KR20230072500A - steel - Google Patents

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KR20230072500A
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유타카 네이시
마코토 에가시라
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닛폰세이테츠 가부시키가이샤
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Abstract

우수한 피삭성을 갖고, 진공 침탄 처리 등을 실시한 후에도, 우수한 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도를 갖고, 열처리 변형을 억제할 수 있는 강재를 제공한다. 본 실시 형태에 의한 강재는, 화학 조성이, 질량%로, C: 0.18 내지 0.25%, Si: 0.70 내지 2.00%, Mn: 0.70 내지 1.50%, S: 0.005 내지 0.050%, N: 0.0050 내지 0.0200%, Al: 0.001 내지 0.100%, O: 0.0050% 이하 및 P: 0.030% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 또한, 명세서 중의 식 (1) 및 식 (2)를 충족한다. 또한, 횡단면 및 종단면의 마이크로 조직은, 페라이트를 함유하고, 잔부는 펄라이트 및/또는 베이나이트로 이루어지고, 페라이트의 면적 분율의 산술 평균값이 50 내지 70%이며, 페라이트의 면적 분율의 표준 편차가 4.0% 이하이며, 페라이트 평균 입경비가 2.00 이하이다.Provided are steel materials that have excellent machinability, have excellent bending fatigue strength and surface fatigue strength even after vacuum carburizing or the like, and can suppress heat treatment deformation. The steel material according to the present embodiment has a chemical composition of, in mass%, C: 0.18 to 0.25%, Si: 0.70 to 2.00%, Mn: 0.70 to 1.50%, S: 0.005 to 0.050%, N: 0.0050 to 0.0200% , Al: 0.001 to 0.100%, O: 0.0050% or less, and P: 0.030% or less, the remainder being Fe and impurities, and satisfying the formulas (1) and (2) in the specification. Further, the microstructures of the cross section and the longitudinal section contain ferrite, and the remainder is composed of pearlite and/or bainite, the arithmetic average value of the area fraction of ferrite is 50 to 70%, and the standard deviation of the area fraction of ferrite is 4.0 % or less, and the ferrite average grain size ratio is 2.00 or less.

Description

강재steel

본 개시는, 강재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 진공 침탄 처리를 실시하여 제조되는 기계 구조용 부품의 소재에 적합한, 강재에 관한 것이다.The present disclosure relates to steel materials, and more particularly, to steel materials suitable for raw materials for machine structural parts manufactured by performing a vacuum carburizing treatment.

본 명세서에 있어서, 진공 침탄 처리는, 진공 침탄 질화 처리도 포함한다. 또한, 본 명세서에 있어서, 진공 침탄 처리란, 진공 침탄 공정(진공 침탄 질화 공정을 포함함)과, 진공 침탄 공정 후의 ??칭 공정을 포함한다.In this specification, vacuum carburizing treatment also includes vacuum carburizing nitriding treatment. In addition, in this specification, the vacuum carburizing process includes a vacuum carburizing process (including a vacuum carburizing process) and a quenching process after the vacuum carburizing process.

기계 구조용 부품은, 예를 들어 자동차 및 건설 차량 등의 기어 및 샤프트 등으로 대표된다. 기계 구조용 부품으로서, JIS G 4053(2016)에 규정된 SCr420, SCM420, SNCM420으로 대표되는 기계 구조용 합금강 강재가 이용된다.Machine structural parts are represented, for example, by gears, shafts, and the like of automobiles and construction vehicles. As parts for machine structures, alloy steels for machine structures represented by SCr420, SCM420, and SNCM420 specified in JIS G 4053 (2016) are used.

이들 강재는, 예를 들어 다음의 제조 공정에 의해 기계 구조용 부품으로 제조된다. 강재에 대하여 단조(열간 단조, 또는 냉간 단조) 및/또는 절삭 가공 등을 실시하여, 원하는 형상의 중간품을 제조한다. 중간품에 대하여, 열처리(??칭 및 템퍼링, 침탄 처리, 또는 침탄 질화 처리 등)를 실시하여, 중간품의 경도 및 마이크로 조직을 조정한다. 이상의 제조 공정에 의해, 기계 구조용 부품이 제조된다.These steel materials are manufactured into mechanical structural parts by the following manufacturing process, for example. Steel materials are forged (hot forged or cold forged) and/or cut to produce an intermediate product having a desired shape. The intermediate product is subjected to heat treatment (quenching and tempering, carburizing treatment, carburizing nitriding treatment, etc.) to adjust the hardness and microstructure of the intermediate product. Through the above manufacturing process, the mechanical structural parts are manufactured.

상술한 바와 같이, 기계 구조용 부품의 제조 공정 중에 있어서, 강재에 대하여 절삭 가공이 실시되는 경우가 있다. 따라서, 기계 구조용 부품의 소재가 되는 강재에는, 높은 피삭성이 요구된다.As described above, there are cases where cutting is performed on steel materials during the manufacturing process of machine structural parts. Therefore, high machinability is requested|required of the steel materials used as the raw material of mechanical structural parts.

근년, 자동차 및 건설 차량 등의 연비 향상을 목적으로 하여, 기계 구조용 부품의 경량화 및 소형화가 진행되고 있다. 그 때문에, 기계 구조용 부품에는, 우수한 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도가 요구된다.BACKGROUND ART In recent years, for the purpose of improving the fuel efficiency of automobiles, construction vehicles and the like, weight reduction and miniaturization of mechanical structural parts are progressing. Therefore, excellent bending fatigue strength and surface fatigue strength are required for mechanical structural parts.

기계 구조용 부품의 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도를 높이는 방법으로서, 진공 침탄 처리가 알려져 있다. 진공 침탄 처리에서는, 기계 구조용 부품의 표층에 경화층(침탄층 또는 침탄 질화층)이 형성된다. 이 경화층에 의해, 기계 구조용 부품의 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도가 향상된다.As a method of increasing the bending fatigue strength and surface fatigue strength of mechanical structural parts, vacuum carburizing treatment is known. In the vacuum carburizing treatment, a hardened layer (carburized layer or carburized nitriding layer) is formed on the surface layer of the mechanical structural parts. By this hardened layer, the bending fatigue strength and surface fatigue strength of the mechanical structural parts are improved.

그런데, 진공 침탄 처리(진공 침탄 처리 및 진공 침탄 질화 처리)를 실시한 경우, 기계 구조용 부품이 변형되기 쉽다. 본 명세서에서는, 진공 침탄 처리 시의 기계 구조용 부품의 변형을, 열처리 변형이라고 한다. 열처리 변형에 의해, 기계 구조용 부품의 형상이 변형된다. 기계 구조용 부품의 형상의 변형은, 자동차 및 건설 차량 등의 운전 시의 소음 및 진동을 야기한다. 따라서, 진공 침탄 처리를 실시한 경우에, 열처리 변형을 억제할 수 있는 강재가 요구된다.However, when vacuum carburizing treatment (vacuum carburizing treatment and vacuum carburizing treatment) is performed, mechanical structural parts are easily deformed. In this specification, deformation of parts for machine structures during vacuum carburizing treatment is referred to as heat treatment deformation. Due to heat treatment deformation, the shape of the machine structural component is deformed. Deformation of the shape of mechanical structural parts causes noise and vibration during operation of automobiles and construction vehicles. Therefore, when vacuum carburizing is performed, steel materials capable of suppressing heat treatment deformation are required.

열처리 변형의 억제에 관한 기술이, 일본 특허 공개 제2016-191151호 공보(특허문헌 1), 일본 특허 공개 제2018-028130호 공보(특허문헌 2), 일본 특허 공개 제2007-291486호 공보(특허문헌 3) 및 일본 특허 공개 제2010-150566호 공보(특허문헌 4)에 개시되어 있다.A technique related to suppression of heat treatment deformation is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-191151 (Patent Document 1), Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-028130 (Patent Document 2), and Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-291486 (Patent Document 1). It is disclosed in Document 3) and Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-150566 (Patent Document 4).

특허문헌 1에 개시된 침탄 부품은, 질량%로, C: 0.10 내지 0.30%, Si: 0.16 내지 1.40%, Mn: 1.40 내지 3.00%, P: 0.030% 이하, S: 0.060% 이하, Cr: 0.01 내지 0.29%, Al: 0.010 내지 0.300%, 및 N: 0.003 내지 0.030%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어진다. 이 침탄 부품은, 표면이 평탄부와 에지부를 갖는다. 평탄부의 표면으로부터 깊이 0.05㎜의 위치까지의 평탄부 표층 영역의 탄소 농도가 0.70 내지 0.89%이며, 에지부의 표면으로부터 깊이 0.05㎜의 위치까지의 에지부 표층 영역의 탄소 농도가 1.20% 이하이다. 또한, 입계 산화층 깊이가 1㎛ 이하이며, 코어부의 비커스 경도가 260 이상이다. 이에 의해, 특허문헌 1의 침탄 부품은, 에지부를 포함하는 형상을 갖는 침탄 부품이어도, 굽힘 피로 강도가 우수하다고 특허문헌 1에는 기재되어 있다.In the carburized parts disclosed in Patent Literature 1, in mass%, C: 0.10 to 0.30%, Si: 0.16 to 1.40%, Mn: 1.40 to 3.00%, P: 0.030% or less, S: 0.060% or less, Cr: 0.01 to 0.01% 0.29%, Al: 0.010 to 0.300%, and N: 0.003 to 0.030%, the balance being Fe and impurities. The surface of this carburized part has a flat part and an edge part. The carbon concentration in the surface layer region of the flat portion from the surface of the flat portion to the position at a depth of 0.05 mm is 0.70 to 0.89%, and the carbon concentration in the surface layer region of the edge portion from the surface of the edge portion to the position at a depth of 0.05 mm is 1.20% or less. Further, the depth of the grain boundary oxide layer is 1 μm or less, and the Vickers hardness of the core portion is 260 or more. As a result, Patent Document 1 describes that the carburized parts of Patent Document 1 are excellent in bending fatigue strength even if they are carburized parts having a shape including an edge portion.

특허문헌 2에 개시된 침탄 부품은, 질량%로, C: 0.10 내지 0.30%, Si: 0.16 내지 1.40%, Mn: 1.40 내지 3.00%, P: 0.030% 이하, S: 0.060% 이하, Cr: 0.01 내지 0.29%, Al: 0.010 내지 0.100%, 및 N: 0.003 내지 0.030%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어진다. 이 침탄 부품은, 표면이 평탄부와 에지부를 갖는다. 평탄부의 표면으로부터 깊이 0.05㎜의 위치까지의 평탄부 표층 영역의 탄소 농도가 0.70 내지 0.89%이며, 에지부의 표면으로부터 깊이 0.05㎜의 위치까지의 에지부 표층 영역의 탄소 농도가 1.20% 이하이다. 또한, 평탄부의 표면으로부터 깊이 0.3mm의 위치의 비커스 경도가 650 이상이며, 입계 산화층 깊이가 1㎛ 이하이며, 코어부의 비커스 경도가 260 이상이다. 이에 의해, 특허문헌 2의 침탄 부품은, 에지부를 포함하는 형상을 갖는 침탄 부품이어도, 굽힘 피로 강도가 우수하다고 특허문헌 2에는 기재되어 있다.In the carburized parts disclosed in Patent Literature 2, in terms of mass%, C: 0.10 to 0.30%, Si: 0.16 to 1.40%, Mn: 1.40 to 3.00%, P: 0.030% or less, S: 0.060% or less, Cr: 0.01 to 0.01% 0.29%, Al: 0.010 to 0.100%, and N: 0.003 to 0.030%, the balance being Fe and impurities. The surface of this carburized part has a flat part and an edge part. The carbon concentration in the surface layer region of the flat portion from the surface of the flat portion to the position at a depth of 0.05 mm is 0.70 to 0.89%, and the carbon concentration in the surface layer region of the edge portion from the surface of the edge portion to the position at a depth of 0.05 mm is 1.20% or less. Further, the Vickers hardness at a position at a depth of 0.3 mm from the surface of the flat portion is 650 or more, the depth of the grain boundary oxide layer is 1 μm or less, and the Vickers hardness of the core portion is 260 or more. Accordingly, it is described in Patent Document 2 that the carburized part of Patent Document 2 is excellent in bending fatigue strength even if it is a carburized part having a shape including an edge portion.

특허문헌 3에 개시된 침탄 부품은, 질량%로, C: 0.1 내지 0.3%, Si: 0.5 내지 3.0%, Mn: 0.3 내지 3.0%, P: 0.03% 이하, S: 0.03% 이하, Cu: 0.01 내지 1.00%, Ni: 0.01 내지 3.00%, Cr: 0.3 내지 1.0%, Al: 0.20% 이하 및 N: 0.05% 이하를 함유하고, 잔부가 불가피한 불순물 및 Fe로 이루어지고, [Si%]+[Ni%]+[Cu%]-[Cr%]>0.5의 조건을 충족하는 합금 조성을 갖는다. 또한, 이 침탄 부품은, 진공 침탄에 의해 침탄 처리를 실시함으로써 얻어진다. 이에 의해, 특허문헌 3의 침탄 부품은, 에지부의 인성이 낮아지지 않는 데다가, 표면 탄소 농도가 가장 낮은 부분에서 0.6% 이상이기 때문에, 침탄 부족에 의해 강도가 낮은 부분도 발생하지 않는다고 특허문헌 3에는 기재되어 있다.In the carburized parts disclosed in Patent Literature 3, in mass%, C: 0.1 to 0.3%, Si: 0.5 to 3.0%, Mn: 0.3 to 3.0%, P: 0.03% or less, S: 0.03% or less, Cu: 0.01 to 0.01% 1.00%, Ni: 0.01 to 3.00%, Cr: 0.3 to 1.0%, Al: 0.20% or less, and N: 0.05% or less, the remainder being unavoidable impurities and Fe, [Si%] + [Ni% ]+[Cu%]-[Cr%]> has an alloy composition that satisfies the condition of 0.5. In addition, this carburized part is obtained by performing a carburizing process by vacuum carburizing. As a result, in the carburized parts of Patent Document 3, the toughness of the edge portion does not decrease, and since the surface carbon concentration is 0.6% or more at the lowest part, the part with low strength due to lack of carburization does not occur, according to Patent Document 3 are listed.

특허문헌 4에 개시된 진공 침탄 또는 진공 침탄 질화용의 강재는, 질량%로, C: 0.10 내지 0.25%, Si: 0.35 내지 1.5%, Mn: 0.4 내지 1.5%, P: 0.025% 이하, S: 0.015 내지 0.05%, Cr: 0.50 내지 2.0%, Al: 0.010 내지 0.050% 및 N: 0.012 내지 0.025%를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지고, 불순물 중의 O(산소): 0.0012% 이하 및 Ti: 0.003% 이하, 또한, 식 (1) 내지 (3)을 충족하는 화학 조성을 갖는다. 여기서, 식 (1)은, 910-203×C0.5+44.7×Si≤860이며, 식 (2)는, 2.0≤(0.31×C0.5)×(0.7×Si+1.00)×(3.33×Mn+1.00)×(2.16×Cr+1.00)≤3.5이며, 식 (3)은, 0.2×(S/Mn)+P≤0.030이다. 또한, 길이 방향에 평행한 단면에 있어서, 개재물의 긴 직경을 L(㎛), 짧은 직경을 W(㎛)로 하고, 소정의 조건일 때, (πLW/4)0.5로 표시되는 산화물 등의 개재물의 최대 등가 원 직경이 35㎛ 이하이다. 특허문헌 4의 강재는, C 및 Si 함유량을 조정함으로써, ??칭 시의 열처리 변형의 변동을 저감하고, 면 피로 강도 및 굽힘 피로 강도를 높인다고 특허문헌 4에는 기재되어 있다.The steel materials for vacuum carburizing or vacuum carburizing nitriding disclosed in Patent Literature 4, in terms of mass%, C: 0.10 to 0.25%, Si: 0.35 to 1.5%, Mn: 0.4 to 1.5%, P: 0.025% or less, S: 0.015 to 0.05%, Cr: 0.50 to 2.0%, Al: 0.010 to 0.050%, and N: 0.012 to 0.025%, the balance being Fe and impurities, O (oxygen) in impurities: 0.0012% or less, and Ti: 0.003% or less, and has a chemical composition that satisfies formulas (1) to (3). Here, Formula (1) is 910-203×C 0.5 +44.7×Si≤860, and Formula (2) is 2.0≤(0.31×C 0.5 )×(0.7×Si+1.00)×(3.33×Mn+ 1.00) × (2.16 × Cr + 1.00) ≤ 3.5, and formula (3) is 0.2 × (S / Mn) + P ≤ 0.030. Further, in a cross section parallel to the longitudinal direction, inclusions such as oxide represented by (πLW/4) 0.5 under predetermined conditions, where L (μm) is the major axis and W (μm) is the minor axis of the inclusions. The maximum equivalent circle diameter of is 35 μm or less. Patent Document 4 describes that the steel material of Patent Document 4 reduces the variation in heat treatment strain during quenching by adjusting the C and Si content, and increases the surface fatigue strength and bending fatigue strength.

일본 특허 공개 제2016-191151호 공보Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-191151 일본 특허 공개 제2018-028130호 공보Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-028130 일본 특허 공개 제2007-291486호 공보Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-291486 일본 특허 공개 제2010-150566호 공보Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-150566

특허문헌 1 내지 4는 피로 강도를 향상시키는 기술에 대하여 개시한 문헌이며, 열처리 변형의 억제에 관한 기술은 하등 개시되어 있지 않다.Patent Literatures 1 to 4 are documents that disclose techniques for improving fatigue strength, and do not disclose any techniques for suppressing heat treatment deformation.

본 개시의 목적은, 우수한 피삭성을 갖고, 진공 침탄 처리를 실시한 후에 있어서, 우수한 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도를 갖고, 또한, 진공 침탄 처리 후의 열처리 변형을 억제할 수 있는 강재를 제공하는 것이다.An object of the present disclosure is to provide a steel material that has excellent machinability, excellent bending fatigue strength and surface fatigue strength after vacuum carburizing, and can suppress heat treatment deformation after vacuum carburizing.

본 실시 형태의 강재는,The steel materials of this embodiment are

화학 조성이, 질량%로,Chemical composition, in mass%,

C: 0.18 내지 0.25%,C: 0.18 to 0.25%;

Si: 0.70 내지 2.00%,Si: 0.70 to 2.00%;

Mn: 0.70 내지 1.50%,Mn: 0.70 to 1.50%;

S: 0.005 내지 0.050%,S: 0.005 to 0.050%;

N: 0.0050 내지 0.0200%,N: 0.0050 to 0.0200%;

Al: 0.001 내지 0.100%,Al: 0.001 to 0.100%;

O: 0.0050% 이하, 및O: 0.0050% or less, and

P: 0.030% 이하를 함유하고,P: contains 0.030% or less;

잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 또한, 식 (1) 및 식 (2)를 충족하고,The remainder consists of Fe and impurities, and also satisfies formulas (1) and (2),

상기 강재의 길이 방향에 수직인 단면이며 반경 R의 원 형상인 횡단면에 있어서,In the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the steel material and circular in shape with a radius R,

상기 횡단면의 중심 위치, 및 상기 횡단면의 중심으로부터 직경 방향으로 R/2의 위치이며 상기 횡단면의 중심 둘레에 45° 피치로 배치되는 8개소의 상기 R/2 위치를, 9개소의 횡단면 관찰 위치로 정의했을 때,The position of the center of the cross section and the position of R/2 in the radial direction from the center of the cross section and the R/2 positions of eight locations arranged at a pitch of 45° around the center of the cross section as nine cross section observation positions. When defined,

상기 각 횡단면 관찰 위치에서의 마이크로 조직은, 페라이트를 함유하고, 잔부는 펄라이트 및/또는 베이나이트로 이루어지고,The microstructure at each of the above cross-sectional observation positions contains ferrite, and the remainder is composed of pearlite and/or bainite,

상기 9개소의 횡단면 관찰 위치에서의 페라이트의 면적 분율의 산술 평균값은 50 내지 70%이며, 또한, 상기 페라이트 면적 분율의 표준 편차는 4.0% 이하이고,The arithmetic average value of the area fraction of ferrite at the nine cross-sectional observation positions is 50 to 70%, and the standard deviation of the ferrite area fraction is 4.0% or less,

상기 9개소의 횡단면 관찰 위치에서의 페라이트의 평균 입경 중, 최소의 평균 입경에 대한 최대의 평균 입경의 비가 2.00 이하이고,Among the average grain diameters of ferrite at the nine cross-sectional observation positions, the ratio of the maximum average grain diameter to the minimum average grain diameter is 2.00 or less,

상기 강재의 길이 방향에 평행한 단면이며 상기 강재의 중심축을 포함하는 종단면에 있어서,In the longitudinal section, which is a cross section parallel to the longitudinal direction of the steel member and includes the central axis of the steel member,

상기 중심축 상에 R/2 피치로 배치되는 3개소의 중심축 위치, 및 상기 각 중심축 위치로부터 상기 직경 방향으로 R/2의 위치에 배치되는 6개소의 상기 R/2 위치를, 9개소의 종단면 관찰 위치로 정의했을 때,Three central axis positions arranged at R/2 pitch on the central axis, and six R/2 positions arranged at R/2 positions in the radial direction from each central axis position, When defined as the longitudinal section observation position of

상기 각 종단면 관찰 위치에서의 마이크로 조직은, 페라이트를 함유하고, 잔부는 펄라이트 및/또는 베이나이트로 이루어지고,The microstructure at each longitudinal section observation position contains ferrite, and the remainder is composed of pearlite and/or bainite,

상기 9개소의 종단면 관찰 위치에서의 페라이트의 면적 분율의 산술 평균값은 50 내지 70%이며, 또한, 상기 페라이트 면적 분율의 표준 편차는 4.0% 이하이고,The arithmetic average value of the area fraction of ferrite at the nine positions of longitudinal section observation is 50 to 70%, and the standard deviation of the area fraction of ferrite is 4.0% or less,

상기 9개소의 종단면 관찰 위치에서의 페라이트의 평균 입경 중, 최소의 평균 입경에 대한 최대의 평균 입경의 비가 2.00 이하이다.Among the average grain diameters of ferrite at the above nine longitudinal cross-section observation positions, the ratio of the maximum average grain diameter to the minimum average grain diameter is 2.00 or less.

Si/Mn≥1.00 (1)Si/Mn≥1.00 (1)

1-(0.5C+0.03Si+0.06Mn+0.01Cr+0.05Mo)<0.800 (2)1-(0.5C+0.03Si+0.06Mn+0.01Cr+0.05Mo)<0.800 (2)

여기서, 식 (1) 및 식 (2) 중의 각 원소 기호에는, 대응하는 원소의 함유량(질량%)이 대입된다. 대응하는 원소가 함유되어 있지 않은 경우, 그 원소 기호에는 「0」이 대입된다.Here, the content (mass %) of the corresponding element is substituted for each element symbol in Formulas (1) and (2). When the corresponding element is not contained, "0" is substituted for the element symbol.

본 개시에 의한 강재는, 우수한 피삭성을 갖고, 진공 침탄 처리를 실시한 후에 있어서, 우수한 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도를 갖고, 또한, 진공 침탄 처리 후의 열처리 변형을 억제할 수 있다.The steel material according to the present disclosure has excellent machinability, has excellent bending fatigue strength and surface fatigue strength after vacuum carburizing, and can suppress heat treatment deformation after vacuum carburizing.

도 1은, F2(=1-(0.5C+0.03Si+0.06Mn+0.01Cr+0.05Mo))값과 최대 변형량비(%)의 관계를 도시하는 도면이다.
도 2는, 본 실시 형태의 강재의 길이 방향에 수직인 횡단면에 있어서, 마이크로 조직 관찰이 실시되는 횡단면 관찰 위치를 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은, 본 실시 형태의 강재의 길이 방향에 평행하며, 중심축을 포함하는 종단면에 있어서, 마이크로 조직 관찰이 실시되는 종단면 관찰 위치를 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는, 밴드 조직의 모식도이다.
도 5는, 진공 침탄 공정 및 ??칭 공정의 히트 패턴의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6은, 실시예에서 제작한 오노식 회전 굽힘 시험편의 평면도이다.
도 7은, 가스 침탄 공정 및 ??칭 공정의 히트 패턴의 일례를 도시하는 도면이다.
도 8은, 실시예에서 제작한 롤러 피칭 피로 시험용 시험편의 평면도이다.
도 9는, 롤러 피칭 피로 시험을 설명하기 위한 모식도이다.
도 10은, 실시예에서 제작한 대 롤러 시험편의 정면도이다.
도 11a는 실시예에서 제작한 기어 모의 시험편의 사시도이다.
도 11b는 도 11a 중의 관통 구멍의 사시도이다.
Fig. 1 is a diagram showing the relationship between the F2 (= 1 - (0.5C + 0.03Si + 0.06Mn + 0.01Cr + 0.05Mo)) value and the maximum strain amount ratio (%).
2 is a schematic diagram for explaining the cross-section observation position where microstructure observation is performed in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the steel material of the present embodiment.
Fig. 3 is a schematic diagram for explaining the vertical cross-section observation position at which microstructure observation is performed in the longitudinal cross-section parallel to the longitudinal direction of the steel material of the present embodiment and including the central axis.
4 is a schematic diagram of a band organization.
5 is a diagram showing an example of a heat pattern in a vacuum carburizing process and a quenching process.
Fig. 6 is a plan view of an Ono type rotary bending test piece produced in Example.
7 is a diagram showing an example of a heat pattern in a gas carburizing process and a quenching process.
Fig. 8 is a plan view of a test piece for a roller pitching fatigue test produced in Examples.
Fig. 9 is a schematic diagram for explaining a roller pitching fatigue test.
Fig. 10 is a front view of a large roller test piece produced in Examples.
11A is a perspective view of a simulated gear test piece produced in Example.
Fig. 11B is a perspective view of a through hole in Fig. 11A.

본 발명자들은, 우수한 피삭성을 갖고, 진공 침탄 처리를 실시하여 기계 구조용 부품으로 한 경우에, 우수한 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도를 갖고, 또한, 진공 침탄 처리 후의 열처리 변형을 억제할 수 있는 강재에 대해서, 조사 및 검토를 행하였다.The present inventors have developed a steel material that has excellent machinability, has excellent bending fatigue strength and surface fatigue strength when vacuum carburizing is performed to make parts for machine structures, and can suppress heat treatment deformation after vacuum carburizing. About, research and review were conducted.

본 발명자들은, 우수한 피삭성을 갖고, 또한, 진공 침탄 처리 후에 우수한 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도를 갖는 강재에 대해서, 화학 조성의 관점에서 검토를 행하였다.The present inventors studied a steel material having excellent machinability and excellent bending fatigue strength and surface fatigue strength after vacuum carburizing from the viewpoint of chemical composition.

검토의 결과, 화학 조성이, 질량%로, C: 0.18 내지 0.25%, Si: 0.70 내지 2.00%, Mn: 0.70 내지 1.50%, S: 0.005 내지 0.050%, N: 0.0050 내지 0.0200%, Al: 0.001 내지 0.100%, O: 0.0050% 이하, P: 0.030% 이하, Mo: 0 내지 0.50%, Nb: 0 내지 0.050%, Cr: 0 내지 0.60%, Ti: 0 내지 0.020%, Cu: 0 내지 0.50%, Ni: 0 내지 0.80%, V: 0 내지 0.30%, Mg: 0 내지 0.0035%, Ca: 0 내지 0.0030%, 및, 희토류 원소: 0 내지 0.0050%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 강재이면, 우수한 피삭성을 갖고, 또한, 진공 침탄 처리 후에 우수한 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도를 가질 가능성이 있다고 생각하였다.As a result of the examination, the chemical composition, in terms of mass%, was: C: 0.18 to 0.25%, Si: 0.70 to 2.00%, Mn: 0.70 to 1.50%, S: 0.005 to 0.050%, N: 0.0050 to 0.0200%, Al: 0.001 to 0.100%, O: 0.0050% or less, P: 0.030% or less, Mo: 0 to 0.50%, Nb: 0 to 0.050%, Cr: 0 to 0.60%, Ti: 0 to 0.020%, Cu: 0 to 0.50% , Ni: 0 to 0.80%, V: 0 to 0.30%, Mg: 0 to 0.0035%, Ca: 0 to 0.0030%, and rare earth elements: 0 to 0.0050%, the balance being Fe and impurities. It was considered that the back surface had excellent machinability and was likely to have excellent bending fatigue strength and surface fatigue strength after vacuum carburizing.

본 발명자들은 또한, 화학 조성 중의 각 원소 함유량이 상기 범위 내인 것을 전제로 하고, 또한, 다음 식 (1)을 충족하면, 진공 침탄 처리 후에, 우수한 굽힘 피로 강도를 가질 가능성이 있다고 생각하였다.The present inventors also considered that there is a possibility of having excellent bending fatigue strength after vacuum carburizing, assuming that the content of each element in the chemical composition is within the above range, and if the following formula (1) is satisfied.

Si/Mn≥1.00 (1)Si/Mn≥1.00 (1)

여기서, 식 (1) 중의 각 원소 기호에는, 대응하는 원소의 함유량(질량%)이 대입된다.Here, the content (mass %) of the corresponding element is substituted for each element symbol in Formula (1).

본 실시 형태의 강재에서는, Si 함유량의 Mn 함유량에 대한 비를 1.00 이상으로 하면, 즉, 식 (1)을 충족하면, 개재물이 연질인 MnO-SiO2가 된다. 이 개재물은, 열간 가공(열간 압연) 중에 유리화되어 연신 및 분단되어 미세화된다. 그 때문에, 굽힘 피로 강도를 저하시키는 조대한 개재물을 저감시킬 수 있어, 굽힘 피로 강도가 높아진다.In the steel materials of this embodiment, when the ratio of the Si content to the Mn content is 1.00 or more, that is, when formula (1) is satisfied, the inclusions become soft MnO-SiO 2 . These inclusions are vitrified during hot working (hot rolling), stretched and divided, and refined. Therefore, coarse inclusions that lower the bending fatigue strength can be reduced, and the bending fatigue strength is increased.

본 발명자들은 또한, 진공 침탄 처리에서의 열처리 변형을 억제하는 수단에 대해서, 검토를 행하였다. 본 발명자들은, 강재의 마이크로 조직에 주목하였다. 강재 중의 각 부위에서의 마이크로 조직이 가능한 한 균일하면, 구체적으로는, 강재 중의 각 부위에서의 마이크로 조직의 상 구성의 변동, 및 결정립의 변동이 억제되어 있으면, 진공 침탄 ??칭 시의 마르텐사이트 변태의 발생 타이밍의 변동이 억제된다. 그 결과, 열처리 변형을 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명자들은, 강재의 각 부위에서의 상 구성 및 결정립경에 대하여 검토를 행하였다.The present inventors also studied a means for suppressing heat treatment deformation in vacuum carburizing treatment. The present inventors paid attention to the microstructure of steel materials. If the microstructure at each site in the steel material is as uniform as possible, specifically, if the fluctuations in the phase structure of the microstructure and the fluctuation of crystal grains at each site in the steel material are suppressed, martensite at the time of vacuum carburizing quenching Variation in the occurrence timing of transformation is suppressed. As a result, heat treatment deformation can be suppressed. Therefore, the inventors of the present invention conducted an examination of the phase structure and crystal grain size at each site of the steel material.

본 발명자들은 먼저, 강재의 길이 방향에 수직인 단면인 횡단면에서의 마이크로 조직의 변동에 주목하였다. 횡단면에서의 마이크로 조직의 변동을 정량화하기 위해, 횡단면에 있어서의 마이크로 조직의 관찰 위치인 횡단면 관찰 위치를, 다음과 같이 정의하였다.The present inventors first paid attention to the variation of the microstructure in the transverse section, which is the section perpendicular to the longitudinal direction of the steel material. In order to quantify the variation of the microstructure in the cross section, the cross-section observation position, which is the observation position of the microstructure in the cross section, was defined as follows.

강재의 횡단면의 반경을 R로 한 경우, 횡단면의 중심 위치, 및 횡단면의 중심으로부터 직경 방향으로 R/2의 위치이며 횡단면의 중심 둘레에 45° 피치로 배치되는 8개소의 R/2 위치를, 9개소의 횡단면 관찰 위치로 정의한다.When the radius of the cross section of the steel is R, the center position of the cross section, and the position of R / 2 in the radial direction from the center of the cross section, and eight R / 2 positions arranged at 45 ° pitch around the center of the cross section, It is defined as 9 cross-sectional observation positions.

본 발명자들은, 각 횡단면 관찰 위치에서의 마이크로 조직을 조사 및 검토하였다. 검토의 결과, 횡단면 관찰 위치에서의 마이크로 조직이, 다음의 요건을 충족시키면, 침탄 처리 후의 열처리 변형이 억제되는 것이 판명되었다.The present inventors investigated and examined microstructures at each cross-sectional observation position. As a result of the examination, it was found that deformation of the heat treatment after the carburizing treatment was suppressed if the microstructure at the cross-sectional observation position satisfies the following requirements.

(1) 각 횡단면 관찰 위치에서의 마이크로 조직이, 페라이트를 함유하고, 잔부가 펄라이트 및/또는 베이나이트로 이루어진다.(1) The microstructure at each cross-sectional observation position contains ferrite, and the remainder is composed of pearlite and/or bainite.

