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JP2010180455A - Case-hardening steel - Google Patents

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JP2010180455A JP2009025461A JP2009025461A JP2010180455A JP 2010180455 A JP2010180455 A JP 2010180455A JP 2009025461 A JP2009025461 A JP 2009025461A JP 2009025461 A JP2009025461 A JP 2009025461A JP 2010180455 A JP2010180455 A JP 2010180455A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a case-hardening steel which, even when containing Ni and Mo as little as possible, ensures a fatigue strength and a pitching strength nearly equal to or above those of case-hardening steel obtained by using SNCM220H and SCM420H prescribed in the JIS G 4052 as a raw material and also has a low composition cost and good workability for hot and cold rolling and forging. <P>SOLUTION: The case-hardening steel contains 0.15-0.25% C, 0.02-0.10% Si, 0.80-1.10% Mn, ≤0.030% S, >1.25% to 1.60% Cr, 0.05-0.10% Mo, 0.010-0.050% Al and 0.0100-0.0220% N, wherein Si, Mn, Cr and S contents satisfy 30≤Mn/S≤150 and 0.7≤Cr/(Si+2Mn)≤1.0, and the balance Fe with impurities containing ≤0.020% P, <0.005 Ti and ≤0.0015% O. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、肌焼鋼に関する。詳しくは、成分コストが低く、しかも、曲げ疲労強度および耐ピッチング性に優れ、自動車用歯車など浸炭部品の素材として用いるのに好適な肌焼鋼に関する。   The present invention relates to case-hardened steel. Specifically, the present invention relates to a case-hardened steel having a low component cost, excellent bending fatigue strength and pitting resistance, and suitable for use as a material for carburized parts such as automobile gears.

自動車部品、なかでもトランスミッションなどに使用される自動車用歯車は、歯元の曲げ疲労強度向上および歯面のピッチング強度向上の観点から、一般に、浸炭焼入などの表面硬化処理を行った後、焼戻しを施して製造されている。   Automotive gears used in automobile parts, especially transmissions, are generally tempered after surface hardening treatment such as carburizing and quenching from the viewpoint of improving bending fatigue strength at the tooth root and improving pitching strength of the tooth surface. It is manufactured by applying.

なお、上記の「浸炭焼入」は、一般に、素材鋼(生地の鋼)として低炭素の「肌焼鋼」を使用し、Ac3点以上の高温のオーステナイト域でCを侵入・拡散させた後、焼入する処理である。 In addition, the above-mentioned “carburizing and quenching” generally uses low-carbon “skin-hardened steel” as material steel (dough steel), and invades and diffuses C in a high temperature austenite region of Ac 3 or more After that, it is a quenching process.

近年では、自動車に、軽量化・高トルク化が要求されている。このため、上記自動車用歯車など浸炭部品には、従来にも増して高い曲げ疲労強度と高いピッチング強度とが必要となっている。なお、本明細書においては、以下「浸炭部品」を「歯車」で代表させて説明する。   In recent years, automobiles are required to be lightweight and high torque. For this reason, carburized parts such as the above-mentioned automobile gears require higher bending fatigue strength and higher pitching strength than ever before. In the present specification, “carburized parts” will be described below by using “gears”.

肌焼鋼にNi、CrおよびMoなどの合金元素を多量に含有させると、歯車に高い曲げ疲労強度と高いピッチング強度を確保させることができるものの、合金元素増量による成分コストの上昇を招いてしまう。   Increasing the amount of alloying elements such as Ni, Cr, and Mo in case-hardened steel can ensure high bending fatigue strength and high pitching strength in the gear, but increases the component cost due to the increase in alloying elements. .

しかしながら一方で、NiとMoはいずれも、浸炭層の深さおよび芯部の硬さを大きくする重要な元素であり、しかも、NiとMoはともに非酸化性の元素であるため、ガス浸炭の際に表面に生成する粒界酸化層の深さを増大させることなく浸炭層の焼入性を向上させる効果も有している。   However, on the other hand, both Ni and Mo are important elements that increase the depth of the carburized layer and the hardness of the core, and both Ni and Mo are non-oxidizing elements. In addition, it has an effect of improving the hardenability of the carburized layer without increasing the depth of the grain boundary oxide layer formed on the surface.

このため、歯車の素材となる「肌焼鋼」には、JIS G 4052(2003)に規定されたSNCM220Hなどの「ニッケルクロムモリブデン鋼」やSCM420Hなどの「クロムモリブデン鋼」が使用されることが多いが、特に近年のNiおよびMoの価格高騰の状況を踏まえて、NiおよびMoの含有量を極力抑えて成分コストが低く、しかも、歯車に高い曲げ疲労強度と高いピッチング強度を具備させることができる肌焼鋼に対する要望が極めて大きくなっている。   For this reason, “nickel chrome molybdenum steel” such as SNCM220H defined in JIS G 4052 (2003) and “chromium molybdenum steel” such as SCM420H are used for “skin-hardened steel” used as a gear material. In particular, in light of recent increases in the prices of Ni and Mo, it is possible to suppress the content of Ni and Mo as much as possible, to reduce the component cost, and to provide the gear with high bending fatigue strength and high pitching strength. There is a great demand for case-hardened steel.

そこで、前記した要望に応えるべく、例えば、特許文献1および特許文献2にそれぞれ、「浸炭及び浸炭窒化処理用高クロム鋼」および「高疲労強度肌焼き品の製造方法」が提案されている。   Therefore, in order to meet the above-mentioned demand, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2 propose “high chromium steel for carburizing and carbonitriding” and “manufacturing method of high fatigue strength case-baked product”, respectively.

具体的には、特許文献1に、質量パーセントで、C=0.10〜0.30%、Si=0.15%以下、Mn=0.90〜1.40%、P=0.015%以下、Cr=1.25〜1.70%、Al=0.010〜0.050%、Nb=0.001〜0.050%、O=0.0015%以下、N=0.0100〜0.0200%を含有し、必要に応じてさらに、(a)Ni=0.15%以下、Mo=0.10%以下のうちの1種または2種、(b)Ti=0.005〜0.015%、(c)S=0.005〜0.035%、Pb=0.01〜0.09%、Bi=0.04〜0.20%、Te=0.002〜0.050%、Zr=0.01〜0.20%、Ca=0.0001〜0.0100%のうちの1種または2種以上、の3グループの元素を1または2以上組み合わせて含有し、残部Feならびに不可避的不純物元素からなる鋼を1200℃以上に加熱し、仕上温度800℃以上で熱間圧延等の熱間成形を終了後、30℃/分以上の平均冷却速度で600℃以下まで冷却して得たことを特徴とする「浸炭及び浸炭窒化処理用クロム鋼」が開示されている。   Specifically, in Patent Document 1, in mass percent, C = 0.10 to 0.30%, Si = 0.15% or less, Mn = 0.90 to 1.40%, P = 0.015% Hereinafter, Cr = 1.25 to 1.70%, Al = 0.010 to 0.050%, Nb = 0.001 to 0.050%, O = 0.0015% or less, N = 0.0100 to 0 0.0200%, if necessary, (a) Ni = 0.15% or less, Mo = 0.10% or less, or (b) Ti = 0.005-0 0.015%, (c) S = 0.005 to 0.035%, Pb = 0.01 to 0.09%, Bi = 0.04 to 0.20%, Te = 0.002 to 0.050% , Zr = 0.01-0.20%, Ca = 0.0001-0.0100%, one or two or more of three groups of elements Or a combination of two or more, the remaining Fe and inevitable impurity element steel is heated to 1200 ° C or higher, and after finishing hot forming such as hot rolling at a finishing temperature of 800 ° C or higher, 30 ° C / min or higher. “Chromium steel for carburizing and carbonitriding”, which is obtained by cooling to 600 ° C. or less at an average cooling rate of 5%, is disclosed.

また、特許文献2に、重量比として、C:0.10〜0.30%、Mn:0.50〜2.0%、S:0.01〜0.20%、Cr:0.50〜1.50%、Al:0.02〜0.10%、N:0.010〜0.025%を含有し、必要に応じてさらに、(a)Nb:0.020〜0.120%、Ti:0.005〜0.10%のうちの1種または2種、(b)Ni:4.0%以下、Mo:1.0%以下、V:1.0%以下、Cu:3.0%以下の1種または2種以上、の2グループの元素を1または2以上組み合わせて含有し、Si:0.10%以下、P:0.010%以下、O:0.005%以下に制限し、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼材を、所要の製品形状に加工し、表層0.02mmでの残留オーステナイト量が面積率にて20〜60%の範囲となるような条件で浸炭処理を行なった後、応力集中部に、最表面での正味の最大応力で70〜120kgf/mm2の範囲の繰り返し曲げ応力を、103回以下付与することを特徴とする「高疲労強度肌焼き品の製造方法」が開示されている。 In Patent Document 2, as weight ratios, C: 0.10 to 0.30%, Mn: 0.50 to 2.0%, S: 0.01 to 0.20%, Cr: 0.50 1.50%, Al: 0.02 to 0.10%, N: 0.010 to 0.025%, if necessary, (a) Nb: 0.020 to 0.120%, Ti: One or two of 0.005 to 0.10%, (b) Ni: 4.0% or less, Mo: 1.0% or less, V: 1.0% or less, Cu: 3. Contains one or two elements in combination of 1 or 2% of 0% or less, Si: 0.10% or less, P: 0.010% or less, O: 0.005% or less The steel material consisting of the remaining Fe and inevitable impurities is processed into the required product shape, and the amount of retained austenite at the surface layer of 0.02 mm is reduced to the area ratio. After performing the carburizing becomes such conditions 20 to 60 percent range, the stress concentration portion, the repeated bending stress in the range of 70~120kgf / mm 2 at maximum stress the net at the outermost surface, 10 3 times A “method for producing a high fatigue strength case-baked product” characterized by the following is disclosed.

特開2001−152284号公報JP 2001-152284 A 特開平2−259012号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2-259012

前述の特許文献1で開示された技術は、Siの含有量を低く抑えて粒界酸化を低減する技術的思想を有するものの、曲げ疲労強度およびピッチング強度の低下を招く粒界酸化層および不完全焼入層(以下、総称して「浸炭異常層」ということがある。)の深さを抑制することについての配慮がなされていない。このため、必ずしも、歯車に高い曲げ疲労強度と高いピッチング強度を確保させることができるというものではなかった。   Although the technique disclosed in Patent Document 1 described above has a technical idea of suppressing the grain boundary oxidation by suppressing the Si content to a low level, the grain boundary oxide layer and the incompleteness that cause a decrease in bending fatigue strength and pitching strength are included. No consideration has been given to suppressing the depth of the hardened layer (hereinafter, sometimes referred to collectively as the “carburized abnormal layer”). For this reason, it has not necessarily been able to ensure high bending fatigue strength and high pitching strength in the gear.

特許文献2で開示された技術も、Siの含有量を0.1%以下に制限して粒界酸化を低減する技術的思想を有するものの、曲げ疲労強度およびピッチング強度を低下させる浸炭異常層の深さを抑制することについての配慮がなされていない。このため、必ずしも、歯車に高い曲げ疲労強度と高いピッチング強度を確保させることができるというものではなかった。しかも、この特許文献2で開示された技術の場合、素材鋼を熱間圧延したり所望の製品形状に熱間鍛造あるいは冷間鍛造する際に割れの起点となる粗大なMnSの生成を抑制することについての配慮がなされていない。このため、熱間圧延や熱間鍛造などの熱間加工性および冷間鍛造性が低下して工業的規模での生産において割れが多発して製品歩留りの大きな低下を招いてしまうことがあり、さらに、上記の粗大なMnSそのものが、曲げ疲労強度およびピッチング強度を低下させるので、所望の高い曲げ疲労強度と高いピッチング強度が確保できないこともあった。   Although the technique disclosed in Patent Document 2 also has the technical idea of reducing grain boundary oxidation by limiting the Si content to 0.1% or less, the carburizing abnormal layer that reduces bending fatigue strength and pitting strength. No consideration has been given to controlling depth. For this reason, it has not necessarily been able to ensure high bending fatigue strength and high pitching strength in the gear. Moreover, in the case of the technique disclosed in Patent Document 2, the generation of coarse MnS that becomes a starting point of cracking when hot rolling the raw steel or hot forging or cold forging into a desired product shape is suppressed. There is no consideration for this. For this reason, hot workability such as hot rolling and hot forging and cold forgeability are reduced, and cracks frequently occur in production on an industrial scale, leading to a significant decrease in product yield. Furthermore, since the above-mentioned coarse MnS itself decreases the bending fatigue strength and the pitching strength, the desired high bending fatigue strength and high pitching strength may not be ensured.

