[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP6176314B2 - Case bar or wire rod - Google Patents

Case bar or wire rod Download PDF

Info

Publication number
JP6176314B2
JP6176314B2 JP2015250330A JP2015250330A JP6176314B2 JP 6176314 B2 JP6176314 B2 JP 6176314B2 JP 2015250330 A JP2015250330 A JP 2015250330A JP 2015250330 A JP2015250330 A JP 2015250330A JP 6176314 B2 JP6176314 B2 JP 6176314B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
less
content
cross
steel
strength
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015250330A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2016084541A (en
Inventor
秀樹 今高
秀樹 今高
雅之 堀本
雅之 堀本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP2015250330A priority Critical patent/JP6176314B2/en
Publication of JP2016084541A publication Critical patent/JP2016084541A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6176314B2 publication Critical patent/JP6176314B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Description

本発明は、肌焼用棒鋼または線材に関する。詳しくは、成分コストが低く、被削性に優れ、しかも、表面硬化処理である浸炭焼入れまたは浸炭窒化焼入れした場合の曲げ疲労強度およびピッチング強度に優れるとともにこれら強度のバラツキが小さく、自動車用歯車など浸炭または浸炭窒化部品の素材として好適な、肌焼用棒鋼または線材に関する。   The present invention relates to a case bar or a wire rod. Specifically, the component cost is low, the machinability is excellent, and the surface fatigue treatment or carburizing and nitrocarburizing quenching is excellent in bending fatigue strength and pitching strength, and variations in these strengths are small. The present invention relates to a case steel bar or wire suitable as a material for carburizing or carbonitriding parts.

自動車部品などの機械部品の多くは、通常、棒鋼または線材を素材として、熱間鍛造または冷間鍛造によって所定の粗形状に成形した後に、切削で歯車などの機械部品に仕上加工し、さらに、浸炭焼入れや浸炭窒化焼入れなどの表面硬化処理を行った後、焼戻しを施すことにより製造される。このため、浸炭または浸炭窒化部品の素材には、良好な被削性が要求される。   Many machine parts such as automobile parts are usually formed into a predetermined rough shape by hot forging or cold forging using steel bar or wire as a raw material, and then machined into machine parts such as gears by cutting, It is manufactured by tempering after surface hardening treatment such as carburizing and quenching and carbonitriding and quenching. For this reason, good machinability is required for the material of carburized or carbonitrided parts.

「浸炭焼入れ」は、一般に、素材鋼(生地の鋼)として低炭素の「肌焼鋼」を使用し、Ac3点以上の高温のオーステナイト域でCを侵入・拡散させた後、焼入れする表面硬化処理であり、「浸炭窒化焼入れ」は、浸炭と窒化を同時に行った後、焼入れする表面硬化処理である。 “Carburizing and quenching” generally uses low-carbon “skin-hardened steel” as the material steel (dough steel), and the surface to be quenched after intruding and diffusing C in the high-temperature austenite region of 3 points or higher. It is a hardening process, and “carbonitriding and quenching” is a surface hardening process in which carburizing and nitriding are simultaneously performed and then quenched.

近年では、自動車に、軽量化および高トルク化が要求されている。このため、自動車用の浸炭または浸炭窒化部品には、従来よりさらに高い曲げ疲労強度と高いピッチング強度とが求められている。なかでもトランスミッションなどに使用される歯車には、歯元の高い曲げ疲労強度および歯面の高いピッチング強度が求められる。   In recent years, automobiles are required to be lighter and have higher torque. For this reason, carburizing or carbonitriding parts for automobiles are required to have higher bending fatigue strength and higher pitching strength than before. In particular, gears used for transmissions and the like are required to have high bending fatigue strength at the root and high pitching strength at the tooth surface.

また、浸炭または浸炭窒化部品において、曲げ疲労強度およびピッチング強度のバラツキの下限が、設計での強度基準の一つとされることがあり、これら強度のバラツキが小さいことも求められる。   Further, in carburized or carbonitrided parts, the lower limit of bending fatigue strength and pitching strength variation may be one of the strength standards in design, and it is also required that these strength variations be small.

本明細書においては、以下「浸炭または浸炭窒化部品」を「浸炭部品」で代表させて説明することがある。   In the present specification, “carburized or carbonitrided parts” will be described below as “carburized parts”.

例えば特許文献1および特許文献2に、浸炭部品の強度向上に関する技術が提案されている。   For example, Patent Literature 1 and Patent Literature 2 propose techniques relating to strength improvement of carburized parts.

特許文献1に、質量パーセントで、C:0.10〜0.35%、Si:0.02〜0.5%、Mn:0.3〜1.8%、S:0.005〜0.15%、Al:0.02〜0.05%、N:0.005〜0.014%を含有し、更に、Cr:0.4〜1.8%、Mo:0.02〜1.0%、Ni:0.1〜3.5%、V:0.03〜0.5%の1種または2種以上を含有し、P:0.025%以下、Ti:0.01%以下、O:0.0025%以下に各々制限し、残部が鉄および不可避不純物からなり、AlNの析出量を0.005%以下に制限し、ベイナイトの組織分率を30%以下に制限し、熱間圧延方向に平行な断面の組織のフェライトバンドの評点が1〜3であることを特徴とする「粗粒化防止特性に優れた肌焼鋼」が開示されている。   In Patent Document 1, in mass percent, C: 0.10 to 0.35%, Si: 0.02 to 0.5%, Mn: 0.3 to 1.8%, S: 0.005 to 0.00. 15%, Al: 0.02-0.05%, N: 0.005-0.014%, Cr: 0.4-1.8%, Mo: 0.02-1.0 %, Ni: 0.1 to 3.5%, V: 0.03 to 0.5%, or one or more, P: 0.025% or less, Ti: 0.01% or less, O: Each is limited to 0.0025% or less, the balance is composed of iron and inevitable impurities, the precipitation amount of AlN is limited to 0.005% or less, the bainite structure fraction is limited to 30% or less, hot Disclosed is a “skin-hardened steel with excellent coarsening prevention characteristics” characterized in that the ferrite band of the cross-sectional structure parallel to the rolling direction has a score of 1 to 3

特許文献2に、質量比で、C:0.10〜0.30%、Si:0.05〜0.50%、Mn:0.30〜1.50%、Cr:0.30〜2.00%、Al:0.005〜0.050%、Nb:0.01〜0.1%、N:0.0080〜0.0250%、V:0.01%以下を含有し、必要に応じてさらに、Mo:0.80%以下を含み、残部Fe及び不純物元素からなる熱間圧延鋼材を1150〜1350℃に加熱後、鍛造仕上温度が1100〜1300℃となる条件で熱間鍛造して、鋼中に含有するNbがほぼ固溶した状態(析出個数が0.3個/μm2以下)とし、鍛造後620℃〜700℃まで冷却後.その温度で30分〜5時間保持し、室温まで冷却後浸炭処理することを特徴とする「高温浸炭用熱間鍛造部品の製造方法」が開示されている。 In Patent Document 2, in mass ratio, C: 0.10 to 0.30%, Si: 0.05 to 0.50%, Mn: 0.30 to 1.50%, Cr: 0.30 to 2. 00%, Al: 0.005 to 0.050%, Nb: 0.01 to 0.1%, N: 0.0080 to 0.0250%, V: 0.01% or less, if necessary Furthermore, after hot-rolling steel material containing Mo: 0.80% or less and comprising the remainder Fe and impurity elements to 1150 to 1350 ° C., hot forging is performed under the condition that the forging finish temperature is 1100 to 1300 ° C. The Nb contained in the steel was in a substantially solid solution state (the number of precipitates was 0.3 / μm 2 or less), and after cooling to 620 ° C. to 700 ° C. after forging. There is disclosed a “manufacturing method for hot forged parts for high-temperature carburizing” characterized by holding at that temperature for 30 minutes to 5 hours and cooling to room temperature followed by carburizing.

特開平11−106866号公報JP-A-11-106866 特開2004−300519号公報JP 2004-300519 A

特許文献1には、不純物であるPの鋼中含有量を制限することにより、疲労強度の低下を抑制することについて、また、不純物であるTi、Oの鋼中含有量を制限することにより、熱間圧延後の鋼材の状態でAlNの析出量を制限し、浸炭加熱時のAlNのピン止め作用による結晶粒の粗大化抑制効果を安定して発揮させることについて、開示がある。しかしながら、鋼材断面内の不純物の含有量(以下、含有量を「濃度」ということがある。)差を小さくすることが配慮されていない。そのため、高い曲げ疲労強度およびピッチング強度を安定して確保できないことがある。   In Patent Document 1, by restricting the content of P, which is an impurity, in steel, by suppressing the decrease in fatigue strength, and by limiting the content of Ti, O, which is an impurity, in steel, There is a disclosure that the precipitation amount of AlN is limited in the state of the steel material after hot rolling, and the effect of suppressing the coarsening of crystal grains by the pinning action of AlN during carburizing heating is stably exhibited. However, it is not considered to reduce the difference in the content of impurities in the steel material cross section (hereinafter, the content may be referred to as “concentration”). Therefore, high bending fatigue strength and pitching strength may not be secured stably.

特許文献2には、不純物であるVの鋼材中の含有量を0.01%以下に制限し、高温浸炭時の異常粒成長を抑制することについて、開示がある。しかしながら、鋼材断面内の不純物の濃度差を小さくすることが配慮されていない。そのため、高い曲げ疲労強度およびピッチング強度を安定して確保できないことがある。   Patent Document 2 discloses that the content of V, which is an impurity, in the steel material is limited to 0.01% or less to suppress abnormal grain growth during high-temperature carburization. However, it is not considered to reduce the difference in impurity concentration in the cross section of the steel material. Therefore, high bending fatigue strength and pitching strength may not be secured stably.

本発明は、上記現状に鑑みてなされたもので、その目的は、成分コストが低く、被削性に優れ、しかも、表面硬化処理である浸炭焼入れまたは浸炭窒化焼入れした場合の曲げ疲労強度およびピッチング強度に優れるとともにこれら強度のバラツキが小さく、浸炭部品の素材として好適な、肌焼用棒鋼または線材を提供することである。   The present invention has been made in view of the above situation, and its purpose is low component cost, excellent machinability, and bending fatigue strength and pitching in the case of carburizing quenching or carbonitriding quenching, which are surface hardening treatments. An object of the present invention is to provide a case bar or wire rod that is excellent in strength and has a small variation in strength and is suitable as a material for carburized parts.

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

(a)安定して高い曲げ疲労強度と高いピッチング強度を確保し、さらにこれら強度のバラツキを小さくするためには、鋼の成分組成を規定するとともに、不純物濃度を制限することが有効である。   (A) In order to secure high bending fatigue strength and high pitching strength stably, and to further reduce variations in these strengths, it is effective to define the component composition of steel and limit the impurity concentration.

(b)強度バラツキを抑制するには、鋼材断面内、特に鋼材の長手方向に垂直な断面内の不純物濃度のバラツキを制限することが有効である。   (B) In order to suppress variation in strength, it is effective to limit variation in impurity concentration in the cross section of the steel material, particularly in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the steel material.

本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記(1)〜()に示す肌焼用棒鋼または線材にある。 This invention is completed based on said knowledge, The summary exists in the steel bar or wire rod for case hardening shown to following (1)-( 3 ).