(2) 9개소의 횡단면 관찰 위치에서의 페라이트의 면적 분율의 산술 평균값이 50 내지 70%이며, 또한, 페라이트 면적 분율의 표준 편차가 4.0% 이하이다.(2) The arithmetic average value of the area fraction of ferrite at nine cross-sectional observation positions is 50 to 70%, and the standard deviation of the area fraction of ferrite is 4.0% or less.

(3) 9개소의 횡단면 관찰 위치에서의 페라이트의 평균 입경 중, 최소의 평균 입경에 대한 최대의 평균 입경의 비가 2.00 이하이다.(3) Among the average ferrite grain sizes at nine cross-sectional observation positions, the ratio of the maximum average grain diameter to the minimum average grain diameter is 2.00 or less.

그러나, 상술한 화학 조성을 갖고, 또한, 상술한 마이크로 조직을 충족하는 강재여도, 여전히, 열처리 변형이 충분히 억제되지 않고, 특히 자동차 및 건설 차량 등의 운전 시의 소음 및 진동을 충분히 억제할 수 없는 경우가 있는 것이 판명되었다. 따라서, 본 발명자들은, 더욱 검토를 행하였다.However, even if the steel material has the above-mentioned chemical composition and satisfies the above-mentioned microstructure, heat treatment deformation is still not sufficiently suppressed, and in particular, noise and vibration during operation of automobiles and construction vehicles cannot be sufficiently suppressed. It turned out that there is Therefore, the present inventors conducted further examination.

그 결과, 다음의 사항이 판명되었다. 운전 시의 소음 및 진동을 억제하기 위해서는, 3차원적으로 강재의 열처리 변형을 억제하는 것이 유효하다. 상술한 바와 같이, 강재의 횡단면의 마이크로 조직의 상 구성 및 결정립의 변동을 억제하면, 강재의 길이 방향에 수직인 방향의 열처리 변형을 억제할 수는 있다.As a result, the following matters were revealed. In order to suppress noise and vibration during operation, it is effective to suppress heat treatment deformation of steel materials three-dimensionally. As described above, if the fluctuations of the phase structure and crystal grains of the microstructure of the cross section of the steel material are suppressed, heat treatment deformation in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the steel material can be suppressed.

그러나, 강재의 횡단면의 마이크로 조직의 변동을 억제하는 것만으로는, 2차원적인 열처리 변형의 억제에 그친다. 즉, 강재의 횡단면의 마이크로 조직의 변동을 억제하고 있어도, 강재의 길이 방향에 평행하며 강재의 중심축을 포함하는 단면인 종단면의 마이크로 조직이 변동되는 경우가 있다. 이 경우, 열처리 변형에 변동이 발생한다. 그 결과, 운전 시의 소음 및 진동을 충분히 억제할 수 없다.However, only suppression of fluctuations in the microstructure of the cross section of steel materials is limited to suppression of two-dimensional heat treatment deformation. That is, even if the variation of the microstructure of the cross section of the steel material is suppressed, the microstructure of the longitudinal section parallel to the longitudinal direction of the steel material and including the central axis of the steel material may fluctuate. In this case, variations occur in heat treatment deformation. As a result, noise and vibration during driving cannot be sufficiently suppressed.

따라서, 본 발명자들은, 강재의 횡단면의 마이크로 조직의 변동뿐만 아니라, 강재의 종단면의 마이크로 조직의 변동에도 주목하였다. 그리고, 종단면에서의 마이크로 조직의 변동을 정량화하기 위해, 종단면에 있어서의 마이크로 조직의 관찰 위치인 종단면 관찰 위치를, 다음과 같이 정의하였다.Therefore, the present inventors paid attention not only to the variation of the microstructure of the cross section of steel materials, but also to the variation of the microstructure of the longitudinal section of steel materials. Then, in order to quantify the variation of the microstructure in the longitudinal section, the longitudinal section observation position, which is the observation position of the microstructure in the longitudinal section, was defined as follows.

강재의 중심축 상에 R/2 피치로 배치되는 3개소의 중심축 위치, 및 각 중심축 위치로부터 직경 방향으로 R/2의 위치에 배치되는 6개소의 R/2 위치를, 9개소의 종단면 관찰 위치로 정의한다.3 central axis positions arranged at R/2 pitch on the central axis of the steel, and 6 R/2 positions arranged at R/2 positions in the radial direction from each central axis position, 9 longitudinal sections Define the observation position.

본 발명자들은, 각 종단면 관찰 위치에서의 마이크로 조직을 조사 및 검토하였다. 검토의 결과, 횡단면 관찰 위치에서의 마이크로 조직이 상기 요건을 충족시키고, 또한, 종단면 관찰 위치에서의 마이크로 조직이 다음의 요건을 충족시키면, 가스 침탄 처리 후의 열처리 변형이 충분히 억제되는 것이 판명되었다.The present inventors investigated and examined microstructures at each longitudinal section observation position. As a result of the examination, it was found that heat treatment deformation after gas carburizing treatment is sufficiently suppressed if the microstructure at the cross-sectional observation position satisfies the above requirements and the microstructure at the longitudinal cross-section observation position satisfies the following requirements.

(4) 각 종단면 관찰 위치에서의 마이크로 조직이 페라이트를 함유하고, 잔부가 펄라이트 및/또는 베이나이트로 이루어진다.(4) The microstructure at each longitudinal section observation position contains ferrite, and the balance consists of pearlite and/or bainite.

(5) 9개소의 종단면 관찰 위치에서의 페라이트의 면적 분율의 산술 평균값이 50 내지 70%이며, 또한, 페라이트 면적 분율의 표준 편차가 4.0% 이하이다.(5) The arithmetic average value of the area fractions of ferrite at nine longitudinal cross-section observation positions is 50 to 70%, and the standard deviation of the ferrite area fractions is 4.0% or less.

(6) 9개소의 종단면 관찰 위치에서의 페라이트의 평균 입경 중, 최소의 평균 입경에 대한 최대의 평균 입경의 비가 2.00 이하이다.(6) Among the average grain diameters of ferrite at nine longitudinal cross-section observation positions, the ratio of the maximum average grain diameter to the minimum average grain diameter is 2.00 or less.

그러나, 상술한 화학 조성을 갖고, 또한, 횡단면 관찰 위치 및 종단면 관찰 위치에서의 마이크로 조직이 상기 요건 (1) 내지 (6)을 충족하는 강재여도, 여전히, 열처리 변형을 충분히 억제할 수 없는 경우가 있었다. 따라서, 본 발명자들은 더욱 검토를 행하였다.However, even if the steel material has the above-mentioned chemical composition and the microstructure at the cross section observation position and the longitudinal section observation position satisfies the above requirements (1) to (6), there are still cases where heat treatment deformation cannot be sufficiently suppressed. . Therefore, the present inventors conducted further examination.

여기서, 본 발명자들은, 진공 침탄 처리 후의 마르텐사이트 변태에 착안하였다. 그리고, 본 발명자들은, 진공 침탄 ??칭 시의 마르텐사이트 변태의 발생 메커니즘에 대해서, 상세하게 검토를 행하였다.Here, the present inventors paid attention to the martensite transformation after vacuum carburizing. And the present inventors studied in detail about the generation mechanism of martensitic transformation at the time of vacuum carburizing quenching.

본 발명자들은 먼저, 상술한 화학 조성을 갖는 강재를 사용하여, 기계 구조용 부품의 각 부위에서의 마르텐사이트 변태 시기를 가능한 한 동일하게 함으로써, 열처리 변형을 억제하는 것을 시도하였다. 구체적으로는, 강재의 각 부위(횡단면 관찰 위치, 종단면 관찰 위치)에서의 마이크로 조직의 변동을 억제하고, 또한, 각 부위의 Ms점의 변동도 가능한 한 억제함으로써, 열처리 변형을 억제하는 것을 시도하였다.The inventors of the present invention first attempted to suppress heat treatment deformation by using a steel material having the above-described chemical composition and making the martensite transformation time at each site of a machine structural component the same as possible. Specifically, an attempt was made to suppress heat treatment deformation by suppressing fluctuations in the microstructure at each site (cross-section observation position, longitudinal section observation position) of the steel material, and also suppressing fluctuations in the Ms point at each site as much as possible. .

그러나, 본 발명자들의 조사 결과, 상술한 화학 조성의 강재의 각 부위에서의 마이크로 조직의 변동을 억제해도, 강재의 각 부위에서 마르텐사이트 변태 시기가 어떻게 해도 미소하게 어긋나 버려, 각 부위에서 동일 시기에 마르텐사이트 변태시키는 것은 매우 곤란한 것이 판명되었다. 구체적으로는, 진공 침탄 처리에서의 급랭 시의 시간을 미소 시간으로 구획한 경우, 비록 강재의 횡단면 관찰 위치 및 종단면 관찰 위치에서의 마이크로 조직의 변동을 극한까지 억제해도, 강재 내에 있어서, 마르텐사이트 변태를 하고 있는 부분(이하, 「마르텐사이트 변태 부분」이라고도 함)과, 마르텐사이트 변태하고 있지 않은 부분(이하, 「마르텐사이트 미변태 부분」이라고도 함)이 혼재하는 미소 시간대가 어떻게 해도 발생해 버리는 것이 판명되었다.However, as a result of investigation by the present inventors, even if the variation of the microstructure in each part of the steel material having the above-mentioned chemical composition is suppressed, the martensite transformation time in each part of the steel material is slightly shifted anyway, and the same time in each part The martensitic transformation has proven to be very difficult. Specifically, when the time at the time of rapid cooling in the vacuum carburizing treatment is divided into minute periods, even if the variation of the microstructure at the cross-section observation position and the longitudinal section observation position of the steel material is suppressed to the limit, martensitic transformation occurs in the steel material. A micro-period in which a part that has undergone (hereinafter referred to as "martensite transformation part") and a part that has not undergone martensite transformation (hereinafter also referred to as "martensite non-transformed part") coexist occurs anyway. Turned out.

진공 침탄 처리 시에 있어서의 강재의 마이크로 조직 변화는 다음과 같이 발생한다고 생각된다.It is considered that the microstructure change of steel materials during vacuum carburizing occurs as follows.

??칭 시간(급랭 시간)을 미소 시간으로 구획한 경우, 먼저, 강재 내부의 일부에서 마르텐사이트 변태가 개시된다. 그 후, 시간의 진행과 함께, 중심 부분으로부터 표층 부분 방향으로, 마르텐사이트 변태가 진행된다. 즉, 마르텐사이트 변태는, 강재의 표층으로부터가 아니라, 강재의 내부로부터 발생한다.When the quenching time (quick cooling time) is divided into minute time, first, martensitic transformation is started in a part of the inside of the steel material. Then, with the progress of time, martensitic transformation proceeds from the central portion toward the surface layer portion. That is, martensitic transformation occurs not from the surface layer of steel materials but from the inside of steel materials.

진공 침탄 처리에 의해, 강재 표층의 탄소 농도는 강재 내부의 탄소 농도보다도 높게 되어 있다. 그 때문에, 강재 표층의 Ms점은, 강재 내부의 Ms점보다도 낮다. 또한, 가령, 강재 내부의 각 부위에서 Ms점을 균일하게 하는 것이 가능해도, 강재의 형상에 기인하여 각 부위의 냉각 속도는 완전히 동일하게는 되지 않는다. 그 때문에, ??칭 시간을 미소 시간으로 구획한 경우, 강재의 각 부위 중, 강재 내부의 냉각 속도가 빠른 부위부터 마르텐사이트 변태가 개시된다. 그 때문에, 가스 침탄 처리의 ??칭 시에 있어서, 마르텐사이트 변태 부분과 마르텐사이트 미변태 부분이 혼재하는 미소 시간대가 반드시 발생한다.Due to the vacuum carburizing treatment, the carbon concentration in the steel material surface layer is higher than the carbon concentration in the steel material interior. Therefore, the Ms point of the steel material surface layer is lower than the Ms point of the inside of the steel material. In addition, even if it is possible to make the Ms point uniform at each part inside the steel material, the cooling rate of each part is not completely the same due to the shape of the steel material. Therefore, when the quenching time is divided into minute time periods, martensitic transformation starts from a part where the cooling rate inside the steel material is high among the parts of the steel material. Therefore, at the time of quenching in the gas carburizing treatment, a minute time zone in which the martensite transformed portion and the martensite non-transformed portion coexist is always generated.

이상의 지견에 기초하여, 본 발명자들은, 마르텐사이트 변태 시기를 가능한 한 동일하게 하여 열처리 변형을 억제하는 것이 아니라, 진공 침탄 처리 시에 있어서, 마르텐사이트 변태 부분과 마르텐사이트 미변태 부분이 혼재하는 미소 시간대가 반드시 존재하는 것을 전제로 하여, 열처리 변형의 억제 수단을 검토하였다.Based on the above knowledge, the present inventors do not suppress heat treatment deformation by making the martensite transformation period the same as possible, but in the case of vacuum carburizing, a micro time period in which the martensitic transformation part and the martensite non-transformation part coexist On the premise that necessarily exists, means for suppressing heat treatment deformation were examined.

??칭 시에 있어서, 마르텐사이트 미변태 부분은 마르텐사이트 변태 부분보다도 연질이다. 또한, 체심 입방 격자 구조를 갖는 마르텐사이트 변태 부분은, 면심 입방 격자 구조를 갖는 마르텐사이트 미변태 부분에 비해 체적이 크다. 그 때문에, ??칭 시에 있어서, 강재의 일부가 마르텐사이트 변태함으로써, 마르텐사이트 변태 부분과 마르텐사이트 미변태 부분이 혼재하는 경우, 마르텐사이트 미변태 부분에 변형이 발생한다. 이 변형이 열처리 변형을 야기한다고 생각된다.At the time of quenching, the martensitic non-transformed portion is softer than the martensite-transformed portion. In addition, the martensitic transformation portion having a body-centered cubic lattice structure has a larger volume than the martensite untransformed portion having a face-centered cubic lattice structure. Therefore, at the time of quenching, when a martensitic transformation part and a martensitic untransformed part coexist because a part of a steel material undergoes martensitic transformation, deformation arises in a martensitic untransformed part. It is thought that this deformation causes heat treatment deformation.

그래서 본 발명자들은, 진공 침탄 처리 시에 있어서, 마르텐사이트 변태 부분과 마르텐사이트 미변태 부분이 혼재하는 미소 시간대가 존재하는 것을 전제로 한 경우, 마르텐사이트 변태 부분이 생성된 시점에서의 마르텐사이트 미변태 부분의 강도를 높게 유지할 수 있으면, 마르텐사이트 미변태 부분의 변형의 발생을 억제할 수 있고, 그 결과, 열처리 변형을 억제할 수 있다고 생각하였다.Therefore, the inventors of the present invention, in the case of vacuum carburizing, on the premise that there exists a minute period in which the martensitic transformation part and the martensite non-transformation part coexist, the martensite non-transformation at the time when the martensitic transformation part is generated It was thought that if the strength of the portion can be maintained high, the generation of deformation of the martensitic untransformed portion can be suppressed, and as a result, heat treatment deformation can be suppressed.

따라서, 본 발명자들은, 진공 침탄 처리의 ??칭 시에 마르텐사이트 변태 부분이 생성되었을 때의 마르텐사이트 미변태 부분의 강도를 높게 유지하는 수단에 대해서, 더욱 검토를 행하였다. 상술한 화학 조성을 갖는 강재에 있어서, 마르텐사이트 변태 부분이 생성되는 온도역에서의 마르텐사이트 미변태 부분의 강도를 높이기 위해서는, 마르텐사이트 변태 부분이 생성되는 온도역에서 마르텐사이트 미변태 부분을 강화하는 원소를 적절하게 함유하는 것이 유효하다.Therefore, the inventors of the present invention further studied a means for maintaining high strength of the martensite non-transformed portion when the martensite transformed portion was generated during quenching in the vacuum carburizing treatment. In the steel material having the above chemical composition, in order to increase the strength of the martensitic untransformed portion in the temperature range where the martensitic transformation portion is generated, an element that strengthens the martensitic nontransformed portion in the temperature range where the martensitic transformation portion is generated. It is effective to appropriately contain.

상술한 화학 조성에 있어서, 마르텐사이트 변태 부분이 생성되는 온도역에서의 마르텐사이트 미변태 부분의 강도를 높이는 원소로서, C, Si, Mn, Cr 및 Mo가 유효하다고 본 발명자들은 생각하였다. 그래서, 이들 원소와, 가스 침탄 처리의 ??칭 시에서의 열처리 변형량의 관계에 대해서, 더욱 검토를 행하였다. 그 결과, 상술한 화학 조성의 강재에 있어서 또한, 다음 식 (2)를 충족함으로써, 열처리 변형이 현저하게 억제되는 것이 판명되었다.In the above-mentioned chemical composition, the present inventors considered that C, Si, Mn, Cr, and Mo are effective as elements that increase the strength of the martensitic untransformed portion in the temperature range where the martensitic transformation portion is generated. Therefore, further studies were conducted on the relationship between these elements and the heat treatment deformation amount at the time of quenching in gas carburizing treatment. As a result, it was found that heat treatment deformation is remarkably suppressed by satisfying the following formula (2) in the steel material having the above-mentioned chemical composition.

1-(0.5C+0.03Si+0.06Mn+0.01Cr+0.05Mo)<0.800 (2)1-(0.5C+0.03Si+0.06Mn+0.01Cr+0.05Mo)<0.800 (2)

여기서, 식 (2) 중의 각 원소 기호에는, 대응하는 원소의 함유량(질량%)이 대입된다. 대응하는 원소가 함유되어 있지 않은 경우, 그 원소 기호에는 「0」이 대입된다.Here, the content (mass %) of the corresponding element is substituted for each element symbol in Formula (2). When the corresponding element is not contained, "0" is substituted for the element symbol.

F2=1-(0.5C+0.03Si+0.06Mn+0.01Cr+0.05Mo)라고 정의한다. 도 1은 화학 조성 중의 각 원소 함유량이 상술한 범위 내이며, 또한, 횡단면 관찰 위치 및 종단면 관찰 위치에서의 마이크로 조직의 변동이 상술한 요건을 충족시키는 강재에 있어서의, F2값과 최대 변형량비(%)의 관계를 도시하는 도면이다. 최대 변형량비는 열처리 변형의 지표이다. 최대 변형량비가 클수록, 강재의 열처리 변형이 큰 것을 나타낸다. 최대 변형량비는, 후술하는 방법에 의해 구하였다.It is defined as F2=1-(0.5C+0.03Si+0.06Mn+0.01Cr+0.05Mo). 1 shows the F2 value and the maximum deformation amount ratio ( It is a figure showing the relationship of %). The maximum deformation amount ratio is an index of heat treatment deformation. The larger the maximum deformation amount ratio, the larger the heat treatment deformation of the steel material. The maximum deformation amount ratio was obtained by the method described later.

도 1을 참조하여, 화학 조성 중의 각 원소 함유량이 상술한 범위 내이며, 또한, 횡단면 관찰 위치 및 종단면 관찰 위치에서의 마이크로 조직이 상술한 조건 (1) 내지 (6)을 충족시키는 강재에서는, F2의 저하에 수반하여, 최대 변형량비가 저하된다. 그리고, F2가 0.800 미만이 된 경우, 최대 변형량비가 현저하게 저하된다. 즉, F2에 대한 최대 변형량비는, F2=0.800 부근에서 변곡점을 갖는다. 따라서, F2가 0.800 미만이면, 침탄 ??칭 시의 강재의 열처리 변형을 충분히 억제할 수 있다.Referring to FIG. 1, in a steel material in which the content of each element in the chemical composition is within the above-mentioned range and the microstructure at the cross-section observation position and the longitudinal section observation position satisfies the above-mentioned conditions (1) to (6), F2 Accompanying the decrease in , the maximum deformation amount ratio decreases. And, when F2 becomes less than 0.800, the maximum deformation amount ratio is remarkably lowered. That is, the maximum deformation amount ratio to F2 has an inflection point around F2 = 0.800. Therefore, if F2 is less than 0.800, heat treatment deformation of steel materials at the time of carburizing quenching can fully be suppressed.

이상과 같이, 본 발명자들은, 상술한 화학 조성을 갖는 강재에 있어서, 횡단면 관찰 위치 및 종단면 관찰 위치의 마이크로 조직의 변동을 억제하여 ??칭 시의 마르텐사이트 변태의 발생 타이밍의 변동을 어느 정도 억제하면서, ??칭 시에 있어서 마르텐사이트 변태 부분과 마르텐사이트 미변태 부분이 혼재하는 미소 시간대가 어떻게 해도 발생하는 것을 전제로 하여, F2를 0.800 미만으로 함으로써, 우수한 피삭성을 갖고, 진공 침탄 처리 후에 우수한 굽힘 피로 강도 및 우수한 면 피로 강도를 갖고, 또한, 진공 침탄 처리 후의 열처리 변형을 충분히 억제할 수 있는 것을 알아냈다.As described above, the inventors of the present invention, in the steel material having the above-mentioned chemical composition, while suppressing fluctuations in the timing of occurrence of martensitic transformation during quenching by suppressing fluctuations in the microstructure of the cross-section observation position and the longitudinal section observation position to some extent, , On the premise that at the time of quenching, a minute time period in which the martensitic transformation part and the martensite non-transformation part coexist occurs anyway, by setting F2 to less than 0.800, it has excellent machinability and excellent after vacuum carburizing treatment It has been found that it has bending fatigue strength and excellent face fatigue strength, and can sufficiently suppress heat treatment deformation after vacuum carburizing.

이상의 지견에 기초하여 완성된 본 실시 형태에 의한 강재는, 다음의 구성을 갖는다.The steel materials according to this embodiment completed based on the above knowledge have the following structure.

[1][One]

강재이며,is steel,

화학 조성이, 질량%로,Chemical composition, in mass%,

C: 0.18 내지 0.25%,C: 0.18 to 0.25%;

Si: 0.70 내지 2.00%,Si: 0.70 to 2.00%;

Mn: 0.70 내지 1.50%,Mn: 0.70 to 1.50%;

S: 0.005 내지 0.050%,S: 0.005 to 0.050%;

N: 0.0050 내지 0.0200%,N: 0.0050 to 0.0200%;

Al: 0.001 내지 0.100%,Al: 0.001 to 0.100%;

O: 0.0050% 이하, 및O: 0.0050% or less, and

P: 0.030% 이하를 함유하고,P: contains 0.030% or less;

잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 또한, 식 (1) 및 식 (2)를 충족하고,The remainder consists of Fe and impurities, and also satisfies formulas (1) and (2),

상기 강재의 길이 방향에 수직인 단면이며 반경 R의 원 형상인 횡단면에 있어서,In the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the steel material and circular in shape with a radius R,

상기 횡단면의 중심 위치, 및 상기 횡단면의 중심으로부터 직경 방향으로 R/2의 위치이며 상기 횡단면의 중심 둘레에 45° 피치로 배치되는 8개소의 상기 R/2 위치를, 9개소의 횡단면 관찰 위치로 정의했을 때,The position of the center of the cross section and the position of R/2 in the radial direction from the center of the cross section and the R/2 positions of eight locations arranged at a pitch of 45° around the center of the cross section as nine cross section observation positions. When defined,

상기 각 횡단면 관찰 위치에서의 마이크로 조직은, 페라이트를 함유하고, 잔부는 펄라이트 및/또는 베이나이트로 이루어지고,The microstructure at each of the above cross-sectional observation positions contains ferrite, and the remainder is composed of pearlite and/or bainite,

상기 9개소의 횡단면 관찰 위치에서의 페라이트의 면적 분율의 산술 평균값은 50 내지 70%이며, 또한, 상기 페라이트 면적 분율의 표준 편차는 4.0% 이하이고,The arithmetic average value of the area fraction of ferrite at the nine cross-sectional observation positions is 50 to 70%, and the standard deviation of the ferrite area fraction is 4.0% or less,

상기 9개소의 횡단면 관찰 위치에서의 페라이트의 평균 입경 중, 최소의 평균 입경에 대한 최대의 평균 입경의 비가 2.00 이하이고,Among the average grain diameters of ferrite at the nine cross-sectional observation positions, the ratio of the maximum average grain diameter to the minimum average grain diameter is 2.00 or less,

상기 강재의 길이 방향에 평행한 단면이며 상기 강재의 중심축을 포함하는 종단면에 있어서,In the longitudinal section, which is a cross section parallel to the longitudinal direction of the steel member and includes the central axis of the steel member,

상기 중심축 상에 R/2 피치로 배치되는 3개소의 중심축 위치, 및 상기 각 중심축 위치로부터 상기 직경 방향으로 R/2의 위치에 배치되는 6개소의 상기 R/2 위치를, 9개소의 종단면 관찰 위치로 정의했을 때,Three central axis positions arranged at R/2 pitch on the central axis, and six R/2 positions arranged at R/2 positions in the radial direction from each central axis position, When defined as the longitudinal section observation position of

상기 각 종단면 관찰 위치에서의 마이크로 조직은, 페라이트를 함유하고, 잔부는 펄라이트 및/또는 베이나이트로 이루어지고,The microstructure at each longitudinal section observation position contains ferrite, and the remainder is composed of pearlite and/or bainite,

상기 9개소의 종단면 관찰 위치에서의 페라이트의 면적 분율의 산술 평균값은 50 내지 70%이며, 또한, 상기 페라이트 면적 분율의 표준 편차는 4.0% 이하이고,The arithmetic average value of the area fraction of ferrite at the nine positions of longitudinal section observation is 50 to 70%, and the standard deviation of the area fraction of ferrite is 4.0% or less,

상기 9개소의 종단면 관찰 위치에서의 페라이트의 평균 입경 중, 최소의 평균 입경에 대한 최대의 평균 입경의 비가 2.00 이하인,Among the average grain diameters of ferrite at the nine longitudinal cross-sectional observation positions, the ratio of the maximum average grain diameter to the minimum average grain diameter is 2.00 or less,

강재.steel.

Si/Mn≥1.00 (1)Si/Mn≥1.00 (1)

1-(0.5C+0.03Si+0.06Mn+0.01Cr+0.05Mo)<0.800 (2)1-(0.5C+0.03Si+0.06Mn+0.01Cr+0.05Mo)<0.800 (2)

여기서, 식 (1) 및 식 (2) 중의 각 원소 기호에는, 대응하는 원소의 함유량(질량%)이 대입된다. 대응하는 원소가 함유되어 있지 않은 경우, 그 원소 기호에는 「0」이 대입된다. Here, the content (mass %) of the corresponding element is substituted for each element symbol in Formulas (1) and (2). When the corresponding element is not contained, "0" is substituted for the element symbol.

[2][2]

[1]에 기재된 강재이며,It is the steel material described in [1],

상기 화학 조성은 또한, 상기 Fe의 일부 대신에,The chemical composition also, instead of part of the Fe,

Mo: 0.50% 이하,Mo: 0.50% or less;

Nb: 0.050% 이하,Nb: 0.050% or less;

Cr: 0.60% 이하Cr: 0.60% or less

Ti: 0.020% 이하,Ti: 0.020% or less;

Cu: 0.50% 이하,Cu: 0.50% or less;

Ni: 0.80% 이하,Ni: 0.80% or less;

V: 0.30% 이하,V: 0.30% or less;

Mg: 0.0035% 이하,Mg: 0.0035% or less;

Ca: 0.0030% 이하, 및Ca: 0.0030% or less, and

희토류 원소: 0.0050% 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 원소 이상을 함유하는,Rare earth elements: containing at least one element selected from the group consisting of 0.0050% or less,

강재.steel.

이하, 본 실시 형태의 강재에 대해서 상세하게 설명한다. 원소에 관한 「%」는, 특별히 언급이 없는 한, 질량%를 의미한다.Hereinafter, the steel materials of this embodiment are demonstrated in detail. "%" for an element means mass % unless otherwise specified.

[강재의 화학 조성][Chemical composition of steel]

강재의 화학 조성은, 다음의 원소를 함유한다.The chemical composition of steel materials contains the following elements.

C: 0.18 내지 0.25%C: 0.18 to 0.25%

탄소(C)는, 강재의 강도를 높인다. C 함유량이 0.18% 미만이면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는다.Carbon (C) increases the strength of steel materials. If the C content is less than 0.18%, the above effect is not sufficiently obtained even if the other element content is within the range of the present embodiment.

한편, C 함유량이 0.25%를 초과하면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, ??칭성이 과잉으로 높아진다. 이 경우, 진공 침탄 처리 후의 기계 구조용 부품의 경도가 과잉으로 높아진다. 그 결과, 기계 구조용 부품의 피삭성이 현저하게 저하된다.On the other hand, when the C content exceeds 0.25%, the quenching property becomes excessively high even if the other element content is within the range of the present embodiment. In this case, the hardness of the mechanical structural parts after the vacuum carburizing treatment becomes excessively high. As a result, the machinability of the parts for machine structure is remarkably lowered.

따라서, C 함유량은 0.18 내지 0.25%이다. C 함유량의 바람직한 하한은 0.19%이며, 더욱 바람직하게는 0.20%이며, 더욱 바람직하게는 0.21%이다. C 함유량의 바람직한 상한은 0.24%이며, 더욱 바람직하게는 0.23%이며, 더욱 바람직하게는 0.22%이다.Therefore, the C content is 0.18 to 0.25%. The lower limit of the C content is preferably 0.19%, more preferably 0.20%, still more preferably 0.21%. The upper limit of the C content is preferably 0.24%, more preferably 0.23%, still more preferably 0.22%.

Si: 0.70 내지 2.00%Si: 0.70 to 2.00%

실리콘(Si)은, 강재의 ??칭성을 높여, 강재의 강도를 높인다. Si는 또한, 강재를 기계 구조용 부품으로 했을 때의 경화층의 템퍼링 연화 저항을 높인다. 그 때문에, 기계 구조용 부품의 면 피로 강도가 높아진다. Si 함유량이 0.70% 미만이면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는다.Silicon (Si) enhances the hardenability of steel materials and increases the strength of steel materials. Si also enhances the temper softening resistance of the hardened layer when steel materials are used as parts for mechanical structures. Therefore, the surface fatigue strength of the mechanical structural parts is increased. If the Si content is less than 0.70%, the above effect is not sufficiently obtained even if the other element content is within the range of the present embodiment.

한편, Si 함유량이 2.00%를 초과하면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, ??칭성이 너무 높아진다. 그 때문에, 진공 침탄 처리 후의 강재의 경도가 높아진다. 그 때문에, 강재의 피삭성이 현저하게 저하된다.On the other hand, when the Si content exceeds 2.00%, the quenchability becomes too high even if the other element content is within the range of the present embodiment. Therefore, the hardness of steel materials after vacuum carburizing treatment increases. Therefore, the machinability of steel materials deteriorates remarkably.

따라서, Si 함유량은 0.70 내지 2.00%이다. Si 함유량의 바람직한 하한은 0.71%이며, 더욱 바람직하게는 0.72%이며, 더욱 바람직하게는 0.75%이다. Si 함유량의 바람직한 상한은 1.90%이며, 더욱 바람직하게는 1.70%이며, 더욱 바람직하게는 1.50%이며, 더욱 바람직하게는 1.47%이며, 더욱 바람직하게는 1.45%이다.Therefore, the Si content is 0.70 to 2.00%. The lower limit of the Si content is preferably 0.71%, more preferably 0.72%, still more preferably 0.75%. The upper limit of the Si content is preferably 1.90%, more preferably 1.70%, still more preferably 1.50%, still more preferably 1.47%, still more preferably 1.45%.

Mn: 0.70 내지 1.50%Mn: 0.70 to 1.50%

망간(Mn)은, 강재의 ??칭성을 높여, 기계 구조용 부품의 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도를 높인다. Mn 함유량이 0.70% 미만이면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는다.Manganese (Mn) enhances the hardenability of steel materials and increases the bending fatigue strength and surface fatigue strength of mechanical structural parts. If the Mn content is less than 0.70%, even if the other element content is within the range of the present embodiment, the above effect is not sufficiently obtained.

한편, Mn 함유량이 1.50%를 초과하면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 강재가 너무 단단해진다. 이 경우, 강재의 피삭성이 저하된다.On the other hand, when the Mn content exceeds 1.50%, the steel materials become too hard even if the other element content is within the range of the present embodiment. In this case, the machinability of steel materials deteriorates.

따라서, Mn 함유량은 0.70 내지 1.50%이다. Mn 함유량의 바람직한 하한은 0.70% 초과이며, 더욱 바람직하게는 0.75%이며, 더욱 바람직하게는 0.80%이다. Mn 함유량의 바람직한 상한은 1.50% 미만이고, 더욱 바람직하게는 1.45%이며, 더욱 바람직하게는 1.40%이며, 더욱 바람직하게는 1.35%이다.Therefore, the Mn content is 0.70 to 1.50%. A preferable lower limit of the Mn content is more than 0.70%, more preferably 0.75%, still more preferably 0.80%. The preferable upper limit of the Mn content is less than 1.50%, more preferably 1.45%, still more preferably 1.40%, still more preferably 1.35%.