そこで、本発明の目的は、高価な元素であるNiおよびMoを極力含有しない場合であっても、歯車に対して、JIS G 4052(2003)に規定された「ニッケルクロムモリブデン鋼」のSNCM220Hおよび「クロムモリブデン鋼」のSCM420Hを素材鋼とする場合と同じ程度あるいはそれを上回る曲げ疲労強度とピッチング強度を確保させることができるとともに成分コストが低く、しかも、熱間および冷間での圧延や鍛造の際の良好な加工性も具備する肌焼鋼を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide SNCM220H of “nickel chrome molybdenum steel” defined in JIS G 4052 (2003) and gears even when the expensive elements Ni and Mo are not contained as much as possible. Bending fatigue strength and pitching strength can be ensured to the same extent or higher than when SCM420H of “chromium molybdenum steel” is used as raw material steel, and the component cost is low, and hot and cold rolling and forging are also possible. It is to provide a case-hardened steel that also has good workability.

本発明者らは、前記した課題を解決するために、種々の検討を行った。その結果、先ず、下記(a)〜(d)の知見を得た。   The present inventors have made various studies in order to solve the above-described problems. As a result, first, the following findings (a) to (d) were obtained.

(a)NiおよびMoを極力含有させることなく、高い曲げ疲労強度と高いピッチング強度を確保するためには、鋼の成分組成を、NiおよびMo含有量低減のために生ずる焼入性の低下を抑止することができるものとする必要がある。   (A) In order to ensure high bending fatigue strength and high pitching strength without containing Ni and Mo as much as possible, the composition of the steel is reduced in the hardenability caused by reducing the Ni and Mo contents. It needs to be able to be deterred.

(b)粗大なMnSの生成によって、曲げ疲労強度およびピッチング強度の低下が生じるので、高い曲げ疲労強度および高いピッチング強度の確保のためには、粗大なMnSの生成を抑制することが必要である。   (B) Since the generation of coarse MnS causes a decrease in bending fatigue strength and pitching strength, it is necessary to suppress the formation of coarse MnS in order to ensure high bending fatigue strength and high pitching strength. .

(c)粗大なMnSは熱間圧延や熱間鍛造などの熱間加工時の割れおよび冷間鍛造時の割れの起点となる。このため、熱間加工時の割れおよび冷間鍛造時の割れを抑制するためにも粗大なMnSを極力少なくする必要がある。   (C) Coarse MnS becomes a starting point of cracks during hot working such as hot rolling and hot forging and cracks during cold forging. For this reason, it is necessary to reduce coarse MnS as much as possible in order to suppress cracking during hot working and cracking during cold forging.

(d)粗大なMnSを極力少なくするためには、MnとSの個々の含有量の制御だけではなく、MnとSの含有量バランスを適正化することが必要である。具体的には、式中の元素記号を、その元素の質量%での含有量として、〔fn1=Mn/S〕の式で表されるfn1の値を30以上150以下に制御することによって、粗大なMnSの生成を抑制することができる。このため、良好な熱間加工性および冷間鍛造性を確保して熱間加工時および冷間鍛造時の割れを抑制するとともに、高い曲げ疲労強度と高いピッチング強度を確保するためには、MnおよびSの個々の含有量を制御するとともに、それらが前記の関係式を満たすようにする必要がある。   (D) In order to reduce coarse MnS as much as possible, it is necessary not only to control the individual contents of Mn and S but also to optimize the balance of the contents of Mn and S. Specifically, by controlling the value of fn1 represented by the formula of [fn1 = Mn / S] to be 30 or more and 150 or less, with the element symbol in the formula being the content in mass% of the element, Generation of coarse MnS can be suppressed. Therefore, in order to ensure good hot workability and cold forgeability to suppress cracking during hot working and cold forging, and to ensure high bending fatigue strength and high pitching strength, Mn It is necessary to control the individual contents of S and S so that they satisfy the above relational expression.

そこでさらに、NiおよびMoの含有量低減に見合う分の焼入性を確保し、しかも、MnとSの含有量とそのバランスを適正化して粗大なMnSの生成を抑制した鋼について、種々の検討を行った。その結果、下記(e)〜(h)の知見を得た。   Therefore, various studies have been made on steel that secures hardenability corresponding to the reduction in Ni and Mo contents, and suppresses the formation of coarse MnS by optimizing the Mn and S contents and their balance. Went. As a result, the following findings (e) to (h) were obtained.

(e)NiおよびMo含有量低減のために生ずる焼入性低下の保証と粗大なMnSの生成を抑制するだけでは、高い曲げ疲労強度と高いピッチング強度を確保することはできず、焼入性の確保と粗大なMnSの生成の抑制に加えて、浸炭異常層の深さ、つまり、粒界酸化層および不完全焼入層の深さを小さくすることも必要である。   (E) High bending fatigue strength and high pitting strength cannot be ensured only by guaranteeing the decrease in hardenability caused by reducing the Ni and Mo contents and suppressing the formation of coarse MnS, and hardenability. It is also necessary to reduce the depth of the carburized abnormal layer, that is, the depth of the grain boundary oxide layer and the incompletely hardened layer, in addition to securing the formation of coarse MnS.

(f)酸化性の元素、なかでも、Cr、SiおよびMnの含有量バランスを適正化することによって浸炭異常層である粒界酸化層および不完全焼入層の深さを小さくすることができる。具体的には、式中の元素記号を、その元素の質量%での含有量として、〔fn2=Cr/(Si+2Mn)〕の式で表されるfn2の値を0.7以上1.0以下にすることによって、浸炭異常層の深さを小さくすることが可能となり、高い曲げ疲労強度と高いピッチング強度を確保することができる。   (F) By optimizing the content balance of oxidizing elements, especially Cr, Si, and Mn, the depth of the grain boundary oxide layer and the incompletely hardened layer, which are carburized abnormal layers, can be reduced. . Specifically, the value of fn2 represented by the formula [fn2 = Cr / (Si + 2Mn)] is 0.7 or more and 1.0 or less, where the element symbol in the formula is the content in mass% of the element. By doing so, it becomes possible to reduce the depth of the carburized abnormal layer, and it is possible to ensure high bending fatigue strength and high pitching strength.

(g)高い曲げ疲労強度と高いピッチング強度を確保するためには、ASTM−E45−05のA法に準拠して測定したタイプBおよびタイプDの大型の硬質介在物、つまり、主にAl23系介在物であるタイプBの介在物および主にTiN系介在物であるタイプDの介在物のうちで厚さの大きいものを抑制する必要がある。これは、上述したタイプBおよびタイプDの大型の硬質介在物が疲労破壊の起点となるためである。 (G) In order to ensure high bending fatigue strength and high pitching strength, type B and type D large hard inclusions measured according to ASTM-E45-05 method A, that is, mainly Al 2 Of type B inclusions that are O 3 inclusions and type D inclusions that are mainly TiN inclusions, it is necessary to suppress those having a large thickness. This is because the large hard inclusions of type B and type D described above serve as starting points for fatigue failure.

(h)上記のタイプBおよびタイプDの大型の硬質介在物を抑制するためには、不純物のうちでも特にTiおよびO(酸素)の含有量をそれぞれ、0.005%未満および0.0015%以下に制御する必要がある。また、タイプBおよびタイプDの大型の硬質介在物を抑制するためには、真空溶解炉でインゴットを溶製するか、転炉で溶製する場合には、二次精錬を繰り返すか、連続鋳造の際に電磁攪拌を行うことが望ましい。   (H) In order to suppress the large hard inclusions of type B and type D described above, the content of Ti and O (oxygen) among impurities is particularly less than 0.005% and 0.0015%, respectively. It is necessary to control the following. In order to suppress large hard inclusions of type B and type D, when ingots are melted in a vacuum melting furnace, or in a converter, secondary refining is repeated or continuous casting. In this case, it is desirable to perform electromagnetic stirring.

本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記(1)〜(4)に示す肌焼鋼にある。   This invention is completed based on said knowledge, The summary exists in the case hardening steel shown to following (1)-(4).

(1)質量%で、C:0.15〜0.25%、Si:0.02〜0.10%、Mn:0.80〜1.10%、S:0.030%以下、Cr:1.25%を超えて1.60%以下、Mo:0.05〜0.10%、Al:0.010〜0.050%およびN:0.0100〜0.0220%を含有するとともに、Si、Mn、CrおよびSの含有量が、下記の(1)式および(2)式で表されるfn1およびfn2の値でそれぞれ、30≦fn1≦150および0.7≦fn2≦1.0を満たし、残部はFeおよび不純物からなり、不純物中のP、TiおよびO(酸素)がそれぞれ、P:0.020%以下、Ti:0.005%未満およびO:0.0015%以下であることを特徴とする肌焼鋼。
fn1=Mn/S・・・(1)、
fn2=Cr/(Si+2Mn)・・・(2)。
但し、(1)式および(2)式中の元素記号は、その元素の質量%での含有量を表す。
(1) In mass%, C: 0.15-0.25%, Si: 0.02-0.10%, Mn: 0.80-1.10%, S: 0.030% or less, Cr: Containing 1.25% to 1.60% or less, Mo: 0.05 to 0.10%, Al: 0.010 to 0.050% and N: 0.0100 to 0.0220%, The contents of Si, Mn, Cr and S are 30 ≦ fn1 ≦ 150 and 0.7 ≦ fn2 ≦ 1.0, respectively, with the values of fn1 and fn2 represented by the following formulas (1) and (2). The balance consists of Fe and impurities, and P, Ti, and O (oxygen) in the impurities are P: 0.020% or less, Ti: less than 0.005%, and O: 0.0015% or less, respectively. Case-hardened steel.
fn1 = Mn / S (1),
fn2 = Cr / (Si + 2Mn) (2).
However, the element symbols in the formulas (1) and (2) represent the content in mass% of the element.

(2)Feの一部に代えて、質量%で、Cu:0.20%以下およびNi:0.20%以下のうちの1種または2種を含有することを特徴とする上記(1)に記載の肌焼鋼。   (2) The above (1) characterized by containing one or two of Cu: 0.20% or less and Ni: 0.20% or less in mass% instead of a part of Fe The case-hardened steel described in 1.

(3)Feの一部に代えて、質量%で、Nb:0.050%以下を含有することを特徴とする上記(1)または(2)に記載の肌焼鋼。   (3) The case-hardened steel according to (1) or (2) above, which contains Nb: 0.050% or less in mass% instead of part of Fe.

(4)Feの一部に代えて、質量%で、Ca:0.0050%以下を含有することを特徴とする上記(1)から(3)までのいずれかに記載の肌焼鋼。   (4) The case-hardened steel according to any one of (1) to (3) above, which contains Ca: 0.0050% or less in mass% instead of part of Fe.

以下、上記 (1)〜(4)の肌焼鋼に係る発明をそれぞれ、「本発明(1)」〜「本発明(4)」という。また、総称して「本発明」ということがある。   Hereinafter, the inventions related to the case-hardened steels (1) to (4) are referred to as “present invention (1)” to “present invention (4)”, respectively. Also, it may be collectively referred to as “the present invention”.

