JP2008045178A - Carburizing steel and carburized member - Google Patents
Carburizing steel and carburized member Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008045178A JP2008045178A JP2006223062A JP2006223062A JP2008045178A JP 2008045178 A JP2008045178 A JP 2008045178A JP 2006223062 A JP2006223062 A JP 2006223062A JP 2006223062 A JP2006223062 A JP 2006223062A JP 2008045178 A JP2008045178 A JP 2008045178A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carburizing
- steel
- content
- less
- carbide
- 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.)
- Pending
Links
Abstract
Description
本発明は、浸炭用鋼および浸炭部材に関し、さらに詳しくは、高濃度浸炭処理が可能な浸炭用鋼および高濃度浸炭処理された浸炭部材に関するものである。 The present invention relates to a carburizing steel and a carburized member, and more particularly to a carburizing steel capable of high-concentration carburizing treatment and a carburized member subjected to high-concentration carburizing treatment.
近年、自動車等の高性能化に伴い、自動車等に用いられる鋼部材には高強度化が求められている。自動車等に用いられる鋼部材を高強度化するには、通常、鋼に浸炭処理を行なうが、最近、従来より行なわれている共析浸炭よりも高濃度に炭素を導入する高濃度浸炭処理が行なわれるようになっている。 In recent years, with increasing performance of automobiles and the like, steel members used for automobiles and the like have been required to have higher strength. In order to increase the strength of steel members used in automobiles, etc., steel is usually carburized, but recently, high-concentration carburizing that introduces carbon at a higher concentration than the conventional eutectoid carburizing has been carried out. It is supposed to be done.
そして、高濃度浸炭処理によれば、鋼表面に炭化物を分散させて耐摩耗性や面疲労強度を向上させて、鋼部材を高強度化させることができるが、その特性は、炭化物の分散状態の影響を強く受け、微細・球状・大量に分散させることで高い強度が得られることが分かっている（非特許文献１）。 And according to the high-concentration carburizing treatment, the carbide can be dispersed on the steel surface to improve the wear resistance and surface fatigue strength, and the steel member can be strengthened. It is known that a high strength can be obtained by being dispersed in a fine, spherical, and large amount (1).
通常、高濃度浸炭には、従来のガス浸炭よりも高濃度に炭素を導入させることができる真空浸炭やプラズマ浸炭を用いることが多い。 In general, high-concentration carburizing is often performed by vacuum carburizing or plasma carburizing, which can introduce carbon at a higher concentration than conventional gas carburizing.
ところが、これまで、真空浸炭やプラズマ浸炭の機構がはっきりしていなかったため、従来の浸炭用鋼では、真空浸炭やプラズマ浸炭により鋼表面に析出する炭化物の量を増やすことができなかった。そのため、浸炭された鋼の強度が十分でなかった。 However, until now, the mechanism of vacuum carburizing and plasma carburizing has not been clarified, and conventional carburizing steels cannot increase the amount of carbides precipitated on the steel surface by vacuum carburizing or plasma carburizing. Therefore, the strength of the carburized steel was not sufficient.
そこで、本発明が解決しようとする課題は、真空浸炭やプラズマ浸炭により鋼表面に析出する炭化物の量を従来より増大させて鋼を高強度化することが可能な浸炭用鋼およびその浸炭処理により得られる浸炭部材を提供することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a carburizing steel capable of increasing the amount of carbides precipitated on the steel surface by vacuum carburizing or plasma carburizing and increasing the strength of the steel, and its carburizing treatment. It is providing the carburized member obtained.
本発明者らが鋭意研究した結果、真空浸炭された鋼の表面の炭素濃度が黒鉛と平衡する値となることを突き止めた。そして、今まで用いられていた鋼の組成では、真空浸炭やプラズマ浸炭により鋼表面に析出する炭化物の量を高くすることはできないことが判明した。かかる知見を基礎として、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies by the present inventors, it has been found that the carbon concentration on the surface of vacuum-carburized steel has a value that is in equilibrium with graphite. Then, it has been found that the amount of carbide deposited on the steel surface by vacuum carburizing or plasma carburizing cannot be increased with the steel composition used so far. Based on this knowledge, the present invention has been completed.
