KR20170106462A

KR20170106462A - 기소강

Info

Publication number: KR20170106462A
Application number: KR1020177023524A
Authority: KR
Inventors: 케이스케 안도; 카즈아키 후쿠오카; 쿠니카즈 도미타
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2015-01-27
Filing date: 2016-01-25
Publication date: 2017-09-20
Also published as: EP3252182A4; TWI596218B; JP6226071B2; CN107532252A; EP3252182B1; TW201629243A; US20180030563A1; EP3252182A1; CN107532252B; WO2016121371A1; JPWO2016121371A1; MX2017009674A; US11702716B2; KR101984041B1; WO2016121371A8

Abstract

비교적 염가의 생산 비용하에, 피로 특성이 우수한 기소강을 제공한다.
C: 0.10∼0.30％, Si: 0.10∼1.20％, Mn: 0.30∼1.50％, S: 0.010∼0.030％, Cr: 0.10∼1.00％, B: 0.0005∼0.0050, Sb: 0.005∼0.020％ 및 N: 0.0150％ 이하를 소정의 범위의 하로 포함하고, 추가로, Al을, B－(10.8/14)N≥0.0003％의 경우에 0.010％≤Al≤0.120％ 및 B－(10.8/14)N＜0.0003％의 경우에 27/14[(N－(14/10.8)B＋0.030]≤Al≤0.120％로 함유하는 성분 조성으로 한다.

Description

기소강{CASE HARDENING STEEL}

본 발명은, 침탄 퀀칭(carburizing-quenching)하여 이용되는 기소강, 그 중에서도 자동차 등의 구동 전달 부품에 적용할 수 있는, 내(耐)피로성 및 내충격성이 우수한 붕소 함유의 기소강에 관한 것이다.

자동차, 건설 기계, 그 외 각종의 산업 기계로서 이용되는 기계 부품에 있어서, 고(高)피로 강도나 내마모성이 요구되는 부품에는, 종래, 침탄, 질화 및 침탄 질화 등의 표면 경화 열처리가 실시된다. 이들의 용도에는, 통상, JIS 규격으로 SCr, SCM, SNCM 등의 기소강이 이용되고, 단조나 절삭 등의 기계 가공에 의해 소망하는 부품 형상으로 성형한 후, 상기한 표면 경화 열처리가 실시되고, 그 후, 연마 등의 마무리 공정을 거쳐 부품으로 제조된다. 최근, 자동차, 건설 기계, 그 외의 산업 기계 등에 사용되는 부품의 제조 비용의 저감이 강하게 요망되고 있고, 강재 비용의 저감, 가공 공정의 합리화 및 간략화가 진행되고 있다. 이 중, 강재 비용의 저감에 관해서는, 기소강 중의 Cr이나 Mo의 함유량을 삭감한 붕소강(boron steel)이 여러 가지 제안되어 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에는, Ti를 첨가하여 N을 TiN의 형태로 고정하고, 고용 B를 확보하면서, TiN에 의해 결정립의 조대화(coarsening)를 억제 가능한 기소 붕소강이 개시되어 있다.

특허문헌 2에는, 동일하게 Ti첨가형의 붕소강에 있어서, Si, Mn, Cr의 첨가량을 조정하고, 침탄 이상층(abnormally carburized layer) 깊이를 저감함으로써, 인성을 향상시키는 것이 제안되어 있다.

특허문헌 3에는, Al의 다량 첨가에 의해 BN의 생성을 억제하고, 또한 침탄 전의 열처리에 의해 얻어지는 미세한 탄질화물에 의해, 결정립의 이상 입성장(abnormal grain growth)을 방지하는 기소 붕소강의 제조 방법이 개시되어 있다.

특허문헌 4에는, Sb의 첨가에 의해 침탄 이상층의 발생을 억제하고, 또한 TiMo계의 탄화물에 의해, 결정립의 조대화를 효과적으로 억제하는, 냉간 단조성이 우수한 기소강이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 5에는, Sb의 첨가에 의해 탈탄층 두께를 억제하고, 또한 종래의 연화 어닐링을 실시한 강재와 동등한 냉간 가공성을 갖는 기계 구조용 강 및 그의 제조 방법이 개시되어 있다.

