종래보다 피로강도를 더욱 향상시킨 기계구조용 부품을 제공한다.

기계구조용, 고주파 담금질, 경화층, 피로강도, 오스테나이트

Description

기계구조용 부품 및 그 제조방법과 고주파 담금질용 소재{Component for Machine Structure, Method for Producing Same, and Material for High-Frequency Hardening}

본 발명은 적어도 부분적으로 고주파 담금질에 의한 경화층을 구비하는 기계구조용 부품에 관한 것이다. 여기에서, 기계구조용 부품으로서는, 자동차용의 구동축(drive shaft), 입력축(input shaft), 출력축(output shaft), 크랭크샤프트(crankshaft), 내륜(內輪) 및 외륜(外輪), 허브(hub) 및 기어(gear) 등을 들 수 있다.

종래, 예컨대 자동차용 구동축이나 등속죠인트 등의 기계구조용 부품은 열간압연 봉강(棒鋼)에, 열간단조, 나아가서는 절삭, 냉간단조 등을 실시하여 소정의 형상으로 가공한 후, 고주파 담금질-뜨임(tempering)을 행함으로써, 기계구조용 부품으로서의 중요한 특성인 비틀림 피로강도, 굽힘 피로강도, 전동(轉動) 피로강도 및 미끄럼 전동 피로강도 등의 피로강도를 확보하고 있는 것이 일반적이다.

한편 최근, 환경문제로부터 자동차용 부품에 대한 경량화에의 요구가 강하고, 이 관점에서 자동차용 부품에서의 피로강도의 더 나은 향상이 요구되고 있다.

상술한 바와 같은 피로강도를 향상시키는 수단으로서는, 지금까지도 여러 가 지의 방법이 제안되고 있다.

예컨대, 비틀림 피로강도를 향상시키기 위해서는, 고주파 담금질에 의한 담금질 깊이를 증가시키는 것이 생각된다. 그러나, 담금질 깊이를 증가하여도 어느 깊이에서 피로강도는 포화한다.

또한, 비틀림 피로강도의 향상에는, 입계강도의 향상도 유효하고, 이 관점에서, TiC를 분산시킴으로써, 구(舊) 오스테나이트 입경을 미세화하는 기술이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌1 참조).

상기 특허문헌1에 기재된 기술에서는, 고주파 담금질 가열시에 미세한 TiC를 다량으로 분산시킴으로써, 구 오스테나이트 입경의 미세화를 도모하는 것이기 때문에, 담금질 전에 TiC를 용체화(溶體化)하여 둘 필요가 있고, 열간압연공정에서 1100℃ 이상으로 가열하는 공정을 채용하고 있다. 그 때문에, 열연(熱延)시에 가열온도를 높게 할 필요가 있어, 생산성이 떨어지는 문제가 있었다.

또한, 상기 특허문헌1에 개시된 기술에 의해서도, 최근의 피로강도에 대한 요구에는 충분히 응할 수 없다는 것에도 문제를 남기고 있었다.

또한, 특허문헌2에는, 경화층 깊이 CD와 고주파 담금질 축물(軸物)부품의 반경 R과의 비(CD/R)를 0.3∼0.7로 제한하고 나서, 이 CD/R과 고주파 담금질 후의 표면으로부터 1mm까지의 오스테나이트 입경 γf, 고주파 담금질 대로의 (CD/R)=0.1까지의 평균 비커스(Vickers) 경도 Hf 및 고주파 담금질 후의 축중심부의 평균 비커스 경도 Hc로 규정되는 값 A를 C양에 따라 소정의 범위로 제어함으로써 비틀림 피로강도를 향상시킨 기계구조용 축물부품이 제안되어 있다.

그러나, 상기 CD/R를 제어하였다고 하더라도 피로특성의 향상에는 한계가 있어, 역시 최근의 비틀림 피로강도에 대한 요구에는 충분히 응할 수 없었다.

특허문헌1: 일본특개 2000-154819호 공보(특허청구의 범위, 단락 [0008])

특허문헌2: 일본특개평 8-53714호 공보(특허청구의 범위)

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

본 발명은 고주파 담금질 후에 종래보다 피로강도를 더 향상시킬 수 있는 기계구조용 부품 및 그 제조방법, 나아가서는 고주파 담금질용 소재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

발명자 등은 고주파 담금질에 의해 강재의 피로강도를 효과적으로 향상시키기 위해 예의 검토를 행하였다. 특히, 피로강도의 대표예로서 비틀림 피로강도에 착안하여, 상세한 검토를 행하였던 바, 이하의 지견(知見)을 얻는 것에 이르렀다.

(i)고주파 담금질에 의한 경화층의 입자내 강도, 즉 경도를 상승시킴으로써, 피로강도는 향상하지만, 경도를 비커스 경도 Hv 750 이상까지 상승시키면, 파괴가 입자내 파괴로부터 구 오스테나이트 입계(粒界)에서의 파괴로 이행하기 때문에, 그 이상 경도를 상승시켜도 피로강도는 향상하지 않는다.

(ii)고주파 담금질에 의한 경화층의 구 오스테나이트 입경을 미세화시킴으로써, 구 오스테나이트 입계의 강도를 향상할 수 있고, 평균 구 오스테나이트 입경을 7㎛ 이하로 함으로써, 경도가 Hv 750 이상이라도, 경도의 상승에 따라 피로강도의 상승도 달성할 수 있다.

(iii)경화층의 경도를 Hv 750 이상으로 하기 위해서는, 소재에서의 C, Si, P 중 1종 또는 2종 이상의 함유량을 상승시키는 것이 유효하고, 또한 고주파 담금질에 의한 경화층의 구 오스테나이트 입경을 미세화하기 위해서는, 소재에 Mo, B, Ti를 함유시킴과 아울러, 고주파 담금질 전(前) 조직을, 냉간가공에 의한 가공변형이 도입된 미세 베이나이트 또는 마르텐사이트로 하고, 또한 고주파 담금질시에, 급속가열로 하여 가열온도를 낮게 하고, 또한 800℃ 이상에서의 체류시간을 짧게 하는 것이 유효하다.

(iv)또한, 다른 고강도화의 수단으로서, 고주파 담금질 후에 통상은 뜨임을 행하지만, 이것을 생략함으로써 입자내 강도를 상승시키는 것도 가능하다.

본 발명은 상기 지견에 입각하는 것이다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

1. 적어도 일부분에 고주파 담금질에 의한 경화층을 갖고, 그 경화층은 경도가 Hv 750 이상, 또한 구 오스테나이트 입자의 평균입경이 경화층의 전체 두께에 걸쳐 7㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 기계구조용 부품.

2. C: 0.3∼1.5질량%,

Si: 0.05∼3.O질량%,

Mn: 0.2∼2.O질량%,

A1: 0.25질량% 이하,

Ti: 0.005∼0.1질량%,

Mo: 0.05∼0.6질량%,

B: 0.0003∼0.006질량%

S: 0.1질량% 이하, 및

P: 0.10질량% 이하

를 함유하고, 또한 다음의 식(1)∼(3) 중 어느 쪽인가 적어도 하나의 식을 만족하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물의 성분조성을 갖는 것을 특징으로 하는 상기 1에 기재한 기계구조용 부품.

아 래

C ＞ 0.7질량% …（1)

Si ＞ 1.1질량% …（2)

P ＞ 0.02질량% …（3)

3. 상기 성분조성 중 A1의 함유량이,

Al: 0.005∼0.25질량%

인 것을 특징으로 하는 상기 2에 기재한 기계구조용 부품.

4. 상기 성분조성으로서,

Cr: 2.5질량% 이하,

Cu: 1.O질량% 이하,

Ni: 3.5질량% 이하,

Co: 1.O질량% 이하,

Nb: 0.1질량% 이하,

V: 0.5질량% 이하,

Ta: 0.5질량% 이하,

Hf: 0.5질량% 이하, 및

Sb: 0.015질량% 이하

중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 2 또는 3에 기재한 기계구조용 부품.

5. 상기 성분조성으로서,

W: 1.0질량% 이하,

Ca: 0.005질량% 이하,

Mg: 0.005질량% 이하,

Te: 0.1질량% 이하,

Se: 0.1질량% 이하,

Bi: 0.5질량% 이하,

Pb: 0.5질량% 이하,

Zr: 0.01질량% 이하, 및

REM: 0.1질량% 이하

중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 2 내지 4 중 어느 하나에 기재한 기계구조용 부품.

6. C: 0.3∼1.5질량%,

Si: 0.05∼3.O질량%,

Mn: 0.2∼2.O질량%,

A1: 0.25질량% 이하

Ti: 0.005∼0.1질량%,

Mo: 0.05∼0.6질량%,

B: 0.0003∼0.006질량%

S: 0.1질량% 이하, 및

P: 0.10질량% 이하

를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물의 성분조성으로 하고, 또한 상기 경화층은 뜨임처리가 실시되지 않는 것을 특징으로 하는 상기 1에 기재한 기계구조용 부품.

7. 상기 성분조성 중 Al의 함유량이,

Al: 0.005∼0.25질량%

인 것을 특징으로 하는 상기 6에 기재한 기계구조용 부품.

8. 상기 성분조성으로서,

Cr: 2.5질량% 이하,

Cu: 1.O질량% 이하,

Ni: 3.5질량% 이하,

Co: 1.O질량% 이하,

Nb: 0.1질량% 이하,

V: 0.5질량% 이하,

Ta: 0.5질량% 이하,

Hf: 0.5질량% 이하, 및

Sb: 0.015질량% 이하

중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 6 또는 7에 기재한 기계구조용 부품.

9. 상기 성분조성으로서,

W: 1.0질량% 이하,

Ca: 0.005질량% 이하,

Mg: 0.005질량% 이하,

Te: 0.1질량% 이하,

Se: 0.1질량% 이하,

Bi: 0.5질량% 이하,

Pb: 0.5질량% 이하,

Zr: 0.01질량% 이하, 및

REM: 0.1질량% 이하

중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 6 내지 8 중 어느 하나에 기재한 기계구조용 부품.

