KR20130057970A - 면 피로 강도가 우수한 가스 침탄강 부품, 가스 침탄용 강재 및 가스 침탄강 부품의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

침탄강 부품의 제조에 사용되는 가스 침탄용 강재이며, 모재의 조성이 질량%로, C : 0.1 내지 0.4%, Si : 1.2 초과 내지 4.0%, Mn : 0.2 내지 3.0%, Cr : 0.5 내지 5.0%, Al : 0.005 내지 0.1%, S : 0.001 내지 0.3%, N : 0.003 내지 0.03%를 함유하고, O : 0.0050% 이하, P : 0.025% 이하로 제한되고, 또한 Si, Mn 및 Cr의 함유량(질량%)을 [Si%], [Mn%], [Cr%]로 했을 때에 하기식 (1)을 만족하고, 표면으로부터 2 내지 50㎛의 깊이까지의 범위에 하기식 (2)를 만족하는 합금 결핍층이 존재하는 가스 침탄용 강재.
32 ≥ 3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%] > 9 … (1)
3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%] ≤ 9 … (2)

Description

면 피로 강도가 우수한 가스 침탄강 부품, 가스 침탄용 강재 및 가스 침탄강 부품의 제조 방법 {GAS-CARBURIZED STEEL COMPONENT WITH EXCELLENT SURFACE FATIGUE STRENGTH, GAS-CARBURIZING STEEL MATERIAL, AND PROCESS FOR PRODUCING GAS-CARBURIZED STEEL COMPONENT}
본 발명은, 면 피로 강도가 우수한 가스 침탄강 부품에 관한 것으로, 또한 이 가스 침탄강 부품의 제조에 사용되는 가스 침탄용 강재와, 상기 강재를 사용한 가스 침탄강 부품의 제조 방법에 관한 것이다.
기어나 베어링 등의 강 부품은, 토크의 전달 등으로 큰 부하를 받는 가혹한 환경에서 사용된다. 그로 인해, 상기 강 부품에는 높은 피로 강도나, 내마모성이 요구되고 있다. 이들의 강 부품은 사용되는 형상으로 성형된 후, 표면 경화 처리가 실시되어 내부의 인성을 확보하면서, 요구되는 높은 피로 강도 및 내마모성이 부여되어 있다.
강 중의 Si는, 고(高)탄소 마르텐사이트에 있어서 높은 템퍼링 연화 저항을 나타내므로, 면압 피로 강도의 고강도화에는 Si 함유량을 증가하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 특허 문헌 1에는 강의 Si 함유량을 0.5 내지 3.0%로 하고, 진공 침탄을 실시하는 기술이 개시되어 있다. 그러나 진공 침탄은 연속 처리가 곤란한 점, 타링이 발생하는 점, 부품 특성의 제어가 곤란한 점 등으로, 단점이 있어 양산화가 어렵다.
이에 반해, 가스 침탄은 그러한 단점이 없어, 양산을 상정한 표면 경화 처리로서는 가스 침탄 쪽이 진공 침탄보다 바람직하다.
그러나 강 중 Si는 가스 침탄에 있어서 침탄성을 저하시킨다. 침탄성의 저하라 함은 동일한 침탄 조건에 있어서, JIS 규격 강 SCr420과 같은 통상 사용되는 기소강과 비교하여, 침탄에서 얻어지는 경화층 깊이가 떨어지는 것을 의미한다.
예를 들어, 비특허 문헌 1은 Si 함유량의 증가와 함께, 가스 침탄 깊이가 감소되어 가스 침탄을 적용할 수 있는 Si 함유량의 상한은 1.2%이라고 보고하고 있다. 그로 인해, 고Si 함유강에 대해서, 가스 침탄을 가능하게 하는 기술의 개발이 요망되어 있다.
일본 특허 출원 공개 제2008-280610호 공보
「철과 강」제58년(1972) 제7호[쇼와 47년 6월 1일, (재)일본 철강협회 발행], 926 페이지
이상의 상황에 비추어, 본 발명은 템퍼링 연화 저항이 저하되는 일 없이, 또한 면 피로 강도가 우수한 강 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 이 강 부품의 제조에 적합한 가스 침탄용 강재와 가스 침탄강 부품의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 바와 같이, 강재 중의 Si를 증량하면, 템퍼링 연화 저항이 향상되는 한편, 가스 침탄성이 저하된다. 따라서, 본 발명자들은 Si를 증량해도, 가스 침탄성이 저하되지 않는 방법에 대해서, 예의 연구했다.
그 결과, 템퍼링 연화 저항을 향상시키기 위해서는, 강재 중의 Si, Mn 및 Cr의 함유량(질량%)을 [Si%], [Mn%], [Cr%]로 했을 때에 하기식 (1)을 만족하는 것이 필요하다라는 지견을 얻었다.
3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%] > 9 … (1)
다른 한편, Si를 증량해도, 가스 침탄성이 저하되지 않도록 하기 위해서는, 강재의 표면으로부터 2 내지 50㎛의 깊이까지의 범위에 하기식 (2)를 만족하는 합금 결핍층이 존재하는 것이 필요하다는 지견을 얻었다.
3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%] ≤ 9 … (2)
본 발명은, 상기 지견에 의거하여 이루어진 것으로, 그 요지는 이하와 같다.
(1) 표면에, C : 0.50 질량% 이상의 가스 침탄층을 갖는 가스 침탄강 부품이며, 모재의 조성이 질량%로, C : 0.1 내지 0.4%, Si : 1.2 초과 내지 4.0%, Mn : 0.2 내지 3.0%, Cr : 0.5 내지 5.0%, Al : 0.005 내지 0.1%, S : 0.001 내지 0.3%, N : 0.003 내지 0.03%를 함유하고, O : 0.0050% 이하, P : 0.025% 이하로 제한되고, 또한 Si, Mn 및 Cr의 함유량(질량%)을 [Si%], [Mn%], [Cr%]라 했을 때에 하기식 (1)을 만족하고, 표면으로부터 2 내지 50㎛의 깊이까지의 범위에 하기식 (2)를 만족하는 합금 결핍층이 존재하는, 가스 침탄강 부품.
32 ≥ 3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%] > 9 … (1)
3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%] ≤ 9 … (2)
(2) 상기 모재의 조성이, 또한 질량%로, Nb : 0.01 내지 0.3%, Ti : 0.01 내지 0.3%, V : 0.01 내지 0.3% 중 1종류 또는 2종류 이상을 함유하는, (1)에 기재된 가스 침탄강 부품.
(3) 상기 모재의 조성이, 또한 질량%로, Ni : 0.2 내지 3.0%, Cu : 0.2 내지 3.0%, Co : 0.2 내지 3.0%, Mo : 0.05 내지 0.4%, W : 0.05 내지 0.4% 및 B : 0.0006 내지 0.005% 중 1종류 또는 2종류 이상을 함유하는, (1)에 기재된 가스 침탄강 부품.