일본공개특허공보 소57070261호 일본공개특허공보 소58120719호 일본공개특허공보 2003342635호 일본공개특허공보 201262536호 일본공개특허공보 2004250767호

그러나, 전술한 특허문헌 1∼4에 기재된 발명은 모두, 이하에 서술하는 문제가 있었다.

우선, 특허문헌 1 및 2에 기재된 기술에서는, 모두 N을 TiN의 형태로 고정하고, B가 N과 결합하지 않도록 고려되어 있다. 그러나, TiN은 비교적 큰 각형(square)의 개재물로서 강 중에 존재하기 때문에, 이것이 피로의 기점이 되어, 기어에 있어서는 피팅(pitting) 등의 면 피로나 기어뿌리(gear tooth root)의 굽힘 피로 강도를 저하시킨다. 또한, 각형의 TiN은 기어의 내충격성을 저하시키고, 기어에 충격적인 하중이 걸린 경우에 기어의 파손으로 이어질 우려가 있다.

특허문헌 3에 기재된 기술에서는, 미세한 AlN이나 Nb(C,N)에 의해, 결정립의 이상 성장이 억제되기 때문에, 내충격 특성을 향상시킬 수 있다. 그러나, 침탄 조건에 따라서는, 탈붕소(deboronization)가 발생해 버려, 표층부가 연화하기 때문에, 기어면에서의 피팅이 발생하기 쉬워지는 것이 문제가 된다.

특허문헌 4에 기재된 기술에서는, Sb의 첨가에 의해, 침탄 이상층 깊이가 저감하기 때문에, 회전 굽힘 피로 특성을 향상시킬 수 있다. 그러나, 침탄 이상층을 형성하기 쉬운 Si, Mn 및 Cr의 함유량이 많은 경우, 상기 Sb의 효과가 얻어지지 않는 일이 있어, 결과적으로 피로 강도가 저하해 버린다는 문제가 있다.

또한, 특허문헌 5에 기재된 기술에서는, 탈탄 억제 효과를 갖는 Sb와, 탈탄을 촉진하는 Si의 균형에 따라서는, 표층의 탄소의 저감을 확실하게 회피하는 것이 어렵고, 소망하는 특성이 얻어지지 않는다는 문제가 있다.

그래서, 본 발명에서는, 전술한 문제를 해결하여, 비교적 염가의 생산 비용으로 피로 특성이 우수한 기소강을 제공하는 것을 목적으로 한다.

발명자들은, 전술한 관점에서 내피로성이 우수한 기소강 및 그의 제조 방법을 개발하기 위해 예의 연구를 거듭했다. 그 결과, 이하의 것을 발견했다.

(a) Al이 N을 고정했을 때에 생성하는 AlN은, Ti가 N을 고정하여 생성하는 비교적 대형인 TiN 개재물과는 상이하여, 미세한 석출물이 된다. 그 때문에, 피로 강도나 인성을 저하시키는 원인이 되지 않을 뿐만 아니라, 반대로 결정립을 미세화함으로써 피로 강도나 인성을 향상시키는 효과를 갖는다.

(b) Ti를 첨가하지 않고, 고용 B의 함유량을 퀀칭성(quench hardenability)에 효과가 있는 3ppm 이상 확보하기 위해, 강 중에 있어서의 AlBN의 화학 평형에 기초하여, Al 함유량을 엄밀하게 제어할 필요가 있다.

(c) B는 그 반응성 때문에, 침탄시에 강재 표면에서 산화나 탈붕소, 질화 등의 변화가 발생하여, 표층부의 퀀칭성을 확보하는 것이 어렵다. 이에 대하여, Sb를 첨가함으로써 상기 반응을 억제할 수 있다.