S: 0.005 내지 0.050%S: 0.005 to 0.050%

황(S)은, Mn과 결합하여 MnS를 형성한다. MnS는, 강재의 피삭성을 높인다. S 함유량이 0.005% 미만이면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는다.Sulfur (S) combines with Mn to form MnS. MnS improves the machinability of steel materials. If the S content is less than 0.005%, the above effect is not sufficiently obtained even if the other element content is within the range of the present embodiment.

한편, S 함유량이 0.050%를 초과하면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, MnS가 과잉으로 형성된다. 이 경우, 기계 구조용 부품의 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도가 저하된다.On the other hand, when the S content exceeds 0.050%, MnS is excessively formed even when the other element content is within the range of the present embodiment. In this case, the bending fatigue strength and surface fatigue strength of the mechanical structural parts are lowered.

따라서, S 함유량은 0.005 내지 0.050%이다. S 함유량의 바람직한 하한은 0.010%이며, 더욱 바람직하게는 0.013%이며, 더욱 바람직하게는 0.015%이다. S 함유량의 바람직한 상한은 0.050% 미만이고, 더욱 바람직하게는 0.035%이며, 더욱 바람직하게는 0.025%이다.Therefore, the S content is 0.005 to 0.050%. The lower limit of the S content is preferably 0.010%, more preferably 0.013%, still more preferably 0.015%. The upper limit of the S content is preferably less than 0.050%, more preferably 0.035%, still more preferably 0.025%.

N: 0.0050 내지 0.0200%N: 0.0050 to 0.0200%

질소(N)는, Al 및 Nb와 결합하여, AlN 및 NbN을 형성한다. AlN 및 NbN은, 피닝 효과에 의해, 진공 침탄 처리의 가열 시에 있어서의 결정립의 조대화를 억제한다. N 함유량이 0.0050% 미만이면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는다.Nitrogen (N) combines with Al and Nb to form AlN and NbN. AlN and NbN suppress coarsening of crystal grains at the time of heating in vacuum carburizing treatment by a pinning effect. If the N content is less than 0.0050%, even if the other element content is within the range of the present embodiment, the above effect is not sufficiently obtained.

한편, N 함유량이 0.0200%를 초과하면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 제강 공정에 있어서, 제조한 주편 또는 잉곳의 표면에 흠집이 발생하기 쉬워진다.On the other hand, when the N content exceeds 0.0200%, even if the other element content is within the range of the present embodiment, in the steelmaking process, the surface of the cast steel or ingot produced is liable to be scratched.

따라서, N 함유량은 0.0050 내지 0.0200%이다. N 함유량의 바람직한 하한은 0.0100%이며, 더욱 바람직하게는 0.0120%이며, 더욱 바람직하게는 0.0130%이다. N 함유량의 바람직한 상한은 0.0200% 미만이고, 더욱 바람직하게는 0.0190%이며, 더욱 바람직하게는 0.0180%이며, 더욱 바람직하게는 0.0150%이다.Therefore, the N content is 0.0050 to 0.0200%. The lower limit of the N content is preferably 0.0100%, more preferably 0.0120%, still more preferably 0.0130%. The upper limit of the N content is preferably less than 0.0200%, more preferably 0.0190%, still more preferably 0.0180%, still more preferably 0.0150%.

Al: 0.001 내지 0.100%Al: 0.001 to 0.100%

알루미늄(Al)은, 강을 탈산한다. Al은 또한, N과 결합하여 AlN을 형성한다. AlN은, 피닝 효과에 의해, 진공 침탄 처리의 가열 시에 있어서의 결정립의 조대화를 억제한다. Al 함유량이 0.001% 미만이면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는다.Aluminum (Al) deoxidizes steel. Al also combines with N to form AlN. AlN suppresses coarsening of crystal grains at the time of heating in vacuum carburizing treatment by a pinning effect. If the Al content is less than 0.001%, the above effect is not sufficiently obtained even if the other element content is within the range of the present embodiment.

한편, Al 함유량이 0.100%를 초과하면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 조대한 Al 산화물의 형성이 촉진된다. 조대한 Al 산화물은, 기계 구조용 부품의 굽힘 피로 강도를 저하시킨다.On the other hand, when the Al content exceeds 0.100%, formation of coarse Al oxide is promoted even when other element contents are within the range of the present embodiment. Coarse Al oxide lowers the bending fatigue strength of mechanical structural parts.

따라서, Al 함유량은 0.001 내지 0.100%이다. Al 함유량의 바람직한 하한은 0.010%이며, 더욱 바람직하게는 0.020%이며, 더욱 바람직하게는 0.025%이며, 더욱 바람직하게는 0.027%이며, 더욱 바람직하게는 0.030%이다. Al 함유량의 바람직한 상한은 0.090%이며, 더욱 바람직하게는 0.070%이며, 더욱 바람직하게는 0.050%이며, 더욱 바람직하게는 0.045%이며, 더욱 바람직하게는 0.040%이며, 더욱 바람직하게는 0.035%이다.Therefore, the Al content is 0.001 to 0.100%. The preferable lower limit of the Al content is 0.010%, more preferably 0.020%, still more preferably 0.025%, still more preferably 0.027%, still more preferably 0.030%. The preferable upper limit of the Al content is 0.090%, more preferably 0.070%, still more preferably 0.050%, still more preferably 0.045%, still more preferably 0.040%, still more preferably 0.035%.

O(산소): 0.0050% 이하O (oxygen): 0.0050% or less

산소(O)는 불순물이다. O는 강재 중의 다른 원소와 결합하여 조대한 산화물계 개재물을 형성한다. 조대한 산화물계 개재물은, 기계 구조용 부품의 굽힘 피로 강도를 저하시킨다. O 함유량이 0.0050%를 초과하면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 기계 구조용 부품의 굽힘 피로 강도가 현저하게 저하된다.Oxygen (O) is an impurity. O combines with other elements in steel to form coarse oxide-based inclusions. Coarse oxide-based inclusions reduce the bending fatigue strength of mechanical structural parts. When the O content exceeds 0.0050%, the bending fatigue strength of the mechanical structural parts is remarkably reduced even when the other element contents are within the range of the present embodiment.

따라서, O 함유량은 0.0050% 이하이다. O 함유량의 바람직한 상한은 0.0040%이며, 더욱 바람직하게는 0.0030%이며, 더욱 바람직하게는 0.0020%이며, 더욱 바람직하게는 0.0015%이다.Therefore, the O content is 0.0050% or less. The upper limit of the O content is preferably 0.0040%, more preferably 0.0030%, still more preferably 0.0020%, still more preferably 0.0015%.

O 함유량은 가능한 한 낮은 편이 바람직하다. 그러나, O 함유량의 과잉의 저감은, 제조 비용을 인상한다. 따라서, 통상의 공업 생산을 고려한 경우, O 함유량의 바람직한 하한은 0% 초과이며, 더욱 바람직하게는 0.0001%이며, 더욱 바람직하게는 0.0005%이며, 더욱 바람직하게는 0.0010%이다.The one where O content is as low as possible is preferable. However, excessive reduction of O content raises manufacturing cost. Therefore, considering normal industrial production, the lower limit of the O content is preferably more than 0%, more preferably 0.0001%, still more preferably 0.0005%, still more preferably 0.0010%.

P: 0.030% 이하P: 0.030% or less

인(P)은 불순물이다. P는 입계에 편석되어 입계 강도를 저하시킨다. P 함유량이 0.030%를 초과하면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, P가 입계에 과잉으로 편석되어 입계 강도를 저하시키고, 그 결과, 기계 구조용 부품의 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도가 저하된다.Phosphorus (P) is an impurity. P is segregated at the grain boundary and lowers the grain boundary strength. When the P content exceeds 0.030%, even if the other element content is within the range of the present embodiment, P is excessively segregated at the grain boundary to lower the grain boundary strength, and as a result, the bending fatigue strength and face fatigue strength of mechanical structural parts are improved. It is lowered.

따라서, P 함유량은 0.030% 이하이다. P 함유량의 바람직한 상한은 0.025%이며, 더욱 바람직하게는 0.020%이며, 더욱 바람직하게는 0.015%이다.Therefore, the P content is 0.030% or less. The upper limit of the P content is preferably 0.025%, more preferably 0.020%, still more preferably 0.015%.

P 함유량은 가능한 한 낮은 편이 바람직하다. 그러나, P 함유량의 과잉의 저감은 제조 비용을 인상한다. 따라서, 통상의 공업 생산을 고려한 경우, P 함유량의 바람직한 하한은 0% 초과이며, 더욱 바람직하게는 0.001%이며, 더욱 바람직하게는 0.005%이며, 더욱 바람직하게는 0.010%이다.The one where P content is as low as possible is preferable. However, excessive reduction of P content raises manufacturing cost. Therefore, considering normal industrial production, the lower limit of the P content is preferably more than 0%, more preferably 0.001%, still more preferably 0.005%, still more preferably 0.010%.

본 실시 형태에 의한 강재의 화학 조성의 잔부는, Fe 및 불순물로 이루어진다. 여기서, 불순물이란, 강재를 공업적으로 제조할 때, 원료로서의 광석, 스크랩, 또는 제조 환경 등으로부터 혼입되는 것이며, 본 실시 형태의 강재에 악영향을 미치지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다. 여기서 말하는 불순물은, B, Pb, W, Sb, Bi, Co, Ta, Sn, In, Zr, Te, Se 및 Zn 등이다. O 및 P 이외의 불순물의 합계 함유량은 0.01% 이하이다. 또한, 상기 불순물 중, B 함유량은 0.0003% 이하이다.The rest of the chemical composition of the steel materials according to this embodiment consists of Fe and impurities. Here, impurities mean that they are mixed from ore as a raw material, scrap, or the manufacturing environment when steel materials are industrially manufactured, and are permitted within a range that does not adversely affect the steel materials of the present embodiment. The impurities referred to herein include B, Pb, W, Sb, Bi, Co, Ta, Sn, In, Zr, Te, Se, and Zn. The total content of impurities other than O and P is 0.01% or less. Also, among the impurities, the B content is 0.0003% or less.

[임의 원소(optional elements)에 대해서][For optional elements]

본 실시 형태의 강재의 화학 조성은 또한, Fe의 일부 대신에,The chemical composition of the steel of this embodiment is also, instead of part of Fe,

Mo: 0.50% 이하,Mo: 0.50% or less;

Nb: 0.050% 이하,Nb: 0.050% or less;

Cr: 0.60% 이하,Cr: 0.60% or less;

Ti: 0.020% 이하,Ti: 0.020% or less;

Cu: 0.50% 이하,Cu: 0.50% or less;

Ni: 0.80% 이하,Ni: 0.80% or less;

V: 0.30% 이하,V: 0.30% or less;

Mg: 0.0035% 이하,Mg: 0.0035% or less;

Ca: 0.0030% 이하, 및Ca: 0.0030% or less, and

희토류 원소: 0.0050% 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 원소 이상을 함유해도 된다. 이들 원소는 임의 원소이며, 모두, 기계 구조용 부품의 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도를 높인다.Rare earth elements: You may contain one or more elements selected from the group consisting of 0.0050% or less. These elements are arbitrary elements, and all increase the bending fatigue strength and surface fatigue strength of mechanical structural parts.

Mo: 0.50% 이하Mo: 0.50% or less

몰리브덴(Mo)은 임의 원소이며, 함유되지 않아도 된다. 즉, Mo 함유량은 0%여도 된다. 함유되는 경우, Mo는 강재의 ??칭성을 높여, 기계 구조용 부품의 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도를 높인다. Mo가 조금이라도 함유되면, 상기 효과가 어느 정도 얻어진다.Molybdenum (Mo) is an arbitrary element and does not need to be contained. That is, the Mo content may be 0%. When contained, Mo enhances the quenchability of steel materials and increases the bending fatigue strength and surface fatigue strength of mechanical structural parts. When Mo is contained even in small amounts, the above effect is obtained to some extent.

그러나, Mo 함유량이 0.50%를 초과하면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 강재가 너무 단단해진다. 이 경우, 강재의 피삭성이 저하된다.However, when the Mo content exceeds 0.50%, the steel materials become too hard even if the other element content is within the range of the present embodiment. In this case, the machinability of steel materials deteriorates.

따라서, Mo 함유량은 0 내지 0.50%이며, 함유되는 경우, 0.50% 이하(즉, 0 초과 내지 0.50%)이다.Therefore, the Mo content is 0 to 0.50%, and when contained, it is 0.50% or less (ie, more than 0 to 0.50%).

Mo 함유량의 바람직한 하한은 0.01%이며, 더욱 바람직하게는 0.02%이며, 더욱 바람직하게는 0.05%이며, 더욱 바람직하게는 0.10%이다. Mo 함유량의 바람직한 상한은 0.50% 미만이고, 더욱 바람직하게는 0.45%이며, 더욱 바람직하게는 0.40%이며, 더욱 바람직하게는 0.35%이다.The lower limit of the Mo content is preferably 0.01%, more preferably 0.02%, still more preferably 0.05%, still more preferably 0.10%. The upper limit of the Mo content is preferably less than 0.50%, more preferably 0.45%, still more preferably 0.40%, still more preferably 0.35%.

Nb: 0.050% 이하Nb: 0.050% or less

니오븀(Nb)은, 임의 원소이며, 함유되지 않아도 된다. 즉, Nb 함유량은 0%여도 된다. 함유되는 경우, Nb는 C 및/또는 N과 결합하여 Nb 석출물(NbC, NbN, Nb(CN) 등)을 형성한다. Nb 석출물은, AlN과 마찬가지로, 피닝 효과에 의해, 가스 침탄 처리에서의 결정립의 조대화를 억제한다. 그 때문에, 기계 구조용 부품의 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도가 높아진다. Nb가 조금이라도 함유되면, 상기 효과가 어느 정도 얻어진다.Niobium (Nb) is an arbitrary element and does not need to be contained. That is, the Nb content may be 0%. When contained, Nb combines with C and/or N to form Nb precipitates (NbC, NbN, Nb(CN), etc.). Like AlN, Nb precipitates suppress coarsening of crystal grains in gas carburizing due to a pinning effect. Therefore, the bending fatigue strength and surface fatigue strength of the mechanical structural parts are increased. When even a little bit of Nb is contained, the above effect is obtained to some extent.

그러나, Nb 함유량이 0.050%를 초과하면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, Nb 석출물이 조대화된다. 이 경우, 가스 침탄 처리에서의 결정립의 조대화를 충분히 억제할 수 없다. 그 때문에, 기계 구조용 부품의 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도가 저하된다.However, when the Nb content exceeds 0.050%, the Nb precipitate is coarsened even if the other element content is within the range of the present embodiment. In this case, coarsening of crystal grains in the gas carburizing treatment cannot be sufficiently suppressed. As a result, the bending fatigue strength and surface fatigue strength of the mechanical structural parts are lowered.

따라서, Nb 함유량은 0 내지 0.050%이며, 함유되는 경우, 0.050% 이하(즉, 0 초과 내지 0.050%)이다.Therefore, the Nb content is 0 to 0.050%, and when contained, it is 0.050% or less (ie, more than 0 to 0.050%).

Nb 함유량의 바람직한 하한은 0.001%이며, 더욱 바람직하게는 0.010%이며, 더욱 바람직하게는 0.015%이며, 더욱 바람직하게는 0.020%이며, 더욱 바람직하게는 0.025%이다. Nb 함유량의 바람직한 상한은 0.050% 미만이고, 더욱 바람직하게는 0.045%이며, 더욱 바람직하게는 0.040%이며, 더욱 바람직하게는 0.035%이다.The lower limit of the Nb content is preferably 0.001%, more preferably 0.010%, still more preferably 0.015%, still more preferably 0.020%, still more preferably 0.025%. The upper limit of the Nb content is preferably less than 0.050%, more preferably 0.045%, still more preferably 0.040%, still more preferably 0.035%.

Cr: 0.60% 이하Cr: 0.60% or less

크롬(Cr)은, 임의 원소이며, 함유되지 않아도 된다. 즉, Cr 함유량은 0%여도 된다. 함유되는 경우, Cr은, 강재의 ??칭성을 높여, 기계 구조용 부품의 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도를 높인다. Cr이 조금이라도 함유되면, 상기 효과가 어느 정도 얻어진다.Chromium (Cr) is an arbitrary element and does not need to be contained. That is, the Cr content may be 0%. When contained, Cr enhances the quenchability of steel materials and raises the bending fatigue strength and the surface fatigue strength of a mechanical structural part. When even a little Cr is contained, the above effect is obtained to some extent.

그러나, Cr 함유량이 0.60%를 초과하면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 진공 침탄 처리 시에 기계 구조용 부품의 표층에 있어서, 과잉 침탄이 일어나기 쉬워진다. 이 경우, 조대한 시멘타이트가 입계에 생성된다. 그 때문에, 기계 구조용 부품의 굽힘 피로 강도가 저하된다.However, when the Cr content exceeds 0.60%, even if the other element content is within the range of the present embodiment, excessive carburization easily occurs in the surface layer of the mechanical structural component during vacuum carburizing treatment. In this case, coarse cementite is generated at the grain boundary. As a result, the bending fatigue strength of mechanical structural parts is lowered.

따라서, Cr 함유량은 0 내지 0.60%이며, 함유되는 경우, 0.60% 이하(즉, 0 초과 내지 0.60%)이다. Cr 함유량의 바람직한 하한은 0.01%이며, 더욱 바람직하게는 0.05%이며, 더욱 바람직하게는 0.10%이다. Cr 함유량의 바람직한 상한은 0.60% 미만이고, 더욱 바람직하게는 0.55%이며, 더욱 바람직하게는 0.50%이며, 더욱 바람직하게는 0.45%이며, 더욱 바람직하게는 0.40%이다.Therefore, the Cr content is 0 to 0.60%, and when it is contained, it is 0.60% or less (ie, more than 0 to 0.60%). The lower limit of the Cr content is preferably 0.01%, more preferably 0.05%, still more preferably 0.10%. The preferable upper limit of the Cr content is less than 0.60%, more preferably 0.55%, still more preferably 0.50%, still more preferably 0.45%, still more preferably 0.40%.

Ti: 0.020% 이하Ti: 0.020% or less

티타늄(Ti)은 임의 원소이며, 함유되지 않아도 된다. 즉, Ti 함유량은 0%여도 된다. 함유되는 경우, Ti는 Nb와 마찬가지로, Ti 석출물(TiC, TiN, Ti(CN) 등)을 형성한다. Ti 석출물은, 피닝 효과에 의해, 가스 침탄 처리에서의 결정립의 조대화를 억제한다. 그 때문에, 기계 구조용 부품의 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도가 높아진다. Ti가 조금이라도 함유되면, 상기 효과가 어느 정도 얻어진다.Titanium (Ti) is an arbitrary element and does not have to be contained. That is, the Ti content may be 0%. When contained, Ti forms Ti precipitates (TiC, TiN, Ti(CN), etc.) similarly to Nb. Ti precipitate suppresses coarsening of crystal grains in gas carburizing treatment by a pinning effect. Therefore, the bending fatigue strength and surface fatigue strength of the mechanical structural parts are increased. When even a little Ti is contained, the above effect is obtained to some extent.

그러나, Ti 함유량이 0.020%를 초과하면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, Ti 석출물이 조대화된다. 이 경우, 가스 침탄 처리에서의 결정립의 조대화를 충분히 억제할 수 없다. 그 때문에, 기계 구조용 부품의 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도가 저하된다.However, when Ti content exceeds 0.020%, Ti precipitate coarsens even if other element content falls within the range of this embodiment. In this case, coarsening of crystal grains in the gas carburizing treatment cannot be sufficiently suppressed. As a result, the bending fatigue strength and surface fatigue strength of the mechanical structural parts are lowered.

따라서, Ti 함유량은 0 내지 0.020%이며, 함유되는 경우, 0.020% 이하(즉, 0 초과 내지 0.020%)이다.Therefore, the Ti content is 0 to 0.020%, and when contained, it is 0.020% or less (ie, more than 0 to 0.020%).

Ti 함유량의 바람직한 하한은 0.001%이며, 더욱 바람직하게는 0.005%이며, 더욱 바람직하게는 0.010%이다. Ti 함유량의 바람직한 상한은 0.019%이며, 더욱 바람직하게는 0.017%이며, 더욱 바람직하게는 0.015%이다.The lower limit of the Ti content is preferably 0.001%, more preferably 0.005%, still more preferably 0.010%. The upper limit of the Ti content is preferably 0.019%, more preferably 0.017%, still more preferably 0.015%.

Cu: 0.50% 이하Cu: 0.50% or less

구리(Cu)는 임의 원소이며, 함유되지 않아도 된다. 즉, Cu 함유량은 0%여도 된다. 함유되는 경우, Cu는 강재의 ??칭성을 높여, 기계 구조용 부품의 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도를 높인다. Cu가 조금이라도 함유되면, 상기 효과가 어느 정도 얻어진다.Copper (Cu) is an arbitrary element and does not need to be contained. That is, 0% may be sufficient as Cu content. When contained, Cu increases the quenchability of steel materials and increases the bending fatigue strength and surface fatigue strength of mechanical structural parts. When even a little Cu is contained, the above effect is obtained to some extent.

그러나, Cu 함유량이 0.50%를 초과하면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 강재가 너무 단단해진다. 이 경우, 강재의 피삭성이 저하된다.However, when Cu content exceeds 0.50%, steel materials become too hard even if other element content exists in the range of this embodiment. In this case, the machinability of steel materials deteriorates.

따라서, Cu 함유량은 0 내지 0.50%이며, 함유되는 경우, 0.50% 이하(즉, 0 초과 내지 0.50%)이다.Therefore, Cu content is 0 to 0.50%, and when contained, it is 0.50% or less (namely, more than 0 to 0.50%).

Cu 함유량의 바람직한 하한은 0.01%이며, 더욱 바람직하게는 0.05%이며, 더욱 바람직하게는 0.10%이다. Cu 함유량의 바람직한 상한은 0.45%이며, 더욱 바람직하게는 0.40%이며, 더욱 바람직하게는 0.30%이며, 더욱 바람직하게는 0.25%이다.The lower limit of the Cu content is preferably 0.01%, more preferably 0.05%, still more preferably 0.10%. The upper limit of the Cu content is preferably 0.45%, more preferably 0.40%, still more preferably 0.30%, still more preferably 0.25%.

Ni: 0.80% 이하Ni: 0.80% or less

니켈(Ni)은 임의 원소이며, 함유되지 않아도 된다. 즉, Ni 함유량은 0%여도 된다. 함유되는 경우, Ni는 강재의 ??칭성을 높여, 기계 구조용 부품의 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도를 높인다. Ni가 조금이라도 함유되면, 상기 효과가 어느 정도 얻어진다.Nickel (Ni) is an arbitrary element and does not need to be contained. That is, the Ni content may be 0%. When contained, Ni enhances the quenchability of steel materials and increases the bending fatigue strength and surface fatigue strength of mechanical structural parts. When even a little Ni is contained, the above effect is obtained to some extent.

그러나, Ni 함유량이 0.80%를 초과하면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 강재가 너무 단단해진다. 이 경우, 강재의 피삭성이 저하된다.However, when the Ni content exceeds 0.80%, the steel materials become too hard even if the other element content is within the range of the present embodiment. In this case, the machinability of steel materials deteriorates.

따라서, Ni 함유량은 0 내지 0.80%이며, 함유되는 경우, 0.80% 이하(즉, 0 초과 내지 0.80%)이다.Therefore, the Ni content is 0 to 0.80%, and when it is contained, it is 0.80% or less (ie, more than 0 to 0.80%).

Ni 함유량의 바람직한 하한은 0.01%이며, 더욱 바람직하게는 0.05%이며, 더욱 바람직하게는 0.10%이다. Ni 함유량의 바람직한 상한은 0.70%이며, 더욱 바람직하게는 0.60%이며, 더욱 바람직하게는 0.40%이며, 더욱 바람직하게는 0.20%이다.The lower limit of the Ni content is preferably 0.01%, more preferably 0.05%, still more preferably 0.10%. The upper limit of the Ni content is preferably 0.70%, more preferably 0.60%, still more preferably 0.40%, still more preferably 0.20%.

V: 0.30% 이하V: 0.30% or less

바나듐(V)은 임의 원소이며, 함유되지 않아도 된다. 즉, V 함유량은 0%여도 된다. 함유되는 경우, V는 Nb와 마찬가지로, V 석출물(VC, VN, V(CN) 등)을 형성한다. V 석출물은, 피닝 효과에 의해, 가스 침탄 처리에서의 결정립의 조대화를 억제한다. 그 때문에, 기계 구조용 부품의 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도가 높아진다. V가 조금이라도 함유되면, 상기 효과가 어느 정도 얻어진다.Vanadium (V) is an optional element and does not need to be contained. That is, the V content may be 0%. When contained, V forms V precipitates (VC, VN, V(CN), etc.) similarly to Nb. The V precipitate suppresses coarsening of crystal grains in the gas carburizing treatment due to the pinning effect. Therefore, the bending fatigue strength and surface fatigue strength of the mechanical structural parts are increased. When even a little V is contained, the above effect is obtained to some extent.

그러나, V 함유량이 0.30%를 초과하면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 강재가 너무 단단해진다. 이 경우, 강재의 피삭성이 저하된다.However, when the V content exceeds 0.30%, the steel materials become too hard even if the other element content is within the range of the present embodiment. In this case, the machinability of steel materials deteriorates.

따라서, V 함유량은 0 내지 0.30%이며, 함유되는 경우, 0.30% 이하(즉, 0 초과 내지 0.30%)이다.Therefore, the V content is 0 to 0.30%, and when it is contained, it is 0.30% or less (ie, more than 0 to 0.30%).

V 함유량의 바람직한 하한은 0.01%이며, 더욱 바람직하게는 0.03%이며, 더욱 바람직하게는 0.04%이다. V 함유량의 바람직한 상한은 0.20%이며, 더욱 바람직하게는 0.15%이며, 더욱 바람직하게는 0.10%이다.The lower limit of the V content is preferably 0.01%, more preferably 0.03%, still more preferably 0.04%. The upper limit of the V content is preferably 0.20%, more preferably 0.15%, still more preferably 0.10%.

Mg: 0.0035% 이하Mg: 0.0035% or less

마그네슘(Mg)은 임의 원소이며, 함유되지 않아도 된다. 즉, Mg 함유량은 0%여도 된다. 함유되는 경우, Mg는 Al과 마찬가지로, 강을 탈산한다. 이 경우, 조대한 산화물의 생성이 억제된다. 그 때문에, 기계 구조용 부품의 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도가 높아진다. Mg가 조금이라도 함유되면, 상기 효과가 어느 정도 얻어진다.Magnesium (Mg) is an optional element and does not need to be contained. That is, the Mg content may be 0%. When contained, Mg, like Al, deoxidizes the steel. In this case, the formation of coarse oxide is suppressed. Therefore, the bending fatigue strength and surface fatigue strength of the mechanical structural parts are increased. When Mg is contained even in small amounts, the above effect is obtained to some extent.

그러나, Mg 함유량이 0.0035%를 초과하면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 강재 중에 조대한 Mg 산화물의 형성이 촉진된다. 이 경우, 열간 가공 시의 한계 가공률이 저하된다.However, when the Mg content exceeds 0.0035%, formation of coarse Mg oxide in steel materials is promoted even if the other element content is within the range of the present embodiment. In this case, the limiting processing rate during hot working is lowered.

따라서, Mg 함유량은 0 내지 0.0035%이며, 함유되는 경우, 0.0035% 이하(즉, 0 초과 내지 0.0035%)이다.Therefore, the Mg content is 0 to 0.0035%, and when it is contained, it is 0.0035% or less (ie, more than 0 to 0.0035%).

Mg 함유량의 바람직한 하한은 0.0001%이며, 더욱 바람직하게는 0.0003%이며, 더욱 바람직하게는 0.0005%이다. Mg 함유량의 바람직한 상한은 0.0030%이며, 더욱 바람직하게는 0.0028%이며, 더욱 바람직하게는 0.0025%이며, 더욱 바람직하게는 0.0020%이다.The lower limit of the Mg content is preferably 0.0001%, more preferably 0.0003%, still more preferably 0.0005%. The upper limit of the Mg content is preferably 0.0030%, more preferably 0.0028%, still more preferably 0.0025%, still more preferably 0.0020%.

Ca: 0.0030% 이하Ca: 0.0030% or less

칼슘(Ca)은 임의 원소이며, 함유되지 않아도 된다. 즉, Ca 함유량은 0%여도 된다. 함유되는 경우, Ca는 강재 중의 황화물을 미세화한다. Ca는 또한, 강재 중의 황화물의 구상화를 촉진한다. 그 때문에, 기계 구조용 부품의 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도가 높아진다. Ca가 조금이라도 함유되면, 상기 효과가 어느 정도 얻어진다.Calcium (Ca) is an optional element and does not need to be contained. That is, the Ca content may be 0%. When contained, Ca refines sulfides in steel materials. Ca also promotes spheroidization of sulfides in steel materials. Therefore, the bending fatigue strength and surface fatigue strength of the mechanical structural parts are increased. When Ca is contained even a little, the above effect is obtained to some extent.

그러나, Ca 함유량이 0.0030%를 초과하면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 강재 중에 조대한 Ca 산화물이 생성된다. 이 경우, 기계 구조용 부품의 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도가 저하된다.However, when Ca content exceeds 0.0030%, even if other element content exists in the range of this embodiment, coarse Ca oxide will generate|occur|produce in steel materials. In this case, the bending fatigue strength and surface fatigue strength of the mechanical structural parts are lowered.

따라서, Ca 함유량은 0 내지 0.0030%이며, 함유되는 경우, 0.0030% 이하(즉, 0 초과 내지 0.0030%)이다.Therefore, the Ca content is 0 to 0.0030%, and when contained, it is 0.0030% or less (ie, more than 0 to 0.0030%).

Ca 함유량의 바람직한 하한은 0.0001%이며, 더욱 바람직하게는 0.0002%이며, 더욱 바람직하게는 0.0005%이며, 더욱 바람직하게는 0.0007%이며, 더욱 바람직하게는 0.0010%이다. Ca 함유량의 바람직한 상한은 0.0025%이며, 더욱 바람직하게는 0.0022%이며, 더욱 바람직하게는 0.0020%이다.The lower limit of the Ca content is preferably 0.0001%, more preferably 0.0002%, still more preferably 0.0005%, still more preferably 0.0007%, still more preferably 0.0010%. The upper limit of the Ca content is preferably 0.0025%, more preferably 0.0022%, still more preferably 0.0020%.

희토류 원소(REM): 0.0050% 이하Rare earth element (REM): 0.0050% or less

희토류 원소(REM)는 임의 원소이며, 함유되지 않아도 된다. 즉, REM 함유량은 0%여도 된다. 함유되는 경우, REM은, 강재 중의 황화물에 고용되어, MnS가 연신되는 것을 억제한다. 그 결과, 기계 구조용 부품의 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도가 높아진다. REM이 조금이라도 함유되면, 상기 효과가 어느 정도 얻어진다.The rare earth element (REM) is an arbitrary element and does not have to be contained. That is, the REM content may be 0%. When contained, REM dissolves into sulfides in steel materials and suppresses the elongation of MnS. As a result, the bending fatigue strength and surface fatigue strength of the mechanical structural parts are increased. When REM is contained even a little, the above effect is obtained to some extent.

그러나, REM 함유량이 0.0050%를 초과하면, 다른 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내여도, 조대한 산화물이 생성된다. 이 경우, 기계 구조용 부품의 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도가 저하된다.However, when the REM content exceeds 0.0050%, coarse oxide is generated even when the other element content is within the range of the present embodiment. In this case, the bending fatigue strength and surface fatigue strength of the mechanical structural parts are lowered.

따라서, REM 함유량은 0 내지 0.0050%이며, 함유되는 경우, 0.0050% 이하(즉, 0 초과 내지 0.0050%)이다.Therefore, the REM content is 0 to 0.0050%, and when contained, it is 0.0050% or less (ie, more than 0 to 0.0050%).

REM 함유량의 바람직한 하한은 0.0001%이며, 더욱 바람직하게는 0.0010%이며, 더욱 바람직하게는 0.0020%이다. REM 함유량의 바람직한 상한은 0.0045%이며, 더욱 바람직하게는 0.0040%이며, 더욱 바람직하게는 0.0035%이며, 더욱 바람직하게는 0.0030%이다.The lower limit of the REM content is preferably 0.0001%, more preferably 0.0010%, still more preferably 0.0020%. The preferable upper limit of the REM content is 0.0045%, more preferably 0.0040%, still more preferably 0.0035%, still more preferably 0.0030%.

본 명세서에 있어서의 REM이란, 원자 번호 21번의 스칸듐(Sc), 원자 번호 39번의 이트륨(Y), 및 란타노이드인 원자 번호 57번의 란탄(La) 내지 원자 번호 71번의 루테튬(Lu)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 원소 이상의 원소이다. 본 명세서에 있어서의 REM 함유량이란, 이들 원소의 합계 함유량이다.REM in the present specification is a group consisting of scandium (Sc) with atomic number 21, yttrium (Y) with atomic number 39, and lanthanum (La) with atomic number 57 as a lanthanoid to lutetium (Lu) with atomic number 71 It is an element of one or more elements selected from. REM content in this specification is the total content of these elements.