本発明の肌焼鋼は成分コストが低く、熱間および冷間での圧延や鍛造の際の良好な加工性を有し、しかも、この肌焼鋼を素材とする浸炭部品は、JIS G 4052(2003)に規定された「ニッケルクロムモリブデン鋼」のSNCM220Hおよび「クロムモリブデン鋼」のSCM420Hを素材とする浸炭部品と同じ程度あるいはそれを上回る曲げ疲労強度とピッチング強度を具備している。このため、本発明の肌焼鋼は、軽量化・高トルク化のために高い曲げ疲労強度と高いピッチング強度が要求される自動車用歯車など浸炭部品の素材として用いるのに好適である。   The case-hardened steel of the present invention has a low component cost, has good workability during hot and cold rolling and forging, and carburized parts made from this case-hardened steel are JIS G 4052. The bending fatigue strength and the pitching strength are the same as or higher than those of carburized parts made of SNCM220H of “nickel chromium molybdenum steel” and SCM420H of “chromium molybdenum steel” defined in (2003). For this reason, the case-hardened steel of the present invention is suitable for use as a material for carburized parts such as automobile gears that require high bending fatigue strength and high pitching strength in order to reduce weight and torque.

実施例で用いた切欠付き小野式回転曲げ疲労試験片の棒鋼から切り出したままの粗形状を示す図である。It is a figure which shows the rough shape as cut out from the steel bar of the Ono-type rotary bending fatigue test piece with a notch used in the Example. 実施例で用いたローラーピッチング小ローラー試験片の棒鋼から切り出したままの粗形状を示す図である。It is a figure which shows the rough shape as cut out from the bar steel of the roller pitching small roller test piece used in the Example. 実施例で用いたローラーピッチング大ローラー試験片の棒鋼から切り出したままの粗形状を示す図である。この図3において、(a)は粗形状のローラーピッチング大ローラー試験片を中心線で半割りにした場合の正面図で、また(b)は中心線における断面図である。It is a figure which shows the rough shape as cut out from the steel bar of the roller pitching large roller test piece used in the Example. In FIG. 3, (a) is a front view when a coarse roller pitching large roller test piece is halved by a center line, and (b) is a cross-sectional view at the center line. 実施例における浸炭焼入−焼戻しのヒートパターンを示す図である。It is a figure which shows the heat pattern of the carburizing quenching-tempering in an Example. 実施例で用いた切欠付き小野式回転曲げ疲労試験片の仕上形状を示す図である。It is a figure which shows the finishing shape of the Ono type | formula rotation bending fatigue test piece with a notch used in the Example. 実施例のローラーピッチング試験で用いたローラーピッチング小ローラー試験片の仕上形状を示す図である。It is a figure which shows the finishing shape of the roller pitching small roller test piece used by the roller pitching test of an Example. 実施例のローラーピッチング試験で用いたローラーピッチング大ローラー試験片の仕上形状を示す図である。この図7において、(a)はローラーピッチング大ローラー試験片を中心線で半割りにした場合の正面図で、また(b)は中心線における断面図である。It is a figure which shows the finishing shape of the roller pitching large roller test piece used by the roller pitching test of an Example. In FIG. 7, (a) is a front view when the roller pitching large roller test piece is halved by the center line, and (b) is a cross-sectional view at the center line. 実施例で行った熱間圧縮試験について説明する図で、図中の(a)および(b)はそれぞれ、熱間での圧縮試験前および圧縮試験後の試験片の寸法と形状を模式的に示す図である。It is a figure explaining the hot compression test done in the Example, (a) and (b) in a figure typically show the size and shape of the test piece before the compression test in the hot and after the compression test, respectively. FIG. 実施例で調査した粒界酸化層深さと〔fn2=Cr/(Si+2Mn)〕の値との関係を整理して示す図である。It is a figure which rearranges and shows the relationship between the grain boundary oxide layer depth investigated in the Example, and the value of [fn2 = Cr / (Si + 2Mn)]. 実施例で調査した不完全焼入層深さと〔fn2=Cr/(Si+2Mn)〕の値との関係を整理して示す図である。It is a figure which rearranges and shows the relationship between the incomplete quenching layer depth investigated in the Example, and the value of [fn2 = Cr / (Si + 2Mn)].

以下、本発明の各要件について詳しく説明する。なお、各元素の含有量の「%」は「質量%」を意味する。   Hereinafter, each requirement of the present invention will be described in detail. In addition, “%” of the content of each element means “mass%”.

C:0.15〜0.25%
Cは、歯車の強度確保のために必須の元素であり、0.15%以上の含有量が必要である。しかしながら、Cの含有量が多すぎると硬さが大きくなって被削性の低下を招き、特に、その含有量が0.25%を超えると、硬さ上昇に伴う被削性の低下が著しくなる。したがって、Cの含有量を0.15〜0.25%とした。
C: 0.15-0.25%
C is an essential element for securing the strength of the gear, and a content of 0.15% or more is necessary. However, if the content of C is too large, the hardness increases and machinability is reduced. In particular, if the content exceeds 0.25%, the machinability is significantly lowered due to the increase in hardness. Become. Therefore, the content of C is set to 0.15 to 0.25%.

なお、より一層良好な被削性が要求される場合には、Cの含有量を0.15〜0.20%とすることが好ましい。   In addition, when much better machinability is required, the C content is preferably 0.15 to 0.20%.

Si:0.02〜0.10%
Siは、焼入性を向上させる作用および脱酸作用を有する。これらの効果を得るには、0.02%以上のSiを含有する必要がある。しかしながら一方、Siは酸化性の元素であるため、その含有量が多くなると、浸炭ガス中に含まれる微量のH2OまたはCO2によってSiが選択酸化され、鋼表面にSi酸化物が生成されるため、浸炭異常層である粒界酸化層および不完全焼入層の深さが大きくなる。そして、浸炭異常層の深さが大きくなると、曲げ疲労強度およびピッチング強度の低下を招くおそれがあるため、Siの含有量を0.02〜0.10%とした。
Si: 0.02-0.10%
Si has an action of improving hardenability and a deoxidizing action. In order to obtain these effects, it is necessary to contain 0.02% or more of Si. However, since Si is an oxidizing element, when its content increases, Si is selectively oxidized by a small amount of H 2 O or CO 2 contained in the carburizing gas, and Si oxide is generated on the steel surface. Therefore, the depths of the grain boundary oxide layer and the incompletely hardened layer, which are carburized abnormal layers, are increased. And when the depth of a carburizing abnormal layer becomes large, since there exists a possibility of causing the fall of bending fatigue strength and pitching strength, content of Si was made into 0.02-0.10%.

なお、Siの含有量は上記の範囲において、前記の(2)式で表されるfn2の値が0.7≦fn2≦1.0をも満たす必要がある。   In addition, it is necessary for the content of Si within the above range that the value of fn2 represented by the above formula (2) also satisfies 0.7 ≦ fn2 ≦ 1.0.

Mn:0.80〜1.10%
Mnは、焼入性を向上させる作用および脱酸作用を有する。これらの効果を十分に得るには、0.80%以上の含有量が必要である。しかしながら、Mnの含有量が多くなると、硬さが大きくなって被削性の低下を招き、特に、その含有量が1.10%を超えると、硬さ上昇に伴う被削性の低下が著しくなる。しかも、Siと同様にMnは酸化性の元素であるため、その含有量が多くなると、鋼表面にMn酸化物が生成されるため、浸炭異常層である粒界酸化層および不完全焼入層の深さが大きくなる。そして、浸炭異常層の深さが大きくなると、曲げ疲労強度およびピッチング強度の低下を招き、特に、Mnの含有量が1.10%を超えると、浸炭異常層の深さ増大による曲げ疲労強度およびピッチング強度の低下が著しくなる。したがって、Mnの含有量を0.80〜1.10%とした。なお、Mnの含有量は0.90〜1.00%とすることが好ましい。
Mn: 0.80 to 1.10%
Mn has an action of improving hardenability and a deoxidizing action. In order to sufficiently obtain these effects, a content of 0.80% or more is necessary. However, if the content of Mn increases, the hardness increases and machinability is reduced. In particular, when the content exceeds 1.10%, the machinability is significantly decreased due to the increase in hardness. Become. Moreover, since Mn is an oxidizing element like Si, when its content increases, Mn oxide is generated on the steel surface. Therefore, the grain boundary oxide layer and the incompletely hardened layer, which are carburized abnormal layers, are formed. The depth of will increase. And when the depth of the carburizing abnormal layer is increased, the bending fatigue strength and the pitching strength are reduced. In particular, when the Mn content exceeds 1.10%, the bending fatigue strength due to the increase in the depth of the carburizing abnormal layer and The decrease in pitching strength becomes significant. Therefore, the Mn content is set to 0.80 to 1.10%. The Mn content is preferably 0.90 to 1.00%.

なお、Mnの含有量は上記の範囲において、前記の(1)式および(2)式で表されるfn1およびfn2の値がそれぞれ、30≦fn1≦150および0.7≦fn2≦1.0をも満たす必要がある。   The Mn content is within the above range, and the values of fn1 and fn2 represented by the above formulas (1) and (2) are 30 ≦ fn1 ≦ 150 and 0.7 ≦ fn2 ≦ 1.0, respectively. It is necessary to satisfy.

S:0.030%以下
Sは、不純物として含有される元素である。なお、Sには、Mnと結合してMnSを形成し、被削性を向上させる作用があるものの、Sの含有量が0.030%を超えると、粗大なMnSを形成して、熱間加工性、冷間鍛造性、曲げ疲労強度およびピッチング強度が低下する。したがって、Sの含有量を0.030%以下とした。
S: 0.030% or less S is an element contained as an impurity. In addition, although S has the effect | action which couple | bonds with Mn and forms MnS and improves machinability, when content of S exceeds 0.030%, coarse MnS will be formed and it will be hot. Workability, cold forgeability, bending fatigue strength and pitting strength are reduced. Therefore, the content of S is set to 0.030% or less.

前記したSの被削性向上効果を確実に得るためには、Sの含有量を0.010%以上とすることが好ましい。このため、望ましいSの含有量は0.010〜0.030%である。   In order to reliably obtain the effect of improving the machinability of S described above, the S content is preferably set to 0.010% or more. For this reason, the desirable S content is 0.010 to 0.030%.

より一層良好な熱間加工性、冷間鍛造性、曲げ疲労強度およびピッチング強度が要求される場合には、Sの含有量を0.010〜0.020%とすることが好ましい。   When even better hot workability, cold forgeability, bending fatigue strength and pitching strength are required, the S content is preferably set to 0.010 to 0.020%.

なお、Sの含有量は上記の範囲において、前記の(1)式で表されるfn1の値が30≦fn1≦150をも満たす必要がある。   In addition, S content needs to satisfy | fill 30 <= fn1 <= 150 also in the value of fn1 represented by said Formula (1) in said range.

Cr:1.25%を超えて1.60%以下
Crは、焼入性を向上させる効果がある。この効果を得るには、1.25%を超える含有量が必要である。しかしながら、Crの含有量が多くなり1.60%を超えると、硬さ上昇に伴う被削性の低下を招くおそれがある。しかも、SiおよびMnと同様にCrは酸化性の元素であるため、その含有量が多くなると、鋼表面にCr酸化物が生成されるため、浸炭異常層である粒界酸化層および不完全焼入層の深さが大きくなる。そして、浸炭異常層の深さが大きくなると、曲げ疲労強度およびピッチング強度の低下を招くおそれがある。このため、Crの含有量を1.25%を超えて1.60%以下とした。
Cr: more than 1.25% and not more than 1.60% Cr has an effect of improving hardenability. In order to obtain this effect, a content exceeding 1.25% is required. However, if the Cr content increases and exceeds 1.60%, the machinability may decrease with increasing hardness. Moreover, since Cr is an oxidizing element like Si and Mn, when its content increases, Cr oxide is generated on the steel surface. The depth of the layer increases. And when the depth of a carburizing abnormal layer becomes large, there exists a possibility of causing the fall of bending fatigue strength and pitching strength. Therefore, the Cr content is set to exceed 1.25% and not more than 1.60%.

