KR20190028520A - Nitrided parts and method of manufacturing the same - Google Patents

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다카히데 우메하라
마사토 유야
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신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
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Abstract

면 피로 강도에 더하여 회전 굽힘 피로 강도가 우수한 부품이며, 소정의 화학 조성을 갖는 강재를 소재로 하고, 강재의 표면에 형성된, 철, 질소 및 탄소를 함유하는 두께 3㎛ 이상 20㎛ 미만의 화합물층을 갖고, 표면으로부터 5㎛의 깊이까지의 범위의 화합물층에 있어서의 상 구조가 γ'상을 면적률로 50% 이상 함유하고, 표면으로부터 3㎛의 깊이까지의 범위에 있어서 공극 면적률이 1% 미만이고, 화합물층 표면의 압축 잔류 응력이 500㎫ 이상인 것을 특징으로 하는 질화 처리 부품이다.And a compound layer having a thickness of not less than 3 占 퐉 and less than 20 占 퐉 and containing iron, nitrogen, and carbon and formed on the surface of the steel material and having a predetermined chemical composition and having excellent rolling bending fatigue strength in addition to the surface fatigue strength , 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 ratio in the range from the surface to 3 mu m is less than 1% , And the compressive residual stress on the surface of the compound layer is 500 MPa or more.

Description

질화 처리 부품 및 그 제조 방법Nitrided parts and method of manufacturing the same

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

자동차나 각종 산업 기계 등에 사용되는 강 부품에는 피로 강도, 내마모성 및 내시징성 등의 기계적 성질을 향상시키기 위해, 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 machining, nitriding and softening in order to improve mechanical properties such as fatigue strength, abrasion resistance and endurance.

질화 처리 및 연질화 처리는 A1점 이하의 페라이트 영역에서 행해지고, 처리 중에 상 변태가 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 the ferrite region of A 1 point or less, and there is no phase transformation during the treatment, so that 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 사용하는 매체에는 가스, 염욕, 플라스마 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, 화합물층의 하측의 강재 표층에는 질소 확산층인 경화층이 더 형성된다. 화합물층은 주로 Fe2 ~3N(ε)과 Fe4N(γ')로 구성되고, 화합물층의 경도는 모재가 되는 강과 비교하여 극히 높다. 그 때문에, 화합물층은 사용의 초기에 있어서, 강 부품의 내마모성 및 면 피로 강도를 향상시킨다.The nitrification treatment is a treatment method in which nitrogen is introduced into the surface of the steel material. Examples of the medium used for the nitriding treatment include gas, salt bath, and plasma. In the transmission parts of automobiles, gas nitriding process with excellent productivity is mainly applied. By the gas nitrification treatment, 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, and a cured layer which is a nitrogen diffusion layer is further formed on the lower surface side of the compound 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 extremely high as compared with the steel as the base material. Therefore, the compound layer improves the wear resistance and the surface fatigue strength of the steel member at the beginning of use.

특허문헌 1에는 화합물층 중의 γ'상 비율을 30mol% 이상으로 함으로써, 내굽힘 피로 강도를 향상시킨 질화 처리 부품이 개시되어 있다.Patent Document 1 discloses a nitrided processed 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 부재에 생성한, 저변형이고 또한 우수한 면 피로 강도와 굽힘 피로 강도를 갖는 강 부재가 개시되어 있다.Patent Document 2 discloses a steel member having a steel member with a steel structure having a predetermined structure and having a low strain and excellent surface fatigue strength and bending fatigue strength.

특허문헌 3에는 화합물층의 생성을 억제함으로써, 충분한 표면 경도 및 경화층 깊이를 갖는 저합금강의 질화 처리 방법이 개시되어 있다.Patent Document 3 discloses a nitriding treatment method of a low alloy steel having sufficient surface hardness and a hardened layer depth by inhibiting the formation of a compound layer.

특허문헌 4에는 소정의 구조를 갖는 철 질화 화합물층을 표면에 생성한, 높은 내피팅성과 굽힘 피로 강도를 갖고, 침탄이나 침탄 질화 처리와 비교하여 저변형인 강 부재가 개시되어 있다.Patent Document 4 discloses a steel member having a high fatigue resistance and bending fatigue strength and having a low deformation compared with carburizing or carbo-nitriding treatment, wherein a steel compound layer having a predetermined structure is formed on the surface.

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 제2015/136917호International Publication No. 2015/136917 국제 공개 제2013/157579호International Publication No. 2013/157579

특허문헌 1의 질화 처리 부품은, 분위기 가스에 CO2를 사용한 가스 연질화인 점에서, 화합물층의 표면측은 ε상이 되기 쉽기 때문에, 굽힘 피로 강도는 아직 충분하지 않다고 생각된다. 또한, 특허문헌 2의 질화 처리 부품은 강의 성분에 구애되지 않고, NH3 가스가 0.08 내지 0.34, H2 가스가 0.54 내지 0.82, N2 가스가 0.09 내지 0.18이 되도록 제어되고 있기 때문에, 강의 성분에 따라서는 화합물층의 구조나 두께가 목적대로 되지 않을 가능성이 있다.It is considered that the bending fatigue strength of the nitride-treated part of Patent Document 1 is not sufficient because the surface side of the compound layer tends to be epsilon in terms of gas softening using CO 2 as the atmospheric gas. Further, 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, Therefore, there is a possibility that the structure and thickness of the compound layer may not be achieved.

특허문헌 3의 질화 처리 방법은, 고KN값 처리, 저KN값 처리의 2단계의 질화에 의해 화합물층을 얇게 하는 것을 특징으로 하고 있다. 이 방법은 1단째의 질화로 화합물층을 부여하고, 2단째의 질화로 부여된 화합물층을, 경화층으로 N을 확산시켜 분해함으로써, 유효 경화층을 깊게 하고 있지만, 2단 질화라는 복잡한 공정이 필요해진다. 또한, γ'상의 비율이 낮아져, 피팅이나 굽힘 피로 파괴의 기점이 되기 쉽다.The nitriding treatment method of Patent Document 3 is characterized in that the compound layer is thinned by nitriding in two stages of high K N value treatment and low K N value treatment. In this method, a nitrided compound layer is provided at the first stage, and a compound layer imparted by the second stage nitriding is diffused by diffusing N into the hardened layer to deepen the effective hardened layer, but a complicated process such as two-stage nitriding is required. Further, the ratio of? 'Phase is lowered, and it tends to be a starting point of fitting or bending fatigue failure.

