KR20190022801A - Nitrided parts and method for manufacturing the same - Google Patents

Nitrided parts and method for manufacturing the same Download PDF

Info

Publication number
KR20190022801A
KR20190022801A KR1020197002678A KR20197002678A KR20190022801A KR 20190022801 A KR20190022801 A KR 20190022801A KR 1020197002678 A KR1020197002678 A KR 1020197002678A KR 20197002678 A KR20197002678 A KR 20197002678A KR 20190022801 A KR20190022801 A KR 20190022801A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
less
compound layer
phase
steel
nitriding
Prior art date
Application number
KR1020197002678A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
다카히데 우메하라
마사토 유야
Original Assignee
신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
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 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 filed Critical 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Publication of KR20190022801A publication Critical patent/KR20190022801A/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/24Nitriding
    • C23C8/26Nitriding of ferrous surfaces
    • 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
    • C21D1/74Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • C21D1/76Adjusting the composition of the atmosphere
    • 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
    • C21D9/32Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for gear wheels, worm wheels, or the like
    • 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
    • C22C38/02Ferrous 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
    • C22C38/08Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing nickel
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/12Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tungsten, tantalum, molybdenum, vanadium, or niobium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/14Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing 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
    • C22C38/16Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing 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
    • 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
    • C22C38/22Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
    • 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
    • C22C38/38Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • 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
    • C22C38/60Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing lead, selenium, tellurium, or antimony, or more than 0.04% by weight of sulfur

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

굽힘 교정성 이외에도 회전 굽힘 피로 강도가 우수한 부품 및 그의 제조 방법이며, 소정의 화학 조성을 갖는 강재를 소재로 하고, 강 표면에 형성된, 철, 질소 및 탄소를 함유하는 두께 3㎛ 이상 15㎛ 미만의 화합물층을 갖고, 표면으로부터5㎛의 깊이까지의 범위의 화합물층에 있어서의 상구조가 γ'상을 면적률로 50% 이상 함유하고, 표면으로부터 3㎛의 깊이까지의 범위에 있어서 공극 면적률이 1% 미만이고, 화합물층 표면의 압축 잔류 응력이 500MPa 이상인 것을 특징으로 하는 질화 처리 부품.The present invention relates to a component having excellent rolling bending fatigue strength in addition to bending correction and a method for producing the same, and a method for producing the same, which comprises a steel material having a predetermined chemical composition and having a thickness of 3 탆 or more and less than 15 탆, , The phase structure in the compound layer in the range from the surface to the depth of 5 mu m contains the gamma prime phase at an area ratio of 50% or more, and the void area rate in the range from the surface to 3 mu m is 1% And the compressive residual stress on the surface of the compound layer is 500 MPa or more.

Description

질화 처리 부품 및 그의 제조 방법Nitrided parts and method for manufacturing the same

본 발명은 가스 질화 처리를 실시한 강 부품, 특히 굽힘 교정성 및 굽힘 피로 강도가 우수한 기어, CVT 시브 등의 질화 처리 부품, 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a steel part subjected to a gas nitriding treatment, particularly a gear having excellent bending correctability and bending fatigue strength, a nitrided part such as a CVT sheave, and a manufacturing method thereof.

자동차나 각종 산업 기계 등에 사용되는 강 부품에는, 피로 강도, 내마모성 및 내 시징성 등의 기계적 성질을 향상시키기 위하여, 침탄 ?칭, 고주파 ?칭, 질화, 및 연질화 등의 표면 경화 열처리가 실시된다.Steel parts used in automobiles and various industrial machines are subjected to surface hardening heat treatment such as carburizing, high frequency welding, nitriding, and softening in order to improve mechanical properties such as fatigue strength, abrasion resistance, and corrosion resistance .

질화 처리 및 연질화 처리는, A1점 이하의 페라이트 영역에서 행해지며, 처리 중에 상변태가 없기 때문에, 열처리 변형을 작게 할 수 있다. 그 때문에, 질화 처리 및 연질화 처리는, 높은 치수 정밀도를 갖는 부품이나 대형의 부품에 사용되는 경우가 많고, 예를 들어 자동차의 트랜스미션 부품에 사용되는 기어나, 엔진에 사용되는 크랭크축에 적용되고 있다.The nitriding treatment and the softening treatment are carried out in a ferrite region of not more than A 1 point, and since there is no phase change during the treatment, the heat treatment deformation can be reduced. For this reason, the nitriding treatment and the softening treatment are often used for parts having a high dimensional accuracy or for large-sized parts. For example, the nitriding treatment and the softening treatment are applied to gears used for transmission parts of automobiles and crankshafts used for engines have.

질화 처리는, 강재 표면에 질소를 침입시키는 처리 방법이다. 질화 처리에 사용되는 매체로는, 가스, 염욕, 플라즈마 등이 있다. 자동차의 트랜스미션 부품에는, 주로 생산성이 우수한 가스 질화 처리가 적용되어 있다. 가스 질화 처리에 의해 강재 표면에는 두께가 10㎛ 이상인 화합물층(Fe3N 등의 질화물이 석출된 층)이 형성되고, 또한, 화합물층의 하측의 강재 표층에는 질소 확산층인 경화층이 형성된다. 화합물층은 주로 Fe2 ~3N(ε)과 Fe4N(γ')으로 구성되고, 화합물층의 경도는 모재가 되는 강과 비교하여 매우 높다. 그 때문에, 화합물층은 사용 초기에 있어서, 강 부품의 내마모성을 향상시킨다.The nitriding treatment is a treatment method in which nitrogen is introduced into the surface of a steel material. Examples of the medium used for the nitriding treatment include gas, salt bath, and plasma. In automotive transmission parts, gas nitriding treatment, which is mainly excellent in productivity, is applied. A compound layer (a layer in which nitrides such as Fe 3 N precipitated) having a thickness of 10 탆 or more is formed on the surface of the steel by the gas nitriding treatment and a cured layer which is a nitrogen diffusion layer is formed on the lower surface side of the steel layer. The compound layer is mainly composed of Fe 2 to 3 N (?) And Fe 4 N (? '), And the hardness of the compound layer is very high as compared with the steel as the base material. Therefore, the compound layer improves the wear resistance of the steel part at the beginning of use.

특허문헌 1에는, 화합물층 중의 γ'상 비율을 30mol% 이상으로 함으로써 굽힘 피로 강도를 향상시킨 질화 처리 부품이 개시되어 있다.Patent Document 1 discloses a nitrided component in which the bending fatigue strength is improved by setting the ratio of? 'Phase in the compound layer to 30 mol% or more.

특허문헌 2에는, 소정의 구조를 갖는 철 질화 화합물층을 강 부재로 생성한, 저변형이면서 또한 우수한 면 피로 강도로 굽힘 피로 강도를 갖는 강 부재가 개시되어 있다.Patent Document 2 discloses a steel member having a steel member having a predetermined structure and made of a steel member and having a bending fatigue strength at a low fatigue strength and a low surface fatigue strength.

특허문헌 3에는, 원소의 함유량을 최적화함으로써, 질화 처리 후의 피로 강도를 높이고, 질화 처리 후의 변형을 억제한 질화 부품의 제조 방법이 개시되어 있다.Patent Document 3 discloses a method of manufacturing a nitrided component in which the fatigue strength after the nitriding treatment is increased and the deformation after the nitriding treatment is suppressed by optimizing the content of the element.

일본 특허 공개 제2015-117412호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-117412 일본 특허 공개 제2013-221203호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-221203 국제 공개 제2016/098143호 공보International Publication No. 2016/098143

특허문헌 1의 질화 처리 부품은, 분위기 가스에 CO2를 사용한 가스 연질화인 것으로부터, 화합물층의 표면측은 ε상이 되기 쉽기 때문에, 굽힘 피로 강도는 아직 충분하지 않다고 생각된다. 또한, 특허문헌 2의 질화 처리 부품은, 강의 성분에 구애받지 않고, NH3 가스가 0.08 내지 0.34, H2 가스가 0.54 내지 0.82, N2 가스가 0.09 내지 0.18이 되도록 제어하고 있기 때문에, 강의 성분에 따라서는 화합물층의 구조나 두께가 목적대로 되지 않을 가능성이 있다.Since the nitriding treatment component of Patent Document 1 is a gas softening process using CO 2 as the atmospheric gas, the surface side of the compound layer is likely to be in the ε-phase, and therefore, the bending fatigue strength is not sufficient yet. Since the nitriding treatment component of Patent Document 2 is controlled so that the NH 3 gas is 0.08 to 0.34, the H 2 gas is 0.54 to 0.82, and the N 2 gas is 0.09 to 0.18 regardless of the steel components, There is a possibility that the structure and thickness of the compound layer may not be as desired.

특허문헌 3의 질화 처리는, 처리 시의 가스 조건의 제어가 적절하지 않고, 화합물층 중의 γ'상의 비율이 낮아지거나, 공극률이 높아져, 피팅이나 굽힘 피로 파괴의 기점이 되기 쉽다. 또한, 특허문헌 3이 개시하는 가스 연질화 처리에서는, 공극률이 높아지기 쉽다.The nitriding treatment in Patent Document 3 is not suitable for controlling the gas condition at the time of treatment, and the ratio of the γ 'phase in the compound layer is lowered or the porosity is increased, which tends to become a starting point of fitting or bending fatigue failure. Further, in the gas softening treatment disclosed in Patent Document 3, the porosity tends to be high.

본 발명의 목적은, 굽힘 교정성 이외에도 회전 굽힘 피로 강도가 우수한 부품 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a component having excellent rotational bending fatigue strength in addition to the bending correction property and a manufacturing method thereof.

본 발명자들은, 질화 처리에 의해 강재의 표면에 형성되는 화합물층의 형태에 주목하여, 피로 강도와의 관계를 조사했다.The present inventors paid attention to the form of the compound layer formed on the surface of the steel material by the nitriding treatment and investigated the relationship with the fatigue strength.