(d) Si, Mn 및 Cr은, 템퍼링 연화 저항의 향상에 유효하지만, 과잉으로 첨가하면, 굽힘 피로 및 피로 균열의 기점이 되는 입계 산화(grain boundary oxidation)를 조장한다. 이에 대하여, Si, Mn 및 Cr의 함유량에 따라서 Sb를 첨가함으로써 상기 반응을 억제할 수 있다.

본 발명은 상기의 인식에 입각하는 것이다.

즉, 본 발명의 요지 구성은, 다음과 같다.

1. 질량％로,

C: 0.10∼0.30％,

Si: 0.10∼1.20％,

Mn: 0.30∼1.50％,

S: 0.010∼0.030％,

Cr: 0.10∼1.00％,

B: 0.0005∼0.0050％,

Sb: 0.005∼0.020％ 및

N: 0.0150％ 이하

를, 하기식을 만족하는 범위하로 포함하고, 추가로,

Al을, B－(10.8/14)N≥0.0003％의 경우에 0.010％≤Al≤0.120％, 및 B－(10.8/14)N＜0.0003％의 경우에 27/14[(N－(14/10.8)B＋0.030]≤Al≤0.120％로 함유하고, 잔부는 철 및 불가피 불순물로 이루어지고,

상기 불가피 불순물 중의 Ti가,

Ti: 0.005％ 이하

인 것을 특징으로 하는 기소강.

기

Sb≥{Si/2＋(Mn＋Cr)/5}/70

2. 추가로, 질량％로

Nb: 0.050％ 이하 및

V: 0.200％ 이하

중 어느 1종 또는 2종을 함유하는 상기 1에 기재된 기소강.

본 발명에 의하면, 자동차나 산업 기계 등에 사용하기 적합한 피로 강도가 우수한 기소강의 제공을, 양산화하에서 실현할 수 있다.

도 1은 침탄 퀀칭·템퍼링 처리 조건을 나타내는 도면이다.
도 2는 오노식(Ono-type) 회전 굽힘 피로 시험편의 형상을 나타내는 도면이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

우선, 본 발명에 있어서, 강의 성분 조성을 상기의 범위로 한정한 이유에 대해서 설명한다. 또한, 성분에 관한 「％」표시는 특별히 언급이 없는 한 질량％를 의미하는 것으로 한다.

C: 0.10∼0.30％

침탄 처리 후의 퀀칭에 의해 당해 퀀칭재의 중심부(이하, 간단히 심부(core)로 나타냄)의 경도를 높이기 위해서는 0.10％ 이상의 C를 필요로 한다. 한편, 함유량이 0.30％를 초과하면 심부의 인성이 저하한다. 따라서, C량은 0.10∼0.30％의 범위로 한정했다. 바람직하게는 0.15∼0.25％의 범위이다.

Si: 0.10∼1.20％

Si는, 기어 등이 전동 중에 도달한다고 추정되는, 200∼300℃의 온도역에 있어서의 연화 저항을 높이는 데에 유효한 원소이다. 또한, 침탄시에 조대한 탄화물의 생성을 억제하는 효과도 갖고 있어, 적어도 0.10％의 첨가가 불가결하다. 한편으로, Si는 페라이트 안정화 원소로서, 과잉한 첨가는 Ac₃ 변태점을 상승시키고, 통상의 퀀칭 온도 범위에 있어서, 탄소 함유량이 낮은 심부에서 페라이트가 출현하기 쉬워지고, 기어뿌리에서의 굽힘 피로 강도가 저하하기 때문에, 상한을 1.20％로 했다. 바람직하게는 0.20∼0.60％의 범위이다.

Mn: 0.30∼1.50％

Mn은, 퀀칭성의 향상에 유효한 원소로서, 적어도 0.30％의 첨가를 필요로 한다. 그러나, Mn은, 침탄 이상층을 형성하기 쉽고, 또한 과잉한 첨가는 잔류 오스테나이트량이 과다해져 경도의 저하를 초래하는 점에서, 상한을 1.50％로 했다. 바람직하게는 0.50∼1.20％의 범위이다.