특허문헌 4의 질화 처리는 처리 시의 각종 가스 분압의 제어 범위가 넓기 때문에, γ'상의 비율이 낮아지거나, 공극률이 높아질 가능성이 있다.Since the nitriding treatment of Patent Document 4 has a wide control range of various gas partial pressures during the treatment, there is a possibility that the ratio of? 'Phase is lowered or the porosity is increased.

본 발명의 목적은, 면 피로 강도에 더하여 회전 굽힘 피로 강도가 우수한 부품 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a component having excellent bending fatigue strength in addition to surface fatigue strength and a method of manufacturing the component.

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 억제하여, 표층의 압축 잔류 응력을 일정값 이상으로 함으로써, 우수한 면 피로 강도 및 회전 굽힘 피로 강도를 갖는 질화 부품을 제작할 수 있는 것을 알아냈다.As a result, it was found that by nitriding the steel whose composition was adjusted under the nitriding potential control considering the amount of C on the base, the vicinity of the surface was made to have the phase structure of? 'Phase main body to suppress the occurrence of porosity, It has been found that a nitriding part having excellent surface fatigue strength and rotational bending fatigue strength can be produced by setting the value to be a predetermined value or more.

본 발명은 상기한 지견을 바탕으로, 더욱 검토를 거듭하여 이루어진 것이며, 그 요지는 이하와 같다.The present invention has been further studied on the basis of the above-described findings, and the gist of the present invention is as follows.

질량%로, C:0.05% 이상 0.30% 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:0.5% 초과, 2.0% 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 상 구조가 γ'상을 면적률로 50% 이상 함유하고, 표면으로부터 3㎛의 깊이까지의 범위에 있어서 공극 면적률이 10% 미만이고, 화합물층 표면의 압축 잔류 응력이 500㎫ 이상인 것을 특징으로 하는 질화 처리 부품.0.05 to 0.30%, Si: 0.05 to 1.5%, Mn: 0.2 to 2.5%, P: 0.025% or less S: 0.003 to 0.05%, Cr: more than 0.5% N: not less than 0% and not more than 0.1%, B: not less than 0% and not more than 0.01%, Mo: not less than 0% and not more than 0.50% V: a steel material containing 0% or more and less than 0.50%, Cu: 0% or more and less than 0.50%, Ni: 0% or more and less than 0.50%, and Ti: 0% or more and less than 0.05% And has a compound layer having a thickness of 3 占 퐉 or more and less than 15 占 퐉 and containing iron, nitrogen and carbon formed on the surface of the steel and having a phase structure in a compound layer in a range from the surface to a depth of 5 占 퐉, And the void area ratio was less than 10% in the range from the surface to the depth of 3 탆, and the compressive residual stress on the surface of the compound layer was 500 MPa Nitrided part, characterized in that merchant.

본 발명에 따르면, 면 피로 강도에 더하여 회전 굽힘 피로 강도가 우수한 질화 처리 부품을 얻을 수 있다.According to the present invention, it is possible to obtain a nitrided component excellent in the surface fatigue strength and in the rotational bending fatigue strength.

도 1은 화합물층의 깊이의 측정 방법을 설명하는 도면이다.
도 2는 화합물층과 확산층의 조직 사진의 일례이다.
도 3은 화합물층 중에 공극이 형성되는 모습을 도시하는 도면이다.
도 4는 화합물층 중에 공극이 형성된 조직 사진의 일례이다.
도 5는 질화 포텐셜과 화합물층의 상 구조 및 회전 굽힘 피로 강도의 관계를 도시하는 도면이다.
도 6은 면 피로 강도를 평가하기 위해 사용한 롤러 피팅 시험용의 소롤러의 형상이다.
도 7은 면 피로 강도를 평가하기 위해 사용한 롤러 피팅 시험용의 대롤러의 형상이다.
도 8은 회전 굽힘 피로 강도를 평가하기 위한 원기둥 시험편이다.
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 cavity 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 diagram 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 small roller for testing the roller fitting used for evaluating the surface fatigue strength.
Fig. 7 shows the shape of the large roller for testing the roller fitting used for evaluating the surface fatigue strength.
8 is a cylindrical test piece for evaluating the rotational bending fatigue strength.

이하, 본 발명의 각 요건에 대하여 상세하게 설명한다. 처음에, 소재가 되는 강재의 화학 조성에 대하여 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 a steel material to be a 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:0.05% 이상 0.30% 이하][C: 0.05% or more and 0.30% or less]

C는 부품의 코어부 경도를 확보하기 위해 필요한 원소이다. C의 함유량이 0.05% 미만이면, 코어부 강도가 지나치게 낮아지기 때문에, 면 피로 강도나 굽힘 피로 강도가 크게 저하된다. 또한, C의 함유량이 0.30%를 초과하면, 화합물층 두께가 커지고, 면 피로 강도나 내굽힘성이 크게 저하된다. C 함유량의 바람직한 범위는 0.08 내지 0.25%이다.C is an element necessary for securing the hardness of the core portion of the component. If the content of C is less than 0.05%, the strength of the core portion becomes excessively low, so that the surface fatigue strength and the bending fatigue strength are significantly lowered. On the other hand, if the content of C exceeds 0.30%, the thickness of the compound layer becomes large, and the surface fatigue strength and bending resistance are greatly reduced. The preferable range of the C content is 0.08 to 0.25%.