(1)質量%で、
C:0.13〜0.25%、
Si:0.02〜0.35%、
Mn:0.50〜0.90%、
S:0.005〜0.030%、
Cr:0.50〜1.60%、
Al:0.010〜0.060%
Nb:0.050%以下および
N:0.0100〜0.0250%、
を含有するとともに、残部はFeおよび不純物からなり、
不純物中のP、Ti、VおよびO(酸素)がそれぞれ、
P:0.030%以下、
Ti:0.005%以下、
V:0.005%以下および
O:0.0015%以下、かつ、
TiとVの合計含有量が、0.006%以下であり、さらに
長手方向に垂直な断面内における上記の各不純物元素の濃度差が、Pで0.005%以下、Tiで0.003%以下、Vで0.003%以下、およびOで0.0005%以下であることを特徴とする、
肌焼用棒鋼または線材。
(1) In mass%,
C: 0.13-0.25%
Si: 0.02 to 0.35%,
Mn: 0.50 to 0.90%,
S: 0.005-0.030%,
Cr: 0.50 to 1.60%,
Al: 0.010 to 0.060% ,
Nb: 0.050% or less and N: 0.0100 to 0.0250%,
And the balance consists of Fe and impurities,
P, Ti, V and O (oxygen) in the impurity are respectively
P: 0.030% or less,
Ti: 0.005% or less,
V: 0.005% or less and O: 0.0015% or less, and
The total content of Ti and V is 0.006% or less, and the concentration difference of each impurity element in the cross section perpendicular to the longitudinal direction is 0.005% or less for P and 0.003% for Ti. Hereinafter, V is 0.003% or less, and O is 0.0005% or less,
Steel bar or wire rod for case hardening.

(2)Feの一部に代えて、質量%で、
Cu:0.20%以下、
Ni:0.20%以下および
Mo:0.50%以下、
のうちの1種以上を含有することを特徴とする、
上記(1)に記載の肌焼用棒鋼または線材。
(2) Instead of a part of Fe, in mass%,
Cu: 0.20% or less,
Ni: 0.20% or less and Mo: 0.50% or less,
Characterized in that it contains one or more of
The steel bar or wire rod for case hardening described in (1) above.

)Feの一部に代えて、質量%で、
Ca:0.0050%以下、
を含有することを特徴とする、
上記(1)または(2)に記載の肌焼用棒鋼または線材。
( 3 ) Instead of part of Fe, in mass%,
Ca: 0.0050% or less,
Containing,
Steel bar or wire rod for case hardening as set forth in (1) or (2) above.

本発明の肌焼用棒鋼または線材は成分コストが低く、切削性に優れ、良好な加工特性を有する。さらに、本発明の肌焼用棒鋼または線材を素材として得られた浸炭部品は、曲げ疲労強度とピッチング強度に優れ、かつこれらの強度のバラツキが小さい。このため、本発明の肌焼用棒鋼または線材は、軽量化および高トルク化のために高い曲げ疲労強度と高いピッチング強度が要求される自動車用歯車など浸炭または浸炭窒化部品の素材として用いるのに好適である。   The steel bar or wire rod for skin hardening of the present invention has a low component cost, is excellent in machinability, and has good processing characteristics. Furthermore, the carburized parts obtained by using the steel bar or wire rod for skin hardening according to the present invention are excellent in bending fatigue strength and pitching strength, and there is little variation in these strengths. For this reason, the case-hardening steel bar or wire of the present invention is used as a material for carburizing or carbonitriding parts such as automobile gears that require high bending fatigue strength and high pitching strength to reduce weight and increase torque. Is preferred.

棒鋼または線材の長手方向に垂直な断面が、直径が40mm以上の「円形」である場合に、「長手方向に垂直な断面内における濃度差」を求めるに際して、分析精度を高めるために、切粉とO分析試料とを採取する方法の一例を模式的に説明する図である。この図1において、(a)は棒鋼または線材の幾何学的中心[5]を基準とし、この断面中心[5]を通る線上の両外周側面から3mmの位置である[1]および[9]、ならびに[1]と[9]の間を8等分する位置である[2]〜[8]、の合計9位置からそれぞれ、切粉とO分析試料を採取することを示し、さらに、(b)は任意の断面1において、上記[1]〜[9]に対応する合計9位置からそれぞれ、切粉を採取し、また、上記断面1から長手方向に100mm以内にある断面2において、上記[1]〜[9]に対応する合計9位置からそれぞれ、O分析試料を採取することを示す。When the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the steel bar or wire is a “circular” having a diameter of 40 mm or more, in order to increase the analytical accuracy in determining the “concentration difference in the cross section perpendicular to the longitudinal direction” It is a figure which illustrates typically an example of the method of extract | collecting and O analysis sample. In FIG. 1, (a) is based on the geometric center [5] of the steel bar or wire, and is located at a position of 3 mm from both outer peripheral sides on the line passing through the cross-sectional center [5] [1] and [9] , And [1] and [9] are divided into eight equal parts, [2] to [8], and a total of nine positions, respectively, indicate that chips and O analysis samples are collected, and ( b) In any cross section 1, chips are collected from a total of 9 positions corresponding to the above [1] to [9], and in the cross section 2 within 100 mm in the longitudinal direction from the cross section 1 It shows that O analysis samples are collected respectively from a total of nine positions corresponding to [1] to [9]. 棒鋼または線材の長手方向に垂直な断面が、直径が30mm以上で40mm未満の「円形」である場合に、「長手方向に垂直な断面内における濃度差」を求めるに際して、分析精度を高めるために、切粉とO分析試料とを採取する方法の一例を模式的に説明する図であって、任意の断面1および断面1から長手方向に100mm以内にある断面2において、上記[1]〜[9]に対応する合計9位置からそれぞれ、切粉を採取し、また、上記断面2から長手方向に100mm以内にある断面3および断面3から長手方向に100mm以内にある断面4において、上記[1]〜[9]に対応する合計9位置からそれぞれ、O分析試料を採取することを示す。In order to increase analytical accuracy when determining the “concentration difference in the cross section perpendicular to the longitudinal direction” when the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the steel bar or wire is a “circular” having a diameter of 30 mm or more and less than 40 mm FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an example of a method of collecting chips and an O analysis sample, and in any cross section 1 and cross section 2 within 100 mm in the longitudinal direction from cross section 1, the above [1] to [[ [9] The chips are collected from a total of nine positions corresponding to [9], and in the section 3 within 100 mm in the longitudinal direction from the section 2 and in the section 4 within 100 mm in the longitudinal direction from the section 3, the above [1 ] To [9] indicate that O analysis samples are collected from a total of 9 positions. 棒鋼または線材の長手方向に垂直な断面が、直径が20mm以上で30mm未満の「円形」である場合に、「長手方向に垂直な断面内における濃度差」を求めるに際して、分析精度を高めるために、切粉とO分析試料とを採取する方法の一例を模式的に説明する図であって、隣り合う断面からそれぞれ長手方向に100mm以内にある断面1〜4において、上記[1]〜[9]に対応する合計9位置からそれぞれ、切粉を採取し、また、断面4から長手方向に100mm以内にあり、しかも、隣り合う断面からそれぞれ長手方向に100mm以内にある断面5〜8において、上記[1]〜[9]に対応する合計9位置からそれぞれ、O分析試料を採取することを示す。In order to increase the analytical accuracy in determining the “concentration difference in the cross section perpendicular to the longitudinal direction” when the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the steel bar or wire is “circular” having a diameter of 20 mm or more and less than 30 mm FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an example of a method of collecting chips and an O analysis sample, and in the sections 1 to 4 within 100 mm in the longitudinal direction from adjacent sections, the above [1] to [9 In each of the cross-sections 5 to 8 that are within 100 mm in the longitudinal direction from the cross-section 4 and within 100 mm in the longitudinal direction from the adjacent cross-sections, respectively, It shows that O analysis samples are collected respectively from a total of nine positions corresponding to [1] to [9]. 棒鋼または線材の長手方向に垂直な断面が、直径が10mm以上で20mm未満の「円形」である場合に、「長手方向に垂直な断面内における濃度差」を求めるに際して、分析精度を高めるために、切粉とO分析試料とを採取する方法の一例を模式的に説明する図であって、隣り合う断面からそれぞれ長手方向に100mm以内にある断面1〜9において、上記[1]〜[9]に対応する合計9位置からそれぞれ、切粉を採取し、また、断面9から長手方向に100mm以内にあり、しかも、隣り合う断面からそれぞれ長手方向に100mm以内にある断面10〜18において、上記[1]〜[9]に対応する合計9位置からそれぞれ、O分析試料を採取することを示す。In order to increase the analytical accuracy in determining the “concentration difference in the cross section perpendicular to the longitudinal direction” when the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the steel bar or wire is “circular” having a diameter of 10 mm or more and less than 20 mm FIG. 5 is a diagram schematically illustrating an example of a method for collecting chips and an O analysis sample, and in the sections 1 to 9 within 100 mm in the longitudinal direction from adjacent sections, the above [1] to [9 In each of the cross sections 10 to 18 which are within 100 mm in the longitudinal direction from the cross section 9 and within 100 mm in the longitudinal direction from the adjacent cross sections, respectively, It shows that O analysis samples are collected respectively from a total of nine positions corresponding to [1] to [9]. 実施例で用いた切欠付き小野式回転曲げ疲労試験片の棒鋼から切り出したままの粗形状を示す図である。図中の寸法の単位は「mm」である。It is a figure which shows the rough shape as cut out from the steel bar of the Ono-type rotary bending fatigue test piece with a notch used in the Example. The unit of the dimension in the figure is “mm”. 実施例で用いたローラーピッチング試験用小ローラー試験片の棒鋼から切り出したままの粗形状を示す図である。図中の寸法の単位は「mm」である。It is a figure which shows the rough shape as cut out from the steel bar of the small roller test piece for a roller pitching test used in the Example. The unit of the dimension in the figure is “mm”. 実施例で用いたローラーピッチング試験用大ローラーの棒鋼から切り出したままの粗形状を示す図である。この図7において、(a)は粗形状の大ローラーを中心線で半割りにした場合の正面図で、また(b)は中心線における断面図である。図中の寸法の単位は「mm」である。It is a figure which shows the rough shape as cut out from the steel bar of the large roller for roller pitching tests used in the Example. In FIG. 7, (a) is a front view when a rough large roller is halved by a center line, and (b) is a cross-sectional view at the center line. The unit of the dimension in the figure is “mm”. 実施例において、図5および図6に示す試験片に施した「浸炭焼入れ−焼戻し」のヒートパターンを示す図である。図中のCpはカーボンポテンシャルを表す。In an Example, it is a figure which shows the heat pattern of the "carburization hardening-tempering" performed to the test piece shown in FIG. 5 and FIG. Cp in the figure represents the carbon potential. 実施例において、図7に示す試験片に施した「浸炭焼入れ−焼戻し」のヒートパターンを示す図である。図中のCpはカーボンポテンシャルを表す。In an Example, it is a figure which shows the heat pattern of the "carburization hardening-tempering" performed to the test piece shown in FIG. Cp in the figure represents the carbon potential. 実施例で用いた切欠付き小野式回転曲げ疲労試験片の仕上形状を示す図である。図中の寸法の単位は「mm」である。It is a figure which shows the finishing shape of the Ono type | formula rotation bending fatigue test piece with a notch used in the Example. The unit of the dimension in the figure is “mm”. 実施例で用いたローラーピッチング試験用小ローラー試験片の仕上形状を示す図である。図中の寸法の単位は「mm」である。It is a figure which shows the finishing shape of the small roller test piece for a roller pitching test used in the Example. The unit of the dimension in the figure is “mm”. 実施例で用いたローラーピッチング試験用大ローラーの仕上形状を示す図である。この図12において、(a)は大ローラーを中心線で半割りにした場合の正面図で、また(b)は中心線における断面図である。図中の寸法の単位は「mm」である。It is a figure which shows the finishing shape of the large roller for a roller pitching test used in the Example. In FIG. 12, (a) is a front view when the large roller is divided in half by the center line, and (b) is a cross-sectional view at the center line. The unit of the dimension in the figure is “mm”.