[식 (1)에 대해서][Regarding Formula (1)]

본 실시 형태의 강재의 화학 조성은 또한, 각 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내인 것을 전제로 하여, 식 (1)을 충족시킨다.The chemical composition of the steel materials of this embodiment further satisfies Formula (1) on the premise that each element content is within the range of this embodiment.

Si/Mn≥1.00 (1)Si/Mn≥1.00 (1)

여기서, 식 (1)의 각 원소 기호에는, 대응하는 원소의 함유량(질량%)이 대입된다.Here, the content (mass %) of the corresponding element is substituted for each element symbol in Formula (1).

F1=Si/Mn으로 정의한다. Si 및 Mn은, 탈산의 과정에서 MnO-SiO2를 생성한다. MnO-SiO2는, 융점이 1250℃ 정도이다. 그 때문에, 응고 전의 용탕 중에서는 액체이지만, 응고 후의 강편 중에서는 고체가 되어, 유리화된 연질의 개재물이 된다.It is defined as F1=Si/Mn. Si and Mn generate MnO-SiO 2 in the process of deoxidation. MnO-SiO 2 has a melting point of about 1250°C. Therefore, although it is liquid in the molten metal before solidification, it becomes solid in the slab after solidification, and becomes a vitrified soft inclusion.

이 개재물은, 열간 가공(열간 압연) 중에 연신 및 분단되어 미세화된다. 그 때문에, 기계 구조용 부품의 굽힘 피로 강도가 향상된다. 미세한 MnO-SiO2를 얻기 위해서는, Si의 Mn에 대한 비율을 적정하게 제어할 필요가 있다. 이 지표가 F1이다.These inclusions are stretched and divided during hot working (hot rolling) to be refined. Therefore, the bending fatigue strength of the mechanical structural parts is improved. In order to obtain fine MnO-SiO 2 , it is necessary to appropriately control the ratio of Si to Mn. This index is F1.

F1이 증가할수록, 본 실시 형태의 강재를 소재로 하여 제조되는 기계 구조용 부품의 굽힘 피로 강도가 높아진다. 그리고, F1이 1.00 이상인 경우, JIS G 4052(2016)에 규정되어 있는 SCM420H보다도 굽힘 피로 강도가 높아진다. 따라서, F1이 식 (1)을 충족하는 경우, 즉, F1이 1.00 이상인 경우, 각 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내이며, F2가 식 (2)를 충족하는 것을 전제로 하여, 본 실시 형태의 강재를 사용하여 제조된 기계 구조용 부품의 굽힘 피로 강도가 충분히 높아진다.As F1 increases, the bending fatigue strength of the mechanical structural parts manufactured using the steel of the present embodiment as a material increases. And when F1 is 1.00 or more, bending fatigue strength becomes higher than SCM420H prescribed by JIS G 4052 (2016). Therefore, when F1 satisfies formula (1), that is, when F1 is 1.00 or more, the content of each element is within the range of the present embodiment, and F2 satisfies formula (2), the present embodiment The bending fatigue strength of parts for machine structural parts manufactured using the steel materials of is sufficiently high.

F1의 바람직한 하한은 1.05이며, 더욱 바람직하게는 1.07이며, 더욱 바람직하게는 1.10이다. F1의 상한은 특별히 제한되지 않는다. 그러나, 본 실시 형태의 화학 조성의 각 원소 함유량을 고려하면, F1의 바람직한 상한은 2.10이며, 더욱 바람직하게는 2.00이며, 더욱 바람직하게는 1.70이다.The lower limit of F1 is preferably 1.05, more preferably 1.07, still more preferably 1.10. The upper limit of F1 is not particularly limited. However, considering the content of each element in the chemical composition of the present embodiment, the upper limit of F1 is preferably 2.10, more preferably 2.00, still more preferably 1.70.

[강재의 마이크로 조직에 대해서][About the micro structure of steel materials]

본 실시 형태의 강재의 마이크로 조직은 페라이트를 함유하고, 잔부는 펄라이트 및/또는 베이나이트이며, 페라이트의 면적 분율은 50 내지 70%이다.The microstructure of the steel materials of this embodiment contains ferrite, the balance is pearlite and/or bainite, and the area fraction of ferrite is 50 to 70%.

페라이트의 면적 분율이 50% 미만이면, 강재 중에 있어서, 펄라이트 및/또는 베이나이트의 면적 분율이 너무 높다. 이 경우, 강재의 경도가 과잉으로 높아진다. 그 결과, 강재의 피삭성이 저하된다.When the area fraction of ferrite is less than 50%, the area fraction of pearlite and/or bainite is too high in steel materials. In this case, the hardness of steel materials becomes excessively high. As a result, the machinability of steel materials deteriorates.

한편, 페라이트의 면적 분율이 70%를 초과하면, 가스 침탄 처리 시에 결정립경이 변동되기 쉬워진다. 그 때문에, 가스 침탄 처리 시에 열처리 변형이 과잉으로 발생한다.On the other hand, when the area fraction of ferrite exceeds 70%, the grain size tends to fluctuate during gas carburizing. Therefore, heat treatment deformation occurs excessively at the time of gas carburizing treatment.

페라이트의 면적 분율이 50 내지 70%이며, 마이크로 조직 중의 페라이트 이외의 잔부가 펄라이트 및/또는 베이나이트인 경우, 강재의 피삭성이 충분히 높아진다. 또한, 가스 침탄 처리 시의 열처리 변형을 억제할 수 있다.When the area fraction of ferrite is 50 to 70% and the remainder other than ferrite in the microstructure is pearlite and/or bainite, the machinability of steel materials is sufficiently high. In addition, heat treatment deformation at the time of gas carburizing treatment can be suppressed.

본 실시 형태의 강재에서는, 각 횡단면 관찰 위치, 및 각 종단면 관찰 위치에 있어서의 마이크로 조직이, 면적 분율로 50 내지 70%의 페라이트를 함유하고, 잔부가 펄라이트 및/또는 베이나이트로 이루어진다.In the steel materials of the present embodiment, the microstructure at each cross-sectional observation position and each longitudinal cross-section observation position contains 50 to 70% of ferrite in area fraction, and the balance consists of pearlite and/or bainite.

각 관찰 위치에 있어서의 페라이트의 면적 분율의 바람직한 하한은 52%이며, 더욱 바람직하게는 55%이며, 더욱 바람직하게는 57%이다. 각 관찰 위치에 있어서의 페라이트의 면적 분율의 바람직한 상한은 68%이며, 더욱 바람직하게는 65%이며, 더욱 바람직하게는 63%이다.A preferable lower limit of the area fraction of ferrite at each observation position is 52%, more preferably 55%, still more preferably 57%. A preferable upper limit of the area fraction of ferrite at each observation position is 68%, more preferably 65%, still more preferably 63%.

[강재의 횡단면에서의 마이크로 조직의 변동에 대해서][About variation of microstructure in cross section of steel]

본 실시 형태의 강재에서는 또한, 강재의 길이 방향에 수직인 단면인 횡단면에 있어서, 마이크로 조직의 변동이 충분히 억제되어 있다. 이하, 이 점에 대해서 설명한다.In the steel material of the present embodiment, fluctuations in the microstructure are sufficiently suppressed in a cross section that is a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the steel material. Hereinafter, this point is demonstrated.

도 2는, 본 실시 형태의 강재의 길이 방향에 수직인 단면인 횡단면의 모식도이다. 도 2를 참조하여, 강재의 횡단면 CS는 반경 R의 원 형상이다. 이 횡단면 CS에 있어서, 횡단면 CS의 중심 위치 C1 및 횡단면 CS의 중심 위치 C1로부터 직경 방향으로 R/2의 위치이며 횡단면 CS의 중심 둘레에 45° 피치로 배치되는 8개소의 R/2 위치 C2 내지 C9를, 9개소의 「횡단면 관찰 위치」 C1 내지 C9로 정의한다.2 : is a schematic diagram of the cross section which is a cross section perpendicular|vertical to the longitudinal direction of steel materials of this embodiment. Referring to Figure 2, the cross section CS of the steel material is a circular shape of radius R. In this cross-section CS, the center position C1 of the cross-section CS and the position of R/2 in the radial direction from the center position C1 of the cross-section CS and eight R/2 positions C2 to 45 are arranged around the center of the cross-section CS at a pitch. C9 is defined as nine "cross-sectional observation positions" C1 to C9.

횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9에서의 마이크로 조직은, 이하의 (A) 및 (B)를 충족한다.The microstructures at the cross-sectional observation positions C1 to C9 satisfy the following (A) and (B).

(A) 횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9에서의 페라이트의 면적 분율의 산술 평균값은 50 내지 70%이며, 또한, 페라이트의 면적 분율의 표준 편차는 4.0% 이하이다.(A) The arithmetic average value of the area fraction of ferrite at the cross-sectional observation positions C1 to C9 is 50 to 70%, and the standard deviation of the area fraction of ferrite is 4.0% or less.

(B) 횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9에서의 페라이트의 평균 입경 중, 최소의 평균 입경에 대한 최대의 평균 입경의 비는 2.00 이하이다.(B) Among the average grain diameters of ferrite at cross-sectional observation positions C1 to C9, the ratio of the maximum average grain diameter to the minimum average grain diameter is 2.00 or less.

이하, (A) 및 (B)에 대해서 상세하게 설명한다.Hereinafter, (A) and (B) are demonstrated in detail.

[(A)에 대해서][About (A)]

상기 (A)와 같이, 본 실시 형태의 강재에서는, 횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9에서의 페라이트의 면적 분율의 산술 평균값이 50 내지 70%이며, 또한, 페라이트의 면적 분율의 표준 편차가 4.0% 이하이다.As in the above (A), in the steel material of the present embodiment, the arithmetic average value of the area fraction of ferrite at the cross-sectional observation positions C1 to C9 is 50 to 70%, and the standard deviation of the area fraction of ferrite is 4.0% or less. .

페라이트 면적 분율의 표준 편차가 4.0% 이하이므로, 각 횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9에서의 마이크로 조직의 상 분율의 변동은 충분히 억제되어 있다. 그 때문에, 가스 침탄 처리 시에 있어서, 각 횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9에서의 마르텐사이트 변태의 발생 타이밍의 변동을 억제할 수 있다.Since the standard deviation of the ferrite area fraction is 4.0% or less, fluctuations in the phase fraction of the microstructure at each cross-sectional observation position C1 to C9 are sufficiently suppressed. Therefore, at the time of gas carburizing, it is possible to suppress fluctuations in the timing of occurrence of martensitic transformation at each cross section observation position C1 to C9.

횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9에 있어서의 페라이트의 면적 분율의 표준 편차가 4.0%를 초과하면, 각 횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9에서의 상 분율의 변동이 크다. 이 경우, 가스 침탄 처리 시의 열처리 변형을 충분히 억제할 수 없다.When the standard deviation of the area fraction of ferrite at the cross-sectional observation positions C1 to C9 exceeds 4.0%, the variation of the phase fraction at each cross-section observation position C1 to C9 is large. In this case, heat treatment deformation at the time of gas carburizing cannot be sufficiently suppressed.

따라서, 횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9에서의 페라이트의 면적 분율의 표준 편차는 4.0% 이하이다.Therefore, the standard deviation of the area fraction of ferrite at the cross-sectional observation positions C1 to C9 is 4.0% or less.

페라이트의 면적 분율의 표준 편차의 바람직한 상한은 3.8%이며, 더욱 바람직하게는 3.5%이며, 더욱 바람직하게는 3.0%이다. 페라이트의 면적 분율의 표준 편차의 하한은 특별히 한정되지 않는다. 페라이트의 면적 분율의 표준 편차의 바람직한 하한은 0.1%이며, 더욱 바람직하게는 0.5%이며, 더욱 바람직하게는 1.0%이며, 더욱 바람직하게는 1.5%이다.The upper limit of the standard deviation of the area fraction of ferrite is preferably 3.8%, more preferably 3.5%, still more preferably 3.0%. The lower limit of the standard deviation of the area fraction of ferrite is not particularly limited. The lower limit of the standard deviation of the area fraction of ferrite is preferably 0.1%, more preferably 0.5%, still more preferably 1.0%, still more preferably 1.5%.

[(B)에 대해서][About (B)]

횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9에서의 페라이트의 평균 입경 중, 최소의 평균 입경에 대한 최대의 평균 입경의 비를 「페라이트 평균 입경비」라고 칭한다. 횡단면에 있어서의 페라이트 평균 입경비는 다음 식으로 정의된다.Among the average ferrite grain diameters at the cross-section observation positions C1 to C9, the ratio of the maximum average grain diameter to the minimum average grain diameter is referred to as the "average ferrite grain diameter ratio". The ferrite average grain size ratio in a cross section is defined by the following formula.

페라이트 평균 입경비=(C1 내지 C9에서의 페라이트 평균 입경의 최댓값)/(C1 내지 C9에서의 페라이트 평균 입경의 최솟값)Ferrite average grain size ratio = (maximum value of average ferrite grain size in C1 to C9)/(minimum value of average ferrite grain size in C1 to C9)

본 실시 형태의 강재에서는, 횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9에서의 페라이트 평균 입경비는 2.00 이하이다. 이 경우, 각 횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9에서의 페라이트의 평균 입경의 변동이 충분히 억제되어 있다. 즉, 각 위치에서의 페라이트 입자가 고르게 되어 있다. 그 때문에, 침탄 처리 시에 있어서의 마르텐사이트 변태의 발생의 변동을 충분히 억제할 수 있다. 그 때문에, 침탄 처리 시의 강재의 열처리 변형을 억제할 수 있다.In the steel material of the present embodiment, the average ferrite grain size ratio at the cross-sectional observation positions C1 to C9 is 2.00 or less. In this case, fluctuations in the average grain size of ferrite at each cross-sectional observation position C1 to C9 are sufficiently suppressed. That is, the ferrite grains at each position are even. Therefore, fluctuations in the occurrence of martensitic transformation during the carburizing treatment can be sufficiently suppressed. Therefore, heat treatment deformation of steel materials at the time of carburizing treatment can be suppressed.

페라이트 평균 입경비가 2.00을 초과하는 경우, 각 횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9에서의 페라이트 입자가 변동되어 있다. 이 경우, 가스 침탄 처리 시의 강재의 열처리 변형을 충분히 억제할 수 없다. 따라서, 페라이트 평균 입경비는 2.00 이하이다.When the ferrite average grain size ratio exceeds 2.00, the ferrite grains at each cross-sectional observation position C1 to C9 fluctuate. In this case, heat treatment deformation of steel materials at the time of gas carburizing cannot be sufficiently suppressed. Therefore, the ferrite average grain size ratio is 2.00 or less.

페라이트 평균 입경비의 바람직한 상한은 1.95이며, 더욱 바람직하게는 1.90이며, 더욱 바람직하게는 1.80이다. 페라이트 평균 입경비의 하한은 특별히 한정되지 않는다. 페라이트 평균 입경비의 바람직한 하한은 1.10이며, 더욱 바람직하게는 1.20이며, 더욱 바람직하게는 1.30이며, 더욱 바람직하게는 1.40이다.The upper limit of the ferrite average grain size ratio is preferably 1.95, more preferably 1.90, and still more preferably 1.80. The lower limit of the ferrite average grain size ratio is not particularly limited. The lower limit of the ferrite average grain size ratio is preferably 1.10, more preferably 1.20, still more preferably 1.30, still more preferably 1.40.

[강재 중의 종단면에서의 마이크로 조직의 변동에 대해서][About variation of microstructure in longitudinal section in steel]

본 실시 형태의 강재에서는 또한, 상술한 횡단면뿐만 아니라, 강재의 길이 방향과 평행하며 강재의 중심축을 포함하는 단면인 종단면에 있어서도, 마이크로 조직의 변동이 충분히 억제되어 있다. 본 실시 형태의 강재에서는, 횡단면뿐만 아니라 종단면의 마이크로 조직의 변동도 충분히 억제되어 있으므로, 3차원적으로 발생하는 열처리 변형을 충분히 억제할 수 있다. 이하, 종단면에서의 마이크로 조직의 변동 억제에 대해서 설명한다.In the steel material of the present embodiment, fluctuations in the microstructure are sufficiently suppressed not only in the above-described cross section but also in a longitudinal section parallel to the longitudinal direction of the steel material and including the central axis of the steel material. In the steel material of the present embodiment, since fluctuations in the microstructure of not only the cross section but also the longitudinal section are sufficiently suppressed, heat treatment deformation occurring three-dimensionally can be sufficiently suppressed. Hereinafter, suppression of fluctuations in the microstructure in the longitudinal section will be described.

도 3은, 본 실시 형태의 강재의 길이 방향에 평행하며, 중심축을 포함하는 단면인 종단면의 모식도이다. 도 3을 참조하여, 강재의 종단면 LS에 있어서, 강재의 중심축 CL1 상에 R/2 피치로 배치되는 3개소의 중심축 위치 L1 내지 L3, 및 각 중심축 위치로부터 직경 방향으로 R/2의 위치에 배치되는 6개소의 R/2 위치 L4 내지 L9를, 9개소의 「종단면 관찰 위치」 L1 내지 L9로 정의한다.3 : is a schematic diagram of the longitudinal cross section which is a cross section parallel to the longitudinal direction of steel materials of this embodiment, and including the central axis. Referring to FIG. 3, in the longitudinal section LS of the steel material, three central axis positions L1 to L3 disposed at a pitch of R / 2 on the central axis CL1 of the steel material, and R / 2 in the radial direction from each central axis position Six R/2 positions L4 to L9 arranged at the positions are defined as nine "longitudinal plane observation positions" L1 to L9.

상술한 합계 9개소의 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9에서의 마이크로 조직에서는, 이하의 (C) 및 (D)를 충족한다.The microstructures at the above-described nine longitudinal cross-sectional observation positions L1 to L9 in total satisfy the following (C) and (D).

(C) 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9에서의 페라이트의 면적 분율의 산술 평균값은 50 내지 70%이며, 또한, 페라이트 면적 분율의 표준 편차는 4.0% 이하이다.(C) The arithmetic average value of the area fraction of ferrite at the longitudinal section observation positions L1 to L9 is 50 to 70%, and the standard deviation of the ferrite area fraction is 4.0% or less.

(D) 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9에서의 페라이트의 평균 입경 중, 최소의 평균 입경에 대한 최대의 평균 입경의 비(페라이트 평균 입경비)는 2.00 이하이다.(D) Among the average ferrite grain sizes at the longitudinal cross-section observation positions L1 to L9, the ratio of the maximum average grain diameter to the minimum average grain diameter (ferrite average grain diameter ratio) is 2.00 or less.

이하, (C) 및 (D)에 대해서 상세하게 설명한다.Hereinafter, (C) and (D) are explained in detail.

[(C)에 대해서][About (C)]

상기 (C)와 같이, 본 실시 형태의 강재에서는, 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9에서의 페라이트의 면적 분율의 산술 평균값이 50 내지 70%이며, 또한, 페라이트의 면적 분율의 표준 편차가 4.0% 이하이다.As in the above (C), in the steel material of the present embodiment, the arithmetic average value of the area fraction of ferrite at the longitudinal section observation positions L1 to L9 is 50 to 70%, and the standard deviation of the area fraction of ferrite is 4.0% or less. .

페라이트의 면적 분율의 표준 편차가 4.0% 이하이므로, 각 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9에서의 마이크로 조직의 상 분율의 변동이 충분히 억제되어 있다. 그 때문에, 가스 침탄 처리 시에 있어서, 각 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9에서의 마르텐사이트 변태의 발생 타이밍의 변동을 억제할 수 있다.Since the standard deviation of the area fraction of ferrite is 4.0% or less, fluctuations in the phase fraction of the microstructure at each longitudinal section observation position L1 to L9 are sufficiently suppressed. Therefore, at the time of gas carburizing treatment, it is possible to suppress fluctuations in the timing of occurrence of martensitic transformation at each of the longitudinal cross-section observation positions L1 to L9.

종단면 관찰 위치 L1 내지 L9에 있어서의 페라이트의 면적 분율의 표준 편차가 4.0%를 초과하면, 각 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9에서의 상 분율의 변동이 크다. 이 경우, 가스 침탄 처리 시의 열처리 변형을 충분히 억제할 수 없다.When the standard deviation of the area fraction of ferrite at the longitudinal cross-section observation positions L1 to L9 exceeds 4.0%, the phase fraction at each longitudinal cross-section observation position L1 to L9 varies greatly. In this case, heat treatment deformation at the time of gas carburizing cannot be sufficiently suppressed.

따라서, 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9에서의 페라이트의 면적 분율의 표준 편차는 4.0% 이하이다.Therefore, the standard deviation of the area fraction of ferrite at the longitudinal section observation positions L1 to L9 is 4.0% or less.

페라이트의 면적 분율의 표준 편차의 바람직한 상한은 3.8%이며, 더욱 바람직하게는 3.5%이며, 더욱 바람직하게는 3.0%이다. 페라이트의 면적 분율의 표준 편차의 하한은 특별히 한정되지 않는다. 페라이트의 면적 분율의 표준 편차의 바람직한 하한은 0.1%이며, 더욱 바람직하게는 0.5%이며, 더욱 바람직하게는 1.0%이며, 더욱 바람직하게는 1.5%이다.The upper limit of the standard deviation of the area fraction of ferrite is preferably 3.8%, more preferably 3.5%, still more preferably 3.0%. The lower limit of the standard deviation of the area fraction of ferrite is not particularly limited. The lower limit of the standard deviation of the area fraction of ferrite is preferably 0.1%, more preferably 0.5%, still more preferably 1.0%, still more preferably 1.5%.

[(D)에 대해서][About (D)]

종단면 관찰 위치 L1 내지 L9에서의 페라이트의 평균 입경 중, 최소의 평균 입경에 대한 최대의 평균 입경의 비를 「페라이트 평균 입경비」라고 칭한다. 종단면에 있어서의 페라이트 평균 입경비는 다음 식으로 정의된다.Among the average ferrite grain diameters at the longitudinal cross-section observation positions L1 to L9, the ratio of the maximum average grain diameter to the minimum average grain diameter is referred to as "ferrite average grain diameter ratio". The ferrite average grain size ratio in the longitudinal section is defined by the following formula.

페라이트 평균 입경비=(L1 내지 L9에서의 페라이트 평균 입경의 최댓값)/(L1 내지 L9에서의 페라이트 평균 입경의 최솟값)Ferrite average grain size ratio = (maximum value of average ferrite grain size in L1 to L9)/(minimum value of average ferrite grain size in L1 to L9)

본 실시 형태의 강재에서는, 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9에서의 페라이트 평균 입경비는 2.00 이하이다. 이 경우, 각 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9에서의 페라이트의 평균 입경의 변동이 충분히 억제되어 있다. 즉, 각 위치의 페라이트 입자가 고르게 되어 있다. 그 때문에, 침탄 처리 시에 있어서의 마르텐사이트 변태의 발생의 변동을 충분히 억제할 수 있다. 그 때문에, 침탄 처리 시의 강재의 열처리 변형을 억제할 수 있다.In the steel material of the present embodiment, the ferrite average grain size ratio at the longitudinal section observation positions L1 to L9 is 2.00 or less. In this case, fluctuations in the average grain diameter of ferrite at each of the longitudinal cross-section observation positions L1 to L9 are sufficiently suppressed. That is, the ferrite grains at each position are even. Therefore, fluctuations in the occurrence of martensitic transformation during the carburizing treatment can be sufficiently suppressed. Therefore, heat treatment deformation of steel materials at the time of carburizing treatment can be suppressed.

페라이트 평균 입경비가 2.00을 초과하는 경우, 각 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9에서의 페라이트 입자가 변동되어 있다. 이 경우, 가스 침탄 처리 시의 강재의 열처리 변형을 충분히 억제할 수 없다. 따라서, 9개소의 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9에서의 페라이트 평균 입경비는 2.00 이하이다.When the ferrite average grain size ratio exceeds 2.00, the ferrite grains at each longitudinal cross-section observation position L1 to L9 fluctuate. In this case, heat treatment deformation of steel materials at the time of gas carburizing cannot be sufficiently suppressed. Therefore, the ferrite average grain size ratio at the nine longitudinal cross-section observation positions L1 to L9 is 2.00 or less.

페라이트 평균 입경비의 바람직한 상한은 1.95이며, 더욱 바람직하게는 1.90이며, 더욱 바람직하게는 1.80이다. 페라이트 평균 입경비의 하한은 특별히 한정되지 않는다. 페라이트 평균 입경비의 바람직한 하한은 1.10이며, 더욱 바람직하게는 1.20이며, 더욱 바람직하게는 1.30이며, 더욱 바람직하게는 1.40이다.The upper limit of the ferrite average grain size ratio is preferably 1.95, more preferably 1.90, and still more preferably 1.80. The lower limit of the ferrite average grain size ratio is not particularly limited. The lower limit of the ferrite average grain size ratio is preferably 1.10, more preferably 1.20, still more preferably 1.30, still more preferably 1.40.

[각 관찰 위치에서의 마이크로 조직의 관찰 방법, 페라이트의 면적 분율 및 페라이트 평균 입경비의 측정 방법][Method of observing microstructure at each observation position, measuring method of area fraction of ferrite and average ferrite grain size ratio]

본 실시 형태의 강재의 횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9, 및 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9에서의 마이크로 조직의 관찰 방법, 페라이트의 면적 분율 및 페라이트 평균 입경비의 측정 방법은 이하와 같다.The method for observing the microstructure at the cross-section observation positions C1 to C9 and the longitudinal section observation positions L1 to L9 of the steel material according to the present embodiment, and the method for measuring the area fraction of ferrite and the ferrite average grain size ratio are as follows.

[횡단면 CS의 마이크로 조직의 관찰 방법][Observation method of microstructure of cross-sectional CS]

횡단면 CS의 마이크로 조직의 관찰 방법은 이하와 같다. 강재로부터, 각 횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9를 포함하는 샘플을 채취한다. 샘플의 표면 중, 횡단면 CS에 상당하는 표면을 관찰면으로 한다. 관찰면에 있어서, 횡단면 관찰 위치를 포함하는 관찰 시야를 0.5㎜×1.0㎜로 한다.The method for observing the microstructure of cross-sectional CS is as follows. From the steel material, a sample containing each cross section observation position C1 to C9 is taken. Among the surfaces of the sample, the surface corresponding to the cross-section CS is taken as the observation surface. In the observation plane, the observation field including the cross-section observation position is 0.5 mm × 1.0 mm.

샘플의 관찰면을 연마한 후, 3% 질산 알코올(나이탈 부식액)을 사용하여 관찰면을 에칭한다. 에칭된 관찰면의 관찰 시야(0.5㎜×1.0㎜)를, 100배의 광학 현미경으로 관찰한다.After polishing the observation surface of the sample, the observation surface is etched using 3% nitric acid alcohol (natal corrosion solution). The observation field (0.5 mm x 1.0 mm) of the etched observation surface is observed with an optical microscope at 100 times magnification.

관찰 시야에 있어서, 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 등의 각 상은, 상마다 콘트라스트가 다르다. 구체적으로는, 관찰 시야에 있어서, 페라이트는 희게, 베이나이트 및 펄라이트는 페라이트보다도 검게 관찰된다. 따라서, 페라이트는, 다른 상(펄라이트 및 베이나이트)과 용이하게 구별할 수 있다. 콘트라스트에 기초하여, 페라이트를 특정한다.In the observation field, each phase such as ferrite, pearlite, and bainite has a different contrast for each phase. Specifically, in the observation field, ferrite is observed as white, and bainite and pearlite are observed as black than ferrite. Therefore, ferrite can be easily distinguished from other phases (perlite and bainite). Based on the contrast, ferrite is specified.

[(A)에 대해서][About (A)]

각 관찰 시야(각 횡단면 관찰 위치)에서의 페라이트의 면적(㎛2)을 구한다. 페라이트의 면적과, 관찰 시야의 면적을 사용하여, 각 관찰 시야(각 횡단면 관찰 위치)에서의 페라이트의 면적 분율(%)을 구한다.The area (μm 2 ) of ferrite in each observation field (each cross-section observation position) is obtained. Using the area of ferrite and the area of the observation field, the area fraction (%) of ferrite in each observation field (each cross-sectional observation position) is obtained.

[페라이트 면적 분율의 산술 평균값을 구하는 방법][How to find the arithmetic average value of ferrite area fraction]

9개의 관찰 시야(횡단면 관찰 위치)에서의 페라이트 면적 분율(%)의 산술 평균값을, 9개소의 횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9에서의 페라이트 면적 분율의 산술 평균값(%)으로 정의한다.The arithmetic average value of the ferrite area fraction (%) in nine observation fields (cross-sectional observation positions) is defined as the arithmetic average value (%) of the ferrite area fractions in the nine cross-section observation positions C1 to C9.

[페라이트의 면적 분율의 표준 편차를 구하는 방법][How to find the standard deviation of the area fraction of ferrite]

9개의 관찰 시야(횡단면 관찰 위치)에서의 페라이트 면적 분율(%)로부터, 9개소의 횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9에서의 페라이트 면적 분율의 표준 편차(%)를 산출한다. 여기서 말하는 표준 편차는, 표본 표준 편차이다.From the ferrite area fractions (%) in nine observation fields (cross-section observation positions), the standard deviation (%) of the ferrite area fractions at nine cross-section observation positions C1 to C9 is calculated. The standard deviation referred to here is the sample standard deviation.

[(B)에 대해서][About (B)]

상술한 각 관찰 시야(각 횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9)에서 관찰된 각 페라이트 입자의 면적(㎛2)을 측정한다. 각 페라이트 입자의 면적의 산술 평균값을 구한다. 얻어진 면적의 산술 평균값의 원 상당 직경을, 각 횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9에서의 페라이트의 평균 입경(㎛)으로 정의한다. 여기서, 원 상당 직경이란, 페라이트 입자의 면적의 산술 평균값과 동일한 면적의 원에 있어서의 직경(㎛)을 의미한다.The area (μm 2 ) of each ferrite particle observed in each of the above-described observation fields (each cross-sectional observation position C1 to C9) is measured. Calculate the arithmetic average value of the area of each ferrite grain. The circle equivalent diameter of the arithmetic average value of the obtained area is defined as the average grain diameter (μm) of ferrite at each cross-sectional observation position C1 to C9. Here, the equivalent circle diameter means the diameter (μm) of a circle having the same area as the arithmetic mean value of the area of the ferrite particles.

9개소의 횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9의 페라이트의 평균 입경을 구한다. 그리고, 이들 페라이트의 평균 입경 중, 페라이트의 최대의 평균 입경(㎛) 및 최소의 평균 입경(㎛)을 특정한다. 특정된 최소의 평균 입경에 대한 최대의 평균 입경의 비(페라이트 평균 입경비)를 구한다.The average grain diameter of the ferrite at nine cross-section observation positions C1 to C9 is obtained. Then, among the average grain sizes of these ferrites, the maximum average grain diameter (µm) and the minimum average grain diameter (µm) of ferrite are specified. The ratio of the maximum average grain size to the specified minimum average grain size (ferrite average grain size ratio) is obtained.

[종단면 LS의 마이크로 조직의 관찰 방법][Observation method of microstructure of longitudinal section LS]

종단면 LS의 마이크로 조직의 관찰 방법은 이하와 같다. 강재로부터, 각 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9를 포함하는 샘플을 채취한다. 샘플의 표면 중, 종단면 LS에 상당하는 표면을 관찰면으로 한다. 관찰면에 있어서, 종단면 관찰 위치를 포함하는 관찰 시야를 0.5㎜×1.0㎜로 한다. 보다 구체적으로는, 관찰 시야의 0.5㎜ 길이를 강재의 직경 방향으로 하고, 1.0㎜를 강재의 길이 방향으로 한다.The method of observing the microstructure of the longitudinal section LS is as follows. From the steel materials, samples including each of the longitudinal section observation positions L1 to L9 are taken. Among the surfaces of the sample, the surface corresponding to the longitudinal section LS is used as the observation surface. In the observation plane, the observation field including the longitudinal section observation position is set to 0.5 mm x 1.0 mm. More specifically, let the length of 0.5 mm of an observation visual field be the radial direction of steel materials, and let 1.0 mm be the longitudinal direction of steel materials.

샘플의 관찰면을 연마한 후, 3% 질산 알코올(나이탈 부식액)을 사용하여 관찰면을 에칭한다. 에칭된 관찰면의 관찰 시야(0.5㎜×1.0㎜)를, 100배의 광학 현미경으로 관찰한다. 횡단면 CS의 마이크로 조직 관찰과 동일한 방법으로, 관찰 시야 중의 각 상을 특정한다.After polishing the observation surface of the sample, the observation surface is etched using 3% nitric acid alcohol (natal corrosion solution). The observation field (0.5 mm x 1.0 mm) of the etched observation surface is observed with an optical microscope at 100 times magnification. Each image in the observation field is specified in the same manner as in the microstructure observation of the cross-sectional CS.