10. 1㎛³당 500개 이상으로 분산된 Mo계 석출물을 갖고, 그 Mo계 석출물의 평균입경이 20nm 이하인 것을 특징으로 하는 상기 2 내지 9 중 어느 하나에 기재한 기계구조용 부품.

11. C: 0.3∼1.5질량%,

Si: 0.05∼3.O질량%,

Mn: 0.2∼2.O질량%,

Al: 0.25질량% 이하,

Ti: 0.005∼0.1질량%,

Mo: 0.05∼0.6질량%,

B: 0.0003∼0.006질량%

S: 0.1질량% 이하, 및

P: 0.10질량% 이하

를 함유하고, 또한 다음의 식(1)∼(3) 중 어느 쪽인가 적어도 하나의 식을 만족하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물의 성분조성으로 되는 소재의 적어도 일부분에 고주파 담금질을 적어도 1회는 실시하여 기계구조용 부품을 제조함에 있어서,

상기 소재의 고주파 담금질 전의 강조직에서의 베이나이트 조직 및 마르텐사이트 조직 중 어느 한 쪽 또는 양쪽의 합계를 10체적% 이상으로 조정하고,

상기 고주파 담금질의 도달온도를 1000℃ 이하로 하는 것을 특징으로 하는 기계구조용 부품의 제조방법.

아 래

C ＞ 0.7질량% …（1)

Si ＞ 1.1질량% …（2)

P ＞ 0.02질량% …（3)

12. 상기 성분조성 중 Al의 함유량을,

Al: 0.005∼0.25질량%

으로 하는 것을 특징으로 하는 상기 11에 기재한 기계구조용 부품의 제조방법.

13. 상기 성분조성으로서,

Cr: 2.5질량% 이하,

Cu: 1.0질량% 이하,

Ni: 3.5질량% 이하,

Co: 1.O질량% 이하,

Nb: 0.1질량% 이하,

V: 0.5질량% 이하,

Ta: 0.5질량% 이하,

Hf: 0.5질량% 이하, 및

Sb: 0.015질량% 이하

중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 11 또는 12에 기재한 기계구조용 부품의 제조방법.

14. 상기 성분조성으로서,

W: 1.0질량% 이하,

Ca: 0.005질량% 이하,

Mg: 0.005질량% 이하,

Te: 0.1질량% 이하,

Se: 0.1질량% 이하,

Bi: 0.5질량% 이하,

Pb: 0.5질량% 이하,

Zr: 0.01질량% 이하, 및

REM: 0.1질량% 이하

중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 11 내지 13 중 어느 하나에 기재한 기계구조용 부품의 제조방법.

15. 적어도 일부 표면에, 고주파 담금질에 의한 평균 구 오스테나이트 입경이 7㎛ 이하인 경화층을 갖는 기계구조용 강재로 하기 위한 고주파 담금질용 소재로서,

C: 0.3∼1.5질량%,

Si: 0.05∼3.O질량%,

Mn: 0.2∼2.O질량%,

Al: 0.25질량% 이하

Ti: 0.005∼0.1질량%,

Mo: 0.05∼0.6질량%,

B: 0.0003∼0.006질량%

S: 0.1질량% 이하, 및

P: 0.10질량% 이하

를 함유하고, 또한 다음의 식(1)∼(3) 중 어느 쪽인가 적어도 하나의 식을 만족하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물의 성분조성을 갖고, 더욱 베이나이트 조직 및 마르텐사이트 조직 중 어느 한 쪽 또는 양쪽의 합계가 10체적% 이상인 강조직을 갖는 것을 특징으로 하는 고주파 담금질용 소재.

아 래

C ＞ 0.7질량% …（1)

Si ＞ 1.1질량% …（2)

P ＞ 0.02질량% …（3)

16. 상기 성분조성 중 Al의 함유량이,

A1: 0.005∼0.25질량%

인 것을 특징으로 하는 상기 15에 기재한 고주파 담금질용 소재.

17. 상기 성분조성으로서,

Cr: 2.5질량% 이하,

Cu: 1.O질량% 이하,

Ni: 3.5질량% 이하,

Co: 1.O질량% 이하,

Nb: 0.1질량% 이하,

V: 0.5질량% 이하,

Ta: 0.5질량% 이하,

Hf: 0.5질량% 이하, 및

Sb: 0.015질량% 이하

중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 15 또는 16에 기재한 고주파 담금질용 소재.

18. 상기 성분조성으로서,

W: 1.O질량% 이하,

Ca: 0.005질량% 이하,

Mg: 0.005질량% 이하,

Te: 0.1질량% 이하,

Se: 0.1질량% 이하,

Bi: 0.5질량% 이하,

Pb: 0.5질량% 이하,

Zr: 0.01질량% 이하, 및

REM: 0.1질량% 이하

중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 15 내지 17 중 어느 하나에 기재한 고주파 담금질용 소재.

19. 1㎛³ 당 500개 이상으로 분산된 Mo계 석출물을 갖고, 그 Mo계 석출물의 평균입경이 20nm 이하인 것을 특징으로 하는 상기 15 내지 18 중 어느 하나에 기재한 고주파 담금질용 소재.

발명의 효과

본 발명에 따르면, 비틀림 피로특성 및 전동 피로특성을 전형(典型)으로 하는 피로특성이 뛰어난 기계구조용 부품을 안정하게 얻을 수 있고, 그 결과, 자동차용 부품의 경량화 등의 요구에 대하여 큰 효과를 발휘한다.

도 1은 Mo첨가강(鋼)과 Mo무첨가강에 대하여, 고주파 담금질시의 가열온도가 경화층의 구 오스테나이트 입경에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다.

도 2는 γ입자를 초미세화하는 데에 유효한 미세 석출물(Mo계 석출물)의 투과형 전자현미경사진이다.

도 3은 Mo첨가강과 Mo무첨가강에 대하여, 평균 구 오스테나이트 입경과 비틀림 피로강도와의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 4는 뜨임의 유무에 대하여, 평균 구 오스테나이트 입경과 비틀림 피로강도와의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 5는 등속죠인트의 부분 단면도이다.

도 6은 등속죠인트 내륜(內輪)에서의 담금질 조직층을 나타내는 단면도이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

본 발명의 기계구조용 부품은 자동차용의 구동축, 입력축, 출력축, 크랭크샤프트, 등속죠인트의 내륜 및 외륜, 허브, 그리고 기어 등, 부품마다 여러 가지의 형상 및 구조로 이루어지지만, 어느 쪽에 있어서도, 특히 피로강도가 요구되는 부분 또는 전부에 담금질을 실시한 경화층을 갖고, 이 경화층은 경도가 Hv 750 이상,또한 구 오스테나이트 입자의 평균입경이 경화층의 전체 두께에 걸쳐 7㎛ 이하인 것이 중요하다.

이하에, 이 지견을 얻는 데에 이른 연구결과에 대하여 설명한다.

[경화층의 구 오스테나이트 입경]

고주파 담금질에 의한 경화층의 평균 구 오스테나이트 입경이 7㎛를 초과하면, 이후에 설명하는 바와 같이 경화층의 경도를 Hv 750 이상으로 상승시켜 입자내 강도를 향상시켰다고 하더라도, 피로파괴가 구 오스테나이트 입계를 기점으로 하여 발생해버린다. 따라서, 경화층의 구 오스테나이트 입경은 7㎛ 이하, 바람직하게는 6㎛ 이하, 더 바람직하게는 5㎛ 이하이며, 더욱 바람직하게는 3㎛ 이하일 필요가 있다. 이 이유는 입계강도는 입경을 미세화함에 따라 현저하게 강해지기 때문이다. 종래는 입자내의 강도를 상승시켜도, 입계강도는 상승하지 않고, 입계강도 율속(律速)으로 되어 그 이상의 고강도화는 바랄 수 없었다. 그러나, 입경을 미세화함으로써 입계강도는 비약적으로 상승하기 때문에, 새로운 고강도화를 바랄 수 있도록 되는 것이다.

여기에서, 고주파 담금질부의 평균 구 오스테나이트 입경은 다음과 같이 하여 측정하였다.

고주파 담금질 후의 경화층의 최표층(最表層)은 면적율로 100%의 마르텐사이트 조직을 갖는다. 그리고, 경화층의 표면으로부터 내부로 감에 따라, 어떤 두께 까지는 100% 마르텐사이트 조직의 영역이 계속되지만, 그 이후는 급격하게 마르텐사이트 조직의 면적율이 감소한다. 본 발명에서는, 고주파 담금질부의 표면으로부터 마르텐사이트 조직의 면적율을 98%로 감소할 때까지의 영역을 경화층으로 하고 그 표면으로부터 평균의 깊이를 경화층 두께로 하였다.

그리고, 경화층에 대하여, 표면으로부터 두께 전체의 1/5의 위치, 1/2의 위치 및 4/5위치에서의 평균의 구 오스테나이트 입경을 측정하고, 어느 쪽의 위치에 있어서도 평균의 구 오스테나이트 입경이 7㎛일 경우에, 구 오스테나이트 입자의 평균입경이 경화층의 전체 두께에 걸쳐 7㎛ 이하로 하였다.

한편, 구 오스테나이트 입자의 평균입경은 경화층의 단면을, 물 500g에 피클린산 50g을 용해한 후, 도데실벤젠설폰산 나트륨 11g, 염화제일철 1g, 옥살산 1.5g을 첨가한 부식액으로 부식한 후, 광학현미경에 의해, 400배(1시야의 면적: 0.25mm×0.225mm)로부터 1000배(1시야의 면적: 0.10mm×0.09mm)의 배율로 각 위치마다 5시야 관찰하여, 화상해석장치에 의해 측정하였다.

덧붙여서, 전동피로와 같이 극표층(極表層) 부근의 조직만에 의존하는 것 같은 경우에는 경화층의 두께가 1mm 정도라도 그 나름의 효과는 얻을 수 있지만, 비틀림 피로강도의 경우에는 경화층의 두께를 2mm 이상으로 하는 것이 바람직하다.더 바람직하게는 2.5mm이상, 더욱 바람직하게는 3mm이상이다.

