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JP2023037454A - Carburized part and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2023037454A
JP2023037454A JP2021144225A JP2021144225A JP2023037454A JP 2023037454 A JP2023037454 A JP 2023037454A JP 2021144225 A JP2021144225 A JP 2021144225A JP 2021144225 A JP2021144225 A JP 2021144225A JP 2023037454 A JP2023037454 A JP 2023037454A
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less
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carburized
concentration
steel
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愛 和田
Ai Wada
将人 祐谷
Masahito Suketani
雅之 堀本
Masayuki Horimoto
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Abstract

To provide a carburized part with excellent low cycle fatigue strength and a method of manufacturing the same.SOLUTION: A core contains, in mass%, C: 0.10-0.30%, Si: 0.03-0.80%, Mn: 0.40-1.30%, P: 0.005-0.020%, S: 0.003-0.060%, Cr: 0.10-2.00%, Al: 0.050% or less, N: 0.0030-0.0300%, and O: 0.0020% or less, the remainder is Fe and impurities, and a ratio of the grain boundary P concentration Pb, which is P content of the grain boundary at a depth of 50 μm below the surface of the part, to the steel P concentration Pm, which is the P content of the core, Pb/Pm is 30.00 or less, the Vickers hardness at a depth of 0.10 mm below the surface of the part is 650 HV or more, and the Vickers hardness at a depth of 1.5 mm below the surface of the part is 300 HV or more.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、浸炭部品とその製造方法に関する。 The present invention relates to carburized parts and methods of making same.

近年、自動車の燃費向上の観点から、ギヤ部品(歯車部品)などの機械構造用の部品の小型化、軽量化の需要が高まっており、それに伴い、部品の強度の向上が求められている。特に、自動車のディファレンシャルギヤやトランスミッションギヤ等の歯車部品は、車の急発進、急停止や路面の段差に乗り上げた際に衝撃的な負荷を受けることが多い。そのため、このような歯車部品は、数十~数千回という非常に少ない繰返し数で破壊に至る、低サイクル疲労で破損することがある。したがって、これらの用途に用いられる部品には、強度の中でも、特に、低サイクル疲労破壊に対する強度の向上が求められる。 In recent years, from the viewpoint of improving the fuel efficiency of automobiles, there has been an increasing demand for downsizing and weight reduction of parts for mechanical structures such as gear parts (gear parts). In particular, gear parts such as differential gears and transmission gears of automobiles are often subjected to shock loads when the vehicle suddenly starts or stops or runs over a step on the road surface. Therefore, such gear components may fail due to low cycle fatigue, leading to failure after a very small number of repetitions, such as tens to thousands of cycles. Therefore, parts used for these applications are required to have improved strength, particularly strength against low-cycle fatigue fracture.

上記の部品の多くは、鋼材を所定の形状に機械加工した後、浸炭焼き入れ処理を実施して製造される。この場合に使用される鋼材の多くは、JIS G 4053:2008に規定された機械構造用合金鋼鋼材である。一般的には例えば、鋼材としてSCr420やSCM420等の肌焼き鋼を用いることで、部品の芯部の靭性を確保するとともに、浸炭焼入れと180℃前後の低温焼戻しによって部品表層をC:0.8%前後の焼戻しマルテンサイト組織とし、曲げ疲労強度や耐摩耗性を高めている。 Many of the above parts are manufactured by machining a steel material into a predetermined shape and then performing a carburizing and quenching treatment. Most of the steel materials used in this case are alloy steel materials for machine structures specified in JIS G 4053:2008. In general, for example, by using case-hardening steel such as SCr420 or SCM420 as the steel material, the toughness of the core of the part is secured, and the surface layer of the part is reduced to C: 0.8 by carburizing and quenching and low-temperature tempering at around 180 ° C. It has a tempered martensite structure of about 10%, and the bending fatigue strength and wear resistance are enhanced.

低サイクル曲げ疲労強度を向上することを目的として、種々の歯車用鋼や歯車部品およびそれらの製造方法が提案されている。歯車部品の低サイクル疲労破壊は、表層の粒界が破壊起点となり発生する。そのため、例えば、浸炭硬化層のオーステナイト粒界を強化するためにPやSなどの不純物元素を低減した歯車用鋼や、オーステナイト粒径の微細化により耐衝撃性を高めた歯車部品およびその製造方法が提案されている。 Various gear steels, gear parts, and manufacturing methods thereof have been proposed for the purpose of improving low-cycle bending fatigue strength. Low-cycle fatigue fractures of gear parts occur at grain boundaries in the surface layer as fracture initiation points. For this reason, for example, steel for gears in which impurity elements such as P and S are reduced in order to strengthen the austenite grain boundaries of the carburized hardened layer, gear parts with improved impact resistance due to the refinement of the austenite grain size, and methods for manufacturing the same is proposed.

例えば、特許文献1では浸炭焼入れ後に、鋼全体をオーステナイト領域に再加熱してから焼入れし、浸炭硬化層のオーステナイト結晶粒度を微細化することで耐衝撃性を増加させることが提案されている。加えて、特許文献1ではNi,MoおよびBの添加により粒界強化の効果を増大させることを提案している。 For example, in Patent Document 1, after carburizing and quenching, the entire steel is reheated to the austenite region and then quenched to refine the austenite grain size of the carburized hard layer, thereby increasing the impact resistance. In addition, Patent Document 1 proposes adding Ni, Mo and B to increase the grain boundary strengthening effect.

また、特許文献2では、素材に対して浸炭処理を施す第一工程と、第一工程の後、オーステナイト化温度未満に冷却する第二工程と、第二工程で冷却された素材の表面浸炭部および素材内部をオーステナイト化温度の直上に急速加熱する第三工程と、第三工程に続いて焼き入れ処理を施す第四工程とを有する浸炭焼き入れ方法により、オーステナイト結晶粒度を♯10以上とし、かつ粒界強度を低下させるP,Sまたは炭化物等の偏析を防止する浸炭焼き入れ方法を提案している。 Further, in Patent Document 2, a first step of carburizing the material, a second step of cooling below the austenitizing temperature after the first step, and a surface carburized portion of the material cooled in the second step and a carburizing and quenching method comprising a third step of rapidly heating the inside of the material immediately above the austenitizing temperature, and a fourth step of performing quenching treatment following the third step, to make the austenite grain size #10 or more, In addition, a carburizing and quenching method is proposed to prevent the segregation of P, S, carbides, etc., which lower the grain boundary strength.

また、特許文献3では、鋼材P量を0.015%超、0.030%以下に規定し、さらに高周波焼き入れによってオーステナイト粒径を細粒化することで、単位体積当たりの粒界偏析量を低減させた鋼材およびその製造方法が提案されている。 In addition, in Patent Document 3, the amount of grain boundary segregation per unit volume is reduced by specifying the amount of P in the steel material to be more than 0.015% and 0.030% or less, and further refining the austenite grain size by induction hardening. A steel material and a method for manufacturing the same have been proposed.

特開平8-92690号公報JP-A-8-92690 特開2005-048292号公報JP 2005-048292 A 特開平9-241798号公報JP-A-9-241798

しかしながら、上述した従来の技術には、以下に示す問題点がある。
特許文献1では、再加熱焼入れによる結晶粒微細化と短時間熱処理とにより粒界強度を向上させると言及されている。しかしながら、特許文献1では、浸炭後の再加熱焼入れを油冷で行っている。そのため、得られる部品の粒界のP濃度が油冷中に増加してしまい、粒界強度が低下するおそれがある。つまり、特許文献1に記載の部品は、低サイクル疲労強度を従来よりも大きく向上させるのに不十分である。
However, the conventional technique described above has the following problems.
In Patent Document 1, it is mentioned that grain boundary strength is improved by refining crystal grains by reheating and quenching and short-time heat treatment. However, in Patent Document 1, reheating and quenching after carburizing are performed by oil cooling. As a result, the P concentration at the grain boundaries of the obtained parts increases during oil cooling, and the grain boundary strength may decrease. In other words, the part described in Patent Document 1 is insufficient to significantly improve the low cycle fatigue strength compared to the conventional parts.

特許文献2では、短時間熱処理により、得られる部品の粒界強度を向上させると言及されている。しかしながら、特許文献2では、焼入れ時の冷却を油冷で行っているため、得られる部品の粒界のP濃度が増加して、粒界強度が低下するおそれがある。つまり特許文献2に記載の部品は、低サイクル疲労強度を従来よりも大きく向上させるのに不十分である。 Patent Literature 2 mentions that the short-time heat treatment improves the grain boundary strength of the resulting parts. However, in Patent Document 2, since oil cooling is used for cooling during quenching, the P concentration in the grain boundaries of the obtained parts may increase and the grain boundary strength may decrease. In other words, the component described in Patent Document 2 is insufficient to significantly improve the low cycle fatigue strength over the conventional one.

特許文献3では、高周波焼入れによる結晶粒微細化により、単位体積当たりの粒界偏析量を低減させると言及されている。しかしながら、特許文献3の技術では、粒界P濃度の低減が不十分であり、低サイクル疲労強度を従来よりも大きく向上させるには至らない。 In Patent Document 3, it is mentioned that grain boundary segregation amount per unit volume is reduced by refining crystal grains by induction hardening. However, with the technique of Patent Document 3, the reduction of the grain boundary P concentration is insufficient, and the low cycle fatigue strength cannot be significantly improved as compared with the conventional technique.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、低サイクル疲労強度に優れた浸炭部品とその製造方法を提供することを課題とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a carburized component having excellent low-cycle fatigue strength and a method for manufacturing the same.

本発明者は、上記の課題を解決するために鋭意研究した結果、以下の新たな知見を見出した。 As a result of intensive research to solve the above problems, the inventors have found the following new findings.

(a)浸炭部品の低サイクル曲げ疲労強度を高くするには、疲労破壊の起点となる表層(浸炭後の部品表面から50μm深さ範囲まで)の粒界のP濃度(以下、粒界P濃度、という。)と、芯部のP濃度(以下、鋼材P濃度、という。)の比を30.00以下に低減することが有効である。 (a) In order to increase the low cycle bending fatigue strength of carburized parts, the grain boundary P concentration (hereinafter referred to as the grain boundary P concentration It is effective to reduce the ratio of the P concentration in the core (hereinafter referred to as the steel P concentration) to 30.00 or less.

(b)浸炭部品の低サイクル曲げ疲労強度を高くするには、表面下0.10mmでのビッカース硬さが650HV以上であり、表面下1.5mmでのビッカース硬さが300HV以上であり、表層の組織が焼戻しマルテンサイトと残留オーステナイトで構成されることが有効である。 (b) In order to increase the low cycle bending fatigue strength of the carburized part, the Vickers hardness at 0.10 mm below the surface is 650 HV or more, the Vickers hardness at 1.5 mm below the surface is 300 HV or more, and the surface layer It is effective that the structure of is composed of tempered martensite and retained austenite.

(c)粒界P濃度/鋼材P濃度を30.00以下に低減するためには、所定の鋼組成を持つ浸炭処理後の部品に対して、下記式(1)、(2)を満足する高周波焼入れを行うことが重要である。 (c) In order to reduce the grain boundary P concentration/steel material P concentration to 30.00 or less, the following equations (1) and (2) are satisfied for parts having a predetermined steel composition after carburizing treatment. It is important to carry out induction hardening.

1000<T1・・・(1)
50<y ・・・(2)
但し、上記式(1)、(2)中のT1は部品の表面における焼入れ温度(℃)、yは高周波焼入れ工程時の最高加熱温度から500℃までの平均冷却速度(℃/秒)である。
1000<T1 (1)
50<y (2)
However, T1 in the above formulas (1) and (2) is the quenching temperature (°C) on the surface of the part, and y is the average cooling rate (°C/sec) from the highest heating temperature to 500°C during the induction hardening process. .

ここで、上記(c)の知見に関し、さらに詳細に説明する。
粒界偏析の学術的分野では、一般的に、Fe-PやFe-Cなどの単純組成において、高温ほど粒界偏析量が少なく、低温ほど粒界偏析量が増加する傾向があることが知られている。しかしながら、浸炭部品や浸炭用鋼のような、粒界偏析元素以外にも多量の合金元素を含む実用鋼において、同様の温度に対する粒界偏析傾向が見られるかは明らかではなかった。
Here, the finding of (c) above will be described in more detail.
In the academic field of grain boundary segregation, it is generally known that in simple compositions such as Fe—P and Fe—C, the amount of grain boundary segregation tends to decrease as the temperature increases, and the amount tends to increase as the temperature decreases. It is However, it was not clear whether a similar grain boundary segregation tendency with respect to temperature is observed in practical steels such as carburized parts and steels for carburizing, which contain a large amount of alloying elements in addition to grain boundary segregation elements.