(4) 상기 모재의 조성이, 또한 질량%로, Nb : 0.01 내지 0.3%, Ti : 0.01 내지 0.3%, V : 0.01 내지 0.3% 중 1종류 또는 2종류 이상과, Ni : 0.2 내지 3.0%, Cu : 0.2 내지 3.0%, Co : 0.2 내지 3.0%, Mo : 0.05 내지 0.4%, W : 0.05 내지 0.4% 및 B : 0.0006 내지 0.005% 중 1종류 또는 2종류 이상을 함유하는, (1)에 기재된 가스 침탄강 부품.
(5) 침탄강 부품의 제조에 사용되는 가스 침탄용 강재이며, 질량%로, C : 0.1 내지 0.4%, Si : 1.2 초과 내지 4.0%, Mn : 0.2 내지 3.0%, Cr : 0.5 내지 5.0%, Al : 0.005 내지 0.1%, S : 0.001 내지 0.3%, N : 0.003 내지 0.03%를 함유하고, O : 0.0050% 이하, P : 0.025% 이하로 제한되고, 또한 Si, Mn 및 Cr의 함유량(질량%)을 [Si%], [Mn%], [Cr%]로 했을 때에 하기식 (1)을 만족하는, 가스 침탄용 강재.
32 ≥ 3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%] > 9 … (1)
(6) 또한, 질량%로, Nb : 0.01 내지 0.3%, Ti : 0.01 내지 0.3%, V : 0.01 내지 0.3% 중 1종류 또는 2종류 이상을 함유하는, (5)에 기재된 가스 침탄용 강재.
(7) 또한, 질량%로, Ni : 0.2 내지 3.0%, Cu : 0.2 내지 3.0%, Co : 0.2 내지 3.0%, Mo : 0.05 내지 0.4%, W : 0.05 내지 0.4% 및 B : 0.0006 내지 0.005% 중 1종류 또는 2종류 이상을 함유하는, (5)에 기재된 가스 침탄용 강재.
(8) 상기 모재의 조성이, 또한 질량%로, Nb : 0.01 내지 0.3%, Ti : 0.01 내지 0.3%, V : 0.01 내지 0.3% 중 1종류 또는 2종류 이상과, Ni : 0.2 내지 3.0%, Cu : 0.2 내지 3.0%, Co : 0.2 내지 3.0%, Mo : 0.05 내지 0.4%, W : 0.05 내지 0.4% 및 B : 0.0006 내지 0.005% 중 1종류 또는 2종류 이상을 함유하는, (5)에 기재된 가스 침탄용 강재.
(9) 침탄강 부품의 제조에 사용되는 가스 침탄용 강재이며, 모재의 조성이 질량%로, C : 0.1 내지 0.4%, Si : 1.2 초과 내지 4.0%, Mn : 0.2 내지 3.0%, Cr : 0.5 내지 5.0%, Al : 0.005 내지 0.1%, S : 0.001 내지 0.3%, N : 0.003 내지 0.03%를 함유하고, O : 0.0050% 이하, P : 0.025% 이하로 제한되고, 또한 Si, Mn 및 Cr의 함유량(질량%)을 [Si%], [Mn%], [Cr%]로 했을 때에 하기식 (1)을 만족하고, 표면으로부터 2 내지 50㎛의 깊이까지의 범위에 하기식 (2)를 만족하는 합금 결핍층이 존재하는, 가스 침탄용 강재.
32 ≥ 3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%] > 9 … (1)
3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%] ≤ 9 … (2)
(10) 상기 모재의 조성이, 또한 질량%로, Nb : 0.01 내지 0.3%, Ti : 0.01 내지 0.3%, V : 0.01 내지 0.3% 중 1종류 또는 2종류 이상을 함유하는, (9)에 기재된 가스 침탄용 강재.
(11) 상기 모재의 조성이, 또한 질량%로, Ni : 0.2 내지 3.0%, Cu : 0.2 내지 3.0%, Co : 0.2 내지 3.0%, Mo : 0.05 내지 0.4%, W : 0.05 내지 0.4% 및 B : 0.0006 내지 0.005% 중 1종류 또는 2종류 이상을 함유하는, (9)에 기재된 가스 침탄용 강재.
(12) 상기 모재의 조성이, 또한 질량%로, Nb : 0.01 내지 0.3%, Ti : 0.01 내지 0.3%, V : 0.01 내지 0.3% 중 1종류 또는 2종류 이상과, Ni : 0.2 내지 3.0%, Cu : 0.2 내지 3.0%, Co : 0.2 내지 3.0%, Mo : 0.05 내지 0.4%, W : 0.05 내지 0.4% 및 B : 0.0006 내지 0.005% 중 1종류 또는 2종류 이상을 함유하는, (9)에 기재된 가스 침탄용 강재.
(13) 질량%로, C : 0.1 내지 0.4%, Si : 1.2 초과 내지 4.0%, Mn : 0.2 내지 3.0%, Cr : 0.5 내지 5.0%, Al : 0.005 내지 0.1%, S : 0.001 내지 0.3%, N : 0.003 내지 0.03%를 함유하고, O : 0.0050% 이하, P : 0.025% 이하로 제한되고, 또한 Si, Mn 및 Cr의 함유량(질량%)을 [Si%], [Mn%], [Cr%]로 했을 때에 하기식 (1)을 만족하는 가스 침탄용 강재를 사용해서 침탄강 부품을 제조하는 방법이며, 상기 가스 침탄용 강재를, 산화 피막이 생성되는 분위기 하에서 열처리를 실시하는 1차 침탄을 행하고, 표면에 형성된 산화 피막을 제거한 후, 침탄제 분위기 중에서 2차 침탄을 행하는, 가스 침탄강 부품의 제조 방법.
32 ≥ 3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%] > 9 … (1)
(14) 상기 1차 침탄에 의해, 상기 가스 침탄용 강재의 표면으로부터 2 내지 50㎛의 깊이까지의 범위에 하기식 (2)를 만족하는 합금 결핍층이 형성되는, (13)에 기재된 가스 침탄용 강재.
3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%] ≤ 9 … (2)
(15) 상기 가스 침탄용 강재가, 또한 질량%로, Nb : 0.01 내지 0.3%, Ti : 0.01 내지 0.3%, V : 0.01 내지 0.3% 중 1종류 또는 2종류 이상을 함유하는, (13)에 기재된 가스 침탄강 부품의 제조 방법.
(16) 상기 가스 침탄용 강재가, 또한 질량%로, Ni : 0.2 내지 3.0%, Cu : 0.2 내지 3.0%, Co : 0.2 내지 3.0%, Mo : 0.05 내지 0.4%, W : 0.05 내지 0.4% 및 B : 0.0006 내지 0.005% 중 1종류 또는 2종류 이상을 함유하는, (13)에 기재된 가스 침탄강 부품의 제조 방법.