그 결과, 성분을 조정한 강을, 본 바탕의 C양을 고려한 질화 포텐셜 제어 하에서 질화함으로써, 표면 부근을 γ'상 주체의 상 구조로 하고, 다공성의 발생을 억제하고, 표층의 압축 잔류 응력을 일정값 이상으로 함으로써, 우수한 굽힘 교정성, 및 회전 굽힘 피로 강도를 갖는 질화 부품을 제작할 수 있음을 알아냈다.As a result, it was found that by nitriding the steel whose composition was adjusted under the nitriding potential control considering the C amount of the base, the surface structure of the γ 'phase main body was suppressed to suppress the occurrence of porosity and the compressive residual stress It is possible to manufacture a nitrided component having excellent bending correction and rotational bending fatigue strength.

본 발명은 상기한 지견을 바탕으로, 또한 검토를 거듭하여 이루어진 것으로서, 그 요지는 이하와 같다.The present invention has been made on the basis of the above-described findings and has been repeatedly reviewed.

질량%로, C: 0.20 내지 0.60%, Si: 0.05 내지 1.5%, Mn: 0.2 내지 2.5%, P: 0.025% 이하, S: 0.003 내지 0.05%, Cr: 0.05 내지 0.50%, Al: 0.0 1 내지 0.05%, N: 0.003 내지 0.025%, Nb: 0 내지 0.1%, B: 0 내지 0.01%, Mo: 0% 이상, 0.50% 미만, V: 0% 이상, 0.50% 미만, Cu: 0% 이상, 0.50% 미만, Ni: 0% 이상, 0.50% 미만, 및 Ti: 0% 이상, 0.05% 미만을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물인 강재를 소재로 하고, 강 표면에 형성된, 철, 질소 및 탄소를 함유하는 두께 3㎛ 이상 15㎛ 미만의 화합물층을 갖고, 표면 내지 5㎛의 깊이의 화합물층에 있어서의 상구조가 γ'상을 면적률로 50% 이상 함유하고, 표면 내지 3㎛의 깊이에 있어서 공극 면적률이 10% 미만이고, 화합물층 표면의 압축 잔류 응력이 500MPa 이상인 것을 특징으로 하는 질화 처리 부품.The steel sheet according to any one of claims 1 to 3, wherein the steel sheet comprises, in mass%, 0.20 to 0.60% of C, 0.05 to 1.5% of Si, 0.2 to 2.5% of Mn, 0.025% or less of P, 0.003 to 0.05% of S, 0.05 to 0.50% Mo: 0 to less than 0.50%, V: 0 to less than 0.50%, Cu: 0 to less than 0.05%, N: 0.003 to 0.025%, Nb: 0 to 0.1% The steel material is a steel material containing less than 0.50%, Ni: not less than 0%, less than 0.50%, and Ti: not less than 0% and less than 0.05% , And the phase structure in the compound layer at a depth of 5 탆 or less has a γ 'phase in an area ratio of 50% or more, and at a depth of 3 μm or less Wherein the void area ratio is less than 10% and the compressive residual stress on the surface of the compound layer is 500 MPa or more.

본 발명에 따르면, 굽힘 교정성 이외에도 회전 굽힘 피로 강도가 우수한 질화 처리 부품을 얻을 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to obtain a nitrided component excellent in flexural fatigue strength in addition to bending correction.

도 1은 화합물층의 깊이의 측정 방법을 설명하는 도면이다.
도 2는 화합물층과 확산층의 조직 사진의 일례이다.
도 3은 화합물층 중에 공극이 형성되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 화합물층 중에 공극이 형성된 조직 사진의 일례이다.
도 5는 질화 포텐셜과 화합물층의 상구조 및 회전 굽힘 피로 강도와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 굽힘 교정성을 평가하기 위해서 사용한 4점 굽힘 시험편의 형상이다.
도 7은 회전 굽힘 피로 강도를 평가하기 위한 원주 시험편의 형상이다.
1 is a view for explaining a method of measuring the depth of a compound layer.
2 is an example of a tissue photograph of a compound layer and a diffusion layer.
3 is a view showing a state in which a gap is formed in the compound layer.
4 is an example of a tissue photograph in which a cavity is formed in a compound layer.
5 is a graph showing the relationship between the nitriding potential and the phase structure of the compound layer and the rotational bending fatigue strength.
Fig. 6 shows the shape of the four-point bending test piece used for evaluating the bending proofness.
Fig. 7 shows the shape of a circumferential test piece for evaluating the rotational bending fatigue strength.

이하, 본 발명의 각 요건에 대해 상세히 설명한다. 처음에, 소재가 되는 강재의 화학 조성에 대해 설명한다. 이하, 각 성분 원소의 함유량 및 부품 표면에 있어서의 원소 농도를 나타내는 「%」는 「질량%」를 의미하는 것으로 한다.Hereinafter, each of the requirements of the present invention will be described in detail. First, the chemical composition of the steel to be the material will be described. Hereinafter, "%" representing the content of each component element and the element concentration on the surface of the component means "% by mass".

[C: 0.20% 이상, 0.60% 이하][C: 0.20% or more, 0.60% or less]

C는, 부품의 코어부 경도를 확보하기 위해서 필요한 원소이다. C의 함유량이 0.20% 미만이면, 코어부 강도가 너무 낮아지기 때문에, 굽힘 교정성이나 굽힘 피로 강도가 크게 저하된다. 또한, C의 함유량이 0.60%를 초과하면, 화합물층 두께가 커지고, 굽힘 교정성이나 내 굽힘성이 크게 저하된다. C 함유량의 바람직한 범위는 0.30 내지 0.50%이다.C is an element necessary for ensuring the hardness of the core portion of the component. If the content of C is less than 0.20%, the strength of the core portion becomes too low, so that the bending proofness and the bending fatigue strength are greatly lowered. On the other hand, if the content of C exceeds 0.60%, the thickness of the compound layer becomes large, and the bending proofness and bending resistance are largely reduced. The preferable range of the C content is 0.30 to 0.50%.

[Si: 0.05% 이상, 1.5% 이하][Si: 0.05% or more, 1.5% or less]

Si는, 고용 강화에 의해, 코어부 경도를 높인다. 이 효과를 발휘시키기 위하여, 0.05% 이상을 함유시킨다. 한편, Si의 함유량이 1.5%를 초과하면, 봉강, 선재나 열간 단조 후의 강도가 과도하게 높아지기 때문에, 절삭 가공성이 크게 저하된다. Si 함유량의 바람직한 범위는 0.08 내지 1.3%이다.Si increases the hardness of the core portion by solid solution strengthening. In order to exhibit this effect, 0.05% or more is contained. On the other hand, if the content of Si exceeds 1.5%, the strength after the steel bars, the wire and the hot forging becomes excessively high, and the cutting workability is greatly reduced. A preferable range of the Si content is 0.08 to 1.3%.

[Mn: 0.2% 이상, 2.5% 이하][Mn: 0.2% or more, 2.5% or less]

Mn은, 고용 강화에 의해, 코어부 경도를 높인다. 또한, Mn은, 질화 처리 시에는, 경화층 중에 미세한 질화물(Mn3N2)을 형성하고, 석출 강화에 의해 내마모성 및 굽힘 피로 강도를 향상시킨다. 이들의 효과를 얻기 위해서, Mn은 0.2% 이상이 필요하다. 한편, Mn의 함유량이 2.5%를 초과하면, 굽힘 피로 강도를 높이는 효과가 포화될 뿐만 아니라, 소재가 되는 봉강, 선재나 열간 단조 후의 경도가 과도하게 높아지기 때문에, 절삭 가공성이 크게 저하된다. Mn 함유량의 바람직한 범위는0.4 내지 2.3%이다.Mn increases hardness of the core portion by solid solution strengthening. Mn also forms fine nitrides (Mn 3 N 2 ) in the hardened layer during the nitriding treatment, and improves wear resistance and bending fatigue strength by precipitation strengthening. In order to obtain these effects, Mn is required to be not less than 0.2%. On the other hand, when the content of Mn exceeds 2.5%, not only the effect of increasing the flexural fatigue strength is saturated but also the hardness after the steel bars and the wire material or hot forging becomes excessively high. The preferable range of the Mn content is 0.4 to 2.3%.

[P: 0.025% 이하][P: 0.025% or less]

P는 불순물이며, 입계 편석하여 부품을 취화시키므로, 함유량은 적은 편이 바람직하다. P의 함유량이 0.025%를 초과하면, 굽힘 교정성이나 굽힘 피로 강도가 저하되는 경우가 있다. 굽힘 피로 강도의 저하를 방지하기 위한 P 함유량의 바람직한 상한은 0.018%이다. 함유량을 완전히 0으로 하기는 어렵고, 현실적인 하한은 0.001%이다.P is an impurity and segregates by grain boundary, so it is preferable that the content is small. If the content of P exceeds 0.025%, the bending correction and the bending fatigue strength may be lowered. The preferable upper limit of the P content for preventing the lowering of the bending fatigue strength is 0.018%. It is difficult to completely reduce the content to 0, and the lower limit of practicality is 0.001%.

[S: 0.003% 이상, 0.05% 이하][S: 0.003% or more, 0.05% or less]

S는, Mn과 결합하여 MnS를 형성하고, 절삭 가공성을 향상시킨다. 이 효과를 얻기 위하여, S는 0.003% 이상이 필요하다. 그러나, S의 함유량이 0.05%를 초과하면, 조대한 MnS를 생성하기 쉬워서, 굽힘 교정성이나 굽힘 피로 강도가 크게 저하된다. S 함유량의 바람직한 범위는 0.005 내지 0.03%이다.S combines with Mn to form MnS, and improves cutting workability. In order to obtain this effect, S must be 0.003% or more. However, when the content of S exceeds 0.05%, coarse MnS tends to easily form, and bending correction and bending fatigue strength are greatly reduced. The preferable range of the S content is 0.005 to 0.03%.