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

Si는 고용 강화에 의해, 코어부 경도를 높인다. 또한, 템퍼링 연화 저항을 높이고, 마모 조건 하에서 고온이 되는 부품 표면의 면 피로 강도를 높인다. 이들의 효과를 발휘시키기 위해, 0.05% 이상을 함유시킨다. 한편, Si의 함유량이 1.5%를 초과하면, 봉강, 선재나 열간 단조 후의 강도가 지나치게 높아지기 때문에, 절삭 가공성이 크게 저하된다. Si 함유량의 바람직한 범위는 0.08 내지 1.3%이다.Si enhances hardness of the core portion by solid solution strengthening. Further, the tempering softening resistance is increased, and the surface fatigue strength of the surface of the component which becomes hot under the wear condition is increased. In order to exhibit these effects, 0.05% or more is contained. On the other hand, if the content of Si exceeds 1.5%, the strength after the steel bar, the wire or the hot forging becomes too 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: not less than 0.2% and not more than 2.5%]

Mn은 고용 강화에 의해, 코어부 경도를 높인다. 또한, Mn은, 질화 처리 시에는 경화층 중에 미세한 질화물(Mn3N2)을 형성하고, 석출 강화에 의해 내마모성 및 면 피로 강도를 향상시킨다. 이들의 효과를 얻기 위해, Mn은 0.2% 이상이 필요하다. 한편, Mn의 함유량이 2.5%를 초과하면, 면 피로 강도를 높이는 효과가 포화될뿐만 아니라, 소재가 되는 봉강, 선재나 열간 단조 후의 경도가 지나치게 높아지기 때문에, 절삭 가공성이 크게 저하된다. Mn 함유량의 바람직한 범위는 0.4 내지 2.3%이다.Mn improves the hardness of the core portion by solid solution strengthening. Further, Mn forms fine nitrides (Mn 3 N 2 ) in the hardened layer during the nitriding treatment and improves wear resistance and surface 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 surface fatigue strength is saturated but also the hardness after the steel bars and the wire material or hot forging becomes too high, resulting in a drastic decrease in cutting workability. 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 하는 것은 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 zero, and the practical lower limit is 0.001%.

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

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

[Cr:0.5% 초과 2.0% 이하][Cr: more than 0.5% to 2.0% or less]

Cr은 질화 처리 시에, 미세한 질화물(CrN)을 경화층 중에 형성하고, 석출 강화에 의해 면 피로 강도 및 굽힘 피로 강도를 향상시킨다. 이들의 효과를 얻기 위해, Cr은 0.5% 초과가 필요하다. 한편, Cr의 함유량이 2.0%를 초과하면, 면 피로 강도를 향상시키는 효과가 포화될뿐만 아니라, 소재가 되는 봉강, 선재나 열간 단조 후의 경도가 지나치게 높아지기 때문에, 절삭 가공성이 현저하게 저하된다. Cr 함유량의 바람직한 범위는 0.7 내지 1.8%이다.Cr improves the surface fatigue strength and the bending fatigue strength by precipitation strengthening by forming fine nitride (CrN) in the hardened layer at the time of nitriding treatment. In order to obtain these effects, Cr needs to be more than 0.5%. On the other hand, when the content of Cr exceeds 2.0%, not only the effect of improving the surface fatigue strength is saturated but also the hardness after the steel strip or the wire to be worked or the hot forging becomes excessively high. The preferable range of the Cr content is 0.7 to 1.8%.

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

Al은 탈산 원소이고, 충분한 탈산을 위해 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 an element of deoxidation 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: 0.003% or more and 0.025% or less]

N는 Al, V과 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, 상기한 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 포함되거나, 혹은 제조의 과정에서 혼입되는 성분이고, 의도적으로 강에 함유시킨 것이 아닌 성분을 말한다.The chemical composition 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 일부 대신에, 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 and 0.1% or less]

Nb는 C와 N과 결합하여 NbC나 NbN를 형성한다. NbC, NbN의 피닝 작용에 의해, 오스테나이트 입자의 조대화가 억제되어, 질화 처리 전의 강재의 조직을 미세화하고, 질화 처리 부품의 기계적 특성의 변동을 저감시키는 효과를 갖는다. 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, NbN가 형성되기 쉬워지기 때문에, 상기한 효과는 얻기 어려워진다.Nb combines with C and N to form NbC or NbN. The coarsening of the austenite grains is suppressed by the pinning action of NbC and NbN, and the structure of the steel material prior to the nitriding treatment is refined to reduce the fluctuation of the mechanical characteristics of the nitrided parts. 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: not less than 0 and not more than 0.01%]

B는 P의 입계 편석을 억제하여, 인성을 향상시키는 효과를 갖는다. 또한, N과 결합하여 BN을 형성하여 절삭성을 향상시킨다. 이들의 효과는 Nb를 미량 첨가하면 얻어지지만, 보다 확실하게 효과를 얻기 위해서는, B는 0.0005% 이상으로 하는 것이 바람직하다. B의 함유량이 0.01%를 초과하면, 상기 효과가 포화될뿐만 아니라, 다량의 BN이 편석함으로써 강재에 깨짐이 발생하는 경우가 있다.B has an effect of suppressing grain boundary segregation of P and improving toughness. Also, it bonds with N to form BN to improve cutting performance. These effects can be obtained by adding a small amount of Nb, but in order to obtain a more reliable effect, B is preferably 0.0005% or more. If 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.

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

Mo는 질화 시에 미세한 질화물(Mo2N)을 경화층 중에 형성하고, 석출 강화에 의해 면 피로 강도 및 굽힘 피로 강도를 향상시킨다. 또한, Mo는 질화 시에 시효 경화 작용을 발휘하여 코어부 경도를 향상시킨다. 이들의 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 지나치게 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 surface fatigue strength and bending fatigue strength by precipitation strengthening. In addition, Mo exhibits an age hardening effect at the time of nitriding to improve the hardness of the core portion. The Mo content for obtaining these effects 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 or the hot forging becomes excessively high, so that the machinability remarkably decreases and the alloy cost increases. 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 and less than 0.50%]

V는 질화 및 연질화 시에 미세한 질화물(VN)을 형성하고, 석출 강화에 의해 면 피로 강도 및 굽힘 피로 강도를 향상시켜, 부품의 코어부 경도를 높게 한다. 또한, 조직 미세화의 효과도 갖는다. 이들의 작용을 얻기 위해, V는 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, V의 함유량이 0.50% 이상이면, 소재가 되는 봉강, 선재나 열간 단조 후의 경도가 지나치게 높아지기 때문에, 절삭 가공성이 현저하게 저하되는 것 외에, 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, and improves surface fatigue strength and bending fatigue strength by precipitation strengthening, thereby increasing 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 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 range of the V content for ensuring cutting workability is less than 0.40%.

