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JP2024137532A - Manufacturing method of soft-nitrided parts - Google Patents

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JP2024137532A JP2023049081A JP2023049081A JP2024137532A JP 2024137532 A JP2024137532 A JP 2024137532A JP 2023049081 A JP2023049081 A JP 2023049081A JP 2023049081 A JP2023049081 A JP 2023049081A JP 2024137532 A JP2024137532 A JP 2024137532A
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Abstract

【課題】低コストで曲げ疲労特性に優れた軟窒化部品の製造方法を提供する。【解決手段】原料鋼材を冷間加工して逆極点図強度分布の強度の最大値が1.5以上の前駆体を得る冷間加工工程と、前駆体を窒化する窒化工程と、を含む軟窒化部品の製造方法。【選択図】なしThe present invention provides a method for producing a soft-nitrided part with excellent bending fatigue properties at low cost. The method includes a cold working step of cold working a raw steel material to obtain a precursor having a maximum strength value of 1.5 or more in the inverse pole figure intensity distribution, and a nitriding step of nitriding the precursor. [Selected Figure] None

Description

本発明は、軟窒化部品の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing soft nitrided parts.

二酸化炭素排出量削減などの環境問題への対応のための、種々の工業製品の部品の軽量化が要請されている。窒化は浸炭焼入れ等と比較して熱処理ひずみが小さい利点を有しつつ鋼部品の疲労特性を向上させる熱処理である。窒化は、車両の歯車をはじめとし様々な鋼製の部品に適用されている。疲労特性の向上は、鋼製の部品の小型化を可能とし、これにより、車両などの工業製品の軽量化を実現する。そのため、鋼製の部品において、疲労特性の向上が望まれる。 In order to address environmental issues such as reducing carbon dioxide emissions, there is a demand for reducing the weight of various industrial product parts. Nitriding is a heat treatment that improves the fatigue properties of steel parts while having the advantage of less heat treatment distortion compared to carburizing and quenching. Nitriding is applied to various steel parts, including vehicle gears. Improving fatigue properties makes it possible to reduce the size of steel parts, thereby realizing weight reduction in industrial products such as vehicles. For this reason, improving the fatigue properties of steel parts is desirable.

特許文献1には、軟窒化用構造用鋼が開示されている。この軟窒化用構造用鋼は、重量比で、C:0.20~0.50%、Si:0.03~0.50%、Mn:0.30~3.00%、Cr:0.10~1.00%、Mo:0.03~1.00%、Al:0.01~0.10%、V:0.03~0.50%、S:0.015~0.070%、Pb:0~0.040%、O:15ppm以下を含有し、残部がFeおよび不可避の不純物より成る。この軟窒化用構造用鋼では、S、Pb及び酸素の含有量と目標素材硬さや目標芯部硬さとに所定の関係が規定されている。この軟窒化用構造用鋼は、圧延まま、鍛造まま、焼きならし等の状態で機械加工を施した後、軟窒化処理とショットピーニングを施して使用するための疲労強度と被削性に優れているとされている。 Patent Document 1 discloses a structural steel for nitrocarburizing. This structural steel for nitrocarburizing contains, by weight, 0.20-0.50% C, 0.03-0.50% Si, 0.30-3.00% Mn, 0.10-1.00% Cr, 0.03-1.00% Mo, 0.01-0.10% Al, 0.03-0.50% V, 0.015-0.070% S, 0-0.040% Pb, and 15 ppm or less O, with the balance being Fe and unavoidable impurities. In this structural steel for nitrocarburizing, a predetermined relationship is specified between the contents of S, Pb, and oxygen and the target material hardness and the target core hardness. This structural steel for soft nitriding is said to have excellent fatigue strength and machinability, so that it can be used after being machined in the as-rolled, as-forged, or normalized state, and then soft-nitrided and shot peened.

特許文献2には、曲げ疲労強度に優れた軟窒化用鋼が記載されている。この軟窒化用鋼は、合金元素が質量%で、C:0.01%~0.15%、Si:0.01%~1.5%、Mn:0.15%~2%、Cu:0.5%~2%を含有し、N:0.005%未満に制限し、Ti:0.01%~0.5%、Nb:0.005%~0.5%、V:0.05%~0.5%の中から1種以上含有し、且つC+N≦Ti/4.0+Nb/7.7+V/4.3であり、更に必要に応じて、Ni:0.5%~2%以下、Cr:0.1%~2%、Al:0.05%~0.5%以下、S:0.03%~0.1%、Pb:0.005%~0.3%の中から1種以上を含有させることができ、残部がFe及び不可避的不純物からなる。そして、フェライトの面積率が90%以上で、残りが炭化物及びパーライト組織からなる。パーライトの平均サイズは20μm以下である。この軟窒化用鋼では、Cuは軟窒化時における芯部硬さの時効硬化に寄与する元素であり、高い疲労強度を得るために必須であるとされている。 Patent document 2 describes a soft nitriding steel with excellent bending fatigue strength. This soft nitriding steel contains, in mass %, the following alloy elements: C: 0.01% to 0.15%, Si: 0.01% to 1.5%, Mn: 0.15% to 2%, Cu: 0.5% to 2%, N: limited to less than 0.005%, and contains one or more of Ti: 0.01% to 0.5%, Nb: 0.005% to 0.5%, and V: 0.05% to 0.5%, with C+N≦Ti/4.0+Nb/7.7+V/4.3, and may further contain, as necessary, one or more of Ni: 0.5% to 2% or less, Cr: 0.1% to 2%, Al: 0.05% to 0.5% or less, S: 0.03% to 0.1%, and Pb: 0.005% to 0.3%, with the balance consisting of Fe and unavoidable impurities. The area ratio of ferrite is 90% or more, with the remainder being carbide and pearlite structures. The average size of the pearlite is 20 μm or less. In this soft nitriding steel, Cu is an element that contributes to the age hardening of the core hardness during soft nitriding, and is considered essential for obtaining high fatigue strength.

特開平09-227992号公報Japanese Patent Application Publication No. 09-227992 特開2002-069572号公報JP 2002-069572 A

例えば特許文献2に開示された軟窒化用鋼のようにCuの多量添加が必須であると、鋼の製造コストを上昇させるだけでなく、鋼の高温脆化を招き、連続鋳造後の割れ増大による歩留まり低下及び手入れによる追加コストの上昇を招く場合がある。特許文献1に開示された軟窒化用鋼のようにVのようなレアメタルの添加を必須とすると、鋼の製造コストの上昇を招くとともに環境負荷を増大させる場合がある。そのため、低コストで曲げ疲労特性に優れた軟窒化部品の製造方法の提案が望まれる。 For example, if the addition of a large amount of Cu is required, as in the case of the nitrocarburizing steel disclosed in Patent Document 2, not only will the manufacturing cost of the steel increase, but it may also lead to high-temperature embrittlement of the steel, resulting in a decrease in yield due to an increase in cracks after continuous casting, and an increase in additional costs due to maintenance. If the addition of a rare metal such as V is required, as in the case of the nitrocarburizing steel disclosed in Patent Document 1, it may lead to an increase in the manufacturing cost of the steel and an increase in the environmental load. Therefore, it is desirable to propose a manufacturing method for nitrocarburizing parts that are low cost and have excellent bending fatigue properties.

本発明は、かかる実状に鑑みて為されたものであって、その目的は、低コストで曲げ疲労特性に優れた軟窒化部品の製造方法を提供することにある。 The present invention was made in consideration of the above-mentioned circumstances, and its purpose is to provide a low-cost method for manufacturing soft-nitrided parts with excellent bending fatigue properties.

上記目的を達成するための、本発明に係る軟窒化部品の製造方法は以下のとおりである。 To achieve the above objective, the manufacturing method of the present invention for soft-nitrided parts is as follows.

[1] 原料鋼材を冷間加工して逆極点図強度分布の強度の最大値が1.5以上の前駆体を得る冷間加工工程と、
前記前駆体を窒化する窒化工程と、を含む軟窒化部品の製造方法。
[1] A cold working process in which a raw steel material is cold worked to obtain a precursor having a maximum intensity value of 1.5 or more in an inverse pole figure intensity distribution;
and a nitriding step of nitriding the precursor.

[2] 前記冷間加工が、冷間での引張加工、引抜加工及び鍛造のうち、少なくとも一つの要素を含む上記[1]に記載の軟窒化部品の製造方法。 [2] The method for manufacturing a nitrided part described in [1] above, in which the cold working includes at least one of cold stretching, drawing, and forging.