すなわち、本発明に係る浸炭用鋼は、重量％で、Ｃ：０．１０〜０．４０％、Ｓｉ：０．０１〜０．２０％、Ｍｎ：０．２０〜２．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｕ：０．０１〜０．２０％、Ｎｉ：０．０１〜０．５０％、Ｃｒ：３．００超〜６．００％、Ｍｏ：０．０１〜６．００％、Ｖ：０．０１〜２．００％であり、残部が実質的にＦｅおよび不可避的不純物よりなり、かつ、Ｃｒ（％）−Ｓｉ（％）−Ｎｉ（％）−Ｃｕ（％）が３．００％以上であることを要旨とする。 That is, the carburizing steel according to the present invention is in weight percent, C: 0.10 to 0.40%, Si: 0.01 to 0.20%, Mn: 0.20 to 2.00%, P: 0.030% or less, S: 0.030% or less, Cu: 0.01 to 0.20%, Ni: 0.01 to 0.50%, Cr: more than 3.00 to 6.00%, Mo: 0.01 to 6.00%, V: 0.01 to 2.00%, the balance being substantially made of Fe and inevitable impurities, and Cr (%)-Si (%)-Ni (% ) -Cu (%) is 3.00% or more .
この場合、上記浸炭用鋼は、Ａｌ：０．０１〜０．２０％、Ｎｂ：０．０１〜０．２０％、Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、Ｎ：０．００１〜０．０５％、および、Ｂ：０．０００１〜０．０１％から選択される１種または２種以上をさらに含有していても良い。 In this case, the carburizing steel has Al: 0.01-0.20%, Nb: 0.01-0.20%, Ti: 0.01-0.20%, N: 0.001-0. It may further contain one or more selected from 05% and B: 0.0001 to 0.01%.
一方、本発明に係る浸炭部材は、上記浸炭用鋼を真空浸炭またはプラズマ浸炭してなり、表面から深さ方向１０μｍの範囲での炭化物体積率が４０％以上であることを要旨とする。 On the other hand, the carburizing member according to the present invention is obtained by vacuum carburizing or plasma carburizing the carburizing steel, and has a gist that the carbide volume ratio in the range of 10 μm in the depth direction from the surface is 40% or more.
この場合、表面炭素濃度が３．５〜７．０％の範囲内にあることが望ましい。 In this case, the surface carbon concentration is desirably in the range of 3.5 to 7.0%.
本発明に係る浸炭用鋼は、特定成分を特定範囲の含有率で含有しており、かつ、Ｃｒ（％）−Ｓｉ（％）−Ｎｉ（％）−Ｃｕ（％）が３．００％以上である。そのため、真空浸炭やプラズマ浸炭により鋼に高濃度に炭素を導入したときに、鋼表面に析出する炭化物の量が従来よりも増大し、鋼表面が高強度化される。 The carburizing steel according to the present invention contains a specific component in a specific range, and Cr (%)-Si (%)-Ni (%)-Cu (%) is 3.00% or more. It is . Therefore, when carbon is introduced into the steel at a high concentration by vacuum carburizing or plasma carburizing, the amount of carbide precipitated on the steel surface is increased as compared with the conventional case, and the steel surface is strengthened.
そして、本発明に係る浸炭部材は、上記浸炭用鋼を真空浸炭またはプラズマ浸炭してなり、表面から深さ方向１０μｍの範囲での炭化物体積率が４０％以上であるため、表面強度に優れる。 The carburized member according to the present invention is obtained by vacuum carburizing or plasma carburizing the carburizing steel, and has a carbide volume ratio of 40% or more in the depth direction of 10 μm from the surface, and thus has excellent surface strength.
同様に、表面炭素濃度が３．５〜７．０％の範囲内にあるものも、表面強度に優れる。 Similarly, those having a surface carbon concentration in the range of 3.5 to 7.0% are also excellent in surface strength.
以下に本発明の一実施形態について詳細に説明する。本発明に係る浸炭用鋼は、特定成分の含有率が下記に規定される範囲内とされており、残部が実質的にＦｅおよび不可避的不純物よりなり、かつ、Ｃｒ（％）−Ｓｉ（％）−Ｎｉ（％）−Ｃｕ（％）が３．００％以上である。特定成分の種類、その含有率を規定した理由は、次の通りである。なお、以下の含有率の単位は重量％である。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail. The carburizing steel according to the present invention is such that the content of the specific component is within the range specified below, the balance being substantially composed of Fe and inevitable impurities, and Cr (%)-Si (% ) -Ni (%)-Cu (%) is 3.00% or more . The reason why the types of specific components and the contents thereof are specified is as follows. In addition, the unit of the following content rate is weight%.