S: 0.010∼0.030％

S는, Mn과 황화물을 형성하고, 피삭성(machinability)을 향상시키는 작용을 갖기 때문에, 적어도 0.010％ 이상 함유시킨다. 한편, 과잉한 첨가는, 부품의 피로 강도 및 인성을 저하시키기 때문에, 상한을 0.030％로 했다.

Cr: 0.10∼1.00％

Cr은, 퀀칭성 뿐만 아니라 템퍼링 연화 저항의 향상에도 유효한 원소로서, 함유량이 0.10％를 충족시키지 않으면 그 첨가 효과가 부족하다. 한편, 1.00％를 초과하면, 침탄 이상층을 형성하기 쉬워진다. 또한, 퀀칭성이 지나치게 높아져, 기어 내부의 인성이 열화하고, 굽힘 피로 강도가 저하하게 된다. 따라서, Cr량은 0.10∼1.00％의 범위로 한정했다. 바람직하게는 0.10∼0.60％의 범위이다.

B: 0.0005∼0.0050％

B는, 미량의 첨가에 의해 퀀칭성을 확보하는 데에 유효한 원소로서, 적어도 0.0005％의 첨가를 필요로 한다. 한편, 0.0050％를 초과하면, BN의 양이 증가해 버려, 부품의 피로 강도 및 인성을 저하시키기 때문에, B량은 0.0005∼0.0050％의 범위로 한정했다. 바람직하게는 0.0010∼0.0040％의 범위이다.

Sb: 0.005∼0.020％

Sb는, 입계로의 편석 경향이 강하기 때문에, 침탄 처리 중의 탈붕소, 질화(BN 형성) 등의 표층 반응을 억제하고, 퀀칭성을 확보하기 위해 중요한 원소이다. 그 효과를 얻기 위해서는, 적어도 0.005％의 첨가가 불가결하다. 그러나, 과잉한 첨가는 비용 증가로 이어질 뿐만 아니라, 인성을 저하시키기 때문에, 상한을 0.020％로 했다. 바람직하게는 0.005∼0.015％의 범위이다.

또한, Sb에 대해서는, 상기의 Si, Mn 및 Cr의 함유량에 관한, 다음식

Sb≥{Si/2＋(Mn＋Cr)/5}/70

의 관계를 만족시키는 것이 중요하다. 즉, 상기식은, 입계 산화층 깊이에 영향을 미치는 인자를 나타내고 있고, Sb가 Si, Mn 및 Cr 함유량에 관한 규정값을 충족시키지 않는 경우, 입계 산화의 억제 효과가 부족하여, 피로 특성의 저하를 초래하게 된다.

여기에서, 입계 산화란, 침탄 처리 등의 열처리에 있어서 강재의 표층부의 결정립계가 내부 산화하는 현상이며, 강 중에 선택 산화되기 쉬운 Si나 Cr 등이 존재하고 있으면, 그 생성을 조장한다. 입계 산화부에서는 상기의 원소가 산화에 의해 소비되어 버리기 때문에, 주변부에서의 퀀칭성 저하에 수반하여 경도가 저하하고, 그것을 기점으로 한 피로 파괴가 일어나기 쉬워진다. 본 발명에서는, 입계 산화의 억제 작용을 갖는 Sb의 첨가량의 하한을 Si, Mn, Cr의 함유량에 따라서 상기식의 우변에서 나타내는 바와 같이 특정함으로써, 표층에서의 퀀칭성을 확보할 수 있고, 피로 강도의 저하를 억제할 수 있다.

N: 0.0150％ 이하

N은, Al과 결합하여 AlN을 형성하고, 오스테나이트 결정립의 미세화에 기여하는 원소이다. 그러기 위해서는, 0.0030％ 이상으로 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, 과잉으로 첨가하면 고용 B의 확보가 곤란해질 뿐만 아니라, 응고시의 강괴(steel ingot)에 기포가 발생하거나, 단조성의 열화를 초래하기 때문에, 상한을 0.0150％로 한다.