[(C)에 대해서][About (C)]

상술한 방법으로 특정된 상 중, 각 관찰 시야(각 종단면 관찰 위치)에서의 페라이트의 면적(㎛2)을 구한다. 페라이트의 면적과, 관찰 시야의 면적을 사용하여, 각 관찰 시야(각 종단면 관찰 위치)에서의 페라이트의 면적 분율(%)을 구한다.Among the images specified by the above-described method, the area (μm 2 ) of ferrite in each observation field (each longitudinal section observation position) is obtained. Using the area of ferrite and the area of the observation field, the area fraction (%) of ferrite in each observation field (each longitudinal section observation position) is obtained.

[페라이트의 면적 분율의 산술 평균값을 구하는 방법][How to find the arithmetic average value of the area fraction of ferrite]

9개의 관찰 시야(종단면 관찰 위치)에서의 페라이트 면적 분율(%)의 산술 평균값을, 9개소의 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9에서의 페라이트 면적 분율의 산술 평균값(%)으로 정의한다.The arithmetic average value of the ferrite area fraction (%) in nine observation fields (longitudinal cross-section observation positions) is defined as the arithmetic average value (%) of the ferrite area fractions at nine longitudinal cross-section observation positions L1 to L9.

[페라이트의 면적 분율의 표준 편차를 구하는 방법][How to find the standard deviation of the area fraction of ferrite]

9개의 관찰 시야(종단면 관찰 위치)에서의 페라이트 면적 분율(%)로부터, 9개소의 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9에서의 페라이트 면적 분율의 표준 편차(%)를 산출한다.From the ferrite area fractions (%) in nine observation fields (longitudinal plane observation positions), the standard deviation (%) of the ferrite area fractions at nine longitudinal plane observation positions L1 to L9 is calculated.

[(D)에 대해서][About (D)]

상술한 각 관찰 시야(각 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9)에서 관찰된 각 페라이트 입자의 면적(㎛2)을 측정한다. 각 페라이트 입자의 면적의 산술 평균값을 구한다. 얻어진 면적의 산술 평균값의 원 상당 직경을, 각 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9에서의 페라이트의 평균 입경(㎛)으로 정의한다.The area (μm 2 ) of each ferrite particle observed in each observation field described above (each longitudinal section observation position L1 to L9) is measured. Calculate the arithmetic average value of the area of each ferrite grain. The circle equivalent diameter of the arithmetic average value of the obtained area is defined as the average grain diameter (μm) of ferrite at each longitudinal section observation position L1 to L9.

9개소의 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9의 페라이트의 평균 입경을 구한다. 그리고, 이들 페라이트의 평균 입경 중, 페라이트의 최대의 평균 입경(㎛) 및 최소의 평균 입경(㎛)을 특정한다. 특정된 최소의 평균 입경에 대한 최대의 평균 입경의 비(페라이트 평균 입경비)를 구한다.The average grain diameter of ferrite at the nine longitudinal cross-section observation positions L1 to L9 is obtained. Then, among the average grain sizes of these ferrites, the maximum average grain diameter (µm) and the minimum average grain diameter (µm) of ferrite are specified. The ratio of the maximum average grain size to the specified minimum average grain size (ferrite average grain size ratio) is obtained.

[식 (2)에 대해서][Regarding Formula (2)]

본 실시 형태의 강재의 화학 조성은 또한, 다음 식 (2)를 충족한다.The chemical composition of the steel materials of this embodiment also satisfies the following formula (2).

1-(0.5C+0.03Si+0.06Mn+0.01Cr+0.05Mo)<0.800 (2)1-(0.5C+0.03Si+0.06Mn+0.01Cr+0.05Mo)<0.800 (2)

여기서, 식 (2) 중의 각 원소 기호에는, 대응하는 원소의 함유량(질량%)이 대입된다. 대응하는 원소가 함유되어 있지 않은 경우, 그 원소 기호에는 「0」이 대입된다.Here, the content (mass %) of the corresponding element is substituted for each element symbol in Formula (2). When the corresponding element is not contained, "0" is substituted for the element symbol.

본 실시 형태의 강재에서는, 횡단면 CS뿐만 아니라, 종단면 LS의 마이크로 조직도 균일하게 한다. 그러나, 횡단면 CS에서의 횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9의 마이크로 조직이 (A) 및 (B)를 충족하고, 또한, 종단면 LS에서의 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9의 마이크로 조직이 (C) 및 (D)를 충족함으로써, 마이크로 조직을 균일하게 해도, 상술한 바와 같이, 진공 침탄 처리의 ??칭 시에 있어서, 마르텐사이트 변태 부분과 마르텐사이트 미변태 부분이 혼재하는 미소 시간대가 반드시 발생한다. 이 미소 시간대에서 마르텐사이트 미변태 부분에서의 열처리 변형량이 많으면, 열처리 변형이 발생해 버린다. 따라서, 본 실시 형태의 강재에서는 또한, 식 (2)를 충족한다.In the steel material of this embodiment, not only the cross section CS but also the microstructure of the longitudinal section LS are made uniform. However, the microstructures of the cross-sectional observation positions C1 to C9 in the cross-section CS satisfy (A) and (B), and the microstructures of the longitudinal-section observation positions L1 to L9 in the longitudinal section LS satisfy (C) and (D) Even if the microstructure is made uniform by satisfying , as described above, at the time of quenching in the vacuum carburizing treatment, a minute time zone in which the martensite transformed portion and the martensite untransformed portion coexist is always generated. If the amount of heat treatment deformation in the martensite untransformed portion is large in this minute time period, heat treatment deformation occurs. Therefore, in the steel materials of this embodiment, Formula (2) is also satisfied.

F2=1-(0.5C+0.03Si+0.06Mn+0.01Cr+0.05Mo)로 정의한다. F2는, 강재에 대하여 가스 침탄 처리에서의 강재의 열처리 변형량에 관한 지표이다. 상술한 화학 조성 중의 원소 중, F2에 포함되는 C, Si, Mn, Cr 및 Mo는 특히, ??칭 시의 마르텐사이트 변태 부분과 마르텐사이트 미변태 부분이 혼재하는 미소 시간대에 있어서, 마르텐사이트 미변태 부분의 강도를 높인다.It is defined as F2=1-(0.5C+0.03Si+0.06Mn+0.01Cr+0.05Mo). F2 is an index related to the heat treatment deformation amount of steel materials in gas carburizing treatment for steel materials. Among the elements in the chemical composition described above, C, Si, Mn, Cr, and Mo contained in F2 are particularly martensitic in a minute period in which a martensitic transformed portion and a martensitic untransformed portion coexist during quenching. Increase the strength of the metamorphic part.

도 1을 참조하여, F2의 저하에 수반하여, 최대 변형량비가 저하되고, 열처리 변형량이 저하된다. 그리고, F2가 0.800 미만이 된 경우, 최대 변형량비가 현저하게 저하된다. 즉, F2에 대한 최대 변형량비는, F2=0.800 부근에서 변곡점을 갖는다.Referring to Fig. 1, with a decrease in F2, the maximum strain amount ratio decreases and the amount of heat treatment deformation decreases. And, when F2 becomes less than 0.800, the maximum deformation amount ratio is remarkably lowered. That is, the maximum deformation amount ratio to F2 has an inflection point around F2 = 0.800.

따라서, 각 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내인 것을 전제로 하여, 또한, F2가 식 (2)를 충족하는 경우, 즉, F2가 0.800 미만인 경우, 가스 침탄 처리 시에서의 강재의 열처리 변형을 충분히 억제할 수 있다.Therefore, on the premise that the content of each element is within the range of the present embodiment, and also when F2 satisfies the formula (2), that is, when F2 is less than 0.800, the heat treatment deformation of steel materials during gas carburizing treatment is sufficiently can be suppressed

F2의 바람직한 상한은 0.799이며, 더욱 바람직하게는 0.797이며, 더욱 바람직하게는 0.795이다. F2의 하한은 특별히 제한되지 않는다. 그러나, 본 실시 형태의 화학 조성의 각 원소 함유량의 상한을 고려하면, F2의 바람직한 하한은 0.765이며, 더욱 바람직하게는 0.770이며, 더욱 바람직하게는 0.775이다. F2의 수치는, 소수 넷째 자리를 반올림하여 얻어진 값으로 한다.The upper limit of F2 is preferably 0.799, more preferably 0.797, still more preferably 0.795. The lower limit of F2 is not particularly limited. However, considering the upper limit of the content of each element in the chemical composition of the present embodiment, the preferable lower limit of F2 is 0.765, more preferably 0.770, still more preferably 0.775. The numerical value of F2 is a value obtained by rounding to the fourth decimal place.

이상의 구성을 갖는 본 실시 형태의 강재는, 화학 조성 중의 각 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내이며, 또한, F1 및 F2가 식 (1) 및 식 (2)를 충족하고, 횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9 및 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9에서의 마이크로 조직이, 본 실시 형태의 범위 내이다. 그 때문에, 본 실시 형태의 강재에 대하여 열간 가공을 실시한 후의 피삭성이 우수하다. 또한, 본 실시 형태의 강재에 대하여 진공 침탄 처리를 실시한 경우, 기계 구조용 부품은, 우수한 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도를 갖고, 열처리 변형을 충분히 억제할 수 있다.In the steel material of the present embodiment having the above configuration, the content of each element in the chemical composition is within the range of the present embodiment, and F1 and F2 satisfy the formulas (1) and (2), and the cross section observation position C1 to The microstructures at C9 and longitudinal section observation positions L1 to L9 are within the scope of the present embodiment. Therefore, the machinability after performing hot working with respect to the steel materials of this embodiment is excellent. Further, when the vacuum carburizing treatment is performed on the steel materials of the present embodiment, the mechanical structural parts have excellent bending fatigue strength and surface fatigue strength, and can sufficiently suppress heat treatment deformation.

[강재의 마이크로 조직에 대해서][About the micro structure of steel materials]

본 실시 형태의 강재는, 소위 압연재(애즈롤재)이다. 따라서, 본 실시 형태의 강재에서는, 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9의 상기 관찰 시야에 있어서, 소위 밴드 조직이 관찰된다. 여기서, 밴드 조직이란, 주지의 마이크로 조직이며, 도 4에 도시한 바와 같이, 강재의 길이 방향으로 연장되는 페라이트(페라이트 밴드) F와, 강재의 길이 방향으로 연장되는 비페라이트(비페라이트 밴드) NF가, 직경 방향으로 교대로 적층된 조직을 말한다. 비페라이트는, 펄라이트 및/또는 베이나이트이다.The steel material of this embodiment is a so-called rolled material (as-roll material). Therefore, in the steel material of the present embodiment, so-called band structures are observed in the above observation fields of the longitudinal section observation positions L1 to L9. Here, the band structure is a well-known microstructure, and as shown in Fig. 4, ferrite (ferrite band) F extending in the longitudinal direction of the steel material and non-ferrite (non-ferrite band) NF extending in the longitudinal direction of the steel material A, refers to a structure that is alternately layered in the diametric direction. Biferrite is pearlite and/or bainite.

[강재의 용도][Use of steel materials]

본 실시 형태의 강재는, 상술한 바와 같이, 기계 구조용 부품의 소재에 적합하다. 본 실시 형태의 강재는 특히, 자동차 용도, 건설 기계, 산업 기계 등의 기어 또는 샤프트 등의 용도에 적합하다.As described above, the steel materials of the present embodiment are suitable for the raw material of mechanical structural parts. The steel materials of this embodiment are particularly suitable for applications such as gears or shafts for automobile applications, construction machinery, industrial machinery, and the like.

[강재의 제조 방법][Method of manufacturing steel]

본 실시 형태의 강재의 제조 방법의 일례를 설명한다. 이후에 설명하는 강재의 제조 방법은, 본 실시 형태의 강재를 제조하기 위한 일례이다. 따라서, 상술한 구성을 갖는 강재는, 이후에 설명하는 제조 방법 이외의 다른 제조 방법에 의해 제조되어도 된다. 그러나, 이후에 설명하는 제조 방법은, 본 실시 형태의 강재의 제조 방법의 바람직한 일례이다.An example of the manufacturing method of the steel materials of this embodiment is demonstrated. The manufacturing method of steel materials demonstrated later is an example for manufacturing the steel materials of this embodiment. Therefore, the steel materials having the structure described above may be manufactured by other manufacturing methods other than the manufacturing method described later. However, the manufacturing method described later is a preferable example of the manufacturing method of the steel materials of this embodiment.

본 실시 형태의 강재의 제조 방법의 일례는, 다음의 공정을 포함한다.An example of the manufacturing method of the steel materials of this embodiment includes the following process.

(공정 1) 소재를 준비하는 공정(소재 준비 공정)(Process 1) Process of preparing materials (material preparation process)

(공정 2) 소재를 열간 가공하여 강재를 제조하는 공정(열간 가공 공정)(Process 2) The process of manufacturing steel by hot processing the material (hot working process)

이하, 각 공정에 대해서 설명한다.Hereinafter, each process is demonstrated.

[(공정 1) 소재 준비 공정][(Process 1) Material Preparation Process]

소재 준비 공정에서는, 본 실시 형태의 강재의 소재를 준비한다. 구체적으로는, 화학 조성 중의 각 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내이며, 또한, F1이 식 (1)을 충족하고, F2가 식 (2)를 충족하는 용강을 제조한다. 정련 방법은 특별히 한정되지 않고, 주지의 방법을 사용하면 된다. 예를 들어, 주지의 방법으로 제조된 용선에 대하여 전로에서의 정련(1차 정련)을 실시한다. 전로로부터 출강한 용강에 대하여, 주지의 2차 정련을 실시한다. 2차 정련에 있어서, 용강 중의 합금 원소의 함유량을 조정하여, 각 원소 함유량이 본 실시 형태의 범위 내이며, 또한, F1이 식 (1)을 충족하고, F2가 식 (2)를 충족하는 화학 조성을 갖는 용강을 제조한다.In the material preparation process, the material of the steel materials of this embodiment is prepared. Specifically, molten steel in which the content of each element in the chemical composition is within the range of the present embodiment, F1 satisfies formula (1), and F2 satisfies formula (2) is manufactured. The refining method is not particularly limited, and a known method may be used. For example, refining (primary refining) in a converter is performed for molten iron manufactured by a known method. The known secondary refining is performed on the molten steel tapped from the converter. In the secondary refining, the content of alloy elements in molten steel is adjusted, and the content of each element is within the range of the present embodiment, and F1 satisfies formula (1) and F2 satisfies formula (2). Produce molten steel having a composition.

상술한 정련 방법에 의해 제조된 용강을 사용하여, 주지의 주조법에 의해 소재를 제조한다. 예를 들어, 용강을 사용하여 조괴법에 의해 잉곳을 제조해도 된다. 또한, 용강을 사용하여 연속 주조법에 의해 블룸 또는 빌렛을 제조해도 된다. 이상의 방법에 의해, 소재(잉곳, 블룸 또는 빌렛)를 제조한다. 연속 주조법을 사용하는 경우, 응고 도중의 주편에 대하여 압하를 가해도 된다.A raw material is manufactured by a well-known casting method using the molten steel manufactured by the refining method described above. For example, you may manufacture an ingot by the ingot method using molten steel. Alternatively, blooms or billets may be produced by a continuous casting method using molten steel. By the above method, a raw material (ingot, bloom or billet) is manufactured. In the case of using the continuous casting method, reduction may be applied to the cast steel during solidification.

[(공정 2) 열간 가공 공정][(Process 2) Hot Working Process]

열간 가공 공정에서는, 소재 준비 공정에서 준비된 소재(잉곳, 블룸 또는 빌렛)에 대하여, 열간 가공을 실시하여, 본 실시 형태의 강재를 제조한다. 강재의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 봉강 또는 선재이다. 이하의 설명에서는, 일례로서 강재가 봉강인 경우에 대해서 설명한다. 그러나 강재가 봉강 이외의 다른 형상이어도 마찬가지의 열간 가공 공정에서 제조 가능하다.In the hot working step, hot working is performed on the raw material (ingot, bloom or billet) prepared in the raw material preparation step to manufacture the steel materials of the present embodiment. The shape of the steel is not particularly limited, but is, for example, a bar or wire. In the following description, as an example, a case where the steel material is a steel bar will be described. However, even if the steel material has a shape other than steel bar, it can be manufactured in the same hot working process.

열간 가공 공정은, 다음의 공정을 포함한다.The hot working process includes the following process.

(공정 21) 분괴 압연 공정(Process 21) Bulking rolling process

가열 온도: 1250 내지 1300℃Heating temperature: 1250 to 1300°C

유지 시간: 10시간 이상Retention time: more than 10 hours

(공정 22) 마무리 압연 공정(Process 22) Finish rolling process

가열 온도: 1150 내지 1200℃Heating temperature: 1150 to 1200°C

유지 시간: 1.5 내지 3.0시간Retention time: 1.5 to 3.0 hours

마무리 온도: 950 내지 1000℃Finishing temperature: 950 to 1000°C

(공정 23) 온도 유지 공정(Process 23) Temperature Maintenance Process

900 내지 800℃에서의 평균 냉각 속도: 0.05℃/초 이하Average cooling rate at 900 to 800 ° C: 0.05 ° C / sec or less

(공정 24) 냉각 공정(Process 24) Cooling process

800 내지 300℃에서의 평균 냉각 속도: 0.10 내지 1.00℃/초Average cooling rate from 800 to 300 ° C: 0.10 to 1.00 ° C / sec

이하, 각 공정에 대해서 설명한다.Hereinafter, each process is demonstrated.

[(공정 21) 분괴 압연 공정][(Process 21) Bulking Rolling Process]

분괴 압연 공정에서는, 소재를 열간 압연하여 빌렛을 제조한다. 구체적으로는, 분괴 압연 공정에서는, 분괴 압연기에 의해 소재에 대하여 열간 압연(분괴 압연)을 실시하여, 빌렛을 제조한다. 분괴 압연기의 하류에 연속 압연기가 배치되어 있는 경우, 분괴 압연 후의 빌렛에 대하여 또한, 연속 압연기를 사용하여 열간 압연을 실시하여, 더욱 사이즈가 작은 빌렛을 제조해도 된다. 연속 압연기에서는, 한 쌍의 수평 롤을 갖는 수평 스탠드와, 한 쌍의 수직 롤을 갖는 수직 스탠드가 교호로 일렬로 배열된다. 이상과 같이, 분괴 압연 공정에서는, 분괴 압연기를 사용하여, 또는 분괴 압연기와 연속 압연기를 사용하여, 소재를 빌렛으로 제조한다.In the bulk rolling process, a billet is manufactured by hot rolling the raw material. Specifically, in the blow-rolling step, the raw material is hot-rolled (bulk-rolled) with a blow-down mill to manufacture a billet. When a continuous rolling mill is disposed downstream of the lump rolling mill, the billet after the lump rolling may also be subjected to hot rolling using the continuous rolling mill to produce a billet having a smaller size. In the continuous rolling mill, a horizontal stand having a pair of horizontal rolls and a vertical stand having a pair of vertical rolls are alternately arranged in a row. As described above, in the lump rolling step, the raw material is manufactured into a billet using a lump rolling mill or using a lump rolling mill and a continuous rolling mill.

분괴 압연 공정에서의 조건은 다음과 같다.The conditions in the lump rolling process are as follows.

가열 온도: 1250 내지 1300℃Heating temperature: 1250 to 1300°C

유지 시간: 10시간 이상Retention time: more than 10 hours

분괴 압연 공정에서의 가열로에서의 가열 온도는, 1250 내지 1300℃이다. 가열 온도(1250 내지 1300℃)에서의 유지 시간은, 10시간 이상이다. 분괴 압연 공정에서의 가열로에서의 가열 온도가 1250 내지 1300℃이고, 또한 가열 온도(1250 내지 1300℃)에서의 유지 시간이 10시간 이상이면, 다른 제조 조건을 충족하는 것을 전제로 하여, 소재 준비 공정 중에 발생한 소재 중의 응고 편석을 충분히 완화할 수 있다. 그 때문에, 각 횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9 및 각 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9에서의 페라이트의 면적 분율의 표준 편차가 4.0% 이하로 된다. 가열 온도에서의 유지 시간의 상한은 특별히 한정되지 않는다. 그러나, 제조 비용을 고려하면, 가열 온도에서의 유지 시간의 바람직한 상한은 30시간이다.The heating temperature in the heating furnace in the lump rolling step is 1250 to 1300°C. The holding time at the heating temperature (1250 to 1300°C) is 10 hours or more. If the heating temperature in the heating furnace in the batch rolling step is 1250 to 1300 ° C, and the holding time at the heating temperature (1250 to 1300 ° C) is 10 hours or more, material preparation on the premise that other manufacturing conditions are met Solidification segregation in the material generated during the process can be sufficiently alleviated. Therefore, the standard deviation of the area fraction of ferrite at each of the cross-section observation positions C1 to C9 and each of the longitudinal cross-section observation positions L1 to L9 is 4.0% or less. The upper limit of the holding time at the heating temperature is not particularly limited. However, considering the manufacturing cost, the preferable upper limit of the holding time at the heating temperature is 30 hours.

또한, 분괴 압연 공정에 의해 제조된 빌렛은, 마무리 압연 공정 전에, 상온까지 방랭(공랭)된다.In addition, the billet manufactured by the lump rolling process is allowed to cool (air-cool) to room temperature before the finish rolling process.

또한, 분괴 압연 공정에서의 감면율은 30% 이상이다. 여기서, 감면율(%)은 이하의 식으로 정의된다.Moreover, the reduction of area in a lump rolling process is 30% or more. Here, the reduction rate (%) is defined by the following formula.

감면율(%)=(1-분괴 압연 후의 강재의 횡단면(길이 방향에 수직인 단면)의 면적/분괴 압연 전의 소재의 횡단면(길이 방향에 수직인 단면)의 면적)×100Area reduction (%) = (1-area of the cross section (cross section perpendicular to the longitudinal direction) of the steel after break rolling/area of the cross section (cross section perpendicular to the longitudinal direction) of the material before break rolling) × 100

분괴 압연 공정에서의 감면율이 30% 이상이면, 다른 제조 조건을 충족하는 것을 전제로 하여, 각 횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9 및 각 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9에서의 페라이트 면적 분율의 표준 편차가 4.0% 이하로 된다.If the area reduction rate in the lump rolling step is 30% or more, the standard deviation of the ferrite area fraction at each cross section observation position C1 to C9 and each longitudinal section observation position L1 to L9 is 4.0% or less, assuming that other manufacturing conditions are satisfied. becomes

[(공정 22) 마무리 압연 공정][(Process 22) Finish Rolling Process]

마무리 압연 공정에서는, 먼저, 상온까지 냉각된 빌렛을, 가열로를 사용하여 가열한다. 가열 후의 빌렛에 대하여, 연속 압연기를 사용하여 열간 압연을 실시하여, 강재인 봉강을 제조한다.In the finish rolling step, first, the billet cooled to room temperature is heated using a heating furnace. With respect to the billet after heating, hot rolling is performed using a continuous rolling mill to manufacture a steel bar, which is a steel material.

마무리 압연 공정에서의 조건은 다음과 같다.Conditions in the finish rolling process are as follows.

가열 온도: 1150 내지 1200℃Heating temperature: 1150 to 1200°C

유지 시간: 1.5 내지 3.0시간Retention time: 1.5 to 3.0 hours

마무리 온도: 950 내지 1000℃Finishing temperature: 950 to 1000°C

[가열 온도 및 유지 시간][Heating temperature and holding time]

마무리 압연 공정에서의 가열로에서의 가열 온도는, 1150 내지 1200℃이다. 가열 온도(1150 내지 1200℃)에서의 유지 시간은, 1.5 내지 3.0시간이다. 마무리 압연 공정에서의 가열로의 가열 온도가 1150 내지 1200℃이고, 가열 온도(1150 내지 1200℃)에서의 유지 시간이 1.5 내지 3.0시간이면, 다른 제조 조건을 충족하는 것을 전제로 하여, 강재(봉강) 내의 온도의 변동을 충분히 억제할 수 있다. 그 때문에, 횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9 및 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9에서의 페라이트 평균 입경비가 2.00 이하가 된다.The heating temperature in the heating furnace in the finish rolling step is 1150 to 1200°C. The holding time at the heating temperature (1150 to 1200°C) is 1.5 to 3.0 hours. If the heating temperature of the heating furnace in the finish rolling step is 1150 to 1200 ° C, and the holding time at the heating temperature (1150 to 1200 ° C) is 1.5 to 3.0 hours, on the premise that other manufacturing conditions are satisfied, steel materials (steel bars) ) can sufficiently suppress the fluctuation of the temperature within. Therefore, the ferrite average grain size ratio at the cross-sectional observation positions C1 to C9 and the longitudinal cross-section observation positions L1 to L9 is 2.00 or less.

[마무리 온도][finish temperature]

마무리 압연 공정에서는, 일렬로 배열된 복수의 압연 스탠드를 구비하는 연속 압연기에 의해 열간 압연(마무리 압연)을 실시한다. 연속 압연기를 사용한 열간 압연에 있어서, 마지막으로 강재를 압하한 스탠드의 출측에서의 강재 온도를, 마무리 온도(℃)로 정의한다. 또한, 강재 온도란, 강재의 표면 온도를 의미한다.In the finish rolling process, hot rolling (finish rolling) is performed by a continuous rolling mill equipped with a plurality of rolling stands arranged in a line. Hot rolling using a continuous rolling mill WHEREIN: The steel materials temperature at the exit side of the stand which rolled steel materials last is defined as finishing temperature (degreeC). In addition, steel materials temperature means the surface temperature of steel materials.

마무리 온도는 950 내지 1000℃이다. 마무리 온도가 950 내지 1000℃이면, 다른 제조 조건을 충족하는 것을 전제로 하여, 강재(봉강)에 있어서의 오스테나이트 입경의 변동이 충분히 억제된다. 그 때문에, 후술하는 온도 유지 공정 및 냉각 공정에서 오스테나이트부터 페라이트로 변태할 때, 페라이트의 평균 입경의 변동이 충분히 억제된다. 그 때문에, 횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9 및 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9에서의 페라이트 평균 입경비가 2.00 이하가 된다.The finishing temperature is 950 to 1000°C. If the finishing temperature is 950 to 1000 ° C., variations in the austenite grain size in the steel material (steel bar) are sufficiently suppressed on the premise that other manufacturing conditions are satisfied. Therefore, when transforming from austenite to ferrite in the temperature holding step and cooling step described later, fluctuations in the average ferrite grain size are sufficiently suppressed. Therefore, the ferrite average grain size ratio at the cross-sectional observation positions C1 to C9 and the longitudinal cross-section observation positions L1 to L9 is 2.00 or less.

[(공정 23) 온도 유지 공정][(Process 23) Temperature Maintenance Process]

온도 유지 공정에서는, 마무리 압연 공정 후이며, 냉각 공정 전에, 강재의 온도를 유지한다. 온도 유지 공정에서의 조건은 다음과 같다.In the temperature holding process, the temperature of the steel materials is maintained after the finish rolling process and before the cooling process. Conditions in the temperature holding process are as follows.

강재 온도가 900 내지 800℃에서의 평균 냉각 속도: 0.05℃/초 이하Average cooling rate at a steel material temperature of 900 to 800 ° C: 0.05 ° C / sec or less

마무리 압연 공정 후, 강재 온도가 900 내지 800℃에서의 평균 냉각 속도를 0.05℃/초 이하로 억제한다. 예를 들어, 마무리 압연 공정 후이며, 강재 온도가 900 내지 800℃인 강재에 대하여, 서냉 커버, 보온 커버, 또는 온도 유지로를 사용하여, 평균 냉각 속도를 0.05℃/초 이하로 억제한다.After the finish rolling step, the average cooling rate at a steel material temperature of 900 to 800°C is suppressed to 0.05°C/sec or less. For example, after the finish rolling step, the average cooling rate is suppressed to 0.05 ° C./sec or less using a slow cooling cover, a warming cover, or a temperature holding furnace for steel materials having a steel material temperature of 900 to 800 ° C.

강재 온도가 900 내지 800℃에서의 평균 냉각 속도가 0.05℃/초 이하이면, 다른 제조 조건을 충족하는 것을 전제로 하여, 강재의 축방향(길이 방향)의 온도 변동을 억제할 수 있다. 그 때문에, 강재의 축방향의 페라이트 변태 타이밍의 변동을 억제할 수 있다. 그 때문에, 특히 강재의 축방향(종단면)에서의 페라이트 입자의 성장 변동을 억제할 수 있다. 구체적으로는, 다음의 메커니즘이 작용한다.If the average cooling rate at a steel materials temperature of 900 to 800°C is 0.05°C/sec or less, temperature fluctuations in the axial direction (longitudinal direction) of the steel materials can be suppressed on the premise that other manufacturing conditions are satisfied. Therefore, fluctuations in ferrite transformation timing in the axial direction of steel materials can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress growth fluctuations of ferrite grains in the axial direction (longitudinal section) of the steel material in particular. Specifically, the following mechanism works.

마무리 압연 공정 후의 강재에서는, 강재 온도의 저하에 수반하여, 오스테나이트는 서서히 페라이트로 변태한다. 강재 온도가 900 내지 800℃의 범위에 있어서, 강재의 축방향에서 온도 변동이 있으면, 마무리 압연 공정 후, 비교적 이른 단계에서 생성된 페라이트와, 비교적 늦은 단계에서 생성된 페라이트가 혼재되어 버린다. 이 경우, 이른 단계에서 생성된 페라이트 입자는, 늦은 단계에서 변태된 페라이트 입자보다도 조대해지기 쉽다. 그 결과, 특히 강재의 축방향(종단면)에서 페라이트 입자의 변동이 커진다.In the steel material after the finish rolling step, austenite gradually transforms into ferrite as the steel material temperature decreases. When the steel material temperature is in the range of 900 to 800 ° C., if there is a temperature fluctuation in the axial direction of the steel material, ferrite generated at a relatively early stage and ferrite generated at a relatively late stage will be mixed after the finish rolling process. In this case, the ferrite grains produced at an early stage tend to become coarser than the ferrite grains transformed at a later stage. As a result, the variation of the ferrite grains increases particularly in the axial direction (longitudinal section) of the steel material.

강재 온도가 900 내지 800℃에서의 평균 냉각 속도가 빠르면, 강재의 축방향(종단면)에서의 온도 변동이 커진다. 그 때문에, 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9에서의 페라이트 평균 입경비가 커져 버린다.When the average cooling rate at a steel material temperature of 900 to 800 ° C. is high, the temperature fluctuation in the axial direction (longitudinal section) of the steel material becomes large. Therefore, the ferrite average grain size ratio at the longitudinal cross-section observation positions L1 to L9 becomes large.

따라서, 본 실시 형태에서는, 강재 온도가 900 내지 800℃에서의 평균 냉각 속도를 0.05℃/초 이하로 억제한다. 이 경우, 강재의 축방향(종단면)에서의 온도 변동을 억제할 수 있다. 그 때문에, 강재의 종단면에서의 페라이트의 생성(변태) 타이밍의 어긋남이 억제된다. 그 결과, 다른 제조 조건을 충족하는 것을 조건으로 하여, 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9에서의 페라이트 평균 입경비를 2.00 이하로 할 수 있다.Therefore, in this embodiment, the average cooling rate at a steel material temperature of 900 to 800°C is suppressed to 0.05°C/sec or less. In this case, temperature fluctuations in the axial direction (longitudinal section) of steel materials can be suppressed. Therefore, a shift in the timing of ferrite generation (transformation) in the longitudinal section of the steel material is suppressed. As a result, the ferrite average grain size ratio at the longitudinal cross-section observation positions L1 to L9 can be set to 2.00 or less, provided that other manufacturing conditions are satisfied.

[(공정 24) 냉각 공정][(Process 24) Cooling process]

냉각 공정에서는, 온도 유지 공정 후의 강재 온도를 냉각한다. 냉각 공정에서의 조건은 다음과 같다.In a cooling process, the steel materials temperature after a temperature holding process is cooled. Conditions in the cooling process are as follows.

강재 온도가 800 내지 300℃에서의 평균 냉각 속도: 0.10 내지 1.00℃/초Average cooling rate at a steel temperature of 800 to 300 ° C: 0.10 to 1.00 ° C / sec

강재 온도가 800 내지 300℃인 강재에 대하여, 0.10 내지 1.00℃/초의 평균 냉각 속도로 냉각한다. 강재 온도가 800 내지 300℃에서의 평균 냉각 속도를 0.10 내지 1.00℃/초로 하면, 다른 제조 조건을 충족하는 것을 전제로 하여, 횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9 및 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9에서의 페라이트의 면적 분율의 산술 평균값이 50 내지 70%가 된다.Steel materials with a steel material temperature of 800 to 300 ° C. are cooled at an average cooling rate of 0.10 to 1.00 ° C./sec. Assuming that the average cooling rate at a steel material temperature of 800 to 300 ° C is 0.10 to 1.00 ° C / sec, the area of ferrite at the cross-section observation positions C1 to C9 and the longitudinal section observation positions L1 to L9, assuming that other manufacturing conditions are satisfied The arithmetic average of the fractions is 50 to 70%.

이상의 제조 공정에 의해, 상술한 구성을 갖는 본 실시 형태의 강재를 제조할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 본 실시 형태의 강재는 압연재이다.The steel materials of this embodiment which have the above-mentioned structure can be manufactured by the above manufacturing process. In addition, as mentioned above, the steel material of this embodiment is a rolled material.