[경화층의 비커스 경도]

경화층의 비커스 경도 Hv가 750 미만인 경우에는 경화층의 입자내 강도가 약하기 때문에, 구 오스테나이트 입자를 미세화하였다고 하더라도, 그에 적당하는 피 로강도의 향상은 기대할 수 없다. 즉, 상기한 바와 같이 오스테나이트 입자를 미세화하여 입계강도를 상승시켜도, 입자내 강도를 상승시키지 않으면 입자내의 파괴율속단계로 되어 정적(靜的)강도 및 피로강도의 상승은 바랄 수 없다. 따라서, 본 발명에서는, 경화층의 비커스 경도(입자내의 강도에 대응) Hv는 750 이상으로 할 필요가 있다. 한편, 경화층의 비커스 경도 Hv의 상한치는 특별히 규정하지 않지만, 900 초과에서는 첨가 원소량도 많아지기 때문에, 모재(母材)의 피삭성, 냉간단조성 및 내담금질 균열성이 저하하기 때문에, 900 이하인 것이 바람직하다.

여기에서, 비커스 경도는 경화층 두께의 표면에서 1/5의 위치에 98N(10kgf)에서 5점 타점(打点)한 평균으로 한다.

[성분조성]

다음에, 상술한 구 오스테나이트 입경 및 비커스 경도를 갖는 경화층의 입자내 강도를 따라 상승시키기 위하여 바람직한 성분조성에 대하여 설명한다.

C: 0.3∼1.5질량%

C는 고주파 담금질성에 가장 큰 영향을 주는 원소이며, 경화층의 입자내 강도를 상승시키고, 또한 고주파 담금질부를 더욱 두껍게 하여 피로강도의 향상에 기여한다. 그러나, 그 양이 0.3질량% 미만에서는 필요로 하는 비틀림 피로강도를 확보하기 위해서는 경화층을 비약적으로 두껍게 하지 않으면 안되고, 그 결과, 담금질 균열의 발생이 현저하게 되거나, 이후에 설명하는 베이나이트 조직을 얻는 것이 곤란하게 된다. 한편, 1.5질량%를 초과하면, 절삭성, 냉간단조성 및 내담금질 균열성의 확보에 대하여 불리하게 된다. 따라서, C양은 0.3∼1.5질량%인 것이 바람 직하다.

Si: 0.05∼3.O질량%

Si는 경화층의 입자내 강도를 상승시키고, 피로강도의 향상에 기여한다. 또한, 이후에 설명하는 베이나이트 조직을 얻는 데에도 유용한 원소이며, 이 의미로부터는 0.05질량% 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, 3질량%를 초과하면, 페라이트를 고용(固溶) 경화하여 절삭성이나 냉간단조성을 확보하는 것이 어렵게 되므로, 3질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.

Mn: 0.2∼2.O질량%

Mn는 고주파 담금질성을 향상시켜, 경화층의 두께를 확보하는 데에 불가결한 원소이다. 그러나, 그 양이 0.2질량% 미만에서는 그 효과가 부족하다. 따라서, Mn양은 0.2질량% 이상, 나아가서는, 0.3질량% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 2.0질량%를 초과하면 담금질 후에 잔류 오스테나이트가 증가하고, 표층부의 경도가 저하를 초래하기 쉬워진다. 따라서, Mn은 2.0질량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, Mn양이 너무 많으면, 피삭성이 불리하게 되는 경향이 있어, 1.2질량% 이하로 하는 것이 더 바람직하고, 1.0질량% 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

Al: 0.005∼0.25질량%

Al은 강의 탈산(脫酸)에 유효한 원소이다. 또한, 고주파 담금질의 가열시에서의 오스테나이트의 입자성장을 억제하고, 고주파 담금질부를 세립화하는 데에도 유효한 원소이다. 한편, 0.25질량%를 초과하면 그 효과는 포화하고, 오히려 성분 비용의 상승을 초래한다. 따라서, Al양은 0.25질량% 이하로 하는 것이 바람직하 다. 한편, 상기 Al의 효과는 그 양이 0.001질량% 미만이면 발현되지 않기 때문에, 0.001질량% 이상으로 하는 것이 더 바람직하다. 0.005질량% 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

Ti: 0.005∼0.1질량%

Ti는 강에 불가피적 불순물로서 혼입하는 N과 결합하는 것으로, 이후에 설명하는 B가 BN으로 되어 그 고주파 담금질성을 소실하는 것을 방지하는 효과를 갖는다. 그 때문에, 그 양을 0.005질량% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, 0.1질량%를 초과하면 TiN이 다량으로 형성되고, 이것이 피로파괴의 기점으로 되어 피로강도를 저하시키는 경향이 있어, Ti양은 0.005∼0.1질량%로 하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 0.01∼0.07질량%이다. 또한, 고용N을 확실하게 TiN으로서 석출시켜, B의 담금질성을 효과적으로 발휘시키기 위해서는 Ti와 N양을 Ti(질량%)／N(질량%)≥3.42가 되도록 제어하는 것이 바람직하다.

Mo: 0.05∼0.6질량%

Mo는 열간가공 후의 베이나이트 조직의 생성을 촉진시킴으로써, 고주파 담금질의 가열시의 오스테나이트를 미세화하여 경화층을 미립화하는 작용을 갖는다. 또한, 고주파 담금질 가열시에서의 오스테나이트의 입자성장을 억제하여 경화층을 세립화하는 작용도 있다. 특히, 고주파 담금질의 가열온도를 800∼1000℃, 바람직하게는 800∼950℃로 하면, 오스테나이트의 입자성장을 현저하게 억제할 수 있다. 또한, 담금질 향상에 유효한 원소이기 때문에, 담금질성의 조정에도 사용된다. 더불어 탄화물의 생성을 억제하여 입계강도의 저하를 저지하는 작용도 갖는다.

이와 같이, Mo는 본 발명의 효과를 얻기 위해서는 매우 유용한 원소이지만, 그 양이 0.05질량% 이상이면 경화층의 평균 구 오스테나이트 입경을 7㎛ 이하로 하는 것이 용이하게 되므로, 0.05질량% 이상인 것이 바람직하다. 한편, Mo양이 0.6질량% 초과하면, 부품형상으로 형성하기 위한 열간가공시의 강재의 경도가 현저하게 상승하여, 가공성의 저하를 초래한다. 따라서, Mo양은 0.05∼0.6질량%가 바람직하다. 더 바람직하게는 0.1∼0.6질량%, 더욱 바람직하게는 0.3∼0.4질량%이다.

한편, 발명자 등의 검토에 따르면, Mo에 의한 구 오스테나이트 입자의 미세화 효과의 가능성으로서, 고용 원자에 의한 이끌림 효과(솔루트 드러그 효과: Solute Drug Effect)나 핀닝(pinning)효과 등이 생각되고 있다. 양쪽 효과 혹은 그 밖의 효과가 각각 어느 정도 효력을 나타낼지 지는 현시점에서는 반드시 명확하지 않지만, 적어도 핀닝효과가 발현하는 경우가 있다는 것을 확인하고 있다. 상세한 것은 이후에 설명한다.

B: 0.0003∼0.006질량%

B는 고주파 담금질 전 조직을 이후에 설명하는 바와 같이, 베이나이트 조직 혹은 마르텐사이트 조직을 함유하는 것으로 하고, 나아가서는 경화층의 구 오스테나이트 입경을 미세화하는 데에 유용하다. 또한, 미량의 첨가에 의해 고주파 담금질성을 향상시켜, 경화층을 두껍게 함으로써, 피로강도를 향상시키는 효과도 있다. 또한, 입계에 우선적으로 편석(偏析)하여, 입계에 편석하는 P의 농도를 저감하고, 입계강도를 상승시켜 피로강도를 향상시키는 작용도 있다. 그러나, 그 양이 0.0003질량% 미만이면 그 효과가 부족하다. 한편, 0.006질량%를 초과하면 그 효과 는 포화하고, 오히려 성분 비용의 상승을 초래한다. 따라서, B양은 0.0003∼0.006질량%가 바람직하다. 더 바람직하게는 0.0005∼0.004질량%, 더욱 바람직하게는 0.0015∼0.003질량%이다.

S: 0.1질량% 이하

S는 MnS를 형성하고, 강의 절삭성을 향상시키는 원소이지만, 0.1질량%를 초과하면 입계에 편석하여 입계강도를 저하시킨다. 따라서, S양은 0.1질량s% 이하로 하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 0.06질량% 이하이다.

P: 0.10질량% 이하

P는 경화층의 입자내 강도를 상승시키고, 피로강도의 향상에 기여한다. 그러나, 0.10질량%를 초과하면, 입계에 편석하여 입계강도를 저하시킨다. 따라서, P양은 0.1질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.

상기 원소 이외의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 좋지만, 다만, 아래의 (1)∼(3)식 중 적어도 하나를 만족하도록 성분조성을 조정하는 것이 특히 바람직하다.

아 래

C ＞ 0.7질량% …（1)

Si ＞ 1.1질량% …（2)

P ＞ 0.02질량% …（3)

상기 식 (1)∼(3) 중 어느 것인가를 충족시킴으로써, 경화층의 비커스 경도 Hv를 750 이상으로 하여 입자내 강도를 상승시킬 수 있고, 평균 구 오스테나이트 입경을 7㎛ 이하로 미세화함에 따르는 피로강도 향상효과가 현저하게 발현되게 된다.

한편, 본 발명에 있어서는 고주파 담금질 후에 통상 행하여지는 뜨임처리를 생략할 수도 있다. 이 경우는 뜨임 연화가 생기지 않기 때문에 , 상기 식 (1), (2) 및 (3) 중 어느 것이라도 충족시키지 않더라도, 상기 성분조성 범위이면 Hv 750 이상을 만족할 수 있다. 따라서, 뜨임을 생략하는 경우에는 상기 (1), (2) 및 (3) 중 적어도 하나를 만족할 필요는 반드시 없다.

이상의 성분조성에 더하여, 이하에 나타내는 원소 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유시키면, 새로운 피로강도의 향상에 효과적이다.