[3] 前記冷間加工工程では、前記前駆体に、前記最大値が1.5以上の部分を形成する上記[1]又は[2]に記載の軟窒化部品の製造方法。 [3] The method for manufacturing a nitrided part according to [1] or [2] above, in which the cold working step forms a portion in the precursor where the maximum value is 1.5 or more.

[4] 前記冷間加工工程では、前記冷間加工を2回以上行う[1]から[3]のいずれか一つに記載の軟窒化部品の製造方法。 [4] A method for manufacturing a nitrocarburized part according to any one of [1] to [3], in which the cold working step is performed two or more times.

[5] 前記冷間加工工程では、前記最大値が1.5以上となるまで前記冷間加工を繰り返す[1]から[4]のいずれか一つに記載の軟窒化部品の製造方法。 [5] A method for manufacturing a nitrided part according to any one of [1] to [4], in which in the cold working step, the cold working is repeated until the maximum value is 1.5 or more.

本発明によれば、低コストで曲げ疲労特性に優れた軟窒化部品の製造方法を提供することができる。 The present invention provides a low-cost method for manufacturing soft-nitrided parts with excellent bending fatigue properties.

試験片の形状を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the shape of a test piece.

以下、本実施形態に係る軟窒化部品の製造方法について説明する。 The manufacturing method for the nitrocarburized parts according to this embodiment is described below.

まず、本実施形態に係る軟窒化部品の製造方法の概要を説明する。 First, we will provide an overview of the manufacturing method for soft-nitrided parts according to this embodiment.

本実施形態に係る軟窒化部品の製造方法は、原料鋼材を冷間加工して逆極点図強度分布の強度の最大値が1.5以上の前駆体を得る冷間加工工程と、前駆体を窒化する窒化工程と、を含む。 The manufacturing method for soft-nitrided parts according to this embodiment includes a cold working process in which raw steel is cold worked to obtain a precursor having a maximum intensity value of 1.5 or more in the inverse pole figure intensity distribution, and a nitriding process in which the precursor is nitrided.

本実施形態に係る軟窒化部品の製造方法によれば、低コストで曲げ疲労特性に優れた軟窒化部品を提供することができる。 The manufacturing method for soft-nitrided parts according to this embodiment makes it possible to provide soft-nitrided parts with excellent bending fatigue properties at low cost.

以下、本実施形態に係る軟窒化部品の製造方法及びこの製造方法により実現される軟窒化部品について詳述する。 The method for manufacturing a nitrocarburized part according to this embodiment and the nitrocarburized part realized by this manufacturing method are described in detail below.

本実施形態に係る軟窒化部品の製造方法により実現される軟窒化部品(以下、本実施形態に係る軟窒化部品と称する)の一例は、自動車などの車両を形成する部品である。例えば自動車分野における部品を例示すると、エンジンのクランクシャフト、タイミングギア等、変速機のミッションギア、リングギア、サンギア、プラネタリギア等、足回りのステアリングピニオン、ウォーム等、内装のパワーウインド用ウォーム等の部品を挙げられる。 One example of a nitrocarburized part realized by the manufacturing method for a nitrocarburized part according to this embodiment (hereinafter referred to as a nitrocarburized part according to this embodiment) is a part that forms a vehicle such as an automobile. Examples of parts in the automotive field include engine crankshafts, timing gears, etc., transmission gears, ring gears, sun gears, planetary gears, etc., steering pinions, worms, etc., for the suspension, and worms for power windows in the interior.

窒化とは、鋼に窒素のみを浸入させる窒化処理と、鋼に窒素と炭素を同時に浸入させる軟窒化処理と、の双方を含んであり、いずれも、鋼をマルテンサイト変態させない処理をいう。このうち、本実施形態における窒化とは、軟窒化処理のことを言う。 Nitriding includes both nitriding, in which only nitrogen penetrates steel, and soft nitriding, in which nitrogen and carbon penetrate steel simultaneously, and both are treatments that do not cause the steel to transform into martensitic. Of these, nitriding in this embodiment refers to soft nitriding.

本実施形態に係る軟窒化部品の製造方法では、上述のごとく、原料鋼材を窒化して軟窒化部品を製造する。すなわち、本実施形態に係る軟窒化部品の本体は、鋼が窒化された表面層を有する。この表面層は、一例として、本体の表面から0.5mm程度である。この表面層の厚みが0.5mmよりも大きい場合も本実施形態に含まれる。以下では、原料鋼材を単に鋼と称する場合がある。 In the manufacturing method of the nitrocarburized part according to this embodiment, as described above, the raw steel material is nitrided to manufacture the nitrocarburized part. That is, the main body of the nitrocarburized part according to this embodiment has a surface layer in which the steel is nitrided. As an example, this surface layer is about 0.5 mm from the surface of the main body. This embodiment also includes cases in which the thickness of this surface layer is greater than 0.5 mm. Hereinafter, the raw steel material may be simply referred to as steel.

本実施形態に係る軟窒化部品は、この本体に、金属又は金属合金で形成されており、表面が窒化されていない、本体とは別の構造体が組み合わされたものであってもよい。本実施形態に係る軟窒化部品は、この本体に、金属製ではない別の構造体が組み合わされたものであってもよい。 The soft-nitrided part according to this embodiment may be a combination of the main body with another structure that is made of a metal or metal alloy and has a non-nitrided surface. The soft-nitrided part according to this embodiment may be a combination of the main body with another structure that is not made of metal.

本実施形態に係る軟窒化部品の製造方法で用いる鋼は、主成分であるFe(鉄)と、その他の成分組成として、C(炭素)、Si(ケイ素)、Mn(マンガン)、P(リン)、S(硫黄)及び不純物とを含み得る。この鋼が後述する任意成分を更に含むことは排除されない。 The steel used in the manufacturing method of the soft-nitrided parts according to this embodiment may contain Fe (iron) as the main component, and other components such as C (carbon), Si (silicon), Mn (manganese), P (phosphorus), S (sulfur) and impurities. It is not excluded that this steel may further contain optional components described below.

この鋼は、任意成分として、Al(アルミニウム)、N(窒素)、Cr(クロム)、Ti(チタン、Nb(ニオブ)、V(バナジウム)、Hf(ハフニウム)、Ta(タンタル)、Sn(スズ)、Sb(アンチモン)、Se(セレン)、Ca(カルシウム)、Pb(鉛、Bi(ビスマス)のうちから選ばれる一つ以上を含み得る。 This steel may contain one or more optional components selected from Al (aluminum), N (nitrogen), Cr (chromium), Ti (titanium), Nb (niobium), V (vanadium), Hf (hafnium), Ta (tantalum), Sn (tin), Sb (antimony), Se (selenium), Ca (calcium), Pb (lead), and Bi (bismuth).

本実施形態に係る軟窒化部品の製造方法で用いることのできる鋼の一例は、JIS G4051に規定される機械構造用炭素鋼(S45C)である。 One example of a steel that can be used in the manufacturing method of the soft-nitrided parts according to this embodiment is carbon steel for machine construction (S45C) as specified in JIS G4051.

以下では、本実施形態に係る軟窒化部品の製造方法で用いることのできる鋼のうち、特に好適な鋼における各成分の含有量や効果などについて詳述する。以下の説明において、単に含有量と記載した場合は、鋼における含有量(質量%)である。なお、本実施形態に係る軟窒化部品の製造方法で用いることのできる鋼は、以下で説明される鋼に限定されない。 The following describes in detail the content and effects of each component in particularly suitable steels among the steels that can be used in the manufacturing method for soft-nitrided parts according to this embodiment. In the following description, when simply referring to the content, it refers to the content (mass%) in the steel. Note that the steels that can be used in the manufacturing method for soft-nitrided parts according to this embodiment are not limited to the steels described below.

本実施形態に係る軟窒化部品の製造方法で用いることのできる鋼は、好ましくは、成分組成(化学成分)として、C:0.04質量%以上0.35質量%以下、Si:0.01質量%以上1.20質量%以下、Mn:0.30質量%以上1.80質量%以下、P:0.1質量%以下、S:0.5質量%以下、Al:0.010質量%以上0.300質量%以下及びN:0.0250質量%以下、を含んでよく、残部として、Fe(鉄)及び不純物を含んでよい。 The steel that can be used in the manufacturing method of the soft-nitrided part according to this embodiment may preferably contain, as a component composition (chemical composition), C: 0.04% by mass or more and 0.35% by mass or less, Si: 0.01% by mass or more and 1.20% by mass or less, Mn: 0.30% by mass or more and 1.80% by mass or less, P: 0.1% by mass or less, S: 0.5% by mass or less, Al: 0.010% by mass or more and 0.300% by mass or less, and N: 0.0250% by mass or less, with the remainder being Fe (iron) and impurities.