본 실시 형태의 강재는, 진공 침탄 처리를 실시하여 제조되는 기계 구조용 부품의 소재에 적합하다. 단, 본 실시 형태의 강재는, 진공 침탄 처리 이외의 다른 표면 경화 열처리를 실시하여, 기계 구조용 부품으로 제조되어도 된다. 다른 표면 경화 열처리란 예를 들어, ??칭 및 템퍼링, 고주파 ??칭 템퍼링, 침질 처리(침질 ??칭 및 템퍼링) 등이다.The steel materials of this embodiment are suitable for raw materials for mechanical structural parts manufactured by performing a vacuum carburizing treatment. However, the steel materials of this embodiment may be manufactured into mechanical structural parts by performing surface hardening heat treatment other than vacuum carburizing treatment. Other surface hardening heat treatments include, for example, quenching and tempering, induction quenching and tempering, nitriding treatment (nitrin quenching and tempering), and the like.

[기계 구조용 부품에 대해서][About mechanical structural parts]

기계 구조용 부품은 예를 들어, 자동차 및 건설 차량 등에 사용된다. 기계 구조용 부품은 예를 들어, 스티어링 기구에 사용되는 기어나, 샤프트 등이다.Components for mechanical structures are used, for example, for automobiles and construction vehicles. Parts for machine structure are, for example, gears used in steering mechanisms, shafts, and the like.

본 실시 형태의 강재를 소재로 하는 기계 구조용 부품은, 주지의 제조 방법으로 제조된다. 예를 들어, 다음의 방법에 의해, 기계 구조용 부품이 제조된다.The parts for machine structure using the steel materials of this embodiment as a material are manufactured by a well-known manufacturing method. For example, parts for mechanical structures are manufactured by the following method.

기계 구조용 부품의 제조 방법의 일례는, 다음의 공정을 포함한다.An example of the manufacturing method of the component for machine structure includes the following process.

ㆍ열간 가공 공정ㆍHot working process

ㆍ절삭 가공 공정ㆍCutting process

ㆍ열처리 공정ㆍHeat treatment process

이하, 각 공정을 설명한다.Hereinafter, each process is demonstrated.

[열간 가공 공정][Hot working process]

열간 가공 공정에서는, 본 실시 형태의 강재에 대하여 열간 가공을 실시한다. 열간 가공은 예를 들어, 주지의 열간 단조이다. 열간 가공 공정에서의 가열 온도는 예를 들어, 1000 내지 1300℃이다. 열간 가공 후의 강재는 방랭(공랭)된다. 방랭 후의 강재에 대하여, 필요에 따라서, 어닐링 처리를 실시해도 된다.In the hot working process, hot working is performed with respect to the steel materials of this embodiment. Hot working is known hot forging, for example. The heating temperature in the hot working process is, for example, 1000 to 1300°C. The steel materials after hot working are air-cooled (air-cooled). With respect to the steel materials after standing_to_cool, you may perform an annealing process as needed.

[절삭 가공 공정][Cutting process]

열간 가공 공정 후의 강재에 대하여, 절삭 가공 공정을 실시하여, 소정 형상의 중간품을 제조한다. 이 절삭 가공 공정 시에 있어서, 강재의 높은 피삭성이 요구된다. 절삭 가공 공정에서는, 주지의 절삭 가공을 실시한다. 절삭 가공에 의해, 열간 가공 공정만으로는 곤란한, 정밀 형상의 기계 구조용 부품을 제조할 수 있다.With respect to the steel materials after a hot working process, a cutting process is implemented and an intermediate product of a predetermined shape is manufactured. At the time of this cutting process, high machinability of steel materials is requested|required. In the cutting process, known cutting is performed. By cutting, it is possible to manufacture parts for mechanical structures with precise shapes, which are difficult only in the hot working process.

[열처리 공정][Heat treatment process]

절삭 가공 후의 중간품에 대하여 열처리를 실시한다. 여기서, 「열처리」란, 주지의 진공 침탄 처리와, 주지의 템퍼링 공정을 포함한다. 또한, 상술한 바와 같이, 진공 침탄 처리는, 진공 침탄 질화 처리도 포함한다.Heat treatment is applied to the intermediate product after cutting. Here, "heat treatment" includes a well-known vacuum carburizing process and a well-known tempering process. In addition, as described above, the vacuum carburizing treatment also includes the vacuum carburizing treatment.

진공 침탄 처리 공정은, 진공 침탄 공정 및 ??칭 공정을 포함한다. 진공 침탄 처리에 있어서, 주지의 조건을 적절히 조정하여, 기계 구조용 부품의 표면 경도, 코어부 경도, 표면 탄소 농도를 적절히 조정할 수 있는 것은, 당업자에게 주지의 기술 사항이다.The vacuum carburizing process includes a vacuum carburizing process and a quenching process. In the vacuum carburizing treatment, it is a known technical matter to those skilled in the art that the surface hardness, the core hardness, and the surface carbon concentration of parts for machine structural parts can be appropriately adjusted by appropriately adjusting well-known conditions.

이하, 열처리 공정의 일례로서, 주지의 진공 침탄 처리를 설명한다. 또한, 주지의 진공 침탄 질화 처리도, 진공 침탄 처리와 마찬가지의 공정에서 실시되는 것은 당업자에게 주지이다.Hereinafter, a well-known vacuum carburizing treatment will be described as an example of the heat treatment process. In addition, it is well known to those skilled in the art that the well-known vacuum carburizing treatment is also performed in the same process as the vacuum carburizing treatment.

[진공 침탄 ??칭 처리][Vacuum carburizing quenching treatment]

진공 침탄 ??칭 처리는, 진공 침탄 공정과, ??칭 공정을 포함한다. 이하, 진공 침탄 공정, ??칭 공정에 대해서 설명한다.The vacuum carburizing quenching process includes a vacuum carburizing process and a quenching process. Hereinafter, a vacuum carburizing process and a quenching process are demonstrated.

[진공 침탄 공정][Vacuum carburizing process]

도 5는, 진공 침탄 공정 S10 및 ??칭 공정 S20에서의 히트 패턴의 일례를 도시하는 도면이다. 도 5의 종축은 진공 침탄 처리 시에 있어서의 처리 온도(℃)이며, 횡축은 시간(분)이다. 도 5를 참조하여, 진공 침탄 공정 S10은, 가열 공정 S0과, 균열 공정 S1과, 침탄 공정 S2와, 확산 공정 S3을 포함한다.5 : is a figure which shows an example of the heat pattern in vacuum carburizing process S10 and quenching process S20. The vertical axis of FIG. 5 is the treatment temperature (° C.) at the time of vacuum carburizing, and the horizontal axis is the time (minutes). Referring to FIG. 5 , the vacuum carburizing step S10 includes a heating step S0, a soaking step S1, a carburizing step S2, and a diffusion step S3.

가열 공정 S0에서는, 노 내에 장입된 중간품을 침탄 온도 Tc까지 가열한다. 이때, 노 내의 압력을 10Pa 이하로 한다. 가열 공정 S0에서의 침탄 온도 Tc는, 예를 들어 900 내지 1100℃이다.In the heating step S0, the intermediate product charged in the furnace is heated to the carburizing temperature Tc. At this time, the pressure in the furnace is set to 10 Pa or less. The carburizing temperature Tc in heating process S0 is 900-1100 degreeC, for example.

균열 공정 S1에서는, 침탄 온도 Tc에서 중간품을 소정 시간(유지 시간 t1) 유지하여, 균열 처리를 실시한다. 균열 공정 S1에 있어서의 침탄 온도 Tc에서의 유지 시간 t1은, 예를 들어 5 내지 120분이다. 균열 공정 S1에 있어서의 노 내의 압력은 10Pa 이하여도 되고, 또는, 질소 가스의 도입과 진공 펌프에 의한 진공 배기를 동시에 행하여, 1000Pa 이하의 질소 가스 분위기로 해도 된다.In the soaking step S1, the soaking treatment is performed by holding the intermediate product at the carburizing temperature Tc for a predetermined time (holding time t1). The holding time t1 at the carburizing temperature Tc in soaking step S1 is, for example, 5 to 120 minutes. The pressure in the furnace in soaking step S1 may be 10 Pa or less, or nitrogen gas atmosphere may be 1000 Pa or less by simultaneously performing nitrogen gas introduction and vacuum evacuation by a vacuum pump.

침탄 공정 S2에서는, 침탄 온도 Tc에서 중간품을 소정 시간(유지 시간 t2) 유지한다. 침탄 공정 S2에 있어서의 침탄 온도 Tc에서의 유지 시간 t2는, 적절히 조정하면 된다. 침탄 온도 Tc에서의 유지 시간 t2는 예를 들어 20 내지 60분이다.In the carburizing step S2, the intermediate product is maintained at the carburizing temperature Tc for a predetermined time (holding time t2). The holding time t2 at the carburizing temperature Tc in the carburizing step S2 may be appropriately adjusted. The holding time t2 at the carburizing temperature Tc is, for example, 20 to 60 minutes.

침탄 공정 S2에 있어서의 침탄 가스는, 주지의 침탄 가스를 사용한다. 침탄 가스는 예를 들어, 아세틸렌, 프로판 또는 에틸렌 등의 탄화수소 가스이다.As the carburizing gas in the carburizing step S2, a known carburizing gas is used. The carburizing gas is, for example, a hydrocarbon gas such as acetylene, propane or ethylene.

침탄 공정 S2에 있어서의 침탄 가스압은, 침탄 가스의 종류에 따라서 소정의 가스압으로 한다. 침탄 가스로서 아세틸렌을 사용한 경우, 침탄 가스압은 예를 들어, 10 내지 1000Pa로 한다. 침탄 가스가 프로판인 경우, 침탄 가스압은 예를 들어, 200 내지 3000Pa로 한다.The carburizing gas pressure in the carburizing step S2 is set to a predetermined gas pressure according to the type of carburizing gas. When acetylene is used as the carburizing gas, the carburizing gas pressure is, for example, 10 to 1000 Pa. When the carburizing gas is propane, the carburizing gas pressure is, for example, 200 to 3000 Pa.

확산 공정 S3에서는, 상기 침탄 온도 Tc에서 중간품을 소정 시간(유지 시간 t3) 유지한다. 여기서, 확산 공정 S3에 있어서의 침탄 온도 Tc에서의 유지 시간 t3은, 적절히 조정한다. 침탄 온도 Tc에서의 유지 시간 t3은 예를 들어 40 내지 90분이다.In the diffusion step S3, the intermediate product is maintained at the carburizing temperature Tc for a predetermined time (holding time t3). Here, the holding time t3 at the carburizing temperature Tc in the diffusion step S3 is appropriately adjusted. The holding time t3 at the carburizing temperature Tc is, for example, 40 to 90 minutes.

확산 공정 S3에서의 노 내의 압력은, 침탄 공정에서의 잔류 가스를 제거하기 위해, 100Pa 이하여도 된다. 또는, 질소 가스의 도입과 진공 펌프에 의한 진공 배기를 동시에 행하여, 1000Pa 이하의 질소 가스 분위기로 해도 된다.The pressure in the furnace in the diffusion step S3 may be 100 Pa or less in order to remove residual gas in the carburizing step. Alternatively, introduction of nitrogen gas and evacuation by a vacuum pump may be performed simultaneously to create a nitrogen gas atmosphere of 1000 Pa or less.

[??칭 공정][??Ching process]

진공 침탄 공정 S10 후의 중간품에 대하여 ??칭 공정 S20을 실시한다. 진공 침탄 공정 S10 후, ??칭 공정 S20에 있어서의 ??칭 온도 Ts까지의 냉각 방법은, 주지의 냉각 방법을 사용하면 된다. 상기 냉각 방법은 예를 들어, 진공하에서의 공랭이어도 되고, 가스 냉각이어도 되고, 또는 그 밖의 방법이어도 된다. 진공화에서의 냉각을 실시하는 경우, 예를 들어 100Pa 이하의 압력으로 방랭한다. 가스 냉각을 실시하는 경우, 냉각 가스로서 질소 가스 및/또는 헬륨 가스 등의 불활성화 가스를 사용해도 된다.Quenching process S20 is implemented with respect to the intermediate product after vacuum carburizing process S10. A well-known cooling method may be used for the cooling method after the vacuum carburizing step S10 to the quenching temperature Ts in the quenching step S20. The cooling method may be, for example, air cooling under vacuum, gas cooling, or other methods. When performing cooling by vacuumization, it stands to cool by the pressure of 100 Pa or less, for example. When performing gas cooling, you may use an inert gas, such as nitrogen gas and/or helium gas, as a cooling gas.

??칭 공정 S20은, 균열 공정 S4를 포함한다. 균열 공정 S4는, 진공 침탄 공정 S10 후의 중간품을 ??칭 온도에서 유지한다. ??칭 공정 S20에서는, 균열 공정 S4의 후, 중간품을 급랭하여 ??칭한다. ??칭 온도 Ts는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 800 내지 880℃이다. ??칭 온도 Ts에서의 유지 시간 t4는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 10 내지 80분이다. ??칭 온도 Ts에서의 유지 중인 분위기는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 질소 가스 분위기이다. 노 내의 압력은 대기압 이하여도 되고, 예를 들어 400hPa 이하여도 된다. ??칭 처리에 있어서의 냉각 방법은, 유냉 또는 수냉이다. 구체적으로는, 냉각 매체인 오일 또는 물을 넣은 냉각욕에, ??칭 온도로 유지된 중간품을 침지하여 급랭한다. 냉각 매체인 오일 또는 물의 온도는, 예를 들어 60 내지 200℃이다. 또한, 필요에 따라서, 서브 제로 처리를 실시해도 된다.Quenching process S20 includes soaking process S4. In the soaking step S4, the intermediate product after the vacuum carburizing step S10 is maintained at the quenching temperature. In quenching process S20, after soaking process S4, an intermediate product is quenched rapidly and quenched. The quenching temperature Ts is not particularly limited, but is, for example, 800 to 880°C. The holding time t4 at the quenching temperature Ts is not particularly limited, but is, for example, 10 to 80 minutes. The atmosphere during maintenance at the quenching temperature Ts is not particularly limited, but is, for example, a nitrogen gas atmosphere. The pressure in the furnace may be equal to or less than atmospheric pressure, for example, 400 hPa or less. The cooling method in the quenching process is oil cooling or water cooling. Specifically, the intermediate product maintained at the quenching temperature is immersed in a cooling bath containing oil or water as a cooling medium, and rapidly cooled. The temperature of oil or water as a cooling medium is, for example, 60 to 200°C. Further, if necessary, sub-zero processing may be performed.

[템퍼링 공정][Tempering process]

??칭 공정 후의 중간품에 대하여, 주지의 템퍼링 공정을 실시한다. 템퍼링 온도는 예를 들어, 100 내지 200℃이다. 템퍼링 온도에서의 유지 시간은 예를 들어, 90 내지 150분이다.A well-known tempering process is implemented with respect to the intermediate product after a quenching process. The tempering temperature is, for example, 100 to 200°C. The holding time at the tempering temperature is, for example, 90 to 150 minutes.

[그 밖의 공정][Other processes]

필요에 따라서, 상기 템퍼링 공정 후의 중간품에 대하여 또한, 연삭 가공을 실시하거나, 숏 피닝 처리를 실시하거나 해도 된다. 연삭 가공을 실시하는 경우, 절삭 가공을 실시하여 강재에 형상을 부여한다. 절삭 가공을 행함으로써, 더욱 정밀한 형상을 강재에 부여할 수 있다. 또한, 숏 피닝 처리를 실시하는 경우, 진공 침탄 처리 후의 중간품의 표층부에 압축 잔류 응력이 도입된다. 압축 잔류 응력은 피로 균열의 발생 및 진전을 억제한다. 그 때문에, 기계 구조용 부품의 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도가 높아진다. 숏 피닝 처리는, 주지의 방법으로 실시하면 된다. 숏 피닝 처리는 예를 들어, 직경이 0.7㎜ 이하인 숏 입자를 사용하여, 아크 하이트가 0.4㎜ 이상인 조건에서 행하는 것이 바람직하다.If necessary, the intermediate product after the tempering step may be further subjected to grinding or shot peening. When performing a grinding process, a cutting process is performed and a shape is provided to steel materials. By cutting, a more precise shape can be given to steel materials. Further, when the shot peening treatment is performed, compressive residual stress is introduced into the surface layer portion of the intermediate product after the vacuum carburizing treatment. The compressive residual stress inhibits the initiation and propagation of fatigue cracks. Therefore, the bending fatigue strength and surface fatigue strength of the mechanical structural parts are increased. The shot peening process may be performed by a known method. The shot peening treatment is preferably performed using shot particles having a diameter of, for example, 0.7 mm or less, under conditions of an arc height of 0.4 mm or more.

실시예 1Example 1

표 1에 나타내는 화학 조성을 갖는 강재를 준비하였다. 또한, 강종 번호 A는 JIS G 4052(2016)에 규정되어 있는 SCM420H에 상당하였다.Steel materials having chemical compositions shown in Table 1 were prepared. In addition, the steel type number A corresponded to SCM420H specified in JIS G 4052 (2016).

Figure pct00001
Figure pct00001

표 1 중의 「-」는, 대응하는 원소 함유량이, 실시 형태에 규정된 유효 숫자(최소 자릿수까지의 수치)에 있어서, 0%인 것을 의미한다. 바꾸어 말하면, 대응하는 원소 함유량에 있어서, 상술한 실시 형태에 규정된 유효 숫자(최소 자릿수까지의 수치)에서의 끝수를 반올림한 경우에 0%인 것을 의미한다."-" in Table 1 means that the corresponding element content is 0% in significant figures (numerical values up to the minimum number of digits) stipulated in the embodiments. In other words, in the corresponding element content, it means that it is 0% when the fraction in the significant digits (number to the minimum digit) stipulated in the above-described embodiment is rounded off.

예를 들어, 본 실시 형태에 규정된 Mo 함유량은 소수 둘째 자리까지의 수치로 규정되어 있다. 따라서, 표 1 중의 강종 번호 C에서는, 측정된 Mo 함유량을 소수 셋째 자리에서 반올림한 경우에, 0%였던 것을 의미한다.For example, the Mo content stipulated in this embodiment is stipulated as a numerical value to two decimal places. Therefore, in the steel type number C in Table 1, it means that it was 0% when the measured Mo content was rounded off to the third decimal place.

또한, 본 실시 형태에 규정된 Nb 함유량은 소수 셋째 자리까지의 수치로 규정되어 있다. 따라서, 표 1 중의 강종 번호 A에서는, 측정된 Nb 함유량을 소수 넷째 자리에서 반올림한 경우에, 0%였던 것을 의미한다.In addition, the Nb content stipulated in this embodiment is stipulated as a numerical value to three decimal places. Therefore, in the steel type number A in Table 1, it means that it was 0% when the measured Nb content was rounded to the fourth decimal place.

또한, 반올림이란, 규정된 최소 자릿수의 아래의 자릿수(끝수)가 5 미만이면 버림하고, 5 이상이면 올림하는 것을 의미한다.In addition, rounding means rounding down if the number of digits (fractions) below the prescribed minimum number of digits is less than 5, and rounding up if it is 5 or more.

다음의 방법에 의해, 강재를 제조하였다. 용강을 연속 주조하여, 소재가 되는 주편(블룸)을 제조하였다. 소재인 블룸에 대하여, 표 2에 나타내는 조건에서 열간 가공 공정을 실시하였다.Steel materials were manufactured by the following method. The molten steel was continuously cast to produce cast steel (bloom) as a raw material. The bloom as a material was subjected to a hot working step under the conditions shown in Table 2.

Figure pct00002
Figure pct00002

「분괴 압연 공정」 및 「마무리 압연 공정」란의 「가열 온도(℃)」란에 기재된 온도는, 가열 온도(℃)이다. 「분괴 압연 공정」 및 「마무리 압연 공정」란의 「유지 시간(시간)」란에 기재된 시간은, 가열 온도에서의 유지 시간(시간)이다. 「마무리 압연 공정」란의 「마무리 온도(℃)」란의 온도는, 마무리 압연 공정에서의 연속 압연기에 있어서, 마지막으로 압하한 스탠드의 출측에서의 강재 온도(강재의 표면 온도)(℃)이다. 「온도 유지 공정」란의 「냉각 속도(℃/초)」란에 기재된 속도는, 강재 온도가 900 내지 800℃에서의 평균 냉각 속도(℃/초)이다. 「냉각 공정」란의 「냉각 속도(℃/초)」란에 기재된 속도는, 강재 온도가 800 내지 300℃에서의 평균 냉각 속도(℃/초)이다.The temperature described in the "heating temperature (°C)" column of the "bulking rolling process" and the "finish rolling process" column is a heating temperature (°C). The time described in the "holding time (hour)" column of the "bulking rolling step" and "finish rolling step" columns is the holding time (hour) at the heating temperature. The temperature in the “finish temperature (° C.)” column of the “finish rolling step” column is the steel material temperature (surface temperature of the steel material) (° C.) at the exit side of the stand rolled down last in the continuous rolling mill in the finish rolling step. The rate described in the "cooling rate (°C/sec)" column of the "temperature holding step" column is an average cooling rate (°C/sec) at a steel material temperature of 900 to 800°C. The speed described in the "cooling rate (°C/sec)" column in the "cooling step" column is an average cooling rate (°C/sec) at a steel material temperature of 800 to 300°C.

열간 가공 공정의 분괴 압연 공정에서는, 제조된 블룸을 표 2에 나타내는 가열 온도 및 유지 시간으로 가열하였다. 그 후, 분괴 압연기를 사용하여 블룸을 분괴 압연하여, 빌렛을 제조하였다. 제조된 빌렛을 상온(25℃)까지 수냉하였다. 빌렛의 길이 방향에 수직인 단면은 162㎜×162㎜의 직사각형이었다. 분괴 압연 공정에서의 가열 온도 및 유지 시간은 표 2에 나타낸 바와 같았다. 또한, 분괴 압연 공정에서의 감면율은 어느 제조 조건에 있어서도, 30% 이상이었다.In the blow rolling step of the hot working step, the produced bloom was heated at the heating temperature and holding time shown in Table 2. Then, the bloom was blow-rolled using a blow-down mill to manufacture a billet. The prepared billet was water-cooled to room temperature (25° C.). The cross section perpendicular to the longitudinal direction of the billet was a rectangle of 162 mm x 162 mm. The heating temperature and holding time in the lump rolling process were as shown in Table 2. In addition, the reduction in area in the bulk rolling step was 30% or more under any manufacturing conditions.

분괴 압연 공정 후의 빌렛에 대하여, 표 2에 나타내는 조건에서 마무리 압연 공정을 실시하여, 직경 50㎜의 강재(봉강)를 제조하였다. 구체적으로는, 표 2의 마무리 압연 공정 란에 나타내는 가열 온도(℃) 및 유지 시간(시간)으로 빌렛을 가열하였다. 가열 후의 빌렛에 대하여, 마무리 압연을 실시하여, 봉강을 제조하였다. 이때 마무리 온도(℃)는 표 2에 나타낸 바와 같았다.With respect to the billet after the bulk rolling process, the finish rolling process was performed under the conditions shown in Table 2, and a steel material (steel bar) having a diameter of 50 mm was manufactured. Specifically, the billet was heated at the heating temperature (° C.) and holding time (hours) shown in the finish rolling process column of Table 2. Finish rolling was performed on the billet after heating to manufacture a steel bar. At this time, the finishing temperature (° C.) was as shown in Table 2.

마무리 압연 공정 후의 강재(봉강)에 대하여, 온도 유지 공정을 실시하였다. 제조 조건 a 내지 i는, 강재 온도 900 내지 800℃의 강재에 대하여, 서냉 커버를 사용함으로써, 평균 냉각 속도가 0.05℃/초 이하로 되도록 조정하였다. 한편, 제조 조건 j는, 강재 온도가 900 내지 800℃인 강재에 대하여, 서냉 커버를 사용하지 않고 방랭하였다. 그 때문에, 강재 온도가 900 내지 800℃에서의 평균 냉각 속도가 0.05℃/초 초과가 되었다.The temperature holding step was performed on the steel material (steel bar) after the finish rolling step. Manufacturing conditions a to i were adjusted so that the average cooling rate would be 0.05 ° C./sec or less by using a slow cooling cover with respect to steel materials having a steel material temperature of 900 to 800 ° C. On the other hand, in the manufacturing condition j, the steel materials having a steel material temperature of 900 to 800°C were cooled without using a slow cooling cover. Therefore, the average cooling rate in the steel material temperature of 900 to 800 ° C. exceeded 0.05 ° C./sec.

온도 유지 공정 후, 냉각 공정을 실시하였다. 구체적으로는, 각 제조 조건에 있어서, 강재 온도가 800 내지 300℃에서의 평균 냉각 속도(℃/초)가, 표 2의 냉각 공정 란에 나타낸 바와 같았다.After the temperature holding step, the cooling step was performed. Specifically, in each manufacturing condition, the average cooling rate (° C./sec) at a steel material temperature of 800 to 300° C. was as shown in the cooling step column of Table 2.

강재 온도가 300℃ 이하인 강재에 대해서는, 상온까지 방랭(공랭)하였다. 이상의 제조 공정에 의해, 표 3에 나타내는 시험 번호 1 내지 22의 강재(봉강)를 제조하였다. 또한, 시험 번호 1은, 기준강인 SCM420H를 사용한 실시예이며, SCM420H의 화학 조성을 갖는 강재에 일반적으로 사용되고 있는 제조 방법의 하나인 제조 조건 a를 사용하였다.Steel materials having a steel material temperature of 300°C or less were left to cool (air-cooled) to room temperature. Through the above manufacturing process, steel materials (steel bars) of test numbers 1 to 22 shown in Table 3 were manufactured. Test No. 1 is an example using standard steel SCM420H, and production condition a, which is one of the production methods generally used for steel materials having a chemical composition of SCM420H, was used.

Figure pct00003
Figure pct00003

[평가 시험][Evaluation test]

이상의 제조 공정에서 제조된 각 시험 번호의 강재(봉강)에 대하여, 다음의 사항을 구하였다.For the steel materials (steel bars) of each test number manufactured in the above manufacturing process, the following items were obtained.

(A1) 횡단면의 마이크로 조직 관찰(A1) Microstructure observation in cross section

(A11) 횡단면의 페라이트의 면적 분율의 산술 평균값(A11) The arithmetic mean value of the area fraction of ferrite in the cross section

(A12) 횡단면의 페라이트의 면적 분율의 표준 편차(A12) standard deviation of the area fraction of ferrite in the cross section

(A13) 횡단면의 페라이트 평균 입경비(A13) Average grain size ratio of ferrite in cross section

(B1) 종단면의 마이크로 조직 관찰(B1) Observation of the microstructure of the longitudinal section

(B11) 종단면의 페라이트의 면적 분율의 산술 평균값(B11) The arithmetic mean value of the area fraction of ferrite in the longitudinal section

(B12) 종단면의 페라이트의 면적 분율의 표준 편차(B12) standard deviation of the area fraction of ferrite in the longitudinal section

(B13) 종단면의 페라이트 평균 입경비(B13) Average grain size ratio of ferrite in longitudinal section

또한, 각 시험 번호의 강재에 대하여, 다음의 평가 시험을 실시하였다.In addition, the following evaluation test was implemented with respect to the steel materials of each test number.

(C1) 피삭성 평가 시험(C1) machinability evaluation test

(C2) 굽힘 피로 강도 평가 시험(C2) Bending fatigue strength evaluation test

(C3) 면 피로 강도 평가 시험(C3) Cotton fatigue strength evaluation test

(C4) 열처리 변형량 평가 시험(C4) Heat treatment deformation evaluation test

이하, 상세를 설명한다.Details will be described below.

[(A1) 횡단면의 마이크로 조직 관찰][(A1) Observation of microstructure in cross section]

각 시험 번호의 강재로부터, 각 횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9를 포함하는 9개의 샘플을 채취하였다. 각 샘플의 표면 중, 횡단면 CS에 상당하는 표면을 관찰면으로 하였다. 관찰면에 있어서, 횡단면 관찰 위치를 포함하는 관찰 시야를 0.5㎜×1.0㎜로 하였다.From the steel material of each test number, nine samples including each cross section observation position C1 to C9 were taken. Among the surfaces of each sample, the surface corresponding to the cross section CS was used as the observation surface. In the observation plane, the observation field including the cross-section observation position was set to 0.5 mm × 1.0 mm.

샘플의 관찰면을 연마한 후, 3% 질산 알코올(나이탈 부식액)을 사용하여 관찰면을 에칭하였다. 에칭된 관찰면의 관찰 시야(0.5㎜×1.0㎜)를, 100배의 광학 현미경으로 관찰하였다. 관찰 시야에 있어서, 콘트라스트에 의해 상을 특정하였다.After polishing the observation surface of the sample, the observation surface was etched using 3% nitric acid alcohol (natal corrosion solution). The observation field (0.5 mm x 1.0 mm) of the etched observation surface was observed with an optical microscope at 100 times magnification. In the observation visual field, the image was specified by contrast.

관찰된 상을 표 3의 「횡단면」란의 「상」란에 나타낸다. 표 3의 「횡단면」란의 「상」란에 있어서, 모든 횡단면 관찰 위치에서의 마이크로 조직이, 페라이트를 함유하고, 잔부가 펄라이트 및/또는 베이나이트로 이루어지는 경우, 「○」을 나타낸다. 어느 시험 번호에 있어서도, 횡단면의 마이크로 조직은, 페라이트를 함유하고, 잔부는 펄라이트 및/또는 베이나이트였다.Observed images are shown in the "Image" column of the "Cross Section" column in Table 3. In the "Upper" column of the "Cross section" column of Table 3, "○" is indicated when the microstructures at all cross-sectional observation positions contain ferrite and the remainder is pearlite and/or bainite. Also in any test number, the microstructure of the cross section contained ferrite, and the balance was pearlite and/or bainite.

[(A11) 횡단면의 페라이트의 면적 분율의 산술 평균값][(A11) arithmetic mean value of the area fraction of ferrite in the cross section]

각 관찰 시야(각 횡단면 관찰 위치)에서의 페라이트의 면적(㎛2)을 구하였다. 페라이트의 면적과, 관찰 시야의 면적을 사용하여, 각 관찰 시야(각 횡단면 관찰 위치)에서의 페라이트의 면적 분율(%)을 구하였다.The area (μm 2 ) of ferrite in each observation field (each cross-sectional observation position) was determined. The area fraction (%) of ferrite in each observation field (each cross-sectional observation position) was determined using the area of ferrite and the area of the observation field.

9개의 관찰 시야(횡단면 관찰 위치)에서의 페라이트 면적 분율(%)의 산술 평균값을, 9개소의 횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9에서의 페라이트의 면적 분율의 산술 평균값(%)으로 정의하였다. 얻어진 페라이트 면적 분율의 산술 평균값을, 표 3의 「횡단면」란의 「페라이트 면적 분율(%)」란에 나타낸다.The arithmetic average value of the ferrite area fraction (%) in nine observation fields (cross-sectional observation positions) was defined as the arithmetic average value (%) of the ferrite area fractions in the nine cross-section observation positions C1 to C9. The arithmetic average value of the obtained ferrite area fraction is shown in the "ferrite area fraction (%)" column of the "cross section" column of Table 3.

[(A12) 횡단면의 페라이트의 면적 분율의 표준 편차][(A12) standard deviation of area fraction of ferrite in cross section]

9개의 관찰 시야(횡단면 관찰 위치)에서의 페라이트 면적 분율(%)로부터, 9개소의 횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9에서의 페라이트 면적 분율의 표준 편차(%)를 산출하였다. 얻어진 표준 편차를, 표 3의 「횡단면」란의 「페라이트 면적 분율의 표준 편차(%)」란에 나타낸다.From the ferrite area fractions (%) in nine observation fields (cross-section observation positions), the standard deviation (%) of the ferrite area fractions at nine cross-section observation positions C1 to C9 was calculated. The obtained standard deviation is shown in the "Standard Deviation of Ferrite Area Fraction (%)" column in the "Cross Section" column of Table 3.

[(A13) 횡단면의 페라이트 평균 입경비][(A13) Average ferrite grain size ratio of cross section]

또한, 상술한 각 관찰 시야(각 횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9)에서 관찰된 각 페라이트 입자의 면적(㎛2)을 측정하였다. 각 횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9에서, 각 페라이트 입자의 면적의 산술 평균값을 구하였다. 얻어진 면적의 산술 평균값의 원 상당 직경을, 각 횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9에서의 페라이트의 평균 입경(㎛)으로 정의하였다.In addition, the area (μm 2 ) of each ferrite particle observed in each of the above-described observation fields (each cross-sectional observation position C1 to C9) was measured. At each cross-sectional observation position C1 to C9, the arithmetic mean value of the area of each ferrite grain was obtained. The circle equivalent diameter of the arithmetic average value of the obtained area was defined as the average ferrite grain diameter (μm) at each cross-sectional observation position C1 to C9.