Cr: 2.5질량% 이하

Cr는 담금질성의 향상에 유효하고, 경화 깊이를 확보하는 데에 유용한 원소이므로 첨가하여도 좋다. 그러나, 과도하게 함유되면 탄화물을 안정화시켜 잔류 탄화물의 생성을 조장하고, 입계강도를 저하시켜 피로강도를 열화시킨다. 따라서, Cr의 함유는 극력 저감하는 것이 바람직하지만, 2.5질량%까지는 허용할 수 있다. 바람직하게는 1.5질량% 이하다. 한편, 담금질성의 향상효과를 발현시키기 위해서는 0.03질량% 이상 함유시키는 것이 바람직하다.

Cu: 1.O질량% 이하

Cu는 담금질성의 향상에 유효하고, 또한 페라이트 중에 고용하고, 이 고용강화에 의해 피로강도를 향상시킨다. 또한, 탄화물의 생성을 억제함으로써, 탄화물에 의한 입계강도의 저하를 억제하여, 피로강도를 향상시킨다. 그러나, 함유량이 1.O질량%를 초과하면 열간가공시에 균열이 발생하기 때문에, 1.0질량% 이하의 첨가로 한다. 더 바람직하게는 0.5질량% 이하이다. 한편, 0.03질량% 미만의 첨가에서는 담금질성의 향상효과 및 입계강도의 저하억제효과가 작기 때문에, 0.03질량% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 바람직하게는 0.1∼1.0질량%이다.

Ni: 3.5질량% 이하

Ni는 담금질성을 향상시키는 원소이므로, 담금질성을 조정하는 경우에 사용된다. 또한, 탄화물의 생성을 억제하고, 탄화물에 의한 입계강도의 저하를 억제하고, 피로강도를 향상시키는 원소이기도 한다. 그러나, Ni는 극히 고가의 원소이며, 3.5질량%를 초과하여 첨가하면 강재 비용이 상승하기 때문에, 3.5질량% 이하의 첨가로 한다. 한편, 0.05질량% 미만의 첨가에서는 담금질성의 향상효과 및 입계강도의 저하억제효과가 작으므로, 0.05질량% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 바람직하게는 0.1∼1.O질량%이다.

Co: 1.O질량% 이하

Co는 탄화물의 생성을 억제하고, 탄화물에 의한 입계강도의 저하를 억제하고, 피로강도를 향상시키는 원소이다. 그러나, Co는 극히 고가의 원소이며, 1.O질량%를 초과하여 첨가하면 강재 비용이 상승하기 때문에, 1.O질량% 이하의 첨가로 한다. 한편, 0.01질량% 미만의 첨가에서는 입계강도의 저하억제효과가 작으므로, 0.01질량% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 0.02∼0.5질량%이다.

Nb: 0.1질량% 이하

Nb는 담금질성의 향상효과가 있을 뿐만 아니라, 강 중에서 C, N과 결합하여 석출 강화 원소로서 작용한다. 또한, 뜨임 연화 저항성을 향상시키는 원소이기도 하고, 이들의 효과에 의해 피로강도를 향상시킨다. 그러나, 0.1질량%를 초과하여 함유시켜도 효과는 포화때문에, 0.1질량%를 상한으로 한다. 한편, 0.005질량% 미만의 첨가에서는 석출 강화 작용 및 뜨임 연화 저항성의 향상효과가 작기 때문에, 0.005질량% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 0.01∼0.05질량%이다.

V: 0.5질량% 이하

V는 강 중에서 C, N과 결합하여 석출 강화 원소로서 작용한다. 또한, 뜨임 연화 저항성을 향상시키는 원소이기도 하고, 이들의 효과에 의해 피로강도를 향상시킨다. 그러나, 0.5질량%를 초과하여 함유시켜도 그 효과는 포화하기 때문에, 0.5질량% 이하로 한다. 한편, 0.01질량% 미만의 첨가에서는 피로강도의 향상효과가 작기 때문에, 0.01질량% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 0.03∼0.3질량%이다.

Ta: 0.5질량% 이하

Ta는 미크로 조직 변화의 지연에 대하여 효과가 있고, 피로강도, 특히 전동피로의 열화를 방지하는 효과가 있기 때문에, 첨가하여도 좋다. 그러나, 그 함유량이 0.5질량%를 초과하여 함유량을 증가시켜도, 그 이상의 강도향상에 기여하지 않으므로, 0.5질량% 이하로 한다. 한편, 피로강도의 향상 작용을 발현시키기 위해서는 0.02질량% 이상으로 하는 것이 바람직하다.

Hf: 0.5질량% 이하

Hf는 미크로 조직 변화의 지연에 대하여 효과가 있고, 피로강도, 특히 전동 피로의 열화 방지하는 효과가 있기 때문에, 첨가하여도 좋다. 그러나, 그 함유량이 0.5질량%를 초과하여 함유량을 증가시켜도, 그 이상 강도향상에 기여하지 않으므로, 0.5질량% 이하로 한다. 한편, 피로강도의 향상 작용을 발현시키기 위해서는 0.02질량% 이상으로 하는 것이 바람직하다.

Sb: 0.015질량% 이하

Sb는 미크로 조직 변화의 지연에 대하여 효과가 있고, 피로강도, 특히 전동피로의 열화 방지하는 효과가 있기 때문에, 첨가하여도 좋다. 그러나, 그 함유량이 0.015질량%를 초과하여 함유량을 증가시키면 인성이 열화하므로, 0.015질량% 이하, 바람직하게는 0.010질량% 이하로 한다. 한편, 피로강도의 향상 작용을 발현시키기 위해서는 0.005질량% 이상으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 강의 피삭성을 향상시키기 위하여, 이하에 나타내는 원소를 함유시키는 것이 바람직하다.

W: 1.O질량% 이하

W는 취화작용(脆化作用)에 의해 피삭성을 향상시키는 원소이다. 그러나, 1.O질량%를 초과하여 첨가하여도, 효과가 포화할 뿐만 아니라, 비용이 상승하여, 경제적으로 불리하게 되기 때문에, 1.0질량% 이하로 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, 피삭성의 개선을 위해서는, W는 0.005질량% 이상 함유시키는 것이 바람직하다.

Ca: 0.005질량% 이하

Ca는 MnS와 함께 황화물을 형성하고, 이것이 칩 브레이커(chip breaker)로서 작용함으로써 피삭성을 개선하므로 필요에 따라 첨가할 수 있다. 그러나, 0.005질량%를 초과하여 함유시켜도, 효과가 포화할 뿐만 아니라, 성분 비용의 상승을 초래하므로, 0.005질량% 이하로 하였다. 한편, 0.0001질량% 미만에서는 함유되어 있어도 피삭성 개선 효과가 작으므로, 0.0001질량% 이상 함유시키는 것이 바람직하다.

Mg: 0.005질량% 이하

Mg는 탈산원소일 뿐만 아니라, 응력집중원(源)으로 되어 피삭성을 개선하는 효과가 있어, 필요에 따라 첨가할 수 있다. 그러나, 과잉으로 첨가하면 효과가 포화할 뿐만 아니라, 성분 비용이 상승하기 때문에, 0.005질량% 이하로 하였다. 한편, 0.0001질량% 미만에서는 함유되어 있어도 피삭성 개선 효과가 작으므로, 0.0001질량% 이상 함유시키는 것이 바람직하다.

Te: 0.1질량% 이하

Se: 0.1질량% 이하

Se 및 Te는 각각, Mn과 결합하여 MnSe 및 MnTe를 형성하고, 이것이 칩 브레이커로서 작용함으로써 피삭성을 개선한다. 그러나, 함유량이 0.1질량%를 초과하면, 효과가 포화할 뿐만 아니라, 성분 비용의 상승을 초래하므로, 모두 0.1질량% 이하로 함유시키는 것으로 하였다. 또한, 피삭성의 개선을 위해서는, Se의 경우는 0.003질량% 이상 및 Te의 경우는 0.003질량% 이상으로 함유시키는 것이 바람직하다.

Bi: 0.5질량% 이하

Bi는 절삭시의 용융, 윤활 및 취화(脆化)작용에 의해, 피삭성을 향상시키므 로, 이 목적으로 첨가할 수 있다. 그러나, 0.5질량%를 초과하여 첨가하여도 효과가 포화할 뿐만 아니라 성분 비용이 상승하기 때문에, 0.5질량% 이하로 하였다. 한편, 0.01질량% 미만에서는 함유되어 있어도 피삭성 개선 효과가 작으므로, 0.01질량% 이상 함유시키는 것이 바람직하다.

Pb: 0.5질량% 이하

Pb는 절삭시의 용융, 윤활 및 취화작용에 의해, 피삭성을 향상시키므로, 이 목적으로 첨가할 수 있다. 그러나, 0.5질량%를 초과하여 첨가하여도 효과가 포화할 뿐만 아니라 성분 비용이 상승하기 때문에, 0.5질량% 이하로 하였다. 한편, 0.01질량% 미만에서는 함유되어 있어도 피삭성 개선 효과가 작으므로, 0.01질량% 이상 함유시키는 것이 바람직하다.

Zr: 0.01질량% 이하

Zr는 MnS와 함께 황화물을 형성하고, 이것이 칩 브레이커로서 작용함으로써 피삭성을 개선한다. 그러나, 0.01질량%를 초과하여 함유시켜도, 효과가 포화할 뿐만 아니라, 성분 비용의 상승을 초래하므로, 0.01질량% 이하로 하였다. 한편, 0.003질량% 미만에서는 함유되어 있어도 피삭성 개선 효과가 작으므로, 0.003질량% 이상 함유시키는 것이 바람직하다.

REM: 0.1질량% 이하

REM는 MnS와 함께 황화물을 형성하고, 이것이 칩 브레이커로서 작용함으로써 피삭성을 개선한다. 그러나, REM을 0.1질량%를 초과하여 함유시켜도, 효과가 포화할 뿐만 아니라, 성분 비용의 상승을 초래하므로, 각각 상기 범위에서 함유시키는 것으로 하였다. 한편, 피삭성의 개선을 위해서는, REM은 0.0001질량% 이상 함유시키는 것이 바람직하다.