より一層良好な被削性が要求される場合には、Crの含有量を1.25%を超えて1.50%以下とすることが好ましい。   If even better machinability is required, the Cr content is preferably more than 1.25% and not more than 1.50%.

なお、Crの含有量は上記の範囲において、前記の(2)式で表されるfn2の値が0.7≦fn2≦1.0をも満たす必要がある。   In addition, the content of Cr is within the above range, and the value of fn2 represented by the above formula (2) needs to satisfy 0.7 ≦ fn2 ≦ 1.0.

Mo:0.05〜0.10%
Moは、焼入性を高める作用を有し、浸炭焼入後の表面硬さ、硬化層深さおよび芯部硬さを向上させて、浸炭部品の強度を確保する効果がある。しかも、Moは、非酸化性の元素であるため、浸炭時に粒界酸化層の深さを増大させずに鋼表面を強靱化することができる。これらの効果を得るためにはMoの含有量を0.05%以上とする必要がある。しかしながら、Moは高価な元素であり、過度の添加は成分コストの上昇につながり、特に、Moの含有量が0.10%を超えると、コスト上昇が大きくなる。したがって、Moの含有量を0.05〜0.10%とした。なお、好ましいMoの含有量は0.07〜0.10%である。
Mo: 0.05-0.10%
Mo has the effect | action which improves hardenability, has the effect of ensuring the strength of carburized components by improving the surface hardness, the hardened layer depth, and the core hardness after carburizing and quenching. Moreover, since Mo is a non-oxidizing element, the steel surface can be toughened without increasing the depth of the grain boundary oxide layer during carburizing. In order to obtain these effects, the Mo content needs to be 0.05% or more. However, Mo is an expensive element, and excessive addition leads to an increase in component cost. In particular, when the Mo content exceeds 0.10%, the cost increase becomes large. Therefore, the Mo content is set to 0.05 to 0.10%. In addition, preferable Mo content is 0.07 to 0.10%.

Al:0.010〜0.050%
Alは、脱酸作用を有する。また、Alには、Nと結合してAlNを形成し、結晶粒を微細化して鋼を強化する作用もある。しかしながら、Alの含有量が0.010%未満では、前記の効果を得難い。一方、Alの含有量が過剰になると、硬質で粗大なAl23形成による被削性の低下をきたし、さらに、曲げ疲労強度とピッチング強度も低下する。特に、Alの含有量が0.050%を超えると、被削性、曲げ疲労強度およびピッチング強度の低下が著しくなる。したがって、Alの含有量を0.010〜0.050%とした。なお、好ましいAlの含有量は0.020〜0.040%である。
Al: 0.010 to 0.050%
Al has a deoxidizing action. Moreover, Al also has the effect | action which combines with N, forms AlN, refines | miniaturizes a crystal grain, and strengthens steel. However, when the Al content is less than 0.010%, it is difficult to obtain the above effect. On the other hand, when the Al content is excessive, the machinability is lowered due to the formation of hard and coarse Al 2 O 3 , and the bending fatigue strength and the pitching strength are also lowered. In particular, when the Al content exceeds 0.050%, the machinability, bending fatigue strength, and pitching strength are significantly reduced. Therefore, the content of Al is set to 0.010 to 0.050%. In addition, preferable Al content is 0.020 to 0.040%.

N:0.0100〜0.0220%
Nは、窒化物を形成することにより結晶粒を微細化させ、曲げ疲労強度を向上させる効果を有する。この効果を得るには、Nを0.0100%以上含有する必要がある。しかしながら、Nの含有量が過剰になると、粗大な窒化物を形成して靱性の低下を招き、特に、その含有量が0.0220%を超えると、靱性の低下が著しくなる。したがって、Nの含有量を0.0100〜0.0220%とした。なお、好ましいNの含有量は0.0130〜0.0200%である。
N: 0.0100 to 0.0220%
N has the effect of making the crystal grains finer by forming nitrides and improving the bending fatigue strength. In order to acquire this effect, it is necessary to contain N 0.0100% or more. However, when the content of N is excessive, coarse nitrides are formed and the toughness is lowered. In particular, when the content exceeds 0.0220%, the toughness is significantly lowered. Therefore, the N content is set to 0.0100 to 0.0220%. In addition, preferable N content is 0.0130 to 0.0200%.

fn1の値:30以上150以下
粗大なMnSの生成によって、曲げ疲労強度およびピッチング強度の低下が生じるので、高い曲げ疲労強度および高いピッチング強度を確保するためには、粗大なMnSの生成を抑制することが必要である。しかも、上記の粗大なMnSは、熱間圧延や熱間鍛造などの熱間加工時の割れおよび冷間鍛造時の割れの起点ともなるため、熱間加工時の割れおよび冷間鍛造時の割れを抑制するためには粗大なMnSを極力少なくすることが必要である。
fn1 value: 30 to 150 Since the generation of coarse MnS causes a decrease in bending fatigue strength and pitching strength, the production of coarse MnS is suppressed in order to ensure high bending fatigue strength and high pitching strength. It is necessary. Moreover, the above coarse MnS is also a starting point for cracking during hot working such as hot rolling and hot forging and cracking during cold forging, so cracking during hot working and cracking during cold forging. In order to suppress this, it is necessary to reduce coarse MnS as much as possible.

前記の(1)式で表されるfn1の値が30より小さい場合には、Sの含有量が過剰となって粗大なMnSの生成が避けられず、一方、fn1の値が150より大きい場合には、Mnの含有量が過剰となって中心偏析部において粗大なMnSが生成する。そのため、いずれの場合にも、曲げ疲労強度およびピッチング強度の低下を招き、しかも、熱間加工時の割れおよび冷間鍛造時の割れを避け難い。したがって、前記の(1)式、つまり〔fn1=Mn/S〕で表されるfn1の値が、30≦fn1≦150を満たすこととした。なお、fn1の値の好ましい範囲は、50≦fn1≦100である。   When the value of fn1 represented by the above formula (1) is smaller than 30, the content of S is excessive and the generation of coarse MnS is unavoidable, while the value of fn1 is larger than 150 In this case, the Mn content becomes excessive, and coarse MnS is generated in the central segregation part. Therefore, in any case, the bending fatigue strength and the pitching strength are lowered, and it is difficult to avoid cracks during hot working and cold forging. Therefore, the value of fn1 represented by the above formula (1), that is, [fn1 = Mn / S] is set to satisfy 30 ≦ fn1 ≦ 150. A preferable range of the value of fn1 is 50 ≦ fn1 ≦ 100.

fn2の値:0.7以上1.0以下
NiおよびMoを極力含有させることなく、高い曲げ疲労強度と高いピッチング強度を具備させるためには、焼入性を確保しつつ、浸炭異常層である粒界酸化層および不完全焼入層の深さを小さくする必要がある。そして、そのためには酸化性の元素のうちで、特に、Cr、SiおよびMnの含有量を前記の範囲にしたうえで、これらの元素の含有量バランスとしての前記(2)式で表されるfn2の値を0.7以上1.0以下とする必要がある。すなわち、前記の(2)式で表されるfn2の値が0.7より小さい場合および1.0より大きい場合にはいずれも、浸炭異常層の深さが大きくなるので、曲げ疲労強度とピッチング強度が低下してしまう。したがって、前記の(2)式、つまり〔fn2=Cr/(Si+2Mn)〕で表されるfn2の値が、0.7≦fn2≦1.0を満たすこととした。なお、fn2の値の好ましい範囲は、0.8≦fn2≦1.0である。
fn2 value: 0.7 to 1.0 In order to provide high bending fatigue strength and high pitching strength without containing Ni and Mo as much as possible, it is a carburizing abnormal layer while ensuring hardenability. It is necessary to reduce the depth of the grain boundary oxide layer and the incompletely hardened layer. For that purpose, the content of Cr, Si, and Mn among the oxidizing elements is set in the above range, and the content balance of these elements is expressed by the formula (2). The value of fn2 needs to be 0.7 or more and 1.0 or less. That is, when the value of fn2 expressed by the above equation (2) is smaller than 0.7 and larger than 1.0, the depth of the carburized abnormal layer becomes larger, so that the bending fatigue strength and the pitching are increased. Strength will fall. Therefore, the value of fn2 represented by the above equation (2), that is, [fn2 = Cr / (Si + 2Mn)] is set to satisfy 0.7 ≦ fn2 ≦ 1.0. A preferable range of the value of fn2 is 0.8 ≦ fn2 ≦ 1.0.

本発明においては、不純物中のP、TiおよびO(酸素)は、その含有量をそれぞれ、P:0.020%以下、Ti:0.005%未満およびO:0.0015%以下に制限する必要がある。   In the present invention, the contents of P, Ti and O (oxygen) in the impurities are limited to P: 0.020% or less, Ti: less than 0.005% and O: 0.0015% or less, respectively. There is a need.

以下、このことについて説明する。   This will be described below.

P:0.020%以下
Pは、鋼に含有される不純物であり、結晶粒界に偏析して鋼を脆化させる。特に、その含有量が0.020%を超えると、脆化の程度が著しくなる。したがって、本発明においては、不純物中のPの含有量を0.020%以下とした。なお、不純物中のPの含有量は0.010%以下とすることが好ましい。
P: 0.020% or less P is an impurity contained in the steel and segregates at the grain boundaries to embrittle the steel. In particular, when the content exceeds 0.020%, the degree of embrittlement becomes significant. Therefore, in the present invention, the content of P in the impurities is set to 0.020% or less. In addition, it is preferable that content of P in an impurity shall be 0.010% or less.

Ti:0.005%未満
Tiは、Nとの親和性が高いので、鋼中のNと結合して硬質で粗大な非金属介在物であるTiNを形成し、曲げ疲労強度とピッチング強度を低下させ、さらに、被削性も低下させる。したがって、本発明においては、不純物中のTiの含有量を0.005%未満とした。
Ti: Less than 0.005% Ti has a high affinity with N, so it combines with N in steel to form TiN, which is a hard, coarse non-metallic inclusion, reducing bending fatigue strength and pitting strength. Furthermore, machinability is also reduced. Therefore, in the present invention, the content of Ti in the impurities is less than 0.005%.

O(酸素):0.0015%以下
O(酸素)は、鋼中のSiやAlと結合して、酸化物を生成する。酸化物のうちでも、特に、Al23は硬質であるため、被削性を低下させ、さらに、曲げ疲労強度およびピッチング強度の低下も招く。したがって、本発明においては、不純物中のOの含有量を0.0015%以下とした。
O (oxygen): 0.0015% or less O (oxygen) combines with Si or Al in steel to generate an oxide. Among the oxides, in particular, Al 2 O 3 is hard, so that machinability is reduced, and further, bending fatigue strength and pitching strength are reduced. Therefore, in the present invention, the content of O in the impurities is set to 0.0015% or less.

上記の理由から、本発明(1)に係る肌焼鋼は、C:0.15〜0.25%、Si:0.02〜0.10%、Mn:0.80〜1.10%、S:0.030%以下、Cr:1.25%を超えて1.60%以下、Mo:0.05〜0.10%、Al:0.010〜0.050%およびN:0.0100〜0.0220%を含有するとともに、Si、Mn、CrおよびSの含有量が、前記の(1)式および(2)式で表されるfn1およびfn2の値でそれぞれ、30≦fn1≦150および0.7≦fn2≦1.0を満たし、残部はFeおよび不純物からなり、不純物中のP、TiおよびO(酸素)がそれぞれ、P:0.020%以下、Ti:0.005%未満およびO:0.0015%以下であることと規定した。   For the above reasons, the case-hardened steel according to the present invention (1) has C: 0.15 to 0.25%, Si: 0.02 to 0.10%, Mn: 0.80 to 1.10%, S: 0.030% or less, Cr: more than 1.25% and 1.60% or less, Mo: 0.05 to 0.10%, Al: 0.010 to 0.050%, and N: 0.0100 The content of Si, Mn, Cr, and S is 30 ≦ fn1 ≦ 150 in terms of the values of fn1 and fn2 represented by the above formulas (1) and (2), respectively. And 0.7 ≦ fn2 ≦ 1.0, the balance is made of Fe and impurities, and P, Ti and O (oxygen) in the impurities are respectively P: 0.020% or less, Ti: less than 0.005% And O: It was specified to be 0.0015% or less.