(17) 상기 가스 침탄용 강재가, 또한 질량%로, Nb : 0.01 내지 0.3%, Ti : 0.01 내지 0.3%, V : 0.01 내지 0.3% 중 1종류 또는 2종류 이상과, Ni : 0.2 내지 3.0%, Cu : 0.2 내지 3.0%, Co : 0.2 내지 3.0%, Mo : 0.05 내지 0.4%, W : 0.05 내지 0.4% 및 B : 0.0006 내지 0.005% 중 1종류 또는 2종류 이상을 함유하는, (13)에 기재된 가스 침탄강 부품의 제조 방법.
본 발명에 따르면, 템퍼링 연화 저항이 저하되는 일 없이, 또한 면 피로 강도가 우수한 강 부품을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 이 강 부품의 제조에 적합한 가스 침탄용 강재와 가스 침탄강 부품의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%]의 표면으로부터의 분포의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는 참고예 No.26의 강재의, 1차 침탄 후의 표층 조직의 확대 사진이다.
도 3은 참고예 No.26의 강재의, 2차 침탄 후의 표층 조직의 확대 사진이다.
도 4는 발명예 No.9의 강재의, 1차 침탄 후의 표층 조직의 확대 사진이다.
도 5는 발명예 No.9의 강재의, 2차 침탄 후의 표층 조직의 확대 사진이다.
도 6은 발명예 No.9의 강재와 참고예 No.26의 강재에 대해서, 각 침탄 처리에 대한, 롤러 피칭 피로 시험의 피로 수명을 비교한 그래프다.
강 중의 Si의 함유량이 증가하면, 템퍼링 연화 저항이 향상되는 한편, 가스 침탄성이 저하된다. 본 발명자들이 가스 침탄성의 저하 원인을 조사한 결과, 가스 침탄의 초기에 표면에 형성되는, 주로 Si, Mn 및 Cr 중 1종류 또는 2종류 이상으로 이루어지는 산화 피막이 가스 침탄성의 저하에 영향을 미치고 있는 것이 판명되었다.
즉, Si, Mn 및 Cr의 산화물은 침탄 시의 분위기 중에서 안정적으로 존재하고, 상기 산화물이 피막 형상으로 존재함으로써, 강재의 가스 침탄 반응을 저해하고 있다고 생각된다. 그리고 본 발명자들의 조사로부터 Si, Mn 및 Cr의 함유량(질량%)을 [Si%], [Mn%], [Cr%]로 했을 때에, 3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%] > 9가 된 경우, 강재의 표면에 산화 피막을 형성하고, 가스 침탄성을 저하시키는 것이 판명되었다.
따라서, 본 발명자들은 산화 피막에 의한 가스 침탄성의 저하를 개선하고, 우수한 면 피로 강도를 갖는 강 부품을 개발하기 위해서 산화 피막의 형성 후, 기계적 방법(예를 들어, 기계 연마)으로 산화 피막을 제거하면, Si가 많아도 가스 침탄이 가능해진다고 생각되었다.
그리고 이 사고에 따라, 산화 피막에 의한 영향으로 침탄성이 저하되는 성분계의 강재를 사용하여, 산화 피막이 생성되는 분위기 하에서 열처리를 실시했다(1차 침탄). 계속해서, 산화 피막을 제거한 강재와, 산화 피막을 제거하지 않은 강재에 가스 침탄 처리(2차 침탄)를 실시하여, 가스 침탄성을 조사했다.
그 결과, 산화 피막을 제거하지 않은 강재의 침탄성은, 대부분 변화되지 않지만, 산화 피막만을 제거한 강재에 있어서는 침탄성이 개선되는 것이 판명되었다. 이것은 1차 침탄으로 산화 피막이 생성될 때, 강 중의 고용 합금 원소(Si, Mn, Cr)가 산화에 의해 소비되고, 그 결과 강재의 표면에 생성된 합금 원소의 결핍층이 크게 영향을 미치고 있다고 생각된다.
즉, 1차 침탄 후에 산화 피막만을 제거하면, 분위기와 접하는 강재 표면에서는 합금 원소의 고용량이 저하되고 있어, 산화에 기여하는 합금 원소(Si, Mn, Cr)의 양이 적어진다. 그로 인해, 새로운 산화 피막을 형성하기 어려워진다고 생각된다.
이상의 점에서, 산화 피막의 생성으로 침탄성이 저하되는 성분계 : 3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%] > 9의 강재에 있어서, 1차 침탄 후에 산화 피막만을 제거하고, 표면으로부터 2 내지 50㎛의 깊이까지의 범위에, 성분 조성 범위 : 3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%] ≤ 9로 정의되는 합금 결핍층이 존재하는 강재를 얻었다. 이러한 강재는, 표면에 합금 결핍층이 존재함으로써, 가스 침탄(2차 침탄)이 가능한 것이 판명되었다.
또한, Si 함유량과 가스 침탄성의 상관을 조사한 결과, 강재(모재) 중의 Si가 1.2%를 초과하면, 가스 침탄으로, 면 피로 강도가 우수한 강 부품을 얻을 수 있는 것이 판명되었다.
본 발명의 가스 침탄용 강재(이하「본 발명 강재」라고 하는 경우가 있음)는, 이상의 지견에 의거하여 이루어진 것으로, 질량%로, C : 0.1 내지 0.4%, Si : 1.2 초과 내지 4.0%, Mn : 0.2 내지 3.0%, Cr : 0.5 내지 5.0%, Al : 0.005 내지 0.1%, S : 0.001 내지 0.3%, N : 0.003 내지 0.03%를 함유하고, O : 0.0050% 이하, P : 0.025% 이하로 제한되고, 또한 Si, Mn 및 Cr의 함유량(질량%)을 [Si%], [Mn%], [Cr%]로 했을 때에 하기식 (1)을 만족한다.
32 ≥ 3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%] > 9 … (1)
또한, 본 발명의 가스 침탄용 강재는, 또한 표면으로부터 2 내지 50㎛의 깊이까지의 범위에 하기식 (2)를 만족하는 합금 결핍층이 존재하는 형태도 취할 수 있다.
3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%] ≤ 9 … (2)
우선, 본 발명의 가스 침탄용 강재의 성분 조성을 규정하는 이유에 대해서 설명한다. 이하, 성분 조성에 관한 %는, 질량%를 의미한다.
C : 0.1 내지 0.4%
C는 강의 강도 유지에 필수적인 원소다. C량은 코어부의 강도를 결정하고, 유효 경화층 깊이에도 영향을 미친다. 소요의 코어부 강도를 확보하기 위해서 하한을 0.1%로 한다. 한편, 지나치게 많으면 인성이 저하되므로, 상한을 0.4%로 한다. 바람직하게는 0.15 내지 0.25%이다.
Si : 1.2 초과 내지 4.0%
Si는 강의 탈산에 유효한 원소인 동시에, 필요한 강도 및 켄칭성의 부여에 유효한 원소이며, 또한 템퍼링 연화 저항의 향상에 유효한 원소다. 그 첨가 효과를 얻기 위해서 하한을 1.2% 초과로 한다. 한편, 4.0%를 초과하면, 단조 시의 탈탄이 현저해지므로, 상한을 4.0%로 한다. 바람직하게는 1.2 내지 2.5%이다.