[Cr: 0.05% 이상, 0.50% 이하][Cr: 0.05% or more, 0.50% or less]

Cr은, 질화 처리 시에, 미세한 질화물(CrN)을 경화층 중에 형성하고, 석출 강화에 의해 굽힘 피로 강도를 향상시킨다. 이 효과를 얻기 위하여, Cr은 0.05% 이상이 필요하다. 한편, Cr의 함유량이 0.5%를 초과하면, 소재가 되는 봉강, 선재나 열간 단조 후의 경도가 과도하게 높아지기 때문에, 굽힘 교정성이 저하된다. Cr 함유량의 바람직한 범위는 0.10 내지 0.30%이다.Cr forms fine nitride (CrN) in the hardened layer at the time of nitriding treatment and improves bending fatigue strength by precipitation strengthening. In order to obtain this effect, Cr must be 0.05% or more. On the other hand, if the content of Cr exceeds 0.5%, the hardness after the steel strip or the wire to be worked or the hot forging becomes excessively high, and the bend proofing property is lowered. The preferable range of the Cr content is 0.10 to 0.30%.

[Al: 0.01% 이상, 0.05% 이하][Al: 0.01% or more, 0.05% or less]

Al은, 탈산 원소이며, 충분한 탈산을 위하여 0.01% 이상이 필요하다. 한편, Al은 경질의 산화물계 개재물을 형성하기 쉽고, Al의 함유량이 0.05%를 초과하면, 굽힘 피로 강도의 저하가 현저해져, 다른 요건을 만족시키고 있어도 원하는 굽힘 피로 강도가 얻어지지 않게 된다. Al 함유량의 바람직한 범위는 0.02 내지 0.04%이다.Al is a deoxidizing element and requires 0.01% or more for sufficient deoxidation. On the other hand, Al tends to form hard oxide inclusions. When the content of Al exceeds 0.05%, the lowering of the bending fatigue strength becomes remarkable, and the desired bending fatigue strength can not be obtained even if other requirements are satisfied. The preferable range of the Al content is 0.02 to 0.04%.

[N: 0.003% 이상, 0.025% 이하][N: not less than 0.003%, not more than 0.025%]

N은, Al, V와 결합하여 AlN, VN을 형성한다. AlN, VN은 오스테나이트 입자의 피닝 작용에 의해, 질화 처리 전의 강재의 조직을 미세화하고, 질화 처리 부품의 기계적 특성의 변동을 저감시키는 효과를 갖는다. N의 함유량이 0.003% 미만이면 이 효과는 얻기 어렵다. 한편, N의 함유량이 0.025%를 초과하면, 조대한 AlN이 형성되기 쉬워지기 때문에, 상기 효과는 얻기 어려워진다. N 함유량의 바람직한 범위는 0.005 내지 0.020%이다.N combines with Al and V to form AlN and VN. AlN and VN have the effect of making the structure of the steel material before nitriding finer by the pinning action of the austenite particles and reducing the fluctuation of the mechanical properties of the nitrided parts. If the content of N is less than 0.003%, this effect is difficult to obtain. On the other hand, if the content of N exceeds 0.025%, coarse AlN tends to be easily formed, so that it is difficult to obtain the above effect. The preferable range of the N content is 0.005 to 0.020%.

본 발명의 질화 처리 부품의 소재가 되는 강의 화학 성분은, 상기한 원소를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다. 불가피적 불순물이란, 원재료에 포함되는, 혹은 제조의 과정에서 혼입되는 성분이며, 의도적으로 강에 함유시킨 것이 아닌 성분을 말한다.The chemical component of the steel to be the material of the nitrided part of the present invention contains the above-mentioned elements, and the balance is Fe and inevitable impurities. Inevitable impurities are components that are included in the raw material or are incorporated in the manufacturing process and are not intentionally contained in the steel.

단, 본 발명의 질화 처리 부품의 소재가 되는 강은, Fe의 일부를 대신하여, 이하에 나타내는 원소를 함유해도 된다.However, the steel to be the material of the nitrided part of the present invention may contain the following elements instead of a part of Fe.

[Nb: 0% 이상, 0.1% 이하][Nb: 0% or more, 0.1% or less]

Nb는, C나 N과 결합하여 NbC나 NbN을 형성한다. NbC, NbN의 피닝 효과에 의해, 오스테나이트 입자의 조대화가 억제되어, 질화 처리 전의 강재의 조직을 미세화하고, 질화 처리 부품의 기계적 특성의 변동을 저감시키는 효과를 나타낸다. 이 효과는 Nb를 미량 첨가하면 얻어지지만, 보다 확실하게 효과를 얻기 위해서는, Nb는 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다. Nb의 함유량이 0.1%를 초과하면, 조대한 NbC, NbN이 형성되기 쉬워지기 때문에, 상기한 효과는 얻기 어려워진다.Nb combines with C or N to form NbC or NbN. The coarsening of the austenite grains is suppressed by the pinning effect of NbC and NbN so that the structure of the steel material prior to the nitriding treatment is miniaturized and the fluctuation of the mechanical properties of the nitrided parts is reduced. This effect can be obtained by adding a trace amount of Nb, but in order to obtain a more reliable effect, Nb is preferably 0.01% or more. When the content of Nb is more than 0.1%, coarse NbC and NbN are easily formed, so that it is difficult to obtain the above effect.

[B: 0% 이상, 0.01% 이하][B: 0% or more, 0.01% or less]

B는, P의 입계 편석을 억제하여, 인성을 향상시키는 효과를 갖는다. 또한, N과 결합하여 BN을 형성해 절삭성을 향상시킨다. 이러한 효과는 B를 미량 첨가하면 얻어지지만, 보다 확실하게 효과를 얻기 위해서는, B는 0.0005% 이상으로 하는 것이 바람직하다. B의 함유량이 0.01%를 초과하면, 상기 효과가 포화될 뿐만 아니라, 다량의 BN이 편석함으로써 강재에 균열이 생기는 경우가 있다.B has an effect of suppressing grain boundary segregation of P and improving toughness. It also combines with N to form BN, which improves machinability. Such an effect can be obtained by adding a trace amount of B, but B is preferably 0.0005% or more in order to obtain a more reliable effect. When the content of B exceeds 0.01%, not only the above effect is saturated but also a large amount of BN segregates and cracks may occur in the steel material.

[Mo: 0% 이상, 0.50% 미만][Mo: 0% or more, less than 0.50%]

Mo는, 질화 시에 미세한 질화물(Mo2N)을 경화층 중에 형성하고, 석출 강화에 의해 굽힘 피로 강도를 향상시킨다. 또한, Mo는, 질화 시에 시효 경화 작용을 발휘하여 코어부 경도를 향상시킨다. 이러한 효과를 얻기 위한 Mo 함유량은 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Mo의 함유량이 0.50% 이상이면, 소재가 되는 봉강, 선재나 열간 단조 후의 경도가 과도하게 높아지기 때문에, 절삭 가공성이 현저하게 저하되는 것 외에, 합금 비용이 증대된다. 절삭 가공성 확보를 위한 Mo 함유량의 바람직한 상한은 0.40% 미만이다.Mo forms fine nitride (Mo 2 N) in the hardened layer at the time of nitriding and improves bending fatigue strength by precipitation strengthening. Mo also exhibits an age hardening effect at the time of nitriding to improve the hardness of the core portion. The Mo content for obtaining such an effect is preferably 0.01% or more. On the other hand, if the content of Mo is 0.50% or more, the hardness after the steel strip or the wire material or hot forging becomes excessively high, so that the cutting workability is remarkably reduced and the alloy cost is increased. A preferable upper limit of the Mo content for ensuring cutting workability is less than 0.40%.

[V: 0% 이상, 0.50% 미만][V: 0% or more, less than 0.50%]

V는, 질화 및 연질화 시에 미세한 질화물(VN)을 형성하고, 석출 강화에 의해 굽힘 피로 강도를 향상시키는 것 외에, 부품의 코어부 경도를 높게 한다. 또한, 조직 미세화의 효과도 갖는다. 이들 작용을 얻기 위하여, V는 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, V의 함유량이 0.50% 이상이면, 소재가 되는 봉강, 선재나 열간 단조 후의 경도가 과도하게 높아지기 때문에, 절삭 가공성이 현저하게 저하되는 것 외에도, 합금 비용이 증대된다. 절삭 가공성 확보를 위한 V 함유량의 바람직한 범위는 0.40% 미만이다.V forms fine nitride (VN) at the time of nitriding and softening, improves the bending fatigue strength by precipitation strengthening, and increases the hardness of the core portion of the component. It also has the effect of tissue refinement. In order to obtain these effects, V is preferably 0.01% or more. On the other hand, if the content of V is 0.50% or more, the hardness after the bar or the wire to be a material or the hot forging becomes excessively high, so that the cutting workability is remarkably decreased and the alloy cost is increased. A preferable range of the V content for ensuring cutting workability is less than 0.40%.

[Cu: 0% 이상, 0.50% 미만][Cu: 0% or more, less than 0.50%]

Cu는, 고용 강화 원소로서 부품의 코어부 경도 및 질소 확산층의 경도를 향상시킨다. Cu의 고용 강화의 작용을 발휘시키기 위해서는 0.01% 이상의 함유가 바람직하다. 한편, Cu의 함유량이 0.50% 이상인 관점에서는, 소재가 되는 봉강, 선재나 열간 단조 후의 경도가 과도하게 높아지기 때문에, 절삭 가공성이 현저하게 저하되는 것 외에, 열간 연성이 저하되기 때문에, 열간 압연 시, 열간 단조 시에 표면 흠집 발생의 원인이 된다. 열간 연성 유지를 위한 Cu 함유량의 바람직한 범위는 0.40% 미만이다.Cu improves the core hardness of the component and the hardness of the nitrogen diffusion layer as the solid solution strengthening element. In order to exhibit the action of strengthening the solubility of Cu, the content of 0.01% or more is preferable. On the other hand, from the viewpoint that the content of Cu is 0.50% or more, the hardness after the steel strip or the wire material or the hot forging becomes excessively high, so that the cutting workability is remarkably decreased. In addition, It causes surface scratches during hot forging. The preferable range of the Cu content for maintaining hot ductility is less than 0.40%.