なお、本発明(1)に係る肌焼鋼は、そのFeの一部に代えて、必要に応じてさらに、
第1群:Cu:0.20%以下およびNi:0.20%以下のうちの1種または2種、
第2群:Nb:0.050%以下、
第3群:Ca:0.0050%以下、
の各グループの元素の1種以上を選択的に含有させることができる。
In addition, the case-hardened steel according to the present invention (1) is further replaced with a part of Fe, if necessary,
First group: one or two of Cu: 0.20% or less and Ni: 0.20% or less,
Second group: Nb: 0.050% or less,
Group 3: Ca: 0.0050% or less,
One or more elements of each group can be selectively contained.

すなわち、さらにより優れた特性を得るために、本発明(1)の肌焼鋼におけるFeの一部に代えて、前記第1群から第3群のいずれかのグループの元素の1種以上を任意元素として含有させてもよい。   That is, in order to obtain even better characteristics, instead of a part of Fe in the case-hardened steel of the present invention (1), one or more elements of any one of the groups from the first group to the third group are used. You may make it contain as an arbitrary element.

以下、上記の任意元素に関して説明する。   Hereinafter, the above optional elements will be described.

第1群:Cu:0.20%以下およびNi:0.20%以下のうちの1種または2種
CuおよびNiは、いずれも、焼入性を高める作用を有する。このため、より大きな焼入性を得たい場合には以下の範囲で含有してもよい。
First group: one or two of Cu: 0.20% or less and Ni: 0.20% or less Both Cu and Ni have an effect of improving hardenability. For this reason, when it is desired to obtain greater hardenability, it may be contained in the following range.

Cu:0.20%以下
Cuは、焼入性を高める作用を有するので、さらなる焼入性向上のために含有してもよい。しかしながら、Cuは高価な元素であるとともに、含有量が多くなると熱間加工性の低下を招き、特に、0.20%を超えると、熱間加工性の低下が著しくなる。したがって、Cuの含有量を0.20%以下とした。
Cu: 0.20% or less Cu has an effect of improving hardenability, and may be contained for further improving hardenability. However, Cu is an expensive element, and as the content increases, hot workability is deteriorated. Particularly, when it exceeds 0.20%, the hot workability is remarkably deteriorated. Therefore, the Cu content is set to 0.20% or less.

前記したCuの焼入性向上効果を確実に得るためには、Cuの含有量を0.05%以上とすることが好ましい。このため、含有する場合のより望ましいCuの量は0.05〜0.20%である。   In order to reliably obtain the effect of improving the hardenability of Cu described above, the Cu content is preferably set to 0.05% or more. For this reason, the more desirable amount of Cu in the case of containing is 0.05 to 0.20%.

Ni:0.20%以下
Niは、焼入性を高める作用を有する。Niには、靱性を向上させる作用があり、非酸化性の元素であるため、浸炭時に粒界酸化層の深さを増大させずに鋼表面を強靱化することができる。このため、これらの効果を得るためにNiを含有してもよい。しかしながら、Niは高価な元素であり、過度の添加は成分コストの上昇につながり、特に、Niの含有量が0.20%を超えると、コスト上昇が大きくなる。したがって、Niの含有量を0.20%以下とした。
Ni: 0.20% or less Ni has an effect of improving hardenability. Ni has the effect of improving toughness and is a non-oxidizing element, so that the steel surface can be toughened without increasing the depth of the grain boundary oxide layer during carburizing. For this reason, in order to acquire these effects, you may contain Ni. However, Ni is an expensive element, and excessive addition leads to an increase in component cost. In particular, when the Ni content exceeds 0.20%, the cost increase becomes large. Therefore, the Ni content is set to 0.20% or less.

前記したNiの特性向上効果を確実に得るためには、Niの含有量は0.05%以上とすることが好ましい。このため、より望ましいNiの含有量は0.05〜0.20%である。   In order to surely obtain the above-described effect of improving Ni characteristics, the Ni content is preferably 0.05% or more. For this reason, the more desirable Ni content is 0.05 to 0.20%.

なお、上記のCuおよびNiは、そのうちのいずれか1種のみ、または2種の複合で含有することができる。   In addition, said Cu and Ni can be contained only in any 1 type in them, or 2 types of composites.

第2群:Nb:0.050%以下
第2群の元素であるNbは、CおよびNと結合して微細な炭化物、窒化物や炭窒化物を形成して結晶粒を微細化し、曲げ疲労強度およびピッチング強度を向上させる効果を有する。このため、さらなる曲げ疲労強度の向上およびピッチング強度の向上のためにNbを含有してもよい。しかしながら、Nbの含有量が過剰になると熱間延性の低下を招き、特に、その含有量が0.050%を超えると、熱間延性の低下が著しくなって、熱間圧延や熱間鍛造時に表面キズが発生しやすくなる。したがって、Nbの含有量を0.050%以下とした。
Second group: Nb: 0.050% or less Nb, which is an element of the second group, combines with C and N to form fine carbides, nitrides and carbonitrides, thereby refining crystal grains and bending fatigue. It has the effect of improving strength and pitching strength. For this reason, you may contain Nb for the further improvement of bending fatigue strength and the improvement of pitching strength. However, when the content of Nb is excessive, the hot ductility is reduced. Particularly, when the content exceeds 0.050%, the hot ductility is significantly reduced, and during hot rolling or hot forging. Surface scratches are likely to occur. Therefore, the Nb content is set to 0.050% or less.

前記したNbの特性向上効果を確実に得るためには、その含有量を0.005%以上とすることが好ましい。このため、より望ましいNbの含有量は0.005〜0.050%である。なお、一層望ましいNbの含有量は0.020〜0.040%である。   In order to reliably obtain the above-described Nb characteristic improvement effect, the content is preferably set to 0.005% or more. For this reason, the more desirable Nb content is 0.005 to 0.050%. The more desirable Nb content is 0.020 to 0.040%.

第3群:Ca:0.0050%以下
Caは、被削性を改善する作用を有する。このため、被削性向上のためにCaを含有してもよい。しかしながら、過度の添加は成分コストの上昇につながり、特に、Caの含有量が0.0050%を超えると、被削性向上効果が飽和するのでコストが嵩むばかりであって経済性が損なわれる。しかも、Caの含有量が0.0050%を超える場合には、粗大な酸化物を形成して曲げ疲労強度およびピッチング強度の低下も招く。したがって、Caの含有量を0.0050%以下とした。
Third group: Ca: 0.0050% or less Ca has an effect of improving machinability. For this reason, you may contain Ca in order to improve machinability. However, excessive addition leads to an increase in the component cost. In particular, when the Ca content exceeds 0.0050%, the machinability improving effect is saturated, so the cost is increased and the economic efficiency is impaired. In addition, when the Ca content exceeds 0.0050%, a coarse oxide is formed, leading to a decrease in bending fatigue strength and pitching strength. Therefore, the Ca content is set to 0.0050% or less.

前記したCaの被削性改善効果を確実に得るためには、Caの含有量を0.0003%以上とすることが好ましい。このため、より望ましいCaの含有量は0.0003〜0.0050%である。なお、一層望ましいCaの含有量は0.0003〜0.0030%である。   In order to reliably obtain the above-described Ca machinability improving effect, the Ca content is preferably set to 0.0003% or more. For this reason, content of more desirable Ca is 0.0003 to 0.0050%. Note that the more desirable Ca content is 0.0003 to 0.0030%.

上記の理由から、本発明(2)に係る肌焼鋼は、本発明(1)に係る肌焼鋼のFeの一部に代えて、Cu:0.20%以下およびNi:0.20%以下のうちの1種または2種を含有することと規定した。   For the above reasons, the case-hardened steel according to the present invention (2) is replaced with a part of Fe of the case-hardened steel according to the present invention (1), Cu: 0.20% or less and Ni: 0.20%. It was specified to contain one or two of the following.

同様に、本発明(3)に係る肌焼鋼は、本発明(1)または本発明(2)に係る肌焼鋼のFeの一部に代えて、Nb:0.050%以下を含有することと規定した。   Similarly, the case-hardened steel according to the present invention (3) contains Nb: 0.050% or less in place of part of Fe of the case-hardened steel according to the present invention (1) or the present invention (2). It was stipulated.

さらに、本発明(4)に係る肌焼鋼は、本発明(1)から本発明(3)までのいずれかに係る肌焼鋼のFeの一部に代えて、Ca:0.0050%以下を含有することと規定した。   Furthermore, the case-hardened steel according to the present invention (4) is Ca: 0.0050% or less in place of a part of Fe of the case-hardened steel according to any of the present invention (1) to the present invention (3). It was prescribed that it contains.

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

表1に示す化学組成を有する鋼1〜13を転炉または真空溶解炉によって溶解し、鋳片またはインゴットを作製した。   Steels 1 to 13 having the chemical composition shown in Table 1 were melted by a converter or a vacuum melting furnace to produce a slab or an ingot.

具体的には、鋼1については、70トン転炉によって溶製後、二次精錬を二回実施して成分調整を行った後、連続鋳造して鋳片を作製した。なお、連続鋳造の際、電磁攪拌の制御を行なって介在物を浮上させ、十分に除去した。   Specifically, after melting by a 70-ton converter, the steel 1 was subjected to secondary refining twice to adjust the components and then continuously cast to produce a slab. During continuous casting, electromagnetic stirring was controlled to float up inclusions and remove them sufficiently.

鋼2〜12については、150kg真空溶解炉によって溶製後、造塊してインゴットを作製した。   Steels 2 to 12 were melted in a 150 kg vacuum melting furnace and then ingoted to produce ingots.

鋼13については、70トン転炉によって溶製後、二次精錬を一回実施して成分調整を行った後、連続鋳造して鋳片を作製した。なお、連続鋳造の際、電磁攪拌は行なわなかった。   Steel 13 was melted by a 70-ton converter, then subjected to secondary refining once to adjust the components, and then continuously cast to produce a slab. In the continuous casting, electromagnetic stirring was not performed.

なお、表1中の鋼1〜6は、化学組成が本発明で規定する範囲内にある本発明例の鋼であり、一方、鋼7〜13は、化学組成が本発明で規定する条件から外れた比較例の鋼である。   Steels 1 to 6 in Table 1 are steels of the present invention examples whose chemical compositions are within the range specified by the present invention, while Steels 7 to 13 are from the conditions specified by the chemical composition of the present invention. It is steel of the comparative example which has come off.

上記の比較例の鋼のうちで鋼8、鋼9および鋼10はそれぞれ、JIS G 4052(2003)に規定されたSNCM220H、SCM420HおよびSCr420Hに相当する鋼である。   Among the steels of the above comparative examples, Steel 8, Steel 9 and Steel 10 are steels corresponding to SNCM220H, SCM420H and SCr420H defined in JIS G 4052 (2003), respectively.

Figure 2010180455
Figure 2010180455

各鋳片およびインゴットから、次の〔1〕および〔2〕に示す工程によって直径がそれぞれ、20mm、30mmおよび55mmの棒鋼を作製した。   From each slab and ingot, steel bars having diameters of 20 mm, 30 mm, and 55 mm were produced by the steps shown in [1] and [2] below.