そこで本発明者らは、当該実用鋼を用いて鋭意研究した結果、焼入れ温度を高温化するほど粒界P濃度は低いこと、及び、たとえ焼入れ温度を高温化しても、500℃までの平均冷却速度が50℃/秒よりも遅い場合、オーステナイト粒界中の粒界P濃度は増加することを見出した。 Therefore, as a result of intensive research using the practical steel, the present inventors found that the higher the quenching temperature, the lower the grain boundary P concentration, and that even if the quenching temperature is increased, the average cooling up to 500 ° C. We found that the grain boundary P concentration in the austenite grain boundaries increases when the rate is lower than 50°C/sec.

また、浸炭部品では焼入れ後に180℃程度で2時間ほど低温焼戻しを実施することが一般的であるが、低温焼戻しでは、Pの体拡散が遅いため粒界P濃度の変化は見られない。すなわち、粒界P濃度/鋼材P濃度を低減するためには、焼入れ工程の高温化および水冷による高速冷却が重要であることを見出した。 Carburized parts are generally subjected to low-temperature tempering at about 180° C. for about 2 hours after quenching. That is, the inventors have found that in order to reduce the grain boundary P concentration/steel material P concentration, it is important to increase the temperature of the quenching process and to perform high-speed cooling by water cooling.

しかしながら、浸炭処理を高温化すること及び水冷することは、工業的に困難である。その理由は、浸炭処理の処理時間や昇温に時間がかかることに加え、浸炭処理時に高温保持した場合、オーステナイト粒の粗粒化が生じ疲労強度が低下するためである。さらに、浸炭処理はそもそも、1000℃以上の加熱が難しいこと及び水冷を実施することが難しい。そこで本発明者らは、浸炭工程の後に実施する、高温からの焼入れおよび冷却速度が十分速い水冷を工業的に実施可能と考えられる「高周波焼入れ処理」に着目した。 However, it is industrially difficult to raise the temperature of the carburizing process and cool it with water. The reason for this is that the carburizing process and temperature rise take a long time, and in addition, if the carburizing process is held at a high temperature, the austenite grains become coarser and the fatigue strength decreases. Furthermore, in the first place, it is difficult to heat the carburizing process to 1000° C. or higher, and it is difficult to perform water cooling. Therefore, the present inventors focused on "induction hardening treatment", which is considered to be industrially feasible for hardening from a high temperature and water cooling with a sufficiently high cooling rate, which is performed after the carburizing process.

本発明者らの検討によれば、高周波焼入れを行う工程で、1000℃超の高温に加熱することにより、鋼材中のオーステナイト粒界の粒界P濃度が低減される。さらに、1000℃超の高温から焼入れる際の平均冷却速度を50℃/秒超にすることで、焼入れ中のオーステナイト粒界の粒界P濃度の増加を抑制でき、結果、粒界強度が高い状態を保持できる。また、焼入れは、50℃/秒超の平均冷却速度を比較的容易に達成できる水冷がより好ましい。この浸炭後の高周波焼入れ工程において、高温からの焼入れを行わない場合、もしくは、平均冷却速度を遅くした場合、オーステナイト粒界中の粒界P濃度は増加し、粒界強度は低下する。 According to the studies of the present inventors, the grain boundary P concentration of the austenite grain boundaries in the steel material is reduced by heating to a high temperature exceeding 1000° C. in the step of induction hardening. Furthermore, by setting the average cooling rate to more than 50 ° C./sec when quenching from a high temperature of more than 1000 ° C., it is possible to suppress the increase in the grain boundary P concentration of the austenite grain boundary during quenching, and as a result, the grain boundary strength is high. state can be maintained. Further, quenching is more preferably water cooling, which can relatively easily achieve an average cooling rate of more than 50°C/sec. In the induction hardening process after carburizing, if hardening from high temperature is not performed or if the average cooling rate is slowed, the grain boundary P concentration in the austenite grain boundaries increases and the grain boundary strength decreases.

本発明は、上記知見に基づき、さらに詳細に検討した結果得られたものであり、その要旨は以下のとおりである。 The present invention was obtained as a result of further detailed studies based on the above findings, and the gist thereof is as follows.

(1)本発明の一態様に係る浸炭部品は、芯部の組成が、質量%で、
C :0.10~0.30%、
Si:0.03~0.80%、
Mn:0.40~1.30%、
P :0.005~0.020%、
S :0.003~0.060%、
Cr:0.10~2.00%、
Al:0.050%以下、
N :0.0030~0.0300%、及び
O :0.0020%以下
を含有し、残部がFeおよび不純物であり、
前記芯部のP量である鋼材P濃度Pに対する、部品表面下50μm深さ位置の粒界のP量である粒界P濃度Pの比P/Pが30.00以下であり、
部品表面下0.10mm深さ位置でのビッカース硬さが650HV以上であり、
部品表面下1.5mm深さ位置でのビッカース硬さが300HV以上である。
(2)上記(1)の浸炭部品は、さらに、前記芯部の組成が、質量%で、
Mo:0~1.00%、
V :0~0.50%、
Cu:0~0.50%、
Ni:0~1.00%、
Bi:0~0.10%、
Nb:0~0.100%、
Ti:0~0.200%、及び
B :0~0.005%
のうち1種または2種以上を含有してもよい。
(1) A carburized part according to an aspect of the present invention has a core composition of, in mass %,
C: 0.10 to 0.30%,
Si: 0.03 to 0.80%,
Mn: 0.40-1.30%,
P: 0.005 to 0.020%,
S: 0.003 to 0.060%,
Cr: 0.10 to 2.00%,
Al: 0.050% or less,
N: 0.0030 to 0.0300% and O: 0.0020% or less, the balance being Fe and impurities,
The ratio P b /P m of the grain boundary P concentration P b , which is the amount of P in the grain boundary at a position 50 μm below the surface of the part, to the P concentration P m of the steel material, which is the amount of P in the core, is 30.00 or less . ,
The Vickers hardness at a depth of 0.10 mm below the surface of the part is 650 HV or more,
The Vickers hardness at a depth of 1.5 mm below the part surface is 300 HV or more.
(2) In the carburized part of (1) above, the composition of the core further comprises, in mass %,
Mo: 0 to 1.00%,
V: 0 to 0.50%,
Cu: 0-0.50%,
Ni: 0 to 1.00%,
Bi: 0 to 0.10%,
Nb: 0 to 0.100%,
Ti: 0-0.200%, and B: 0-0.005%
You may contain 1 type(s) or 2 or more types among.

(3)本発明の一態様に係る浸炭部品の製造方法は、上記(1)に記載の浸炭部品の製造方法であって、
組成が、質量%で、
C :0.10~0.30%、
Si:0.03~0.80%、
Mn:0.40~1.30%、
P :0.005~0.020%、
S :0.003~0.060%以下、
Cr:0.10~2.00%、
Al:0.050%以下、
N :0.003~0.030%以下、
O:0.0020%以下
を含有し、残部がFeおよび不純物である鋼材を部品形状に成形する成形工程と、
浸炭処理温度870℃~1050℃にて浸炭処理を行い、次いで、オーステナイト域から冷却する浸炭工程と、
下記式(1)、(2)を満足する条件で、高周波焼入れ処理を行う高周波焼入れ工程と、
次いで、130~200℃で焼戻しする焼戻し工程と、
を有する。
1000<T1 ・・・(1)
50<y ・・・(2)
但し、上記式(1)、(2)中のT1は部品の表面における焼入れ温度(℃)、yは高周波焼入れ工程時の最高加熱温度から500℃までの平均冷却速度(℃/秒)である。
(4)上記(3)の浸炭部品の製造方法は、前記組成が、質量%で、
Mo:0~1.00%、
V :0~0.50%、
Cu:0~0.50%、
Ni:0~1.00%、
Bi:0~0.10%、
Nb:0~0.10%、
Ti:0~0.20%、及び
B :0~0.0050%
のうち1種または2種以上を含有してもよい。
(3) A method for manufacturing a carburized component according to an aspect of the present invention is the method for manufacturing a carburized component according to (1) above,
The composition, in mass %,
C: 0.10 to 0.30%,
Si: 0.03 to 0.80%,
Mn: 0.40-1.30%,
P: 0.005 to 0.020%,
S: 0.003 to 0.060% or less,
Cr: 0.10 to 2.00%,
Al: 0.050% or less,
N: 0.003 to 0.030% or less,
A forming step of forming a steel material containing O: 0.0020% or less and the balance being Fe and impurities into a part shape;
a carburizing step of performing carburizing treatment at a carburizing temperature of 870° C. to 1050° C. and then cooling from the austenite region;
An induction hardening step of performing induction hardening treatment under conditions that satisfy the following formulas (1) and (2);
Then, a tempering step of tempering at 130 to 200 ° C.;
have
1000<T1 (1)
50<y (2)
However, T1 in the above formulas (1) and (2) is the quenching temperature (°C) on the surface of the part, and y is the average cooling rate (°C/sec) from the highest heating temperature to 500°C during the induction hardening process. .
(4) The method for manufacturing a carburized part according to (3) above, wherein the composition is, in mass%,
Mo: 0 to 1.00%,
V: 0 to 0.50%,
Cu: 0-0.50%,
Ni: 0 to 1.00%,
Bi: 0 to 0.10%,
Nb: 0 to 0.10%,
Ti: 0-0.20%, and B: 0-0.0050%
You may contain 1 type(s) or 2 or more types among.

(5)上記(1)または(2)の浸炭部品は、機械構造用部品であってもよい。 (5) The carburized part of (1) or (2) above may be a machine structural part.

本実施形態による浸炭部品では、低サイクル疲労強度に優れた浸炭部品とその製造方法を提供することができる。そのため、本発明の浸炭部品は、例えば、自動車や産業機械、特に電動機を動力とする機械の歯車として好適である。 With the carburized part according to the present embodiment, it is possible to provide a carburized part having excellent low cycle fatigue strength and a manufacturing method thereof. Therefore, the carburized part of the present invention is suitable, for example, as a gear for an automobile or an industrial machine, especially a machine powered by an electric motor.

図1は、片持ち梁疲労試験片を示す図である。なお、図中の寸法の単位はmmである。FIG. 1 shows a cantilever fatigue test piece. The unit of dimensions in the drawing is mm. 図2Aは、片持ち梁疲労試験片からオージェ試験片を採取する位置を示す図である。FIG. 2A is a diagram showing the locations for taking Auger specimens from cantilever fatigue specimens. 図2Bは、オージェ試験片を示す図である。なお、図中の寸法の単位はmmである。FIG. 2B is a diagram showing an Auger test strip. The unit of dimensions in the drawing is mm.

以下、本発明の一実施形態に係る浸炭部品およびその製造方法について、詳述する。なお、各成分元素の含有量の「%」は、特に断りのない限り「質量%」を意味する。 A carburized component and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described in detail below. In addition, "%" of the content of each component element means "% by mass" unless otherwise specified.

本実施形態に係る浸炭部品(以下、単に「部品」という場合がある。)は、部品の深さ方向の中心部である芯部(以下、単に「芯部」という場合がある。)と、部品の表層に位置する硬化層とを有する。
ここで芯部とは、浸炭処理により炭素の侵入が及ばなかった部分、および高周波焼入れにより組織がマルテンサイト変態しなかった部分を指す。すなわち、芯部とは、浸炭処理および高周波焼入れ処理を経たにも関わらず、化学組成および金属組織の変動がなく、もしくは変動が無視できる程度に小さい領域で、部品の母材と同等の成分組成を有する部位である。なお、芯部の組成とは、例えば、部品表面から深さ1.5mmにおける組成であるとも言える。
The carburized component (hereinafter, sometimes simply referred to as “component”) according to the present embodiment includes a core portion (hereinafter, sometimes simply referred to as “core portion”), which is the central portion in the depth direction of the component, and a stiffening layer located on the surface of the part.
Here, the core portion refers to a portion where carbon penetration did not reach due to the carburizing treatment and a portion where the structure did not undergo martensite transformation due to induction hardening. In other words, the core part is a region where there is no change in the chemical composition and metallographic structure, or the change is negligibly small, despite the carburizing and induction hardening treatments, and has the same chemical composition as the base material of the part. It is a part with The composition of the core can also be said to be, for example, the composition at a depth of 1.5 mm from the part surface.

[化学組成]
本実施形態の浸炭部品の芯部の化学組成について説明する。通常、浸炭部品の芯部の成分は、部品の素材(鋼材)の成分と同じとなる。つまり、以下説明する芯部の化学組成は、部品素材の化学組成とも言える。
[Chemical composition]
The chemical composition of the core of the carburized component of this embodiment will be described. Normally, the composition of the core of a carburized part is the same as the composition of the material (steel) of the part. In other words, the chemical composition of the core described below can also be said to be the chemical composition of the component material.

C:0.10~0.30%
炭素(C)は、鋼の焼入れ性を高め、芯部の硬さを高める作用を有する。これにより、浸炭部品の低サイクル疲労強度を高めることができる。C含有量が0.10%未満であれば、この効果が得られない。一方、C含有量が0.30%を超えれば、素材である鋼材の被削性及び冷間鍛造性が低下する。したがって、C含有量は0.10~0.30%である。C含有量の好ましい下限は0.15%以上である。C含有量の好ましい上限は0.28%以下である。
C: 0.10-0.30%
Carbon (C) has the effect of increasing the hardenability of steel and increasing the hardness of the core. This can increase the low cycle fatigue strength of the carburized component. If the C content is less than 0.10%, this effect cannot be obtained. On the other hand, if the C content exceeds 0.30%, the machinability and cold forgeability of the raw material steel deteriorate. Therefore, the C content is 0.10-0.30%. A preferable lower limit of the C content is 0.15% or more. A preferable upper limit of the C content is 0.28% or less.