[Ni: 0% 이상, 0.50% 미만][Ni: 0% or more, less than 0.50%]

Ni는, 고용 강화에 의해 코어부 경도 및 표층 경도를 향상시킨다. Ni의 고용 강화의 작용을 발휘시키기 위해서는 0.01% 이상의 함유가 바람직하다. 한편, Ni의 함유량이 0.50% 이상이면, 봉강, 선재나 열간 단조 후의 경도가 과도하게 높아지기 때문에, 절삭 가공성이 현저하게 저하되는 것 외에, 합금 비용이 증대된다. 충분한 절삭 가공성을 얻기 위한 Ni 함유량의 바람직한 범위는 0.40% 미만이다.Ni improves core part hardness and surface hardness by solid solution strengthening. In order to exert the action of strengthening the solubility of Ni, it is preferable to contain 0.01% or more. On the other hand, when the content of Ni is 0.50% or more, the hardness after the steel bars and the wire or hot forging becomes excessively high, so that the cutting workability is remarkably lowered and the alloy cost is increased. A preferable range of the Ni content for obtaining sufficient machinability is less than 0.40%.

[Ti: 0% 이상, 0.05% 미만][Ti: 0% or more, less than 0.05%]

Ti는, N과 결합하여 TiN을 형성하여, 코어부 경도 및 표층 경도를 향상시킨다. 이 작용을 얻기 위하여, Ti는 0.005% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Ti의 함유량이 0.05% 이상이면, 코어부 경도 및 표층 경도를 향상시키는 효과가 포화하는 것 외에, 합금 비용이 증대된다. Ti 함유량의 바람직한 범위는 0.007 내지 0.04% 미만이다.Ti combines with N to form TiN to improve the core portion hardness and surface hardness. In order to obtain this action, it is preferable that Ti is 0.005% or more. On the other hand, if the content of Ti is 0.05% or more, the effect of improving the hardness of the core portion and the hardness of the surface layer is saturated, and the alloy cost is increased. The preferable range of the Ti content is less than 0.007 to 0.04%.

다음에, 본 발명의 질화 처리 부품의 화합물층에 대해 설명한다.Next, the compound layer of the nitride-treated part of the present invention will be described.

[화합물층의 두께: 3㎛ 이상 15㎛ 미만][Thickness of compound layer: 3 m or more and less than 15 m]

화합물층이란, 질화 처리에 의해 형성된 철 질화물의 층이며, 그 두께는, 질화 처리 부품의 굽힘 교정성이나 굽힘 강도에 영향을 미친다. 화합물층이 과도하게 두꺼우면, 굽힘 피로 파괴 기점이 되기 쉽다. 화합물층이 과도하게 얇으면, 표면의 잔류 응력이 충분히 얻어지지 않아, 굽힘 교정성이나 굽힘 피로 강도가 저하된다. 본 발명의 질화 처리 부품에 있어서는, 굽힘 교정성이나 굽힘 강도의 관점에서, 화합물층의 두께는 3㎛ 이상 15㎛ 미만으로 한다.The compound layer is a layer of iron nitride formed by nitriding treatment, and its thickness affects the bending corrective property and the bending strength of the nitrided component. If the compound layer is excessively thick, it tends to be a bending fatigue fracture origin. If the compound layer is excessively thin, the residual stress on the surface can not be sufficiently obtained, and the bending proofness and the bending fatigue strength are lowered. In the nitriding treated part of the present invention, the thickness of the compound layer is set to be not less than 3 탆 and less than 15 탆 from the viewpoint of bending correction and bending strength.

화합물층의 두께는, 가스 질화 처리 후, 공시재의 수직 단면을 연마하고, 에칭하여 광학 현미경으로 관찰하여 측정한다. 에칭은, 3% 나이탈 용액으로 20 내지 30초간 행한다. 화합물층은, 저합금강의 표층에 존재하고, 흰 미부식의 층으로서 관찰된다. 광학 현미경에 의해 500배로 촬영된 조직 사진 5 시야(시야 면적: 2.2×1042)를 관찰한다. 각 시야에 있어서, 수평 방향으로 30㎛마다 4점을 측정한다. 측정된 20점의 값의 평균값을, 화합물 두께(㎛)라고 정의한다. 도 1에 측정 방법의 개략을, 도 2에 화합물층과 확산층의 조직 사진의 일례를 나타낸다.After the gas nitriding treatment, the thickness of the compound layer is measured by polishing with a vertical cross section of the specimen, etching and observing with an optical microscope. The etching is carried out for 3 to 20% for 20 to 30 seconds. The compound layer is present in the surface layer of the low alloy steel and is observed as a layer of white non-corrosive. Observation of a 5-field (field of view: 2.2 x 10 42 ) tissue photograph taken 500 times by an optical microscope. In each field of view, four points are measured every 30 탆 in the horizontal direction. The average value of the measured 20 points is defined as the compound thickness (占 퐉). Fig. 1 schematically shows a measurement method, and Fig. 2 shows an example of a tissue photograph of a compound layer and a diffusion layer.

[표면 내지 5㎛의 화합물층의 γ'상 비율: 50% 이상][Gamma] 'phase ratio of the surface layer to the 5 [micro] m compound layer: 50% or more]

표면 내지 5㎛의 화합물층에 있어서 γ'상의 비율이 낮고, ε상 비율이 높으면, 화합물층이 굽힘 교정시나 굽힘 피로시가 파괴 기점이 되기 쉬워진다. 이것은, ε상의 파괴 인성값이 γ'상과 비교해 낮기 때문이다. 또한, 표면 부근의 상이 γ'상이면 ε상인 경우에 비하여, 후술하는 압축 잔류 응력을 표면에 도입하기 쉬워져, 피로 강도를 향상시킬 수 있게 된다.When the ratio of the? 'Phase is low and the? Phase ratio is high in the compound layer of the surface to 5 占 퐉, the compound layer tends to become a fracture origin upon bending correction or bending fatigue. This is because the fracture toughness value of the? Phase is lower than that of the? 'Phase. Further, when the phase in the vicinity of the surface is? 'Phase, the compressive residual stress, which will be described later, can be easily introduced into the surface, and the fatigue strength can be improved.

화합물층 중의 γ'상 비율은, 후방 산란 전자 회절법(Electron BackScatter Diffraction: EBSD)으로 구한다. 구체적으로는, 화합물층의 최표면으로부터 5㎛ 깊이까지의, 면적 150㎛2에 대해 EBSD 측정을 행하고, γ'상, ε상을 판별하는 해석도를 작성한다. 그리고, 얻어진 EBSD 해석상에 대해, 화상 처리 애플리케이션을 사용하여 γ'상의 면적비를 구하고, 이것을 γ'상 비율(%)이라고 정의한다. EBSD 측정은 4000배 전후의 배율에서 10시야 정도 측정하는 것이 적당하다.The ratio of the? 'Phase in the compound layer is determined by Electron Back Scattering Diffraction (EBSD). More specifically, an EBSD measurement is performed for an area of 150 mu m 2 from the outermost surface of the compound layer to a depth of 5 mu m, and an analysis chart for discriminating the? 'Phase and the? Phase is prepared. Then, with respect to the obtained EBSD analysis image, the area ratio of? 'Phase is determined using an image processing application, and this is defined as a ratio of?' Phase (%). It is appropriate to measure the EBSD at 10 magnifications at a magnification of about 4000 times.

상기 γ'상 비율은 표면 내지 5㎛의 깊이의 「화합물층의」 γ'상의 비율을 의미한다. 즉 화합물층의 두께가 표면으로부터 5㎛에 만족되지 않는 경우는, 화합물층 두께분의 영역에 있어서의 γ'상 비율을 산출한다. 일례로서, 화합물의 두께가 표면으로부터 3㎛이면, 표면 내지 3㎛의 깊이의 화합물층의 γ'상의 비율이 γ'상 비율이 된다.The? 'Phase ratio means the ratio of?' Of the "compound layer" to the surface to a depth of 5 μm. That is, when the thickness of the compound layer is not satisfied by 5 mu m from the surface, the ratio of the? 'Phase in the region corresponding to the thickness of the compound layer is calculated. As an example, if the thickness of the compound is 3 mu m from the surface, the ratio of the gamma prime phase of the compound layer at the surface to the depth of 3 mu m becomes the gamma prime phase ratio.

γ'상 비율은 바람직하게는 60% 이상, 보다 바람직하게는 65% 이상, 더욱 바람직하게는 70% 이상이다.The ratio of? 'phase is preferably at least 60%, more preferably at least 65%, even more preferably at least 70%.

γ'상 비율은, X선 회절을 사용하여 구하는 방법도 생각된다. 그러나, X선 회절에 의한 측정은, 측정 영역이 애매해져, 정확한 γ'상 비율을 구할 수 없다. 따라서, 본 발명에 있어서의 화합물층 중의 γ'상 비율은 EBSD로 구하는 것으로 한다.The γ 'phase ratio may be determined by X-ray diffraction. However, in the measurement by X-ray diffraction, the measurement region becomes ambiguous and an accurate? 'Phase ratio can not be obtained. Therefore, the ratio of the? 'Phase in the compound layer in the present invention is determined by EBSD.

[표면 내지 3㎛의 화합물층의 공극 면적률: 10% 미만][Pore area ratio of the surface layer to 3 탆 compound layer: less than 10%] [

표면 내지 3㎛의 화합물층의 공극은, 응력 집중이 생겨, 굽힘 피로 파괴 기점이 된다. 그 때문에, 공극 면적률은 10% 미만으로 할 필요가 있다.The voids of the compound layer of the surface to 3 mu m form stress concentration and become a starting point of bending fatigue fracture. Therefore, the void area ratio should be less than 10%.