[Cu:0% 이상 0.50% 미만][Cu: 0% or more and 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% 이상이면, 소재가 되는 봉강, 선재나 열간 단조 후의 경도가 지나치게 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 solid solution strengthening elements. 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, if the content of Cu is 0.50% or more, the hardness after the steel strip or the wire material or hot forging becomes too high, so that the cutting workability is significantly lowered and the hot ductility is lowered. This can cause surface scratches. 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 and 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 지나치게 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 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, if the content of Ni is 0.50% or more, the hardness after the bar or wire or hot forging becomes excessively high, so that the cutting workability is significantly 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 and less than 0.05%]

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

이어서, 본 발명의 질화 처리 부품의 화합물층에 대하여 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 층이고, 그 두께는 질화 처리 부품의 면 피로 강도나 굽힘 강도에 영향을 미친다. 화합물층이 지나치게 두꺼우면, 피팅이나 굽힘에 의한 파괴의 기점이 되기 쉽다. 화합물층이 지나치게 얇으면, 표면의 잔류 응력이 충분히 얻어지지 않아, 면 피로 강도나 굽힘 강도가 저하된다. 본 발명의 질화 처리 부품에 있어서는, 면 피로 강도나 굽힘 강도의 관점에서, 화합물층의 두께는 3㎛ 이상 15㎛ 미만으로 한다.The compound layer is a layer of iron nitride formed by nitriding treatment, and the thickness thereof affects the surface fatigue strength and bending strength of the nitrided component. If the compound layer is too thick, it tends to be a starting point of fracture due to fitting or bending. If the compound layer is too thin, residual stress on the surface can not be sufficiently obtained, and surface fatigue strength and bending 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 surface fatigue strength 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, 백색 미부식의 층으로서 관찰된다. 광학 현미경에 의해 500배로 촬영한 조직 사진 5시야(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 도시한다.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 noncorrosive. Observation of a 5-field (field of view: 2.2 x 10 42 ) tissue photograph taken at 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.

[표면으로부터 5㎛의 화합물층의 γ'상 비율:50% 이상][The ratio of? 'Phase of the compound layer of 5 占 퐉 from the surface: 50% or more]

표면으로부터 5㎛의 화합물층에 있어서 γ'상의 비율이 낮고, ε상 비율이 높으면, 피팅이나 굽힘 피로 파괴의 기점이 되기 쉬워진다. 이것은 ε상의 파괴 인성값이 γ'상에 비해 낮기 때문이다. 또한, 표면 부근의 상이 γ'상이면 ε상인 경우에 비해, 후술하는 압축 잔류 응력을 표면에 도입하기 쉬워져, 피로 강도를 향상시키는 것이 가능해진다.When the ratio of the gamma prime phase to the 5 mu m compound layer from the surface is low and the epsilon phase ratio is high, it is likely to become a starting point of fitting or bending fatigue failure. This is because the fracture toughness value of? Phase is lower than that of? 'Phase. Further, as compared with the case where the phase in the vicinity of the surface is? 'Phase, it is easier to introduce the compressive residual stress, which will be described later, on the surface, and the fatigue strength can be improved.

화합물층 중의 γ'상 비율은 후방 산란 전자 회절법(Electron Back Scatter Diffraction:EBSD)으로 구한다. 구체적으로는, 화합물층의 최표면으로부터 5㎛ 깊이까지의, 면적 150㎛2에 대하여 EBSD 측정을 행하고, γ'상, ε상을 판별하는 해석 도를 작성한다. 그리고, 얻어진 EBSD 해석상에 대하여, 화상 처리 어플리케이션을 사용하여 γ'상의 면적비를 구하고, 이것을 γ'상 비율(%)이라고 정의한다. EBSD 측정에서는, 4000배 전후의 배율로 10시야 정도 측정하는 것이 적당하다.The ratio of the γ 'phase in the compound layer is determined by Electron Back Scattering Diffraction (EBSD). Specifically, 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? 'Phase and? Phase is prepared. Then, with respect to the obtained EBSD analysis image, the area ratio of? 'Phase is determined by using an image processing application, and this is defined as a ratio of?' Phase (%). In the EBSD measurement, it is appropriate to measure about 10 fields at a magnification of about 4000 times.

상기한 γ'상 비율은 표면으로부터 5㎛의 깊이의 「화합물층의」 γ'상의 비율을 의미한다. 즉, 화합물층의 두께가 표면으로부터 5㎛로 만족되지 않는 경우는, 화합물층 두께분의 영역에 있어서의 γ'상 비율을 산출한다. 일례로서, 화합물의 두께가 표면으로부터 3㎛라면, 표면으로부터 3㎛의 깊이의 화합물층의 γ'상의 비율이 γ'상 비율이 된다.The above-mentioned? 'Phase ratio means a ratio of?' Of the "compound layer" at a depth of 5 μm from the surface. That is, when the thickness of the compound layer is not satisfied with 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 a depth of 3 mu m from the surface 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 ratio of the? 'phase may be determined by using 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.

[표면으로부터 3㎛의 화합물층의 공극 면적률:10% 미만][Pore area ratio of 3 占 퐉 compound layer from the surface: less than 10%]

표면으로부터 3㎛의 화합물층에 공극이 존재하면 응력 집중이 발생하고, 피팅이나 굽힘 피로 파괴의 기점이 된다. 그 때문에, 공극 면적률은 10% 미만으로 할 필요가 있다.When voids are present in the compound layer of 3 mu m from the surface, stress concentration occurs and becomes a starting point of fitting and bending fatigue failure. 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 입계를 따라 강재 표면으로부터 탈리되므로써 형성된다. N2의 발생은 후술하는 질화 포텐셜 KN이 높을수록 발생하기 쉬워진다. 이것은, KN이 높아짐에 따라, bcc→γ'→ε의 상 변태가 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 도시한다.The voids are formed on the surface of a steel material having a small binding force by the base material, and N 2 gas is desorbed from the surface of the steel material along the grain boundaries from an energy stabilized place such as grain boundary. The generation of N 2 is more likely to occur as the nitridation potential K N described later is higher. This is because due to K N is the higher, bcc → γ 'is the transformation of a → ε occurs, γ' phase than the side on the ε a capacity of N 2 in size, easy to this side on the ε generating a N 2 gas . Fig. 3 schematically shows the formation of voids in the compound layer, and Fig. 4 shows a photograph of the structure formed with voids.