Mn : 0.2 내지 3.0%
Mn은 탈산에 유효한 원소인 동시에, 필요한 강도 및 켄칭성의 부여에 유효한 원소다. 또한, Mn은 강 중에 불가피하게 혼입되는 불순물 원소인 S을, MnS으로 고정해서 무해화하는 원소다. Mn의 첨가 효과를 확보하기 위해서 하한을 0.2%로 한다. 한편, 3.0%를 초과하면, 서브 제로 처리를 해도, 잔류 오스테나이트가 안정적으로 존재하여 강도가 저하되므로, 상한을 3.0%로 한다. 바람직하게는 0.5 내지 1.5%이다.
Cr : 0.5 내지 5.0%
Cr은 켄칭성의 향상에 유효한 원소이며, 또한 템퍼링 연화 저항의 향상에도 유효한 원소다. Cr의 첨가 효과를 얻기 위해서 하한을 0.5%로 한다. 한편, 5.0%를 초과하면, 경도가 상승되어 냉간 가공성이 저하되므로, 상한을 5.0%로 한다. 바람직하게는 0.8 내지 2.5%이다.
Al : 0.005 내지 0.1%
Al은 탈산에 유효한 원소인 동시에, 질화물로서 석출하여 결정립 미세화 효과를 발휘하는 원소다. Al의 첨가 효과를 얻기 위해서 하한을 0.005%로 한다. 한편, 0.1%를 초과하면, 석출물이 조대화하여 취화의 원인이 되므로, 상한을 0.1%로 한다. 바람직하게는 0.01 내지 0.05%이다.
S : 0.001 내지 0.3%
S은 불가피하게 혼입되는 불순물 원소이지만, 피삭성의 향상에 유효한 원소다. 소요의 피삭성을 확보하기 위해서 S의 하한을 0.001%로 한다. 한편, 0.3%를 초과하면, 단조성이 현저하게 저하되므로, 상한을 0.3%로 한다. 바람직하게는 0.001 내지 0.1%이다.
N : 0.003 내지 0.03%
N는 불가피하게 혼입되는 원소이지만, Al과 화합물을 형성하여, 결정립 미세화 효과를 발현하는 원소다. 결정립 미세화 효과를 얻기 위해서 하한을 0.003%로 한다. 한편, 0.03%를 초과하면, 단조성이 현저하게 저하되므로, 상한을 0.03%로 한다.
O : 0.0050% 이하
O는 알루미나나 티타니아 등의 산화물계 개재물로서 강 중에 존재한다. O가 많으면, 상기 산화물이 대형화되어 이것을 기점으로 동력 전달 부품이 파손에 이르므로, 0.0050% 이하로 제한할 필요가 있다. 적을수록 바람직하므로, 0.0020% 이하가 바람직하고, 또한 고수명을 지향하는 경우에는 0.0015% 이하가 바람직하다.
P : 0.025% 이하
P은 강 중에 불순물로서 함유되는 성분으로, 입계에 편석하여, 인성을 저하시키므로 최대한 저감할 필요가 있으며, 0.025% 이하로 제한한다. 적을수록 바람직하므로, 0.020% 이하가 바람직하고, 또한 긴 수명을 지향할 경우에는 0.015% 이하가 바람직하다.
기타, 본 발명 강재에 있어서는, 결정립의 한층 미세화나 결정립의 조대화 방지를 목적으로 하여, Nb, Ti 및 V 중 1종류 또는 2종류 이상을 첨가해도 좋다.
Nb : 0.01 내지 0.3%
Ti : 0.01 내지 0.3%
V : 0.01 내지 0.3%
Nb, Ti 및 V은 C 또는 N와 화합물을 형성하여, 결정립 미세화 효과를 발현하므로, Nb, Ti 및 V 중 1종류 또는 2종류 이상을, 0.01% 이상 첨가한다. 그러나 각 원소 모두, 상기 상한을 초과해서 첨가해도, 결정립 미세화 효과는 포화하는데다가, 열간 압연, 열간 단조, 절삭 가공 등의 생산성이 저하되므로, Nb, Ti 및 V의 각각의 상한을 0.3%로 한다. 바람직하게는 Nb, Ti 및 V 모두 0.02 내지 0.1%이다.
본 발명 강재에 있어서는, 켄칭성의 향상을 목적으로 하여, Ni, Cu, Co, Mo, Wo 및 B 중 1종류 또는 2종류 이상을 첨가해도 좋다.
Ni : 0.2 내지 3.0%
Cu : 0.2 내지 3.0%
Co : 0.2 내지 3.0%
Mo : 0.05 내지 0.4%
W : 0.05 내지 0.4%
B : 0.0006 내지 0.005%
Ni, Cu 및 Co는 켄칭성의 향상에 유효한 원소다. 그 첨가 효과를 얻기 위해서 0.2% 이상 첨가하지만, 3.0%를 초과하면, 첨가 효과는 포화해 경제적으로 불리해지므로, 상한을 3.0%로 한다. 바람직하게는 0.2 내지 2.0%이다.
Mo, W 및 B도 켄칭성의 향상에 유효한 원소다. 그 첨가 효과를 얻기 위해서, Mo 및 W는 0.05% 이상 첨가하고, B는 0.0006% 이상 첨가한다. 그러나 Mo 및 W는 0.4%를 초과하면 첨가 효과는 포화해 경제적으로 불리해지므로, 상한을 0.4%로 한다. B는 0.005%를 초과하면, B 화합물이 입계에 석출해 인성이 저하되므로, 상한을 0.005%로 한다.
Mo 및 W는 바람직하게는 0.10 내지 0.3%이다. B는 바람직하게는 0.0006 내지 0.001%이다.
다음에, 산화 피막을 형성하고, 침탄성을 저하시키는 강재의 성분 조성(Si, Mn, Cr)에 대해서 설명한다.
본 발명자들이, 특성 X선을 이용하여 산화 피막의 원소 분석을 한 결과, 산화 피막 중에 Si, Mn, Cr 및 O가 존재하는 것이 확인되었다.
Si, Mn 및 Cr은 산화 경향이 강한 원소다. Si, Mn 및 Cr 이외의 성분에 있어서, 산화 경향이 약한 원소(예를 들어, Ni, Cu)는 산화하지 않으므로, 산화 피막의 형성에 영향은 없고, 산화 경향이 강한 원소(예를 들어, Ti, V)는 Si, Mn 및 Cr의 함유량에 비해 미량이므로, 산화 피막의 형성에 미치는 영향은 무시할 수 있을 만큼 작다.
따라서, 침탄성을 저하시키는 산화 피막의 형성에는 Si, Mn 및 Cr이 가장 크게 관여하고 있고, 본 발명 강재의 성분 조성에 있어서, 산화 피막을 형성하여 침탄성을 저하시키는 성분 조성 조건은 Si, Mn 및 Cr만으로 설정할 수 있게 했다.