Si:0.03%~0.80%
シリコン(Si)は、鋼を脱酸する作用を有する。またSiは、鋼の焼入れ性を高める作用を有し、さらに、固溶強化により鋼の強度を高める作用も有する。これらにより、芯部の硬さを高め、浸炭部品の低サイクル疲労強度を高めることができる。Si含有量が0.10%未満であれば、この効果が得られない。一方、Si含有量が0.80%超であれば、素材である鋼材の被削性および冷間加工性が低下する。したがって、Si含有量は0.03~0.80%である。Si含有量の好ましい下限は0.20%以上である。Si含有量の好ましい上限は0.50%以下である。
Si: 0.03% to 0.80%
Silicon (Si) has the effect of deoxidizing steel. In addition, Si has the effect of increasing the hardenability of steel, and also has the effect of increasing the strength of steel through solid solution strengthening. These can increase the hardness of the core and increase the low cycle fatigue strength of the carburized part. This effect cannot be obtained if the Si content is less than 0.10%. On the other hand, if the Si content exceeds 0.80%, the machinability and cold workability of the raw material steel deteriorate. Therefore, the Si content is 0.03-0.80%. A preferable lower limit of the Si content is 0.20% or more. A preferable upper limit of the Si content is 0.50% or less.

Mn:0.40~1.30%
マンガン(Mn)は鋼を脱酸する作用を有する。またMnは、鋼の焼入れ性及び強度を高める作用を有するため、芯部の硬さを高め、浸炭部品の低サイクル疲労強度を高めることができる。Mn含有量が0.40%未満であれば、この効果が得られない。一方、Mn含有量が1.30%を超えれば、素材である鋼材の被削性および冷間加工性が低下する。したがって、Mn含有量は0.40~1.30%である。Mn含有量の好ましい下限は0.60%以上である。Mn含有量の好ましい上限は1.00%以下である。
Mn: 0.40-1.30%
Manganese (Mn) has the effect of deoxidizing steel. Moreover, since Mn has the effect of increasing the hardenability and strength of steel, it is possible to increase the hardness of the core and the low cycle fatigue strength of carburized parts. This effect cannot be obtained if the Mn content is less than 0.40%. On the other hand, if the Mn content exceeds 1.30%, the machinability and cold workability of the raw material steel deteriorate. Therefore, the Mn content is 0.40-1.30%. A preferable lower limit of the Mn content is 0.60% or more. A preferable upper limit of the Mn content is 1.00% or less.

P:0.005~0.020%
リン(P)は不純物である。Pは浸炭時にオーステナイト粒界に偏析して、浸炭層の粒界強度を低下させる作用を有する。この粒界強度の低下により、低サイクル疲労強度が低下する。本実施形態では、高周波焼入れ工程の条件を最適化することで、浸炭時に粒界に偏析したPの濃度を低減させ、粒界P濃度/鋼材P濃度を低減させることができる。しかし、素材のP含有量が過度に多いと、高周波焼入れ工程の条件を最適化して粒界P濃度/鋼材P濃度を低減しても、低サイクル疲労強度の向上に寄与する水準まで粒界P濃度を十分に低減できない場合がある。そのため、P含有量は0.020%以下とする。P含有量が0.020%以下であれば、芯部だけでなく表層のP含有量も低いため、表層の靭性が高まり、粒界き裂の発生が抑制される。その結果、低サイクル疲労強度が高まる。したがって、P含有量は0.020%以下である。P含有量はなるべく低い方が好ましい。しかし、Pを過度に低減することは脱Pのための費用の増大につながる。そのため精錬の経済性を考慮し、P含有量を0.005%以上とする。好ましくは、0.006%以上である。
P: 0.005 to 0.020%
Phosphorus (P) is an impurity. P segregates at the austenite grain boundaries during carburization, and has the effect of lowering the grain boundary strength of the carburized layer. This reduction in grain boundary strength reduces the low cycle fatigue strength. In this embodiment, by optimizing the conditions of the induction hardening process, the concentration of P segregated at grain boundaries during carburization can be reduced, and the grain boundary P concentration/steel material P concentration can be reduced. However, if the P content of the material is excessively high, even if the conditions of the induction hardening process are optimized to reduce the grain boundary P concentration/steel material P concentration, the grain boundary P content will reach a level that contributes to the improvement of the low cycle fatigue strength. It may not be possible to sufficiently reduce the concentration. Therefore, the P content is set to 0.020% or less. If the P content is 0.020% or less, the P content of not only the core portion but also the surface layer is low, so the toughness of the surface layer is enhanced and the occurrence of intergranular cracks is suppressed. As a result, low cycle fatigue strength increases. Therefore, the P content is 0.020% or less. The lower the P content is, the better. However, excessive reduction of P leads to an increase in cost for removing P. Therefore, the P content is set to 0.005% or more in consideration of the economy of refining. Preferably, it is 0.006% or more.

S:0.003%~0.060%
硫黄(S)は不純物である。Sは結晶粒界に残存して、浸炭層の粒界強度を低下させる作用を有する。Sはさらに、粒界に粗大なMnSを形成して低サイクル疲労強度を低下させる作用を有する。したがって、S含有量は0.060%以下である。S含有量の好ましい上限は0.030%以下、より好ましい上限は0.015%以下である。S含有量はなるべく低い方が好ましい。しかし、S量を過度に低減することは脱Sのための費用の増大につながる。そのため精錬の経済性を考慮し、S含有量を0.003%以上とする。S含有量は好ましくは0.005%以上である。
S: 0.003% to 0.060%
Sulfur (S) is an impurity. S remains at grain boundaries and has the effect of lowering the grain boundary strength of the carburized layer. S also has the effect of forming coarse MnS at grain boundaries to reduce the low cycle fatigue strength. Therefore, the S content is 0.060% or less. A preferable upper limit of the S content is 0.030% or less, and a more preferable upper limit is 0.015% or less. It is preferable that the S content is as low as possible. However, excessively reducing the amount of S leads to an increase in cost for removing S. Therefore, the S content is set to 0.003% or more in consideration of the economy of refining. The S content is preferably 0.005% or more.

Cr:0.10~2.00%
クロム(Cr)は、鋼の焼入れ性を高める作用を有する。そのため、芯部硬さを高め、低サイクル疲労強度を高めることができる。Cr含有量が0.10%未満であれば、この効果が十分に得られない。一方、Cr含有量が2.00%を超えれば、素材である鋼材の被削性および冷間加工性が低下する。したがって、Cr含有量は0.10~2.00%である。Cr含有量の好ましい下限は0.50%以上である。Cr含有量の好ましい上限は1.50%以下である。
Cr: 0.10-2.00%
Chromium (Cr) has the effect of increasing the hardenability of steel. Therefore, the hardness of the core can be increased, and the low cycle fatigue strength can be increased. If the Cr content is less than 0.10%, this effect cannot be sufficiently obtained. On the other hand, if the Cr content exceeds 2.00%, the machinability and cold workability of the raw material steel deteriorate. Therefore, the Cr content is 0.10-2.00%. A preferable lower limit of the Cr content is 0.50% or more. A preferable upper limit of the Cr content is 1.50% or less.

Al:0.050%以下
アルミニウム(Al)は鋼を脱酸する作用を有する。Alはさらに、鋼中のNと結合してAlNを形成し、浸炭時のオーステナイト粒の粗大化を抑制する作用を有する。これにより、浸炭部品の低サイクル疲労強度を高めることができる。Al含有量が0.050%を超えれば、介在物の粗大化によりオーステナイト粒の粗大化を抑制できず、低サイクル疲労強度が劣化するおそれがある。したがって、Al含有量は0.050%以下である。Al含有量の好ましい上限は0.035%以下である。Al含有量はなるべく低い方が好ましい。Al量の下限値は特に限定しないが、脱酸作用を享受するために、0.005%以上としてもよい。
Al: 0.050% or less Aluminum (Al) has the effect of deoxidizing steel. Further, Al combines with N in steel to form AlN, and has the effect of suppressing coarsening of austenite grains during carburizing. This can increase the low cycle fatigue strength of the carburized component. If the Al content exceeds 0.050%, coarsening of austenite grains cannot be suppressed due to coarsening of inclusions, and low cycle fatigue strength may deteriorate. Therefore, the Al content is 0.050% or less. A preferable upper limit of the Al content is 0.035% or less. The Al content is preferably as low as possible. Although the lower limit of the Al content is not particularly limited, it may be 0.005% or more in order to enjoy the deoxidizing action.

N:0.0030~0.0300%
窒素(N)は、鋼中でTi、Al、V及びNbと結合して窒化物や炭窒化物を形成することで、浸炭時のオーステナイト粒の粗大化を抑制する作用を有する。これにより、浸炭部品の低サイクル疲労強度を高めることができる。N含有量が0.0030%未満であれば、この効果が得られない。一方、N含有量が0.0300%を超えれば、上記効果が飽和する。したがって、N含有量は0.0030~0.0300%である。N含有量の好ましい上限値は0.0200%以下である。N含有量の好ましい下限値は0.0035%以上である。
N: 0.0030 to 0.0300%
Nitrogen (N) combines with Ti, Al, V, and Nb in steel to form nitrides and carbonitrides, thereby suppressing coarsening of austenite grains during carburizing. This can increase the low cycle fatigue strength of the carburized component. This effect cannot be obtained if the N content is less than 0.0030%. On the other hand, if the N content exceeds 0.0300%, the above effects are saturated. Therefore, the N content is 0.0030-0.0300%. A preferable upper limit of the N content is 0.0200% or less. A preferable lower limit of the N content is 0.0035% or more.

O:0.0020%以下
酸素(O)は、不可避的に含有され、粒界に偏析して粒界脆化を起こしやすくする元素である。またOは、鋼材中で、脆性破壊の原因となる硬い酸化物系介在物を形成しやすい元素である。このような粒界脆化や、脆性破壊を防止するため、Oは、0.0020%以下とする。O含有量の好ましい上限は0.0018%以下である。O含有量はなるべく低い方が好ましい。O量の下限値は特に限定しないが、例えば、0.0001%以上としてもよい。
O: 0.0020% or less Oxygen (O) is an element that is inevitably contained and segregates at grain boundaries to easily cause grain boundary embrittlement. O is an element that easily forms hard oxide inclusions that cause brittle fracture in steel materials. In order to prevent such grain boundary embrittlement and brittle fracture, O should be 0.0020% or less. A preferable upper limit of the O content is 0.0018% or less. It is preferable that the O content is as low as possible. Although the lower limit of the amount of O is not particularly limited, it may be, for example, 0.0001% or more.

本実施の形態の浸炭部品の芯部の化学組成は、上記元素を含有し、残部は、Fe及び不純物からなる。ここで、不純物とは、浸炭部品を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または製造環境などから混入されるものであって、意図的に含有されたものではない元素も含む。またここでいう不純物は、本実施形態の浸炭部品に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。 The chemical composition of the core of the carburized component of the present embodiment contains the above elements, and the balance consists of Fe and impurities. The term "impurities" as used herein refers to elements that are mixed from raw materials such as ores, scraps, or the manufacturing environment when industrially manufacturing carburized parts, and includes elements that are not intentionally included. . The term "impurities" as used herein means those that are permissible within a range that does not adversely affect the carburized component of the present embodiment.

[任意元素について]
本実施形態の浸炭部品の芯部はさらに、Feの一部に代えて、Mo、V、Cu、Ni、Bi、Nb、Ti及びBからなる群から選択される1種又は2種以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素である。すなわち、以下に例示される任意元素を含むことなく、本実施形態に係る浸炭部品は、その課題を解決することができる。従って、以下に例示される元素の含有量の下限値は0%である。
[Regarding arbitrary elements]
The core of the carburized component of the present embodiment further contains one or more selected from the group consisting of Mo, V, Cu, Ni, Bi, Nb, Ti and B in place of part of Fe. You may These elements are optional elements. In other words, the carburized component according to the present embodiment can solve the problem without including the optional elements exemplified below. Therefore, the lower limit of the contents of the elements exemplified below is 0%.