공극 면적률은 광학 현미경 관찰에 의해 측정할 수 있다. 구체적으로는, 공시재의 단면에 있어서의 표면으로부터 3㎛의 깊이를, 배율 1000배로 5시야 측정(시야 면적:5.6×1032)하고, 각 시야에 대하여 최표면으로부터 3㎛ 깊이의 범위 중에 차지하는 공극의 비율을 공극 면적률로 한다.The void area ratio can be measured by optical microscope observation. Specifically, the depth of 3 mu m from the surface in the cross section of the specimen was measured at 5 times the field of view (visual field area: 5.6 x 10 3 mu m 2 ) at a magnification of 1000 times, and in the range of depth from the outermost surface to 3 mu m 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: 500㎫ 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 경화됨과 함께, 강의 표층부에 압축 잔류 응력이 도입되어, 부품의 피로 강도, 내마모성이 향상된다. 본 발명의 질화 처리 부품은 화합물층을 상술한 구성으로 하고, 또한 표면에 압축 잔류 응력을 500㎫ 이상 도입함으로써, 우수한 면 피로 강도, 회전 굽힘 피로 강도를 갖는 것이 된다. 부품의 표면에 이와 같은 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 nitride-treated part of the present invention has excellent surface fatigue strength and rotational bending fatigue strength by introducing the compound layer into the above-described structure and introducing a compressive residual stress of 500 MPa or more on the surface thereof. A manufacturing method for introducing such a compressive residual stress to the surface of the component will be described later.

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

본 발명의 질화 처리 부품의 제조 방법에서는, 상술한 성분을 갖는 강재에 대하여 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, a steel material having the above-described 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 있고, 표면 경도 및 경화층 깊이에 영향을 미친다. 질화 처리 온도가 지나치게 낮으면, 질소의 확산 속도가 느리고, 표면 경도가 낮아지고, 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 있고, 또한 경화층 깊이가 얕아지는 것을 억제할 수 있다.The temperature of the gas nitriding treatment (nitriding treatment temperature) is mainly correlated with the diffusion rate of nitrogen, and affects the surface hardness and the depth of the hardened layer. If the nitriding treatment temperature is too low, the diffusion rate of nitrogen is slow, the surface hardness becomes 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 from being 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 지나치게 짧으면 표면 경도가 낮아져, 경화층 깊이가 얕아진다. 한편, 처리 시간이 지나치게 길면, 탈질소나 탈탄이 발생하여 강의 표면 경도가 저하된다. 처리 시간이 지나치게 길면, 제조 비용이 더 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 total 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 excessively long, denitrification and decarburization are generated to lower the surface hardness of the steel. If the processing time is too long, the manufacturing cost becomes higher. 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, 불가피하게 산소, 이산화탄소 등의 불순물을 포함한다. 바람직한 분위기는 NH3, H2 및 N2를 합계로 99.5%(체적%) 이상이다.In addition, NH 3 , H 2 and N 2 as well as impurities such as oxygen and carbon dioxide are inevitably contained in the atmosphere of the gas nitriding process of the present embodiment. A preferable atmosphere is not less than 99.5% (volume%) of NH 3 , H 2 and N 2 in total.

일산화탄소, 이산화탄소를 수% 정도 포함하는 분위기 하에서의 가스 연질화 처리를 실시하면, C의 고용한이 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 아니라, 후술하는 바와 같이 질화 포텐셜 KN을 제어한 가스 질화 처리를 실시할 필요가 있다.When the gas softening treatment is carried out in an atmosphere containing about several percent of carbon monoxide and carbon dioxide, the high ε phase solidified by 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 not to perform the gas softening treatment but to perform the gas nitriding treatment in which the nitriding potential K N is controlled as described later.

[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, 표면으로부터 5㎛의 깊이의 화합물층에 있어서의 상 구조를 γ'상 비율 50% 이상으로 하고, 표면으로부터 3㎛의 깊이에 있어서의 공극 면적률을 10% 미만으로 하고, 화합물층 표면의 압축 잔류 응력을 500㎫ 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. As a result, the phase structure in the compound layer at a depth of 5 占 퐉 from the surface is set to 50% or more of the? 'Phase ratio, the void area ratio at a depth of 3 占 퐉 from the surface is made less than 10% The residual stress can be 500 MPa or more.

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

KN(atm-1/2)=(NH3 분압(atm))/[(H2 분압(atm))3/2]K N (atm -1/2 ) = (NH 3 partial pressure (atm)) / [(H 2 partial pressure (atm)) 3/2 ]

가스 질화 처리의 분위기의 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, 전술한 바와 같이, KN이 지나치게 높아지면, N2 가스를 발생시키기 쉬운 ε상의 비율이 많아지고, 공극이 많아진다. 따라서, KN의 조건을 마련하고, 공극의 발생을 억제시키는 것이 중요하다.The partial pressures of NH 3 and H 2 in the atmosphere of the gas nitriding treatment can be controlled by adjusting the flow rate of the gas. In order to form the compound layer by the nitriding treatment, it is necessary that K N in the gas nitriding treatment is a certain value or more. However, as K N becomes excessively high as described above, the ratio of the ε phase, which easily generates N 2 gas, , And more pores. Therefore, it is important to provide a condition of K N and to suppress the generation of voids.

본 발명자들의 검토의 결과, 가스 질화 처리의 질화 처리 포텐셜은 화합물층의 상 구조 및 질화 처리 부품의 회전 굽힘 피로 강도에 영향을 미치고, 최적의 질화 포텐셜은 강의 C 함유량에 의해 정해지는 것을 알아냈다.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)라고 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 상 구조가 γ'상 비율 50% 이상이 되고, 질화 처리 부품이 높은 회전 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도를 더 갖는 것을 지견했다.More specifically, Steel C content (mass%) of (weight% C) that have been time, the potential at the time of nitriding gas nitriding treatment, always 0.15≤K N ≤-0.17 × ln the gas nitriding treatment (weight% C) +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 component had a higher rotational bending fatigue strength and surface fatigue strength.