C : 0.1 내지 0.4%, Al : 0.005 내지 0.1, S : 0.001 내지 0.1%, N : 0.003 내지 0.03%를 함유하고, O : 0.005% 이하, P : 0.025% 이하로 제한되어, Si를 0.1 내지 4.0%, Mn을 0.1 내지 3.0%, Cr을 0.1 내지 5.0%의 범위 내에서 함유하는 강재를 단조하고, 열처리를 한 후, 기계 가공에 의해 지름 30㎜의 원기둥 형상 시험편을 작성하고, 가스 침탄을 실시했다.
동일한 가스 침탄 조건(950℃-카본 포텐셜 0.8) 하에서, 가스 침탄성의 저하가 일어나는 수준의 최표층의 C 농도를, Si, Mn 및 Cr의 각 농도를 인자로 하여 중회귀 분석하고, 통상의 가스 침탄을 실시한 경우의 C 농도에 달하는 임계적인 조건으로 하여, 하기식 (1')을 얻었다.
3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%]＝9 … (1')
즉, 3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%]의 값이 9를 초과하면, 침탄성이 저하되어, C 농도의 저하가 보인다. 산화 피막에 의한 가스 침탄성의 저하는 3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%]의 값이 9를 초과하는 시점으로부터 발현하기 시작해, 3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%]의 값이 증가함에 따라서, 침탄성이 저하된다.
한편, Si, Mn, Cr은 강재의 강도 및 켄칭성의 부여에 유효한 원소다. 또한, Si, Cr은 템퍼링 연화 저항의 향상에 유효한 원소다. 기어나 베어링 등의 강 부품에 필요한 강도, 템퍼링 연화 저항을 얻기 위해서는, 모재 중의 3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%]의 값이 9를 초과하는 것이 필요하다. 단, Si, Mn 및 Cr의 함유량의 상한으로부터 32 ≥ 3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%]가 된다. 이로 인해, 본 발명의 가스 침탄용 강재에 있어서는, 하기식 (1)을 만족하는 것으로 했다.
32 ≥ 3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%] > 9 … (1)
단, 상술한 바와 같이, 강재의 표면에 있어서, 3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%]의 값이 9를 초과하면, 산화 피막이 형성되므로, 침탄성이 저하된다. 따라서, 본 발명의 가스 침탄용 강재는 표면에 침탄성을 향상시키는 합금 결핍층을 갖는 형태인 것이 바람직하다.
합금 결핍층이란 산화에 의해 합금 원소가 소비되어, 강재의 표층부에 형성되는 합금 농도가 저하된 영역이다. 본 발명에서는, 이 합금 결핍층의 존재가 침탄성의 개선에 기여한다.
본 발명 강재에 있어서는, 합금 결핍층은 Si, Mn 및 Cr의 함유량(%)이, 하기식 (2)를 만족하는 영역이라 정의된다.
3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%] ≤ 9 … (2)
본 발명의 가스 침탄용 강재는, 표면에 식(2)를 만족하는 합금 결핍층이 형성되어 있음으로써, 가스 침탄성이 향상된다. 이러한 합금 결핍층은 모재 중의 3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%]의 값이 9를 초과하는 강재를 1차 침탄하고, 그 후 1차 침탄으로 생성된 산화 피막을 제거함으로써 얻을 수 있다. 이렇게 해서, 표면에 식(2)를 만족하는 합금 결핍층이 형성된 강재는, 다시 가스 침탄(2차 침탄)을 실시해도, 가스 침탄성을 저하시키는 새로운 산화 피막은 형성되지 않는다.
이와 같이, 2차 침탄에 있어서의 가스 침탄성의 개선에는 합금 결핍층의 존재, 즉 Si, Mn 및 Cr의 함유량(%)이, 상기 식(2)를 만족할 필요가 있다.
단, 충분히 침탄성을 개선하기 위해서는 상기 식(2)의 좌변의 값은 작은 쪽이 바람직하고, 3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%] < 7이 바람직하다. 또, 바람직한 하한은 가스 침탄의 분위기와의 평형에 의해 결정되므로, 가스 침탄 조건에 따라 다르지만, 1.0 < 3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%]인 것이 바람직하다.
본 발명의 가스 침탄용 강재는, 표면으로부터 2 내지 50㎛의 깊이까지의 범위에 하기식 (2)를 만족하는 합금 결핍층을 갖고 있다. 모재 중으로부터의 합금 원소의 확산에 의해, 합금 결핍층의 농도가 증가되어 침탄성을 저하시키는 산화 피막이 생성되지 않도록 하한을 2㎛로 한다. 이 수치 2㎛는 가스 침탄 온도 : 950℃, 침탄 시간 : 120분으로 하는 침탄 조건을 상정하고 있다.
단, 가스 침탄 온도가 고온, 또는 가스 침탄이 장시간이면, 합금 원소의 확산 거리가 길어지므로, 확실하게 침탄성을 개선하기 위해서는 합금 결핍층의 두께는 10㎛ 이상이 바람직하다.
반대로, 가스 침탄 온도가 낮고, 침탄 시간이 짧을 경우, 합금 결핍층의 두께가 2㎛ 이하라도 가스 침탄성을 개선하는 것은 가능하다. 한편, 합금 결핍층의 두께가 지나치게 두꺼우면, 불완전 켄칭층도 아울러 두꺼워지고, 경도가 저하되어 피로 강도가 저하되므로, 합금 결핍층의 두께의 상한을 50㎛로 한다.
다음에, 본 발명 강재 및 본 발명 강재를 사용한 강 부품의 제조 방법에 대해서 설명한다.
우선, 상법에 의해, 본 발명 범위의 조성을 갖는 강을 용제, 주조하고, 이렇게 해서 얻어진 강편 또는 강괴를 열간 가공하고, 성형하여 가스 침탄용 강재를 얻는다. 열간 가공은 열간 압연 또는 열간 단조이며, 복수 회 행해도 좋고, 열간 압연과 열간 단조를 조합하여 행해도 된다.
성형은 열간 단조로 행해도 좋고, 냉간 단조 등의 냉간 가공, 절삭, 또는 그들의 조합으로 행해도 된다. 이렇게 해서 얻어진 가스 침탄용 강재에, 산화 피막을 형성하는 열처리(1차 침탄)를 실시한 후, 산화 피막을 제거한다.
열처리(1차 침탄)는 Fe은 산화하지 않고, Si, Mn 및 Cr이 선택적으로 산화되는 분위기에서 행할 필요가 있다. 분위기는 H2 또는 H2O 분위기, CO 또는 CO2 분위기, 미량 산소를 포함하는 불활성 가스 분위기, 또는 이들의 혼합 분위기에 대표되는 저산소 분압 분위기다.
강재의 성분 조성에 의해 필요한 분위기는 변화되지만, 분위기 온도가 높은 방향, 분위기 중의 산소 분압이 높은 방향으로 조정되면, 합금 결핍층이 두꺼워지는 경향이 강해지므로, 본 발명에 있어서는 분위기 온도를 높은 방향으로 및/또는 분위기 중의 산소 분압이 높은 방향으로 조정하는 것이 바람직하다.