この鋼は、任意成分である成分組成として、Cr(クロム):2.0質量%以下、Mo(モリブデン):1.0質量%以下、Cu(銅):1.0質量%以下、Ni(ニッケル):1.0質量%以下及びB(ホウ素):0.01質量%以下、のうちから選ばれる一つ以上を含んでよい。 This steel may contain one or more optional components selected from the following composition: Cr (chromium): 2.0 mass% or less, Mo (molybdenum): 1.0 mass% or less, Cu (copper): 1.0 mass% or less, Ni (nickel): 1.0 mass% or less, and B (boron): 0.01 mass% or less.

また、この鋼は、任意成分である成分組成として、Ti(チタン):0.1質量%以下、Nb(ニオブ):0.1質量%以下、V(バナジウム):0.2質量%以下、Hf(ハフニウム):0.1質量%以下及びTa(タンタル):0.1質量%以下、のうちから選ばれる一つ以上を含んでよい。 In addition, this steel may contain one or more optional components selected from the following composition: Ti (titanium): 0.1 mass% or less, Nb (niobium): 0.1 mass% or less, V (vanadium): 0.2 mass% or less, Hf (hafnium): 0.1 mass% or less, and Ta (tantalum): 0.1 mass% or less.

また、この鋼は、任意成分である成分組成として、Sn(スズ):0.1質量%以下及びSb(アンチモン):0.1質量%以下、のうちから選ばれる一つ以上を含んでよい。 In addition, this steel may contain one or more optional components selected from the following composition: Sn (tin): 0.1 mass% or less and Sb (antimony): 0.1 mass% or less.

また、この鋼は、任意成分である成分組成として、Se(セレン):0.3質量%以下、Ca(カルシウム):0.1質量%以下、Pb(鉛):0.3質量%以下及びBi(ビスマス):0.3質量%以下、のうちから選ばれる一つ以上を含んでよい。 In addition, this steel may contain one or more optional components selected from the following composition: Se (selenium): 0.3 mass% or less, Ca (calcium): 0.1 mass% or less, Pb (lead): 0.3 mass% or less, and Bi (bismuth): 0.3 mass% or less.

Cの含有量は、0.04質量%以上0.35質量%以下としてよい。窒化処理後の中心部硬度を高めるために、Cの含有量は、0.04質量%以上であるとよい。Cの含有量が0.35質量%を超えると、冷間加工時の荷重が増大し金型の寿命低下を招く場合もある。Cの含有量は、好ましくは0.05質量%以上0.27質量%以下、より好ましくは0.10%以上0.25%以下である。 The C content may be 0.04% by mass or more and 0.35% by mass or less. In order to increase the central hardness after nitriding, the C content should be 0.04% by mass or more. If the C content exceeds 0.35% by mass, the load during cold working increases, which may shorten the life of the mold. The C content is preferably 0.05% by mass or more and 0.27% by mass or less, more preferably 0.10% by mass or more and 0.25% by mass or less.

Siの含有量は、0.01質量%以上1.20質量%以下としてよい。窒化鋼において、Siは、脱酸剤として寄与する。過剰にSiを鋼に含有させると鋼材の冷間加工性を低下させるとともに、鋼の靱性低下を通じて疲労強度を低下させる場合がある。Siの含有量は、好ましくは0.05質量%以上0.70質量%以下、より好ましくは0.10質量%以上0.50質量%以下である。 The Si content may be 0.01% by mass or more and 1.20% by mass or less. In nitriding steel, Si serves as a deoxidizer. If the steel contains excessive Si, it may reduce the cold workability of the steel material and may reduce the fatigue strength through a decrease in the toughness of the steel. The Si content is preferably 0.05% by mass or more and 0.70% by mass or less, more preferably 0.10% by mass or more and 0.50% by mass or less.

Mnの含有量は、0.30質量%以上1.80質量%以下としてよい。Mnは、焼入れ性を向上させ、鋼の窒化前組織を高強度化する作用を通じ窒化後組織(窒化鋼)を高強度化する。十分な疲労強度を得るためには、Mnの含有量は、0.30質量%以上であるとよい。過剰にMnを鋼に含有させると、変形抵抗の上昇を招く場合がある。Mnの含有量は、好ましくは0.40質量%以上1.70質量%以下であり、より好ましくは0.50以上1.30質量%以下である。 The Mn content may be 0.30 mass% or more and 1.80 mass% or less. Mn improves hardenability and strengthens the pre-nitrided structure of the steel, thereby strengthening the post-nitrided structure (nitrided steel). In order to obtain sufficient fatigue strength, the Mn content should be 0.30 mass% or more. If the steel contains excessive Mn, it may lead to an increase in deformation resistance. The Mn content is preferably 0.40 mass% or more and 1.70 mass% or less, and more preferably 0.50 mass% or more and 1.30 mass% or less.

Pの含有量は0.1質量%以下としてよい。Pは、窒化鋼の結晶粒界に偏析し、靭性を低下させるため、その混入は低いほど望ましい。Pの含有量は、0.1質量%までは許容される。Pの含有量は、好ましくは0.02質量%以下である。なお、Pの含有量の下限については特に限定せずとも問題はないが、Pの含有は通常は不可避的であるので、無駄な低P化は精錬時間の増長や精錬コストを上昇させてしまう場合がある。そのため、Pの含有量は、0.003質量%以上とするのが合理的で好ましい。 The P content may be 0.1 mass% or less. Since P segregates at the grain boundaries of nitriding steel and reduces toughness, the lower the P content, the more desirable it is. The P content is permitted up to 0.1 mass%. The P content is preferably 0.02 mass% or less. There is no problem if there is no particular lower limit for the P content, but since the inclusion of P is usually unavoidable, unnecessary reduction in P content may increase refining time and refining costs. Therefore, it is reasonable and preferable to set the P content to 0.003 mass% or more.

Sの含有量は0.5質量%以下としてよい。Sは、硫化物系介在物として存在し、被削性の向上に有効な元素である。過剰にSを鋼に含有させると冷間加工性の低下を招く場合がある。Sの含有量の下限については特に限定しないが、Sの含有は通常は不可避的であるので、過度の低S化は精錬コストを上昇させてしまう場合がある。そのため、Sの含有量は、0.003質量%以上とするのが合理的である。Sの含有量は、好ましくは0.004質量%以上0.3質量%以下であり、更に好ましくは0.005質量%以上0.09質量%以下である。 The S content may be 0.5% by mass or less. S exists as a sulfide-based inclusion and is an element that is effective in improving machinability. Excessive S inclusion in steel may lead to a decrease in cold workability. There is no particular lower limit for the S content, but since the inclusion of S is usually unavoidable, excessive reduction in S content may increase refining costs. Therefore, it is reasonable to set the S content to 0.003% by mass or more. The S content is preferably 0.004% by mass or more and 0.3% by mass or less, and more preferably 0.005% by mass or more and 0.09% by mass or less.

Alの含有量は、0.010質量%以上0.300質量%以下としてよい。Alは、酸化物を形成し、窒化鋼の脱酸に有効な元素である。また、Alは、窒化鋼に粗大化な酸化物系介在物の生成を抑止する作用を有する。Alの含有量が0.010質量%未満であると、これらの効果が得られない場合がある。過剰にAlを鋼に含有させると介在物(Al酸化物)の増加を招き、疲労破壊の起点を増やし、低疲労強度の原因となる場合がある。 The Al content may be 0.010% by mass or more and 0.300% by mass or less. Al forms oxides and is an element effective in deoxidizing nitrided steel. Furthermore, Al has the effect of suppressing the formation of coarse oxide-based inclusions in nitrided steel. If the Al content is less than 0.010% by mass, these effects may not be obtained. Excessive Al inclusion in steel may lead to an increase in inclusions (Al oxides), which may increase the starting points of fatigue fracture and cause low fatigue strength.