Mo:0~1.00%以下
モリブデン(Mo)は任意元素であり、含有されなくてもよい。Moが含有される場合、Moは、鋼の焼入れ性を高める作用を有するため、芯部硬さを高め、浸炭部品の低サイクル疲労強度を高めることができる。Moはさらに、浸炭層の靱性を高める作用を有する。Moが少しでも含有されれば、これらの効果が得られる。しかしながら、Mo含有量が1.00%を超えれば、これらの効果は飽和し、原料コストが高くなる。したがって、Mo含有量は0~1.00%である。上記効果を安定して得るためのMo含有量の好ましい下限は0.03%以上である。Mo含有量の好ましい上限は0.50%以下である。
Mo: 0 to 1.00% or less Molybdenum (Mo) is an optional element and may not be contained. When Mo is contained, Mo has the effect of increasing the hardenability of the steel, so that it can increase the core hardness and the low cycle fatigue strength of the carburized part. Mo also has the effect of increasing the toughness of the carburized layer. These effects can be obtained if even a small amount of Mo is contained. However, if the Mo content exceeds 1.00%, these effects become saturated and raw material costs increase. Therefore, the Mo content is 0-1.00%. A preferable lower limit of the Mo content for stably obtaining the above effects is 0.03% or more. A preferable upper limit of the Mo content is 0.50% or less.

V:0~0.50%以下
バナジウム(V)は任意元素であり、含有されなくてもよい。Vが含有される場合、Vは鋼中のC、Nと結合してV炭窒化物(V(CN))を形成することにより、浸炭時のオーステナイト粒の粗大化を抑制することができる。これにより、浸炭部品の低サイクル疲労強度を高めることができる。Vが少しでも含有されれば、この効果が得られる。しかしながら、V含有量が0.50%を超えれば、浸炭性が低下する。したがって、V含有量は0~0.50%である。上記効果を安定して得るためのV含有量の好ましい下限は0.01%以上である。V含有量の好ましい上限は0.48%以下である。
V: 0 to 0.50% or less Vanadium (V) is an optional element and may not be contained. When V is contained, V combines with C and N in the steel to form V carbonitride (V(CN)), thereby suppressing coarsening of austenite grains during carburizing. This can increase the low cycle fatigue strength of the carburized component. This effect can be obtained if even a small amount of V is contained. However, if the V content exceeds 0.50%, the carburizability is lowered. Therefore, the V content is 0-0.50%. A preferable lower limit of the V content for stably obtaining the above effects is 0.01% or more. A preferable upper limit of the V content is 0.48% or less.

Cu:0~0.50%
銅(Cu)は任意元素であり、含有されなくてもよい。Cuが含有される場合、Cuは鋼の焼入れ性を高める作用を有するため、芯部硬さを高め、浸炭部品の低サイクル疲労強度を高めることができる。Cuが少しでも含有されればこの効果が得られる。一方、Cu含有量が0.50%を超えれば、熱間加工性が低下する。したがって、Cu含有量は0~0.50%である。上記効果を安定して得るためのCu含有量の好ましい下限は0.01%以上である。Cu含有量の好ましい上限は0.48%以下である。
Cu: 0-0.50%
Copper (Cu) is an optional element and may not be contained. When Cu is contained, since Cu has the effect of increasing the hardenability of steel, it is possible to increase the core hardness and the low cycle fatigue strength of the carburized part. This effect can be obtained if even a small amount of Cu is contained. On the other hand, if the Cu content exceeds 0.50%, the hot workability deteriorates. Therefore, the Cu content is 0-0.50%. A preferable lower limit of the Cu content for stably obtaining the above effects is 0.01% or more. A preferable upper limit of the Cu content is 0.48% or less.

Ni:0~1.00%
ニッケル(Ni)は任意元素であり、含有されなくてもよい。Niが含有される場合、Niは、鋼の焼入れ性を高める作用を有するため、芯部硬さを高めることができる。これにより、浸炭部品の低サイクル疲労強度特性を高めることができる。Niはさらに、浸炭層の靱性を高める作用も有する。Niが少しでも含有されれば、これらの効果が得られる。しかしながら、Ni含有量が1.00%を超えれば、浸炭処理をした後の表層で残留オーステナイト量が増大し、表層硬さが低下し、その結果、低サイクル曲げ疲労強度が低下する場合がある。したがって、Ni含有量は0~1.00%である。上記効果を安定して得るためのNi含有量の好ましい下限は0.01%以上である。Ni含有量の好ましい上限は0.80%以下である。
Ni: 0-1.00%
Nickel (Ni) is an optional element and may not be contained. When Ni is contained, Ni has the effect of increasing the hardenability of steel, so that the hardness of the core can be increased. This can enhance the low cycle fatigue strength properties of the carburized component. Ni also has the effect of increasing the toughness of the carburized layer. These effects can be obtained if even a small amount of Ni is contained. However, if the Ni content exceeds 1.00%, the amount of retained austenite in the surface layer after carburizing treatment increases, the surface layer hardness decreases, and as a result, the low cycle bending fatigue strength may decrease. . Therefore, the Ni content is 0-1.00%. A preferable lower limit of the Ni content for stably obtaining the above effect is 0.01% or more. A preferable upper limit of the Ni content is 0.80% or less.

Bi:0~0.10%
ビスマス(Bi)は任意元素であり、含有されなくてもよい。Biが含有される場合、Biによって鋼の被削性を高めることができる。Biが少しでも含有されれば、この効果が得られる。しかしながら、Bi含有量が0.10%を超えれば、上記効果が飽和する。したがって、Bi含有量は0~0.10%である。被削性を安定して得るためのBi含有量の好ましい下限は0.001%以上である。Bi含有量の好ましい上限は0.08%以下である。
Bi: 0-0.10%
Bismuth (Bi) is an optional element and may not be contained. When Bi is contained, the machinability of the steel can be enhanced by Bi. This effect can be obtained if even a small amount of Bi is contained. However, if the Bi content exceeds 0.10%, the above effects are saturated. Therefore, the Bi content is 0-0.10%. A preferable lower limit of the Bi content for stably obtaining machinability is 0.001% or more. A preferable upper limit of the Bi content is 0.08% or less.

Nb:0~0.100%
ニオブ(Nb)は任意元素であり、含有されなくてもよい。Nbが含有される場合、Nbは鋼中のC、Nと結合してNb炭窒化物(Nb(CN))を形成することにより、浸炭時のオーステナイト粒の粗大化を抑制することができる。これにより、浸炭部品の低サイクル疲労強度を高めることができる。Nbが少しでも含有されれば、この効果が得られる。しかしながら、Nb含有量が0.100%を超えれば、浸炭性が低下する。したがって、Nb含有量は0~0.100%である。上記効果を安定して得るためのNb含有量の好ましい下限は0.001%以上である。Nb含有量の好ましい上限は0.060%以下である。
Nb: 0-0.100%
Niobium (Nb) is an optional element and may not be contained. When Nb is contained, Nb combines with C and N in the steel to form Nb carbonitride (Nb(CN)), thereby suppressing coarsening of austenite grains during carburizing. This can increase the low cycle fatigue strength of the carburized component. This effect can be obtained if even a small amount of Nb is contained. However, if the Nb content exceeds 0.100%, the carburizability is lowered. Therefore, the Nb content is 0-0.100%. A preferable lower limit of the Nb content for stably obtaining the above effect is 0.001% or more. A preferable upper limit of the Nb content is 0.060% or less.

Ti:0~0.200%
チタン(Ti)は任意元素であり、含有されなくてもよい。Tiが含有される場合、Tiは鋼中のC、Sと結合して微細なTiC、TiSを形成することにより、浸炭時のオーステナイト粒の粗大化を抑制することができる。これにより、浸炭部品の低サイクル疲労強度を高めることができる。Tiが少しでも含有されれば、この効果が得られる。しかしながら、Ti含有量が0.200%を超えれば、TiCが粗大化して鋼の靭性が低下する。この場合、浸炭部品の低サイクル疲労強度が低下する。したがって、Ti含有量は0~0.200%である。上記効果を安定して得るためのTi含有量の好ましい下限は0.001%以上である。Ti含有量の好ましい上限は0.150%以下である。
Ti: 0-0.200%
Titanium (Ti) is an optional element and may not be contained. When Ti is contained, Ti combines with C and S in steel to form fine TiC and TiS, thereby suppressing coarsening of austenite grains during carburizing. This can increase the low cycle fatigue strength of the carburized component. This effect can be obtained if even a small amount of Ti is contained. However, if the Ti content exceeds 0.200%, TiC coarsens and the toughness of the steel decreases. In this case, the low cycle fatigue strength of the carburized part is reduced. Therefore, the Ti content is 0-0.200%. A preferable lower limit of the Ti content for stably obtaining the above effects is 0.001% or more. A preferable upper limit of the Ti content is 0.150% or less.

B:0~0.005%
ボロン(B)は任意元素であり、含有されなくてもよい。Bが含有される場合、Bは、鋼の焼入れ性を高める作用を有するため、芯部硬さを高め、浸炭部品の低サイクル疲労強度を高めることができる。Bが少しでも含有されれば、これらの効果が得られる。しかしながら、B含有量が0.005%を超えれば、これらの効果は飽和する。したがって、B含有量は0~0.005%である。上記効果を安定して得るためのB含有量の好ましい下限は0.0001%以上である。B含有量の好ましい上限は0.003%以下である。
B: 0-0.005%
Boron (B) is an optional element and may not be contained. When B is contained, since B has the effect of increasing the hardenability of steel, it can increase the core hardness and the low cycle fatigue strength of the carburized part. These effects can be obtained if even a small amount of B is contained. However, if the B content exceeds 0.005%, these effects are saturated. Therefore, the B content is 0-0.005%. A preferable lower limit of the B content for stably obtaining the above effect is 0.0001% or more. A preferable upper limit of the B content is 0.003% or less.

なお、不純物として部品中に混入しうる元素として、例えば、Pb、Ca、Mg、W、Sb、Co、TaおよびREMが挙げられる。これらの元素を含む場合であっても、その含有量が、それぞれ、Pb:0.10%以下、Ca:0.001%以下、Mg:0.001%以下、W:0.10%以下、Sb:0.005%以下、Co:0.10%以下、Ta:0.10%以下、およびREM:0.001%以下であれば、問題なく本発明を実施することができ、本発明の効果を享受しうる。 Elements that can be mixed into the component as impurities include, for example, Pb, Ca, Mg, W, Sb, Co, Ta, and REM. Even when these elements are included, their contents are respectively Pb: 0.10% or less, Ca: 0.001% or less, Mg: 0.001% or less, W: 0.10% or less, With Sb: 0.005% or less, Co: 0.10% or less, Ta: 0.10% or less, and REM: 0.001% or less, the present invention can be carried out without problems. You can enjoy the effect.

次に、本実施形態の浸炭部品における、表層硬さ、芯部硬さ、粒界P濃度および金属組織について説明する。 Next, the surface layer hardness, core hardness, grain boundary P concentration and metallographic structure of the carburized part of the present embodiment will be described.

[表層硬さ:650HV以上]
部品において、表面から深さ0.10mm位置のビッカース硬さ(表層硬さ)を650HV以上とする。
部品表面から深さ0.10mmまでの深さ領域(表層)の硬さは部品の低サイクル疲労強度に影響を及ぼす。つまり、表層の硬さが高いほど、表層の塑性ひずみ量が低減し、低サイクル疲労強度は向上する。しかしながら、表面から深さ0.10mm位置のビッカース硬さが650HV未満であると、表層の塑性ひずみ量が増加し、低サイクル疲労強度が低下するほか、耐摩耗性が損なわれる。したがって、表層硬さは650HV以上である。また、本実施形態で「表面から深さ0.10mm位置」は、硬化層内に位置する。
[Surface hardness: 650HV or more]
The part has a Vickers hardness (surface layer hardness) of 650 HV or more at a depth of 0.10 mm from the surface.
The hardness of the depth region (surface layer) from the part surface to a depth of 0.10 mm affects the low cycle fatigue strength of the part. That is, the higher the hardness of the surface layer, the lower the amount of plastic strain in the surface layer and the higher the low-cycle fatigue strength. However, when the Vickers hardness at a depth of 0.10 mm from the surface is less than 650 HV, the plastic strain amount of the surface layer increases, low cycle fatigue strength decreases, and wear resistance deteriorates. Therefore, the surface layer hardness is 650HV or more. In addition, in the present embodiment, "a position at a depth of 0.10 mm from the surface" is located within the hardened layer.

なお、本実施形態の部品は浸炭部品であるため、部品表層には、浸炭処理により炭素が侵入した部分、および高周波焼入れ処理により組織がマルテンサイト変態した部分である硬化層(例えば、部品表面から深さ約1.0mmまでの領域)が形成されている。ただし、上記のように、低サイクル疲労強度に影響を及ぼす硬さの領域は、部品表面から深さ0.10mmまでの深さ領域(表層)であるため、本実施形態では、当該領域におけるビッカース硬さを規定する。なお、本実施形態では、表層硬さの代表として表面から深さ0.10mm位置のビッカース硬さについて規定するが、一般的に浸炭部品では、部品表面ほど硬さが大きくなるのが一般的であるため、深さ0.10mm位置より浅い位置も当然ながら、650HV以上である。 Since the part of this embodiment is a carburized part, the surface layer of the part includes a part where carbon penetrates by carburizing treatment and a hardened layer (for example, a A region up to a depth of about 1.0 mm) is formed. However, as described above, the hardness region that affects the low cycle fatigue strength is the depth region (surface layer) from the surface of the part to a depth of 0.10 mm. Define hardness. In the present embodiment, the Vickers hardness at a depth of 0.10 mm from the surface is defined as a representative of the surface layer hardness. Therefore, a position shallower than the depth of 0.10 mm is naturally 650 HV or more.