〔1〕分塊圧延:
各鋳片は、1250℃で2時間保持した後、分塊圧延して180mm角のビレットを製造した。
[1] Split rolling:
Each slab was held at 1250 ° C. for 2 hours and then rolled into a 180 mm square billet.

〔2〕熱間圧延または熱間鍛造:
上記分塊圧延して製造した180mm角のビレットの表面疵をグラインダーで除去し、1250℃で50分保持した後、熱間圧延して直径がそれぞれ、20mm、30mmおよび55mmの棒鋼を作製した。
[2] Hot rolling or hot forging:
The surface flaws of the 180 mm square billet produced by the above-mentioned block rolling were removed with a grinder, held at 1250 ° C. for 50 minutes, and then hot rolled to produce steel bars having diameters of 20 mm, 30 mm, and 55 mm, respectively.

また、各インゴットは、1250℃で8時間保持した後、熱間鍛造して直径がそれぞれ、20mm、30mmおよび55mmの棒鋼を作製した。   Each ingot was held at 1250 ° C. for 8 hours, and then hot forged to produce steel bars having diameters of 20 mm, 30 mm, and 55 mm, respectively.

また、表2に示す鋼14、すなわち、JIS G 4052(2003)に規定された化学組成を有するSCM420Hを70トン転炉で溶製し、連続鋳造して鋳片を作製した。   Further, steel 14 shown in Table 2, that is, SCM420H having a chemical composition defined in JIS G 4052 (2003) was melted in a 70-ton converter and continuously cast to produce a slab.

Figure 2010180455
Figure 2010180455

上記鋼14の鋳片は、1250℃で2時間保持した後、分塊圧延して180mm角のビレットとした。次いで、上記ビレットの表面疵をグラインダーで除去し、1250℃で1時間保持した後、熱間鍛造して直径が140mmの棒鋼を作製した。   The steel 14 slab was held at 1250 ° C. for 2 hours, and then rolled into a 180 mm square billet. Next, the surface flaws of the billet were removed with a grinder, held at 1250 ° C. for 1 hour, and then hot forged to produce a steel bar having a diameter of 140 mm.

前記のようにして得た直径がそれぞれ、20mm、30mm、55mmおよび140mmの棒鋼から、次の〔3〕〜〔6〕に示す工程によって、各種の試験片を作製した。   Various test pieces were produced from the steel bars having diameters of 20 mm, 30 mm, 55 mm, and 140 mm obtained as described above by the steps [3] to [6] below.

〔3〕焼準:
直径が20mmおよび30mmの各棒鋼は、900℃で1時間保持した後に大気中で放冷して焼準した。また、直径が55mmの各棒鋼は900℃で2時間保持した後に大気中で放冷して焼準した。さらに、直径が140mmの棒鋼は900℃で4時間保持した後に大気中で放冷して焼準した。
[3] Normalization:
Each steel bar having a diameter of 20 mm and 30 mm was kept at 900 ° C. for 1 hour, and then allowed to cool in the atmosphere to normalize. Further, each steel bar having a diameter of 55 mm was kept at 900 ° C. for 2 hours and then allowed to cool in the atmosphere and normalized. Further, the steel bar having a diameter of 140 mm was kept at 900 ° C. for 4 hours and then allowed to cool in the atmosphere and normalized.

〔4〕機械加工(粗加工または仕上加工):
前記焼準後の直径が20mmの各棒鋼の中心部から、圧延方向または鍛錬軸に平行に図1に示す粗形状の切欠付き小野式回転曲げ疲労試験片を切り出した。また、前記焼準後の直径が30mmの各棒鋼は、それぞれの一部の中心部から、圧延方向または鍛錬軸に平行に図2に示す粗形状のローラーピッチング小ローラー試験片を切り出した。さらに、前記焼準後の直径が140mmの棒鋼の中心部から、鍛錬軸に平行に図3に示す粗形状のローラーピッチング大ローラー試験片を切り出した。図3において、(a)は粗形状のローラーピッチング大ローラー試験片を中心線で半割りにした場合の正面図で、また(b)は中心線における断面図である。
[4] Machining (roughing or finishing):
From the center part of each steel bar having a diameter of 20 mm after the normalization, an Ono-type rotating bending fatigue test piece having a rough shape shown in FIG. 1 was cut out in parallel with the rolling direction or the forging axis. Each of the steel bars having a diameter of 30 mm after the normalization cut out a coarse roller pitching small roller test piece shown in FIG. 2 in parallel with the rolling direction or the forging axis from a part of the central part. Further, a coarse roller pitching large roller test piece shown in FIG. 3 was cut out from the central portion of the steel bar having a diameter of 140 mm after normalization in parallel with the forging axis. In FIG. 3, (a) is a front view when a rough roller pitching large roller test piece is halved by a center line, and (b) is a cross-sectional view at the center line.

なお、図1〜3中に示した上記の各切り出し試験片における寸法の単位は全て「mm」であり、図中の仕上記号「▽」、「▽▽」および「▽▽▽」は、JIS B 0601(1982)の解説表1の表面粗さを示す「三角記号」である。   1 to 3 are all “mm”, and the finishing symbols “▽”, “▽▽” and “▽▽▽” in the figures are JIS B 0601 (1982) is a “triangle symbol” indicating the surface roughness in Table 1.

また、「▽▽▽」に付した「G」はJIS B 0122(1978)に規定の「研削」を示す加工方法の略号であることを意味する。   Further, “G” added to “▽▽▽” means an abbreviation of a processing method indicating “grinding” defined in JIS B 0122 (1978).

同様に「E(ペーパー仕上)」は「紙ヤスリ」での「研磨」を示す加工方法の略号であることを意味する。   Similarly, “E (paper finish)” means an abbreviation of a processing method indicating “polishing” with “paper file”.

また、前記焼準後の直径が55mmの各棒鋼の中心部から、圧延方向または鍛錬軸に平行に直径が50mmで長さが100mmの仕上形状を有する熱間圧縮用の試験片を作製した。   Further, from the central part of each steel bar having a diameter of 55 mm after the normalization, a test piece for hot compression having a finished shape having a diameter of 50 mm and a length of 100 mm parallel to the rolling direction or the forging axis was produced.

なお、前記焼準後の直径が30mmの各棒鋼のそれぞれの残りの一部は、水焼入した後、非金属介在物調査に供した。なお、調査法の詳細については後述する。   The remaining part of each steel bar having a diameter of 30 mm after normalization was subjected to water quenching and then subjected to a nonmetallic inclusion investigation. Details of the survey method will be described later.

〔5〕浸炭焼入−焼戻し:
上記〔4〕で切り出した切欠付き小野式回転曲げ疲労試験片、ローラーピッチング小ローラー試験片およびローラーピッチング大ローラー試験片の全てに対して、図4に示すヒートパターンによる「浸炭焼入−焼戻し」を施した。なお、図4中の「Cp」はカーボンポテンシャルを表す。また、「100℃油焼入」は油温100℃の油中に焼入したことを、さらに「AC」は空冷したことを表す。
[5] Carburizing and quenching-tempering:
“Carburization quenching and tempering” by the heat pattern shown in FIG. 4 for all of the Ono-type rotating bending fatigue test pieces with notches, roller pitching small roller test pieces, and roller pitching large roller test pieces cut out in [4] above. Was given. Note that “Cp” in FIG. 4 represents a carbon potential. “100 ° C. oil quenching” indicates quenching in oil having an oil temperature of 100 ° C., and “AC” indicates air cooling.

なお、切欠付き小野式回転曲げ疲労試験片およびローラーピッチング小ローラー試験片は、吊り下げ用に加工した孔に針金を通し、吊下げた状態で上記の処理を施した。一方、ローラーピッチング大ローラー試験片は、金網上の治具の上に平置きした状態で上記の処理を施した。   Note that the Ono-type rotating bending fatigue test piece with notches and the roller pitching small roller test piece were subjected to the above-described treatment in a state of being suspended by passing a wire through a hole processed for suspension. On the other hand, the roller pitching large roller test piece was subjected to the above-described treatment in a state where it was laid flat on a jig on a wire mesh.

油焼入については、均一に焼入処理されるように、攪拌している焼入油中に試験片を投入して行った。   About oil quenching, the test piece was thrown into the quenching oil stirred so that it might be uniformly quenched.

〔6〕機械加工(浸炭焼入−焼戻し材の仕上加工):
浸炭焼入−焼戻し処理を施した上記の各試験片を仕上加工して、図5に示す切欠付き小野式回転曲げ疲労試験片、図6に示すローラーピッチング小ローラー試験片および図7に示すローラーピッチング大ローラー試験片を作製した。図7において、(a)はローラーピッチング大ローラー試験片を中心線で半割りにした場合の正面図で、また(b)は中心線における断面図である。
[6] Machining (carburizing and quenching-finishing of tempered material):
Each of the above-mentioned test pieces subjected to carburizing quenching and tempering are finished and processed, and an Ono type rotating bending fatigue test piece with a notch shown in FIG. 5, a roller pitching small roller test piece shown in FIG. 6, and a roller shown in FIG. A pitching large roller specimen was prepared. In FIG. 7, (a) is a front view when a roller pitching large roller test piece is halved by a center line, and (b) is a cross-sectional view at the center line.

なお、図5〜7に示した前述の各試験片における寸法の単位は全て「mm」であり、上記各図における仕上記号「▽」および「▽▽▽」は先の図1〜3におけると同様、それぞれ、JIS B 0601(1982)の解説表1の表面粗さを示す「三角記号」である。   In addition, the unit of the dimension in the above-mentioned each test piece shown in FIGS. 5-7 is all “mm”, and the finishing symbols “▽” and “▽▽▽” in each figure are the same as those in FIGS. Similarly, each is a “triangular symbol” indicating the surface roughness in the explanatory table 1 of JIS B 0601 (1982).

また、「▽▽▽」に付した「G」はJIS B 0122(1978)に規定の「研削」を示す加工方法の略号であることを意味する。   Further, “G” added to “▽▽▽” means an abbreviation of a processing method indicating “grinding” defined in JIS B 0122 (1978).

さらに、「〜」は「波形記号」であり、生地であること、すなわち、前記〔5〕の浸炭焼入−焼戻し処理した表面のままであることを意味する。   Furthermore, “˜” is a “waveform symbol”, which means that it is a dough, that is, it remains the carburized quenching-tempered surface of [5].

鋼1〜13の各々について、熱間圧縮試験による熱間加工性の調査、非金属介在物の調査、表面硬さ調査、芯部硬さ調査、有効硬化層深さの調査、粒界酸化層深さの調査、小野式回転曲げ疲労試験による疲労特性の調査およびローラーピッチング試験による耐ピッチング特性の調査を行った。   For each of steels 1 to 13, investigation of hot workability by hot compression test, investigation of non-metallic inclusions, investigation of surface hardness, investigation of core hardness, investigation of effective hardened layer depth, grain boundary oxide layer Investigation of depth, investigation of fatigue characteristics by Ono-type rotary bending fatigue test, and investigation of anti-pitting characteristics by roller pitching test were conducted.

以下、上記各調査の内容について詳しく説明する。   Hereinafter, the contents of each of the above surveys will be described in detail.

《1》熱間加工性の調査:
前記〔4〕のようにして作製した直径が50mmで長さが100mmの熱間圧縮用の試験片を1200℃で30分保持してから、図8に示すように、長さ方向を高さとしてクランクプレスによって圧縮し、高さ20mmにした。
<< 1 >> Investigation of hot workability:
The test piece for hot compression having a diameter of 50 mm and a length of 100 mm produced as described in [4] above is held at 1200 ° C. for 30 minutes, and then the length direction is set to a height as shown in FIG. And compressed by a crank press to a height of 20 mm.

図8の(a)および(b)はそれぞれ、熱間での圧縮試験前および圧縮試験後の試験片の寸法と形状を模式的に示す図である。   FIGS. 8A and 8B are diagrams schematically showing dimensions and shapes of test pieces before and after a hot compression test, respectively.