（１）Ｃ：０．１０〜０．４０％
Ｃは、鋼のＦｅと結合して炭化物Ｆｅ３Ｃを形成し、鋼を高強度化する。その効果を得るには、Ｃの含有率は、０．１０％以上、好ましくは０．１５％以上とするのが良い。０．１０％未満では、心部にフェライトが生成し、強度が低下する。一方、Ｃの含有率が高くなると、炭化物の生成量が多くなり、加工性、特に被削性が低下する。よって、Ｃの含有率は、０．４０％以下、好ましくは０．２５％以下とするのが良い。
(1) C: 0.10 to 0.40%
C combines with steel Fe to form carbide Fe 3 C, which increases the strength of the steel. In order to obtain the effect, the C content is 0.10% or more, preferably 0.15% or more. If it is less than 0.10%, ferrite is generated in the core and the strength is lowered. On the other hand, when the C content increases, the amount of carbide generated increases, and the workability, particularly machinability, decreases. Therefore, the C content is 0.40% or less, preferably 0.25% or less.
（２）Ｓｉ：０．０１〜０．２０％
Ｓｉは、焼入性に寄与する元素である。焼入性が低下すると、強度が低下する。焼入性が低下しないようにするためには、Ｓｉの含有率は、０．０１％以上とするのが良い。一方、Ｓｉの含有率が高くなると、炭化物析出量が減少して強度が低下する。そのため、Ｓｉの含有率は、０．２０％以下、好ましくは０．１％以下とするのが良い。
(2) Si: 0.01-0.20%
Si is an element that contributes to hardenability. When the hardenability decreases, the strength decreases. In order to prevent the hardenability from decreasing, the Si content is preferably 0.01% or more. On the other hand, when the Si content increases, the amount of carbide precipitation decreases and the strength decreases. Therefore, the Si content should be 0.20% or less, preferably 0.1% or less.
（３）Ｍｎ：０．２０〜２．００％
Ｍｎは、鋼を高強度化する働きを有する。その効果を得るには、Ｍｎの含有率は、０．２０％以上とするのが良い。０．２０％未満では、心部にフェライトが生成し、強度が低下する。一方、Ｍｎの含有率が高くなると、加工性、特に被削性が低下する。よって、Ｍｎの含有率は、２．００％以下、好ましくは１．５％以下とするのが良い。
(3) Mn: 0.20 to 2.00%
Mn has a function of increasing the strength of steel. In order to obtain the effect, the Mn content is preferably 0.20% or more. If it is less than 0.20%, ferrite is generated in the core and the strength is lowered. On the other hand, when the Mn content increases, workability, particularly machinability, decreases. Therefore, the content of Mn is 2.00% or less, preferably 1.5% or less.
（４）Ｐ：０．０３０％以下
Ｐは、鋼の脆化に影響する元素である。そのため、Ｐの含有率は、０．０３０％以下、好ましくは０．０２０％以下とするのが良い。
(4) P: 0.030% or less P is an element that affects the embrittlement of steel. Therefore, the content rate of P is 0.030% or less, preferably 0.020% or less.
（５）Ｓ：０．０３０％以下
Ｓは、Ｐと同様に、鋼の脆化に影響する元素である。そのため、Ｓの含有率は、０．０３０％以下、好ましくは０．０２０％以下とするのが良い。
(5) S: 0.030% or less S, like P, is an element that affects the embrittlement of steel. Therefore, the content of S is 0.030% or less, preferably 0.020% or less.