가스 질화 처리의 평균 질화 처리 포텐셜이 상기 식을 만족시키고 있어도, 일시적으로라도 상기 식을 만족시키지 않는 질화 처리 포텐셜값을 취하는 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? 'Phase ratio 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 강 j(표 1)에 대한 것이다.Fig. 5 shows the results of examining the relationship between the nitriding potential, the γ 'ratio of the compound layer and the rotational bending fatigue strength. Fig. 5 is for the strength j (Table 1) of the embodiment described later.

이와 같이, 본 질화 처리 방법에서는, 바탕이 되는 강의 C양에 따른 질화 포텐셜 KN 하에서 가스 질화 처리를 실시한다. 이에 의해, 안정적으로 강의 표면에 γ'상을 부여하는 것이 가능해지고, 우수한 면 피로 강도, 회전 굽힘 피로 강도, 바람직하게는 면 피로 강도가 2000㎫ 이상, 회전 굽힘 피로 강도가 600㎫ 이상인 질화 처리 부품을 얻을 수 있다.Thus, in the present nitriding treatment method, the gas nitriding treatment is performed under the nitriding potential K N according to the amount of C of the underlying steel. As a result, it is possible to stably impart the? 'Phase to the surface of the steel and to provide a nitriding treatment part having excellent surface fatigue strength and rotational bending fatigue strength, preferably surface fatigue strength of not less than 2000 MPa and rotational bending fatigue strength of not less than 600 MPa Can be obtained.

실시예Example

표 1에 나타내는 화학 성분을 갖는 강 a 내지 aa를, 50㎏ 진공 용해로에서 용해하여 용강을 제조하고, 용강을 주조하여 잉곳을 제조했다. 또한, 표 1 중의 a 내지 s는 본 발명에서 규정하는 화학 성분을 갖는 강이다. 한편, 강 t 내지 aa는 적어도 1원소 이상, 본 발명에서 규정하는 화학 성분으로부터 벗어난 비교예의 강이다.Steels a to aa 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 at least one element or more, and are comparative steels deviating from the chemical components specified in the present invention.

Figure pct00001
Figure pct00001

이 잉곳을 열간 단조하여 직경 40㎜의 환봉으로 했다. 계속해서, 각 환봉을 어닐링한 후, 절삭 가공을 실시하여 도 6에 도시하는 면 피로 강도를 평가하기 위한 롤러 피팅 시험용의 소롤러, 도 7에 도시하는 대롤러를 제작했다. 또한, 도 8에 도시하는 내굽힘 피로 강도를 평가하기 위한 원기둥 시험편을 제작했다.The ingot was hot-forged to form a round bar having a diameter of 40 mm. Subsequently, each of the round rods was annealed, and then a cutting process was performed to produce a small roller for testing the roller fitting and a large roller shown in Fig. 7 for evaluating the surface fatigue strength shown in Fig. Further, a cylindrical test piece for evaluating the bending fatigue strength shown in Fig. 8 was produced.

채취된 시험편에 대하여, 다음의 조건에서 가스 질화 처리를 실시했다. 시험편을 가스 질화로에 장입하고, 노 내에 NH3, H2, N2의 각 가스를 도입하고, 표 2에 나타내는 조건에서 질화 처리를 실시했다. 단, 시험 번호 34는 분위기 중에 CO2 가스를 체적률로 3% 첨가한 가스 연질화 처리로 했다. 또한, 시험 번호 35는 질화 조건을 전반과 후반으로 바꾼, 2단 질화 처리로 했다. 시험 번호 36은 특허문헌 3에 있어서의 실시예 16에 상당한다. 가스 질화 처리 후의 시험편에 대하여, 80℃의 오일을 사용하여 유랭을 실시했다.The obtained test specimens were subjected to gas nitridation under the following conditions. The test piece was charged into a gas nitriding furnace, and each gas of NH 3 , H 2 and N 2 was introduced into the furnace, and nitriding treatment was carried out under the conditions shown in Table 2. Test No. 34 was a gas softening treatment in which CO 2 gas was added in an amount of 3% by volume in the atmosphere. Test No. 35 was a two-stage nitriding treatment in which the nitriding conditions were changed to the first half and the second half. Test No. 36 corresponds to Example 16 in Patent Document 3. 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 사용하여 측정했다. 표준 가스와 측정 가스의 열전도도의 차이를 가스 농도로 환산하여 측정했다. H2 분압은 가스 질화 처리 동안에, 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. H 2 partial pressure was continuously measured during the gas nitriding process.

또한, NH3 분압은 노 외에 수동 유리관식 NH3 분석계를 설치하여 측정했다.NH 3 partial pressure was measured by a manual glass tube NH 3 analyzer outside the furnace.

10분마다 잔류 NH3의 분압을 측정하는 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 nitridation potential K N was calculated at the same time as the partial pressure of the residual NH 3 was measured every 10 minutes, 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 소롤러의, 길이 방향에 수직인 방향의 단면을 경면 연마하고, 에칭했다. 주사형 전자 현미경(Scanning Electron Microscope:SEM)을 사용하여 에칭된 단면을 관찰하고, 화합물층 두께의 측정 및 표층부의 공극의 유무의 확인을 행하였다. 에칭은 3% 나이탈 용액으로 20 내지 30초간 행하였다.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 checked. The etching was carried out for 3 to 20% for 20 to 30 seconds in the leaving solution.

화합물층은 표층에 존재하는 백색 미부식의 층으로서 확인 가능하다. 4000배로 촬영한 조직 사진 10시야(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 noncorrosive 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 중에 차지하는 공극의 총 면적의 비(공극 면적률, 단위는 %)를, 화상 처리 어플리케이션에 의해 2치화하여 구했다. 그리고, 측정된 10시야의 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 the pores occupied in the area of the range of 2 90㎛ 3㎛ depth from the outermost surface was determined by binarized by the (pore area ratio, the unit is%), the 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 Back Scatter Diffraction:EBSD)으로 구했다. 화합물층의 최표면으로부터 5㎛ 깊이까지의, 면적 150㎛2에 대하여 EBSD 측정을 행하여, γ'상, ε상을 판별하는 해석도를 작성하고, 얻어진 EBSD 해석상에 대하여, 화상 처리 어플리케이션을 사용하여 γ'상 비율(%)을 결정했다. EBSD 측정에서는 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 prepare an analysis chart for discriminating the phases of? 'And? Phases. The resulting EBSD analysis image was subjected to γ- 'Percent (%). EBSD measurements were made at 10 magnifications with a magnification of 4000 times.