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

C:0.13〜0.25%
Cは、浸炭部品の強度確保のために必須の元素である。この効果を十分得るには、0.13%以上のC含有量が必要である。しかしながら、Cの含有量が多すぎると、硬さの増大により被削性の低下を招く。したがって、Cの含有量を0.13〜0.25%とした。好ましいC含有量の下限は0.15%である。また、好ましいC含有量の上限は0.23%である。
C: 0.13-0.25%
C is an essential element for securing the strength of the carburized component. In order to obtain this effect sufficiently, a C content of 0.13% or more is necessary. However, when there is too much content of C, machinability will fall by the increase in hardness. Therefore, the content of C is set to 0.13 to 0.25%. The lower limit of the preferred C content is 0.15%. Moreover, the upper limit of preferable C content is 0.23%.

Si:0.02〜0.35%
Siは、焼入れ性を向上させる作用および脱酸作用を有する。これらの効果を十分得るには、0.02%以上のSi含有量が必要である。しかしながら、Siは酸化性の元素であり、その含有量が多過ぎると、浸炭ガス中に含まれる微量のH2OまたはCO2によってSiが選択酸化され、鋼表面にSi酸化物が生成されるため、浸炭異常層である粒界酸化層および不完全焼入れ層の深さが大きくなる。浸炭異常層の深さが大きくなると、曲げ疲労強度およびピッチング強度の低下を招くおそれがある。したがって、Siの含有量を0.02〜0.35%とした。好ましいSi含有量の下限は0.05%である。また、好ましいSi含有量の上限は0.30%である。
Si: 0.02-0.35%
Si has an action of improving hardenability and a deoxidizing action. In order to sufficiently obtain these effects, a Si content of 0.02% or more is necessary. However, Si is an oxidizing element, and if its content is too large, Si is selectively oxidized by a small amount of H 2 O or CO 2 contained in the carburizing gas, and Si oxide is generated on the steel surface. For this reason, the depths of the grain boundary oxide layer and the incompletely quenched layer, which are carburized abnormal layers, increase. When the depth of the carburized abnormal layer is increased, the bending fatigue strength and the pitching strength may be reduced. Therefore, the Si content is set to 0.02 to 0.35%. The lower limit of the preferred Si content is 0.05%. Moreover, the upper limit of preferable Si content is 0.30%.

Mn:0.50〜0.90%
Mnは、焼入れ性を向上させる作用および脱酸作用を有する。これらの効果を十分に得るには、0.50%以上のMn含有量が必要である。しかしながら、Mnの含有量が多過ぎると、硬さの増大により被削性の低下を招く恐れがある。また、Siと同様に、Mnは酸化性の元素であるため、その含有量が多過ぎると、鋼表面にMn酸化物が生成されるため、浸炭異常層である粒界酸化層および不完全焼入れ層の深さが大きくなる。浸炭異常層の深さが大きくなると、曲げ疲労強度およびピッチング強度の低下を招くおそれがある。したがって、Mnの含有量を0.50〜0.90%とした。好ましいMn含有量の下限は0.55%である。また、好ましいMn含有量の上限は0.80%である。
Mn: 0.50 to 0.90%
Mn has an effect of improving hardenability and a deoxidizing action. In order to sufficiently obtain these effects, a Mn content of 0.50% or more is necessary. However, when there is too much content of Mn, there exists a possibility of causing the fall of machinability by the increase in hardness. Also, like Si, Mn is an oxidizing element, so if its content is too high, Mn oxide is generated on the steel surface, so the grain boundary oxidation layer and incomplete quenching that are carburizing abnormal layers The depth of the layer increases. When the depth of the carburized abnormal layer is increased, the bending fatigue strength and the pitching strength may be reduced. Therefore, the Mn content is set to 0.50 to 0.90%. The minimum of preferable Mn content is 0.55%. Moreover, the upper limit of preferable Mn content is 0.80%.

S:0.005〜0.030%
Sは、Mnと結合してMnSを形成し、被削性を向上させる作用を有する。この効果を十分得るには0.005%以上のS含有量が必要である。しかしながら、Sの含有量が多過ぎると、粗大なMnSの形成により、熱間加工性、冷間鍛造性、曲げ疲労強度およびピッチング強度の低下を招く。したがって、Sの含有量を0.005〜0.030%とした。好ましいS含有量の下限は0.010%である。また、好ましいS含有量の上限は0.025%である。
S: 0.005-0.030%
S combines with Mn to form MnS and has the effect of improving machinability. In order to sufficiently obtain this effect, an S content of 0.005% or more is necessary. However, if the S content is too large, the formation of coarse MnS leads to a decrease in hot workability, cold forgeability, bending fatigue strength, and pitching strength. Therefore, the content of S is set to 0.005 to 0.030%. The lower limit of the preferable S content is 0.010%. Moreover, the upper limit of preferable S content is 0.025%.

Cr:0.50〜1.60%
Crは、焼入れ性を向上させる効果を有する。この効果を十分得るには、0.50%以上のCr含有量が必要である。しかしながら、Crの含有量が多過ぎると、硬さの増大による被削性の低下を招くおそれがある。また、SiおよびMnと同様、Crは酸化性の元素であるため、その含有量が多過ぎると、鋼表面にCr酸化物が生成されるため、浸炭異常層である粒界酸化層および不完全焼入れ層の深さが大きくなる。浸炭異常層の深さが大きくなると、曲げ疲労強度およびピッチング強度の低下を招くおそれがある。したがって、Crの含有量を0.50〜1.60%とした。好ましいCr含有量の下限は0.80%である。また、好ましいCr含有量の上限は1.50%である。
Cr: 0.50 to 1.60%
Cr has the effect of improving hardenability. In order to sufficiently obtain this effect, a Cr content of 0.50% or more is necessary. However, when there is too much content of Cr, there exists a possibility of causing the fall of machinability by the increase in hardness. Also, like Si and Mn, Cr is an oxidizing element, so if its content is too large, Cr oxide is generated on the steel surface, so the grain boundary oxidation layer that is an abnormal carburizing layer and incomplete The depth of the hardened layer is increased. When the depth of the carburized abnormal layer is increased, the bending fatigue strength and the pitching strength may be reduced. Therefore, the content of Cr is set to 0.50 to 1.60%. The lower limit of the preferable Cr content is 0.80%. Moreover, the upper limit of preferable Cr content is 1.50%.

Al:0.010〜0.060%
Alは、脱酸作用を有する。また、Alには、Nと結合してAlNを形成し、結晶粒を微細化して鋼を強化する作用もある。しかしながら、Alの含有量が0.010%未満では、前記の効果を得難い。一方、Alの含有量が過剰になると、硬質で粗大なAl23形成による被削性の低下をきたし、さらに、曲げ疲労強度とピッチング強度も低下する。特に、Alの含有量が0.060%を超えると、被削性、曲げ疲労強度およびピッチング強度の低下が著しくなる。したがって、Alの含有量を0.010〜0.060%とした。好ましいAl含有量の下限は0.020%である。また、好ましいAl含有量の上限は0.050%である。
Al: 0.010 to 0.060%
Al has a deoxidizing action. Moreover, Al also has the effect | action which combines with N, forms AlN, refines | miniaturizes a crystal grain, and strengthens steel. However, when the Al content is less than 0.010%, it is difficult to obtain the above effect. On the other hand, when the Al content is excessive, the machinability is lowered due to the formation of hard and coarse Al 2 O 3 , and the bending fatigue strength and the pitching strength are also lowered. In particular, when the Al content exceeds 0.060%, the machinability, bending fatigue strength, and pitching strength are significantly reduced. Therefore, the content of Al is set to 0.010 to 0.060%. The minimum of preferable Al content is 0.020%. Moreover, the upper limit of preferable Al content is 0.050%.

N:0.0100〜0.0250%
Nは、窒化物を形成することにより結晶粒を微細化させ、曲げ疲労強度を向上させる効果を有する。この効果を得るには、Nを0.0100%以上含有する必要がある。しかしながら、Nの含有量が過剰になると、粗大な窒化物を形成して靱性の低下を招き、特に、その含有量が0.0250%を超えると、靱性の低下が著しくなる。したがって、Nの含有量を0.0100〜0.0250%とした。なお、好ましいN含有量の下限は0.0130%である。また、好ましいN含有量の上限は0.0230%である。
N: 0.0100 to 0.0250%
N has the effect of making the crystal grains finer by forming nitrides and improving the bending fatigue strength. In order to acquire this effect, it is necessary to contain N 0.0100% or more. However, when the N content is excessive, coarse nitrides are formed, leading to a decrease in toughness. In particular, when the content exceeds 0.0250%, the toughness is significantly decreased. Therefore, the N content is set to 0.0100 to 0.0250%. In addition, the minimum of preferable N content is 0.0130%. Moreover, the upper limit of preferable N content is 0.0230%.

本発明の肌焼用棒鋼または線材の一つは、上述のCからNまでの元素を含有し、残部がFeおよび不純物からなるものである。   One of the steel bar or wire rod for skin hardening of the present invention contains the above-described elements from C to N, and the balance consists of Fe and impurities.

ここで、「不純物」とは、鉄鋼材料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するものを指す。   Here, “impurities” refer to those mixed from ore as a raw material, scrap, or the production environment when industrially producing steel materials.

本発明においては、不純物中のP、Ti、VおよびO(酸素)の含有量は、それぞれ、P:0.030%以下、Ti:0.005%以下、V:0.005%以下およびO:0.0015%以下、かつ、TiとVの合計含有量(以下、「Ti+Vの量」という。)は0.006%以下である。さらに、長手方向に垂直な断面内における上記の各不純物元素の濃度差を、Pで0.005%以下、Tiで0.003%以下、Vで0.003%以下、およびOで0.0005%以下に制限する必要がある。   In the present invention, the contents of P, Ti, V, and O (oxygen) in the impurities are P: 0.030% or less, Ti: 0.005% or less, V: 0.005% or less, and O, respectively. : 0.0015% or less, and the total content of Ti and V (hereinafter referred to as “Ti + V amount”) is 0.006% or less. Further, the difference in concentration of each impurity element in the cross section perpendicular to the longitudinal direction is 0.005% or less for P, 0.003% or less for Ti, 0.003% or less for V, and 0.0005 for O. It is necessary to limit it to less than%.

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

P:0.030%以下
Pは、鋼に含有される不純物であり、結晶粒界に偏析して鋼を脆化させる。特に、その含有量が0.030%を超えると、脆化の程度が著しくなる。したがって、本発明においては、不純物中のPの含有量を0.030%以下とした。より好ましいPの含有量は0.020%以下である。
P: 0.030% or less P is an impurity contained in the steel and segregates at the grain boundaries to embrittle the steel. In particular, when the content exceeds 0.030%, the degree of embrittlement becomes significant. Therefore, in the present invention, the content of P in the impurities is set to 0.030% or less. A more preferable content of P is 0.020% or less.