Al의 함유량은, B량에 따라서, 다음과 같이 규정한다.

B－(10.8/14)N≥0.0003％의 경우: 0.010％≤Al≤0.120％.　Al는, 탈산제로서 필요한 원소임과 동시에, 본 발명에 있어서는 고용 B를 확보하기 위해서도 필요한 원소이다. 여기에서, 「B－(10.8/14)N」은, 함유 B 중 화학량론적으로 N과 결합하는 B량을 뺀 잔부의 B량(이하, 고용 B량이라고도 함)을 나타내고 있다.

이 고용 B량이 0.0003％ 이상이면, 퀀칭성 향상에 필요한 고용 B의 확보가 가능해진다. 이 경우에 있어서, Al 함유량이 0.010％ 미만이면, 탈산이 불충분해지고, 산화물계 개재물에 의한 피로 강도의 저하를 초래하게 된다. 한편, 0.120％를 초과하여 Al을 첨가하면, 연속 주조시의 노즐 막힘의 발생이나 알루미나 클러스터 개재물(alumina cluster inclusion)의 발현에 의해, 인성의 저하를 초래한다. 따라서, 고용 B량이 0.0003％ 이상일 때, Al 함유량은 0.010％ 이상 0.120％ 이하의 범위로 한다.

B－(10.8/14)N＜0.0003％의 경우: 27/14[(N－(14/10.8)B＋0.030]≤Al≤0.120％.　상기에 대하여, 고용 B량이 0.0003％ 미만인 경우는, 그 외에 N과 결합하기 쉬운 합금 원소가 없는 한, N은 전(全)량이 B와 결합하기 때문에, 고용 B를 확보하는 것이 어려워진다.

이 경우는, N과 비교적 결합하기 쉬운 Al의 양을 늘려, 퀀칭성 향상에 기여하는 고용 B량을 확보할 필요가 있다. 그 때문에, Al 함유량을 27/14[(N－(14/10.8)B＋0.030]％ 이상으로 하여 0.0003％ 이상의 고용 B량을 확보한다. 또한, Al의 상한은, 상기와 동일하게 0.120％로 한다.

상기한 성분의 잔부는, 철 및 불가피 불순물이지만, 이 불순물 중 Ti는, 이하에 나타내는 상한에 따라 억제할 필요가 있다.

Ti: 0.005％ 이하

Ti는 N과의 결합력이 강하고, TiN을 형성한다. 그러나, TiN은 비교적 큰 각형의 개재물로서 강 중에 존재하기 때문에, 이것이 피로의 기점이 되어, 기어에 있어서는 피팅 등의 면 피로나 기어뿌리의 굽힘 피로 강도를 저하시킨다. 따라서, 본 발명에 있어서 Ti는 불순물이며, 가능한 한 적은 쪽이 좋다. 구체적으로는, 0.005％를 초과하면, 상기 폐해가 나타나기 때문에, Ti량은 0.005％ 이하로 한정한다.

이 외에, 불가피 불순물로서는, P 및 O를 들 수 있다.

즉, P는, 입계에 편석하고, 침탄층 및 내부의 인성을 저하시키는 원인이 되기 때문에, 낮을수록 바람직하다. 구체적으로는, 0.020％를 초과하면, 상기 폐해가 나타나기 때문에, P량은 0.020％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, O는, 강 중에 있어서 산화물계 개재물로서 존재하여, 피로 강도를 손상시키는 원소이다. TiN 개재물과 동일하게, 피로 강도 및 인성을 저하시키는 원인이 되기 때문에, 낮을수록 바람직하다. 구체적으로는 0.0020％를 초과하면, 상기 폐해가 나타나기 때문에, O량은 0.0020％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

이상이 본 발명의 기본 성분 조성이지만, 추가로 특성을 향상시키는 경우에, Nb 및 V 중 어느 1종 또는 2종을 함유해도 좋다.