[芯部硬さ:300HV以上]
部品において、表面から深さ1.5mm位置のビッカース硬さ(芯部硬さ)を300HV以上とする。部品表面からの深さが1.5mm以上の深さの内部領域(芯部)は、浸炭処理および高周波焼入れ処理を経たにも関わらず、化学組成および金属組織の変動がない領域で、部品の素材(母材)と同等の成分組成を有する部位である。この芯部硬さが低いと、内部起点の破壊を呈し、低サイクル疲労強度は低下する。したがって、芯部硬さは300HV以上である。
[Core hardness: 300HV or more]
The part should have a Vickers hardness (core hardness) of 300 HV or more at a depth of 1.5 mm from the surface. The internal region (core) at a depth of 1.5 mm or more from the part surface is a region where there is no change in the chemical composition and metal structure despite undergoing carburizing and induction hardening. It is a part having the same component composition as the material (base material). If the core hardness is low, sub-surface originating fractures are exhibited and the low cycle fatigue strength is reduced. Therefore, the core hardness is 300HV or more.

本実施形態におけるビッカース硬さは、JIS Z 2244:2009「ビッカース硬さ試験-試験方法」に準拠したビッカース硬さ(HV)を指す。 Vickers hardness in the present embodiment refers to Vickers hardness (HV) conforming to JIS Z 2244:2009 "Vickers hardness test - test method".

表層硬さ、芯部硬さは、以下の方法で算出できる。
表層硬さおよび芯部硬さはともに、まず、高周波焼入れ後の浸炭部品を、主軸方向あるいは長手方向に対し垂直に切断することで現出した断面を鏡面研磨する。その後、表層硬さについて、部品表面から0.10mm(100μm)深さ位置(部品表面に垂直方向の位置)に相当する面における任意の3点を、300gfの測定荷重で測定する。芯部硬さについては、部品表面から1.5mm深さ位置に相当する面における任意の3点を、300gfの測定荷重で測定する。それぞれ得られたビッカース硬さの平均値を算出することで、表層硬さ、芯部硬さを得る。
The surface hardness and core hardness can be calculated by the following methods.
For both surface layer hardness and core hardness, first, the carburized part after induction hardening is cut perpendicularly to the main axis direction or longitudinal direction, and the resulting cross section is mirror-polished. After that, the surface layer hardness is measured at 3 arbitrary points on the plane corresponding to a depth position of 0.10 mm (100 μm) from the part surface (position in the direction perpendicular to the part surface) with a measurement load of 300 gf. The hardness of the core portion is measured at three arbitrary points on a plane corresponding to a position 1.5 mm deep from the part surface with a measurement load of 300 gf. By calculating the average value of the Vickers hardness obtained respectively, the surface layer hardness and the core hardness are obtained.

[粒界P濃度P(%)/鋼材P濃度P(%):30.00以下]
部品において、芯部のP量(鋼材P濃度P,質量%)に対する、部品表面下50μm深さ位置の粒界のP量(粒界P濃度P,質量%)の比P/Pが30.00以下である。粒界P濃度Pが低いほど、粒界強度が向上し低サイクル疲労強度は向上する。また、鋼材P濃度Pと粒界P濃度Pには相関があることが知られており、鋼材P濃度Pが低減されれば、おのずと粒界P濃度Pも低減できる。しかし、素材であるP量を低減するだけでは、低サイクル疲労強度の向上に限界があったため、さらなる特性向上のために検討したところ、後述する高周波焼入れ処理時の条件を制御することで、粒界P濃度Pをさらに低減できることを知見した。すなわち、本実施形態の浸炭部品は、同等の鋼材P量である従来の浸炭部品と比べ、粒界P濃度を大幅に低減させることができる。具体的には、P/Pが30.00以下である場合、同等の鋼材P量である従来の浸炭部品と比較して粒界強度が高く、低サイクル疲労強度は大幅に向上する。P/Pは好ましくは26.00以下である。粒界P濃度Pは低いほど好ましいため、P/Pも低いことが好ましい。もっとも、現実的に実現可能な水準として、P/Pは2.00以上、または8.00以上、12.00以上、または15.00以上であってもよい。
[Grain boundary P concentration P b (%)/steel material P concentration P m (%): 30.00 or less]
In the part, the ratio P b /P of the amount of P in the grain boundary at a depth of 50 μm below the surface of the part (grain boundary P concentration P b , mass %) to the amount of P in the core (steel material P concentration P m , mass %) m is 30.00 or less. The lower the grain boundary P concentration Pb is, the more the grain boundary strength is improved and the low cycle fatigue strength is improved. Further, it is known that there is a correlation between the steel material P concentration Pm and the grain boundary P concentration Pb , and if the steel material P concentration Pm is reduced, the grain boundary P concentration Pb can be naturally reduced. However, there was a limit to the improvement in low-cycle fatigue strength by simply reducing the amount of P in the material. It has been found that the boundary P concentration Pb can be further reduced. That is, the carburized part of the present embodiment can significantly reduce the grain boundary P concentration as compared with the conventional carburized part having the same amount of steel material P. Specifically, when P b /P m is 30.00 or less, the intergranular strength is high and the low cycle fatigue strength is greatly improved as compared with conventional carburized parts with the same steel material P content. P b /P m is preferably 26.00 or less. Since the grain boundary P concentration Pb is preferably as low as possible, Pb / Pm is also preferably low. However, P b /P m may be 2.00 or more, 8.00 or more, 12.00 or more, or 15.00 or more as a practically achievable level.

また、浸炭部品の特性に直接影響しているのは粒界P濃度Pであり、粒界強度の向上の観点から、粒界P濃度Pは低ければ低いほど好ましい。そのため、粒界P濃度Pは0.45質量%以下であることが好ましく、0.35質量%であることがより好ましい。 Further, it is the grain boundary P concentration Pb that directly affects the properties of the carburized part, and from the viewpoint of improving the grain boundary strength, the lower the grain boundary P concentration Pb , the better. Therefore, the grain boundary P concentration Pb is preferably 0.45% by mass or less, more preferably 0.35% by mass.

粒界P濃度P(質量%)は以下に示すオージェ分析によって求めることができる。
まず、浸炭部品の表面から、図2に示す形状を有するオージェ試験片を作製する。得られた各試験片をオージェ電子分光分析装置(「PHI-700」、アルバックファイ社製、FE型)に格納し、装置内部で冷却破断させる。その後、浸炭表面から50μm深さ範囲までの粒界破面に対してスペクトル解析を行う。粒界濃度にはある程度のばらつきがあるため、少なくとも7か所の粒界について濃度測定を行い、得られた濃度の平均値を算出することで、粒界P濃度Pを得る。なお、粒界濃度の算出には測定エネルギー範囲を狭め、各測定における積算回数を10回に増やしたナロースキャンを用いる。また上記の方法で検出した元素の相対感度係数から粒界P濃度Pを算出する。オージェ分析の試験条件は表3に示す通りとする。
The grain boundary P concentration P b (% by mass) can be determined by the Auger analysis described below.
First, an Auger test piece having the shape shown in FIG. 2 is produced from the surface of the carburized component. Each test piece thus obtained is stored in an Auger electron spectrometer ("PHI-700", manufactured by ULVAC-Phi, FE type), and cooled and fractured inside the apparatus. After that, spectral analysis is performed on the intergranular fracture surface up to a depth of 50 μm from the carburized surface. Since the grain boundary concentration varies to some extent, the grain boundary P concentration Pb is obtained by measuring the concentration for at least seven grain boundaries and calculating the average value of the obtained concentrations. For calculation of the grain boundary concentration, a narrow scan is used in which the measurement energy range is narrowed and the number of accumulations in each measurement is increased to 10 times. Also, the grain boundary P concentration Pb is calculated from the relative sensitivity coefficients of the elements detected by the above method. Test conditions for Auger analysis are as shown in Table 3.

[金属組織]
本実施形態の浸炭部品の表層の金属組織は、主に焼戻しマルテンサイト組織である。具体的には、主に焼戻しマルテンサイトと残留オーステナイトとから構成される。焼戻しマルテンサイト組織は針状の金属組織であり、焼戻しマルテンサイトおよび残留オーステナイト以外の組織の割合を測定することは難しい。仮に焼戻しマルテンサイトおよび残留オーステナイト以外の組織が明らかに含まれる場合も、焼戻しマルテンサイトおよび残留オーステナイト以外の組織の割合が20%以下であれば、本発明の効果は得られる。好ましくは、焼戻しマルテンサイトおよび残留オーステナイト以外の組織の割合は10%以下である。
[Metal structure]
The metal structure of the surface layer of the carburized part of the present embodiment is mainly a tempered martensite structure. Specifically, it is mainly composed of tempered martensite and retained austenite. The tempered martensite structure is an acicular metal structure, and it is difficult to measure the ratio of structures other than tempered martensite and retained austenite. Even if structures other than tempered martensite and retained austenite are clearly included, the effects of the present invention can be obtained as long as the ratio of structures other than tempered martensite and retained austenite is 20% or less. Preferably, the proportion of structures other than tempered martensite and retained austenite is 10% or less.

以上、本実施形態の浸炭部品について説明したが、上記で述べた表層硬さ、芯部硬さ、粒界P濃度および金属組織は、上記化学組成を有する鋼材に対し、例えば、以下に説明する条件の熱処理を施すことによって得ることができる。 The carburized part of the present embodiment has been described above, but the surface layer hardness, core hardness, grain boundary P concentration, and metallographic structure described above are applied to the steel material having the above chemical composition, for example, as follows. It can be obtained by applying heat treatment under certain conditions.

[製造方法]
本実施形態に係る製造方法は、上記化学組成を有する鋼を素材とし、歯車等の部品形状に成形する成形工程と、得られた成形体(中間品)に対して浸炭焼入れを行う浸炭工程と、浸炭後の成形体に対して高周波焼き入れを行う高周波焼入れ工程と、130~200℃で焼戻しを行う焼戻し工程とを含む。ただし、本実施形態に係る浸炭部品の製造方法は、この態様に限定されることはない。
[Production method]
The manufacturing method according to the present embodiment includes a forming step of forming a component shape such as a gear using steel having the above chemical composition as a material, and a carburizing step of carburizing and quenching the obtained formed body (intermediate product). , an induction hardening step of performing induction hardening on the compact after carburizing, and a tempering step of tempering at 130 to 200°C. However, the method for manufacturing a carburized component according to this embodiment is not limited to this aspect.

[成形工程]
まず、上述の化学組成を満たす鋼材を製造する。たとえば、上記化学組成の溶鋼を製造し、溶鋼を用いて、連続鋳造法により鋳片(スラブ又はブルーム)を製造する。もしくは、溶鋼を用いて造塊法によりインゴット(鋼塊)を製造してもよい。次いで、鋳片又はインゴットを熱間加工して、ビレット(鋼片)を製造する。ビレットを熱間加工して、棒鋼又は線材を製造する。熱間加工は、熱間圧延でもよいし、熱間鍛造でもよい。
[Molding process]
First, a steel material that satisfies the chemical composition described above is produced. For example, molten steel having the above chemical composition is produced, and the molten steel is used to produce a cast piece (slab or bloom) by a continuous casting method. Alternatively, an ingot (steel ingot) may be produced by an ingot casting method using molten steel. The slab or ingot is then hot worked to produce a billet. The billet is hot worked to produce a steel bar or wire. Hot working may be hot rolling or hot forging.

なお、熱間加工後の組織の結晶粒径を均一化させる目的で、後述する加工前にJIS B 6911:2010「鉄鋼の焼ならし及び焼なまし加工」に準拠した焼きならしや、素材硬さの低減を目的とした等温焼きなまし(IA)を行ってもよい。熱間加工後もしくは焼ならし後の組織は、フェライト+パーライト、もしくはフェライト+パーライト+ベイナイトの混合組織であり、平均のビッカース硬さは130~220HVであることが好ましい。 In addition, for the purpose of homogenizing the grain size of the structure after hot working, normalizing in accordance with JIS B 6911: 2010 "Normalizing and annealing of steel" before working described later Isothermal annealing (IA) may be performed to reduce hardness. The structure after hot working or after normalizing is a mixed structure of ferrite + pearlite or ferrite + pearlite + bainite, and preferably has an average Vickers hardness of 130 to 220 HV.

製造された棒鋼又は線材を冷間鍛造又は機械加工して、所定の形状の中間品を製造する。機械加工は例えば、切削や穿孔である。中間品の形状は、周知の方法により形成される。例えば、部品が歯車の場合には、ブローチ加工等により加工する。 The produced steel bar or wire rod is cold forged or machined to produce an intermediate product having a predetermined shape. Machining is, for example, cutting or drilling. The shape of the intermediate product is formed by well-known methods. For example, when the part is a gear, it is processed by broaching or the like.