Ti:0.005%以下
Tiは、Nとの親和性が高いので、鋼中のNと結合して硬質で粗大な非金属介在物であるTiNを形成し、曲げ疲労強度とピッチング強度を低下させ、さらに、被削性も低下させる。したがって、本発明においては、不純物中のTiの含有量を0.005%以下とした。より好ましいTiの含有量は0.004%以下である。
Ti: 0.005% or less Ti has a high affinity with N, so it binds with N in steel to form hard and coarse non-metallic inclusions TiN, which reduces bending fatigue strength and pitching strength Furthermore, machinability is also reduced. Therefore, in the present invention, the content of Ti in the impurities is set to 0.005% or less. A more preferable Ti content is 0.004% or less.

V:0.005%以下
Vは、C、Nと結合することで炭窒化物を形成する。不純物中のV含有量が多いと、粗大なV炭窒化物を形成し高温浸炭での結晶粒粗大化を招く。したがって、本発明においては、不純物中のVの含有量を0.005%以下とした。より好ましいVの含有量は0.004%以下である。
V: 0.005% or less V combines with C and N to form a carbonitride. When the V content in the impurities is large, coarse V carbonitrides are formed and the crystal grains are coarsened by high-temperature carburization. Therefore, in the present invention, the content of V in the impurities is set to 0.005% or less. A more preferable V content is 0.004% or less.

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

Ti+Vの量:0.006%以下
不純物中のTiおよびVの個々の含有量を上記の範囲に制限してもTi+Vの量が0.006%を超えると、高い曲げ疲労強度、ピッチング強度や安定した結晶粒粗大化抑制効果が得られない。したがって、本発明においては、Ti+Vの量を0.006%以下とした。より好ましいTi+Vの量は0.005%以下である。
Ti + V content: 0.006% or less If the Ti + V content exceeds 0.006% even if the individual Ti and V contents in the impurities are limited to the above ranges, high bending fatigue strength, pitching strength and stability The effect of suppressing the coarsening of crystal grains cannot be obtained. Therefore, in the present invention, the amount of Ti + V is set to 0.006% or less. A more preferable amount of Ti + V is 0.005% or less.

長手方向に垂直な断面内におけるP、Ti、VおよびOの濃度差:P:0.005%以下、Ti:0.003%以下、V:0.003%以下、およびO:0.0005%以下
肌焼用棒鋼または線材は、熱間鍛造または冷間鍛造により所定の粗形状に成形された後に、切削で歯車などの部品に仕上加工され、浸炭焼入れや浸炭窒化焼入れなどの表面硬化処理を行った後、焼戻しを施される。
Difference in concentration of P, Ti, V and O in the cross section perpendicular to the longitudinal direction: P: 0.005% or less, Ti: 0.003% or less, V: 0.003% or less, and O: 0.0005% The case-hardening steel bar or wire is formed into a predetermined rough shape by hot forging or cold forging, and then finished into parts such as gears by cutting, followed by surface hardening treatment such as carburizing and quenching and carbonitriding. After doing, it is tempered.

上記粗形状への成形方法によっては、肌焼用棒鋼または線材の内部が部品表面に位置することとなって、部品表面の不純物含有量が高くなることを避けられず、部品表面での不純物の含有量、特に、P、Ti、VおよびOの含有量が高くなって、曲げ疲労強度やピッチング強度の低下が生じる場合がある。しかしながら、P、Ti、VおよびOの含有量ならびにTi+Vの量を既に述べた範囲に制限したうえで、肌焼用棒鋼または線材の長手方向に垂直な断面内におけるP、Ti、VおよびOの濃度差を小さくすれば、具体的には、Pで0.005%以下、Tiで0.003%以下、Vで0.003%以下、およびOで0.0005%以下にすれば、たとえ肌焼用棒鋼または線材の内部が部品表面に位置することとなっても、曲げ疲労強度およびピッチング強度の低下を抑制し、かつこれらの強度のバラツキも小さくすることができる。上記の長手方向に垂直な断面内におけるP、Ti、VおよびOのより好ましい濃度差は、Pで0.004%以下、Tiで0.002%以下、Vで0.002%以下、およびOで0.0004%以下である。   Depending on the method for forming the rough shape, the inside of the case bar or wire is located on the surface of the component, and it is inevitable that the impurity content on the surface of the component becomes high. The content, in particular, the content of P, Ti, V, and O may increase, and the bending fatigue strength and the pitching strength may decrease. However, the content of P, Ti, V and O and the amount of Ti + V are limited to the ranges already described, and the content of P, Ti, V and O in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the case steel bar or wire rod If the concentration difference is reduced, specifically, if P is 0.005% or less, Ti is 0.003% or less, V is 0.003% or less, and O is 0.0005% or less, even if the skin Even if the inside of the bar or wire rod is located on the surface of the part, it is possible to suppress a decrease in bending fatigue strength and pitching strength and to reduce variations in these strengths. More preferable concentration differences of P, Ti, V and O in the cross section perpendicular to the longitudinal direction are 0.004% or less for P, 0.002% or less for Ti, 0.002% or less for V, and O And 0.0004% or less.

不純物元素P、Ti、VおよびOの「長手方向に垂直な断面内における濃度差」とは、EPMAなど適宜の分析手段によって調査した各元素の濃度について、最大値から最小値を引いた値を指す。   The “concentration difference in the cross section perpendicular to the longitudinal direction” of the impurity elements P, Ti, V, and O is the value obtained by subtracting the minimum value from the maximum value for the concentration of each element investigated by appropriate analysis means such as EPMA. Point to.

なお、分析精度を高めるためには、切粉を採取し、その切粉を酸溶解した溶液を用いてICP発光分光分析によってP、TiおよびVを分析するとともに、O分析用として、例えば、直径3mmで長さ50mmの試料を採取し、ヤスリがけにより表面部の酸化スケールを除去し、試料質量が0.5〜1gになるように断面側から試料を切断した後、酸素分析装置によってOを分析することが好ましい。   In order to improve the analysis accuracy, chips are collected, and P, Ti, and V are analyzed by ICP emission spectroscopic analysis using a solution obtained by dissolving the chips in acid. Take a sample of 3 mm and a length of 50 mm, remove the oxidized scale on the surface by sanding, cut the sample from the cross-section side so that the sample mass is 0.5 to 1 g, and then remove O with an oxygen analyzer. It is preferable to analyze.

ここで、本発明に係る棒鋼または線材の長手方向に垂直な断面が「円形」の場合について、「長手方向に垂直な断面内における濃度差」を求めるための上述の切粉とO分析試料とを採取する方法の一例を、棒鋼または線材の寸法を、下記の<a>〜<d>に区分して示す(図1〜4参照)。なお、棒鋼または線材が小径で、図1(a)に示すような、同一の断面において、棒鋼または線材の幾何学的中心[5]を基準とし、この断面中心[5]を通る線上の両外周側面から3mmの位置である[1]および[9]、ならびに[1]と[9]の間を8等分する位置である[2]〜[8]、の合計9位置から切粉を採取できない場合、同様に、同一の断面において、上記[1]〜[9]の合計9位置からO分析試料を採取できない場合には、長手方向での距離が近い異なる断面において、上記[1]〜[9]に対応する合計9位置から、切粉やO分析試料を採取してもよいこととする。   Here, in the case where the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the steel bar or wire according to the present invention is “circular”, the above-described chips and O analysis sample for obtaining “concentration difference in the cross section perpendicular to the longitudinal direction” An example of the method of collecting the bar is shown by dividing the dimensions of the steel bar or wire into the following <a> to <d> (see FIGS. 1 to 4). It should be noted that the steel bar or wire has a small diameter, and in the same cross section as shown in FIG. 1 (a), the geometric center [5] of the steel bar or wire is used as a reference, and both the lines on the line passing through the cross-sectional center [5] Chips from 9 positions in total, [1] and [9], which are 3 mm from the outer peripheral side, and [2] to [8], which are positions that equally divide between [1] and [9]. Similarly, when it is not possible to collect the O analysis sample from a total of nine positions [1] to [9] in the same cross section, in the same cross section, the above [1] Chips and O analysis samples may be collected from a total of nine positions corresponding to ~ [9].

<a>直径が40mm以上の場合
図1(a)に示すような、同一の断面の上記[1]〜[9]に対応する合計9位置からそれぞれ、切粉とO分析試料を採取する。具体的には、図1(b)に示すように、任意の断面1において、上記[1]〜[9]に対応する合計9位置からそれぞれ、直径3mmのドリルで切粉を採取し、また、上記断面1から長手方向に100mm以内にある断面2において、上記[1]〜[9]に対応する合計9位置からそれぞれ、直径3mmで長さ50mmのO分析試料を採取する。
<a> When the diameter is 40 mm or more As shown in FIG. 1A, chips and O analysis samples are collected from a total of nine positions corresponding to the above [1] to [9] in the same cross section. Specifically, as shown in FIG. 1 (b), in any cross section 1, chips are collected from a total of 9 positions corresponding to the above [1] to [9] with a drill having a diameter of 3 mm, and In the cross section 2 within 100 mm in the longitudinal direction from the cross section 1, O analysis samples having a diameter of 3 mm and a length of 50 mm are collected from a total of nine positions corresponding to the above [1] to [9].

<b>直径が30mm以上で40mm未満の場合
図2に示すように、任意の断面1および断面1から長手方向に100mm以内にある断面2において、上記[1]〜[9]に対応する合計9位置からそれぞれ、直径3mmのドリルで切粉を採取し、また、上記断面2から長手方向に100mm以内にある断面3および断面3から長手方向に100mm以内にある断面4において、上記[1]〜[9]に対応する合計9位置からそれぞれ、直径3mmで長さ50mmのO分析試料を採取する。
<B> In the case where the diameter is 30 mm or more and less than 40 mm As shown in FIG. Chips were collected from 9 positions with a drill having a diameter of 3 mm, and in section 3 within 100 mm in the longitudinal direction from section 2 and section 4 within 100 mm in the longitudinal direction from section 3, the above [1] Samples of O analysis with a diameter of 3 mm and a length of 50 mm are collected from a total of 9 positions corresponding to [9].

<c>直径が20mm以上で30mm未満の場合
図3に示すように、隣り合う断面からそれぞれ長手方向に100mm以内にある断面1〜4において、上記[1]〜[9]に対応する合計9位置からそれぞれ、直径3mmのドリルで切粉を採取し、また、断面4から長手方向に100mm以内にあり、しかも、隣り合う断面からそれぞれ長手方向に100mm以内にある断面5〜8において、上記[1]〜[9]に対応する合計9位置からそれぞれ、直径3mmで長さ50mmのO分析試料を採取する。
<C> When the diameter is 20 mm or more and less than 30 mm As shown in FIG. 3, a total of 9 corresponding to the above [1] to [9] in the cross sections 1 to 4 within 100 mm in the longitudinal direction from the adjacent cross sections. Chips were collected from each position with a drill having a diameter of 3 mm, and in the cross sections 5 to 8 within 100 mm in the longitudinal direction from the cross section 4 and within 100 mm in the longitudinal direction from the adjacent cross sections, the above [ O analysis samples having a diameter of 3 mm and a length of 50 mm are collected from a total of nine positions corresponding to 1] to [9].