（６）Ｃｕ：０．０１〜０．２０％
Ｃｕは、Ｓｉと同様、炭化物析出量を減少させる元素である。そのため、Ｃｕの含有率は、０．２０％以下、好ましくは０．１０％以下とするのが良い。一方、Ｃｕの含有率が０．０１％未満では、心部にフェライトが生成し、強度が低下する。よって、Ｃｕの含有率は、０．０１％以上とするのが良い。
(6) Cu: 0.01 to 0.20%
Cu, like Si, is an element that reduces the amount of carbide precipitation. Therefore, the Cu content should be 0.20% or less, preferably 0.10% or less. On the other hand, if the Cu content is less than 0.01%, ferrite is generated in the core and the strength is lowered. Therefore, the Cu content is preferably 0.01% or more.
（７）Ｎｉ：０．０１〜０．５０％
Ｎｉは、Ｓｉ、Ｃｕと同様、炭化物析出量を減少させる元素である。そのため、Ｎｉの含有率は、０．５０％以下、好ましくは０．２０％以下とするのが良い。一方、Ｎｉの含有率が０．０１％未満では、心部にフェライトが生成し、強度が低下する。よって、Ｎｉの含有率は、０．０１％以上とするのが良い。
(7) Ni: 0.01 to 0.50%
Ni, like Si and Cu, is an element that reduces the amount of precipitated carbide. Therefore, the Ni content should be 0.50% or less, preferably 0.20% or less. On the other hand, if the Ni content is less than 0.01%, ferrite is generated in the core and the strength is lowered. Therefore, the Ni content is preferably 0.01% or more.
（８）Ｃｒ：３．００超〜６．００％
Ｃｒは、炭化物析出量を増加させる元素である。炭化物析出量を増加させれば、強度が向上する。その効果を得るには、Ｃｒの含有率は、３．００％超とするのが良い。３．００％以下では、炭化物析出量が減少し、強度が低下する。一方、Ｃｒの含有率が高くなると、加工性、特に被削性が低下する。よって、Ｃｒの含有率は、６．００％以下、好ましくは５．００％以下とするのが良い。
(8) Cr: more than 3.00 to 6.00%
Cr is an element that increases the amount of carbide precipitation. If the amount of carbide precipitation is increased, the strength is improved. In order to obtain the effect, the Cr content is preferably over 3.00%. If it is 3.00% or less, the amount of precipitated carbide decreases and the strength decreases. On the other hand, when the Cr content is increased, workability, particularly machinability, is lowered. Therefore, the Cr content should be 6.00% or less, preferably 5.00% or less.
（９）Ｍｏ：０．０１〜６．００％
Ｍｏは、焼入性に寄与する元素である。焼入性が低下すると、強度が低下する。焼入性が低下しないようにするためには、Ｍｏの含有率は、０．０１％以上、好ましくは０．１％以上とするのが良い。０．０１未満では、焼入性が低下して強度が低下する。一方、Ｍｏの含有率が高くなると、加工性、特に被削性が低下する。よって、Ｍｏの含有率は、６．００％以下、好ましくは３．００％以下とするのが良い。
(9) Mo: 0.01 to 6.00%
Mo is an element that contributes to hardenability. When the hardenability decreases, the strength decreases. In order to prevent the hardenability from deteriorating, the Mo content should be 0.01% or more, preferably 0.1% or more. If it is less than 0.01, the hardenability is lowered and the strength is lowered. On the other hand, when the Mo content increases, workability, particularly machinability, decreases. Therefore, the Mo content is 6.00% or less, preferably 3.00% or less.
（１０）Ｖ：０．０１〜２．００％
Ｖは、Ｍｏと同様、焼入性に寄与する元素である。その効果を得るには、Ｖの含有率は、０．０１％以上とするのが良い。０．０１未満では、焼入性が低下して強度が低下する。一方、Ｖの含有率が高くなると、加工性、特に被削性が低下する。よって、Ｖの含有率は、２．００％以下、好ましくは１．００％以下とするのが良い。
(10) V: 0.01 to 2.00%
V, like Mo, is an element that contributes to hardenability. In order to obtain the effect, the V content is preferably 0.01% or more. If it is less than 0.01, the hardenability is lowered and the strength is lowered. On the other hand, when the content ratio of V increases, workability, particularly machinability, decreases. Therefore, the content of V is 2.00% or less, preferably 1.00% or less.