[浸炭工程]
製造された中間品に対して、浸炭処理温度870℃~1050℃にて浸炭処理を行い、オーステナイト域から冷却する。浸炭方法は真空浸炭でも良いし、ガス浸炭でも良い。本実施形態では、窒化は行わない。浸炭条件は一般的に行なわれている周知の条件により処理されてよい。また、後工程の高周波焼入れ工程において、表面下1.5mm深さの芯部までオーステナイト域まで再加熱される場合、浸炭工程における冷却は焼入れでも良いし、徐冷でも良い。また、浸炭工程後にただちに高周波焼入れ工程を実施できない場合、浸炭熱処理時に生じた残留応力によるいわゆる置き割れが発生する可能性がある。そのような場合には、130~200℃で低温焼戻しを実施するのが望ましい。また、本実施形態では、浸炭工程と高周波焼入れ工程との間に、黒鉛化処理等の他処理は行わない。
[Carburizing process]
The produced intermediate product is carburized at a carburizing temperature of 870° C. to 1050° C. and cooled from the austenite region. The carburizing method may be vacuum carburizing or gas carburizing. Nitriding is not performed in this embodiment. Carburizing conditions may be treated according to well-known conditions that are generally carried out. Further, in the subsequent induction hardening process, when the core portion at a depth of 1.5 mm below the surface is reheated to the austenite region, the cooling in the carburizing process may be quenching or slow cooling. Moreover, if the induction hardening process cannot be performed immediately after the carburizing process, so-called placement cracks may occur due to residual stress generated during the carburizing heat treatment. In such cases, it is desirable to carry out low temperature tempering at 130-200°C. Further, in this embodiment, other treatments such as graphitization are not performed between the carburizing process and the induction hardening process.

[高周波焼入れ工程]
浸炭工程後、下記式(1)、(2)を満足する条件で、高周波焼入れを1回以上実施し、その後、130~200℃で焼戻しする焼戻し工程を行う。
[Induction hardening process]
After the carburizing process, induction hardening is performed one or more times under conditions that satisfy the following formulas (1) and (2), and then a tempering process of tempering at 130 to 200° C. is performed.

1000<T1 ・・・(1)
50<y ・・・(2)
但し、上記式(1)、(2)中のT1は、部品の表面における焼入れ温度(℃)、yは高周波焼入れ工程時の最高加熱温度から500℃までの平均冷却速度(℃/秒)である。
1000<T1 (1)
50<y (2)
However, T1 in the above formulas (1) and (2) is the quenching temperature (°C) on the surface of the part, and y is the average cooling rate (°C/sec) from the maximum heating temperature during the induction hardening process to 500°C. be.

高周波焼入れ時の焼入れ温度T1と、平均冷却速度yをそれぞれ規定する理由について以下、説明する。 The reasons for defining the hardening temperature T1 during induction hardening and the average cooling rate y will be described below.

<焼入れ温度T1:1000℃超>
高周波焼入れ時の焼入れ温度T1が高いほど、熱処理中の粒界P濃度Pは減少して粒界強度が向上するため、低サイクル疲労強度は向上する。しかし、焼入れ温度が1000℃未満であると、粒界P濃度Pが0.8at%を超え、P/Pの低減が不十分となり、低サイクル疲労強度を十分に向上させることが困難となる。したがって、高周波焼入れ時の焼入れ温度T1は1000℃超である。好ましくは1020℃以上である。より好ましくは、1030℃以上である。また、焼入れ温度T1の上限は、オーステナイト単相領域の上限である液相線温度以下であればよい。ただし、実際にはオーステナイト粒径の粗大化を抑制するため、好ましい焼入れ温度T1の上限は1100℃程度である。
<Quenching temperature T1: over 1000°C>
As the quenching temperature T1 during induction hardening increases, the grain boundary P concentration Pb during heat treatment decreases and the grain boundary strength improves, so the low cycle fatigue strength improves. However, if the quenching temperature is less than 1000° C., the grain boundary P concentration P b exceeds 0.8 at %, the reduction of P b /P m becomes insufficient, and it is difficult to sufficiently improve the low cycle fatigue strength. becomes. Therefore, the hardening temperature T1 during induction hardening is over 1000°C. It is preferably 1020° C. or higher. More preferably, it is 1030° C. or higher. Moreover, the upper limit of the quenching temperature T1 may be equal to or lower than the liquidus temperature, which is the upper limit of the austenite single-phase region. However, in practice, the upper limit of the quenching temperature T1 is preferably about 1100° C. in order to suppress coarsening of the austenite grain size.

<平均冷却速度:50℃/秒超>
高周波焼入れ工程時の最高加熱温度から500℃までの平均冷却速度が大きいほど、冷却中の粒界上のPの拡散が抑制されて、粒界P濃度の増加は避けられる。この効果を得るためには、最高加熱温度から500℃までの平均冷却速度を50℃/秒超とする。したがって、本実施形態では、たとえ焼入れ温度T1を十分に高めることで粒界P濃度Pを十分に低減できたとしても、平均冷却速度が50℃/秒以下の場合、冷却中にP拡散が活発に生じて粒界P濃度が再び増加し、低サイクル疲労強度は低下する。よって、P/Pを十分に低減するためには、焼入れ温度T1の高温化と平均冷却速度の高速化を両立させることが重要である。なお、冷却の制御する温度範囲は最高加熱温度から500℃までとするが、これは、Pの拡散が活発となる温度域が500℃より高い温度域であるからである。そのため、本実施形態では、この500℃を目安として、高周波焼入れ時の500℃までの平均冷却速度を規定する。
<Average cooling rate: over 50°C/sec>
As the average cooling rate from the maximum heating temperature to 500° C. during the induction hardening process increases, the diffusion of P on the grain boundaries during cooling is suppressed, and an increase in grain boundary P concentration can be avoided. In order to obtain this effect, the average cooling rate from the highest heating temperature to 500°C should be over 50°C/sec. Therefore, in the present embodiment, even if the grain boundary P concentration Pb can be sufficiently reduced by sufficiently increasing the quenching temperature T1, when the average cooling rate is 50° C./sec or less, P diffusion occurs during cooling. It occurs actively, the grain boundary P concentration increases again, and the low cycle fatigue strength decreases. Therefore, in order to sufficiently reduce P b /P m , it is important to achieve both an increase in the quenching temperature T1 and an increase in the average cooling rate. The temperature range in which the cooling is controlled is from the maximum heating temperature to 500.degree. Therefore, in the present embodiment, the average cooling rate up to 500° C. during induction hardening is defined using this 500° C. as a guideline.

なお、水冷および油冷時の平均冷却速度は、部品の寸法によって変わってくる。例えば、Φ20mm程度の小型部品の場合、500℃までの平均冷却速度は、油冷では30℃/秒程度、水冷では150℃/秒程度である。Φ95mm程度の大型部材の場合、500℃までの平均冷却速度は、油冷では10℃/秒程度、水冷では50℃/秒程度である。Φ20mmより小さな部材では油冷でも50℃/秒以上の冷却速度になる可能性があるが、500℃までの平均冷却速度を安定して50℃/秒超にするためには、水冷が望ましい。 Note that the average cooling rate for water cooling and oil cooling varies depending on the dimensions of the part. For example, in the case of a small component with a diameter of about Φ20 mm, the average cooling rate up to 500° C. is about 30° C./second for oil cooling and about 150° C./second for water cooling. In the case of a large member having a diameter of about 95 mm, the average cooling rate up to 500° C. is about 10° C./second for oil cooling and about 50° C./second for water cooling. A member smaller than Φ20 mm may have a cooling rate of 50° C./sec or more even with oil cooling, but water cooling is desirable in order to stably maintain an average cooling rate up to 500° C. of more than 50° C./sec.

また、上記の高周波焼入れ処理の実施回数は、1回でもよく、複数回行ってもよい。高周波焼入れ処理を複数回行うことにより、結晶粒の微細化を図ることができる。なお、高周波焼入れ処理を複数回行う場合は、最後の1回の処理が、上記条件を満たせばよく、それ以外の処理は、一般的な条件にて実施されてよい。 In addition, the number of times the induction hardening treatment is performed may be one time or a plurality of times. Crystal grains can be refined by performing the induction hardening treatment multiple times. When the induction hardening treatment is performed a plurality of times, it is sufficient that the last treatment satisfies the above conditions, and the other treatments may be performed under general conditions.

以上の工程により、本実施形態の浸炭部品を製造できる。 The carburized component of the present embodiment can be manufactured by the above steps.

以上、本実施形態の浸炭部品およびその製造方法について説明したが、本実施形態によれば、製造コストの増大を招く鋼材P濃度の低減を図らずとも、最適な熱処理を行うことで、粒界P濃度を低減し、粒界強度を向上させることができる。その結果、従来よりも、低サイクル疲労強度が大幅に向上した浸炭部品を提供できる。そのため、本実施形態の浸炭部品は、例えば、自動車や産業機械、特に電動機を動力とする機械の歯車として好適である。 As described above, the carburized part and the manufacturing method thereof according to the present embodiment have been described. According to the present embodiment, grain boundary It is possible to reduce the P concentration and improve the grain boundary strength. As a result, it is possible to provide a carburized part having significantly improved low-cycle fatigue strength compared to the conventional one. Therefore, the carburized part of the present embodiment is suitable for gears of automobiles and industrial machines, especially machines powered by electric motors.

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。
本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
Next, examples of the present invention will be described. The conditions in the examples are one example of conditions adopted for confirming the feasibility and effect of the present invention, and the present invention is based on this one example of conditions. It is not limited.
Various conditions can be adopted in the present invention as long as the objects of the present invention are achieved without departing from the gist of the present invention.

(浸炭部品用鋼材の製造)
表1に示す化学成分を有する鋼a~zを、50kg真空溶解炉で溶解して溶鋼を製造し、前記溶鋼を鋳造してインゴットを製造した。表1中の鋼a~оは、本発明で規定する化学成分を有する鋼である。一方、鋼p~zは、少なくとも1元素以上、本発明で規定する化学成分から外れた比較例の鋼である。また表1における下線は、本発明の範囲外の組成であることを示し、空欄は合金元素を意図的に添加しないことを示す。また、表1に示す鋼a~zの組成のうち、表1に示す成分以外の成分(残部)は、Fe及び不純物である。ここで、鋼aおよびbの化学組成は、JIS G 4052:2008に規定されているSCM420に相当する。
(Manufacture of steel materials for carburized parts)
Steels a to z having chemical compositions shown in Table 1 were melted in a 50 kg vacuum melting furnace to produce molten steel, and the molten steel was cast to produce ingots. Steels a to o in Table 1 are steels having chemical compositions specified in the present invention. On the other hand, steels p to z are comparative example steels that deviate from the chemical composition specified in the present invention by at least one element. The underlines in Table 1 indicate compositions outside the scope of the present invention, and the blanks indicate that alloying elements are not intentionally added. Further, of the compositions of steels a to z shown in Table 1, the components (remainder) other than those shown in Table 1 are Fe and impurities. Here, the chemical composition of steels a and b corresponds to SCM420 defined in JIS G 4052:2008.

得られたインゴットを熱間鍛造して直径60mmの棒鋼とした。熱間鍛造は、まず前記インゴットを加熱炉で1100℃から1200℃の間の温度に5時間保定し、次いで鍛造により前述の棒鋼に加工した。鍛造後は大気中で放冷した。その後、棒鋼(真空溶解材)に対して、焼準処理を実施した。焼準処理での加熱温度は925℃であり、保持時間は2時間であった。その後、棒鋼を大気中で放冷した。 The obtained ingot was hot forged into a steel bar with a diameter of 60 mm. In the hot forging, the ingot was first held at a temperature between 1100° C. and 1200° C. for 5 hours in a heating furnace, and then worked into the steel bar described above by forging. After forging, it was allowed to cool in the air. After that, normalizing treatment was performed on the steel bar (vacuum melting material). The heating temperature in the normalizing treatment was 925° C., and the holding time was 2 hours. The steel bar was then allowed to cool in the air.

(試験片の作成)
焼準処理後の直径60mmの棒鋼に対して機械加工を実施して、図1に示す形状を有する片持ち梁疲労試験片を作製した。各試験片は、R/2(R:棒鋼の半径)の位置より採取した。なお、棒鋼から片持ち梁疲労試験片を作製する際、長手方向が、棒鋼の長手方向と一致するように試験片を採取した。
ただし、鋼w~zの4鋼種(試験番号28~31)はいずれも、その化学組成に由来し、焼準後硬さが高くなり(HV230以上)、冷間加工性が悪かった。そのため、これらは加工不適と判断し、これ以降の処理を行わなかった。
(Preparation of test piece)
A steel bar having a diameter of 60 mm after the normalizing treatment was machined to prepare a cantilever beam fatigue test piece having the shape shown in FIG. Each test piece was taken from the position of R/2 (R: radius of steel bar). When producing the cantilever beam fatigue test piece from the steel bar, the test piece was taken so that the longitudinal direction coincided with the longitudinal direction of the steel bar.
However, all of the four steel types w to z (test numbers 28 to 31) had high hardness after normalizing (HV230 or higher) and poor cold workability due to their chemical compositions. Therefore, they were judged to be unsuitable for processing and were not processed further.