<d>直径が10mm以上で20mm未満の場合
図4に示すように、隣り合う断面からそれぞれ長手方向に100mm以内にある断面1〜9において、上記[1]〜[9]に対応する合計9位置からそれぞれ、直径3mmのドリルで切粉を採取し、また、断面9から長手方向に100mm以内にあり、しかも、隣り合う断面からそれぞれ長手方向に100mm以内にある断面10〜18において、上記[1]〜[9]に対応する合計9位置からそれぞれ、直径3mmで長さ50mmのO分析試料を採取する。
<D> When the diameter is 10 mm or more and less than 20 mm As shown in FIG. 4, a total of 9 corresponding to the above [1] to [9] in cross sections 1 to 9 within 100 mm in the longitudinal direction from adjacent cross sections. From each position, chips are collected with a drill having a diameter of 3 mm, and in the sections 10 to 18 within 100 mm in the longitudinal direction from the section 9 and within 100 mm in the longitudinal direction from the adjacent sections, the above [ O analysis samples having a diameter of 3 mm and a length of 50 mm are collected from a total of nine positions corresponding to 1] to [9].

本発明の肌焼用棒鋼または線材の他の一つは、上述のFeの一部に代えて、Cu、Ni、Mo、NbおよびCaから選択される1種以上の元素を含有するものである。   Another one of the steel bar or wire rod for skin hardening according to the present invention contains one or more elements selected from Cu, Ni, Mo, Nb and Ca instead of a part of the above-mentioned Fe. .

以下、任意元素である上記Cu、Ni、Mo、NbおよびCaの作用効果と、含有量の限定理由について説明する。   Hereinafter, the effect of the said Cu, Ni, Mo, Nb, and Ca which are arbitrary elements, and the reason for limitation of content are demonstrated.

Cu、NiおよびMoは、いずれも、焼入れ性を高める作用を有する。このため、上記の効果を得るために、これらの元素を含有させてもよい。以下、上記のCu、NiおよびMoについて説明する。   Cu, Ni, and Mo all have an effect of improving hardenability. For this reason, in order to acquire said effect, you may contain these elements. Hereinafter, the above Cu, Ni, and Mo will be described.

Cu:0.20%以下
Cuは、焼入れ性を高める作用を有するので、さらなる焼入れ性向上のために含有させてもよい。しかしながら、Cuは高価な元素であるとともに、含有量が多くなると熱間加工性の低下を招く。したがって、含有させる場合のCuの量に上限を設け、0.20%以下とした。含有させる場合のCuの量は、0.15%以下であることが好ましい。
Cu: 0.20% or less Cu has an effect of improving hardenability, and may be contained for further improving hardenability. However, Cu is an expensive element, and as the content increases, hot workability is reduced. Therefore, an upper limit is set for the amount of Cu in the case of inclusion, and it is set to 0.20% or less. When Cu is contained, the amount of Cu is preferably 0.15% or less.

一方、前記したCuの効果を安定して得るためには、含有させる場合のCuの量は0.05%以上であることが好ましい。   On the other hand, in order to stably obtain the effect of Cu described above, the amount of Cu in the case of inclusion is preferably 0.05% or more.

Ni:0.20%以下
Niは、焼入れ性を高める作用を有する。Niには、靱性を向上させる作用があり、非酸化性の元素であるため、浸炭時に粒界酸化層の深さを増大させずに鋼表面を強靱化することができる。これらの効果を得るためにNiを含有させてもよい。しかしながら、Niは高価な元素であり、過度の添加は成分コストの上昇につながる。したがって、含有させる場合のNiの量に上限を設け、0.20%以下とした。含有させる場合のNiの量は、0.20%以下であることが好ましい。
Ni: 0.20% or less Ni has an effect of improving hardenability. Ni has the effect of improving toughness and is a non-oxidizing element, so that the steel surface can be toughened without increasing the depth of the grain boundary oxide layer during carburizing. In order to obtain these effects, Ni may be included. However, Ni is an expensive element, and excessive addition leads to an increase in component cost. Therefore, an upper limit is set for the amount of Ni in the case of inclusion, and it is set to 0.20% or less. When Ni is contained, the amount of Ni is preferably 0.20% or less.

一方、前記したNiの特性向上効果を安定して得るためには、含有させる場合のNiの量は0.05%以上であることが好ましい。   On the other hand, in order to stably obtain the above-described effect of improving the characteristics of Ni, the amount of Ni when contained is preferably 0.05% or more.

Mo:0.50%以下
Moは、焼入れ性を高める作用を有する。また、Moは、非酸化性の元素であるため、浸炭時に粒界酸化層の深さを増大させずに鋼表面を強靱化することができる。このため、Moを含有させてもよい。しかしながら、Moは高価な元素であり、過度の添加は成分コストの上昇につながるばかりか、強度向上の効果が飽和する。したがって、含有させる場合のMoの量に上限を設け、0.50%以下とした。含有させる場合のMoの量は、0.45%以下であることが好ましい。
Mo: 0.50% or less Mo has an effect of improving hardenability. Moreover, since Mo is a non-oxidizing element, the steel surface can be toughened without increasing the depth of the grain boundary oxide layer during carburizing. For this reason, you may contain Mo. However, Mo is an expensive element, and excessive addition leads to an increase in the component cost, and the effect of improving the strength is saturated. Therefore, an upper limit is set for the amount of Mo in the case of inclusion, and is set to 0.50% or less. When Mo is contained, the amount of Mo is preferably 0.45% or less.

一方、前記したMoの特性向上効果を安定して得るためには、含有させる場合のMoの量は0.05%以上であることが好ましい。   On the other hand, in order to stably obtain the above-described effect of improving the properties of Mo, the amount of Mo when contained is preferably 0.05% or more.

上記のCu、NiおよびMoは、そのうちのいずれか1種のみ、または2種以上の複合で含有させることができる。これらの元素の合計含有量は0.90%であってもよいが、0.75%以下であることが好ましい。   Said Cu, Ni, and Mo can be contained only in any one of them, or 2 or more types of composites. The total content of these elements may be 0.90%, but is preferably 0.75% or less.

Nb:0.080%以下
Nbは、CおよびNと結合して微細な炭化物、窒化物や炭窒化物を形成してオーステナイト結晶粒を微細化し、曲げ疲労強度およびピッチング強度を向上させる効果を有する。このため、さらなる曲げ疲労強度の向上およびピッチング強度の向上のためにNbを含有させてもよい。しかしながら、Nbの含有量が過剰になると熱間延性が低下し、熱間圧延や熱間鍛造時に表面きずが発生しやすくなる。したがって、含有させる場合のNbの量に上限を設け、0.080%以下とした。含有させる場合のNbの量は、0.060%以下であることが好ましい。
Nb: 0.080% or less Nb combines with C and N to form fine carbides, nitrides and carbonitrides to refine austenite crystal grains, and has the effect of improving bending fatigue strength and pitching strength . For this reason, you may contain Nb for the further improvement of bending fatigue strength and the improvement of pitching strength. However, when the Nb content is excessive, hot ductility is reduced, and surface flaws are likely to occur during hot rolling or hot forging. Therefore, an upper limit is set for the amount of Nb in the case of inclusion, and it is set to 0.080% or less. When Nb is included, the amount of Nb is preferably 0.060% or less.

一方、前記したNbの特性向上効果を安定して得るためには、含有させる場合のNbの量は0.005%以上であることが好ましく、0.020%以上であればより好ましい。   On the other hand, in order to stably obtain the above-described effect of improving the characteristics of Nb, the amount of Nb when contained is preferably 0.005% or more, and more preferably 0.020% or more.

Ca:0.0050%以下
Caは、被削性を改善する作用を有する。このため、被削性向上のためにCaを含有させてもよい。しかしながら、過度の添加は成分コストの上昇につながり、特に、Caの含有量が0.0050%を超えると、被削性向上効果が飽和するのでコストが嵩むばかりであって経済性が損なわれる。しかも、Caの含有量が0.0050%を超える場合には、粗大な酸化物を形成して曲げ疲労強度およびピッチング強度の低下も招く。したがって、含有させる場合のCaの量を0.0050%以下とした。含有させる場合のCaの量は、0.0030%以下であることが好ましい。
Ca: 0.0050% or less Ca has an effect of improving machinability. For this reason, you may contain Ca for machinability improvement. However, excessive addition leads to an increase in the component cost. In particular, when the Ca content exceeds 0.0050%, the machinability improving effect is saturated, so the cost is increased and the economic efficiency is impaired. In addition, when the Ca content exceeds 0.0050%, a coarse oxide is formed, leading to a decrease in bending fatigue strength and pitching strength. Therefore, when Ca is included, the amount of Ca is set to 0.0050% or less. When Ca is contained, the amount of Ca is preferably 0.0030% or less.

一方、前記したCaの被削性改善効果を安定して得るためには、含有させる場合のCaの量は0.0003%以上であることが好ましい。   On the other hand, in order to stably obtain the above-described effect of improving the machinability of Ca, the Ca content in the case of inclusion is preferably 0.0003% or more.

以下、本発明の肌焼用棒鋼または線材を得るための製造方法の一例を説明する。なお、本発明の肌焼用棒鋼または線材の製造方法は、これに限るものではないことはもちろんである。   Hereinafter, an example of the manufacturing method for obtaining the steel bar or wire rod for case hardening of the present invention will be described. It goes without saying that the method for producing a case bar or wire rod according to the present invention is not limited to this.

(i)本発明で規定する前記の化学組成を有する鋼を周知の方法で溶製し、鋳片を製造する。
鋼を転炉を用いて溶製する場合、脱P、脱酸の処理を十分に施し、二次精錬を二回行なって成分調整する。次いで、垂直曲げ型の連続鋳造機を用いて、鋳型内で溶鋼を冷却し、鋳込むことで鋳片を製造する。この際、鋳型内で電磁撹拌を行うことにより、未凝固の溶鋼は撹拌され、鋳片内部の組織を等軸晶とし不純物の偏析を分散させることができる。鋳型を出た鋳片は、高速水などでスプレー冷却しながら、かつ、ロールで圧下・矯正しながら引き抜く。ロールの配列ピッチおよびアライメント、ならびにロールによる押し付け力を適正化することにより、不純物の偏析が少ない鋳片が得られる。また、鋳片が均一に冷却されるようにスプレー冷却することで、均一で不純物の偏析が少ない凝固組織の鋳片にすることができる。鋳込み速度、すなわち鋳片を引き抜く速度が速すぎると、鋳片軸方向の最終凝固位置が変動しやすく、内部の不純物の偏析が大きくなるので、鋳込み速度は1m/分以下とすることが好ましい。
(i) A steel having the chemical composition defined in the present invention is melted by a well-known method to produce a slab.
When steel is smelted using a converter, it is sufficiently subjected to de-P and deoxidation treatments, and the components are adjusted by performing secondary refining twice. Next, using a vertical bending die continuous casting machine, the molten steel is cooled in a mold and cast to produce a slab. At this time, by performing electromagnetic stirring in the mold, the unsolidified molten steel is stirred, and the structure inside the slab becomes equiaxed and the segregation of impurities can be dispersed. The slab out of the mold is pulled out while spray-cooling with high-speed water, etc., and rolling down and straightening with a roll. By optimizing the arrangement pitch and alignment of the rolls and the pressing force by the rolls, a slab with less segregation of impurities can be obtained. Further, by performing spray cooling so that the slab is uniformly cooled, it is possible to obtain a slab having a uniform solidified structure with less segregation of impurities. If the casting speed, that is, the speed at which the slab is pulled out is too fast, the final solidification position in the axial direction of the slab tends to fluctuate and segregation of impurities inside the slab increases, so the casting speed is preferably 1 m / min or less.