이상, 바람직한 성분조성 범위에 대하여 설명하였지만, 성분조성을 상기 범위로 한정하고, 또한, 고주파 담금질 전의 강조직을, 이하에 설명하는 조직으로 함으로써 상술한 7㎛ 이하의 구 오스테나이트 입자의 평균입경을 얻을 수 있다.

즉, 모재(母材)의 조직, 즉 담금질 전의 조직(고주파 담금질 후의 경화층 이외의 조직에 상당)이 베이나이트 조직 및/또는 마르텐사이트 조직을 갖고, 또한 베이나이트 조직 및 마르텐사이트 조직 중 어느 한 쪽 또는 양쪽의 합계가 10체적% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이 이유는 베이나이트 조직 혹은 마르텐사이트 조직은 페라이트-퍼얼라이트 조직에 비교하여 탄화물이 미세하게 분산된 조직이기 때문에, 담금질 가열시에 오스테나이트의 핵생성 사이트(site)인, 페라이트/탄화물계면의 면적이 증가하고, 생성한 오스테나이트가 미세화하기 때문에, 담금질 경화층의 입경을 미세화하는데도 유효하게 기여하기 때문이다. 그리고, 담금질 경화층의 입경의 미세화에 의해, 입계강도가 상승하고, 피로강도가 향상한다.

여기에, 베이나이트 조직 및 마르텐사이트 조직 중 어느 한 쪽 또는 양쪽의 합계를 20체적% 이상으로 하는 것이 더 바람직하다.

또한, 베이나이트 조직 및 마르텐사이트 조직 중 어느 한 쪽 또는 양쪽의 합계의 조직분율의 상한은 90체적% 정도로 하는 것이 바람직하다. 즉, 이들의 합계의 조직분율이 90체적%를 초과하면 담금질에 의한 경화층의 구 오스테나이트 입자의 미세화 효과가 포화할 뿐만 아니라, 피삭성이 급격하게 열화하기 때문이다.

한편, 담금질 후의 경화층의 입경 미세화에 관하여는, 마르텐사이트 조직도 베이나이트 조직과 같은 정도의 효과를 갖지만, 공업적인 관점에서는 마르텐사이트 조직에 비교하여 베이나이트 조직 쪽이 더욱 합금원소의 첨가량이 적고, 또한 피삭성의 점에서도 유리하며, 또한 저(低)냉각속도로 생성시키는 것이 가능하기 때문에, 제조상 유리하다.

또한, 베이나이트와 마르텐사이트의 체적분율의 비(比)는 대략 베이나이트:마르텐사이트 = 100:0∼40:60이 바람직하다. 담금질 전의 조직은 고주파 담금질 후에 의한 경화층의 마르텐사이트의 구 오스테나이트 입경 미세화를 위해서는 마르텐사이트 조직이 바람직하다. 그러나, 마르텐사이트는 경질이기 때문에 모상(母相)에 다량으로 함유되면 피삭성이 저하한다. 따라서, 베이나이트와 마르텐사이트의 분율비는 베이나이트:마르텐사이트 = 100:0∼40:60이 바람직하다.

다음에, 본 발명의 기계구조용 부품의 제조방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 기계구조용 부품은 상술한 성분조성을 갖는 강소재를 봉강압연이나 열간단조 등의 열간가공을 실시하여 부품형상으로 하고 부품의 적어도 일부에 가열온도: 800∼1000℃의 조건하에서 고주파 담금질을 실시함으로써 제조할 수 있다. 이 적어도 일부를 피로강도가 요구되는 부위로 한다.

고주파 담금질부의 평균 구 오스테나이트 입경을 7㎛ 이하로 하기 위해서는 다음의 방법이 있다.

열간가공시의 800∼1000℃에서의 총가공율을 80% 이상으로 하고, 그 후 700∼500℃의 온도영역을 0.2 ℃／s 이상의 속도로 냉각한다. 이 조건에 의해, 담금 질 전의 조직을 균일 미세한 베이나이트 및/또는 마르텐사이트 조직(조직분율 10체적% 이상)으로 할 수 있다. 즉, 베이나이트, 마르텐사이트는 페라이트-퍼얼라이트 조직에 비교하여 탄화물이 미세하게 분산된 조직이기 때문에, 고주파 담금질 가열시에 오스테나이트의 핵생성 사이트인 페라이트/탄화물의 계면의 면적이 증가하여, 생성한 오스테나이트가 미세화하는 데에 유리하다. 이를 위해서는, 베이나이트 및 마르텐사이트의 한 쪽 또는 양쪽의 합계의 조직분율은 10체적% 이상이 필요하다. 그리고, 700∼500℃의 온도영역의 냉각속도가 0.2℃／s 미만에서는, 베이나이트 및 마르텐사이트의 한 쪽 또는 양쪽의 합계의 조직분율이 10체적% 이상으로 할 수 없다. 더 바람직하게는 냉각속도를 0.5℃／s 이상으로 한다. 한편, 베이나이트와 마르텐사이트의 체적분율의 비는 상술한 대로 대략 베이나이트:마르텐사이트 = 100: 0∼40:60이 바람직하다.

또한, 고주파 담금질 전에, 800℃미만의 온도영역에서 20% 이상의 가공(이하, 제2가공공정으로 한다)을 실시함으로써, 고주파 담금질 전의 베이나이트 및/또는 마르텐사이트 조직을 더욱 미세하게 할 수 있고, 고주파 담금질 후의 구 오스테나이트 입자의 새로운 미세화를 달성할 수 있기 때문에, 제2가공공정을 부가하는 것이 바람직하다. 800℃ 미만의 온도영역에서의 가공은 열간가공공정으로, 상기 냉각속도의 냉각 전(700∼800℃의 온도영역)에서 행하여도 좋고, 냉각 후에 별도 냉간가공을 실시하거나, 혹은 A₁변태점 이하의 온도로 재가열하여 온간(溫間)가공을 실시하여도 좋다. 800℃ 미만에서의 가공은 30% 이상으로 하는 것이 바람직하다.

한편, 가공법으로서는 예컨대, 냉간단조, 냉간인발, 전조(轉造)가공, 쇼트(shot) 등을 들 수 있다. 800℃ 미만에서 가공을 실시함으로써, 고주파 담금질 전의 베이나이트 혹은 마르텐사이트 조직이 미세화하고, 결과적으로서 고주파 담금질 후에 얻어지는 경화층에서의 구 오스테나이트 입자의 평균입경이 더 미세한 것으로 되는 결과, 피로강도가 더욱 향상한다.

이상 설명한, 가공 및 냉각에 의한 담금질 전 조직의 조정에 맞춰, 또한 이하의 고주파 담금질 조건에 따라 처음으로 평균입경이 7㎛ 이하의 구 오스테나이트 입자가 얻어진다.

먼저, 가열온도가 800℃ 미만의 경우, 오스테나이트 조직의 생성이 불충분하게 되어, 경화층을 얻을 수 없다. 한편, 가열온도가 1000℃를 초과하는 경우와 600∼800℃의 승온속도가 300℃／s 미만의 경우에는 오스테나이트 입자의 성장이 촉진됨과 동시에 입자의 크기의 편차가 커져, 피로강도의 저하를 초래한다. 즉, 최종적으로 얻어지는 경화층의 구 오스테나이트 입경은 담금질 가열시에 오스테나이트 영역에서 어떻게 입자성장을 방지할지가 중요하게 된다. 전(前) 조직을 상술 한 바와 같이 미세한 베이나이트 혹은 마르텐사이트를 갖는 조직으로서 둠으로써, 오스테나이트로의 역(逆)변태의 핵생성 사이트는 다수이므로, 다수 생성한 오스테나이트 입자가 성장하지 않는 동안에 냉각을 시작하면, 담금질 조직의 평균 구 오스테나이트 입경을 미세화할 수 있다. 오스테나이트 입자의 성장은 고온이면 일수록, 또한 오스테나이트 영역에서의 보유 시간이 길면 긴 만큼 진행하므로, 입자성장을 방지하고, 최종적으로 평균입경이 7㎛ 이하의 구 오스테나이트 입자를 얻기 위해서는 가열시의 도달온도는 1000℃ 이하, 600∼800℃의 승온속도는 300℃／s 이상으로 한다.

한편, 가열시의 도달온도는 800∼950℃로 하는 것이 바람직하고, 600∼800℃의 승온속도는 700℃／s 이상인 것이 바람직하다.더 바람직하게는 1000℃／s 이상이다.

또한, 고주파가열시에 있어서 800℃ 이상의 체류시간이 길어지면, 오스테나이트 입자가 입자성장하고, 최종의 구 오스테나이트 입경이 7㎛ 초과까지 커지는 경향에 있어, 800℃ 이상의 체류시간은 5초 이하로 하는 것이 바람직하다. 더 바람직한 가열시간은 3초 이하이다.

한편, 상기 효과는 Mo를 본 발명 범위에서 함유시킨 강에 있어서, 더 현저하게 발현된다. 즉, 도 1에, Mo첨가강과 Mo무첨가강에 대하여, 고주파 담금질시의 가열온도와 경화층의 구 오스테나이트 입경과의 관계에 대하여 조사한 결과를 나타낸다.

여기에서, 도 1에 나타낸 결과는 아래와 같이 하여 얻어진 것이다.

즉, 다음의 a강, b강, c강, d강 및 e강에 나타내는 성분조성의 강 소재를 150kg 진공용해 로에서 용제(溶製)하고, 150mm 각(角)으로 열간단조 후, 더미 빌렛트(dummy billet)를 제조하고, 850℃에서 80%의 열간가공을 행한 후, 700℃∼500℃의 온도범위를 0.7℃／s로 냉각하여, 봉강압연 재료를 제조하였다. 또한, 일부의 봉강에는 제2가공 공정으로서, 상기 냉각 후에 냉간으로 20%의 가공을 실시하였다.