(浸炭処理)
作製した試験片に対して、次の2条件でガス浸炭焼入れ処理を実施した。
<1>Cp値0.8%狙い:930℃×80min(Cp値1.0%)→930℃×60min(Cp値0.8%)→830℃×30min(Cp値0.8%)→油冷(油温度:80℃)
<2>Cp値1.0%狙い:930℃×80min(Cp値1.0%)→930℃×60min(Cp値1.0%)→830℃×30min(Cp値1.0%)→油冷(油温度:80℃)
(Carburizing treatment)
Gas carburizing and quenching treatments were performed on the prepared test pieces under the following two conditions.
<1> Cp value 0.8% target: 930 ° C. × 80 min (Cp value 1.0%) → 930 ° C. × 60 min (Cp value 0.8%) → 830 ° C. × 30 min (Cp value 0.8%) → Oil cooling (oil temperature: 80°C)
<2> Cp value 1.0% target: 930 ° C. × 80 min (Cp value 1.0%) → 930 ° C. × 60 min (Cp value 1.0%) → 830 ° C. × 30 min (Cp value 1.0%) → Oil cooling (oil temperature: 80°C)

油冷による焼入れ時の500℃までの冷却速度は30℃/秒であった。試験番号と浸炭条件の対応を表2に示す。浸炭後の表層炭素濃度は0.65~0.80%程度であることをEPMA測定より確認した。また、本実施例では、浸炭焼入れ処理後、高周波焼入れ処理を24時間以内に行うことができなかったため、浸炭焼入れ後に200℃、120分の低温焼戻しを実施した。なお、浸炭焼入れ後すぐに高周波焼入れ処理を行う場合、この低温焼戻しは実施しなくてもよい。 The cooling rate to 500°C during quenching by oil cooling was 30°C/sec. Table 2 shows the correspondence between test numbers and carburizing conditions. It was confirmed by EPMA measurement that the carbon concentration in the surface layer after carburization was about 0.65 to 0.80%. In addition, in this example, since induction hardening could not be performed within 24 hours after carburizing and quenching, low temperature tempering was performed at 200° C. for 120 minutes after carburizing and quenching. If induction hardening is performed immediately after carburizing and quenching, this low-temperature tempering need not be performed.

(高周波焼入れ処理)
ガス浸炭焼入れした試験片に対して、表2の条件(IH条件)で高周波焼入れ処理を1回実施した。高周波加熱時における加熱保持時間は、γ粒の粒成長や脱炭を防ぐため10秒以下とした。冷却方法が水冷の場合、焼入れ時の最高加熱温度(焼入れ温度)から500℃までの平均冷却速度は100℃/秒であった。また、冷却方法が油冷の場合、平均冷却速度は30℃/秒であった。
(Induction hardening treatment)
The gas carburizing and quenching test pieces were subjected to induction hardening treatment once under the conditions in Table 2 (IH conditions). The heating holding time during high-frequency heating was set to 10 seconds or less in order to prevent grain growth of γ grains and decarburization. When the cooling method was water cooling, the average cooling rate from the maximum heating temperature (quenching temperature) during quenching to 500°C was 100°C/sec. Also, when the cooling method was oil cooling, the average cooling rate was 30° C./sec.

(焼戻し処理)
高周波焼入れ処理後の試験片に対して、焼戻しを実施した。焼戻し温度は200℃であり、保持時間は120分であった。
(Tempering treatment)
Tempering was performed on the test piece after the induction hardening treatment. The tempering temperature was 200°C and the holding time was 120 minutes.

以上の製造工程より、試験番号1~27の浸炭部品(片持ち梁疲労試験片)を作製した。なお、いずれの試験片においても、浸炭表層の金属組織は、焼戻しマルテンサイトと残留オーステナイトで構成され、残部組織は確認されなかった、もしくは10面積%以下であった。 Carburized parts (cantilever beam fatigue test specimens) of test numbers 1 to 27 were produced through the above manufacturing process. In any test piece, the metal structure of the carburized surface layer was composed of tempered martensite and retained austenite, and the residual structure was not confirmed or was 10 area % or less.

(評価試験)
(硬さ測定)
上記処理を行った片持ち梁疲労試験片の長手方向に対し垂直に切断し、現出した断面を鏡面研磨した。その後、断面上において、試験片表面下0.10mmの位置で、3か所の硬さ測定を行い、その平均値を表面下0.10mmでのビッカース硬さ(表層硬さ)として算出した。測定荷重は300gfとした。
また、同断面上において、表面下1.5mmの位置で3か所の硬さ測定を行い、その平均値を表面下1.5mmでのビッカース硬さ(芯部硬さ)として算出した。
(Evaluation test)
(Hardness measurement)
The cantilever beam fatigue test piece treated as described above was cut perpendicularly to the longitudinal direction, and the exposed cross section was mirror-polished. After that, on the cross section, the hardness was measured at three points at a position 0.10 mm below the surface of the test piece, and the average value was calculated as the Vickers hardness (surface layer hardness) at 0.10 mm below the surface. A measurement load was 300 gf.
Further, on the same cross section, hardness measurements were performed at three locations 1.5 mm below the surface, and the average value was calculated as the Vickers hardness (core hardness) at 1.5 mm below the surface.

(粒界P濃度測定)
上記処理を行った片持ち梁疲労試験片の表面から、図2Aに示す採取位置から、図2Bに示す形状を有するオージェ試験片を採取した。具体的には、オージェ試験片のノッチ部の背面3.7×18mmが片持ち梁疲労試験片の20×100mmの面を含み、かつオージェ試験片の背面(ノッチ部と反対の面)3.7×18mmの中心と片持ち梁疲労試験片の20×100mmの面の中心がそろうように試験片を作製した。なお、図2A、2B中の数値の単位はいずれも、mmである。オージェ試験条件の詳細を表3に示す。
次に、得られた各オージェ試験片をオージェ電子分光分析装置(「PHI-700」、アルバックファイ社製、FE型)に格納し、装置の内部で冷却して破断させた。その後、破面のうち浸炭表面から50μm深さ範囲までの粒界破面に対してスペクトル解析を行った。なお、冷却した際の試料温度は約-120℃であった。また、粒界濃度にはある程度のばらつきがあるため、7か所の粒界を測定し、その平均値を求めた。粒界濃度算出には測定エネルギー範囲を狭め、各測定における積算回数を10回に増やしたナロースキャンを用いた。上記の方法で検出した元素の相対感度係数から粒界P濃度(at%)を算出し、これを質量%に換算した。質量%に換算した粒界P濃度を表2に示す。
(Grain boundary P concentration measurement)
An Auger test piece having a shape shown in FIG. 2B was sampled from the surface of the cantilever beam fatigue test piece subjected to the above treatment from the sampling position shown in FIG. 2A. Specifically, the 3.7×18 mm back surface of the notch portion of the Auger specimen includes the 20×100 mm surface of the cantilever fatigue test piece, and the back surface of the Auger specimen (surface opposite the notch portion)3. A test piece was prepared so that the center of the 7×18 mm surface was aligned with the center of the 20×100 mm surface of the cantilever fatigue test piece. Note that the unit of numerical values in FIGS. 2A and 2B is mm. Details of the Auger test conditions are shown in Table 3.
Next, each Auger test piece thus obtained was stored in an Auger electron spectrometer (“PHI-700”, manufactured by ULVAC-Phi, FE type), and cooled and broken inside the device. After that, the spectral analysis was performed on the intergranular fractured surface from the carburized surface to a depth of 50 μm among the fractured surfaces. The temperature of the sample when cooled was about -120°C. In addition, since the grain boundary concentration varies to some extent, seven grain boundaries were measured and the average value was obtained. For grain boundary concentration calculation, a narrow scan was used in which the measurement energy range was narrowed and the number of accumulations in each measurement was increased to 10 times. The grain boundary P concentration (at %) was calculated from the relative sensitivity coefficients of the elements detected by the above method, and converted to mass %. Table 2 shows the grain boundary P concentration converted to mass %.

(低サイクル曲げ疲労試験)
低サイクル曲げ疲労強度は、引張圧縮型の油圧サーボ型疲労試験機(島津製作所製、サーボパルサ「EHF-UM50kN-10L」)により、片持ち梁曲げ疲労試験を実施した。片持ち梁疲労試験片の形状を図1に示す。片持ち梁疲労試験片は、図1に示すように20×14(10)×210mmであり、端部から110mm位置にR2.0のノッチを有する。また、力点は端部から10mm位置である。なお、図1における寸法の単位は「mm」である。片持ち梁疲労試験片の中心軸は、棒鋼の中心軸と同軸であった。
(Low cycle bending fatigue test)
For the low-cycle bending fatigue strength, a cantilever beam bending fatigue test was performed using a tension-compression hydraulic servo type fatigue tester (manufactured by Shimadzu Corporation, Servo Pulser "EHF-UM50kN-10L"). Fig. 1 shows the shape of the cantilever beam fatigue test piece. The cantilever fatigue specimens are 20×14(10)×210 mm as shown in FIG. 1 and have a notch of R2.0 110 mm from the end. Also, the power point is 10 mm from the end. The unit of dimension in FIG. 1 is "mm". The central axis of the cantilever fatigue specimen was coaxial with the central axis of the steel bar.

上記の片持ち梁疲労試験片を用いて、常温、大気雰囲気中にて、表4に示す疲労試験を実施した。片振り荷重制御で試験を行い、破断回数を測定した。本実施例においては、歯車部品への適用を想定し、以下の判定基準により評価した。
まずJIS G 4053:2016のSCM420規格を満たす鋼を用いて、一般的な製造工程、つまり「焼きならし→試験片加工→ガス浸炭炉による共析浸炭→低温焼戻し」の工程によって基準試験片である片持ち梁疲労試験片を作製し、この基準試験片(試験番号26、27)における100回破断強度を基準とし、対象試験番号の疲労限がこの基準を15%以上上回った場合を合格(〇印)とし、15%未満だった場合を不合格(×印)とした。なお、鋼材P量を低減した場合、粒界P濃度も付随して低下することが知られているため、鋼材P濃度が0.010%以上である鋼a及び鋼c~鋼zの100回破断強度の基準は試験番号26とし、鋼材P濃度が0.010%未満である鋼bの100回破断強度の基準は試験番号27とした。試験番号26の100回破断強度は4800N、27の100回破断強度は5200Nであった。
A fatigue test shown in Table 4 was performed at room temperature in an air atmosphere using the above cantilever beam fatigue test piece. The test was conducted under pulsating load control, and the number of fractures was measured. In this example, assuming application to gear parts, evaluation was made according to the following criteria.
First, using steel that meets the SCM420 standard of JIS G 4053: 2016, a standard test piece is prepared by the general manufacturing process, that is, "normalizing → test piece processing → eutectoid carburizing in a gas carburizing furnace → low temperature tempering". A certain cantilever beam fatigue test piece is prepared, and the 100-time breaking strength of this reference test piece (test numbers 26 and 27) is used as a standard, and if the fatigue limit of the target test number exceeds this standard by 15% or more, it passes ( ○ mark), and when it was less than 15%, it was rejected (× mark). In addition, it is known that when the amount of steel P is reduced, the grain boundary P concentration also decreases concomitantly. Test No. 26 was used as the standard for the breaking strength, and Test No. 27 was used as the standard for the 100-cycle breaking strength of steel b having a P concentration of less than 0.010%. The 100 times breaking strength of Test No. 26 was 4800N, and the 100 times breaking strength of Test No. 27 was 5200N.

Figure 2023037454000001
Figure 2023037454000001

Figure 2023037454000002
Figure 2023037454000002

Figure 2023037454000003
Figure 2023037454000003

Figure 2023037454000004
Figure 2023037454000004

(試験結果)
試験結果を表2に示す。試験番号1~15は、化学成分、表層硬さ、芯部硬さが本発明の範囲内であったため、焼準処理後の棒鋼では、十分な被削性が得られ、かつ、浸炭部品としては、粒界P濃度が低く、優れた低サイクル曲げ疲労特性が得られた。
(Test results)
Table 2 shows the test results. In test numbers 1 to 15, the chemical composition, surface layer hardness, and core hardness were within the scope of the present invention, so that the steel bars after normalizing had sufficient machinability and could be used as carburized parts. had a low grain boundary P concentration and excellent low cycle bending fatigue properties.

一方、試験番号16では、部品の鋼成分のP量が過剰であった。その結果、P/Pは発明範囲内の値を得られたが、粒界P濃度を十分下げられなかったために粒界強度が低下し、その結果、低サイクル疲労強度が目標未達であった。 On the other hand, in test number 16, the amount of P in the steel composition of the part was excessive. As a result, the P b /P m value was within the range of the invention, but the grain boundary P concentration was not sufficiently reduced, resulting in a decrease in the grain boundary strength. there were.