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

[화합물층 잔류 응력][Compound layer residual stress]

질화 후의 소롤러 접촉부에 대하여, 미소부 X선 잔류 응력 측정 장치를 사용하여, 표 3의 조건에서 γ'상, ε상 및 모층(matrix)의 잔류 응력 σγ ', σε, σm을 측정했다. 또한, EBSD로 구한, 최표면으로부터 3㎛ 깊이 범위의 면적 90㎛2 중에 차지하는 γ'상, ε상 및 모층의 면적비 Vγ ', Vε, Vm을 사용하여, 이하의 식으로 구해지는 잔류 응력 σc를 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 occupying 90 μm 2 in the depth of 3 μm from the outermost surface obtained by EBSD, The stress σ c was regarded as the surface residual stress.

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

Figure pct00003
Figure pct00003

[면 피로 강도 평가 시험][Evaluation of surface fatigue strength evaluation]

롤러 피팅 시험용 소롤러를, 열처리 변형을 제외한 목적으로 파지부의 마무리 가공을 행한 후, 각각 롤러 피팅 시험편에 제공했다. 마무리 가공 후의 형상을 도 2에 도시한다.The small rollers for testing the roller fittings were subjected to finishing of the gripping parts for the purpose of excluding the heat treatment deformation, and then provided to the roller fitting test pieces. The shape after finishing is shown in Fig.

롤러 피팅 시험은 상기한 롤러 피팅 시험용 소롤러와 도 3에 도시하는 형상의 롤러 피팅 시험용 대롤러의 조합으로, 표 4에 나타내는 조건에서 행하였다.The roller fitting test was carried out under the conditions shown in Table 4 with a combination of the above-described small roller test roller test piece and the roller fitting test rollers of the shape shown in FIG.

또한, 도 2, 3에 있어서의 치수의 단위는 「㎜」이다. 상기 롤러 피팅 시험용 대롤러는 JIS의 SCM420의 규격을 만족시키는 강을 사용하여, 일반적인 제조 공정, 즉 「불림→시험편 가공→가스 침탄로에 의한 공석 침탄→저온 템퍼링→연마」의 공정에 의해 제작한 것이고, 표면으로부터 0.05㎜의 위치, 즉 깊이 0.05㎜의 위치에 있어서의 비커스 경도 Hv는 740 내지 760이고, 또한 비커스 경도 Hv가 550 이상인 깊이는 0.8 내지 1.0㎜의 범위에 있었다.The unit of dimensions in Figs. 2 and 3 is " mm ". The above-described roller fitting test bench roller was manufactured by a general manufacturing process, that is, a process of "Bonding -> test piece processing - gas carburization by gas carburization -> low temperature tempering - polishing" using steel satisfying the standard of SCM420 of JIS And the Vickers hardness Hv at a position of 0.05 mm from the surface, that is, at a depth of 0.05 mm, was in a range of 740 to 760, and a depth of Vickers hardness Hv of 550 or more was in a range of 0.8 to 1.0 mm.

표 4에, 면 피로 강도의 평가를 행한 시험 조건을 나타낸다. 시험 중단 횟수는 일반적인 강의 피로원을 나타내는 2×107회로 하고, 소롤러 시험편에 있어서 피팅이 발생하지 않고 2×107회에 도달한 최대 면압을 소롤러 시험편의 피로 한도로 했다.Table 4 shows the test conditions under which the surface fatigue strength was evaluated. The number of times of stopping the test was 2 x 10 7 circuits representing a general steel fatigue source, and the maximum surface pressure reached at 2 x 10 7 times without occurrence of fitting in the small roller test specimen was defined as the fatigue limit of the small roller test piece.

Figure pct00004
Figure pct00004

피팅 발생의 검출은 시험기에 구비된 진동계에 의해 행하고, 진동 발생 후에, 소롤러 시험편과 대롤러 시험편의 양쪽의 회전을 정지시켜, 피팅 발생과 회전수를 확인했다.The occurrence of the fitting was detected by a vibration system provided in the tester, and after the occurrence of the vibration, the rotation of both the small roller test piece and the large roller test piece was stopped to confirm the occurrence of fitting and the number of revolutions.

본 발명 부품에 있어서는, 피로 한도에 있어서의 최대 면압이 2000㎫ 이상인 것을 목표로 했다.In the parts of the present invention, it is aimed that the maximum surface pressure in the fatigue limit is 2000 MPa or more.

[내회전 굽힘 피로 강도][Internal bending fatigue strength]

가스 질화 처리에 제공된 원기둥 시험편에 대하여, 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-cylinder rotary bending fatigue tests were performed on the cylindrical test specimens provided for the gas nitriding treatment. 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 600㎫ 이상인 것을 목표로 했다.In the parts of the present invention, it was aimed that the maximum stress in the fatigue limit was 600 MPa or more.

[시험 결과][Test result]

결과를 표 2에 나타낸다. 시험 번호 1 내지 25는 강의 성분 및 가스 질화 처리의 조건이 본 발명의 범위 내이고, 화합물 두께가 3 내지 15㎛, 화합물층의 γ'층 비율이 50% 이상, 화합물층 공극 면적률 10% 미만, 화합물층의 압축 잔류 응력이 500㎫ 이상이 되었다. 그 결과, 면 피로 강도가 2000㎫ 이상, 회전 굽힘 피로 강도가 600㎫ 이상으로 양호한 결과가 얻어졌다.The results are shown in Table 2. Test Nos. 1 to 25 show that the steel composition and the conditions for the gas nitriding treatment were within the range of the present invention, the compound thickness was 3 to 15 탆, the γ 'layer ratio of the compound layer was 50% The residual compressive stress of 500 MPa or more was obtained. As a result, a satisfactory result was obtained that the surface fatigue strength was 2000 MPa or more and the rotational bending fatigue strength was 600 MPa or more.