9개소의 횡단면 관찰 위치 C1 내지 C9의 페라이트의 평균 입경을 구하였다. 그리고 이들 페라이트의 평균 입경 중, 페라이트의 최대의 평균 입경(㎛) 및 최소의 평균 입경(㎛)을 특정하였다. 특정된 최소의 평균 입경에 대한 최대의 평균 입경의 비(페라이트 평균 입경비)를 구하였다. 얻어진 페라이트 평균 입경비를, 표 3의 「횡단면」란의 「페라이트 입경비」란에 나타낸다.The average grain diameter of ferrite at nine cross-sectional observation positions C1 to C9 was determined. And, among these average ferrite grain sizes, the largest average grain diameter (µm) and the minimum average grain diameter (µm) of ferrite were specified. The ratio of the maximum average grain diameter to the specified minimum average grain diameter (ferrite average grain diameter ratio) was obtained. The obtained ferrite average particle diameter ratio is shown in the "ferrite grain size ratio" column of the "cross section" column of Table 3.

[(B1) 종단면의 마이크로 조직의 관찰][(B1) Observation of microstructure of longitudinal section]

각 시험 번호의 강재로부터, 각 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9를 포함하는 9개의 샘플을 채취하였다. 각 샘플의 표면 중, 종단면 LS에 상당하는 표면을 관찰면으로 하였다. 관찰면에 있어서, 종단면 관찰 위치를 포함하는 관찰 시야를 0.5㎜×1.0㎜로 하였다.From the steel material of each test number, nine samples including each longitudinal section observation position L1 to L9 were taken. Among the surfaces of each sample, a surface corresponding to the longitudinal section LS was used as the observation surface. In the observation plane, the observation field including the longitudinal section observation position was set to 0.5 mm × 1.0 mm.

샘플의 관찰면을 연마한 후, 3% 질산 알코올(나이탈 부식액)을 사용하여 관찰면을 에칭하였다. 에칭된 관찰면의 관찰 시야(0.5㎜×1.0㎜)를, 100배의 광학 현미경으로 관찰하였다. 관찰 시야에 있어서, 콘트라스트에 의해 상을 특정하였다.After polishing the observation surface of the sample, the observation surface was etched using 3% nitric acid alcohol (natal corrosion solution). The observation field (0.5 mm x 1.0 mm) of the etched observation surface was observed with an optical microscope at 100 times magnification. In the observation visual field, the image was specified by contrast.

관찰된 상을 표 3의 「종단면」란의 「상」란에 나타낸다. 표 3의 「종단면」란의 「상」란에 있어서, 모든 종단면 관찰 위치에서의 마이크로 조직이, 페라이트를 함유하고, 잔부가 펄라이트 및/또는 베이나이트로 이루어지는 경우, 「○」을 나타낸다. 어느 시험 번호에 있어서도, 종단면의 마이크로 조직은, 페라이트를 함유하고, 잔부는 펄라이트 및/또는 베이나이트였다.Observed images are shown in the "Phase" column of the "Longitudinal section" column in Table 3. In the "Upper" column of the "Longitudinal section" column of Table 3, "○" is indicated when the microstructures at all longitudinal section observation positions contain ferrite and the remainder is pearlite and/or bainite. In any test number, the microstructure of the longitudinal section contained ferrite, and the balance was pearlite and/or bainite.

[(B11) 종단면의 페라이트의 면적 분율의 산술 평균값][(B11) Arithmetic average value of the area fraction of ferrite in the longitudinal section]

각 관찰 시야(각 종단면 관찰 위치)에서의 페라이트의 면적(㎛2)을 구하였다. 페라이트의 면적과, 관찰 시야의 면적을 사용하여, 각 관찰 시야(각 종단면 관찰 위치)에서의 페라이트의 면적 분율(%)을 구하였다.The area (μm 2 ) of ferrite in each observation field (each longitudinal section observation position) was obtained. The area fraction (%) of ferrite in each observation field (each longitudinal section observation position) was determined using the area of ferrite and the area of the observation field.

9개의 관찰 시야(종단면 관찰 위치)에서의 페라이트 면적 분율(%)의 산술 평균값을, 9개소의 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9에서의 페라이트 면적 분율의 산술 평균값(%)으로 정의하였다. 얻어진 페라이트 면적 분율의 산술 평균값을, 표 3의 「종단면」란의 「페라이트 면적 분율(%)」란에 나타낸다.The arithmetic average value of the ferrite area fraction (%) in nine observation fields (longitudinal cross-section observation positions) was defined as the arithmetic average value (%) of the ferrite area fractions at the nine longitudinal cross-section observation positions L1 to L9. The arithmetic average value of the obtained ferrite area fraction is shown in the "Ferrite Area Fraction (%)" column of the "Longitudinal Section" column of Table 3.

[(B12) 종단면의 페라이트의 면적 분율의 표준 편차][(B12) standard deviation of the area fraction of ferrite in the longitudinal section]

9개의 관찰 시야(종단면 관찰 위치)에서의 페라이트 면적 분율(%)로부터, 9개소의 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9에서의 페라이트 면적 분율의 표준 편차(%)를 산출하였다. 얻어진 표준 편차를, 표 3의 「종단면」란의 「페라이트 면적 분율의 표준 편차(%)」란에 나타낸다.From the ferrite area fractions (%) in the nine observation fields (longitudinal plane observation positions), the standard deviation (%) of the ferrite area fractions at the nine longitudinal plane observation positions L1 to L9 was calculated. The obtained standard deviation is shown in the "Standard Deviation of Ferrite Area Fraction (%)" column in the "Longitudinal Section" column of Table 3.

[(B13) 종단면의 페라이트 평균 입경비][(B13) Average Ferrite Particle Diameter Ratio of Longitudinal Section]

또한, 상술한 각 관찰 시야(각 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9)에서 관찰된 각 페라이트 입자의 면적(㎛2)을 측정하였다. 각 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9에서, 각 페라이트 입자의 면적의 산술 평균값을 구하였다. 얻어진 면적의 산술 평균값의 원 상당 직경을, 각 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9에서의 페라이트의 평균 입경(㎛)으로 정의하였다.In addition, the area (μm 2 ) of each ferrite particle observed in each of the above-described observation fields (each longitudinal section observation position L1 to L9) was measured. The arithmetic mean value of the area of each ferrite grain was obtained at each longitudinal section observation position L1 to L9. The circle equivalent diameter of the arithmetic average value of the obtained area was defined as the average grain diameter (μm) of ferrite at each longitudinal section observation position L1 to L9.

9개소의 종단면 관찰 위치 L1 내지 L9의 페라이트의 평균 입경을 구하였다. 그리고, 이들 페라이트의 평균 입경 중, 페라이트의 최대의 평균 입경(㎛) 및 최소의 평균 입경(㎛)을 특정하였다. 특정된 최소의 평균 입경에 대한 최대의 평균 입경의 비(페라이트 평균 입경비)를 구하였다. 얻어진 페라이트 평균 입경비를, 표 3의 「종단면」란의 「페라이트 입경비」란에 나타낸다.The average grain diameter of ferrite at nine longitudinal cross-section observation positions L1 to L9 was obtained. Then, among the average grain sizes of these ferrites, the maximum average grain diameter (µm) and the minimum average grain diameter (µm) of ferrite were specified. The ratio of the maximum average grain diameter to the specified minimum average grain diameter (ferrite average grain diameter ratio) was obtained. The obtained ferrite average particle diameter ratio is shown in the "ferrite grain size ratio" column of the "longitudinal section" column of Table 3.

[평가 시험][Evaluation test]

[(C1) 피삭성 평가 시험][(C1) machinability evaluation test]

피삭성 평가 시험을 다음의 방법으로 실시하였다. 직경 50㎜의 봉강에 대하여, 열간 단조를 모의한 열처리, 및 항온 어닐링 처리를 실시하였다. 구체적으로는, 봉강을 1200℃에서 가열하고, 1200℃에서 30분 유지하였다. 그 후, 봉강을 실온까지 방랭하였다. 또한, 950℃에서 가열하고, 950℃에서 1시간 유지하였다. 또한, 650℃에서 2시간 유지한 후, 실온까지 방랭하였다. 방랭 후의 봉강에 대하여, 기계 가공(절삭 가공)을 실시하여, 직경 45㎜, 길이 400㎜의 피삭성 평가용의 시험편을 제작하였다.A machinability evaluation test was conducted by the following method. A heat treatment simulating hot forging and a constant temperature annealing treatment were applied to a steel bar having a diameter of 50 mm. Specifically, the steel bar was heated at 1200°C and held at 1200°C for 30 minutes. After that, the steel bar was allowed to cool to room temperature. Further, it was heated at 950°C and held at 950°C for 1 hour. Furthermore, after holding|maintaining at 650 degreeC for 2 hours, it stood to cool to room temperature. The steel bar after cooling was machined (cutting) to produce a test piece for machinability evaluation with a diameter of 45 mm and a length of 400 mm.

각 시험 번호의 시험편에 대하여, 외주 선삭 가공을 실시하여, 공구 수명을 평가하였다. 구체적으로는, 각 시험 번호의 시험편에 대하여, 다음의 조건에서 외주 선삭 가공을 실시하였다. 사용한 절삭 공구는, JIS B 4053(2013)에 규정된 P20에 상당하는 무코팅의 초경합금으로 하였다. 절삭 속도를 250m/분, 이송 속도를 0.35㎜/rev로 하고, 절입량을 1.0㎜로 하였다. 선삭 시에는, 수용성 절삭유를 사용하였다.About the test piece of each test number, outer peripheral turning was performed and tool life was evaluated. Specifically, the outer periphery turning was performed on the test piece of each test number under the following conditions. The cutting tool used was an uncoated cemented carbide equivalent to P20 specified in JIS B 4053 (2013). The cutting speed was 250 m/min, the feed speed was 0.35 mm/rev, and the depth of cut was 1.0 mm. At the time of turning, water-soluble cutting oil was used.

상술한 절삭 조건에서 20분간, 외주 선삭 가공을 실시하였다. 그 후, 절삭 공구의 플랭크면 마모량(㎜)을 측정하였다.Perimeter turning was performed for 20 minutes under the above-mentioned cutting conditions. After that, the amount of wear on the flank surface of the cutting tool (mm) was measured.

얻어진 플랭크면 마모량(㎜)을 표 3의 「마모량(㎜)」란에 나타낸다. 플랭크면 마모량(㎜)이 0.25㎜ 미만인 경우, 강재의 피삭성이 높다고 판단하였다. 얻어진 플랭크면 마모량(㎜)이 0.25㎜ 이상인 경우, 강재의 피삭성은 낮다고 판단하였다.The obtained flank face wear amount (mm) is shown in the "Abrasion amount (mm)" column of Table 3. When the amount of flank wear (mm) was less than 0.25 mm, it was judged that the machinability of the steel material was high. When the obtained flank surface wear amount (mm) was 0.25 mm or more, it was judged that the machinability of the steel material was low.

[(C2) 굽힘 피로 강도 평가 시험][(C2) Bending fatigue strength evaluation test]

각 시험 번호의 강재(직경 50㎜의 봉강)로부터, 도 6에 도시하는 굽힘 피로 강도 평가를 위한 오노식 회전 굽힘 시험편의 중간품을 가공하였다. 도 6 중의 수치는, 치수(단위는 ㎜)를 나타낸다. 도 6 중의 「φ」는 직경을 의미한다. 「R1」은, 절결 바닥의 곡률 반경이 1㎜인 것을 의미한다.From the steel material (steel bar with a diameter of 50 mm) of each test number, an intermediate product of an Ono type rotary bending test piece for evaluation of bending fatigue strength shown in FIG. 6 was processed. Numerical values in Fig. 6 represent dimensions (unit: mm). "φ" in Fig. 6 means a diameter. "R1" means that the curvature radius of the notch bottom is 1 mm.

구체적으로는, 각 시험 번호의 강재(직경 50㎜의 봉강)를, 가열 온도 1200℃, 유지 시간 30분의 조건에서 가열하였다. 그 후, 마무리 온도를 950℃ 이상으로 하여 열간 가공(열간 단조)하여, 직경 35㎜의 봉강을 제조하였다. 직경 35㎜의 봉강을 기계 가공(절삭 가공)하여, 오노식 회전 굽힘 시험편의 중간품을 가공하였다. 노치 저부에서의 중간품의 횡단면의 직경은 8㎜였다. 중간품에 대하여, 침탄 처리(가스 침탄 ??칭 및 템퍼링 또는 진공 침탄 ??칭 및 템퍼링)를 실시하여, 도 6에 도시하는 오노식 회전 굽힘 시험편을 제작하였다.Specifically, the steel material (steel bar with a diameter of 50 mm) of each test number was heated under the conditions of a heating temperature of 1200 ° C. and a holding time of 30 minutes. Thereafter, hot working (hot forging) was performed at a finishing temperature of 950°C or higher to produce a steel bar having a diameter of 35 mm. A steel bar with a diameter of 35 mm was machined (cutting) to produce an intermediate product of an Ono type rotary bending test piece. The diameter of the cross section of the intermediate product at the bottom of the notch was 8 mm. The intermediate product was subjected to carburizing treatment (gas carburizing quenching and tempering or vacuum carburizing quenching and tempering) to produce an Ono type rotary bending test piece shown in FIG. 6.

시험 번호 1의 시험편에 대하여, SCM420H의 화학 조성을 갖는 강에 일반적으로 사용되는 침탄 처리 방법의 하나인 가스 침탄 처리 및 템퍼링을 실시하였다.The test piece of Test No. 1 was subjected to gas carburizing and tempering, which is one of the carburizing treatment methods generally used for steels having a chemical composition of SCM420H.

한편, 시험 번호 2 내지 22의 시험편에 대하여, 진공 침탄 ??칭 및 템퍼링을 실시하였다. 실시한 가스 침탄 처리 및 진공 침탄 처리의 조건은, 이하와 같았다.On the other hand, with respect to the test pieces of test numbers 2 to 22, vacuum carburizing quenching and tempering were performed. The conditions of the gas carburizing treatment and vacuum carburizing treatment performed were as follows.

[가스 침탄 처리 및 템퍼링: 시험 번호 1][Gas Carburizing and Tempering: Test No. 1]

도 7은, 가스 침탄 처리(가스 침탄 공정 및 ??칭 공정)의 히트 패턴의 일례를 도시하는 도면이다. 시험 번호 1의 시험편에 대해, 도 7에 도시하는 조건에서 가스 침탄 처리 및 템퍼링을 실시하였다. 가스 침탄 처리에서는, 가스 침탄 공정 S30과, ??칭 공정 S20을 실시하였다.7 is a diagram showing an example of a heat pattern in gas carburizing treatment (gas carburizing process and quenching process). Gas carburizing treatment and tempering were performed on the test piece of Test No. 1 under the conditions shown in FIG. 7 . In the gas carburizing treatment, gas carburizing step S30 and quenching step S20 were performed.

구체적으로는, 가스 침탄 공정 S30에서는, 시험편에 대해, 가열 공정 S0과, 침탄 공정 S2와, 확산 공정 S3을 실시하였다. 가열 공정 S0에서는, 시험 번호 1의 환봉을, 침탄 온도 Tc: 950℃로 가열하였다. 침탄 공정 S2에서는, 카본 포텐셜 Cp2가 0.80%의 분위기 중에서, 침탄 온도 Tc: 950℃, 유지 시간 t2: 240분으로 하였다.Specifically, in gas carburizing step S30, heating step S0, carburizing step S2, and diffusion step S3 were performed on the test piece. In the heating step S0, the round bar of Test No. 1 was heated to a carburizing temperature Tc: 950°C. In the carburizing step S2, the carburizing temperature Tc: 950°C and the holding time t2: 240 minutes were set in an atmosphere with a carbon potential Cp2 of 0.80%.

확산 공정 S3에서는, 카본 포텐셜 Cp3이 0.80%의 분위기 중에서, 침탄 온도 Tc: 950℃, 유지 시간 t3: 60분으로 하였다.In the diffusion step S3, the carburizing temperature Tc: 950°C and the holding time t3: 60 minutes were set in an atmosphere with a carbon potential Cp3 of 0.80%.

확산 공정 S3 후, ??칭 공정 S20을 실시하였다. ??칭 공정 S20에서는, 균열 공정 S4를 실시하였다. 850℃까지 노냉한 후, 균열 공정 S4에서는, ??칭 온도 Ts: 850℃, 유지 시간 t4: 30분으로 하였다. 그 후, 130℃의 오일로 ??칭을 실시하였다.After the diffusion step S3, the quenching step S20 was performed. In quenching process S20, soaking process S4 was implemented. After furnace cooling to 850°C, in soaking step S4, the quenching temperature Ts was 850°C and the holding time t4 was 30 minutes. Thereafter, quenching was performed with oil at 130°C.

??칭 후, 시험편에 대하여 템퍼링을 실시하였다. 템퍼링 온도는 180℃이고, 템퍼링 온도에서의 유지 시간은 120분이었다. 유지 시간 경과 후는 공랭하였다.After quenching, tempering was performed on the test piece. The tempering temperature was 180°C, and the holding time at the tempering temperature was 120 minutes. After the elapse of the holding time, it was cooled in air.

이상의 가스 침탄 방법에 의해, 강재(환봉)의 표면의 C 농도를 0.80질량%로 조정하였다.The C concentration on the surface of the steel material (round bar) was adjusted to 0.80% by mass by the above gas carburizing method.

[진공 침탄 ??칭 및 템퍼링][Vacuum carburizing quenching and tempering]

시험 번호 2 내지 22의 시험편에 대해서는, 도 5에 도시하는 진공 침탄 처리 및 템퍼링을 실시하였다. 구체적으로는, 노 내의 압력을 10Pa 이하로 유지하였다. 가열 공정 S0에서는, 각 시험 번호의 환봉을, 침탄 온도 Tc: 950℃로 가열하였다. 가열 공정 S0 후, 균열 공정 S1을 실시하였다. 균열 공정 S1에서는, 침탄 온도 Tc: 950℃에서 강재(환봉)를 유지 시간 t1: 60분 유지하였다.About the test pieces of test numbers 2-22, the vacuum carburizing process and tempering shown in FIG. 5 were implemented. Specifically, the pressure in the furnace was maintained at 10 Pa or less. In the heating step S0, the round bar of each test number was heated to a carburizing temperature Tc: 950°C. After heating step S0, soaking step S1 was performed. In the soaking step S1, the steel material (round bar) was maintained at a carburizing temperature Tc: 950°C for a holding time t1: 60 minutes.

균열 공정 S1 후, 침탄 공정 S2를 실시하였다. 침탄 공정 S2에서는, 진공 침탄로 내에, 침탄 가스로서 아세틸렌을 공급하였다. 침탄 공정 S2에서의 침탄 가스압은, 1kPa 이하로 유지하였다. 침탄 공정 S2에서는, 침탄 온도 Tc: 950℃에서의 유지 시간 t2가 40분이었다. 확산 공정 S3에서의 침탄 가스압은 5hPa 이하로 유지하였다. 확산 공정 S3에서는, 침탄 온도 Tc: 950℃에서의 유지 시간 t3은 70분이었다.After soaking step S1, carburizing step S2 was performed. In the carburizing step S2, acetylene was supplied as a carburizing gas into the vacuum carburizing furnace. The carburizing gas pressure in the carburizing step S2 was maintained at 1 kPa or less. In the carburizing step S2, the holding time t2 at the carburizing temperature Tc: 950°C was 40 minutes. The carburizing gas pressure in diffusion step S3 was maintained at 5 hPa or less. In the diffusion step S3, the holding time t3 at the carburizing temperature Tc: 950°C was 70 minutes.

확산 공정 S3 후의 균열 공정 S4에서는, 강재 온도를 850℃까지 노냉한 후, 시험편을 ??칭 온도 Ts: 850℃에서 유지 시간 t4: 30분 균열하였다. 그 후, 130℃의 오일로 ??칭을 실시하였다.In the soaking step S4 after the diffusion step S3, after the steel material temperature was furnace-cooled to 850°C, the test piece was soaked at a quenching temperature Ts: 850°C for a holding time t4: 30 minutes. Thereafter, quenching was performed with oil at 130°C.

??칭 후, 시험편에 대하여 템퍼링을 실시하였다. 템퍼링 온도는 180℃이고, 템퍼링 온도에서의 유지 시간은 120분이었다. 유지 시간 경과 후는 공랭하였다.After quenching, tempering was performed on the test piece. The tempering temperature was 180°C, and the holding time at the tempering temperature was 120 minutes. After the elapse of the holding time, it was cooled in air.

이상의 진공 침탄 방법에 의해, 강재(환봉)의 표면의 C 농도를 0.80질량%로 조정하였다.The C concentration on the surface of the steel material (round bar) was adjusted to 0.80% by mass by the above vacuum carburizing method.

침탄 처리(가스 침탄 ??칭 및 템퍼링 또는 진공 침탄 ??칭 및 템퍼링) 후의 오노식 회전 굽힘 시험편을 사용하여, 오노식 회전 굽힘 피로 시험을 행하였다. 각 시험 번호마다 복수의 시험편을 준비하였다. 각 시험편마다 가하는 응력을 바꿔서 피로 시험을 실시하고, 1000만회(107회) 반복한 후, 파단되지 않은 가장 높은 응력을 굽힘 피로 강도(MPa)로 하였다. 오노식 회전 굽힘 피로 시험에서는, 회전 속도를 3000rpm으로 하고, 응력비를 등진동으로 하였다.An Ono rotary bending fatigue test was conducted using an Ono rotary bending test piece after carburizing treatment (gas carburizing quenching and tempering or vacuum carburizing quenching and tempering). A plurality of test pieces were prepared for each test number. A fatigue test was conducted by changing the applied stress for each test piece, and after repeating 10 million times (10 7 times), the highest stress that did not break was taken as the bending fatigue strength (MPa). In the Ohno-type rotational bending fatigue test, the rotational speed was set to 3000 rpm and the stress ratio was set to constant vibration.

시험 번호 1의 강재를 사용한 시험편을 기준강으로 하였다. 각 시험 번호의 굽힘 피로 강도의, 기준강의 굽힘 피로 강도에 대한 비를 굽힘 피로 강도비로 정의하였다. 즉, 다음 식에 의해, 굽힘 피로 강도비(%)를 구하였다.A test piece using the steel of Test No. 1 was used as a reference steel. The ratio of the bending fatigue strength of each test number to the bending fatigue strength of the standard steel was defined as the bending fatigue strength ratio. That is, the bending fatigue strength ratio (%) was obtained by the following formula.

굽힘 피로 강도비(%)=(각 시험 번호의 굽힘 피로 강도(MPa)/기준강의 굽힘 피로 강도(MPa))×100Bending fatigue strength ratio (%) = (bending fatigue strength (MPa) of each test number/bending fatigue strength (MPa) of reference steel) × 100

얻어진 굽힘 피로 강도비(%)를 표 3의 「굽힘 피로 강도비(%)」란에 나타낸다. 얻어진 굽힘 피로 강도비가 120% 이상이면, 충분한 굽힘 피로 강도가 얻어진다고 판단하였다. 한편, 굽힘 피로 강도비가 120% 미만이면, 굽힘 피로 강도가 낮다고 판단하였다.The obtained bending fatigue strength ratio (%) is shown in the "Bending fatigue strength ratio (%)" column of Table 3. When the obtained bending fatigue strength ratio was 120% or more, it was judged that sufficient bending fatigue strength was obtained. On the other hand, when the bending fatigue strength ratio was less than 120%, it was judged that the bending fatigue strength was low.

[(C3) 면 피로 강도 평가 시험][(C3) Cotton Fatigue Strength Evaluation Test]

각 시험 번호의 강재(직경 50㎜의 봉강)로부터, 도 8에 도시하는 면 피로 강도 평가 시험을 위한 롤러 피칭 피로 시험용 시험편의 중간품을 가공하였다. 도 8 중의 수치는, 치수(단위는 ㎜)를 나타낸다. 도면 중의 「φ」는 직경을 의미한다.From the steel material (steel bar with a diameter of 50 mm) of each test number, an intermediate product of a test piece for a roller pitching fatigue test for a surface fatigue strength evaluation test shown in FIG. 8 was processed. Numerical values in Fig. 8 represent dimensions (unit: mm). "φ" in the drawing means a diameter.

구체적으로는, 각 시험 번호의 강재(직경 50㎜의 봉강)를, 가열 온도 1200℃, 유지 시간 30분의 조건에서 가열하였다. 그 후, 마무리 온도를 950℃ 이상으로 하여 열간 가공(열간 단조)하여, 직경 35㎜의 봉강을 제조하였다. 직경 35㎜의 봉강을 기계 가공(절삭 가공)하여, 롤러 피칭 피로 시험용 시험편의 중간품을 가공하였다. 시험 번호 1의 중간품에 대하여, 상술한 조건의 가스 침탄 처리 및 템퍼링을 실시하였다. 시험 번호 2 내지 22의 중간품에 대하여, 상술한 조건의 진공 침탄 처리 및 템퍼링을 실시하였다. 이상의 공정에 의해, 도 8에 도시하는 롤러 피칭 피로 시험용 시험편(소 롤러 시험편)을 제작하였다.Specifically, the steel material (steel bar with a diameter of 50 mm) of each test number was heated under the conditions of a heating temperature of 1200 ° C. and a holding time of 30 minutes. Thereafter, hot working (hot forging) was performed at a finishing temperature of 950°C or higher to produce a steel bar having a diameter of 35 mm. A steel bar with a diameter of 35 mm was machined (cutting) to produce an intermediate product of a test piece for a roller pitching fatigue test. The intermediate product of Test No. 1 was subjected to gas carburizing and tempering under the conditions described above. The intermediate products of Test Nos. 2 to 22 were subjected to vacuum carburizing and tempering under the conditions described above. Through the above steps, a test piece (small roller test piece) for the roller pitching fatigue test shown in FIG. 8 was produced.

도 9는, 롤러 피칭 피로 시험의 모식도이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 소 롤러 시험편(200)에 대 롤러 시험편(100)을 후술하는 면압으로 대고 누르면서 소 롤러 시험편(200)을 회전시켰다. 소 롤러 시험편(200)은 상기 시험편의 방법으로 제작한 롤러 피칭 피로 시험용 시험편이었다. 대 롤러 시험편은 도 10에 도시하는 형상을 가졌다. 도 10 중의 수치는, 치수(단위는 ㎜)를 나타낸다. 도면 중의 「R700」은 외주면의 곡률 반경이 700㎜였던 것을 나타낸다.9 is a schematic diagram of a roller pitching fatigue test. As shown in Fig. 9, the small roller test piece 200 was rotated while pressing the large roller test piece 100 against the small roller test piece 200 with a surface pressure described later. The small roller test piece 200 was a test piece for a roller pitching fatigue test produced by the method of the above test piece. The large roller test piece had the shape shown in FIG. Numerical values in Fig. 10 represent dimensions (unit: mm). "R700" in the figure indicates that the radius of curvature of the outer peripheral surface was 700 mm.

대 롤러 시험편(100)은 JIS G 4053(2016)에 규정된 SCM420H에 상당하는 화학 조성을 갖는 강을 사용하여, 기준강인 시험 번호 1의 소 롤러 시험편(200)과 동일한 조건의 가스 침탄 처리 후에 표면 연마한 것을 사용하였다. 대 롤러 시험편(100)의 직경은 130㎜였다.The large roller test piece 100 uses steel having a chemical composition corresponding to SCM420H specified in JIS G 4053 (2016), surface polished after gas carburizing under the same conditions as the small roller test piece 200 of test number 1, which is the standard steel. one was used. The diameter of the large roller test piece 100 was 130 mm.

롤러 피칭 피로 시험에서는, 소 롤러 시험편(200)에 다양한 헤르츠 응력의 면압으로 대 롤러 시험편(100)을 압박하였다. 접촉부에서의 양 롤러 시험편의 주속 방향을 동일 방향으로 하고, 미끄럼률을 -40%(소 롤러 시험편(200)보다도 대 롤러 시험편(100)의 쪽이 접촉부의 주속이 40% 큼)로 하여 회전시켜서 시험을 행하였다. 상기 접촉부에 윤활유로서 공급하는 ATF(AT용 윤활유)의 유온은 90℃이고, 대 롤러 시험편(100)과 소 롤러 시험편(200)의 접촉 응력의 최대 면압은 4000MPa였다. 시험 중단 횟수를 2000만회(2.0×107회)로 하였다. 각 시험 번호당, 복수의 시험편에 대하여, 2.0×107회 반복한 후, 피칭이 발생하지 않은 가장 높은 응력을 면 피로 강도(MPa)로 하였다.In the roller pitching fatigue test, a large roller test piece 100 was pressed against the small roller test piece 200 with surface pressures of various Hertz stresses. The circumferential speed direction of both roller test pieces at the contact portion is set to the same direction, and the slip rate is -40% (the large roller test piece 100 has a 40% larger circumferential speed of the contact portion than the small roller test piece 200). A test was done. The oil temperature of ATF (lubricating oil for AT) supplied as lubricating oil to the contact portion was 90° C., and the maximum surface pressure of the contact stress between the large roller test piece 100 and the small roller test piece 200 was 4000 MPa. The number of interruptions in the test was 20 million times (2.0×10 7 times). After repeating 2.0×10 7 times for a plurality of test pieces for each test number, the highest stress at which pitching did not occur was taken as the surface fatigue strength (MPa).

시험 번호 1의 강재를 사용한 시험편을 기준강으로 하였다. 각 시험 번호의 면 피로 강도의, 기준강의 면 피로 강도에 대한 비를 면 피로 강도비로 정의하였다. 즉, 다음 식에 의해, 면 피로 강도비(%)를 구하였다.A test piece using the steel of Test No. 1 was used as a reference steel. The ratio of the face fatigue strength of each test number to the face fatigue strength of the reference steel was defined as the face fatigue strength ratio. That is, the surface fatigue strength ratio (%) was obtained by the following formula.

면 피로 강도비(%)=(각 시험 번호의 면 피로 강도(MPa)/기준강의 면 피로 강도(MPa))×100Surface fatigue strength ratio (%) = (plane fatigue strength (MPa) of each test number/plane fatigue strength (MPa) of reference steel) × 100

얻어진 면 피로 강도비(%)를 표 3의 「면 피로 강도비(%)」란에 나타낸다. 얻어진 면 피로 강도비가 125% 이상이면, 충분한 면 피로 강도가 얻어진다고 판단하였다. 한편, 면 피로 강도비가 125% 미만이면, 면 피로 강도가 낮다고 판단하였다.The obtained surface fatigue strength ratio (%) is shown in the column of "Face fatigue strength ratio (%)" in Table 3. When the obtained cotton fatigue strength ratio was 125% or more, it was judged that sufficient cotton fatigue strength was obtained. On the other hand, if the face fatigue strength ratio was less than 125%, it was judged that the face fatigue strength was low.

[(C4) 열처리 변형량 평가 시험][(C4) Heat Treatment Deformation Evaluation Test]

각 시험 번호의 강재(직경 50㎜의 봉강)로부터, 도 11a에 도시하는 기어 모의 시험편을 제작하였다. 구체적으로는, 각 시험 번호의 강재(직경 50㎜의 봉강)를, 가열 온도 1200℃, 유지 시간 30분의 조건에서 가열하였다. 그 후, 마무리 온도를 950℃ 이상으로 하여 열간 가공(열간 단조)하여, 직경 35㎜의 봉강을 제조하였다. 직경 35㎜의 봉강을 기계 가공(절삭 가공)하여, 침탄 처리(가스 침탄 처리, 진공 침탄 처리) 전의 기어 모의 시험편을 제작하였다.Gear simulated test pieces shown in FIG. 11A were produced from steel materials (steel bars with a diameter of 50 mm) of each test number. Specifically, the steel material (steel bar with a diameter of 50 mm) of each test number was heated under the conditions of a heating temperature of 1200 ° C. and a holding time of 30 minutes. Thereafter, hot working (hot forging) was performed at a finishing temperature of 950°C or higher to produce a steel bar having a diameter of 35 mm. A steel bar having a diameter of 35 mm was machined (cutting) to prepare a gear simulated test piece before carburizing (gas carburizing, vacuum carburizing).

도 11a 중에서 「㎜」가 부수된 수치는, 치수(단위는 ㎜)를 나타낸다. 도면 중의 「φ」는 직경을 의미한다. 기어 모의 시험편은, 원뿔대 형상을 가졌다. 기어 모의 시험편은, 직경 22㎜의 원 형상의 상면과, 직경 34㎜의 원 형상의 하면을 구비하였다. 기어 모의 시험편은, 중심축 CL2를 포함하는 원기둥상의 관통 구멍 TH를 가졌다. 관통 구멍 TH의 직경(내경)은 15㎜이며, 관통 구멍 TH의 중심축은, 기어 모의 시험편의 중심축과 일치하였다.In Fig. 11A, numerical values accompanied by "mm" indicate dimensions (unit is mm). "φ" in the drawing means a diameter. The gear simulated test piece had a truncated cone shape. The gear simulated test piece had a circular upper surface with a diameter of 22 mm and a circular lower surface with a diameter of 34 mm. The gear simulated test piece had a cylindrical through hole TH including the central axis CL2. The diameter (inner diameter) of the through hole TH was 15 mm, and the central axis of the through hole TH coincided with the central axis of the gear simulated test piece.