(ii)製造された鋳片を分塊圧延し、鋼片を製造する。
鋳片を加熱炉に装入して、加熱温度1200〜1300℃程度、かつ、加熱時間1時間以上の加熱を施してから分塊圧延し、一旦、表面温度が50℃以下になるまで冷却して鋼片を得る。ここでいう「加熱温度」は炉内の平均温度を意味し、「加熱時間」は在炉時間を意味する。
(ii) The produced cast slab is subjected to ingot rolling to produce a steel slab.
The slab is charged into a heating furnace, heated at a temperature of about 1200 to 1300 ° C. and heated for a heating time of 1 hour or more, then rolled in pieces, and then cooled until the surface temperature becomes 50 ° C. or less. Get a billet. Here, “heating temperature” means the average temperature in the furnace, and “heating time” means the in-furnace time.

(iii)得られた鋼片を熱間圧延して、棒鋼または線材を製造する。
鋼片は、表面きずをグラインダーなどで除去した後、加熱炉に装入して、加熱温度1100〜1300℃程度、加熱時間30分以上の加熱を施してから熱間圧延して棒鋼または線材を得る。ここでいう「加熱温度」も炉内の平均温度を意味し、「加熱時間」も在炉時間を意味する。
(iii) The obtained steel slab is hot-rolled to produce a bar or wire.
After removing the surface flaws with a grinder or the like, the steel slab is charged into a heating furnace, heated at a heating temperature of about 1100 to 1300 ° C. and heated for 30 minutes or more, and then hot-rolled to obtain a steel bar or wire. obtain. The “heating temperature” here means the average temperature in the furnace, and the “heating time” also means the in-furnace time.

上記熱間圧延は、仕上温度が800〜1200℃で、また、下記の〈1〉式で定義される鋳片からの総減面率RAが90%以上となるように実施する。ここでいう仕上温度は、複数スタンドの圧延機の最終スタンド出側での棒鋼または線材の表面温度の平均値を意味する。   The hot rolling is performed so that the finishing temperature is 800 to 1200 ° C. and the total area reduction ratio RA from the cast slab defined by the following formula <1> is 90% or more. The finishing temperature here means the average value of the surface temperatures of the steel bars or the wire rods on the exit side of the final stand of the multi-stand rolling mill.

RA={1−(棒鋼または線材の断面積/鋳片の断面積)}×100・・・〈1〉
〈1〉式でいう断面積は、長手方向(すなわち鋳込み方向または圧延方向)に対して垂直な断面積(いわゆる「横断面積」)を意味する。
RA = {1− (cross-sectional area of steel bar or wire / cross-sectional area of slab)} × 100 (1)
The cross-sectional area in the formula <1> means a cross-sectional area (so-called “cross-sectional area”) perpendicular to the longitudinal direction (that is, the casting direction or the rolling direction).

例えば以上のような工程で製造すると、不純物元素の偏析、特にP、Ti、VおよびOの偏析が低減されるので、個々の元素の含有量およびTi+Vの量、ならびに長手方向に垂直な断面内におけるP、Ti、VおよびOの濃度差を既に述べた範囲にコントロールした肌焼用棒鋼または線材を得ることができる。   For example, when manufactured by the above process, segregation of impurity elements, particularly segregation of P, Ti, V and O, is reduced, so that the content of each element and the amount of Ti + V, as well as in the cross section perpendicular to the longitudinal direction. It is possible to obtain a steel bar or wire rod for case hardening in which the difference in the concentration of P, Ti, V and O is controlled in the range already described.

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

表1に示す化学組成を有する鋼1〜10を用いて、棒鋼を作製した。表1に示す化学組成は、O以外は溶鋼から採取したレードルサンプルの分析値、Oは後に説明する70mmの棒鋼のR/2部から採取した試料での分析値である。   Steel bars 1 to 10 having chemical compositions shown in Table 1 were used to produce steel bars. The chemical composition shown in Table 1 is an analysis value of a ladle sample collected from molten steel except for O, and O is an analysis value of a sample collected from R / 2 part of a 70 mm steel bar described later.

表1中の鋼は、化学組成が本発明で規定する範囲内にある鋼である。鋼1〜4および鋼6〜10は、化学組成が本発明で規定する条件から外れた鋼である。 Steel 5 in Table 1 is a steel whose chemical composition is within the range defined by the present invention. Steels 1 to 4 and steels 6 to 10 are steels whose chemical compositions deviate from the conditions specified in the present invention.

以下、棒鋼を作製した条件について詳しく説明する。   Hereinafter, the conditions under which the steel bar was produced will be described in detail.

鋼1〜5および鋼8については、転炉を用いて溶製し、脱P、脱酸の処理を施し、二次精錬を二回行なって成分調整した。次いで、垂直曲げ型の連続鋳造機を用いて、鋳型内で溶鋼を冷却し、鋳込むことで鋳片を製造した。この際、鋳型内で電磁撹拌を行うことにより、未凝固の溶鋼を撹拌し、鋳片内部の組織を等軸晶とし不純物の偏析を分散させた。鋳型を出た鋳片は、高速水でスプレー冷却しながら、ロールで圧下・矯正しながら0.6m/分で鋳片を引き抜いた。このとき、先行実験の結果に基づいて、不純物の偏析が少ない鋳片が得られるよう、ロールの配列ピッチおよびアライメント、ならびにロールによる押し付け力を適正化し、また、均一で不純物の偏析が少ない凝固組織の鋳片が得られるよう、スプレー冷却で均一に冷却した。   Steels 1 to 5 and Steel 8 were melted using a converter, subjected to de-P and deoxidation treatments, and subjected to secondary refining twice to adjust the components. Next, the molten steel was cooled in a mold and cast using a vertical bending type continuous casting machine to produce a slab. At this time, electromagnetic agitation was performed in the mold to agitate the unsolidified molten steel, thereby making the structure inside the slab an equiaxed crystal and dispersing the segregation of impurities. The slab out of the mold was drawn out at 0.6 m / min while spray-cooled with high-speed water and reduced and corrected with a roll. At this time, based on the results of previous experiments, the roll arrangement pitch and alignment and the pressing force by the rolls are optimized so that a slab with less segregation of impurities is obtained, and the solidified structure is uniform and has less segregation of impurities. The slab was uniformly cooled by spray cooling to obtain a slab.

得られた鋳片を加熱炉に装入して、加熱温度1250℃、かつ加熱時間2時間の加熱を施してから、分塊圧延し、一旦、表面温度が50℃以下になるまで冷却して180mm角の鋼片を製造した。   The obtained slab is charged into a heating furnace, heated at a heating temperature of 1250 ° C. and for a heating time of 2 hours, then rolled in pieces, and once cooled until the surface temperature becomes 50 ° C. or less. A 180 mm square steel piece was produced.

このようにして得た鋼片は、表面きずをグラインダーで除去した後、加熱炉に装入して、加熱温度1150℃、加熱時間1時間の加熱を施してから熱間圧延によって直径が70mmの棒鋼を作製した。上記熱間圧延の仕上温度は、900〜1000℃であり、前述の鋳片からの総減面率RAは、97%であった。   After removing the surface flaws with a grinder, the steel slab thus obtained was charged into a heating furnace, heated at a heating temperature of 1150 ° C. for a heating time of 1 hour, and then hot rolled to a diameter of 70 mm. A steel bar was produced. The finishing temperature of the hot rolling was 900 to 1000 ° C., and the total area reduction ratio RA from the slab was 97%.

鋼9については、180kgの真空溶解炉によって溶製後、造塊してインゴットを作製した。次いで、得られたインゴットを加熱炉に装入して、加熱温度1250℃、かつ加熱時間5時間の加熱を施した後、熱間鍛造して直径が70mmの棒鋼を作製した。ここで、RA’={1−(棒鋼の断面積/インゴットの断面積)}×100・・・〈1’〉
の式から求めた熱間鍛造による総減面率RA’は91%であった。
Steel 9 was melted in a 180 kg vacuum melting furnace and then ingot-formed to produce an ingot. Next, the obtained ingot was charged into a heating furnace, heated at a heating temperature of 1250 ° C. and a heating time of 5 hours, and then hot forged to produce a steel bar having a diameter of 70 mm. Here, RA ′ = {1− (cross-sectional area of bar steel / cross-sectional area of ingot)} × 100... <1 ′>
The total area reduction ratio RA ′ obtained by the hot forging obtained from the formula (1) was 91%.

鋼6、鋼7および鋼10については、50kgの真空溶解炉によって溶製後、造塊してインゴットを作製した。次いで、得られたインゴットを加熱炉に装入して、加熱温度1150℃、かつ加熱時間1時間の加熱を施した後、熱間鍛造して直径が70mmの棒鋼を作製した。ここで、上記〈1’〉の式から求めた熱間鍛造による総減面率RA’は40%であった。   Steel 6, steel 7 and steel 10 were melted in a 50 kg vacuum melting furnace and then ingoted to produce ingots. Next, the obtained ingot was charged into a heating furnace, heated at a heating temperature of 1150 ° C. and for a heating time of 1 hour, and then hot forged to produce a steel bar having a diameter of 70 mm. Here, the total area reduction ratio RA ′ obtained by the hot forging obtained from the formula <1 ′> was 40%.

鋼1〜10の各々について、上記のようにして得た直径70mmの各棒鋼を用いて、長手方向に垂直な断面内におけるP、Ti、VおよびOの濃度差を調査した。   For each of the steels 1 to 10, the 70 mm diameter steel bars obtained as described above were used to investigate the difference in the concentration of P, Ti, V and O in the cross section perpendicular to the longitudinal direction.

すなわち、図1(b)に示す断面1の[1]〜[9]に対応する合計9位置からそれぞれ、直径3mmのドリルで切粉を採取し、その切粉を酸溶解した溶液を用いてICP発光分光分析によってP、TiおよびVを分析した。また、上記断面1から長手方向に100mmにある断面2において、上記[1]〜[9]に対応する合計9位置からそれぞれ、直径3mmで長さ50mmのO分析試料を採取し、ヤスリがけにより表面部の酸化スケールを除去し、試料質量が0.5〜1gになるように断面側から試料を切断した後、酸素分析装置によってOを分析した。次いで、それぞれの元素の9箇所の濃度のうち最大値から最小値を引いた値を、長手方向に垂直な断面内における各不純物元素の濃度差とした。なお、直径70mmの棒鋼であるので、図1(a)に示す[1]と[2]など隣り合う位置どうしの間隔は8mmである。   That is, chips are collected from a total of nine positions corresponding to [1] to [9] of the cross section 1 shown in FIG. 1B with a drill having a diameter of 3 mm, and a solution obtained by acid-dissolving the chips is used. P, Ti and V were analyzed by ICP emission spectroscopy. Further, in the cross section 2 which is 100 mm in the longitudinal direction from the cross section 1, O analysis samples having a diameter of 3 mm and a length of 50 mm are collected from a total of 9 positions corresponding to the above [1] to [9], After removing the oxide scale on the surface and cutting the sample from the cross-sectional side so that the sample mass was 0.5 to 1 g, O was analyzed by an oxygen analyzer. Next, a value obtained by subtracting the minimum value from the maximum value among the nine concentrations of each element was taken as the concentration difference of each impurity element in the cross section perpendicular to the longitudinal direction. Since the bar is 70 mm in diameter, the interval between adjacent positions such as [1] and [2] shown in FIG. 1A is 8 mm.

次いで、上記のようにして得た鋼1〜10の直径70mmの各棒鋼に対し、925℃で1時間保持した後に放冷する焼準を行った。   Next, normalization was performed on each steel bar having a diameter of 70 mm of the steels 1 to 10 obtained as described above, which was kept at 925 ° C. for 1 hour and then allowed to cool.