なお、各鋼について上記クランクプレスを用いた圧縮試験を5個ずつ行ない、外周表面における割れを目視で観察し、開口幅2mm以上の割れが5個全ての試験片に1つも認められない場合に、熱間加工性に優れると評価した。   In addition, when five compression tests using the above crank press are performed for each steel, and cracks on the outer peripheral surface are visually observed, and no cracks with an opening width of 2 mm or more are found in all five test pieces. It was evaluated that it was excellent in hot workability.

《2》非金属介在物の調査:
前記〔3〕のようにして焼準処理した直径が30mmの棒鋼について、図2に示す粗形状のローラーピッチング小ローラー試験片を切り出した残りを、900℃で30分保持した後、水焼入した。
<< 2 >> Investigation of non-metallic inclusions:
About the steel bar having a diameter of 30 mm, which has been subjected to the normalizing treatment as described in [3] above, the remainder obtained by cutting the coarse roller pitching small roller test piece shown in FIG. 2 is held at 900 ° C. for 30 minutes, and then water quenched. did.

水焼入後は、棒鋼の圧延方向または鍛錬軸に平行に、その中心線をとおって切断した面(以下、「縦断面」という。)が被検面になるようにして樹脂に埋め込み、前記の面が鏡面仕上げになるように研磨した。   After water quenching, the surface cut along the center line in parallel with the rolling direction of the steel bar or the forging axis (hereinafter referred to as “longitudinal section”) is embedded in the resin so that it becomes the test surface, The surface was polished so as to have a mirror finish.

次いで、ASTM−E45−05のA法に準拠して、タイプBおよびタイプDの非金属介在物のうちで厚さが大きいもの、具体的には、厚さがそれぞれ、4μmを超えて12μm以下、および8μmを超えて13μm以下のものを測定し、それぞれの等級判定を行った。   Next, in accordance with ASTM-E45-05 method A, non-metallic inclusions of type B and type D having a large thickness, specifically, the thickness is more than 4 μm and not more than 12 μm. , And more than 8 μm and 13 μm or less were measured, and each grade was determined.

なお、以下の説明においては、上記の厚さが大きいタイプBおよびタイプDの非金属介在物をそれぞれ、「BH」および「DH」という。   In the following description, the non-metallic inclusions of type B and type D having a large thickness are referred to as “BH” and “DH”, respectively.

《3》表面硬さおよび芯部硬さの調査:
前記〔5〕のようにして浸炭焼入−焼戻し処理した切欠付き小野式回転曲げ疲労試験片を用いて、その直径8mmの切欠部を横断し、切断面が被検面になるように樹脂に埋め込んだ後、前記面が鏡面仕上げになるように研磨し、マイクロビッカース硬度計を使用して表面硬さおよび芯部硬さを調査した。
<3> Investigation of surface hardness and core hardness:
Using the Ono-type rotating bending fatigue test piece with a notch that has been carburized and quenched and tempered as described in [5] above, the resin is placed so that the cut surface becomes the test surface across the notch with a diameter of 8 mm. After embedding, the surface was polished so as to have a mirror finish, and the surface hardness and core hardness were examined using a micro Vickers hardness tester.

具体的には、JIS Z 2244(2003)に記載の「ビッカース硬さ試験−試験方法」に準拠して、試験片の表面から0.03mmの深さ位置における任意の10点でのビッカース硬さ(以下、「Hv硬さ」という。)を、試験力を0.98Nとしてマイクロビッカース硬度計で測定し、その値を算術平均して表面硬さを評価した。   Specifically, in accordance with “Vickers hardness test-test method” described in JIS Z 2244 (2003), Vickers hardness at any 10 points at a depth of 0.03 mm from the surface of the test piece. (Hereinafter referred to as “Hv hardness”) was measured with a micro Vickers hardness tester with a test force of 0.98 N, and the surface hardness was evaluated by arithmetically averaging the values.

同様に上記JISの規定に準拠して、浸炭の影響を受けていない生地の部分である芯部における任意の10点でのHv硬さを、試験力を2.94Nとしてマイクロビッカース硬度計で測定し、その値を算術平均して芯部硬さを評価した。   Similarly, in accordance with the above JIS regulations, the Hv hardness at any 10 points in the core, which is the portion of the fabric that is not affected by carburization, is measured with a micro Vickers hardness tester at a test force of 2.94N. The core hardness was evaluated by arithmetically averaging the values.

《4》有効硬化層深さの調査:
上記《3》の表面硬さの調査で用いた樹脂埋めした試験片を使用して、有効硬化層深さの調査を行った。
<4> Investigation of effective hardened layer depth:
The effective hardened layer depth was investigated using the resin-embedded test piece used in the surface hardness survey of the above << 3 >>.

具体的には、上記《3》の表面硬さの調査の場合と同様に、JIS Z 2244(2003)に記載の「ビッカース硬さ試験−試験方法」に準拠して、鏡面仕上げした試験片の表面から中心に向かう方向について、試験力を2.94Nとしてマイクロビッカース硬度計で測定し、Hv硬さが550となる場合の表面からの深さを測定し、任意の10箇所を測った最小値を有効硬化層深さとした。   Specifically, as in the case of the surface hardness investigation in the above << 3 >>, according to “Vickers hardness test-test method” described in JIS Z 2244 (2003), In the direction from the surface to the center, the test force is 2.94N, measured with a micro Vickers hardness tester, the depth from the surface when the Hv hardness is 550, and the minimum value measured at any 10 points Was the effective hardened layer depth.

《5》粒界酸化層深さおよび不完全焼入層深さの調査:
前記《3》および《4》で用いた樹脂埋めした試験片を使用して、粒界酸化層深さおよび不完全焼入層深さの調査を行った。
<< 5 >> Investigation of grain boundary oxide layer depth and incompletely quenched layer depth:
Using the resin-filled test pieces used in the above << 3 >> and << 4 >>, the grain boundary oxide layer depth and the incompletely hardened layer depth were investigated.

具体的には、上記の樹脂埋めした試験片を再度研磨し、鏡面仕上げしたままの腐食しない状態で、1000倍の倍率で光学顕微鏡によって試験片の表面部を任意に10視野観察して、表面部において粒界に沿って観察される酸化層を粒界酸化層とし、それらの深さを算術平均して粒界酸化層深さを評価した。   Specifically, the above-mentioned resin-filled test piece is polished again, and the surface portion of the test piece is arbitrarily observed with an optical microscope at a magnification of 1000 times in a state where it is not corroded while being mirror-finished. The oxide layer observed along the grain boundary in the part was defined as the grain boundary oxide layer, and the depth of the grain boundary oxide layer was evaluated by arithmetically averaging the depths.

さらに、同じ試験片を、ナイタールで0.2〜2秒腐食し、1000倍の倍率で光学顕微鏡によって試験片の表面部を任意に10視野観察して、表面部において周囲より腐食の程度が顕著な部分を不完全焼入層とし、それらの深さを算術平均して不完全焼入層深さを評価した。   Furthermore, the same test piece was corroded for 0.2 to 2 seconds with nital, and the surface part of the test piece was arbitrarily observed with an optical microscope at a magnification of 1000 times with 10 visual fields. The incompletely hardened layer was used as an incompletely hardened layer, and the depth of the incompletely hardened layer was evaluated by arithmetically averaging the depths.

《6》小野式回転曲げ疲労試験による疲労特性の調査:
前記〔6〕の仕上加工した小野式回転曲げ疲労試験片を用いて、下記の試験条件によって小野式回転曲げ疲労試験を実施し、繰返し数が107回において破断しない最大の強度で曲げ疲労強度を評価した。
<< 6 >> Investigation of fatigue characteristics by Ono type rotating bending fatigue test:
Using the Ono rotary bending fatigue test piece finished in [6] above, an Ono rotary bending fatigue test was carried out under the following test conditions, and bending fatigue strength with the maximum strength that did not break at 10 7 cycles. Evaluated.

・温度:室温、
・雰囲気:大気中、
・回転数:3000rpm。
・ Temperature: Room temperature,
・ Atmosphere: In air
-Number of rotations: 3000 rpm.

なお、曲げ疲労強度が、JIS G 4052(2003)に規定されたSNCM220HおよびSCM420Hに相当する鋼である鋼8および鋼9と同等以上である場合に、曲げ疲労特性に優れるものとした。   In addition, when the bending fatigue strength is equal to or higher than steel 8 and steel 9, which are steels corresponding to SNCM220H and SCM420H specified in JIS G 4052 (2003), the bending fatigue characteristics are excellent.

《7》ローラーピッチング試験による耐ピッチング特性の調査:
前記〔6〕の仕上加工したローラーピッチング小ローラー試験片およびローラーピッチング大ローラー試験片を用いて、下記の試験条件でローラーピッチング試験(二円筒転がり疲労試験)を実施し、繰返し数が107回において、長辺が1mm以上の大きさのピッチングが発生しない最大の面圧でピッチング強度を評価した。
<< 7 >> Investigation of anti-pitching characteristics by roller pitting test:
A roller pitching test (two-cylinder rolling fatigue test) was performed under the following test conditions using the finished roller pitching small roller test piece and roller pitching large roller test piece of [6], and the number of repetitions was 10 7 times. The pitching strength was evaluated at the maximum surface pressure at which no pitting with a long side of 1 mm or more occurred.

・すべり率:40%、
・回転数:1000rpm、
・潤滑:油温100℃のマニュアルトランスミッション用潤滑油を2.0リットル/分の割合で、ローラーピッチング小ローラー試験片とローラーピッチング大ローラー試験片の接触部に噴出させて実施。
・ Slip rate: 40%
・ Rotation speed: 1000 rpm,
Lubrication: Manual transmission lubricating oil with an oil temperature of 100 ° C. was sprayed at a rate of 2.0 liters / minute onto the contact portion between the roller pitching small roller test piece and the roller pitching large roller test piece.

但し、上記の「すべり率」は、「V1」をローラーピッチング小ローラー試験片表面の接線速度、「V2」をローラーピッチング大ローラー試験片表面の接線速度として、下記の式で計算される値を指す。
{(V2−V1)/V1}×100。
However, the above-mentioned “slip ratio” is a value calculated by the following formula, where “V1” is the tangential speed of the roller pitching small roller test piece surface and “V2” is the tangential speed of the roller pitching large roller test piece surface. Point to.
{(V2-V1) / V1} × 100.

なお、ピッチング強度が、JIS G 4052(2003)に規定されたSNCM220HおよびSCM420Hに相当する鋼である鋼8および鋼9と同じ程度あるいはそれを上回る場合に、耐ピッチング特性に優れるものとした。   In addition, when the pitching strength is the same as or higher than steel 8 and steel 9 corresponding to SNCM220H and SCM420H defined in JIS G 4052 (2003), the pitching strength is excellent.

表3に、上記の各調査結果をまとめて示す。   Table 3 summarizes the results of the above investigations.

また、図9に、fn2の値、つまり、〔Cr/(Si+2Mn)〕の式の値と粒界酸化層深さの関係を整理して示す。さらに、図10に、fn2の値、つまり、〔Cr/(Si+2Mn)〕の式の値と不完全焼入層深さの関係を整理して示す。   FIG. 9 shows the relationship between the value of fn2, that is, the value of the formula of [Cr / (Si + 2Mn)] and the depth of the grain boundary oxide layer. Further, FIG. 10 shows the relationship between the value of fn2, that is, the value of the formula of [Cr / (Si + 2Mn)] and the depth of the incompletely hardened layer.