本発明に係る浸炭用鋼において、炭化物の析出量を増大させるためには、上記Ｃｒ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｕの含有率は、Ｃｒ（％）−Ｓｉ（％）−Ｎｉ（％）−Ｃｕ（％）が３．００％以上であるのが良い。その理由を以下に述べる。 In the carburizing steel according to the present invention, in order to increase the precipitation amount of carbide, the Cr, Si, Ni, and Cu content is Cr (%)-Si (%)-Ni (%)-Cu ( %) Is preferably 3.00% or more . The reason is described below.
すなわち、本発明者らが真空浸炭やプラズマ浸炭の機構について調べたところ、浸炭ガスから生成した黒鉛が鋼材表面に付着して、付着した黒鉛が鋼材に吸収される過程で反応が進んでいるということが分かった。このとき、表面に付着した黒鉛と鋼材内部の炭素濃度とは平衡しており、ＳｉやＣｕ、Ｎｉが炭素の活量を上げるので、ＳｉやＣｕ、Ｎｉが多いと、付着した黒鉛が鋼材に吸収されない方向に平衡が寄る結果、黒鉛から鋼材への吸収がしづらいものとなる。一方、Ｃｒは、付着した黒鉛が鋼材に吸収される方向に平衡を寄せる働きがある。 That is, when the present inventors investigated the mechanism of vacuum carburizing and plasma carburizing, the graphite generated from the carburizing gas adheres to the steel material surface, and the reaction proceeds in the process of adhering the adhering graphite to the steel material. I understood that. At this time, the graphite adhering to the surface and the carbon concentration inside the steel material are in equilibrium, and Si, Cu, and Ni increase the carbon activity. Therefore, if there is a large amount of Si, Cu, and Ni, the adhering graphite becomes a steel material. As a result of the equilibrium being shifted in the direction in which it is not absorbed, it becomes difficult for graphite to be absorbed into the steel material. On the other hand, Cr has a function of bringing the adhering graphite into equilibrium in the direction in which it is absorbed by the steel material.
つまり、ＳｉやＣｕ、Ｎｉの含有量を減らし、Ｃｒの含有量を増やせば、付着した黒鉛が鋼材に吸収される方向に平衡が寄って、黒鉛から鋼材への吸収がしやすくなるからである。よって、Ｃｒ（％）−Ｓｉ（％）−Ｎｉ（％）−Ｃｕ（％）が特定の値以上となることとした。 That is, if the content of Si, Cu, or Ni is decreased and the content of Cr is increased, the adhering graphite is balanced in the direction in which it is absorbed by the steel material, and it is easy to absorb the graphite from the steel material. . Therefore, Cr (%)-Si (%)-Ni (%)-Cu (%) was determined to be a specific value or more.
本発明に係る浸炭用鋼は、上述した構成元素に加えて、さらに以下の元素から選択される１種または２種以上の元素を任意に含んでいても良い。これらの元素の含有率を特定した理由は、以下の通りである。 The carburizing steel according to the present invention may optionally contain one or more elements selected from the following elements in addition to the constituent elements described above. The reason for specifying the content of these elements is as follows.
＜１＞Ａｌ：０．０１〜０．２０％
Ａｌは、結晶粒を微細化し強度を向上させる元素である。その効果を得るには、Ａｌの含有率は、０．０１％以上とするのが良い。一方、Ａｌの含有率が高くなると、鋼中でアルミナが生じるので強度が低下する。よって、Ａｌの含有率は、０．２０％以下とするのが良い。
<1> Al: 0.01 to 0.20%
Al is an element that refines crystal grains and improves strength. In order to obtain the effect, the Al content is preferably 0.01% or more. On the other hand, if the Al content is increased, alumina is produced in the steel, so the strength is lowered. Therefore, the Al content is preferably 0.20% or less.
＜２＞Ｎｂ：０．０１〜０．２０％
Ｎｂは、炭化物や窒化物などを形成して加熱時のオーステナイト結晶粒を微細化して靭性の向上に寄与する。その効果を得るには、Ｎｂの含有率は、０．０１％以上とするのが良い。一方、Ｎｂの含有率が高くなると、炭化物等の過剰生成によって靭性が低下する。よって、Ｎｂの含有率は、０．２０％以下とするのが良い。
<2> Nb: 0.01-0.20%
Nb contributes to the improvement of toughness by forming carbides, nitrides, etc. to refine the austenite crystal grains during heating. In order to obtain the effect, the Nb content is preferably 0.01% or more. On the other hand, when the Nb content increases, toughness decreases due to excessive formation of carbides and the like. Therefore, the Nb content is preferably 0.20% or less.