(a강) C: 0.8질량%, Si: 0.1질량%, Mn: 0.78질량%, P: 0.011질량%, S: 0.019 질량%, Al: 0.024질량%, Ti: 0.017질량%, B: 0.0013질량%, N: 0.0043질량%, Ｏ: 0.0015질량%, 잔부 Fe 및 불가피 불순물.

(b강) C: 0.53질량%, Si: 0.1질량%, Mn: 0.74질량%, P: 0.011질량%, S: 0.019질량%, Al: 0.024질량%, N: 0.0039질량%, Mo: 0.37질량%, Ti: 0.018질량%, B: 0.0013질량%, 잔부 Fe 및 불가피 불순물.

(c강) C: 0.9질량%, Si: 0.1질량%, Mn: 0.78질량%, P: 0.011질량%, S: 0.019질량%, Al: 0.024질량%, Mo: 0.37질량%, Ti: 0.017질량%, B: 0.0013질량%, N: 0.0043질량%, 잔부 Fe 및 불가피 불순물.

(d강) C: 0.42질량%, Si:1.5질량%, Mn: 0.78질량%, P: 0.011질량%, S: 0.019질량%, Al: 0.024질량%, Mo: 0.37질량%, Ti: 0.017질량%, B: 0.0013질량%, N: 0.0043질량%, 잔부 Fe 및 불가피 불순물.

(e강) C: 0.42질량%, Si: 0.2질량%, Mn: 0.78질량%, P: 0.05질량%, S: 0.019질량%, Al: 0.024질량%, Mo: 0.37질량%, Ti: 0.017질량%,B: 0.0013질량%, N: 0.0043질량%, 잔부 Fe 및 불가피 불순물.

얻어진 봉강으로부터, 비틀림 피로시험편을 채취하고, 주파수: 10∼200kHz, 가열온도 870∼1050℃로 하여 고주파 담금질을 실시하고, 또한 가열로를 이용하여 170℃×30분의 조건으로 뜨임을 행하여 공시재(供試材)로 하였다. 고주파 담금질 조건은 승온속도를 300℃／s 이상, 800℃ 이상에서의 체류시간은 1초 이하로 되도록 조정하였다.

이렇게 얻어진 공시재에 대하여, 비틀림 피로시험은 φ18mm의 단차진 비틀림 시험편에 의해 10⁵회로 파단하는 응력을 구하였다. 또한, 고주파 담금질에 의한 경화층의 평균 구 오스테나이트 입경을 전술한 방법에 의해 측정하였다. 또한, 경화층의 표면에서 전체 두께의 1/5의 위치에서의 비커스 경도를 측정하였다. 비커스 경도은 98N(10kgf)에서 5점 타점(打点)하고, 그 평균값을 채용하였다.

도 1에 나타낸 바와 같이, Mo첨가강 및 Mo무첨가강의 어느 쪽에 있어서도, 고주파 담금질시의 가열온도를 저하시킴으로써 경화층의 구 오스테나이트 입경을 작게 할 수 있지만, Mo첨가강에 있어서는 가열시의 도달온도를 1000℃ 이하, 바람직하게는 950℃ 이하로 함으로써, 특히 현저하게 경화층 입경의 미세화가 달성된다.

이 현상이 생기는 이유는 명확히는 알수 없지만, 상기한 Mo 및 Ti를 포함하는 탄질화물(炭窒化物)과의 관계에서 아래와 같이 추정할 수 있다. 즉, Mo첨가강에서는, 전술한 Mo계 미세 탄질화물이 석출하여 강력한 핀닝력(pinning force)에 의해 오스테나이트 입자를 미세화하기 때문에, Mo무첨가강에 대하여 미세하게 된다고 생각된다. 그러나, 가령 단시간의 고주파 담금질이라도, 가열온도가 1000℃을 크게 초과하면 미세한 (Mo, Ti)₂(C, N)은 용하여 버려, 핀닝의 효과가 작아져 버린다고 생각된다.

한편, 도 1로부터, Mo첨가강에 있어서, 제2가공공정(냉간가공)을 추가한 경우의 쪽이 구 오스테나이트 입경을 더 미세화할 수 있음을 알 수 있다.

또한, 발명자 등은 Mo를 함유시킨 강에 있어서, 고주파 담금질에 의한 경화 층의 평균 구 오스테나이트 입자를 더 미세화하여 피로강도를 향상할 수 있다는 것은, 미세한 Mo계 석출물이 고밀도로 분산되어 있어, 전술한 핀닝효과가 커지는 것이 아닐까 라고 추정하였다.

그래서, 상기 a강을 용제하여 압연한 후, 850℃에서 80%, 750℃에서 25%의 단조를 행하여 공냉(공냉시 냉각속도 0.8℃／s)하였다. 그리고, 고주파 담금질 전의 소재로부터 투과전자현미경 관찰용의 시료를 채취하고, 미세 석출물의 상황에 대하여 관찰을 실시하였다. 투과전자현미경 관찰용의 시료는 소재 중앙부에서 평판시료를 채취하고, 과염소산-메탄올계의 전해액을 사용한 전해 연마에 의해 박막화(薄膜化)하여 준비하였다. 관찰 영역이 너무 얇으면 석출입자의 탈락 빈도가 높아지고, 너무 두꺼우면 석출입자 인식이 곤란해지기 때문에, 관찰 영역의 두께가 50∼100nm의 범위로 되도록 하였다. 한편, 시료두께는 전자 에너지 손실 스펙트럼으로부터 산출하였다.

도 2에 실제로 얻어진 투과전자현미경상의 일례를 나타낸다. 이 시야의 시료두께 약 0.1㎛를 고려하면, 직경 5∼10nm 정도의 미세한 석출물이 1㎛³당 약 3000개의 고밀도로 분산되고 있다는 것이 판면되었다.

고주파 담금질시, 오스테나이트는 베이나이트 혹은 마르텐사이트의 입계, 팩켓(packet) 경계, 탄화물 등으로 핵생성하여 입자 성장한다. 상기한 미세한 석출물은 오스테나이트 입계면이 석출물에 도달하여 그 방향쪽으로 갈 때에, 풍선(風船, 입계면)을 손가락(석출물)로 압입하였을 때처럼 입계면의 이동을 억제한다. 이러한 계면이동 억제를 핀닝(pinning)이라고 말한다. 핀닝은 전체 석출량이 일정하면 석출물이 작을수록 크고, 또한 석출물 직경이 일정하면 석출물의 양이 많을수록 강해진다.

본 발명에서의 고주파가열시에는 도 2에 도시한 바와 같은 미세 석출물에 의해 핀닝이 생겨, 평균 구 오스테나이트 입경의 미세화가 더 촉진되어 있다고 추정된다. 또한, 도 2에 예시한 미세 석출물은 1000℃ 이하의 고주파 담금질 처리 후 재료에 있어서도 존재한다는 것이 확인되어 있고, 고온 단시간 열처리에 대하여 용해하기 어려운 것이 고주파 담금질시의 오스테나이트 입자성장 억제에 유효하게 작용하고 있다고 생각된다.

다음에, 발명자들은 고주파가열 처리시의 구 오스테나이트 입자의 평균입경에 미치는 석출 분산상태의 영향을 보기 위하여, Mo의 석출 체적율을 변동시킨 모델 계산을 실시하였다. 즉, Mo의 다른 석출상(析出相)에의 고용이 미량이라 것을 가정하면, Mo계 미세 석출물의 석출 체적율: f와 평균입경: d가 결정되면, 균일분산 석출의 경우의 1㎛³당의 Mo계 미세 석출물수(석출밀도)가 검산된다. 구 오스테나이트 입자 평균직경이 미세 석출의 핀닝에 의해 지배되면, 그 크기는 석출밀도에 반비례한다. 그래서, 도 2에서의 석출물의 입경 및 그 밀도가 구 오스테나이트 입자 평균직경 2㎛를 달성하는 것을 고려하여, 핀닝효과를 발현시키는 입경 및 석출물 밀도를 검토하였다. 그 결과, 구 오스테나이트 입자 평균직경의 제어에 직접적으로 효과가 있는 1㎛³당의 석출물수는 석출물의 체적율에 따라 변동하지만, 예컨 대, 체적율이 0.2∼0.4% 정도인 경우에, 충분한 핀닝효과를 발현시켜, 구 오스테나이트 입자의 미세화를 실현할 수 있는 바람직한 범위는 아래와 같다는 것을 알았다.

즉, 구 오스테나이트 입자의 더 나은 미세화를 달성하기 위해서는, 직경 20nm 이하의 미세 석출입자를 500개 이상 확보하는 것이 바람직하다. 또한, 직경 15nm 이하의 미세 석출입자를 1000개 이상 확보하는 것, 더 적합하게는 직경 12nm 이하의 석출입자를 2000개 이상 확보하는 것이 바람직하다.

다음에, 이 석출물을 모재로부터 추출하고, 찌꺼기를 X선 회절법에 의해 동정(同定)하였던 바, 주로 hcp형태의 (Mo, Ti)₂(C, N)이라고 추정되었다. 또한, 투과전자현미경에 부속한 EDX 분석의 결과로부터, Mo와 Ti의 원자비는 약 8:2이며, Mo가 주성분인 것도 밝혀졌다. 한편, 여기에서 말하는 석출물에는, 완전한 (Mo, Ti)₂(C, N)의 화학량론(化學量論) 조성으로부터 제외된 것도 포함된다. 여하튼 Mo와 Ti를 포함한 복합탄질화이라고 생각된다.

그런데, (Mo, Ti)₂(C, N) 석출물은 Cu 등의 석출물과 달리, 비교적 단단하다는 것이 알려져 있어, 입계면 통과를 저지하는 능력이 높다고 생각된다. 또한, 성분구성비는 Mo가 Ti에 대하여 압도적으로 많은 것과 Mo가 확산하기 어려운 원소인 것을 감안하면, 이러한 (Mo, Ti)₂(C, N)은 (Mo, Ti)₂(C, N)의 석출온도인 600∼700℃ 정도의 온도범위에 단시간 유지하여도, 급속히 커진다고는 생각되지 않는다. 따라서, (Mo, Ti)₂(C, N)의 석출량을 증가시켜 분포밀도를 높이기 위하여, 이후에 설명하는 베이나이트 및 마르텐사이트의 조직분율이 얻어지는 범위에서, 이 온도범위에서 단시간의 등온(等溫)유지함으로써, 이미 석출하고 있는 (Mo, Ti)₂(C, N)의 조대화(粗大化)를 최소한으로 억제하면서, 새로운 (Mo, Ti)₂(C, N)의 석출을 기대할 수 있다.