Nの含有量は、0.0250質量%以下としてよい。Nは、Alと結合し、窒化物(AlN)を形成する。微細析出したAlNは鋼の窒化後(窒化鋼)の硬度を上昇させる作用がある。過剰にNを鋼に含有させると鋳造後の鋼片表面割れを招く場合がある。Nの含有量の下限については特に限定しないが、Nの含有は通常は不可避的であるので、過度の低N化は精錬コストを上昇させてしまう場合がある。Nの含有量は、0.0010質量%以上、好ましくは0.0015質量%以上である。Nの含有量は、好ましくは0.0180質量%以下、更に好ましくは0.0020質量%以上0.0150質量%以下である。 The N content may be 0.0250% by mass or less. N combines with Al to form nitride (AlN). Finely precipitated AlN increases the hardness of the steel after nitriding (nitrided steel). Excessive N inclusion in steel may cause surface cracks in the steel billet after casting. There is no particular lower limit for the N content, but since the inclusion of N is usually unavoidable, excessive reduction in N content may increase refining costs. The N content is 0.0010% by mass or more, preferably 0.0015% by mass or more. The N content is preferably 0.0180% by mass or less, more preferably 0.0020% by mass or more and 0.0150% by mass or less.

Crの含有量は、2.0質量%以下としてよい。Crは、焼入性と焼戻し軟化抵抗の向上に寄与し、また、炭化物の球状化促進にも有用な元素である。Crの含有量が2.0質量%を超えると、軟窒化後の表面に生成するCr窒化物層が厚くなり、内部へのNの浸入を阻害し、硬度不足を招く場合がある。Crの含有量は、好ましくは0.40質量%以上1.90質量%以下であり、より好ましくは0.70質量%以上1.75質量%以下である。 The Cr content may be 2.0 mass% or less. Cr contributes to improving hardenability and temper softening resistance, and is also a useful element for promoting spheroidization of carbides. If the Cr content exceeds 2.0 mass%, the Cr nitride layer formed on the surface after soft nitriding becomes thick, which may hinder the penetration of N into the interior and lead to insufficient hardness. The Cr content is preferably 0.40 mass% or more and 1.90 mass% or less, and more preferably 0.70 mass% or more and 1.75 mass% or less.

Moの含有量は、1.0質量%以下としてよい。Moは、焼入れ性を向上させ、窒化前組織を高強度化する作用を通じ窒化後組織を高強度化する。しかし、Moの含有量が1.0質量%以上では、焼入性が過剰となり、圧延後の硬度が上昇し、加工性や被削性が低下する場合がある。なお、Moによる鋼材強度の向上効果を発現させるためには、0.01質量%以上でMoを鋼に含有させることが好ましい。Moの含有量は、より好ましくは0.03質量%以上0.50質量%以下、更に好ましくは0.05質量%以上0.25質量%以下である。 The Mo content may be 1.0 mass% or less. Mo improves hardenability and strengthens the pre-nitriding structure, thereby strengthening the post-nitriding structure. However, if the Mo content is 1.0 mass% or more, the hardenability becomes excessive, the hardness after rolling increases, and the workability and machinability may decrease. In order to realize the effect of Mo in improving the strength of the steel material, it is preferable to contain Mo in an amount of 0.01 mass% or more in the steel. The Mo content is more preferably 0.03 mass% or more and 0.50 mass% or less, and even more preferably 0.05 mass% or more and 0.25 mass% or less.

Cuの含有量は、1.0質量%以下としてよい。Cuは、焼入れ性を向上させ、窒化前組織を高強度化する作用を通じ窒化後組織を高強度化する。この効果を得るためには、0.01質量%以上でCuを鋼に含有させることが好ましい。Cu含有量が1.0質量%を超えると、圧延材の表面肌が荒れてしまい、疵として残存する懸念がある。Cuの含有量は、より好ましくは0.015質量%以上0.5質量%以下、更に好ましくは0.03質量%以上0.3質量%以下である。 The Cu content may be 1.0 mass% or less. Cu improves hardenability and strengthens the pre-nitriding structure, thereby strengthening the post-nitriding structure. To achieve this effect, it is preferable to contain Cu in the steel at 0.01 mass% or more. If the Cu content exceeds 1.0 mass%, the surface of the rolled material will become rough, and there is a concern that these will remain as scratches. The Cu content is more preferably 0.015 mass% or more and 0.5 mass% or less, and even more preferably 0.03 mass% or more and 0.3 mass% or less.

Niの含有量は、1.0質量%以下としてよい。Niは、靱性の向上に有用な元素である。これらの効果を得るためには、0.01質量%以上でNiを鋼に含有させることが好ましい。1.0質量%を超えてNiを鋼に含有させても上記の効果は飽和する。Niの含有量は、より好ましくは0.015質量%以上0.5質量%以下、更に好ましくは0.03質量%以上0.3質量%以下である。 The Ni content may be 1.0 mass% or less. Ni is an element useful for improving toughness. In order to obtain these effects, it is preferable to contain Ni in the steel at 0.01 mass% or more. If the Ni content exceeds 1.0 mass% in the steel, the above effects will saturate. The Ni content is more preferably 0.015 mass% or more and 0.5 mass% or less, and even more preferably 0.03 mass% or more and 0.3 mass% or less.

Bの含有量は、0.01質量%以下としてよい。Bは、粒界に偏析し、拡散型変態を抑制することで、焼入性の向上に有効であり、加えて粒界を強化し、疲労亀裂の発生および進展を抑制し疲労強度を向上させる効果もある。Bによるこの効果を得るためには、0.0003質量%以上でBを鋼に含有させることが好ましい。Bの含有量が0.01質量%を超えると、鋼の靱性が低下するため、Bの含有量は0.01質量%以下とすることが好ましい。Bの含有量は、より好ましくは0.0005質量%以上0.005質量%以下、更に好ましくは0.0007質量%以上0.002質量%以下である。 The B content may be 0.01 mass% or less. B segregates at grain boundaries and suppresses diffusion-type transformation, which is effective in improving hardenability, and also has the effect of strengthening grain boundaries, suppressing the occurrence and progression of fatigue cracks, and improving fatigue strength. In order to obtain this effect of B, it is preferable to contain B in steel at 0.0003 mass% or more. If the B content exceeds 0.01 mass%, the toughness of the steel decreases, so the B content is preferably 0.01 mass% or less. The B content is more preferably 0.0005 mass% or more and 0.005 mass% or less, and even more preferably 0.0007 mass% or more and 0.002 mass% or less.

Tiの含有量は、0.1質量%以下としてよい。Tiは炭素や窒素と結合し、軟窒化時に微細析出物を形成する作用により、鋼材強度を向上させる。しかし、0.1質量%を超えてTiを鋼に含有させても、その効果は飽和する。Tiの含有量は、好ましくは0.005質量%以上0.08質量%以下、更に好ましくは0.01質量%以上0.06質量%以下である。 The Ti content may be 0.1 mass% or less. Ti improves the strength of the steel by combining with carbon and nitrogen to form fine precipitates during soft nitriding. However, even if the Ti content in the steel exceeds 0.1 mass%, the effect is saturated. The Ti content is preferably 0.005 mass% or more and 0.08 mass% or less, and more preferably 0.01 mass% or more and 0.06 mass% or less.

Nbの含有量は、0.1質量%以下としてよい。Nbは炭素や窒素と結合し、軟窒化時に微細析出物を形成する作用により、鋼材強度を向上させる。しかし、0.1質量%を超えてNbを鋼に含有させても、その効果は飽和する。Nbの含有量は、好ましくは0.005質量%以上0.08質量%以下、更に好ましくは0.01質量%以上0.06質量%以下である。 The Nb content may be 0.1 mass% or less. Nb combines with carbon and nitrogen to form fine precipitates during soft nitriding, improving the strength of the steel. However, even if the Nb content exceeds 0.1 mass%, the effect saturates. The Nb content is preferably 0.005 mass% or more and 0.08 mass% or less, and more preferably 0.01 mass% or more and 0.06 mass% or less.

Vの含有量は、0.2質量%以下としてよい。Vは炭素や窒素と結合し、軟窒化時に微細析出物を形成する作用により、鋼材強度を向上させる。Vによるこの効果を得るためには、少なくとも0.003質量%以上でVを鋼に含有させることが好ましい。0.2質量%を超えてVを鋼に含有させても合金コストが高価となるばかりであり、効果は飽和する。Vの含有量は、より好ましくは0.005質量%以上0.15質量%以下、更に好ましくは0.01質量%以上0.10質量%以下である。 The V content may be 0.2 mass% or less. V combines with carbon and nitrogen to form fine precipitates during soft nitriding, improving the strength of the steel. To obtain this effect of V, it is preferable to contain at least 0.003 mass% or more of V in the steel. If the V content in the steel exceeds 0.2 mass%, the alloy cost will increase and the effect will saturate. The V content is more preferably 0.005 mass% or more and 0.15 mass% or less, and even more preferably 0.01 mass% or more and 0.10 mass% or less.