また、後で述べるローラピッチング試験用大ローラを作製するために、転炉を用いて溶製したJIS-SCM420Hの鋳片を分塊圧延することにより、直径140mmの棒鋼を製造し、925℃で2時間保持した後に放冷する焼準を行った。   In addition, in order to produce a large roller for roller pitching test described later, a JIS-SCM420H slab that was melted using a converter was rolled into pieces to produce a steel bar having a diameter of 140 mm at 925 ° C. After holding for 2 hours, normalization was allowed to cool.

上記焼準した各棒鋼を用いて、以下に述べる方法で各種の試験片を作製した。   Various test pieces were produced by the method described below using each of the above normalized steel bars.

〔1〕機械加工(粗加工または仕上加工):
前記直径が70mmの各棒鋼のR/2部(「R」は棒鋼の半径を表す。)と中心部から、圧延方向または鍛錬軸に平行に図5に示す粗形状の切欠付き小野式回転曲げ疲労試験片および図6に示す粗形状のローラーピッチング小ローラー試験片を切り出した。
[1] Machining (roughing or finishing):
From the R / 2 part of each steel bar having a diameter of 70 mm ("R" represents the radius of the steel bar) and the central part, the Ono rotary bending with a rough notch shown in Fig. 5 parallel to the rolling direction or the forging axis A fatigue test piece and a coarse roller pitching small roller test piece shown in FIG. 6 were cut out.

さらに、前記直径が140mmの棒鋼の中心部から、鍛錬軸に平行に図7に示す粗形状のローラーピッチング試験用大ローラーを切り出した。図7おいて、(a)は粗形状の大ローラーを中心線で半割りにした場合の正面図で、また(b)は中心線における断面図である。   Further, a coarse roller pitching test large roller shown in FIG. 7 was cut out from the center of the steel bar having a diameter of 140 mm in parallel with the forging axis. In FIG. 7, (a) is a front view when a coarse roller is halved by a center line, and (b) is a cross-sectional view at the center line.

なお、図5〜7中に示した上記の各切り出し試験片における寸法の単位は全て「mm」であり、図中の仕上記号「▽」、「▽▽」および「▽▽▽」は、JIS B 0601(1982)の解説表1の表面粗さを示す「三角記号」である。   In addition, the unit of the dimension in each of the above cut-out test pieces shown in FIGS. 5 to 7 is “mm”, and the finish symbols “▽”, “▽▽” and “▽▽▽” in the figures are JIS B 0601 (1982) is a “triangle symbol” indicating the surface roughness in Table 1.

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

直径が70mmの各棒鋼からは、被削性評価用に直径が65mm、長さが450mmの試験片も採取した。   From each steel bar having a diameter of 70 mm, a test piece having a diameter of 65 mm and a length of 450 mm was also collected for machinability evaluation.

〔2〕浸炭焼入れ−焼戻し:
上記〔1〕で切り出した粗形状の回転曲げ疲労試験片および小ローラー試験片に対して、図8に示すヒートパターンによる「浸炭焼入れ−焼戻し」を施した。また、上記〔1〕で切り出した粗形状の大ローラーに対して、図9に示すヒートパターンによる「浸炭焼入れ−焼戻し」を施した。なお、図8および図9中の「Cp」はカーボンポテンシャルを表す。また、「150℃油焼入れ」は油温150℃の油中に焼入れしたことを、「50℃油焼入れ」は油温50℃の油中に焼入れしたことを、さらに「AC」は空冷したことを表す。
[2] Carburizing and quenching-tempering:
The coarse-shaped rotating bending fatigue test piece and the small roller test piece cut out in the above [1] were subjected to “carburizing and tempering” by the heat pattern shown in FIG. Further, the “large carburizing-tempering” by the heat pattern shown in FIG. 9 was performed on the large large roller cut out in the above [1]. Note that “Cp” in FIGS. 8 and 9 represents a carbon potential. In addition, “150 ° C oil quenching” was quenched in oil at an oil temperature of 150 ° C, “50 ° C oil quenching” was quenched in oil at an oil temperature of 50 ° C, and “AC” was air-cooled. Represents.

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

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

〔3〕機械加工(浸炭焼入れ−焼戻し材の仕上加工):
浸炭焼入れ−焼戻し処理を施した上記の各試験片および大ローラーを仕上加工して、図10に示す切欠付き小野式回転曲げ疲労試験片、図11に示すローラーピッチング試験用小ローラー試験片および図12に示すローラーピッチング試験用大ローラーを作製した。図12において、(a)は大ローラーを中心線で半割りにした場合の正面図で、また(b)は中心線における断面図である。
[3] Machining (carburizing and quenching-finishing of tempered material):
The above-mentioned test pieces and large rollers subjected to carburizing quenching-tempering treatment are finished, and the Ono rotary bending fatigue test piece with notches shown in FIG. 10, the small roller test piece for roller pitching test shown in FIG. A large roller for roller pitching test shown in FIG. In FIG. 12, (a) is a front view when the large roller is halved by the center line, and (b) is a cross-sectional view at the center line.

なお、図10〜12に示した前述の各試験片および大ローラーにおける寸法の単位は全て「mm」であり、上記各図における仕上記号「▽」および「▽▽▽」は先の図5〜7におけると同様、それぞれ、JIS B 0601(1982)の解説表1の表面粗さを示す「三角記号」である。   In addition, the unit of the dimension in the above-mentioned each test piece shown in FIGS. 10-12 and a large roller is all "mm", and the finishing symbols "▽" and "▽▽▽" in each said figure are the previous FIG. 7 are “triangular symbols” indicating the surface roughness in Table 1 of JIS B 0601 (1982).

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

さらに、「〜」は「波形記号」であり、生地であること、すなわち、前記〔2〕の浸炭焼入れ−焼戻し処理した表面のままであることを意味する。   Furthermore, “˜” is a “waveform symbol”, which means that it is a dough, that is, it remains the carburized and quenched and tempered surface of [2].

上記のようにして作製した各種の試験片を用いて、小野式回転曲げ疲労試験による疲労特性の調査、ローラーピッチング試験による耐ピッチング特性の調査、および被削性評価を行った。   Using the various test pieces produced as described above, investigation of fatigue characteristics by the Ono-type rotary bending fatigue test, investigation of pitting resistance characteristics by the roller pitching test, and machinability evaluation were performed.

以下、上記疲労特性、耐ピッチング特性および被削性評価の内容について詳しく説明する。   Hereinafter, the contents of the fatigue characteristics, the pitting resistance characteristics, and the machinability evaluation will be described in detail.

《1》小野式回転曲げ疲労試験による疲労特性の調査:
前記〔3〕の仕上加工した小野式回転曲げ疲労試験片を用いて、下記の試験条件によって小野式回転曲げ疲労試験を実施し、繰返し数が107回において破断しない最大の強度で曲げ疲労強度を評価した。
<< 1 >> Investigation of fatigue characteristics by Ono type rotating bending fatigue test:
Using the Ono rotary bending fatigue test piece finished in [3] above, an Ono rotary bending fatigue test was carried out under the following test conditions, and bending fatigue strength with the maximum strength that did not break at 10 7 cycles. Evaluated.

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

なお、R/2部の曲げ疲労強度が400MPa以上、中心部の曲げ疲労強度が370MPa以上、かつR/2部と中心部における曲げ疲労強度の差が50MPa以下、の3条件全てを満足する場合に、曲げ疲労特性に優れるとして、これを目標とした。   When the bending fatigue strength of the R / 2 part is 400 MPa or more, the bending fatigue strength of the central part is 370 MPa or more, and the difference between the bending fatigue strengths of the R / 2 part and the central part is 50 MPa or less Furthermore, this was the target because it was excellent in bending fatigue characteristics.

《2》ローラーピッチング試験による耐ピッチング特性の調査:
前記〔3〕の仕上加工した小ローラー試験片および大ローラーを用いて、下記の試験条件でローラーピッチング試験(二円筒転がり疲労試験)を実施し、繰返し数が107回において、上記の小ローラー試験片に、長辺が1mm以上の大きさのピッチングが発生しない最大の面圧によってピッチング強度を評価した。
<< 2 >> Investigation of anti-pitching characteristics by roller pitting test:
A roller pitching test (two-cylinder rolling fatigue test) was carried out under the following test conditions using the finished small roller test piece and the large roller of [3], and the above-mentioned small roller was repeated 10 7 times. The pitching strength was evaluated by the maximum surface pressure at which no pitting with a length of 1 mm or more on the long side occurred on the test piece.

・すべり率:80%、
・回転数:1000rpm、
・潤滑:油温100℃のオートマチックトランスミッション用潤滑油を2.0リットル/分の割合で、小ローラー試験片と大ローラーの接触部に噴出させて実施。
・ Slip rate: 80%
・ Rotation speed: 1000 rpm,
・ Lubrication: Lubricating oil for automatic transmission at an oil temperature of 100 ° C. was sprayed at a rate of 2.0 liters / minute onto the contact portion between the small roller test piece and the large roller.

ただし、上記の「すべり率」は、「V1」を小ローラー試験片表面の接線速度、「V2」を大ローラー表面の接線速度として、下記の式で計算される値を指す。
{(V2−V1)/V1}×100。
However, the above-mentioned “slip rate” indicates a value calculated by the following formula, where “V1” is the tangential speed on the surface of the small roller test piece and “V2” is the tangential speed on the surface of the large roller.
{(V2-V1) / V1} × 100.

なお、R/2部のピッチング強度が1800MPa以上、中心部のピッチング強度が1600MPa以上、かつR/2部と中心部におけるピッチング強度の差が200MPa以下、の3条件全てを満足する場合に、耐ピッチング特性に優れるとして、これを目標とした。   In addition, when all of the three conditions of the pitching strength of the R / 2 part being 1800 MPa or more, the pitching strength of the center part being 1600 MPa or more, and the difference in the pitching strength between the R / 2 part and the center part being 200 MPa or less are satisfied, This was the target because it was excellent in pitching characteristics.

《3》被削性試験:
前記〔1〕で作製した直径が65mm、長さが450mmの試験片の外周部を、NC旋盤を用いて旋削加工して被削性を評価した。
<< 3 >> Machinability test:
The outer peripheral part of the test piece having a diameter of 65 mm and a length of 450 mm produced in [1] was turned using an NC lathe to evaluate the machinability.

旋削加工は、切削速度:180m/分、切込み:1.5mm、送り:0.3mm/revとし、潤滑剤を使用しない状態で実施した。動力計を用いて、旋削加工時の切削抵抗により被削性を評価した。   Turning was performed with a cutting speed of 180 m / min, a cutting depth of 1.5 mm, a feed of 0.3 mm / rev, and no lubricant. Using a dynamometer, the machinability was evaluated by the cutting resistance during turning.

切削抵抗は、主分力、送り分力および背分力の合力を、
切削抵抗=(主分力2+送り分力2+背分力20.5
の式によって求めて評価した。切削抵抗が900N以下であれば、切削抵抗が小さいとして、これを目標とした。
Cutting resistance is the sum of main component force, feed component force and back component force,
Cutting resistance = (Main component force 2 + Feed component force 2 + Back component force 2 ) 0.5
It was obtained and evaluated by the following formula. If the cutting resistance was 900 N or less, the cutting resistance was assumed to be small, and this was targeted.

表2に、上記の各調査結果をまとめて示す。   Table 2 summarizes the results of each of the above investigations.