Nb: 0.050％ 이하

Nb는, 결정립을 미세화하고, 입계를 강화하여 피로 강도 향상에 기여하기 때문에 첨가해도 좋고, 첨가하는 경우는, 적어도 0.010％ 이상으로 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, 그 효과는 0.050％에서 포화되고, 또한 다량의 첨가는 비용 증가가 되기 때문에, 상한을 0.050％로 하는 것이 바람직하다.

V: 0.200％ 이하

V는, 퀀칭성을 향상시킴과 함께 Si나 Cr과 동일하게 템퍼링 연화 저항을 높이는 원소이며, 탄질화물을 형성하여 결정립의 조대화를 억제하는 효과도 갖는다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, 0.030％ 이상으로 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, 그 효과는 0.200％에서 포화되고, 또한 다량의 첨가는 비용 증가가 되기 때문에, 첨가하는 경우는, 0.200％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 피삭성을 향상시키기 위해서는, 필요에 따라서, Pb, Se, Ca 등의 쾌삭 원소(free-cutting element)를 함유시켜도 좋다.

본 발명에 따른 기소강으로부터 기계 구조용 부품을 제작할 때의 제조 조건에 대해서는, 특별히 제한은 없지만, 적합한 제조 조건은 다음과 같다.

상기한 성분 조성으로 이루어지는 강 소재를 용해 주조하여 빌릿(billet)으로 하고, 이 빌릿을 열간 압연 후, 기어로 하기 위한 예비 성형을 행한다. 다음으로, 기계 가공, 혹은 단조 후에 기계 가공을 행하여 기어 형상으로 한 후, 침탄 퀀칭 처리를 실시하고, 필요에 따라서 추가로 기어면에 연마 가공을 실시하여 최종 제품으로 한다. 나아가서는, 쇼트피닝(shot peening) 공정 등을 부가해도 좋다. 침탄 퀀칭 처리는, 침탄 온도 900∼1050℃, 퀀칭 온도 800∼900℃로 하고, 템퍼링은 120∼250℃의 범위로 하는 것이 바람직하다.

실시예

표 1에 나타내는 화학 조성의 강을 용제하여 주조에 의해 빌릿으로 하고, 이 빌릿을 열간 압연에 의해 20㎜φ, 32㎜φ 및 70㎜φ의 봉강(steel bar)으로 가공하고, 얻어진 둥근 봉강에 대하여, 925℃에서 노멀라이징 처리를 실시했다. 표 1 중에 나타내는 No.1∼15는 본 발명의 성분 조성에 따르는 발명강이며, No.16∼33은 본 발명의 규제값으로부터 벗어난 함유량의 성분을 포함하는 비교강이며, No.34는 JIS　SCr420 규격재이다. 노멀라이징 처리 후의 둥근 막대로부터, 오노식 회전 굽힘 피로 시험편 및 기어 피로 시험편을 채취했다. 표 1의 성분 조성을 갖는 각 시험편에 대하여, 도 1에 나타내는 조건에 따라, 침탄 퀀칭·템퍼링을 실시한 후, 입계 산화층 깊이, 유효 경화층 깊이, 표면 경도, 내부 경도의 각 조사 및 회전 굽힘 피로 시험, 기어 피로 시험을 실시했다. 이하에, 각각의 조사 내용에 대해서 상세하게 설명한다.

[입계 산화층 깊이, 유효 경화층 깊이, 표면 경도, 내부 경도]

발명강, 비교강 및 SCr420의 20㎜φ 둥근 막대에, 침탄 퀀칭·템퍼링 처리를 가한 후에 절단하고, 이 절단면에 있어서 최대가 되는 입계 산화층 깊이를, 에칭하는 일 없이 광학 현미경으로 400배의 배율에서 측정했다.

또한, 동일한 단면의 경도 분포를 측정하고, 비커스 경도로 550HV가 되는 표면으로부터의 깊이를 유효 경화층 깊이로 했다. 표면 경도는, 둥근 막대 표면의 비커스 경도(HV10kgf) 10점의 평균값으로 했다. 또한, 표층으로부터 5㎜ 깊이 위치의 비커스 경도(HV10kgf) 5점의 평균값을 내부 경도라고 규정했다.