또한, 도 3에는 경화층의 구 오스테나이트 입경과 비틀림 피로특성과의 관계를 나타낸다. 같은 도면으로부터, Mo첨가강에서는 구 오스테나이트 입경이 7㎛ 이하의 영역에 있어서도 입경이 작아짐과 아울러, 피로특성이 향상함을 알 수 있다. 이에 대하여, Mo무첨가강에서는 입경이 7㎛ 이하로 되면, 그 이상 입경을 작게 하여도 피로강도가 향상하지 않음을 알 수 있다. 이는 Mo무첨가강에서는 Mo첨가강에 비교하여 경화층의 경도가 낮기 때문에, 구 오스테나이트 입경이 어느 정도 이상 미세화해버리면, 피로파괴가 입자내 파괴로 되어, 구 오스테나이트 입경에 영향을 주지 않기 때문이라고 생각된다.

또한, Mo첨가강에서, 또한 C, Si, P 중 어느 쪽인가의 함유량을 높인 경우(c강, d강, e강)에는, 구 오스테나이트 입경이 7㎛ 이하의 영역에서, 비틀림 피로강도의 향상효과가 크다는 것을 알 수 있다. 이는 C, Si 혹은 P의 양을 증가시킴으로써, 경화층의 입자내 강도가 증가하고 있기 때문이라고 생각된다. 그래서, 경화층의 비커스 경도를 조사하였던 바, a강에서는 Hv700, b강에서는 Hv740, c강에서는 Hv902, d강에서는 Hv775, e강에서는 Hv760이며 경화층의 경도가 Hv750 이상으로 되 면, 구 오스테나이트 입자의 미세화에 의한 피로강도 향상효과가 매우 커지게 된다는 것을 뒷받침할 수 있었다.

다음에, 발명자들은 이상의 경화층의 경도를 상승시킴으로써, 구 오스테나이트 입경의 미세화에 의한 피로강도 상승값을 크게 할 수 있다는 지견에 근거하여, C, Si, P 중 어느 쪽인가의 함유량을 높여서 입자내 강도를 상승시키지 않더라도, 고주파 담금질 후의 뜨임처리를 생략하는 것에 의해서도, 입자내 강도를 상승시킬 수 있기 때문에, 이 뜨임처리의 생략에 의해 피로강도가 상승하는 것이 아닐까 라고 발상하였다.

그래서, 상기 a강 및 b강에 대하여, 상술한 비틀림 피로시험편의 제작공정에 있어서, 뜨임처리를 생략한 것에 대하여도, 마찬가지로 비틀림 피로강도의 조사를 행하였다. a강 및 b강의 뜨임을 생략한 경우의 비커스 경도는 각각 Hv740, Hv780이었다.

도 4에, 뜨임 있는 경우와 뜨임 없는 경우를 비교하여, 경화층의 구 오스테나이트 입경과 비틀림 피로특성과의 관계를 나타낸다. 도 4로부터, 뜨임을 생략 하는 것에 의해서도 피로강도를 향상시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명에서는 뜨임처리를 행하지 않는 방법도 적극적으로 채용할 수 있다. 일반적인 고강도강에서는, 뜨임처리를 행하지 않으면 부품에 균열이 발생할 경우가 있다. 이 때문에, 고주파 담금질 후의 뜨임처리는 통상 행하여지는 공정이다. 이 균열은 통상 입계파괴이며, 입계강도 부족에 기인하고 있다. 그런데, 본 발명에서는 구 오스테나이트 입자의 미세화에 의해 입계강도가 높기 때문 에, 뜨임처리를 생략하여도 균열이 발생하기 어렵다. 뜨임처리의 생략은 뜨임에 의한 연화 억제와 뜨임처리 비용의 저감에 효과가 있다.

실시예1

표 1에 나타내는 강을 100kg 용제하고, 이것을 1200℃로 가열하여 표 2에 나타내는 열간가공 조건 및 냉간가공 조건에 의해, 비틀림 피로시험편으로 가공하였다. 가공후의 시료를, 먼저 1050℃에서 고주파 담금질하고, 계속하여 표 2에 나타내는 조건의 고주파 담금질을 행하였다. 한편, 시험 No.10은 1050℃에서의 고주파 담금질은 행하지 않았다. 또한, 시험 No.29 및 30 이외는 고주파 담금질 후에 160℃×1h.의 뜨임을 행하였다. 고주파 담금질부의 구 오스테나이트 입경 및 경도는 상술한 방법과 같이 하여 측정하였다. 비틀림 피로시험은 18mmφ의 단차진 비틀림 시험편에 의해 10⁵회로 파단하는 응력을 구하였다. 또한, 고주파 담금질 전 조직을, 광학현미경을 이용하여 관찰하고, 조직의 동정을 행함과 아울러, 베이나이트 및 마르텐사이트의 단독 또는 합계의 조직분율(체적%)을 구하였다.

이상의 측정결과를, 표 2에 병기하는 바와 같이, No.7 및 25는 C, Si 및 P의 모두가 낮은 비교예이며, 이들 비교예에 대하여 발명예는 비틀림 피로강도가 더욱 향상하고 있음을 알 수 있다. 또한, No.26, 27 및 28처럼, Mo, B 또는 Ti가 부족하는 경우에는 구 오스테나이트 입경이 조대화하여, 비틀림 피로강도가 저하한다. 또한, No.26, 27 및 28에서는, 특히 모재 조직이 페라이트-펄라이트로 되기 때문에 구 오스테나이트 입경이 조대화하여, 피로강도가 저하하였다. 또한, No.29 및 30 처럼, 고주파 담금질 후의 뜨임처리를 행하지 않으면, 각각 No.1 강 및 No.7 강과 비교하여, 더욱 피로강도가 향상되고 있다. 또한, No.31 강은 열간가공시의 800∼1000℃의 총가공율이 작기 때문에, 구 오스테나이트 입경이 커지고, 피로강도가 낮다.

실시예2

본 발명의 기계구조용 부품으로서, 도 5에 나타내는, 구동축(10)으로부터 동력을 차륜의 허브(11)에 전달하기 위하여 개재시키는, 등속죠인트(12)를 제조하였다.

이 등속죠인트(12)는 외륜(13) 및 내륜(14)의 조합으로 이루어진다. 즉, 외륜(13)의 마우스부(13a)의 내면에 형성한 볼 궤도홈에 끼우는 볼(15)을 통하여, 마우스부(13a)의 내측에 내륜(14)을 요동가능하게 고정하고, 이 내륜(14)에 구동축(10)을 연결하는 한편, 외륜(13)의 스템부(13b)를 허브(11)에, 예컨대 스플라인 결합시킴으로써, 구동축(10)으로부터의 동력을 차륜의 허브(11)에 전달하는 것이다.

표 3에 나타내는 성분조성으로 되는 강소재를, 전로에 의해 용제하여, 연속 주조에 의해 주조편으로 하였다. 주조편 크기는 300×400mm이었다. 이 주조편을, 브레이크다운 공정을 거쳐 150mm 각(角) 빌렛트로 압연한 뒤, 55mmφ의 봉강으로 압연하였다.

다음에, 이 봉강을 소정길이로 절단한 후, 열간단조에 의해 등속죠인트 내륜(외경: 45mm 및 내경: 20mm)을 형성하고, 그 후 절삭가공 또는 전조가공에 의해 끼움결합면에 스플라인 결합을 위한 홈을 형성하였다. 또한, 절삭가공 또는 냉간단조에 의해, 볼의 전동면(轉動面)을 형성하였다. 열간단조 후의 냉각은 표 4에 나타내는 조건으로 하였다. 여기에서, 열간단조, 냉간단조에서의 총가공율은 전동면의 축방향에 직교하는 단면의 단면감소율을 조정함으로써 행하였다.

도 6에 도시하는 바와 같이, 등속죠인트 외륜과의 사이에 개재하는 볼의 전동면(14a)에, 주파수: 15Hz의 고주파 담금질 장치를 이용하고, 1050℃에서 고주파 담금질 하고, 계속하여 표 4에 나타내는 조건의 고주파 담금질를 행하여 담금질 조직층(16)으로 한 후, 가열로를 이용하여 180℃×2h의 조건으로 뜨임을 행하여 담금질하였다. 한편, 일부의 등속죠인트에 대하여는 뜨임을 생략하였다. 이렇게 하여 얻어진 등속죠인트 내륜은 그 끼움결합면에 구동축를 끼워맞춤과 아울러, 등속죠인트 외륜의 마우스부에 볼(강구)을 통하여 장착하고, 한편 등속죠인트 외륜의 스템부에 허브를 끼워맞춤으로써, 등속죠인트 유닛으로 하였다 (도 5 참조). 한편, 볼, 외륜, 구동축 및 허브의 사양은 아래와 같다.

아 래

볼: 고탄소 크롬 베어링 강 SUJ2의 담금질 뜨임강

외륜: 기계구조용 탄소강의 고주파 담금질 뜨임강

허브: 기계구조용 탄소강의 고주파 담금질 뜨임강

구동축: 기계구조용 탄소강의 고주파 담금질 뜨임강

다음에, 이 등속죠인트를 사용하여, 구동축의 회전운동을 등속죠인트의 내륜그리고 외륜을 거쳐 허브에 전달하는 동력전달계에 있어서, 볼의 전동면의 전동피로강도에 관한 내구시험을 행하였다.