제작한 침탄 처리 전의 기어 모의 시험편의 관통 구멍 TH의 길이 방향의 각 위치에서의 내경(직경)을, 3차원 측정기로 측정하였다. 3차원 측정기로서, 가부시키가이샤 미츠토요제의 CNC 삼차원 측정기(상품명: Crysta-Apex)를 사용하였다.The inner diameter (diameter) at each position in the longitudinal direction of the through hole TH of the fabricated simulated gear test piece before carburizing was measured with a three-dimensional measuring instrument. As a three-dimensional measuring machine, a CNC three-dimensional measuring machine manufactured by Mitutoyo Co., Ltd. (trade name: Crysta-Apex) was used.

구체적으로는, 도 11b에 도시한 바와 같이, 관통 구멍 TH의 길이 방향의 상단으로부터 하단을 향하여, 상단으로부터 1.0 내지 16.0㎜의 범위에서는, 1.0㎜ 피치 위치에서 합계 16개의 내경을 측정하였다. 또한, 관통 구멍 TH의 길이 방향의 상단으로부터 하단을 향하여, 상단으로부터 0.5㎜ 위치, 및 상단으로부터 16.5㎜ 위치에서의 내경을 측정하였다. 즉, 관통 구멍 TH의 길이 방향의 18측정 위치에서, 관통 구멍 TH의 내경을 측정하였다. 또한, 각 측정 위치에서는, 중심축 CL2 둘레에 10° 피치로 합계 18개소(도 11b 중의 점 P1 내지 P18)의 내경을 측정하였다. 따라서, 관통 구멍 TH에 있어서, 18측정 위치×18개소=324점의 내경을 측정하였다.Specifically, as shown in FIG. 11B, a total of 16 inner diameters were measured at 1.0 mm pitch positions in the range of 1.0 to 16.0 mm from the upper end toward the lower end in the longitudinal direction of the through hole TH. In addition, the inner diameter of the through hole TH was measured from the upper end to the lower end in the longitudinal direction at a position of 0.5 mm from the upper end and at a position of 16.5 mm from the upper end. That is, the inner diameter of the through hole TH was measured at 18 measurement positions in the longitudinal direction of the through hole TH. In addition, at each measurement position, the inner diameter was measured at a total of 18 locations (points P1 to P18 in FIG. 11B) at a 10° pitch around the central axis CL2. Therefore, in the through hole TH, the inner diameter of 18 measurement positions x 18 locations = 324 points was measured.

상기 내경 측정 후의 기어 모의 시험편에 대하여, 상술한 침탄 처리 조건에서 침탄 처리(가스 침탄 ??칭 및 템퍼링, 또는 진공 침탄 ??칭 및 템퍼링)를 실시하여, 침탄 처리 후의 기어 모의 시험편을 제작하였다. 구체적으로는, 시험 번호 1의 기어 모의 시험편에 대하여, 상술한 조건의 가스 침탄 처리 및 템퍼링을 실시하였다. 시험 번호 2 내지 22의 기어 모의 시험편에 대하여, 상술한 조건의 진공 침탄 처리 및 템퍼링을 실시하였다. 침탄 처리 후의 각 시험 번호의 기어 모의 시험편에 대하여, 침탄 처리 전의 기어 모의 시험편의 관통 구멍 TH의 내경 측정 방법과 동일한 방법으로, 관통 구멍 TH의 내경을 측정하였다.The gear simulated test piece after the internal diameter measurement was subjected to carburizing treatment (gas carburizing quenching and tempering, or vacuum carburizing quenching and tempering) under the above-described carburizing treatment conditions to prepare a gear simulated test piece after carburizing treatment. Specifically, gas carburizing and tempering under the conditions described above were performed on the simulated gear test piece of Test No. 1. The simulated gear test pieces of Test Nos. 2 to 22 were subjected to vacuum carburizing and tempering under the conditions described above. For the simulated gear test pieces of each test number after the carburizing treatment, the internal diameter of the through hole TH was measured in the same manner as the method for measuring the internal diameter of the through hole TH of the simulated gear test specimen before the carburizing treatment.

[열처리의 최대 변형량비][Maximum strain amount ratio of heat treatment]

관통 구멍 TH의 각 측정 위치의 각 점 P1 내지 P18에 있어서, 침탄 처리 전의 내경(㎛)으로부터 침탄 처리 후의 내경(㎛)을 감한 값을, 각 측정 위치의 각 점 P1 내지 P18에서의 열처리 변형량으로 하였다. 각 시험 번호에 있어서, 합계 324점의 측정 결과에 있어서의 최대의 열처리 변형량을 구하였다.At each point P1 to P18 at each measurement position of the through hole TH, the value obtained by subtracting the internal diameter (μm) after carburizing from the internal diameter (μm) before carburizing is the heat treatment deformation amount at each point P1 to P18 at each measurement position did For each test number, the maximum heat treatment deformation amount in the measurement results of a total of 324 points was obtained.

각 시험 번호의 최대의 열처리 변형량의, 기준강(시험 번호 1)의 최대의 열처리 변형량에 대한 비를 「최대 변형량비」로 정의하였다. 즉, 다음 식에 의해, 최대 변형량비(%)를 구하였다.The ratio of the maximum heat treatment strain of each test number to the maximum heat treatment strain of the reference steel (test number 1) was defined as the "maximum strain ratio". That is, the maximum strain amount ratio (%) was obtained by the following formula.

최대 변형량비(%)=(각 시험 번호의 최대의 열처리 변형량(㎜)/기준강의 최대의 열처리 변형량(㎜))×100Maximum strain ratio (%) = (maximum heat treatment strain of each test number (mm)/maximum heat treatment strain of reference steel (mm)) × 100

얻어진 최대 변형량비(%)를 표 3의 「최대 변형량비(%)」란에 나타낸다. 얻어진 최대 변형량비가 90% 이하이면, 최대 변형량비가 작다고 판단하였다. 한편, 최대 변형량비가 90%를 초과하는 경우, 최대 변형량비가 크다고 판단하였다.The obtained maximum deformation amount ratio (%) is shown in the "Maximum deformation amount ratio (%)" column of Table 3. When the obtained maximum deformation amount ratio was 90% or less, it was judged that the maximum deformation amount ratio was small. On the other hand, when the maximum deformation amount ratio exceeded 90%, it was determined that the maximum deformation amount ratio was large.

[열처리의 변형량 차비][Ratio of deformation amount of heat treatment]

각 시험 번호에 있어서, 합계 324점의 측정 결과에 있어서의 최대의 열처리 변형량 및 최소의 열처리 변형량을 구하였다. 얻어진 최대의 열처리 변형량으로부터 최소의 열처리 변형량을 감한 값을 변형량 차(㎛)로 정의하였다.For each test number, the maximum heat treatment deformation amount and the minimum heat treatment deformation amount in the measurement results of a total of 324 points were obtained. The value obtained by subtracting the minimum heat treatment deformation amount from the maximum heat treatment deformation amount obtained was defined as the deformation amount difference (μm).

각 시험 번호의 변형량 차의, 기준강(시험 번호 1)의 변형량 차에 대한 비를 변형량 차비로 정의하였다. 즉, 다음 식에 의해, 변형량 차비를 구하였다.The ratio of the deformation amount difference of each test number to the deformation amount difference of the reference steel (test number 1) was defined as the deformation amount difference ratio. That is, the deformation amount difference ratio was calculated|required by the following formula.

변형량 차비(%)=(각 시험 번호의 변형량 차(㎛)/기준강의 변형량 차(㎛))×100Deformation difference ratio (%) = (Difference in deformation amount of each test number (μm)/Difference in deformation amount of standard steel (μm)) × 100

얻어진 변형량 차비(%)를 표 3의 「변형량 차비(%)」란에 나타낸다. 얻어진 변형량 차비가 90% 이하이면, 변형량 차비가 작다고 판단하였다. 한편, 변형량 차비가 90%를 초과하는 경우, 변형량 차비가 크다고 판단하였다.The obtained deformation amount difference ratio (%) is shown in the column of “Deformation amount difference ratio (%)” in Table 3. When the obtained deformation amount difference was 90% or less, it was judged that the deformation amount difference was small. On the other hand, when the deformation amount difference exceeded 90%, it was determined that the deformation amount difference was large.

최대 변형량비 및 변형량 차비가 모두 90% 이하이면, 열처리 변형을 삼차원적으로 충분히 억제할 수 있다고 판단하였다. 최대 변형량비 및/또는 변형량 차비가 90%를 초과하는 경우, 열처리 변형을 충분히 억제할 수 없다고 판단하였다.It was judged that the heat treatment deformation could be sufficiently suppressed three-dimensionally when both the maximum deformation amount ratio and the deformation amount difference ratio were 90% or less. When the maximum deformation amount ratio and/or the deformation amount difference ratio exceeded 90%, it was judged that the heat treatment deformation could not be sufficiently suppressed.

[시험 결과][Test result]

표 3에 시험 결과를 나타낸다. 표 3을 참조하여, 시험 번호 4 내지 6의 강재에서는, 화학 조성 중의 각 원소 함유량은 적절하며, F1 및 F2가 식 (1) 및 식 (2)를 충족하였다. 또한, 시험 번호 4 내지 6의 강재는, 제조 조건도 적절하였다. 그 때문에, 강재의 마이크로 조직이 적절하였다. 구체적으로는, 시험 번호 4 내지 6의 횡단면의 마이크로 조직은, 페라이트를 함유하고, 잔부가 펄라이트 및/또는 베이나이트로 이루어지는 조직이었다. 또한, 페라이트의 면적 분율의 산술 평균값은 50 내지 70%이며, 페라이트 면적 분율의 표준 편차는 4.0% 이하이며, 페라이트 평균 입경비는 2.00 이하였다. 또한, 시험 번호 4 내지 6의 종단면의 마이크로 조직은, 페라이트를 함유하고, 잔부가 펄라이트 및/또는 베이나이트로 이루어지는 조직이었다. 또한, 페라이트의 면적 분율의 산술 평균값은 50 내지 70%이며, 페라이트의 면적 분율의 표준 편차는 4.0% 이하이며, 페라이트 평균 입경비는 2.00 이하였다.Table 3 shows the test results. Referring to Table 3, in the steels of Test Nos. 4 to 6, the content of each element in the chemical composition was appropriate, and F1 and F2 satisfied the formulas (1) and (2). In addition, the manufacturing conditions were also appropriate for the steel materials of Test Nos. 4-6. For that reason, the microstructure of steel materials was suitable. Specifically, the microstructures of the cross sections of Test Nos. 4 to 6 were structures containing ferrite and the remainder being pearlite and/or bainite. In addition, the arithmetic average value of the ferrite area fraction was 50 to 70%, the standard deviation of the ferrite area fraction was 4.0% or less, and the average ferrite grain size ratio was 2.00 or less. Further, the microstructures of the longitudinal sections of Test Nos. 4 to 6 were structures containing ferrite and the remainder being pearlite and/or bainite. In addition, the arithmetic average value of the area fraction of ferrite was 50 to 70%, the standard deviation of the area fraction of ferrite was 4.0% or less, and the ferrite average grain size ratio was 2.00 or less.

그 때문에, 피삭성 평가 시험에 있어서, 플랭크면 마모량이 0.25㎜ 미만이며, 피삭성이 높았다. 또한, 굽힘 피로 강도비가 120% 이상이고, 면 피로 강도비가 125% 이상이며, 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도가 모두 우수하였다. 또한, 열처리에 있어서의 최대 변형량비 및 변형량 차비가 90% 이하이며, 열처리 변형이 삼차원적으로 충분히 억제되어 있었다.Therefore, in the machinability evaluation test, the flank wear amount was less than 0.25 mm, and the machinability was high. In addition, the bending fatigue strength ratio was 120% or more, the plane fatigue strength ratio was 125% or more, and both the bending fatigue strength and the plane fatigue strength were excellent. In addition, the maximum deformation amount ratio and the deformation amount difference ratio in the heat treatment were 90% or less, and the heat treatment deformation was sufficiently suppressed three-dimensionally.

한편, 시험 번호 2 및 3에서는, 분괴 압연 공정의 유지 시간이 10시간 미만이었다. 그 때문에, 횡단면 및 종단면의 강재의 페라이트의 면적 분율의 표준 편차가 4.0%를 초과하였다. 그 결과, 열처리에 있어서의 변형량 차비가 90%를 초과하여, 열처리 변형이 충분히 억제되지 않았다.On the other hand, in test numbers 2 and 3, the holding time of the lump rolling process was less than 10 hours. Therefore, the standard deviation of the area fraction of ferrite in the steel materials in the cross section and the longitudinal section exceeded 4.0%. As a result, the difference in deformation amount in the heat treatment exceeded 90%, and the heat treatment deformation was not sufficiently suppressed.

시험 번호 7 및 8에서는, 분괴 압연 공정의 가열 온도가 너무 낮았다. 그 때문에, 횡단면 및 종단면의 페라이트의 면적 분율의 표준 편차가 4.0%를 초과하였다. 그 결과, 열처리에 있어서의 변형량 차비가 90%를 초과하여, 열처리 변형이 충분히 억제되지 않았다.In Test Nos. 7 and 8, the heating temperature in the batch rolling process was too low. Therefore, the standard deviation of the area fraction of ferrite in the cross section and the longitudinal section exceeded 4.0%. As a result, the difference in deformation amount in the heat treatment exceeded 90%, and the heat treatment deformation was not sufficiently suppressed.

시험 번호 9 및 10에서는, 마무리 압연 공정의 가열 온도가 너무 낮았다. 그 때문에, 횡단면 및 종단면의 페라이트 평균 입경비가 2.00을 초과하였다. 그 결과, 열처리에 있어서의 변형량 차비가 90%를 초과하여, 열처리 변형이 충분히 억제되지 않았다.In Test Nos. 9 and 10, the heating temperature in the finish rolling process was too low. Therefore, the ferrite average grain size ratio in the cross section and the longitudinal section exceeded 2.00. As a result, the difference in deformation amount in the heat treatment exceeded 90%, and the heat treatment deformation was not sufficiently suppressed.

시험 번호 11 및 12에서는, 마무리 압연 공정의 유지 시간이 너무 짧았다. 그 때문에, 횡단면 및 종단면의 페라이트 평균 입경비가 2.00을 초과하였다. 그 결과, 열처리에 있어서의 변형량 차비가 90%를 초과하여, 열처리 변형이 충분히 억제되지 않았다.In Test Nos. 11 and 12, the holding time of the finish rolling process was too short. Therefore, the ferrite average grain size ratio in the cross section and the longitudinal section exceeded 2.00. As a result, the difference in deformation amount in the heat treatment exceeded 90%, and the heat treatment deformation was not sufficiently suppressed.

시험 번호 13 및 14에서는, 마무리 압연 공정의 마무리 온도가 너무 높았다. 그 때문에, 횡단면 및 종단면의 페라이트 평균 입경비가 2.00을 초과하였다. 그 결과, 열처리에 있어서의 변형량 차비가 90%를 초과하여, 열처리 변형이 충분히 억제되지 않았다.In Test Nos. 13 and 14, the finish temperature in the finish rolling process was too high. Therefore, the ferrite average grain size ratio in the cross section and the longitudinal section exceeded 2.00. As a result, the difference in deformation amount in the heat treatment exceeded 90%, and the heat treatment deformation was not sufficiently suppressed.

시험 번호 15 및 16에서는, 마무리 압연 공정의 마무리 온도가 너무 낮았다. 그 때문에, 횡단면 및 종단면의 페라이트 평균 입경비가 2.00을 초과하였다. 그 결과, 열처리에 있어서의 변형량 차비가 90%를 초과하여, 열처리 변형이 충분히 억제되지 않았다.In Test Nos. 15 and 16, the finish temperature in the finish rolling process was too low. Therefore, the ferrite average grain size ratio in the cross section and the longitudinal section exceeded 2.00. As a result, the difference in deformation amount in the heat treatment exceeded 90%, and the heat treatment deformation was not sufficiently suppressed.

시험 번호 17 및 18에서는, 냉각 공정의 냉각 속도가 너무 느렸다. 그 때문에, 횡단면 및 종단면의 페라이트의 면적 분율의 산술 평균값이 70%를 초과하였다. 그 때문에, 열처리에 있어서의 변형량 차비가 90%를 초과하여, 열처리 변형이 충분히 억제되지 않았다.In Test Nos. 17 and 18, the cooling rate of the cooling process was too slow. Therefore, the arithmetic average value of the area fraction of ferrite in the cross section and the longitudinal section exceeded 70%. Therefore, the difference in deformation amount in the heat treatment exceeded 90%, and the heat treatment deformation was not sufficiently suppressed.

시험 번호 19 및 20에서는, 냉각 공정의 냉각 속도가 너무 빨랐다. 그 때문에, 횡단면 및 종단면의 페라이트의 면적 분율의 산술 평균값이 50% 미만이었다. 그 때문에, 플랭크면 마모량이 0.25㎜ 이상이었다. 그 결과, 강재의 피삭성이 낮았다.In Test Nos. 19 and 20, the cooling rate of the cooling process was too fast. Therefore, the arithmetic average value of the area fraction of ferrite in the cross section and the longitudinal section was less than 50%. Therefore, the flank wear amount was 0.25 mm or more. As a result, the machinability of steel materials was low.

시험 번호 21 및 22에서는, 온도 유지 공정의 냉각 속도가 너무 빨랐다. 그 때문에, 종단면의 마이크로 조직에 있어서, 페라이트 평균 입경비가 2.00을 초과하였다. 그 때문에, 열처리에 있어서의 변형량 차비가 90%를 초과하여, 열처리 변형이 충분히 억제되지 않았다.In Test Nos. 21 and 22, the cooling rate in the temperature holding process was too fast. Therefore, in the microstructure of the longitudinal section, the ferrite average grain size ratio exceeded 2.00. Therefore, the difference in deformation amount in the heat treatment exceeded 90%, and the heat treatment deformation was not sufficiently suppressed.

실시예 2Example 2

실시예 1과 마찬가지로, 표 4에 나타내는 화학 조성을 갖는 강재를 준비하였다.As in Example 1, steel materials having chemical compositions shown in Table 4 were prepared.

Figure pct00004
Figure pct00004

다음의 방법에 의해, 강재를 제조하였다. 용강에 대하여, 표 2의 제조 조건 b를 사용하여, 실시예 1과 마찬가지로, 표 5에 나타내는 시험 번호 1 내지 35의 강재(봉강)를 제조하였다.Steel materials were manufactured by the following method. Regarding the molten steel, steel materials (steel bars) of test numbers 1 to 35 shown in Table 5 were manufactured in the same way as in Example 1 using the production conditions b in Table 2.

Figure pct00005
Figure pct00005

[평가 시험][Evaluation test]

이상의 제조 공정에서 제조된 강재(봉강)에 대하여, 실시예 1과 동일한 방법으로, 실시예 1과 동일한 측정 및 평가 시험을 실시하였다. 또한, (C2) 굽힘 피로 강도 평가 시험, (C3) 면 피로 강도 평가 시험, 및 (C4) 열처리 변형량 평가 시험에서는, 기준강으로서, 표 1의 시험 번호 1의 강재를 사용하였다.The same measurement and evaluation tests as in Example 1 were conducted in the same manner as in Example 1 with respect to the steel material (steel bar) manufactured in the above manufacturing process. In the (C2) bending fatigue strength evaluation test, (C3) face fatigue strength evaluation test, and (C4) heat treatment deformation evaluation test, the steel material of test number 1 in Table 1 was used as a reference steel.

[시험 결과][Test result]

표 5에 시험 결과를 나타낸다. 표 5를 참조하여, 시험 번호 1 내지 18의 강재의 화학 조성에 있어서, 각 원소 함유량은 적절하며, F1이 식 (1)을 충족하고, F2가 식 (2)를 충족하였다. 또한, 시험 번호 1 내지 18의 강재는, 제조 조건도 적절하였다. 그 때문에, 강재의 마이크로 조직이 적절하였다. 구체적으로는, 시험 번호 1 내지 18의 횡단면의 마이크로 조직은, 페라이트, 펄라이트 및/또는 베이나이트로 이루어지고, 페라이트의 면적 분율의 산술 평균값은 50 내지 70%이며, 페라이트의 면적 분율의 표준 편차는 4.0% 이하이며, 페라이트 평균 입경비는 2.00 이하였다. 시험 번호 1 내지 18의 종단면의 마이크로 조직은, 페라이트, 펄라이트 및/또는 베이나이트로 이루어지고, 페라이트의 면적 분율의 산술 평균값은 50 내지 70%이며, 페라이트의 면적 분율의 표준 편차는 4.0% 이하이며, 페라이트 평균 입경비는 2.00 이하였다. 그 때문에, 플랭크면 마모량이 0.25㎜ 미만이며, 피삭성이 높았다. 또한, 굽힘 피로 강도비가 120% 이상이며, 면 피로 강도비가 125% 이상이며, 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도가 모두 우수하였다. 또한, 열처리에 있어서의 최대 변형량비 및 변형량 차비가 90% 이하이며, 열처리 변형이 충분히 억제되어 있었다.Table 5 shows the test results. Referring to Table 5, in the chemical composition of the steels of Test Nos. 1 to 18, the content of each element was appropriate, F1 satisfied Formula (1), and F2 satisfied Formula (2). In addition, the manufacturing conditions were also appropriate for the steel materials of Test Nos. 1-18. For that reason, the microstructure of steel materials was suitable. Specifically, the microstructures of the cross sections of Test Nos. 1 to 18 are made of ferrite, pearlite and/or bainite, the arithmetic average value of the area fraction of ferrite is 50 to 70%, and the standard deviation of the area fraction of ferrite is It was 4.0% or less, and the ferrite average grain size ratio was 2.00 or less. The microstructures of the longitudinal sections of Test Nos. 1 to 18 are made of ferrite, pearlite and/or bainite, the arithmetic average value of the area fraction of ferrite is 50 to 70%, and the standard deviation of the area fraction of ferrite is 4.0% or less. , the ferrite average grain size ratio was 2.00 or less. Therefore, the flank wear amount was less than 0.25 mm, and the machinability was high. In addition, the bending fatigue strength ratio was 120% or more, the plane fatigue strength ratio was 125% or more, and both the bending fatigue strength and the plane fatigue strength were excellent. Further, the maximum deformation amount ratio and the deformation amount difference ratio in the heat treatment were 90% or less, and the heat treatment deformation was sufficiently suppressed.

한편, 시험 번호 19 내지 23에서는, F2가 너무 높았다. 그 때문에, 열처리에 있어서의 최대 변형량비가 90%를 초과하여, 열처리 변형이 충분히 억제되지 않았다.On the other hand, in Test Nos. 19 to 23, F2 was too high. Therefore, the maximum deformation amount ratio in the heat treatment exceeded 90%, and the heat treatment deformation was not sufficiently suppressed.

시험 번호 24 및 25에서는, F1이 너무 낮았다. 그 때문에, 굽힘 피로 강도비가 120% 미만이며, 굽힘 피로 강도가 낮았다.In test nos. 24 and 25, F1 was too low. Therefore, the bending fatigue strength ratio was less than 120%, and the bending fatigue strength was low.

시험 번호 26은, C 함유량이 너무 높았다. 그 때문에, 플랭크면 마모량이 0.25㎜ 이상이며, 피삭성이 낮았다.In Test No. 26, the C content was too high. Therefore, the flank wear amount was 0.25 mm or more, and the machinability was low.

시험 번호 27은 Si 함유량이 너무 낮았다. 그 때문에, F1이 식 (1)을 충족하지 않았다. 그 때문에, 굽힘 피로 강도비가 120% 미만이고, 면 피로 강도비가 125% 미만이었다. 그 결과, 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도가 낮았다.In Test No. 27, the Si content was too low. Therefore, F1 did not satisfy Formula (1). Therefore, the bending fatigue strength ratio was less than 120%, and the face fatigue strength ratio was less than 125%. As a result, the bending fatigue strength and face fatigue strength were low.

시험 번호 28은, Si 및 Mn 함유량이 너무 낮았다. 그 때문에, 굽힘 피로 강도비가 120% 미만이고, 면 피로 강도비가 125% 미만이었다. 그 결과, 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도가 모두 불충분하였다.In Test No. 28, the Si and Mn contents were too low. Therefore, the bending fatigue strength ratio was less than 120%, and the face fatigue strength ratio was less than 125%. As a result, both bending fatigue strength and face fatigue strength were insufficient.

시험 번호 29는, Si 함유량이 너무 높았다. 그 때문에, 플랭크면 마모량이 0.25㎜ 이상이며, 피삭성이 낮았다.In Test No. 29, the Si content was too high. Therefore, the flank wear amount was 0.25 mm or more, and the machinability was low.

시험 번호 30은, Mn 함유량이 너무 낮았다. 그 때문에, 굽힘 피로 강도비가 120% 미만이고, 면 피로 강도비가 125% 미만이었다. 그 결과, 굽힘 피로 강도 및 면 피로 강도가 낮았다.In Test No. 30, the Mn content was too low. Therefore, the bending fatigue strength ratio was less than 120%, and the face fatigue strength ratio was less than 125%. As a result, the bending fatigue strength and face fatigue strength were low.

시험 번호 31은, Mn 함유량이 너무 높았다. 그 때문에, 플랭크면 마모량이 0.25㎜ 이상이며, 피삭성이 낮았다. 또한, F1이 식 (1)을 충족하지 않았다. 그 때문에, 굽힘 피로 강도비가 120% 미만이며, 굽힘 피로 강도가 불충분하였다.In Test No. 31, the Mn content was too high. Therefore, the flank wear amount was 0.25 mm or more, and the machinability was low. Also, F1 did not satisfy equation (1). Therefore, the bending fatigue strength ratio was less than 120%, and the bending fatigue strength was insufficient.

시험 번호 32는, Mn 함유량이 너무 높았다. 그 때문에, 플랭크면 마모량이 0.25㎜ 이상이며, 피삭성이 낮았다.In Test No. 32, the Mn content was too high. Therefore, the flank wear amount was 0.25 mm or more, and the machinability was low.

시험 번호 33은, Cr 함유량이 너무 높았다. 그 때문에, 굽힘 피로 강도비가 120% 미만이며, 굽힘 피로 강도가 낮았다.In Test No. 33, the Cr content was too high. Therefore, the bending fatigue strength ratio was less than 120%, and the bending fatigue strength was low.

시험 번호 34는, Mo 함유량이 너무 높았다. 그 때문에, 플랭크면 마모량이 0.25㎜ 이상이며, 피삭성이 낮았다.In Test No. 34, the Mo content was too high. Therefore, the flank wear amount was 0.25 mm or more, and the machinability was low.

시험 번호 35는, Nb 함유량이 너무 높았다. 그 때문에, 굽힘 피로 강도비가 120% 미만이며, 굽힘 피로 강도가 낮았다.In Test No. 35, the Nb content was too high. Therefore, the bending fatigue strength ratio was less than 120%, and the bending fatigue strength was low.

이상, 본 개시의 실시 형태를 설명하였다. 그러나, 상술한 실시 형태는 본 개시를 실시하기 위한 예시에 지나지 않는다. 따라서, 본 개시는 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서 상술한 실시 형태를 적절히 변경하여 실시할 수 있다.In the above, the embodiment of the present disclosure has been described. However, the above-described embodiment is only an example for carrying out the present disclosure. Therefore, this indication is not limited to the above-mentioned embodiment, Within the range which does not deviate from the meaning, the above-mentioned embodiment can be changed suitably and implemented.

Claims (2)

강재이며,
화학 조성이, 질량%로,
C: 0.18 내지 0.25%,
Si: 0.70 내지 2.00%,
Mn: 0.70 내지 1.50%,
S: 0.005 내지 0.050%,
N: 0.0050 내지 0.0200%,
Al: 0.001 내지 0.100%,
O: 0.0050% 이하, 및
P: 0.030% 이하를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 또한, 식 (1) 및 식 (2)를 충족하고,
상기 강재의 길이 방향에 수직인 단면이며 반경 R의 원 형상인 횡단면에 있어서,
상기 횡단면의 중심 위치, 및 상기 횡단면의 중심으로부터 직경 방향으로 R/2의 위치이며 상기 횡단면의 중심 둘레에 45° 피치로 배치되는 8개소의 상기 R/2 위치를, 9개소의 횡단면 관찰 위치로 정의했을 때,
상기 각 횡단면 관찰 위치에서의 마이크로 조직은, 페라이트를 함유하고, 잔부는 펄라이트 및/또는 베이나이트로 이루어지고,
상기 9개소의 횡단면 관찰 위치에서의 페라이트의 면적 분율의 산술 평균값은 50 내지 70%이며, 또한, 상기 페라이트의 면적 분율의 표준 편차는 4.0% 이하이고,
상기 9개소의 횡단면 관찰 위치에서의 페라이트의 평균 입경 중, 최소의 평균 입경에 대한 최대의 평균 입경의 비가 2.00 이하이고,
상기 강재의 길이 방향에 평행한 단면이며 상기 강재의 중심축을 포함하는 종단면에 있어서,
상기 중심축 상에 R/2 피치로 배치되는 3개소의 중심축 위치, 및 상기 각 중심축 위치로부터 상기 직경 방향으로 R/2의 위치에 배치되는 6개소의 상기 R/2 위치를, 9개소의 종단면 관찰 위치로 정의했을 때,
상기 각 종단면 관찰 위치에서의 마이크로 조직은, 페라이트를 함유하고, 잔부는 펄라이트 및/또는 베이나이트로 이루어지고,
상기 9개소의 종단면 관찰 위치에서의 페라이트의 면적 분율의 산술 평균값은 50 내지 70%이며, 또한, 상기 페라이트의 면적 분율의 표준 편차는 4.0% 이하이고,
상기 9개소의 종단면 관찰 위치에서의 페라이트의 평균 입경 중, 최소의 평균 입경에 대한 최대의 평균 입경의 비가 2.00 이하인,
강재.
Si/Mn≥1.00 (1)
1-(0.5C+0.03Si+0.06Mn+0.01Cr+0.05Mo)<0.800 (2)
여기서, 식 (1) 및 식 (2) 중의 각 원소 기호에는, 대응하는 원소의 함유량(질량%)이 대입된다. 대응하는 원소가 함유되어 있지 않은 경우, 그 원소 기호에는 「0」이 대입된다.
is steel,
Chemical composition, in mass%,
C: 0.18 to 0.25%;
Si: 0.70 to 2.00%;
Mn: 0.70 to 1.50%;
S: 0.005 to 0.050%;
N: 0.0050 to 0.0200%;
Al: 0.001 to 0.100%;
O: 0.0050% or less, and
P: contains 0.030% or less;
The remainder consists of Fe and impurities, and also satisfies formulas (1) and (2),
In the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the steel material and circular in shape with a radius R,
The position of the center of the cross section and the position of R/2 in the radial direction from the center of the cross section and the R/2 positions of eight locations arranged at a pitch of 45° around the center of the cross section as nine cross section observation positions. When defined,
The microstructure at each of the above cross-sectional observation positions contains ferrite, and the remainder is composed of pearlite and/or bainite,
The arithmetic average value of the area fraction of ferrite at the nine cross-sectional observation positions is 50 to 70%, and the standard deviation of the area fraction of ferrite is 4.0% or less,
Among the average grain diameters of ferrite at the nine cross-sectional observation positions, the ratio of the maximum average grain diameter to the minimum average grain diameter is 2.00 or less,
In the longitudinal section, which is a cross section parallel to the longitudinal direction of the steel member and includes the central axis of the steel member,
Three central axis positions arranged at R/2 pitches on the central axis, and six R/2 positions arranged at R/2 positions in the radial direction from each central axis position, When defined as the longitudinal section observation position of
The microstructure at each longitudinal section observation position contains ferrite, and the remainder is composed of pearlite and/or bainite,
The arithmetic average value of the area fraction of ferrite at the above nine longitudinal cross-section observation positions is 50 to 70%, and the standard deviation of the area fraction of ferrite is 4.0% or less,
Among the average grain diameters of ferrite at the nine longitudinal section observation positions, the ratio of the maximum average grain diameter to the minimum average grain diameter is 2.00 or less,
steel.
Si/Mn≥1.00 (1)
1-(0.5C+0.03Si+0.06Mn+0.01Cr+0.05Mo)<0.800 (2)
Here, the content (mass %) of the corresponding element is substituted for each element symbol in Formulas (1) and (2). When the corresponding element is not contained, "0" is substituted for the element symbol.
제1항에 있어서,
상기 화학 조성은 또한, 상기 Fe의 일부 대신에,
Mo: 0.50% 이하,
Nb: 0.050% 이하,
Cr: 0.60% 이하,
Ti: 0.020% 이하,
Cu: 0.50% 이하,
Ni: 0.80% 이하,
V: 0.30% 이하,
Mg: 0.0035% 이하,
Ca: 0.0030% 이하, 및
희토류 원소: 0.0050% 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 원소 이상을 함유하는,
강재.
According to claim 1,
The chemical composition also, instead of part of the Fe,
Mo: 0.50% or less;
Nb: 0.050% or less;
Cr: 0.60% or less;
Ti: 0.020% or less;
Cu: 0.50% or less;
Ni: 0.80% or less;
V: 0.30% or less;
Mg: 0.0035% or less;
Ca: 0.0030% or less, and
Rare earth elements: containing at least one element selected from the group consisting of 0.0050% or less,
steel.
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