공극은, 모재에 의한 구속력이 작은 강재 표면에 있어서, 입계 등 에너지적으로 안정된 장소로부터, N2 가스가 입계에 따라 강재 표면으로부터 탈리함으로써 형성된다. N2의 발생은, 후술하는 질화 포텐셜 KN이 높을수록 발생하기 쉬워진다. 이것은, KN이 높아짐에 따라 bcc→γ'→ε의 상변태가 일어나고, γ'상보다도 ε상의 쪽이 N2의 고용량이 크기 때문에,ε상의 쪽이 N2 가스를 발생시키기 쉽기 때문이다. 도 3에 화합물층에 공극이 형성되는 개략을, 도 4에 공극이 형성된 조직 사진을 나타낸다.The voids are formed by removing N 2 gas from the surface of the steel material along the grain boundaries from an energy-stabilized place such as a grain boundary on a steel material surface having a small binding force by the base metal. The generation of N 2 is more likely to occur as the nitridation potential K N described later is higher. This is because the phase transition from bcc to gamma 'to epsilon takes place as K N increases and the epsilon phase is more likely to generate N 2 gas because the epsilon phase is larger in N 2 than in the gamma phase. Fig. 3 schematically shows the formation of voids in the compound layer, and Fig. 4 shows a tissue photograph in which voids are formed.

공극 면적률은, 광학 현미경 관찰에 의해 측정할 수 있다. 구체적으로는, 공시재의 단면에 있어서의 표면 내지 3㎛의 깊이를, 배율 1000배로 5시야 측정(시야 면적: 5.6×1032)하여, 각 시야에 대해 최표면으로부터 3㎛ 깊이의 범위 중에 차지하는 공극의 비율을 공극 면적률로 한다.The void area ratio can be measured by observation under an optical microscope. In the, range of 3㎛ depth from the outermost surface for each field: Specifically, the surface to a depth of 3㎛, magnification 1000 times 5 visual field measurement (5.6 × 10 32 visual field area) of the Disclosure The section The ratio of the voids occupied is defined as the void area ratio.

공극 면적률은 바람직하게는 5% 미만, 보다 바람직하게는 2% 미만이고, 더욱 바람직하게는 1% 미만이고, 0인 것이 가장 바람직하다.The void area ratio is preferably less than 5%, more preferably less than 2%, more preferably less than 1%, most preferably zero.

[화합물층 표면의 압축 잔류 응력: 500MPa 이상][Compressive residual stress on the surface of the compound layer: 500 MPa or more]

본 발명의 질화 처리 부품은, 질화 처리에 의해 강의 표면이 경화함과 함께, 강의 표층부에 압축 잔류 응력이 도입되어, 부품의 피로 강도, 내마모성이 향상된다. 본 발명의 질화 처리 부품은, 화합물층을 상술한 향상으로 하고, 추가로 표면에 압축 잔류 응력을 500MPa 이상 도입함으로써, 우수한 굽힘 피로 강도를 갖게 된다. 부품의 표면에 이러한 압축 잔류 응력을 도입하기 위한 제조 방법은 후술한다.In the nitriding treated part of the present invention, the surface of the steel is hardened by the nitriding treatment, and the compressive residual stress is introduced into the surface layer part of the steel, thereby improving the fatigue strength and wear resistance of the part. The nitriding treated part of the present invention has excellent bending fatigue strength by making the above-mentioned improvement in the compound layer and further introducing a compression residual stress of 500 MPa or more on the surface. A manufacturing method for introducing such compressive residual stress to the surface of the component will be described later.

다음에, 본 발명의 질화 처리 부품의 제조 방법의 일례를 설명한다.Next, an example of a method for producing a nitrided processed part of the present invention will be described.

본 발명의 질화 처리 부품의 제조 방법에서는, 상술한 성분을 갖는 강재에 대해 가스 질화 처리를 실시한다. 가스 질화 처리의 처리 온도는 550 내지 620℃이고, 가스 질화 처리 전체의 처리 시간은 1.5 내지 10시간이다.In the method for producing a nitrided part of the present invention, the steel having the above-mentioned components is subjected to a gas nitriding treatment. The treating temperature of the gas nitriding treatment is 550 to 620 占 폚, and the treating time of the entire gas nitriding treatment is 1.5 to 10 hours.

[처리 온도: 550 내지 620℃][Processing temperature: 550 to 620 DEG C]

가스 질화 처리의 온도(질화 처리 온도)는, 주로, 질소의 확산 속도와 상관이 있으며, 표면 경도 및 경화층 깊이에 영향을 미친다. 질화 처리 온도가 과도하게 낮으면, 질소의 확산 속도가 느려, 표면 경도가 낮아지며, 경화층 깊이가 얕아진다. 한편, 질화 처리 온도가 AC1점을 초과하면, 페라이트상(α상)보다도 질소의 확산 속도가 작은 오스테나이트상(γ상)이 강 중에 생성되어, 표면 경도가 낮아지고, 경화층 깊이가 얕아진다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 질화 처리 온도는 페라이트 온도 영역 주위의 550 내지 620℃이다. 이 경우, 표면 경도가 낮아지는 것을 억제할 수 있으면서, 또한, 경화층 깊이가 얕아지는 것을 억제할 수 있다.The temperature (nitriding temperature) of the gas nitriding process is mainly correlated with the diffusion rate of nitrogen, and affects the surface hardness and the depth of the hardened layer. When the nitriding treatment temperature is excessively low, the diffusion rate of nitrogen is slow, the surface hardness is low, and the depth of the hardened layer becomes shallow. On the other hand, when the nitriding treatment temperature exceeds the A C1 point, austenite phase (? Phase) having a nitrogen diffusion rate lower than that of the ferrite phase (? Phase) is generated in the steel to lower the surface hardness, Loses. Therefore, in this embodiment, the nitriding treatment temperature is 550 to 620 DEG C around the ferrite temperature region. In this case, lowering of the surface hardness can be suppressed, and the depth of the hardened layer can be suppressed to be shallow.

[가스 질화 처리 전체의 처리 시간: 1.5 내지 10시간][Processing time of the entire gas nitriding treatment: 1.5 to 10 hours]

가스 질화 처리는, NH3, H2, N2를 포함하는 분위기에서 실시한다. 질화 처리 전체의 시간, 즉, 질화 처리의 개시부터 종료까지의 시간(처리 시간)은, 화합물층의 형성 및 분해와 질소의 확산 침투와 상관이 있고, 표면 경도 및 경화층 깊이에 영향을 미친다. 처리 시간이 너무 짧으면 표면 경도가 낮아지고, 경화층 깊이가 얕아진다. 한편, 처리 시간이 너무 길면, 탈질소나 탈탄이 발생하여 강의 표면 경도가 저하된다. 처리 시간이 너무 길면 또한, 제조 비용이 높아진다. 따라서, 질화 처리 전체의 처리 시간은 1.5 내지 10시간이다.The gas nitriding treatment is performed in an atmosphere containing NH 3 , H 2 , and N 2 . The time of the entire nitriding treatment, that is, the time from the start to the end of the nitriding treatment (treatment time) is correlated with the formation and decomposition of the compound layer and the diffusion penetration of nitrogen, and affects the surface hardness and the depth of the hardened layer. If the treatment time is too short, the surface hardness becomes low and the depth of the hardened layer becomes shallow. On the other hand, if the treatment time is too long, denitrification or decarburization occurs and the surface hardness of the steel is lowered. If the treatment time is too long, the manufacturing cost also increases. Therefore, the entire nitriding treatment time is 1.5 to 10 hours.

또한, 본 실시 형태의 가스 질화 처리의 분위기는, NH3, H2 및 N2 외에, 불가피적으로 산소, 이산화탄소 등의 불순물을 포함한다. 바람직한 분위기는, NH3, H2 및 N2를 합계 99.5%(체적%) 이상이다.Further, the atmosphere of the gas nitriding treatment of the present embodiment includes impurities such as oxygen and carbon dioxide inevitably in addition to NH 3 , H 2 and N 2 . A preferable atmosphere is not less than 99.5% (vol%) in total of NH 3 , H 2 and N 2 .

일산화탄소, 이산화탄소를 수% 정도 포함하는 분위기 하에서의 가스 연질화 처리를 실시하면, C의 고용 한도가 높은 ε상이 우선적으로 생성된다. γ'층은 C를 거의 고용할 수 없으므로, 연질화 처리를 실시한 경우, 화합물층은 ε단상이 된다. 또한, ε상의 성장 속도는 γ'상보다도 빠르므로, ε상이 안정적으로 생성되는 가스 연질화에서는 화합물층이 필요 이상으로 두껍게 형성된다. 따라서, 본 발명에 있어서는 가스 연질화 처리가 아니고, 후술하는 바와 같이 질화 포텐셜 KN을 제어한 가스 질화 처리를 실시할 필요가 있다.When gas softening treatment is carried out in an atmosphere containing about several percent of carbon monoxide and carbon dioxide, an 竜 phase with a high solid solubility limit of C is preferentially produced. Since the γ 'layer can hardly employ C, when the softening treatment is carried out, the compound layer becomes an ε single phase. Further, since the growth rate of the epsilon phase is faster than that of the gamma prime phase, the compound layer is formed thicker than necessary in the gas softening in which the epsilon phase is stably produced. Therefore, in the present invention, it is necessary to perform the gas nitriding treatment in which the nitriding potential K N is controlled as described later, instead of the gas softening treatment.

[질화 처리의 가스 조건][Gas Condition for Nitriding Treatment]

본 발명의 질화 처리 방법에서는, 본 바탕의 C양을 고려하여 제어된 질화 포텐셜 하에서 질화 처리가 실시된다. 이에 의해, 표면 내지 5㎛의 깊이의 화합물층에 있어서의 상구조를 γ'상 비율 50% 이상으로 하고, 표면 내지 3㎛의 깊이에 있어서의 공극 면적률을 1% 미만으로 하고, 화합물층 표면의 압축 잔류 응력을 500MPa 이상으로 할 수 있다.In the nitriding treatment method of the present invention, the nitriding treatment is carried out under the controlled nitriding potential in consideration of the C amount of the base. Thereby, the phase structure in the compound layer at the depth of 5 탆 or less from the surface is set to 50% or more of the γ 'phase ratio, the void area ratio at the depth of 3 탆 to the surface is made less than 1% The residual stress can be set to 500 MPa or more.

가스 질화 처리의 질화 포텐셜 KN은, 하기 식으로 정의된다.The nitridation potential K N of the gas nitridation treatment is defined by the following equation.