[회전 굽힘 피로 특성]

직경 32㎜의 둥근 봉강으로부터, 평행부가 압연 방향과 일치하도록, 도 2에 나타내는 치수 및 형상의 평행부 직경 8㎜의 시험편을 채취하고, 평행부에 이와 직각 방향의 깊이 2㎜의 노치(노치 계수: 1.56)를 전체 둘레에 부여한 회전 굽힘 피로 시험편을 제작했다. 얻어진 시험편에 대하여, 침탄 퀀칭·템퍼링 처리를 행한 후, 오노식 회전 굽힘 피로 시험기를 이용하여, 회전수: 3000rpm으로 회전 굽힘 피로 시험을 실시하고, 10⁷회를 피로 한도로 하여, 회전 굽힘 피로 강도를 측정했다.

[기어 피로 특성]

직경 70㎜의 둥근 막대를 열간 단조 후에 기계 가공하여, 모듈 2.5, 피치 직경 80㎜의 헬리컬(helical) 기어를 제작했다. 얻어진 시험편에 대하여, 동력 순환식 기어 피로 시험기를 사용하여, 80℃의 트랜스액슬 오일(transaxle oil)을 윤활로 이용하고, 소정의 토크를 걸쳐 회전수: 3000rpm으로 시험을 실시하고, 10⁷회를 피로 한도로 하여, 기어 피로 강도를 측정했다.

[조사 결과]

상기한 조사 항목마다의 조사 결과를, 표 2에 나타낸다. 본 발명강(No.1∼15)은, 회전 굽힘/기어 피로 특성 모두 SCr420(No.34)과 동등 이상의 특성이 얻어지고 있고, 비교강(No.16∼33)보다 우수하다는 것을 알 수 있다.

즉, 비교강 No.16은 C 함유량이 본 발명 범위보다 낮기 때문에, 내부 경도가 지나치게 낮아지고, 회전 굽힘 피로 강도와 기어 피로 강도가 저하했다.

비교강 No.17은, C 함유량이 본 발명 범위보다 높기 때문에, 심부의 인성이 저하하고, 회전 굽힘 피로 강도 및 기어 피로 강도가 저하했다.

비교강 No.18은, Si 함유량이 본 발명의 범위보다도 낮기 때문에, 내(耐)템퍼링 연화 저항이 저하하고, 기어 피로 강도가 저하했다.

비교강 No.19는, Si 함유량이 본 발명의 범위보다도 낮고, 또한 Cr 함유량이 본 발명의 범위보다 높다. 그 때문에, 침탄 표층부의 Ms점이 저하하고, 잔류 오스테나이트량이 증가한다. 따라서, 표층 경도가 낮아지고, 회전 굽힘 피로 강도와 기어 피로 강도가 저하했다.

비교강 No.20은, Si 함유량이 본 발명의 범위보다도 높다. 그 때문에, 내부에 페라이트가 발생하고, 기어뿌리에서의 굽힘 피로 파괴가 일어나기 쉬워져, 기어 피로 강도가 저하했다.

비교강 No.21은, Mn 함유량이 본 발명 범위보다 낮다. 그 때문에, 퀀칭성이 저하하고, 유효 효과층 깊이가 얕아졌기 때문에, 회전 굽힘 피로 강도와 기어 피로 강도가 저하했다.

비교강 No.22는, Mn 함유량이 본 발명의 범위보다 높기 때문에, 침탄 표층부의 Ms점이 저하하고, 잔류 오스테나이트량이 증가한다. 따라서, 표면 경도가 낮아지고, 회전 굽힘 피로 강도와 기어 피로 강도가 저하했다.

비교강 No.23은, S 함유량이 본 발명 범위보다 높다. 그 때문에, 피로 파괴의 기점이 되는 MnS의 생성량이 많아지고, 회전 굽힘 피로 강도와 기어 피로 강도가 저하했다.