실시예에서는, 침탄 분위기를 이용함으로써 합금 결핍층의 형성을 달성하고 있다. 생성된 산화 피막의 제거는 숏피닝에 대표되는 기계적인 제거 방법뿐만 아니라, 화학 연마, 전해 연마 등의 화학적인 제거 방법, 또는 그들을 조합한 방법으로 행한다.
산화 피막이 제거된 후, 가스 침탄용 강재에 가스 침탄 처리(2차 침탄)를 실시하여, 가스 침탄강 부품을 제조한다. Si는 강재 중의 C 활량을 증가시키는 효과가 있어, 침탄량을 저하시키므로 2차 침탄 처리의 조건은 카본 포텐셜을 높이는 것이 바람직하다. 또한, 처리 온도가 높을수록, 또한 침탄 처리의 전후에 절삭 가공을 해도 좋다.
또한, 냉간 가공을 하기 전에는, 성형성을 향상시키기 위해 구상화 어닐링을 행해도 된다. 구상화 어닐링은 700 내지 800℃로 행하는 것이 바람직하다.
<실시예>
다음에, 본 발명의 실시예에 대해서 설명하지만, 실시예에서의 조건은 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해 채용한 하나의 조건예이며, 본 발명은 이 하나의 조건예에 한정되는 것이 아니다. 본 발명은, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한에 있어서 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.
표 1에 나타내는 성분 조성을 갖는 각 강재 1 내지 29에 단조와 열처리를 하고, 그 후, 기계 가공에 의해 지름 26㎜, 폭 28㎜의 원통부를 갖는 소 롤러 시험편과, 지름 130㎜, 폭 18㎜로, 외주에 R=150㎜의 크라우닝을 갖는 롤러 시험편을 제작했다.
Figure pct00001
제작한 롤러 시험편에 대해서, No.1 내지 19, 21의 시험편에는 침탄 처리(열처리) A를 실시하고, 시험에 제공했다. No.22 내지 27, 29 내지 32의 시험편에는 침탄 처리(열처리) B를 실시하고, 시험에 제공했다. No.20, 28의 시험편에는 침탄 처리(열처리) C를 실시하고, 시험에 제공했다.
침탄 처리(열처리) A :
「950℃-카본 포텐셜 0.8×1시간의 RX 가스 침탄 → 오일 켄칭(1차 침탄)」을 실시했다. 다음에, "숏(shot) 입경 0.2㎜, 투사 속도 70m/s, 아크하이트 0.6mmA"의 조건으로 숏피닝을 했다. 그 후,「950℃-카본 포텐셜 0.8×2시간의 RX 가스 침탄 → 오일 켄칭」(2차 침탄)을 실시하고, 계속해서 150℃×90분의 템퍼링 처리를 행하고, 시험에 제공했다.
침탄 처리(열처리) B :
「850℃-카본 포텐셜 0.8×1시간의 RX 가스 침탄 → 오일 켄칭(1차 침탄)」을 실시했다. 다음에, "숏 입경 0.2㎜, 투사 속도 70m/s, 아크하이트 0.6mmA"의 조건으로 숏피닝을 했다. 그 후,「950℃-카본 포텐셜 0.8×2시간의 RX 가스 침탄 → 오일 켄칭」(2차 침탄)을 실시하고, 계속해서 150℃×90분의 템퍼링 처리를 행하고, 시험에 제공했다.
침탄 처리(열처리) C :
「950℃-카본 포텐셜 0.8×150시간의 RX 가스 침탄 → 오일 켄칭」(1차 침탄)을 실시했다. 다음에, "숏 입경 0.2㎜, 투사 속도 70m/s, 아크하이트 0.6mmA"의 조건으로 숏피닝을 했다. 그 후, 「950℃-카본 포텐셜 0.8×2시간의 RX 가스 침탄 → 오일 켄칭」(2차 침탄)을 실시하고, 계속해서 150℃×90분의 템퍼링 처리를 행하고, 시험에 제공했다.
침탄 처리 A와 침탄 처리 B는 1차 침탄의 온도 차이에 의해 확산 거리를 변화시키는 것, 즉 합금 결핍층의 두께를 변화시키는 것을 의도하고 있다. 침탄 처리 B쪽이 1차 침탄의 온도 및 산소 분압이 낮아, 합금 결핍층의 두께는 침탄 처리 A보다 얇아진다. 혹은 침탄 처리 B에서는, 충분한 합금 결핍층이 형성되지 않게 된다.
또, 최표면에서의 3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%]의 값의 평가 및 최표면의 C 농도의 평가는 EPMA에 의해, Si, Mn, Cr 및 C의 농도 분포를 측정하고, 표면으로부터 30㎛의 위치 농도를 이용해서 행하였다.
면 피로 강도를 평가하기 위해서 대 롤러 시험편과 소 롤러 시험편을 사용하여, 롤러 피칭 피로 시험을 행했다.
롤러 피칭 피로 시험에 있어서는, 소 롤러에 면압을 헤르츠 응력 2500MPa로 하여 대 롤러를 압박했다. 접촉부에서의 양 롤러의 주속 방향을 동일 방향으로 하고, 미끄럼율을 -40%(소 롤러보다도 대 롤러 쪽이 접촉부의 주속이 40% 큼)로 하여 롤러를 회전시켰다. 그리고 소 롤러에 피칭이 발생할 때까지의 회전수를 수명으로 했다.
상기 접촉부에 공급하는 기어 오일의 유온은 80℃로 했다. 피칭 발생의 검출은, 비치되어 있는 진동계에 의해 행하였다. 진동 검출 후에, 양 롤러의 회전을 정지시켜 피칭의 발생과 회전수를 확인했다. 회전수가 1000만회에 도달해도 피칭이 발생하지 않는 경우에는, 충분히 면압 피로 강도를 갖고 있는 것이라 평가할 수 있으므로, 1000만회에서 시험을 정지했다.
이상의 결과를, 정리해서 표 2에 나타낸다.
Figure pct00002
도 1에, 표층 농도 분포의 예로서, 발명예 No.1의 표층부의 "3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%]"의 분포를 나타낸다. 이와 같이, 표층부에서 합금 농도의 저하가 보여져, 합금 결핍층은 표면으로부터 2.9㎛까지의 위치가 된다.
표 2에 나타낸 바와 같이, 발명예의 No.1 내지 20은, 2번째의 침탄(2차 침탄) 후의 최표층의 C 농도가 강재(모재)의 C량보다 높아지지만, 비교예의 No.22 내지 27은 발명예의 No.1, 5 내지 7, 12 및 13과 성분 조성이 같음에도, 최표층 C 농도가 강재(모재)의 C량과 거의 같다.