KN(atm-1/2)=((NH3분압(atm))/[(H2분압(atm))3/2]K N (atm -1/2 ) = (NH 3 partial pressure (atm)) / [(H 2 partial pressure (atm)) 3/2 ]

가스 질화 처리의 분위기 NH3 및 H2의 분압은, 가스의 유량을 조정함으로써 제어할 수 있다. 질화 처리에 의해 화합물층을 형성하기 위해서는, 가스 질화 처리 시의 KN이 일정값 이상일 필요가 있지만, 상술한 바와 같이, KN이 과도하게 높아지면, N2 가스를 발생시키기 쉬운 ε상의 비율이 많아지고, 공극이 많아진다. 따라서, KN의 조건을 마련하고, 공극의 발생을 억제시키는 것이 중요하다.The partial pressures of the atmosphere NH 3 and H 2 in the gas nitriding process can be controlled by adjusting the flow rate of the gas. In order to form a compound layer by a nitriding treatment, a K N at the time of gas nitriding process, but is a predetermined value or greater, as described above, K N is ground excessively high, the proportion of the easy to generate N 2 gas ε increases And there is a lot of gap. Therefore, it is important to provide a condition of K N and to suppress the generation of voids.

본 발명자들의 검토 결과, 가스 질화 처리의 질화 처리 포텐셜은 화합물층의 상구조, 및 질화 처리 부품의 회전 굽힘 피로 강도에 영향을 미치고, 최적의 질화 포텐셜은 강의 C 함유량에 의해 정해지는 것을 알아내었다.As a result of the studies conducted by the present inventors, it has been found that the nitriding potential of the gas nitriding treatment affects the phase structure of the compound layer and the rotational bending fatigue strength of the nitrided component, and that the optimum nitriding potential is determined by the C content of the steel.

구체적으로는, 강의 C 함유량(질량%)을 (질량%C)라 했을 때, 가스 질화 처리 시의 질화 처리 포텐셜이 가스 질화 처리 중 항상 0.15≤KN≤-0.17×ln(질량%C)+0.20을 만족시키면, 화합물층의 상구조가 γ'상 비율 50% 이상이 되고, 또한, 질화 처리 부품이 높은 굽힘 교정성 및 회전 굽힘 피로 강도를 갖는 것을 알아내었다.Concretely, when the C content (% by mass) of the steel is (mass% C), the nitriding potential in the gas nitriding treatment is always 0.15? K N ? -0.17 x ln (mass% 0.20, it was found that the phase structure of the compound layer was 50% or more of the? 'Phase ratio, and that the nitrided parts had high bending correction and rotational bending fatigue strength.

가스 질화 처리의 평균 질화 처리 포텐셜이 상기 식을 만족시키고 있어도, 일시적으로라도 상기 식을 만족하지 않는 질화 처리 포텐셜값을 취할 경우, 화합물층에 있어서의 γ'상 비율이 50% 이상이 되지 않는다.Even if the average nitridation potential of the gas nitriding process satisfies the above formula, if the nitridation potential value that does not satisfy the above formula is temporarily taken, the ratio of the? 'Phase in the compound layer does not become 50% or more.

도 5에, 질화 처리 포텐셜과, 화합물층의 γ' 비율 및 회전 굽힘 피로 강도의 관계를 조사한 결과를 나타낸다. 도 5는, 후술하는 실시예의 강a(표 1)에 관한 것이다.Fig. 5 shows the results of investigation of the relationship between the nitriding potential, the γ 'ratio of the compound layer and the rotational bending fatigue strength. Fig. 5 relates to the strength a (Table 1) of the embodiment to be described later.

이와 같이, 본 질화 처리 방법에서는, 본 바탕의 강의 C양에 따른 질화 포텐셜 KN 하에서 가스 질화 처리를 실시한다. 이에 의해, 안정적으로 강의 표면에 γ'상을 부여하는 것이 가능해지고, 우수한 내 굽힘 교정성, 회전 굽힘 피로 강도, 바람직하게는 굽힘 강제성이 1.2% 이상, 회전 굽힘 피로 강도가 520MPa 이상인 질화 처리 부품을 얻을 수 있다.Thus, in the present nitriding treatment method, the gas nitriding treatment is carried out under the nitriding potential K N in accordance with the amount of C of the base steel. As a result, it becomes possible to stably impart the? 'Phase to the surface of the steel, and to provide a nitrided component having excellent bending correction and rotational bending fatigue strength, preferably 1.2% or more, and rotational bending fatigue strength of 520 MPa or more Can be obtained.

실시예Example

표 1에 나타내는 화학 성분을 갖는 강a 내지 aa를, 50kg 진공 용해로에서 용해하여 용강을 제조하고, 용강을 주조하여 잉곳을 제조했다. 또한, 표 1 중의 a 내지 s는, 본 발명에서 규정하는 화학 성분을 갖는 강이다. 한편, 강t 내지 aa는, 적어도 1원소 이상, 본 발명에서 규정하는 화학 성분으로부터 제외된 비교예의 강이다.The steels a to a having the chemical compositions shown in Table 1 were dissolved in a 50 kg vacuum melting furnace to prepare molten steel and molten steel was cast to produce ingots. Further, a to s in Table 1 are steels having the chemical components specified in the present invention. On the other hand, the steels t to aa are rivers of comparative examples excluded from the chemical components prescribed in the present invention by at least one element.

Figure pct00001
Figure pct00001

이 잉곳을 열간 단조하여 직경 25㎜의 환봉으로 했다. 계속해서, 각 환봉을 어닐링한 후, 절삭 가공을 실시해 도 2에 나타내는 굽힘 교정성 평가를 하기 위한 각형 시험편을 제작했다. 또한, 도 3에 나타내는 내 굽힘 피로 강도를 평가하기 위한 원주 시험편을 제작했다.The ingot was hot-forged to form a round bar having a diameter of 25 mm. Subsequently, each of the round rods was annealed, and then subjected to a cutting process to produce a rectangular test piece for evaluation of the bending correction shown in Fig. Further, a circumferential test piece for evaluating the bending fatigue strength shown in Fig. 3 was produced.

채취된 시험편에 대해, 다음 조건에서 가스 질화 처리를 실시했다. 시험편을 가스 질화로에 장입하고, 로 내에 NH3, H2, N2의 각 가스를 도입하고, 표 2에 나타내는 조건으로 질화 처리를 실시했다. 단, 시험 번호 32는, 분위기 중에 CO2 가스를 체적률로 3% 첨가한 가스 연질화 처리로 했다. 가스 질화 처리 후의 시험편에 대해, 80℃의 오일을 사용하여 유랭을 실시했다.The obtained test specimens were subjected to gas nitriding under the following conditions. The test pieces were charged into a gas nitriding furnace, and respective gases of NH 3 , H 2 and N 2 were introduced into the furnace, and nitriding treatment was carried out under the conditions shown in Table 2. Test No. 32 was a gas softening treatment in which CO 2 gas was added in an amount of 3% by volume in the atmosphere. The test pieces after the gas nitriding treatment were subjected to air cooling using oil at 80 캜.

분위기 중의 H2 분압은, 가스 질화로체에 직접 장착한 열전도식 H2 센서를 이용하여 측정했다. 표준 가스와 측정 가스의 열전도도의 차이를 가스 농도로 환산하여 측정했다. H2 분압은, 가스 질화 처리의 동안, 계속해서 측정했다.The H 2 partial pressure in the atmosphere was measured using a thermally conductive H 2 sensor mounted directly on the gas nitriding furnace. The difference between the thermal conductivity of the standard gas and that of the measurement gas was measured in terms of gas concentration. The H 2 partial pressure was continuously measured during the gas nitriding process.

또한, NH3 분압은, 로 외에 수동 유리관식 NH3 분석계를 장착하여 측정했다.The NH 3 partial pressure was measured by addition of a passive glass tube NH 3 analyzer in addition to the furnace.

10분마다 잔류 NH3의 분압을 측정함과 동시에 질화 포텐셜 KN을 산출하고, 목표값에 수렴하도록, NH3 유량 및 N2 유량을 조정했다. NH3 분압을 측정하는 10분마다 질화 포텐셜 KN을 산출하고, 목표값에 수렴하도록, NH3 유량 및 N2 유량을 조정했다.The partial pressure of the residual NH 3 was measured every 10 minutes, the nitridation potential K N was calculated, and the NH 3 flow rate and the N 2 flow rate were adjusted so as to converge to the target value. The nitridation potential K N was calculated every 10 minutes to measure the NH 3 partial pressure, and the NH 3 flow rate and the N 2 flow rate were adjusted so as to converge to the target value.

Figure pct00002
Figure pct00002

[화합물층 두께 및 공극 면적률의 측정][Measurement of compound layer thickness and pore area ratio]

가스 질화 처리 후의 소 롤러의, 길이 방향에 수직인 방향의 단면을 경면 연마하여 에칭했다. 주사형 전자 현미경(Scanning Electron Microscope: SEM)을 사용하여 에칭된 단면을 관찰하고, 화합물층 두께의 측정 및 표층부의 공극 유무의 확인을 행했다. 에칭은, 3% 나이탈 용액으로 20 내지 30초간 행했다.The cross section of the small rollers after the gas nitriding treatment in the direction perpendicular to the longitudinal direction was mirror-polished and etched. The cross section was observed using a scanning electron microscope (SEM), and the thickness of the compound layer and the presence or absence of voids in the surface layer were examined. The etching was carried out for 3 to 20% for 20 to 30 seconds.

화합물층은, 표층에 존재하는 흰 미부식의 층으로서 확인 가능하다. 4000배로 촬영된 조직 사진 10 시야(시야 면적: 6.6×1022)로부터 화합물층을 관찰하고, 각각 10㎛마다 3점의 화합물층의 두께를 측정했다. 그리고, 측정된 30점의 평균값을, 화합물 두께(㎛)라고 정의했다.The compound layer can be identified as a white non-corrosive layer present in the surface layer. A compound layer was observed from a 10-field (field of view: 6.6 x 10 22 ) tissue photograph taken at 4000 times, and the thickness of three compound layers was measured every 10 탆. The average value of the measured 30 points was defined as the compound thickness (占 퐉).