시험 번호 26은 질화 온도가 지나치게 높고, 그 결과, 화합물층의 γ'상 비율이 낮고, 공극 면적률이 크고, 잔류 응력이 낮아졌으므로, 면 피로 강도, 회전 굽힘 피로 강도가 낮아졌다.In Test No. 26, the nitriding temperature was excessively high. As a result, the γ 'phase ratio of the compound layer was low, the void area ratio was large, and the residual stress was low, so that the surface fatigue strength and the rotational bending fatigue strength were low.

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

시험 번호 28은 질화 시간이 지나치게 길어, 공극 면적률이 커지고, 그것에 수반하여 표면의 잔류 응력이 개방되고 낮아졌으므로, 회전 굽힘 피로 강도가 낮아졌다.Test No. 28 was too long in nitriding time to increase the porosity area ratio, resulting in lowering of the residual stress on the surface and lowering the rotational bending fatigue strength.

시험 번호 29는 질화 시간이 지나치게 짧아, 충분한 화합물층 두께가 얻어지지 않고, 표면의 잔류 응력이 낮아졌으므로, 면 피로 강도, 회전 굽힘 피로 강도가 낮아졌다.Test No. 29 had an excessively short nitriding time and a sufficient compound layer thickness was not obtained, and the residual stress on the surface was lowered, so that the surface fatigue strength and the rotational bending fatigue strength were lowered.

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

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

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

시험 번호 33은 질화 포텐셜의 상하한이 적절하지 않아, 화합물층 두께가 두꺼워져, 공극 면적률이 증가했으므로, 면 피로 강도, 회전 굽힘 피로 강도가 낮아졌다.In test No. 33, the upper and lower limits of the nitriding potential were not suitable, and the thickness of the compound layer became thick, and the void area ratio increased, so that the surface fatigue strength and the rotational bending fatigue strength were lowered.

시험 번호 34는 연질화 처리이고, 표면에 γ'상이 거의 생성되지 않고, 잔류 응력이 낮아졌으므로, 면 피로 강도, 회전 굽힘 피로 강도가 낮아졌다.Test No. 34 was a softening treatment, and the surface fatigue strength and the rotational bending fatigue strength were lower because the residual stress was low and the? 'Phase was hardly generated on the surface.

시험 번호 35는 평균의 KN은 적정하고 γ'상 비율은 높지만, 질화 처리 중의 KN의 상한이 높고, 공극 면적률이 증가했다.In Test No. 35, the average K N was appropriate and the γ 'phase ratio was high, but the upper limit of K N in the nitriding treatment was high and the void area ratio was increased.

시험 번호 36은 강의 C양이 지나치게 높고, 화합물층 두께가 두꺼워졌으므로, 면 피로 강도가 낮아졌다.Test No. 36 had a too high C content of steel and a thicker compound layer, so that the surface fatigue strength was lowered.

시험 번호 37은 강의 C양이 지나치게 낮아, 충분한 코어부 강도가 얻어지지 않았으므로, 모층을 기점으로 하여 조기에 파괴되었다.Test No. 37 was prematurely destroyed with the parent layer as the starting point because the amount of C in the steel was too low and sufficient core strength was not obtained.

시험 번호 38은 강의 Si양이 지나치게 낮아, 충분한 코어부 경도가 얻어지지 않았으므로, 모층을 기점으로 하여 조기에 파괴되었다.In Test No. 38, the amount of Si in the steel was too low, and sufficient core hardness was not obtained, so that it was destroyed prematurely from the parent layer.

시험 번호 39는 강의 Mn양이 지나치게 낮아, 충분한 경화층 경도, 코어부 경도가 얻어지지 않았으므로, 모층을 기점으로 하여 조기에 파괴되었다.Test No. 39 was prematurely destroyed starting from the parent layer because the amount of Mn in the steel was too low and sufficient hardened layer hardness and core hardness were not obtained.

시험 번호 40은 강의 P, S양이 지나치게 높아, P의 입계 편석 및 조대한 MnS의 생성에 의해, 조기에 파괴되었다.Test No. 40 was excessively high in P and S contents of the steel and was destroyed prematurely due to grain boundary segregation of P and formation of coarse MnS.

시험 번호 41은 강의 Cr양이 지나치게 낮아, 충분한 확산층 경도, 코어부 경도가 얻어지지 않았으므로, 모층을 기점으로 하여 조기에 파괴되었다.In Test No. 41, the amount of Cr in the steel was too low, and sufficient hardness of the diffusion layer and hardness of the core portion were not obtained.

시험 번호 42는 강의 Al양이 지나치게 높아, 산화물계 개재물이 생성되고, 모층을 기점으로 하여 조기에 파괴되었다.In Test No. 42, the amount of Al in the steel was excessively high, and oxide inclusions were generated, and were destroyed prematurely from the parent layer.

시험 번호 43은 강의 C양, Mn양, Cr양이 낮고, 또한 질화 포텐셜의 상한이 높고, 공극 면적률이 증가했으므로, 면 피로 강도, 회전 굽힘 피로 강도가 낮아졌다.Test No. 43 had lower surface fatigue strength and rotational bending fatigue strength because the C amount, Mn amount and Cr amount of the steel were low, the upper limit of the nitriding potential was high and the void area ratio was increased.

이상, 본 발명의 실시 형태를 설명했다. 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:0.05% 이상 0.30% 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:0.5% 초과 2.0% 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% 미만
을 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 상 구조가 γ'상을 면적률로 50% 이상 함유하고,
표면으로부터 3㎛의 깊이까지의 범위에 있어서 공극 면적률이 10% 미만이고,
화합물층 표면의 압축 잔류 응력이 500㎫ 이상인
것을 특징으로 하는 질화 처리 부품.
In terms of% by mass,
C: not less than 0.05% and not more than 0.30%
Si: not less than 0.05% and not more than 1.5%
Mn: not less than 0.2% and not more than 2.5%
P: 0.025% or less,
S: not less than 0.003% and not more than 0.05%
Cr: more than 0.5% and not more than 2.0%
Al: 0.01% or more and 0.05% or less,
N: not less than 0.003% and not more than 0.025%
Nb: 0% or more and 0.1% or less,
B: not less than 0% and not more than 0.01%
Mo: 0% or more and less than 0.50%
V: not less than 0% and not more than 0.50%
Cu: not less than 0% and not more than 0.50%
Ni: not less than 0% and less than 0.50%
Ti: 0% to 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.
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