발명예의 No.1 내지 20은 롤러 피칭 피로 시험의 수명이 1000만회로 내구가 되어, 우수한 면 피로 강도를 가진다. 비교예 No.21은 Si 농도가 본 발명에서 규정하는 Si 농도보다 낮으므로 면 피로 강도가 낮다. 비교예 No.28은 합금 결핍층의 두께가 본 발명에서 규정하는 두께를 초과했기 때문에, 면 피로 강도가 낮다.
참고예 No.29 내지 33은 강재(모재)의 Si, Mn 및 Cr의 함유량이 3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%] > 9의 조건을 만족하지 않고, 침탄성을 저해하는 산화 피막이 생성되지 않으므로, 숏피닝의 전후에서 가스 침탄성의 저하가 보이지 않는 예다.
즉, 참고예 No.29 내지 33에 나타낸 바와 같이, 모재의 Si, Mn 및 Cr의 함유량이 3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%] ≤ 9의 강재에 있어서는, 가스 침탄성의 저하는 없다. 그러나 이러한 강재는, 기어나 베어링 등의 강 부품에 필요한 강도, 템퍼링 연화 저항을 충분히 얻을 수 없다. 이 점이, 본 발명 강재에 있어서, 강재(모재)의 Si, Mn 및 Cr의 함유량이 3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%] > 9를 만족한다고 규정하는 기술적 의미다.
이상의 결과로부터, 발명예의 No.1 내지 20에 있어서, 침탄성이 개선되어 있는 것은 명백하다.
이것은, (a) 강재(모재) 중의 화학 성분의 질량%가, 소정의 범위 내(C : 0.1 내지 0.4%, Si : 1.2 내지 4.0%, Mn : 0.2 내지 3.0%, Cr : 0.5 내지 5.0%, Al : 0.005 내지 0.1%, S : 0.001 내지 0.3%, N : 0.003 내지 0.03%에 있으며, O : 0.0050% 이하 및 P : 0.025% 이하)에 있는 것, (b) 강재(모재) 중의 Si, Mn 및 Cr의 함유량(%)이, 3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%] > 9의 조건을 만족하는 것 및 (c) 표면층에 존재하고, Si, Mn 및 Cr의 함유량(%)이 3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%] ≤ 9를 만족하는 합금 결핍층의 두께가 2 내지 50㎛인 것에 기인한다고 생각된다.
발명예 No.9의 강재와, 참고예 No.29의 강재에 대해서 관찰된, 1차 침탄 후와 2차 침탄 후의 표층 조직은 다음과 같았다. 도 2에 도시된 바와 같이, 참고예 No.29의 강재에서는 1차 침탄 후의 표층에, 펄라이트를 주로 하는 불완전 켄칭층이 생성되었다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 참고예 No.29의 강재에서는 2차 침탄 후의 표층에 펄라이트를 주로 하는 불완전 켄칭층이 더 생성되었다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 발명예 No.9의 강재에서는 1차 침탄 후의 표층에 마르텐사이트가 생성되었다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 발명예 No.9의 강재에서는 2차 침탄 후에 마르텐사이트를 주로 하는 켄칭층이 더 생성되어, 참고예 No.29(도 3)에 비교하여, 불완전 켄칭층의 발생량은 저감되었다.
또한, 발명예 No.9의 강재에 대해서, 가스 침탄, 개발 방법 적용, 진공 침탄의 3가지의 처리를 한 경우와, 참고예 No.29의 강재에 대해서, 가스 침탄, 진공 침탄의 2가지의 처리를 한 경우에 의해, 롤러 피칭 피로 시험에 있어서의 피로 수명을 비교했다. 결과를 도 6에 도시한다. 또, 발명예 No.9 참고예 No.29 중 어떠한 경우도,「가스 침탄」의 조건은 상기 침탄 처리 A다. 발명예 No.9의 강재에 대해서 행해진「개발 방법 적용」은 상기 침탄 처리 A다. 그 결과, 참고예 No.29의 강재에서는 충분한 피로 수명이 얻어지지 않았다. 발명예 No.9의 강재는「개발 방법 적용」에 의해, 진공 침탄과 동일한 정도의 피로 수명이 얻어졌다.
<산업상의 이용 가능성>
본 발명은 자동차, 건설 차량, 산업 기계 등의 고출력화 및 연비 향상 등에 크게 기여하므로, 산업상의 이용 가능성이 큰 것이다.

Claims (17)

  1. 표면에, C : 0.50 질량% 이상의 가스 침탄층을 갖는 가스 침탄강 부품이며,
    모재의 조성이 질량%로,
    C : 0.1 내지 0.4%,
    Si : 1.2 초과 내지 4.0%,
    Mn : 0.2 내지 3.0%,
    Cr : 0.5 내지 5.0%,
    Al : 0.005 내지 0.1%,
    S : 0.001 내지 0.3%,
    N : 0.003 내지 0.03%를 함유하고,
    O : 0.0050% 이하,
    P : 0.025% 이하로 제한되고,
    또한 Si, Mn 및 Cr의 함유량(질량%)을 [Si%], [Mn%], [Cr%]로 했을 때에 하기식 (1)을 만족하고,
    표면으로부터 2 내지 50㎛의 깊이까지의 범위에 하기식 (2)를 만족하는 합금 결핍층이 존재하는, 가스 침탄강 부품.
    32 ≥ 3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%] > 9 … (1)
    3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%] ≤ 9 … (2)
  2. 제1항에 있어서, 상기 모재의 조성이, 또한 질량%로,
    Nb : 0.01 내지 0.3%,
    Ti : 0.01 내지 0.3%,
    V : 0.01 내지 0.3%
    중 1종류 또는 2종류 이상을 함유하는, 가스 침탄강 부품.
  3. 제1항에 있어서, 상기 모재의 조성이, 또한 질량%로,
    Ni : 0.2 내지 3.0%,
    Cu : 0.2 내지 3.0%,
    Co : 0.2 내지 3.0%,
    Mo : 0.05 내지 0.4%,
    W : 0.05 내지 0.4% 및
    B : 0.0006 내지 0.005%
    중 1종류 또는 2종류 이상을 함유하는, 가스 침탄강 부품.
  4. 제1항에 있어서, 상기 모재의 조성이, 또한 질량%로,
    Nb : 0.01 내지 0.3%,
    Ti : 0.01 내지 0.3%,
    V : 0.01 내지 0.3%
    중 1종류 또는 2종류 이상과,
    Ni : 0.2 내지 3.0%,
    Cu : 0.2 내지 3.0%,
    Co : 0.2 내지 3.0%,
    Mo : 0.05 내지 0.4%,
    W : 0.05 내지 0.4% 및
    B : 0.0006 내지 0.005%
    중 1종류 또는 2종류 이상을 함유하는, 가스 침탄강 부품.