마찬가지로, 최표면으로부터 3㎛ 깊이의 범위의 면적 90㎛2 중에서 차지하는 공극의 총 면적의 비(공극 면적률, 단위는 %)를, 화상 처리 애플리케이션에 의해 2치화하여 구했다. 그리고, 측정된 10 시야의 평균값을, 공극 면적률(%)이라고 정의했다. 화합물층이 3㎛ 미만인 경우에 있어서도, 마찬가지로 표면으로부터 3㎛ 깊이까지를 측정 대상으로 했다.Similarly, the ratio of the total area of voids (void area ratio, unit:%) in the area of 90 mu m 2 from the outermost surface to a depth of 3 mu m was determined by binarization by an image processing application. The average value of the measured 10 fields of view was defined as a void area ratio (%). In the case where the compound layer is less than 3 mu m, the measurement object is similarly measured from the surface to a depth of 3 mu m.

[γ'상 비율의 측정][Measurement of? 'phase ratio]

화합물층 중의 γ'상 비율을, 후방 산란 전자 회절법(Electron BackScatter Diffraction: EBSD)으로 구했다. 화합물층의 최표면으로부터 5㎛ 깊이까지의, 면적 150㎛2에 대해 EBSD 측정을 행하고,γ'상, ε상을 판별하는 해석도를 제작하여, 얻어진 EBSD 해석상에 대해, 화상 처리 애플리케이션을 사용하여 γ'상 비율(%)을 결정했다. EBSD 측정으로는, 4000배의 배율로 10시야 측정했다.The ratio of the? 'Phase in the compound layer was determined by Electron Back Scattering Diffraction (EBSD). An EBSD measurement was performed for an area of 150 mu m 2 from the outermost surface of the compound layer to a depth of 5 mu m to obtain an analysis chart for discriminating the gamma prime and the epsilon phase. 'Percent (%). EBSD measurements were made at 10 magnifications with a magnification of 4000 times.

그리고, 측정된 10 시야의 γ'상비의 평균값을, γ'상 비율(%)이라고 정의했다. 화합물층이 5㎛에 만족되지 않는 경우는, 화합물층 두께분의 영역에 있어서의 γ'상 비율을 산출했다.The average value of the measured ratios of the gamma prime ratios of the 10 fields of view was defined as the gamma prime ratio (%). When the compound layer is not satisfied at 5 mu m, the ratio of? 'Phase in the region corresponding to the thickness of the compound layer is calculated.

[화합물층 잔류 응력][Compound layer residual stress]

질화 후의 소 롤러 접촉부에 대해, 미소부 X선 잔류 응력 측정 장치를 이용하여, 표 3의 조건에서 γ'상, ε상 및 모층(matrix)의 잔류 응력σγ ', σε, σm을 측정했다. 또한, EBSD에 의해 구한, 최표면으로부터 3㎛ 깊이 범위의 면적 90㎛2 중에 차지하는 γ'상, ε상 및 모층의 면적비 Vγ ', Vε, Vm을 사용하여, 이하의 식에서 요구되는 잔류 응력σc를 표면의 잔류 응력으로 했다.The residual stresses σ γ ' , σ ε and σ m of the γ' phase, ε phase and the matrix in the condition of Table 3 were measured using a micro-X-ray residual stress measuring device for the nitrile small roller contact portion did. Further, using the γ 'phase, the ε phase and the area ratios V γ ' , V ε , and V m of the parent layer occupied in an area of 90 μm 2 in a depth of 3 μm from the outermost surface determined by EBSD, The stress σ c was regarded as the surface residual stress.

σc=Vγ'σγ '+ Vεσε+Vmσm σ c = Vγ'σ γ ' + V ε σ ε + V m σ m

Figure pct00003
Figure pct00003

[굽힘 교정성][Bending Correction Property]

가스 질화 처리에 제공된 각형 시험편에 대해, 정적 굽힘 시험을 실시했다. 정적 굽힘 시험은, 내측 지점간 거리를 30㎜, 외측 지점간 거리 80㎜의 4점 굽힘에 의해 행하고, 변형 속도는 2㎜/min으로 했다. 각형 시험편 길이 방향의 R부에 변형 게이지를 장착하고, R부에 균열이 생겨, 변형 게이지의 측정하지 못하게 될 때의 최대 변형량(%)을 굽힘 교정성으로 구했다.A rectangular bending test was performed on the square test piece provided in the gas nitriding treatment. The static bending test was performed by four-point bending with the inner point distance of 30 mm and the outer point distance of 80 mm, and the deformation speed was 2 mm / min. The strain gage was mounted on the R portion in the longitudinal direction of the rectangular test piece, and the maximum strain amount (%) at the time when the R portion was cracked and the strain gauge could not be measured was obtained as bending correction.

본 발명 부품에 있어서는, 굽힘 교정성이 1.2% 이상인 것을 목표로 했다.In the component of the present invention, it was aimed that the bending correction property was 1.2% or more.

[회전 굽힘 피로 강도][Rotational bending fatigue strength]

가스 질화 처리에 제공된 원주 시험편에 대해, 오노식 회전 굽힘 피로 시험을 실시했다. 회전수는 3000rpm, 시험 중단 횟수는, 일반적인 강의 피로 한도를 나타내는 1×107회로 하고, 회전 굽힘 피로 시험편에 있어서, 파단이 발생하지 않고 1×107회에 도달한 최대 응력을 회전 굽힘 피로 시험편의 피로 한도로 했다.On the circumferential test piece provided for the gas nitriding treatment, Ono type rotational bending fatigue test was carried out. The number of revolutions was 3000 rpm, and the number of times of stopping the test was 1 x 10 7 cycles, which indicates the fatigue limit of ordinary steel. In the rotational bending fatigue test piece, the maximum stress reached at 1 x 10 7 times without occurrence of rupture, Of the fatigue limit.

본 발명 부품에 있어서는, 피로 한도에 있어서의 최대 응력이 520MPa 이상인 것을 목표로 했다.In the parts of the present invention, it was aimed that the maximum stress in the fatigue limit was 520 MPa or more.

[시험 결과][Test result]

결과를 표 2에 나타낸다. 시험 번호 1 내지 23은 강의 성분 및 가스 질화 처리의 조건이 본 발명의 범위 내이며, 화합물 두께가 3 내지 15㎛, 화합물층의 γ'층의 비율이 50% 이상, 화합물층 공극 면적률 10% 미만, 화합물층의 압축 잔류 응력이 500MPa 이상이 되었다. 그 결과, 굽힘 교정성이 1.2% 이상, 회전 굽힘 피로 강도가 520MPa 이상으로 양호한 결과가 얻어졌다.The results are shown in Table 2. Test Nos. 1 to 23 show that the composition of the steel and the conditions of the gas nitriding treatment are within the range of the present invention, the thickness of the compound is 3 to 15 탆, the proportion of the γ 'layer of the compound layer is 50% The compressive residual stress of the compound layer became 500 MPa or more. As a result, good results were obtained with a bending correction of 1.2% or more and a rotational bending fatigue strength of 520 MPa or more.

시험 번호 26은 질화 온도가 너무 높고, 그 결과, 화합물층의 γ'상 비율이 낮고, 공극 면적률이 크고, 잔류 응력은 인장 응력이 되어, 회전 굽힘 피로 강도가 낮아졌다.In Test No. 26, the nitriding temperature was too high. As a result, the γ 'phase ratio of the compound layer was low, the pore area ratio was large, the residual stress became tensile stress, and the rotational bending fatigue strength was low.

시험 번호 27은 질화 온도가 과도하게 낮아, 화합물층이 형성되지 않고, 표면의 잔류 응력도 낮아졌으므로, 회전 굽힘 피로 강도가 낮아졌다.In Test No. 27, the nitriding temperature was excessively low, the compound layer was not formed, and the residual stress on the surface was lowered, so that the rotational bending fatigue strength was lowered.

시험 번호 28은 질화 시간이 과도하게 길어, 공극 면적률이 커지고, 거기에 따른 표면의 잔류 응력이 개방되어 낮아졌으므로, 회전 굽힘 피로 강도가 낮아졌다.In Test No. 28, the nitriding time was excessively long, the porosity area ratio became large, and the residual stress on the surface due to this became too low to lower the rotational bending fatigue strength.

시험 번호 29는 질화 시간이 너무 짧아, 충분한 화합물층 두께가 얻어지지 않고, 표면의 잔류 응력이 낮아져, 경화층 깊이도 얕아지기 때문에, 모층을 기점으로 조기에 파괴했다.Test No. 29 was prematurely destroyed from the parent layer because the nitriding time was too short, a sufficient compound layer thickness could not be obtained, the residual stress on the surface was lowered, and the depth of the hardened layer became shallow.

시험 번호 30은 질화 포텐셜의 하한이 낮아, 충분한 화합물층 두께가 얻어지지 않고, 표면의 잔류 응력이 낮아졌으므로, 회전 굽힘 피로 강도가 낮아졌다.In Test No. 30, the lower limit of the nitriding potential was low, sufficient compound layer thickness was not obtained, and the residual stress on the surface was lowered, so that the rotational bending fatigue strength was lowered.

시험 번호 31은 질화 포텐셜의 하한이 과도하게 낮아, 화합물층이 생성되지 않고, 표면의 잔류 응력이 낮아졌으므로, 회전 굽힘 피로 강도가 낮아졌다.In Test No. 31, the lower limit of the nitriding potential was excessively low, and no compound layer was formed, and the residual stress on the surface was lowered, so that the rotational bending fatigue strength was lowered.

시험 번호 32는 질화 포텐셜의 상한이 높아, 공극 면적률이 증가하여, 굽힘 교정성, 회전 굽힘 피로 강도가 낮아졌다.In Test No. 32, the upper limit of the nitriding potential was high, and the porosity area ratio was increased, and the bending correction and the rotational bending fatigue strength were lowered.

시험 번호 33은 질화 포텐셜의 상한이 너무 높아, 화합물층 두께가 두꺼워져, γ'상 비율이 낮고, 공극 면적률이 증가했으므로, 굽힘 교정성, 회전 굽힘 피로 강도가 낮아졌다.In Test No. 33, the upper limit of the nitriding potential was too high, the thickness of the compound layer became thick, the ratio of? 'Phase was low, and the porosity area ratio was increased, so that the bending corrective property and the rotational bending fatigue strength were lowered.