試験番号17では、部品の鋼成分のS量が過剰であり、硫化物の粗大化のため、低サイクル疲労強度が目標未達であった。 In Test No. 17, the target low cycle fatigue strength was not achieved due to excessive S content in the steel composition of the part and coarsening of sulfides.

試験番号18では、部品の鋼成分のAl量が過剰であり、介在物の粗大化のため、低サイクル疲労強度が目標未達であった。 In Test No. 18, the Al content of the steel component of the part was excessive, and the low cycle fatigue strength was not achieved due to coarsening of inclusions.

試験番号19では、部品の鋼成分のC量が不足しており、芯部硬さが目標の範囲でないために、内部起点の疲労破壊が生じて、低サイクル疲労強度は目標未達であった。 In Test No. 19, the amount of C in the steel composition of the part was insufficient, and the core hardness was not within the target range, so fatigue fracture originating from the inside occurred, and the target low cycle fatigue strength was not achieved. .

試験番号20では、部品の鋼成分のSi量が不足しており、芯部硬さが目標の範囲でないために、内部起点の疲労破壊が生じて、低サイクル疲労強度は目標未達であった。 In Test No. 20, the amount of Si in the steel composition of the part was insufficient, and the core hardness was not within the target range, so fatigue fracture originating from the inside occurred, and the target low cycle fatigue strength was not achieved. .

試験番号21では、部品の鋼成分のMn量が不足しており、芯部硬さが目標の範囲でないために、内部起点の疲労破壊が生じて、低サイクル疲労強度は目標未達であった。 In Test No. 21, the amount of Mn in the steel composition of the part was insufficient, and the core hardness was not within the target range, so fatigue fracture originating from the inside occurred, and the target low cycle fatigue strength was not achieved. .

試験番号22では、部品の鋼成分のCr量が不足しており、芯部硬さが目標の範囲でないために、内部起点の疲労破壊が生じて、低サイクル疲労強度は目標未達であった。 In Test No. 22, the amount of Cr in the steel composition of the part was insufficient, and the core hardness was not within the target range, so fatigue fracture originating from the inside occurred, and the target low cycle fatigue strength was not achieved. .

試験番号23では、高周波焼入れ時の焼入れ温度が範囲外であり、焼入れ温度が低すぎて粒界P濃度が高いため、粒界強度が低下して、低サイクル疲労強度は目標未達であった。 In Test No. 23, the quenching temperature during induction quenching was out of the range, and the quenching temperature was too low and the grain boundary P concentration was high, so the grain boundary strength decreased, and the target low cycle fatigue strength was not achieved. .

試験番号24では、高周波焼入れ時の焼入れ温度が範囲外であり、焼入れ温度が低すぎて粒界P濃度が高いため、粒界強度が低下して、低サイクル疲労強度は目標未達であった。 In Test No. 24, the quenching temperature during induction quenching was out of the range, and the quenching temperature was too low and the grain boundary P concentration was high, so the grain boundary strength decreased, and the target low cycle fatigue strength was not achieved. .

試験番号25では、高周波焼入れ時の冷却速度が範囲外であり、冷却中に粒界P濃度が増加し、粒界強度が低下した結果、低サイクル疲労強度は目標未達であった。 In Test No. 25, the cooling rate during induction hardening was out of the range, the grain boundary P concentration increased during cooling, and the grain boundary strength decreased. As a result, the target low cycle fatigue strength was not achieved.

試験番号26は、鋼a及び鋼c~鋼zの100回破断強度の基準試験片であり、試験番号27は、鋼bの100回破断強度の基準試験片である。試験番号26、27ともに、浸炭処理後、高周波焼入れを実施しなかった比較例である。 Test No. 26 is a reference specimen for 100 times breaking strength of steel a and steel c to steel z, and Test No. 27 is a reference specimen for 100 times breaking strength of steel b. Both Test Nos. 26 and 27 are comparative examples in which induction hardening was not performed after the carburizing treatment.

ここで、同じ鋼a(鋼材P濃度:0.015%)を用いた試験番号1と試験番号26を比較すると、高周波焼入れを適正条件下で実施した試験番号1では、粒界P濃度が十分に低減され、低サイクル疲労強度を大幅に向上できることが分かる。また、試験番号2と試験番号27の場合も同様に、高周波焼入れを適正条件下で実施した試験番号2では、粒界P濃度が十分に低減され、低サイクル疲労強度を大幅に向上できることが分かる。また、鋼bは比較的低い鋼材P濃度である鋼種であるため、鋼bを用いた試験番号27では、高周波焼入れ処理を施さなくとも、粒界P濃度はある程度は低下している。しかし、比較例高い鋼材P濃度である鋼aを用いた試験番号1では、高P濃度であるにもかかわらず、本発明の高周波焼入れを適正条件下施すことにより、低P濃度の鋼bを用いた試験番号27よりも粒界P濃度を低減できていることが分かる。すなわち、本発明によれば、素材のP量を過剰に低減する必要なく、熱処理条件の適正化を図ることによって、粒界P濃度を大幅に低減できる。 Here, when comparing Test No. 1 and Test No. 26 using the same steel a (steel material P concentration: 0.015%), in Test No. 1 in which induction hardening was performed under appropriate conditions, the grain boundary P concentration was sufficient. It can be seen that the low cycle fatigue strength can be greatly improved. Similarly, in the case of Test Nos. 2 and 27, in Test No. 2, in which induction hardening was performed under appropriate conditions, the grain boundary P concentration was sufficiently reduced, and the low cycle fatigue strength was significantly improved. . In addition, since Steel b is a steel type with a relatively low steel material P concentration, in Test No. 27 using Steel b, the grain boundary P concentration is reduced to some extent without performing the induction hardening treatment. However, in Test No. 1 using Steel a, which is a comparative example steel material with a high P concentration, steel b with a low P concentration was obtained by applying the induction hardening of the present invention under appropriate conditions despite the high P concentration. It can be seen that the grain boundary P concentration can be reduced more than in Test No. 27 used. That is, according to the present invention, the grain boundary P concentration can be significantly reduced by optimizing the heat treatment conditions without the need to excessively reduce the P content of the material.

また、試験番号28~31では、部品の鋼成分のSi量、Mn量、Cr量またはMo量が過剰であり、焼準後硬さが高いため、被削性および冷間加工性が低下した。鋼材として加工性に劣ると判断し、その後の試験を実施しなかった。 In addition, in test numbers 28 to 31, the Si content, Mn content, Cr content, or Mo content of the steel components of the parts was excessive, and the hardness after normalizing was high, so the machinability and cold workability decreased. . It was judged that the workability as a steel material was inferior, and subsequent tests were not conducted.

前述したように、本発明の低サイクル曲げ疲労強度に優れた浸炭鋼部品を用いれば、自動車用のディファレンシャルギヤやトランスミッションギヤなどの歯車を大幅に小型化、軽量化することができる。そしてその結果、自動車の燃費を高め、かつ、CO排出量を削減することが可能となる。また、本実施形態の製造工程を用いることで、製鋼工程において極限まで鋼材P量を低減せずとも、粒界P濃度を低減することができるので、大幅なコスト削減となる。よって、本発明の効果は極めて顕著であり、本発明は、産業上の利用可能性が大きいものである。 As described above, the use of the carburized steel parts of the present invention having excellent low-cycle bending fatigue strength can significantly reduce the size and weight of gears such as differential gears and transmission gears for automobiles. As a result, it becomes possible to increase the fuel efficiency of automobiles and reduce CO2 emissions. Moreover, by using the manufacturing process of the present embodiment, the grain boundary P concentration can be reduced without reducing the amount of steel material P to the limit in the steelmaking process, resulting in significant cost reduction. Therefore, the effects of the present invention are extremely remarkable, and the present invention has great industrial applicability.

Claims (5)

芯部の組成が、質量%で、
C :0.10~0.30%、
Si:0.03~0.80%、
Mn:0.40~1.30%、
P :0.005~0.020%、
S :0.003~0.060%、
Cr:0.10~2.00%、
Al:0.050%以下、
N :0.0030~0.0300%、及び
O :0.0020%以下
を含有し、残部がFeおよび不純物であり、
前記芯部のP量である鋼材P濃度Pに対する、部品表面下50μm深さ位置の粒界のP量である粒界P濃度Pの比P/Pが30.00以下であり、
部品表面下0.10mm深さ位置でのビッカース硬さが650HV以上であり、
部品表面下1.5mm深さ位置でのビッカース硬さが300HV以上であることを特徴とする浸炭部品。
The composition of the core is % by mass,
C: 0.10 to 0.30%,
Si: 0.03 to 0.80%,
Mn: 0.40-1.30%,
P: 0.005 to 0.020%,
S: 0.003 to 0.060%,
Cr: 0.10 to 2.00%,
Al: 0.050% or less,
N: 0.0030 to 0.0300% and O: 0.0020% or less, the balance being Fe and impurities,
The ratio P b /P m of the grain boundary P concentration P b , which is the amount of P in the grain boundary at a position 50 μm below the surface of the part, to the P concentration P m of the steel material, which is the amount of P in the core, is 30.00 or less . ,
The Vickers hardness at a depth of 0.10 mm below the surface of the part is 650 HV or more,
A carburized part having a Vickers hardness of 300 HV or more at a depth of 1.5 mm below the surface of the part.
さらに、前記芯部の組成が、質量%で、
Mo:0~1.00%、
V :0~0.50%、
Cu:0~0.50%、
Ni:0~1.00%、
Bi:0~0.10%、
Nb:0~0.100%、
Ti:0~0.200%、及び
B :0~0.005%
のうち1種または2種以上を含有することを特徴とする、請求項1に記載の浸炭部品。
Furthermore, the composition of the core is, in mass%,
Mo: 0 to 1.00%,
V: 0 to 0.50%,
Cu: 0-0.50%,
Ni: 0 to 1.00%,
Bi: 0 to 0.10%,
Nb: 0 to 0.100%,
Ti: 0-0.200%, and B: 0-0.005%
2. The carburized part according to claim 1, characterized in that it contains one or more of
請求項1に記載の浸炭部品の製造方法であって、
組成が、質量%で、
C :0.10~0.30%、
Si:0.03~0.80%、
Mn:0.40~1.30%、
P :0.005~0.020%、
S :0.003~0.060%以下、
Cr:0.10~2.00%、
Al:0.050%以下、
N :0.003~0.030%以下、
O:0.0020%以下
を含有し、残部がFeおよび不純物である鋼材を部品形状に成形する成形工程と、
浸炭処理温度870℃~1050℃にて浸炭処理を行い、次いで、オーステナイト域から冷却する浸炭工程と、
下記式(1)、(2)を満足する条件で、高周波焼入れ処理を行う高周波焼入れ工程と、
次いで、130~200℃で焼戻しする焼戻し工程と、
を有することを特徴とする浸炭部品の製造方法。
1000<T1 ・・・(1)
50<y ・・・(2)
但し、上記式(1)、(2)中のT1は部品の表面における焼入れ温度(℃)、yは高周波焼入れ工程時の最高加熱温度から500℃までの平均冷却速度(℃/秒)である。
A method for manufacturing a carburized component according to claim 1,
The composition, in mass %,
C: 0.10 to 0.30%,
Si: 0.03 to 0.80%,
Mn: 0.40-1.30%,
P: 0.005 to 0.020%,
S: 0.003 to 0.060% or less,
Cr: 0.10 to 2.00%,
Al: 0.050% or less,
N: 0.003 to 0.030% or less,
A forming step of forming a steel material containing O: 0.0020% or less and the balance being Fe and impurities into a part shape;
a carburizing step of performing carburizing treatment at a carburizing temperature of 870° C. to 1050° C. and then cooling from the austenite region;
An induction hardening step of performing induction hardening treatment under conditions that satisfy the following formulas (1) and (2);
Then, a tempering step of tempering at 130 to 200 ° C.;
A method for manufacturing a carburized part, comprising:
1000<T1 (1)
50<y (2)
However, T1 in the above formulas (1) and (2) is the quenching temperature (°C) on the surface of the part, and y is the average cooling rate (°C/sec) from the highest heating temperature to 500°C during the induction hardening process. .
前記組成が、質量%で、
Mo:0~1.00%、
V :0~0.50%、
Cu:0~0.50%、
Ni:0~1.00%、
Bi:0~0.10%、
Nb:0~0.10%、
Ti:0~0.20%、及び
B :0~0.0050%
のうち1種または2種以上を含有することを特徴とする、請求項3に記載の浸炭部品の製造方法。
The composition, in % by mass,
Mo: 0 to 1.00%,
V: 0 to 0.50%,
Cu: 0-0.50%,
Ni: 0 to 1.00%,
Bi: 0 to 0.10%,
Nb: 0 to 0.10%,
Ti: 0-0.20%, and B: 0-0.0050%
4. The method for manufacturing a carburized component according to claim 3, characterized in that it contains one or more of
機械構造用部品であることを特徴とする、請求項1または2に記載の浸炭部品。 3. The carburized part according to claim 1, which is a mechanical structural part.
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