Hfの含有量は、0.1質量%以下としてよい。Hfは炭素や窒素と結合し、軟窒化時に微細析出物を形成する作用により、鋼材強度を向上させる。Hfによるこの効果を得るためには、少なくとも0.003質量%以上でHfを鋼に含有させることが好ましい。0.1質量%を超えてHfを鋼に含有させると、鋳造凝固時に粗大な析出物を生成し、疲労強度の劣化を招く場合がある。Hfの含有量は、より好ましくは0.005質量%以上0.06質量%以下、更に好ましくは0.01質量%以上0.05質量%以下である。 The Hf content may be 0.1 mass% or less. Hf improves the strength of the steel by combining with carbon and nitrogen to form fine precipitates during soft nitriding. To obtain this effect of Hf, it is preferable to contain at least 0.003 mass% or more of Hf in the steel. If the Hf content in the steel exceeds 0.1 mass%, coarse precipitates may be generated during casting and solidification, which may lead to a deterioration of fatigue strength. The Hf content is more preferably 0.005 mass% to 0.06 mass%, and even more preferably 0.01 mass% to 0.05 mass%.

Taの含有量は、0.1質量%以下としてよい。Taは炭素や窒素と結合し、軟窒化時に微細析出物を形成する作用により、鋼材強度を向上させる。Taによるこの効果を得るためには、少なくとも0.003質量%以上でTaを鋼に含有させることが好ましい。一方、0.1質量%を超えてTaを鋼に含有させると、鋳造凝固時に割れを生じやすくなり、圧延および鍛造後でも疵が残存する場合がある、Taの含有量は、より好ましくは0.005質量%以上0.06質量%以下、更に好ましくは0.01質量%以上0.05質量%以下である。 The Ta content may be 0.1 mass% or less. Ta combines with carbon and nitrogen to form fine precipitates during soft nitriding, improving the strength of the steel. To obtain this effect of Ta, it is preferable to contain at least 0.003 mass% or more of Ta in the steel. On the other hand, if the Ta content in the steel exceeds 0.1 mass%, cracks are more likely to occur during casting solidification, and defects may remain even after rolling and forging. The Ta content is more preferably 0.005 mass% or more and 0.06 mass% or less, and even more preferably 0.01 mass% or more and 0.05 mass% or less.

Sbの含有量は、0.1質量%以下としてよい。Sbは、鋼材表面の脱炭を抑制し、表面硬度の低下を防止するために有効な元素である。この効果を発現させるためには、0.0003質量%以上でSbを鋼に含有させることが好ましい。過剰にSbを鋼に含有させると鋼の加工性が低下する。Sbの含有量は、より好ましくは0.001質量%以上0.05質量%以下であり、更に好ましくは0.0015質量%以上0.035質量%以下である。 The Sb content may be 0.1 mass% or less. Sb is an effective element for suppressing decarburization of the steel surface and preventing a decrease in surface hardness. To achieve this effect, it is preferable to contain 0.0003 mass% or more of Sb in the steel. If the steel contains an excessive amount of Sb, the workability of the steel decreases. The Sb content is more preferably 0.001 mass% or more and 0.05 mass% or less, and even more preferably 0.0015 mass% or more and 0.035 mass% or less.

Snの含有量は、0.1質量%以下としてよい。Snは、鋼材表面の耐食性を向上させるために有効な元素である。耐食性向上の観点からは、0.003質量%以上でSnを鋼に含有させることが好ましい。過剰にSnを鋼に含有させると加工性を低下させる。Snの含有量は、より好ましくは0.0010質量%以上0.050質量%以下であり、更に好ましくは0.0015質量%以上0.035質量%以下である。 The Sn content may be 0.1 mass% or less. Sn is an effective element for improving the corrosion resistance of the steel surface. From the viewpoint of improving corrosion resistance, it is preferable to contain 0.003 mass% or more of Sn in the steel. If excessive Sn is contained in the steel, the workability decreases. The Sn content is more preferably 0.0010 mass% or more and 0.050 mass% or less, and even more preferably 0.0015 mass% or more and 0.035 mass% or less.

Seの含有量は、0.3質量%以下としてよい。Seは、MnやCuと結合し、鋼中に析出物として分散することで被削性を向上させる。この効果を得るためには、少なくとも0.001質量%以上でSeを鋼に含有させることが好ましい。0.3質量%を超えてSeを鋼に含有させても効果は飽和する。Se含有量は、より好ましくは0.005質量%以上0.1質量%以下、更に好ましくは0.008質量%以上0.09質量%以下である。 The Se content may be 0.3 mass% or less. Se improves machinability by combining with Mn and Cu and dispersing as precipitates in the steel. To obtain this effect, it is preferable to contain at least 0.001 mass% Se in the steel. If the Se content in the steel exceeds 0.3 mass%, the effect will saturate. The Se content is more preferably 0.005 mass% to 0.1 mass%, and even more preferably 0.008 mass% to 0.09 mass%.

Caの含有量は、0.1質量%以下としてよい。Caは、Sと結合し、鋼中に硫化物として分散することで被削性を向上させる。この効果を得るためには、少なくとも0.0005質量%以上でCaを鋼に含有させることが好ましい。0.1質量%を超えてCaを鋼に含有させても効果は飽和する。Ca含有量は、より好ましくは0.0010質量%以上0.0500質量%以下、更に好ましくは0.0015質量%以上0.0300質量%以下である。 The Ca content may be 0.1 mass% or less. Ca improves machinability by combining with S and dispersing in the steel as sulfides. To obtain this effect, it is preferable to contain at least 0.0005 mass% or more of Ca in the steel. If the Ca content in the steel exceeds 0.1 mass%, the effect will saturate. The Ca content is more preferably 0.0010 mass% or more and 0.0500 mass% or less, and even more preferably 0.0015 mass% or more and 0.0300 mass% or less.

Pbの含有量は、0.3質量%以下としてよい。Pbは、切削時の切屑を微細化する効果がある。切屑処理性を向上させたい場合、Pbの添加が有効である。この効果を得るためには、0.01質量%以上でPbを鋼に含有させることが好ましい。過度にPbを鋼に含有させても切屑処理性の向上効果は飽和する。Pbの含有量は好ましくは0.01質量%以上0.2質量%以下、更に好ましくは0.01質量%以上0.1質量%以下である。 The Pb content may be 0.3 mass% or less. Pb has the effect of refining chips during cutting. Adding Pb is effective when improving chip disposal. To obtain this effect, it is preferable to contain 0.01 mass% or more of Pb in the steel. Even if excessive Pb is contained in the steel, the effect of improving chip disposal becomes saturated. The Pb content is preferably 0.01 mass% or more and 0.2 mass% or less, and more preferably 0.01 mass% or more and 0.1 mass% or less.

Biの含有量は、0.3質量%以下としてよい。Biは、切削時の切屑を微細化する効果がある。切屑処理性を向上させたい場合、Biの添加が有効である。この効果を得るためには、0.01質量%以上でBiを含有させることが好ましい。過度にBiを鋼に含有させても切屑処理性の向上効果は飽和する。Biの含有量は好ましくは0.01質量%以上0.2質量%以下、更に好ましくは0.01質量%以上0.1質量%以下である。 The Bi content may be 0.3 mass% or less. Bi has the effect of refining chips during cutting. Adding Bi is effective when improving chip disposal. To obtain this effect, it is preferable to contain Bi at 0.01 mass% or more. Even if the steel contains excessive Bi, the effect of improving chip disposal becomes saturated. The Bi content is preferably 0.01 mass% or more and 0.2 mass% or less, and more preferably 0.01 mass% or more and 0.1 mass% or less.

以上説明した元素以外の残部はFe及び不純物である。不純物とは、鋼材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、本実施形態の特性に悪影響を与えない範囲で許容される。 The remainder other than the elements described above is Fe and impurities. Impurities are substances that are mixed in from raw materials such as ore and scrap, or from the manufacturing environment, during industrial production of steel, and are permitted to the extent that they do not adversely affect the characteristics of this embodiment.