시험 번호 34는 연질화 처리이며, 표면에 γ'상이 거의 생성되지 않아, 잔류 응력이 낮아졌으므로, 굽힘 교정성, 회전 굽힘 피로 강도가 낮아졌다.Test No. 34 is a softening treatment, in which the? 'Phase is hardly generated on the surface and the residual stress is lowered, so that the bending corrective property and the rotational bending fatigue strength are lowered.

시험 번호 35는 강의 C양이 너무 높고, 화합물층 두께가 두꺼워졌으므로, 굽힘 교정성, 회전 굽힘 피로 강도가 낮아졌다.In Test No. 35, the amount of C in the steel was too high and the thickness of the compound layer became thick, so that the bending correction and the rotational bending fatigue strength were lowered.

시험 번호 36은 강의 C양이 과도하게 낮아, 충분한 코어부 강도가 얻어지지 않았으므로, 모층을 기점으로 조기에 파괴되었다.Test No. 36 was prematurely destroyed from the parent layer because the amount of C in the steel was excessively low and sufficient core strength was not obtained.

시험 번호 37은 강의 Si양이 너무 높아, 모재의 경도가 과도하게 높아졌으므로, 굽힘 교정성이 낮아졌다.In Test No. 37, the amount of Si in the steel was too high and the hardness of the base material was excessively high, so that the bending correction was low.

시험 번호 38은 강의 Mn양이 과도하게 낮아, 충분한 경화층 경도, 코어부 경도가 얻어지지 않았으므로, 모층을 기점으로 조기에 파괴되었다.Test No. 38 was prematurely destroyed from the parent layer since the amount of Mn in the steel was excessively low and sufficient hardened layer hardness and core hardness were not obtained.

시험 번호 39는 강의 P, S양이 너무 높아, P의 입계 편석 및 조대한 MnS의 생성에 의해, 조기에 파괴되었다.Test No. 39 was prematurely destroyed due to grain boundary segregation of P and formation of coarse MnS because the amounts of P and S in the steel were too high.

시험 번호 40은 강의 Cr양이 과도하게 낮아, 충분한 확산층 경도, 코어부 경도가 얻어지지 않았으므로, 모층을 기점으로 조기에 파괴되었다.In Test No. 40, the amount of Cr in the steel was excessively low, sufficient hardness of the diffusion layer and hardness of the core portion were not obtained, and therefore, it was destroyed prematurely from the parent layer.

시험 번호 41은 강의 Al양이 너무 높고, 산화물계 개재물이 생성되어, 모층을 기점으로 조기에 파괴되었다.In Test No. 41, the amount of Al in the steel was too high, oxide inclusions were generated, and the alloy was destroyed prematurely from the parent layer.

시험 번호 42는 강의 C양, Mn양이 낮고, Cr양이 높으므로, 모재의 경도가 높아져, 굽힘 교정성, 회전 굽힘 피로 강도가 낮아졌다.Test No. 42 had a low amount of C and Mn in the steel and a high amount of Cr, so that the hardness of the base material was high and the bending correction and the rotational bending fatigue strength were low.

이상, 본 발명의 실시 형태를 설명하였다. 그러나, 상술한 실시 형태는 본 발명을 실시하기 위한 예시에 지나지 않는다. 따라서, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서 상술한 실시 형태를 적절히 변경하여 실시할 수 있다.The embodiments of the present invention have been described above. However, the above-described embodiments are merely examples for practicing the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be carried out by appropriately changing the above-described embodiment within the scope not departing from the gist of the present invention.

Claims (1)

질량%로,
C : 0.20% 이상, 0.60% 이하,
Si: 0.05% 이상, 1.5% 이하,
Mn: 0.2% 이상, 2.5% 이하,
P : 0.025% 이하,
S : 0.003% 이상, 0.05% 이하,
Cr: 0.05% 이상, 0.50% 이하,
Al: 0.01% 이상, 0.05% 이하,
N : 0.003% 이상, 0.025% 이하,
Nb: 0% 이상, 0.1% 이하,
B : 0% 이상, 0.01% 이하,
Mo: 0% 이상, 0.50% 미만,
V : 0% 이상, 0.50% 미만,
Cu: 0% 이상, 0.50% 미만,
Ni: 0% 이상, 0.50% 미만 및
Ti: 0% 이상, 0.05% 미만을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물인 강재를 소재로 한 부품이며,
강재의 표면에 형성된, 철, 질소 및 탄소를 함유하는 두께 3㎛ 이상 15㎛ 미만의 화합물층을 갖고,
표면으로부터 5㎛의 깊이까지의 범위의 화합물층에 있어서의 상구조가 γ'상을 면적률로 50% 이상 함유하고,
표면으로부터 3㎛의 깊이까지의 범위에 있어서 공극 면적률이 10% 미만이고,
화합물층 표면의 압축 잔류 응력이 500MPa 이상인
것을 특징으로 하는 질화 처리 부품.
In terms of% by mass,
C: not less than 0.20%, not more than 0.60%
Si: not less than 0.05%, not more than 1.5%
Mn: not less than 0.2%, not more than 2.5%
P: 0.025% or less,
S: not less than 0.003%, not more than 0.05%
Cr: not less than 0.05%, not more than 0.50%
Al: 0.01% or more, 0.05% or less,
N: not less than 0.003%, not more than 0.025%
Nb: 0% or more, 0.1% or less,
B: not less than 0%, not more than 0.01%
Mo: 0% or more, less than 0.50%
V: not less than 0%, not more than 0.50%
Cu: not less than 0%, not more than 0.50%
Ni: not less than 0%, less than 0.50%
Ti: 0% or more and less than 0.05%, and the balance being Fe and impurities.
A compound layer formed on the surface of the steel and containing iron, nitrogen and carbon and having a thickness of 3 탆 or more and less than 15 탆,
The phase structure in the compound layer ranging from the surface to the depth of 5 mu m contains the gamma prime phase at an area ratio of 50% or more,
The void area ratio is less than 10% in the range from the surface to the depth of 3 mu m,
When the compressive residual stress on the surface of the compound layer is 500 MPa or more
Wherein the nitriding treatment is performed at a temperature higher than the melting point.
KR1020197002678A 2016-10-05 2017-10-05 Nitrided parts and method for manufacturing the same KR20190022801A (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016197267 2016-10-05
JPJP-P-2016-197267 2016-10-05
PCT/JP2017/036378 WO2018066667A1 (en) 2016-10-05 2017-10-05 Nitrided component and method for producing same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20190022801A true KR20190022801A (en) 2019-03-06

Family

ID=61831037

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197002678A KR20190022801A (en) 2016-10-05 2017-10-05 Nitrided parts and method for manufacturing the same

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20200024720A1 (en)
EP (1) EP3524709A4 (en)
JP (1) JP6766876B2 (en)
KR (1) KR20190022801A (en)
CN (1) CN109790614A (en)
BR (1) BR112019005781A2 (en)
WO (1) WO2018066667A1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020090999A1 (en) * 2018-11-02 2020-05-07 パーカー熱処理工業株式会社 Nitrided steel member, and method and apparatus for producing nitrided steel member
JP7415154B2 (en) * 2019-12-24 2024-01-17 日本製鉄株式会社 Manufacturing method for nitrided steel parts
CN115151737B (en) * 2020-02-25 2024-07-26 日本制铁株式会社 Crankshaft and method for manufacturing same
EP4054059A1 (en) * 2021-03-05 2022-09-07 Siemens Aktiengesellschaft Magnetic sheet for laminated core, laminated core, electric machine and method for manufacturing magnetic sheet

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013221203A (en) 2012-04-18 2013-10-28 Dowa Thermotech Kk Nitrided steel member and method for manufacturing the same
JP2015117412A (en) 2013-12-18 2015-06-25 大同特殊鋼株式会社 Nitriding treatment method, and nitrided article
WO2016098143A1 (en) 2014-12-18 2016-06-23 新日鐵住金株式会社 Method for manufacturing nitrided component and steel for nitriding

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2966189B8 (en) * 2013-03-08 2019-08-21 Nippon Steel Corporation Semi-finished material for induction hardened component and method for producing same
WO2015136917A1 (en) * 2014-03-13 2015-09-17 新日鐵住金株式会社 Nitriding method, and nitrided component manufacturing method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013221203A (en) 2012-04-18 2013-10-28 Dowa Thermotech Kk Nitrided steel member and method for manufacturing the same
JP2015117412A (en) 2013-12-18 2015-06-25 大同特殊鋼株式会社 Nitriding treatment method, and nitrided article
WO2016098143A1 (en) 2014-12-18 2016-06-23 新日鐵住金株式会社 Method for manufacturing nitrided component and steel for nitriding

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2018066667A1 (en) 2019-08-15
US20200024720A1 (en) 2020-01-23
JP6766876B2 (en) 2020-10-14
EP3524709A1 (en) 2019-08-14
WO2018066667A1 (en) 2018-04-12
EP3524709A4 (en) 2020-02-19
CN109790614A (en) 2019-05-21
BR112019005781A2 (en) 2019-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6769491B2 (en) Nitriding parts and their manufacturing methods
US10876183B2 (en) High-strength seamless stainless steel pipe and method of manufacturing high-strength seamless stainless steel pipe
CN111406123B (en) Nitrided component
KR101957084B1 (en) Nitriding and softening treated parts excellent in abrasion resistance and inner fitability and nitriding and softening treatment methods
EP3118346B1 (en) Nitriding method and nitrided part production method
EP2412836A1 (en) Maraging steel strip
KR20190022801A (en) Nitrided parts and method for manufacturing the same
CN107849679B (en) Nitrided steel member and method for producing same
US10344371B2 (en) Steel sheet for soft-nitriding treatment, method of manufacturing same, and soft-nitrided steel
JP7099549B2 (en) Steel material
KR102125804B1 (en) Nitrided steel parts and manufacturing method thereof
JP2021105205A (en) Steel for carburized steel components

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right