비교강 No.24는, Cr 함유량이 본 발명의 범위보다 낮다. 그 때문에, 심부 경도 및 내템퍼링 연화 저항이 저하하고, 회전 굽힘 피로 강도와 기어 피로 강도가 저하했다.

비교강 No.25 및 26은, Cr 함유량이 본 발명의 범위보다 높기 때문에, 침탄 표층부의 Ms점이 저하하고, 잔류 오스테나이트량이 증가한다. 따라서, 표층 경도가 낮아지고, 회전 굽힘 피로 강도와 기어 피로 강도가 저하했다.

비교강 No.27은, B 함유량이 본 발명의 범위보다 낮다. 그 때문에, 퀀칭성이 저하하고, 유효 효과층 깊이가 얕아졌기 때문에, 회전 굽힘 피로 강도와 기어 피로 강도가 저하했다.

비교강 No.28은, B 함유량이 본 발명의 범위보다 높다. 그 때문에, 인성의 저하를 초래하는 BN의 생성량이 많아지고, 회전 굽힘 피로 강도 및 기어 피로 강도가 저하했다.

비교강 No.29는, Al 함유량이 본 발명에서 규정한 식(27/14[(N－(14/10.8)B＋0.030]≤Al≤0.120％)으로부터 산출되는 하한값보다 낮다. 그 때문에, 퀀칭성 향상에 기여하는 고용 B량을 확보하지 못하고, 유효 효과층 깊이가 얕고, 내부 경도도 낮아졌기 때문에, 회전 굽힘 피로 강도와 기어 피로 강도가 저하했다.

비교강 No.30은, Sb 함유량이 본 발명 범위보다 낮다. 그 때문에, 침탄시에 탈붕소가 생겨 버려, 표층 경도가 낮아졌기 때문에, 회전 굽힘 피로 강도와 기어 피로 강도가 저하했다.

비교강 No.31은, N 함유량이 본 발명의 범위보다 높다. 그 결과, 퀀칭성 향상에 기여하는 고용 B량이 확보되지 못하고, 유효 효과층 깊이가 얕고, 내부 경도도 낮아졌기 때문에, 회전 굽힘 피로 강도와 기어 피로 강도가 저하했다.

비교강 No.32는, Ti 함유량이 본 발명의 범위보다 높다. 그 때문에, TiN 기점에 의한 피로 파괴가 일어나기 쉬워지고, 회전 굽힘 피로 강도와 기어 피로 강도가 저하했다.

비교강 No.33은, 본 발명 성분 범위 내이지만, Sb량이 규정식(Sb≥{Si/2+(Mn+Cr)/5}/70)을 충족시키지 않고 있기 때문에, 입계 산화층이 깊다. 따라서, 표층 경도가 낮아지고, 회전 굽힘 피로 강도와 기어 피로 강도가 저하했다.

Claims

질량％로,
C: 0.10∼0.30％,
Si: 0.10∼1.20％,
Mn: 0.30∼1.50％,
S: 0.010∼0.030％,
Cr: 0.10∼1.00％,
B: 0.0005∼0.0050％,
Sb: 0.005∼0.020％ 및
N: 0.0150％ 이하
를, 하기식을 만족하는 범위하로 포함하고, 추가로,
Al을, B－(10.8/14)N≥0.0003％의 경우에 0.010％≤Al≤0.120％, 및 B－(10.8/14)N＜0.0003％의 경우에 27/14[(N－(14/10.8)B＋0.030]≤Al≤0.120％로 함유하고, 잔부는 철 및 불가피 불순물로 이루어지고,
상기 불가피 불순물 중의 Ti가,
Ti: 0.005％ 이하
인 것을 특징으로 하는 기소강.
기
Sb≥{Si/2＋(Mn＋Cr)/5}/70
제1항에 있어서,
추가로, 질량％로
Nb: 0.050％ 이하 및
V: 0.200％ 이하
중 어느 1종 또는 2종을 함유하는 기소강.