Figure 2010180455
Figure 2010180455

表3から、素材として本発明で規定する条件を満たす鋼1〜6を用いた試験番号1〜6の場合、良好な熱間加工性を有し、しかも、鋼1〜6におけるMoの含有量は0.05〜0.10%と少なく、さらに、Niについてもこれを含まないか極めて少ない含有量であるにも拘わらず、JIS G 4052(2003)に規定された「ニッケルクロムモリブデン鋼」のSNCM220Hおよび「クロムモリブデン鋼」のSCM420Hに相当する鋼8および鋼9を用いた試験番号8および試験番号9の場合と同じ程度あるいはそれを上回る曲げ疲労強度とピッチング強度が得られており、高い曲げ疲労強度と高いピッチング強度の確保が可能なことが明らかである。   From Table 3, in the case of test numbers 1 to 6 using steels 1 to 6 that satisfy the conditions specified in the present invention as materials, it has good hot workability, and the Mo content in steels 1 to 6 Is 0.05 to 0.10%, and even though Ni is not included or very small, the “nickel chromium molybdenum steel” defined in JIS G 4052 (2003) Bending fatigue strength and pitching strength equal to or higher than those of Test No. 8 and Test No. 9 using Steel 8 and Steel 9 corresponding to SCM420H of SNCM220H and “Chromium Molybdenum Steel” are high, and high bending It is clear that it is possible to ensure fatigue strength and high pitting strength.

これに対して、本発明で規定する条件から外れた比較例の試験番号7および試験番号10〜13の場合、曲げ疲労強度とピッチング強度の双方ともが、上記鋼8および鋼9を用いた試験番号8および試験番号9の場合に比べて劣っている。さらに、試験番号11および試験番号12の場合には熱間加工性も低い。   On the other hand, in the case of test number 7 and test numbers 10 to 13 of comparative examples that deviate from the conditions defined in the present invention, both the bending fatigue strength and the pitching strength were tested using the steel 8 and steel 9 described above. It is inferior to the cases of No. 8 and Test No. 9. Furthermore, in the case of test number 11 and test number 12, hot workability is also low.

すなわち、試験番号7の場合、鋼7がMoを含まず、また、fn2の値、つまり〔Cr/(Si+2Mn)〕の値が本発明で規定する範囲を下回るため、曲げ疲労強度とピッチング強度はそれぞれ、530MPaおよび1700MPaと低く、前記鋼8および鋼9を用いた試験番号8および試験番号9の場合の曲げ疲労強度およびピッチング強度に比べて劣っている。   That is, in the case of test number 7, steel 7 does not contain Mo, and the value of fn2, that is, the value of [Cr / (Si + 2Mn)] is below the range defined in the present invention, so the bending fatigue strength and the pitching strength are Respectively low as 530 MPa and 1700 MPa, it is inferior to the bending fatigue strength and the pitching strength in the case of test number 8 and test number 9 using the steel 8 and steel 9.

試験番号10の場合、鋼10がJIS G 4052(2003)に規定されたSCr420Hに相当する鋼であって、Moを含まず、また、Oの含有量が本発明で規定する値より高く、しかも、fn2の値、つまり〔Cr/(Si+2Mn)〕の値が本発明で規定する範囲を下回るため、曲げ疲労強度とピッチング強度はそれぞれ、510MPaおよび1700MPaと低く、前記鋼8および鋼9を用いた試験番号8および試験番号9の場合の曲げ疲労強度およびピッチング強度に比べて劣っている。また、等級1.0のタイプBの非金属介在物が観察された。   In the case of test number 10, steel 10 is steel corresponding to SCr420H specified in JIS G 4052 (2003), does not contain Mo, and the content of O is higher than the value specified in the present invention. , Fn2 value, that is, the value of [Cr / (Si + 2Mn)] is below the range defined in the present invention, the bending fatigue strength and the pitching strength are as low as 510 MPa and 1700 MPa, respectively. It is inferior to the bending fatigue strength and pitching strength in the case of test number 8 and test number 9. Also, type B non-metallic inclusions of grade 1.0 were observed.

試験番号11の場合、鋼11のMn含有量が本発明で規定する値より高く、また、fn1の値、つまり〔Mn/S〕の値が本発明で規定する範囲を上回り、しかも、fn2の値、つまり〔Cr/(Si+2Mn)〕の値が本発明で規定する範囲を下回るため、曲げ疲労強度とピッチング強度はそれぞれ、540MPaおよび1750MPaと低く、前記鋼8および鋼9を用いた試験番号8および試験番号9の場合の曲げ疲労強度およびピッチング強度に比べて劣っている。さらに、クランクプレスを用いた圧縮試験によって開口幅2mm以上の割れが生じており、熱間加工性にも劣っている。   In the case of test number 11, the Mn content of steel 11 is higher than the value specified in the present invention, and the value of fn1, that is, the value of [Mn / S] exceeds the range specified in the present invention. Since the value, that is, the value of [Cr / (Si + 2Mn)] is below the range defined in the present invention, the bending fatigue strength and the pitching strength are as low as 540 MPa and 1750 MPa, respectively. Test No. 8 using the steel 8 and steel 9 And it is inferior to the bending fatigue strength and pitching strength in the case of test number 9. Furthermore, a crack having an opening width of 2 mm or more is generated by a compression test using a crank press, and the hot workability is inferior.

試験番号12の場合、鋼12のMn含有量が本発明で規定する値より低く、S含有量が本発明で規定する値より高く、また、fn1の値、つまり〔Mn/S〕の値が本発明で規定する範囲を下回り、さらに、TiおよびOの含有量が本発明で規定する値より高く、しかも、fn2の値、つまり〔Cr/(Si+2Mn)〕の値も本発明で規定する範囲を上回る。このため、曲げ疲労強度とピッチング強度はそれぞれ、530MPaおよび1700MPaと低く、前記鋼8および鋼9を用いた試験番号8および試験番号9の場合の曲げ疲労強度およびピッチング強度に比べて劣っている。また、等級2.0のタイプBの非金属介在物および等級1.0のタイプDの非金属介在物が観察された。さらに、クランクプレスを用いた圧縮試験によって開口幅2mm以上の割れが生じており、熱間加工性にも劣っている。   In the case of test number 12, the Mn content of steel 12 is lower than the value specified in the present invention, the S content is higher than the value specified in the present invention, and the value of fn1, that is, the value of [Mn / S] is Below the range defined by the present invention, and further, the Ti and O contents are higher than the values defined by the present invention, and the value of fn2, that is, the value of [Cr / (Si + 2Mn)] is also defined by the present invention. It exceeds. For this reason, bending fatigue strength and pitching strength are as low as 530 MPa and 1700 MPa, respectively, which is inferior to the bending fatigue strength and pitching strength in the case of test number 8 and test number 9 using the steel 8 and steel 9. Also, grade 2.0 type B non-metallic inclusions and grade 1.0 type D non-metallic inclusions were observed. Furthermore, a crack having an opening width of 2 mm or more is generated by a compression test using a crank press, and the hot workability is inferior.

試験番号13の場合、鋼13のMnの含有量が本発明で規定する値より高く、しかも、fn2の値、つまり〔Cr/(Si+2Mn)〕の値も本発明で規定する範囲を下回るため、曲げ疲労強度とピッチング強度はそれぞれ、515MPaおよび1650MPaと低く、前記鋼8および鋼9を用いた試験番号8および試験番号9の場合の曲げ疲労強度およびピッチング強度に比べて劣っている。また、等級2.5のタイプBの非金属介在物および等級2.0のタイプDの非金属介在物が観察された。   In the case of test number 13, the Mn content of steel 13 is higher than the value specified in the present invention, and the value of fn2, that is, the value of [Cr / (Si + 2Mn)] is also below the range specified in the present invention. The bending fatigue strength and the pitching strength are respectively low as 515 MPa and 1650 MPa, which are inferior to the bending fatigue strength and the pitching strength in the case of test number 8 and test number 9 using the steel 8 and steel 9. Grade 2.5 non-metallic inclusions and grade 2.0 non-metallic inclusions were also observed.

なお、本発明で規定する条件を満たす鋼1〜6は粗大なMnSは生成しておらず、良好な冷間鍛造性を有する。   In addition, the steel 1-6 which satisfy | fills the conditions prescribed | regulated by this invention has not produced | generated coarse MnS, and has favorable cold forgeability.

本発明の肌焼鋼は成分コストが低く、熱間および冷間での圧延や鍛造の際の良好な加工性を有し、しかも、この肌焼鋼を素材とする浸炭部品は、JIS G 4052(2003)に規定された「ニッケルクロムモリブデン鋼」のSNCM220Hおよび「クロムモリブデン鋼」のSCM420Hを素材とする浸炭部品と同じ程度あるいはそれを上回る曲げ疲労強度とピッチング強度を具備している。このため、本発明の肌焼鋼は、軽量化・高トルク化のために高い曲げ疲労強度と高いピッチング強度が要求される自動車用歯車など浸炭部品の素材として用いるのに好適である。   The case-hardened steel of the present invention has a low component cost, has good workability during hot and cold rolling and forging, and carburized parts made from this case-hardened steel are JIS G 4052. The bending fatigue strength and the pitting strength are the same as or higher than those of carburized parts made of SNCM220H of “nickel chromium molybdenum steel” and SCM420H of “chromium molybdenum steel” defined in (2003). For this reason, the case-hardened steel of the present invention is suitable for use as a material for carburized parts such as automobile gears that require high bending fatigue strength and high pitching strength in order to reduce weight and torque.

Claims (4)

質量%で、C:0.15〜0.25%、Si:0.02〜0.10%、Mn:0.80〜1.10%、S:0.030%以下、Cr:1.25%を超えて1.60%以下、Mo:0.05〜0.10%、Al:0.010〜0.050%およびN:0.0100〜0.0220%を含有するとともに、Si、Mn、CrおよびSの含有量が、下記の(1)式および(2)式で表されるfn1およびfn2の値でそれぞれ、30≦fn1≦150および0.7≦fn2≦1.0を満たし、残部はFeおよび不純物からなり、不純物中のP、TiおよびO(酸素)がそれぞれ、P:0.020%以下、Ti:0.005%未満およびO:0.0015%以下であることを特徴とする肌焼鋼。
fn1=Mn/S・・・(1)
fn2=Cr/(Si+2Mn)・・・(2)
但し、(1)式および(2)式中の元素記号は、その元素の質量%での含有量を表す。
In mass%, C: 0.15 to 0.25%, Si: 0.02 to 0.10%, Mn: 0.80 to 1.10%, S: 0.030% or less, Cr: 1.25 %, 1.60% or less, Mo: 0.05 to 0.10%, Al: 0.010 to 0.050% and N: 0.0100 to 0.0220%, and Si, Mn , Cr and S contents satisfy the following values: 30 ≦ fn1 ≦ 150 and 0.7 ≦ fn2 ≦ 1.0 with the values of fn1 and fn2 represented by the following formulas (1) and (2), respectively: The balance consists of Fe and impurities, and P, Ti and O (oxygen) in the impurities are P: 0.020% or less, Ti: less than 0.005% and O: 0.0015% or less, respectively. Case-hardened steel.
fn1 = Mn / S (1)
fn2 = Cr / (Si + 2Mn) (2)
However, the element symbols in the formulas (1) and (2) represent the content in mass% of the element.
Feの一部に代えて、質量%で、Cu:0.20%以下およびNi:0.20%以下のうちの1種または2種を含有することを特徴とする請求項1に記載の肌焼鋼。   The skin according to claim 1, comprising one or two of Cu: 0.20% or less and Ni: 0.20% or less in mass% instead of a part of Fe. Burnt steel. Feの一部に代えて、質量%で、Nb:0.050%以下を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の肌焼鋼。   The case-hardened steel according to claim 1 or 2, which contains Nb: 0.050% or less in mass% instead of part of Fe. Feの一部に代えて、質量%で、Ca:0.0050%以下を含有することを特徴とする請求項1から3までのいずれかに記載の肌焼鋼。   The case-hardened steel according to any one of claims 1 to 3, which contains Ca: 0.0050% or less in mass% instead of part of Fe.
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