鋼を冷間加工すると、加工様式に応じた結晶方位回転が生じる。加工量が増大するほど結晶方位回転が顕著となり、結晶方位の集積が進行する。EBSD法(電子線後方散乱回折法)で得られる逆極点図強度分布は、結晶方位の集積度合いを示す代表的な指標である。逆極点図強度分布における強度の最大値が1.5以上のとき、鋼の疲労強度が向上する。鋼の疲労強度を十分に向上させたい場合、逆極点図強度分布における強度の最大値は、好ましくは1.7以上であり、より好ましくは2.0以上である。 When steel is cold worked, crystal orientation rotation occurs according to the working style. As the amount of working increases, crystal orientation rotation becomes more pronounced, and the accumulation of crystal orientation progresses. The inverse pole figure intensity distribution obtained by EBSD (electron backscatter diffraction) is a representative index showing the degree of accumulation of crystal orientation. When the maximum value of strength in the inverse pole figure intensity distribution is 1.5 or more, the fatigue strength of the steel is improved. To sufficiently improve the fatigue strength of steel, the maximum value of strength in the inverse pole figure intensity distribution is preferably 1.7 or more, and more preferably 2.0 or more.

本実施形態における軟窒化部品では、その本体の表面から0.5mmの深さにおいて部品表面と平行な方向で測定した逆極点図強度分布における強度の最大値が1.5以上である。 In this embodiment, the maximum strength value in the inverse pole figure intensity distribution of the soft nitrided part measured in a direction parallel to the part surface at a depth of 0.5 mm from the surface of the body is 1.5 or more.

本実施形態における冷間加工には、冷間での引張加工(冷間引張加工)、冷間での引抜加工及び冷間での鍛造(冷間鍛造)のうち、少なくとも一つの要素を含む加工が含まれる。具体的には、例えば、冷間鍛造での歯車成形、スプライン成形、しぼり(縮径)成形、前方押出成形、後方押出成形や、冷間での転造による歯車成形、スプライン成形も本実施形態における冷間加工に含まれる。 In this embodiment, cold working includes processing that includes at least one element of cold tensile processing (cold tensile processing), cold drawing, and cold forging (cold forging). Specifically, for example, cold forging gear forming, spline forming, drawing (diameter reduction) forming, forward extrusion forming, backward extrusion forming, and cold rolling gear forming and spline forming are also included in the cold working in this embodiment.

鋼に対して行う冷間加工の回数は制限されない。例えば、鋼に対して1回のみの冷間加工を行って前駆体の逆極点図強度分布における強度の最大値を1.5以上としてよい。 There is no limit to the number of times the steel is cold worked. For example, the steel may be cold worked only once to achieve a maximum strength value of 1.5 or greater in the inverse pole figure intensity distribution of the precursor.

また、たとえば、鋼に対して複数回(2回以上)の冷間加工を行って前駆体の逆極点図強度分布における強度の最大値を1.5以上としてもよい。 For example, the steel may be cold worked multiple times (two or more times) to make the maximum strength value in the inverse pole figure intensity distribution of the precursor 1.5 or more.

また、前駆体の逆極点図強度分布における強度の最大値を目安として、この最大値が1.5以上となるまで冷間加工を繰り返すようにしてもよい。 In addition, the maximum strength value in the inverse pole figure intensity distribution of the precursor can be used as a guideline, and cold working can be repeated until this maximum value becomes 1.5 or more.

鋼に対して冷間加工を行う場合における、1回の冷間加工あたりの変形量は任意である。 When cold working steel, the amount of deformation per cold working step is arbitrary.

冷間加工による結晶方位回転は、鋼の成分及び組織に関わらず発生し、方位集積挙動は加工様式に依存する。このため、本実施形態に係る軟窒化部品の製造方法、原料鋼材としての鉄鋼材料全般に適用可能であり、本実施形態の例示に制限されない。 Crystal orientation rotation due to cold working occurs regardless of the steel's composition and structure, and the orientation accumulation behavior depends on the processing method. For this reason, the manufacturing method for nitrocarburized parts according to this embodiment can be applied to all steel materials as raw steel materials, and is not limited to the examples given in this embodiment.

以下、実施例に基づいて本実施形態に係る鋼について説明する。なお、本実施形態に係る鋼は、この実施例に制限されない。 The steel according to this embodiment will be described below based on an example. Note that the steel according to this embodiment is not limited to this example.

(実施例1)
JIS G4051に規定される機械構造用炭素鋼(S45C)を熱間圧延により直径20mmの丸棒(原料鋼材の一例)に成形した。
Example 1
Carbon steel for machine construction (S45C) specified in JIS G4051 was formed into a round bar (an example of raw steel material) having a diameter of 20 mm by hot rolling.

次に、この丸棒を冷間引抜加工(冷間加工の一例)して丸棒状の前駆体を製造した。前駆体は、表1に示すように、冷間引抜加工の回数を1回から3回に変更して製造したものと、冷間引抜加工のダイスの径を違えて製造したものと、を製造した(前駆体No.2から6)。なお、冷間引抜加工して製造した前駆体の比較対象として、冷間引抜加工していない丸棒を確保した(前駆体No.1)。 Next, this round bar was cold drawn (an example of cold working) to produce a round bar-shaped precursor. As shown in Table 1, precursors were produced by changing the number of cold drawing processes from one to three, and by changing the diameter of the cold drawing die (precursor No. 2 to 6). As a comparison for the precursors produced by cold drawing, a round bar that was not cold drawn was secured (precursor No. 1).

前駆体No.1から6は、それぞれ15本準備した。 15 pieces of each of precursors No. 1 to 6 were prepared.

前駆体No.2から6の直径と、繰り返した冷間引抜加工における累積断面減少率(%)とを併せて表1に示す。なお、累積断面減少率とは、直径20mmの丸棒を前駆体に加工した際の、軸方向に交差する断面の面積の減少率である。 The diameters of precursors No. 2 to 6 and the cumulative reduction in area (%) from repeated cold drawing are shown in Table 1. The cumulative reduction in area is the reduction in the area of the cross section intersecting the axial direction when a round bar with a diameter of 20 mm is processed into a precursor.

次に、これら丸棒又は前駆体(前駆体No.1から6)一部を切削して、平行部の直径が10mmの小野式回転曲げ疲労試験片(以下、単に試験片と称する)を採取した。 Next, parts of these round bars or precursors (precursor Nos. 1 to 6) were cut to obtain Ono-type rotating bending fatigue test pieces (hereinafter simply referred to as test pieces) with a parallel section diameter of 10 mm.

なお、図1には、試験片の形状を示す模式図を示している。試験片は、軸心Gに沿う直線状で、軸心Gに直交する断面が、軸心Gと中心が重複する円形の棒状である。試験片における軸心Gに沿う方向の両端部は後述する掴み部1,1である。軸心Gに沿う方向における掴み部1,1間に平行部2が配置されている。本実施例において、図1に示す平行部2の直径が10mmである。また、掴み部1,1の直径が12mmである。平行部2を含む掴み部1,1間の長さは30mmである。平行部2の軸心Gに沿う方向における両端部は、掴み部1の端部から軸方向における中央部にかけてR15の曲面状に絞られている。 In addition, FIG. 1 shows a schematic diagram showing the shape of the test piece. The test piece is linear along the axis G, and the cross section perpendicular to the axis G is a circular rod shape whose center overlaps with the axis G. Both ends of the test piece in the direction along the axis G are gripping parts 1, 1 described later. A parallel part 2 is disposed between the gripping parts 1, 1 in the direction along the axis G. In this embodiment, the diameter of the parallel part 2 shown in FIG. 1 is 10 mm. Also, the diameter of the gripping parts 1, 1 is 12 mm. The length between the gripping parts 1, 1 including the parallel part 2 is 30 mm. Both ends of the parallel part 2 in the direction along the axis G are narrowed into a curved shape of R15 from the end of the gripping part 1 to the center in the axial direction.

Figure 2024137532000001
Figure 2024137532000001

次に、各前駆体に対応する15本の試験片のうち、無作為に選択した5本の試験片について、EBSD法による計測をおこなって逆極点図強度分布を求め、各試験片の強度の最大値を求めた。そして、各前駆体に対応する5本の試験片の強度の最大値の平均値(以下、強度平均値と称する場合がある)を求めた。逆極点図強度分布は、試験片の掴み部における、長手方向に直交する断面の中心軸(図1に示す軸心G)と重複する断面について求めた。 Next, five randomly selected test pieces from the 15 test pieces corresponding to each precursor were measured using the EBSD method to obtain the inverse pole figure strength distribution and the maximum strength value of each test piece. The average value of the maximum strength values of the five test pieces corresponding to each precursor (hereinafter sometimes referred to as the average strength value) was then obtained. The inverse pole figure strength distribution was obtained for a cross section overlapping with the central axis (axis center G shown in Figure 1) of the cross section perpendicular to the longitudinal direction at the gripping portion of the test piece.