表2から、本発明で規定する条件を満たす棒鋼を用いた本発明例の試験番号5および参考例の試験番号1〜4の場合、曲げ疲労特性と耐ピッチング特性に優れるとともに、切削抵抗が小さく良好な被削性を有することが明らかである。 From Table 2, in the case of Test No. 1-4 of the present invention of a test numbers 5 and Reference Examples using satisfies bars specified in the present invention is excellent in flexural fatigue properties and pitting resistance properties, cutting resistance It is clear that it has a small and good machinability.

これに対して、本発明で規定する条件から外れた比較例のうちで、試験番号6〜8および試験番号10の場合は、目標とする曲げ疲労特性と耐ピッチング特性のうちの少なくともいずれかが得られておらず、試験番号9の場合は、切削抵抗が大きく被削性が劣っている。   On the other hand, among the comparative examples deviating from the conditions defined in the present invention, in the case of test numbers 6 to 8 and test number 10, at least one of the target bending fatigue characteristics and pitting resistance characteristics is In the case of test number 9, the cutting resistance is large and the machinability is inferior.

すなわち、試験番号6の場合、棒鋼の長手方向に垂直な断面内におけるVの濃度差が0.006%と本発明で規定する範囲を上回った。このため、中心部の曲げ疲労強度が360MPaと低く、R/2部と中心部の曲げ疲労強度差も60MPaと大きく、曲げ疲労特性が目標に達していない。さらに、R/2部と中心部のピッチング強度差も250MPaと大きく、耐ピッチング特性も目標に達していない。   That is, in the case of test number 6, the difference in V concentration in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the steel bar was 0.006%, exceeding the range specified in the present invention. For this reason, the bending fatigue strength of the central portion is as low as 360 MPa, the difference in bending fatigue strength between the R / 2 portion and the central portion is as large as 60 MPa, and the bending fatigue characteristics do not reach the target. Further, the difference in pitching strength between the R / 2 part and the central part is as large as 250 MPa, and the anti-pitting characteristic does not reach the target.

試験番号7の場合、棒鋼の長手方向に垂直な断面内におけるTiの濃度差が0.005%と本発明で規定する範囲を上回った。このため、中心部の曲げ疲労強度が350MPaと低く、R/2部と中心部の曲げ疲労強度差も70MPaと大きく、曲げ疲労特性が目標に達していない。さらに、R/2部と中心部のピッチング強度差も250MPaと大きく、耐ピッチング特性も目標に達していない。   In the case of test number 7, the difference in Ti concentration in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the steel bar was 0.005%, exceeding the range specified in the present invention. For this reason, the bending fatigue strength at the central portion is as low as 350 MPa, the difference in bending fatigue strength between the R / 2 portion and the central portion is as large as 70 MPa, and the bending fatigue characteristics do not reach the target. Further, the difference in pitching strength between the R / 2 part and the central part is as large as 250 MPa, and the anti-pitting characteristic does not reach the target.

試験番号8の場合、鋼8のTi+Vの量が0.009%と本発明で規定する範囲を上回った。このため、R/2部の曲げ疲労強度が390MPa、中心部の曲げ疲労強度が360MPaと低く、曲げ疲労特性が目標に達していない。   In the case of test number 8, the amount of Ti + V of steel 8 was 0.009%, which exceeded the range specified in the present invention. For this reason, the bending fatigue strength at the R / 2 part is as low as 390 MPa and the bending fatigue strength at the center part is as low as 360 MPa, and the bending fatigue characteristics do not reach the target.

試験番号9の場合、鋼9のCの含有量が0.28%と本発明で規定する範囲を上回った。このため、切削抵抗が930Nと高く、目標とする被削性が得られていない。   In the case of test number 9, the C content of steel 9 was 0.28%, exceeding the range specified in the present invention. For this reason, cutting resistance is as high as 930 N, and the target machinability is not obtained.

試験番号10の場合、棒鋼の長手方向に垂直な断面内におけるP、TiおよびOの濃度差がそれぞれ、0.009%、0.004%および0.0007%と本発明で規定する範囲を上回った。このため、曲げ疲労強度がR/2部で380MPa、中心部で320MPaと低く、しかも、R/2部と中心部の曲げ疲労強度差が60MPaと大きく、曲げ疲労特性が目標に達していない。さらに、ピッチング強度がR/2部で1700MPa、中心部で1400MPaと低く、しかも、R/2部と中心部のピッチング強度差も300MPaと大きく、耐ピッチング特性も目標に達していない。   In the case of test number 10, the concentration differences of P, Ti, and O in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the steel bar were 0.009%, 0.004%, and 0.0007%, respectively, exceeding the ranges specified in the present invention. It was. For this reason, the bending fatigue strength is as low as 380 MPa in the R / 2 part and 320 MPa in the central part, and the difference in bending fatigue strength between the R / 2 part and the central part is as large as 60 MPa, so that the bending fatigue characteristics do not reach the target. Further, the pitching strength is as low as 1700 MPa at the R / 2 part and 1400 MPa at the central part, and the difference in the pitching strength between the R / 2 part and the central part is as large as 300 MPa, and the anti-pitting characteristic does not reach the target.

本発明の肌焼用棒鋼または線材は成分コストが低く、切削性に優れ、良好な加工特性を有する。さらに、本発明の肌焼用棒鋼または線材を素材として得られた浸炭部品は、曲げ疲労強度とピッチング強度に優れ、かつこれらの強度のバラツキが小さい。このため、本発明の肌焼用棒鋼または線材は、軽量化および高トルク化のために高い曲げ疲労強度と高いピッチング強度が要求される自動車用歯車など浸炭または浸炭窒化部品の素材として用いるのに好適である。   The steel bar or wire rod for skin hardening of the present invention has a low component cost, is excellent in machinability, and has good processing characteristics. Furthermore, the carburized parts obtained by using the steel bar or wire rod for skin hardening according to the present invention are excellent in bending fatigue strength and pitching strength, and there is little variation in these strengths. For this reason, the case-hardening steel bar or wire of the present invention is used as a material for carburizing or carbonitriding parts such as automobile gears that require high bending fatigue strength and high pitching strength to reduce weight and increase torque. Is preferred.

Claims (3)

質量%で、
C:0.13〜0.25%、
Si:0.02〜0.35%、
Mn:0.50〜0.90%、
S:0.005〜0.030%、
Cr:0.50〜1.60%、
Al:0.010〜0.060%、
Nb:0.050%以下および
N:0.0100〜0.0250%、
を含有するとともに、残部はFeおよび不純物からなり、
不純物中のP、Ti、VおよびO(酸素)がそれぞれ、
P:0.030%以下、
Ti:0.005%以下、
V:0.005%以下および
O:0.0015%以下、かつ、
TiとVの合計含有量が、0.005%以下であり、さらに
長手方向に垂直な断面内における上記の各不純物元素の濃度差が、Pで0.005%以下、Tiで0.003%以下、Vで0.003%以下、およびOで0.0005%以下であることを特徴とする、
肌焼用棒鋼または線材。
% By mass
C: 0.13-0.25%
Si: 0.02 to 0.35%,
Mn: 0.50 to 0.90%,
S: 0.005-0.030%,
Cr: 0.50 to 1.60%,
Al: 0.010 to 0.060%,
Nb: 0.050% or less and N: 0.0100 to 0.0250%,
And the balance consists of Fe and impurities,
P, Ti, V and O (oxygen) in the impurity are respectively
P: 0.030% or less,
Ti: 0.005% or less,
V: 0.005% or less and O: 0.0015% or less, and
The total content of Ti and V is 0.005 % or less, and the concentration difference of each impurity element in the cross section perpendicular to the longitudinal direction is 0.005 % or less for P and 0.003% for Ti. Hereinafter, V is 0.003% or less, and O is 0.0005% or less,
Steel bar or wire rod for case hardening.
Feの一部に代えて、質量%で、
Cu:0.20%以下、
Ni:0.20%以下および
Mo:0.50%以下、
のうちの1種以上を含有することを特徴とする、
請求項1に記載の肌焼用棒鋼または線材。
Instead of part of Fe, in mass%,
Cu: 0.20% or less,
Ni: 0.20% or less and Mo: 0.50% or less,
Characterized in that it contains one or more of
The steel bar or wire rod for case hardening according to claim 1.
Feの一部に代えて、質量%で、
Ca:0.0050%以下、
を含有することを特徴とする、
請求項1または2に記載の肌焼用棒鋼または線材。
Instead of part of Fe, in mass%,
Ca: 0.0050% or less,
Containing,
The steel bar or wire rod for case hardening according to claim 1 or 2.
JP2015250330A 2015-12-22 2015-12-22 Case bar or wire rod Active JP6176314B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015250330A JP6176314B2 (en) 2015-12-22 2015-12-22 Case bar or wire rod

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015250330A JP6176314B2 (en) 2015-12-22 2015-12-22 Case bar or wire rod

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012174526A Division JP6144023B2 (en) 2012-08-07 2012-08-07 Case bar or wire rod

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016084541A JP2016084541A (en) 2016-05-19
JP6176314B2 true JP6176314B2 (en) 2017-08-09

Family

ID=55972636

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015250330A Active JP6176314B2 (en) 2015-12-22 2015-12-22 Case bar or wire rod

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6176314B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109321837A (en) * 2017-08-01 2019-02-12 宝钢特钢长材有限公司 Carburizing steel and preparation method thereof for atomizer valve body
CN107747047A (en) * 2017-11-30 2018-03-02 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 Steel Bar and its production method are built containing Nb, Cr microalloy

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4617783B2 (en) * 2004-04-16 2011-01-26 愛知製鋼株式会社 Manufacturing method of hot forged parts for high temperature carburizing
JP5397247B2 (en) * 2010-02-02 2014-01-22 新日鐵住金株式会社 Hot rolled steel bar or wire rod

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016084541A (en) 2016-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6144023B2 (en) Case bar or wire rod
JP5821771B2 (en) Hot rolled steel bar or wire rod for cold forging
JP5333682B2 (en) Rolled steel bar or wire rod for hot forging
JP6384629B2 (en) Induction hardening steel
JP6384630B2 (en) Induction hardening steel
CN109563578B (en) Steel for induction hardening
WO2018101451A1 (en) Steel for soft nitriding, and component
JP6652019B2 (en) Machine structural steel and induction hardened steel parts for induction hardening
CN109477179B (en) Steel for induction hardening
JP5260460B2 (en) Case-hardened steel parts and manufacturing method thereof
WO2018016504A1 (en) Steel for induction hardening
JP5617798B2 (en) Rolled steel bar or wire rod for hot forging
JP5799917B2 (en) Hot rolled steel bar or wire rod
JP5649887B2 (en) Case-hardened steel and method for producing the same
JP6176314B2 (en) Case bar or wire rod
JP5737154B2 (en) Rolled steel bar or wire rod for hot forging
JP6521089B2 (en) Machine structural steels and induction hardened steel parts
JP6465206B2 (en) Hot-rolled bar wire, parts and method for producing hot-rolled bar wire
JP7139692B2 (en) Steel for induction hardening, materials for induction hardening parts, and induction hardening parts
JPH10330836A (en) Production of hot forged parts excellent in machinability and fatigue characteristic
JP7135485B2 (en) Carburizing steel and parts
JP2023056778A (en) Steel, and carburized steel part
JP2023050636A (en) Non-heat treated steel and nitrided component

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20161206

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170130

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170613

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170626

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6176314

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350