전동피로시험은 토크: 900N·m, 작동각(내륜의 축선과 구동축 축선이 이루는 각도): 20°및 회전수: 300rpm의 조건하에서 동력전달을 행하고, 등속죠인트 내륜의 전동면에 박리가 생길때 까지의 시간을 전동피로강도로서 평가하였다. 한편, 여기에서 구동축, 등속죠인트 외륜 등의 치수, 형상은 내구시험시에 등속죠인트 없는 고리(輪)가 최약부(最弱部)로 되도록 설정하였다.

또한, 마찬가지의 조건으로 제작한 등속죠인트 내륜에 대하여, 경화층의 구 오스테나이트 입자 평균직경 및 경도를, 전술한 방법과 마찬가지의 방법으로 구하였다.

표 4에는 이들의 결과도 병기한다.

표 4로부터, No.7 및 25는 C, Si 및 P의 모두가 낮은 비교예이고, 이들 비교예에 대하여 발명예는 전동 피로수명이 향상하고 있다는 것을 알 수 있다. 또한, No.26, 27 및 28처럼, Mo, B 또는 Ti가 부족할 경우에는 구 오스테나이트 입경이 조대화하여 전동 피로수명이 저하한다. 또한, No.26, 27 및 28에서는, 특히 모재 조직이 페라이트-펄라이트로 되기 때문에, 구 오스테나이트 입경이 조대화하여, 피로강도가 저하하였다.

또한, No.29 및 30처럼, 고주파 담금질 후의 뜨임처리를 행하지 않으면, 각각 No.1 강 및 No.7 강과 비교하여, 더욱 전동 피로수명이 향상하고 있다. 또한, No.31 강은 열간가공시의 800∼1000℃의 총가공율이 작기 때문에, 구 오스테나이트 입경이 커지고, 전동 피로수명이 낮다.

Claims

적어도 일부분에 고주파 담금질에 의한 경화층을 갖고, 그 경화층은 경도가 Hv 750 이상, 또한 구 오스테나이트 입자의 평균입경이 경화층의 전체 두께에 걸쳐 7㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 기계구조용 부품.
제1항에 있어서,

C: 0.3∼1.5질량%,

Si: 0.05∼3.O질량%,

Mn: 0.2∼2.O질량%,

A1: 0.25질량% 이하,

Ti: 0.005∼0.1질량%,

Mo: 0.05∼0.6질량%,

B: 0.0003∼0.006질량%

S: 0.1질량% 이하, 및

P: 0.10질량% 이하

를 함유하고, 또한 다음의 식(1)∼(3) 중 어느 쪽인가 적어도 하나의 식을 만족하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물의 성분조성을 갖는 것을 특징으로 하는 기계구조용 부품.

아 래

C ＞ 0.7질량% …（1)

Si ＞ 1.1질량% …（2)

P ＞ 0.02질량% …（3)
제2항에 있어서,

상기 성분조성 중 A1의 함유량이,

Al: 0.005∼0.25질량%

인 것을 특징으로 하는 기계구조용 부품.
제2항 또는 제3항에 있어서,

상기 성분조성으로서,

Cr: 2.5질량% 이하,

Cu: 1.O질량% 이하,

Ni: 3.5질량% 이하,

Co: 1.O질량% 이하,

Nb: 0.1질량% 이하,

V: 0.5질량% 이하,

Ta: 0.5질량% 이하,

Hf: 0.5질량% 이하, 및

Sb: 0.015질량% 이하

중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 기계구조용 부품.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 성분조성으로서,

W: 1.0질량% 이하,

Ca: 0.005질량% 이하,

Mg: 0.005질량% 이하,

Te: 0.1질량% 이하,

Se: 0.1질량% 이하,

Bi: 0.5질량% 이하,

Pb: 0.5질량% 이하,

Zr: 0.01질량% 이하, 및

REM: 0.1질량% 이하

중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 기계구조용 부품.
제1항에 있어서,

C: 0.3∼1.5질량%,

Si: 0.05∼3.O질량%,

Mn: 0.2∼2.O질량%,

A1: 0.25질량% 이하

Ti: 0.005∼0.1질량%,

Mo: 0.05∼0.6질량%,

B: 0.0003∼0.006질량%

S: 0.1질량% 이하, 및

P: 0.10질량% 이하

를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물의 성분조성으로 하고, 또한 상기 경화층은 뜨임처리가 실시되지 않는 것을 특징으로 하는 기계구조용 부품.
제6항에 있어서,

상기 성분조성 중 Al의 함유량이,

Al: 0.005∼0.25질량%

인 것을 특징으로 하는 기계구조용 부품.
제6항 또는 제7항에 있어서,

상기 성분조성으로서,

Cr: 2.5질량% 이하,

Cu: 1.O질량% 이하,

Ni: 3.5질량% 이하,

Co: 1.O질량% 이하,

Nb: 0.1질량% 이하,

V: 0.5질량% 이하,

Ta: 0.5질량% 이하,

Hf: 0.5질량% 이하, 및

Sb: 0.015질량% 이하

중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 기계구조용 부품.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 성분조성으로서,

W: 1.0질량% 이하,

Ca: 0.005질량% 이하,

Mg: 0.005질량% 이하,

Te: 0.1질량% 이하,

Se: 0.1질량% 이하,

Bi: 0.5질량% 이하,

Pb: 0.5질량% 이하,

Zr: 0.01질량% 이하, 및

REM: 0.1질량% 이하

중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 기계구조용 부품.
제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

1㎛³당 500개 이상으로 분산된 Mo계 석출물을 갖고, 그 Mo계 석출물의 평균입경이 20nm 이하인 것을 특징으로 하는 기계구조용 부품.
C: 0.3∼1.5질량%,

Si: 0.05∼3.O질량%,

Mn: 0.2∼2.O질량%,

Al: 0.25질량% 이하,

Ti: 0.005∼0.1질량%,

Mo: 0.05∼0.6질량%,

B: 0.0003∼0.006질량%

S: 0.1질량% 이하, 및

P: 0.10질량% 이하

를 함유하고, 또한 다음의 식(1)∼(3) 중 어느 쪽인가 적어도 하나의 식을 만족하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물의 성분조성으로 되는 소재의 적어도 일부분에 고주파 담금질을 적어도 1회는 실시하여 기계구조용 부품을 제조함에 있어서,

상기 소재의 고주파 담금질 전의 강조직에서의 베이나이트 조직 및 마르텐사이트 조직 중 어느 한 쪽 또는 양쪽의 합계를 10체적% 이상으로 조정하고,

상기 고주파 담금질의 도달온도를 1000℃ 이하로 하는 것을 특징으로 하는 기계구조용 부품의 제조방법.

아 래

C ＞ 0.7질량% …（1)

Si ＞ 1.1질량% …（2)

P ＞ 0.02질량% …（3)
제11항에 있어서,

상기 성분조성 중 Al의 함유량을,

Al: 0.005∼0.25질량%

으로 하는 것을 특징으로 하는 기계구조용 부품의 제조방법.
제11항 또는 제12항에 있어서,

상기 성분조성으로서,

Cr: 2.5질량% 이하,

Cu: 1.0질량% 이하,

Ni: 3.5질량% 이하,

Co: 1.O질량% 이하,

Nb: 0.1질량% 이하,

V: 0.5질량% 이하,

Ta: 0.5질량% 이하,

Hf: 0.5질량% 이하, 및

Sb: 0.015질량% 이하

중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 기계구조용 부품의 제조방법.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 성분조성으로서,

W: 1.0질량% 이하,

Ca: 0.005질량% 이하,

Mg: 0.005질량% 이하,

Te: 0.1질량% 이하,

Se: 0.1질량% 이하,

Bi: 0.5질량% 이하,

Pb: 0.5질량% 이하,

Zr: 0.01질량% 이하, 및

REM: 0.1질량% 이하

중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 기계구조용 부품의 제조방법.
적어도 일부 표면에, 고주파 담금질에 의한 평균 구 오스테나이트 입경이 7㎛ 이하인 경화층을 갖는 기계구조용 강재로 하기 위한 고주파 담금질용 소재로서,

C: 0.3∼1.5질량%,

Si: 0.05∼3.O질량%,

Mn: 0.2∼2.O질량%,

Al: 0.25질량% 이하

Ti: 0.005∼0.1질량%,

Mo: 0.05∼0.6질량%,

B: 0.0003∼0.006질량%

S: 0.1질량% 이하, 및

P: 0.10질량% 이하

를 함유하고, 또한 다음의 식(1)∼(3) 중 어느 쪽인가 적어도 하나의 식을 만족하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물의 성분조성을 갖고, 더욱 베이나이트 조직 및 마르텐사이트 조직 중 어느 한 쪽 또는 양쪽의 합계가 10체적% 이상인 강조직을 갖는 것을 특징으로 하는 고주파 담금질용 소재.

아 래

C ＞ 0.7질량% …（1)

Si ＞ 1.1질량% …（2)

P ＞ 0.02질량% …（3)
제15항에 있어서,

상기 성분조성 중 Al의 함유량이,

A1: 0.005∼0.25질량%

인 것을 특징으로 하는 고주파 담금질용 소재.
제15항 또는 제16항에 있어서,

상기 성분조성으로서,

Cr: 2.5질량% 이하,

Cu: 1.O질량% 이하,

Ni: 3.5질량% 이하,

Co: 1.O질량% 이하,

Nb: 0.1질량% 이하,

V: 0.5질량% 이하,

Ta: 0.5질량% 이하,

Hf: 0.5질량% 이하, 및

Sb: 0.015질량% 이하

중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 고주파 담금질용 소재.
제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 성분조성으로서,

W: 1.O질량% 이하,

Ca: 0.005질량% 이하,

Mg: 0.005질량% 이하,

Te: 0.1질량% 이하,

Se: 0.1질량% 이하,

Bi: 0.5질량% 이하,

Pb: 0.5질량% 이하,

Zr: 0.01질량% 이하, 및

REM: 0.1질량% 이하

중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 고주파 담금질용 소재.
제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

1㎛³ 당 500개 이상으로 분산된 Mo계 석출물을 갖고, 그 Mo계 석출물의 평균입경이 20nm 이하인 것을 특징으로 하는 고주파 담금질용 소재.