なお、この断面の計測は、掴み部を長手方向に沿って切断して当該断面を露出させて行った。 The cross-section was measured by cutting the gripping portion in the longitudinal direction to expose the cross-section.

EBSD法による計測結果に基づく逆極点図強度分布の算出は、TSL社製結晶方位解析ソフトウェアOIMを用い行った。なお、EBSD法による計測には、走査型電子顕微鏡(日本電子株式会社製、型式:JSM-7001F)を用いた。 The calculation of the inverse pole figure intensity distribution based on the measurement results by the EBSD method was performed using the crystal orientation analysis software OIM manufactured by TSL. Note that a scanning electron microscope (manufactured by JEOL Ltd., model: JSM-7001F) was used for the measurement by the EBSD method.

EBSD法での測定視野範囲は一辺が0.5mm正方形の領域とし、逆極点図強度分布は、上記中心軸(軸心G)に沿う方向(後述する疲労試験における引張軸方向と同じ)について、球面調和関数法でSeries Rank:13、Gaussian Smoothing:5.0°、Sample Symmetry:Triclinicの条件で解析した。 The measurement field of view for the EBSD method was a square area with sides of 0.5 mm, and the inverse pole figure intensity distribution was analyzed in the direction along the central axis (axis center G) (the same as the tensile axis direction in the fatigue test described below) using the spherical harmonics method under the conditions of Series Rank: 13, Gaussian Smoothing: 5.0°, and Sample Symmetry: Triclinic.

次に、各前駆体に対応する15本の試験片のうち、残りの10本の試験片に570℃で3時間のガス軟窒化熱処理を施して(窒化して)、処理後試験片(軟窒化部品の一例)を得た(窒化工程の一例)。窒化処理は、アンモニア、一酸化炭素を含む混合ガス中で行った。 Next, of the 15 test pieces corresponding to each precursor, the remaining 10 test pieces were subjected to a gas nitrocarburizing heat treatment (nitriding) at 570°C for 3 hours to obtain post-treatment test pieces (an example of a nitrocarburized part) (an example of a nitriding process). The nitriding treatment was carried out in a mixed gas containing ammonia and carbon monoxide.

次に、各前駆体に対応する処理後試験片を応力振幅500MPaにて回転曲げ疲労試験に供し、それぞれ疲労強度として疲労破壊寿命(回)を計測して、各前駆体に対応する処理後試験片10本の疲労破壊寿命の平均値(疲労強度の平均値、回)を求めた。なお、疲労破壊寿命の平均値は大きいほど曲げ疲労特性に優れており好ましい。各前駆体に対応する疲労破壊寿命の平均値を併せて表1に示す。 Next, the treated test pieces corresponding to each precursor were subjected to a rotating bending fatigue test at a stress amplitude of 500 MPa, and the fatigue fracture life (times) was measured as the fatigue strength for each, and the average fatigue fracture life (average fatigue strength, times) for the 10 treated test pieces corresponding to each precursor was calculated. Note that the larger the average fatigue fracture life, the better the bending fatigue properties, which is preferable. The average fatigue fracture life for each precursor is also shown in Table 1.

更に、前駆体No.2から6に対応する各処理後試験片について、冷間引抜加工による疲労破壊寿命向上率を算出した。なお、冷間引抜加工による疲労破壊寿命向上率とは、前駆体No.2から6の疲労破壊寿命の各平均値を、丸棒(前駆体No.1)の疲労破壊寿命の各平均値で割った値である。なお、疲労破壊寿命向上率は大きいほど曲げ疲労特性に優れており好ましい。各前駆体に対応する疲労破壊寿命向上率を併せて表1に示す。 Furthermore, the fatigue fracture life improvement rate due to cold drawing was calculated for each post-treatment test piece corresponding to precursor No. 2 to 6. The fatigue fracture life improvement rate due to cold drawing is the average value of the fatigue fracture life of precursor No. 2 to 6 divided by the average value of the fatigue fracture life of the round bar (precursor No. 1). The larger the fatigue fracture life improvement rate, the more excellent the bending fatigue properties, which is preferable. The fatigue fracture life improvement rates corresponding to each precursor are also shown in Table 1.

冷間引抜加工を行わずに窒化した処理後試験片(前駆体No.1)の疲労破壊寿命と比較して、処理後試験片(軟窒化部品)の疲労破壊寿命が延びた場合(すなわち、疲労破壊寿命向上率が1を超えている場合)、処理後試験片の曲げ疲労特性が優れているといえる。 When the fatigue fracture life of the treated test piece (nitrocarburized part) is extended (i.e., the fatigue fracture life improvement rate exceeds 1) compared to the fatigue fracture life of the treated test piece (precursor No. 1) that was nitrided without cold drawing, it can be said that the bending fatigue properties of the treated test piece are superior.

表1に示すように、試験片(前駆体)の強度平均値が大きくなると、疲労破壊寿命向上率が大きくなっている。したがって、強度平均値が大きくなると、処理後試験片(軟窒化部品)の曲げ疲労特性が優れたものとなることがわかる。 As shown in Table 1, the greater the average strength value of the test piece (precursor), the greater the improvement rate in fatigue fracture life. Therefore, it can be seen that the greater the average strength value, the better the bending fatigue properties of the post-treatment test piece (nitrocarburized part).

このうち、冷間引抜加工を行わずに窒化した処理後試験片(前駆体No.1)の疲労破壊寿命と比較して、処理後試験片(軟窒化部品)の疲労破壊寿命が2倍以上(すなわち、疲労破壊寿命向上率が2以上)である場合、処理後試験片の曲げ疲労特性が特に優れているといえる。 Among these, when the fatigue fracture life of the treated test piece (nitrocarburized part) is at least twice as long (i.e., the fatigue fracture life improvement rate is 2 or more) as compared with the fatigue fracture life of the treated test piece (precursor No. 1) that was nitrided without cold drawing, it can be said that the bending fatigue properties of the treated test piece are particularly excellent.

表1に示すように、試験片(前駆体)の強度平均値が1.5以上である場合に、疲労破壊寿命向上率が2以上となっている。したがって、強度平均値が1.5以上である場合に、処理後試験片(軟窒化部品)の曲げ疲労特性が優れたものとなることがわかる。また、試験片(前駆体)の強度平均値が大きくなるほど、疲労破壊寿命向上率は向上しており、試験片(前駆体)の強度平均値が大きくなるほど、処理後試験片(軟窒化部品)の曲げ疲労特性が優れたものとなることがわかる。 As shown in Table 1, when the average strength value of the test piece (precursor) is 1.5 or more, the fatigue fracture life improvement rate is 2 or more. Therefore, it can be seen that when the average strength value is 1.5 or more, the bending fatigue properties of the treated test piece (nitrocarburized part) are excellent. It can also be seen that the greater the average strength value of the test piece (precursor), the greater the fatigue fracture life improvement rate, and the greater the average strength value of the test piece (precursor), the better the bending fatigue properties of the treated test piece (nitrocarburized part).

(実施例2)
まず、表2に示す成分組成の鋼(鋼No.1から31)を溶製し、熱間圧延により直径20mmの丸棒(原料鋼材の一例)に成形した。
Example 2
First, steels (steels No. 1 to 31) having the chemical compositions shown in Table 2 were melted and formed into round bars having a diameter of 20 mm (an example of a raw steel material) by hot rolling.

そして、この丸棒を冷間引張加工(冷間加工の一例)して直径16mmの丸棒状の前駆体とした後(冷間加工工程の一例)、この前駆体の一部を切削して、平行部の直径が10mmの小野式回転曲げ疲労試験片(以下、単に試験片と称する)を採取した。 Then, this round bar was subjected to cold tensile processing (an example of cold processing) to produce a round bar-shaped precursor with a diameter of 16 mm (an example of a cold processing process), and then a portion of this precursor was cut to obtain an Ono-type rotating bending fatigue test specimen (hereinafter simply referred to as the test specimen) with a parallel portion diameter of 10 mm.

なお、本実施例において、試験片は、実施例1に係る試験片と同一形状である(図1参照)。 In this example, the test piece has the same shape as the test piece in Example 1 (see Figure 1).