  5. 침탄강 부품의 제조에 사용되는 가스 침탄용 강재이며,
    질량%로,
    C : 0.1 내지 0.4%,
    Si : 1.2 초과 내지 4.0%,
    Mn : 0.2 내지 3.0%,
    Cr : 0.5 내지 5.0%,
    Al : 0.005 내지 0.1%,
    S : 0.001 내지 0.3%,
    N : 0.003 내지 0.03%를 함유하고,
    O : 0.0050% 이하,
    P : 0.025% 이하로 제한되고,
    또한 Si, Mn 및 Cr의 함유량(질량%)을 [Si%], [Mn%], [Cr%]로 했을 때에 하기식 (1)을 만족하는, 가스 침탄용 강재.
    32 ≥ 3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%] > 9 … (1)
  6. 제5항에 있어서, 또한 질량%로,
    Nb : 0.01 내지 0.3%,
    Ti : 0.01 내지 0.3%,
    V : 0.01 내지 0.3%
    중 1종류 또는 2종류 이상을 함유하는, 가스 침탄용 강재.
  7. 제5항에 있어서, 또한 질량%로,
    Ni : 0.2 내지 3.0%,
    Cu : 0.2 내지 3.0%,
    Co : 0.2 내지 3.0%
    Mo : 0.05 내지 0.4%,
    W : 0.05 내지 0.4% 및
    B : 0.0006 내지 0.005%
    중 1종류 또는 2종류 이상을 함유하는, 가스 침탄용 강재.
  8. 제5항에 있어서, 상기 모재의 조성이, 또한 질량%로,
    Nb : 0.01 내지 0.3%,
    Ti : 0.01 내지 0.3%,
    V : 0.01 내지 0.3%
    중 1종류 또는 2종류 이상과,
    Ni : 0.2 내지 3.0%,
    Cu : 0.2 내지 3.0%,
    Co : 0.2 내지 3.0%,
    Mo : 0.05 내지 0.4%,
    W : 0.05 내지 0.4% 및
    B : 0.0006 내지 0.005%
    중 1종류 또는 2종류 이상을 함유하는, 가스 침탄용 강재.
  9. 침탄강 부품의 제조에 사용되는 가스 침탄용 강재이며,
    모재의 조성이 질량%로,
    C : 0.1 내지 0.4%,
    Si : 1.2 초과 내지 4.0%,
    Mn : 0.2 내지 3.0%,
    Cr : 0.5 내지 5.0%,
    Al : 0.005 내지 0.1%,
    S : 0.001 내지 0.3%,
    N : 0.003 내지 0.03%를 함유하고,
    O : 0.0050% 이하,
    P : 0.025% 이하로 제한되고,
    또한 Si, Mn 및 Cr의 함유량(질량%)을 [Si%], [Mn%], [Cr%]로 했을 때에 하기식 (1)을 만족하고,
    표면으로부터 2 내지 50㎛의 깊이까지의 범위에 하기식 (2)를 만족하는 합금 결핍층이 존재하는, 가스 침탄용 강재.
    32 ≥ 3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%] > 9 … (1)
    3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%] ≤ 9 … (2)
  10. 제9항에 있어서, 상기 모재의 조성이, 또한 질량%로,
    Nb : 0.01 내지 0.3%,
    Ti : 0.01 내지 0.3%,
    V : 0.01 내지 0.3%
    중 1종류 또는 2종류 이상을 함유하는, 가스 침탄용 강재.
  11. 제9항에 있어서, 상기 모재의 조성이, 또한 질량%로,
    Ni : 0.2 내지 3.0%,
    Cu : 0.2 내지 3.0%,
    Co : 0.2 내지 3.0%,
    Mo : 0.05 내지 0.4%,
    W : 0.05 내지 0.4% 및
    B : 0.0006 내지 0.005%
    중 1종류 또는 2종류 이상을 함유하는, 가스 침탄용 강재.
  12. 제9항에 있어서, 상기 모재의 조성이, 또한 질량%로,
    Nb : 0.01 내지 0.3%,
    Ti : 0.01 내지 0.3%,
    V : 0.01 내지 0.3%
    중 1종류 또는 2종류 이상과,
    Ni : 0.2 내지 3.0%,
    Cu : 0.2 내지 3.0%,
    Co : 0.2 내지 3.0%,
    Mo : 0.05 내지 0.4%,
    W : 0.05 내지 0.4% 및
    B : 0.0006 내지 0.005%
    중 1종류 또는 2종류 이상을 함유하는, 가스 침탄용 강재.
  13. 질량%로,
    C : 0.1 내지 0.4%,
    Si : 1.2 초과 내지 4.0%,
    Mn : 0.2 내지 3.0%,
    Cr : 0.5 내지 5.0%,
    Al : 0.005 내지 0.1%,
    S : 0.001 내지 0.3%,
    N : 0.003 내지 0.03%를 함유하고,
    O : 0.0050% 이하,
    P : 0.025% 이하로 제한되고,
    또한 Si, Mn 및 Cr의 함유량(질량%)을 [Si%], [Mn%], [Cr%]로 했을 때에 하기식 (1)을 만족하는 가스 침탄용 강재를 사용해서 침탄강 부품을 제조하는 방법이며,
    상기 가스 침탄용 강재를, 산화 피막이 생성되는 분위기 하에서 열처리를 실시하는 1차 침탄을 행하고,
    표면에 형성된 산화 피막을 제거한 후,
    침탄제 분위기 중에서 2차 침탄을 행하는, 가스 침탄강 부품의 제조 방법.
    32 ≥ 3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%] > 9 … (1)
  14. 제13항에 있어서, 상기 1차 침탄에 의해, 상기 가스 침탄용 강재의 표면으로부터 2 내지 50㎛의 깊이까지의 범위에 하기식 (2)를 만족하는 합금 결핍층이 형성되는, 가스 침탄용 강재.
    3.5[Si%]＋[Mn%]＋3[Cr%] ≤ 9 … (2)
  15. 제13항에 있어서, 상기 가스 침탄용 강재가, 또한 질량%로,
    Nb : 0.01 내지 0.3%,
    Ti : 0.01 내지 0.3%,
    V : 0.01 내지 0.3%
    중 1종류 또는 2종류 이상을 함유하는, 가스 침탄강 부품의 제조 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 가스 침탄용 강재가, 또한 질량%로,
    Ni : 0.2 내지 3.0%,
    Cu : 0.2 내지 3.0%,
    Co : 0.2 내지 3.0%,
    Mo : 0.05 내지 0.4%,
    W : 0.05 내지 0.4% 및
    B : 0.0006 내지 0.005%
    중 1종류 또는 2종류 이상을 함유하는, 가스 침탄강 부품의 제조 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 가스 침탄용 강재가, 또한 질량%로,
    Nb : 0.01 내지 0.3%,
    Ti : 0.01 내지 0.3%,
    V : 0.01 내지 0.3%
    중 1종류 또는 2종류 이상과,
    Ni : 0.2 내지 3.0%,
    Cu : 0.2 내지 3.0%,
    Co : 0.2 내지 3.0%,
    Mo : 0.05 내지 0.4%,
    W : 0.05 내지 0.4% 및
    B : 0.0006 내지 0.005%
    중 1종류 또는 2종류 이상을 함유하는, 가스 침탄강 부품의 제조 방법.
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