Figure 2024137532000002
Figure 2024137532000002

そして、この試験片について、EBSD法による計測をおこなって逆極点図強度分布を求め、その強度の最大値を求めた。逆極点図強度分布は、試験片の掴み部における、長手方向に直交する断面の中心軸(図1に示す軸心G)と重複する断面について求めた。 Then, the test piece was measured by the EBSD method to obtain the inverse pole figure strength distribution and the maximum strength value. The inverse pole figure strength distribution was obtained for a cross section overlapping with the central axis (axis center G shown in Figure 1) of a cross section perpendicular to the longitudinal direction at the gripping portion of the test piece.

なお、この断面の計測は、掴み部を長手方向に沿って切断して当該断面を露出させて行った。 The cross-section was measured by cutting the gripping portion in the longitudinal direction to expose the cross-section.

EBSD法による計測結果に基づく逆極点図強度分布の算出は、実施例1と同様にして行った。 The calculation of the inverse pole figure intensity distribution based on the measurement results using the EBSD method was performed in the same manner as in Example 1.

EBSD法での測定視野範囲及び逆極点図強度分布の解析の条件も、実施例1と同様にして行った。 The measurement field of view range and the analysis conditions for the inverse pole figure intensity distribution using the EBSD method were the same as in Example 1.

次に、この試験片に570℃で3時間のガス軟窒化熱処理を施して(窒化して)、処理後試験片(軟窒化部品の一例)を得た(窒化工程の一例)。窒化処理は、アンモニア、一酸化炭素を含む混合ガス中で行った。 Next, the test pieces were subjected to a gas nitrocarburizing heat treatment (nitriding) at 570°C for 3 hours to obtain post-treatment test pieces (an example of a nitrocarburized part) (an example of a nitriding process). The nitriding treatment was carried out in a mixed gas containing ammonia and carbon monoxide.

次に、各成分組成の処理後試験片について、逆極点図強度分布における強度の最大値が1.5以上の処理後試験片と、そうでない処理後試験片とを分別した。そして、極点図強度分布における強度の最大値が1.5以上の処理後試験片と、そうでない処理後試験片とを区別して回転曲げ疲労試験に供し、それぞれ疲労限度(1×10回相当応力)を評価した。 Next, the treated test pieces of each component composition were separated into those having a maximum strength value of 1.5 or more in the inverse pole figure strength distribution and those having other maximum strength values. Then, the treated test pieces having a maximum strength value of 1.5 or more in the pole figure strength distribution and those having other maximum strength values were subjected to a rotating bending fatigue test to evaluate the fatigue limit (stress equivalent to 1× 107 times) of each.

表2に示すように、本実施形態に従う軟窒化部品の製造方法で製造された処理後試験片(軟窒化部品、極点図強度分布における強度の最大値が1.5以上のもの)は、本実施形態に従わない製造方法で製造されたものに比べて、有意に曲げ疲労特性に優れることが分かる。 As shown in Table 2, it can be seen that the treated test pieces (nitrocarburized parts, with a maximum strength value of 1.5 or more in the pole figure intensity distribution) manufactured by the manufacturing method of the nitrocarburized parts according to this embodiment have significantly superior bending fatigue properties compared to those manufactured by a manufacturing method not according to this embodiment.

このように、本実施形態に従う処理後試験片(軟窒化部品の本体)を形成する鋼は、Cuのような比較的高価な金属を多量に含有することを要せず低コストであるにもかかわらず、疲労特性に優れている。 Thus, the steel forming the post-treatment test piece (main body of the soft-nitrided part) according to this embodiment has excellent fatigue properties despite being low-cost and not requiring a large amount of a relatively expensive metal such as Cu.

また、本実施形態に従う処理後試験片(軟窒化部品の本体)を形成する鋼は、Vのようなレアメタルの添加を必須とするものではなく低コストであるにもかかわらず、疲労特性に優れている。 In addition, the steel used to form the post-treatment test specimen (main body of the soft-nitrided part) according to this embodiment does not require the addition of rare metals such as V, is low cost, and yet has excellent fatigue properties.

なお処理後試験片について、EBSD法による計測をおこなって逆極点図強度分布を求め、その強度の最大値を求めたところ、各処理後試験片における逆極点図強度分布の強度の最大値は、それぞれ対応する窒化前の試験片(それぞれの処理後試験片の窒化前の状態)における逆極点図強度分布の強度の最大値と同じであった。 After the treatment, the test pieces were measured using the EBSD method to determine the inverse pole figure strength distribution and the maximum strength value. The maximum strength value of the inverse pole figure strength distribution for each test piece after the treatment was the same as the maximum strength value of the inverse pole figure strength distribution for the corresponding test piece before nitriding (the state of each test piece before nitriding after the treatment).

なお、逆極点図強度分布は、処理後試験片の掴み部における表面から0.5mmの深さの部分について求めた。処理後試験片の掴み部における表面から0.5mmの深さの部分の計測は、掴み部の表面の一部(一例として、図1に示す位置3)を表面下0.5mm切削して当該部分を露出させて行った。 The inverse pole figure strength distribution was determined for a portion of the gripped portion of the test piece at a depth of 0.5 mm from the surface after treatment. The measurement for the portion of the gripped portion of the test piece at a depth of 0.5 mm from the surface after treatment was performed by cutting a portion of the surface of the gripped portion (position 3 shown in Figure 1 as an example) 0.5 mm below the surface to expose that portion.

すなわち、試験片の窒化前後において、試験片の内部(本実施形態では、表面から0.5mmの深さの部分)の逆極点図強度分布の強度の最大値は同じであった。 In other words, the maximum intensity value of the inverse pole figure intensity distribution inside the test piece (in this embodiment, the part 0.5 mm deep from the surface) was the same before and after nitriding the test piece.

以上のようにして、低コストで曲げ疲労特性に優れた軟窒化部品の製造方法を提供することができる。 In this way, a low-cost method for manufacturing soft-nitrided parts with excellent bending fatigue properties can be provided.

なお、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。 The embodiments disclosed in this specification are merely examples, and the present invention is not limited to these embodiments. They may be modified as appropriate without departing from the scope of the present invention.

本発明は、軟窒化部品の製造方法に適用できる。 The present invention can be applied to the manufacturing method of soft-nitrided parts.

1 :掴み部
2 :平行部
G :軸心
1: Grip part 2: Parallel part G: Shaft center

Claims (7)

原料鋼材を冷間加工して逆極点図強度分布の強度の最大値が1.5以上の前駆体を得る冷間加工工程と、
前記前駆体を窒化する窒化工程と、を含む軟窒化部品の製造方法。
a cold working step of cold working a raw steel material to obtain a precursor having a maximum intensity value of 1.5 or more in an inverse pole figure intensity distribution;
and a nitriding step of nitriding the precursor.
前記冷間加工が、冷間での引張加工、引抜加工及び鍛造のうち、少なくとも一つの要素を含む請求項1に記載の軟窒化部品の製造方法。 The method for manufacturing a nitrided part according to claim 1, wherein the cold working includes at least one of cold stretching, drawing, and forging. 前記冷間加工工程では、前記前駆体に、前記最大値が1.5以上の部分を形成する請求項1に記載の軟窒化部品の製造方法。 The method for manufacturing a nitrocarburized part according to claim 1, wherein the cold working step forms a portion in the precursor in which the maximum value is 1.5 or more. 前記冷間加工工程では、前記前駆体に、前記最大値が1.5以上の部分を形成する請求項2に記載の軟窒化部品の製造方法。 The method for manufacturing a nitrocarburized part according to claim 2, wherein the cold working step forms a portion in the precursor in which the maximum value is 1.5 or more. 前記冷間加工工程では、前記冷間加工を2回以上行う請求項1~4に記載の軟窒化部品の製造方法。 The method for manufacturing a nitrocarburized part according to claims 1 to 4, wherein the cold working step is performed two or more times. 前記冷間加工工程では、前記最大値が1.5以上となるまで前記冷間加工を繰り返す請求項1~4に記載の軟窒化部品の製造方法。 The method for manufacturing a nitrocarburized part according to claims 1 to 4, wherein in the cold working step, the cold working is repeated until the maximum value is 1.5 or more. 前記冷間加工工程では、前記最大値が1.5以上となるまで前記冷間加工を繰り返す請求項5に記載の軟窒化部品の製造方法。 The method for manufacturing a nitrided part according to claim 5, wherein in the cold working step, the cold working is repeated until the maximum value is 1.5 or more.
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