＜３＞Ｔｉ：０．０１〜０．２０％
Ｔｉは、Ｎｂと同様、炭化物や窒化物などを形成して加熱時のオーステナイト結晶粒を微細化して靭性の向上に寄与する。その効果を得るには、Ｔｉの含有率は、０．０１％以上とするのが良い。一方、Ｔｉの含有率が高くなると、炭化物等の過剰生成によって靭性が低下する。よって、Ｔｉの含有率は、０．２０％以下とするのが良い。
<3> Ti: 0.01 to 0.20%
Ti, like Nb, forms carbides, nitrides, and the like to refine the austenite crystal grains during heating and contributes to the improvement of toughness. In order to obtain the effect, the Ti content is preferably 0.01% or more. On the other hand, when the Ti content increases, the toughness decreases due to excessive formation of carbides and the like. Therefore, the Ti content is preferably 0.20% or less.
＜４＞Ｎ：０．００１〜０．０５％
Ｎは、鋼中で窒化物を生成し、結晶粒の粗大化を抑制する作用を有している。その効果を得るには、Ｎの含有率は、０．００１％以上とするのが良い。Ｎの含有率が高くなると、窒化物が介在物となって、鍛造時や熱間加工時に割れを起こしやすくなるので、Ｎの含有率は、０．０５％以下とするのが良い。
<4> N: 0.001 to 0.05%
N has the effect | action which produces | generates nitride in steel and suppresses the coarsening of a crystal grain. In order to obtain the effect, the N content is preferably 0.001% or more. If the N content is increased, nitrides become inclusions, and cracks are likely to occur during forging or hot working, so the N content is preferably 0.05% or less.
＜５＞Ｂ：０．０００１〜０．０１％
Ｂは、焼入性を向上させる元素である。その効果を得るには、Ｂの含有率は、０．０００１％以上とするのが良い。０．０００１％未満では、焼入性が低下して強度が低下する。一方、Ｂの含有率が高くなると、鋼中でＢＮが生じるので強度が低下する。よって、Ｂの含有率は、０．０１％以下とするのが良い。
<5> B: 0.0001 to 0.01%
B is an element that improves hardenability. In order to obtain the effect, the B content is preferably 0.0001% or more. If it is less than 0.0001%, the hardenability decreases and the strength decreases. On the other hand, when the B content is increased, BN is produced in the steel, so the strength is lowered. Therefore, the B content is preferably 0.01% or less.
次に、本発明に係る浸炭用鋼の製造方法の一例について説明する。本発明に係る浸炭用鋼を得るには、上述した化学組成となるように各原料を秤量する。次いで、高周波誘導炉などの溶解炉で、上述する化学組成となる鋼種を溶製した後、熱間鍛造、熱間圧延などにより所望の形状にする。なお、必要に応じて、固溶化処理、焼きならし処理等を行なっても良い。固溶化処理としては、１０００〜１２００℃で行ない、焼きならし処理としては、９００〜１１００℃で行うと良い。 Next, an example of the manufacturing method of the carburizing steel according to the present invention will be described. In order to obtain the carburizing steel according to the present invention, each raw material is weighed so as to have the above-described chemical composition. Next, after melting a steel type having the above-described chemical composition in a melting furnace such as a high frequency induction furnace, it is formed into a desired shape by hot forging, hot rolling, or the like. In addition, you may perform a solution treatment, a normalizing process, etc. as needed. The solution treatment is preferably performed at 1000 to 1200 ° C., and the normalizing treatment is preferably performed at 900 to 1100 ° C.
一方、本発明に係る浸炭部材は、本発明に係る浸炭用鋼を真空浸炭またはプラズマ浸炭してなり、表面から深さ方向１０μｍの範囲での炭化物体積率が４０％以上であるものからなる。好ましくは、表面から深さ方向１０μｍの範囲での炭化物体積率が５０％以上、より好ましくは６０％以上、さらに好ましくは７０％以上である。炭化物体積率が高くなればなるほど強度が向上するからである。 On the other hand, the carburized member according to the present invention is formed by vacuum carburizing or plasma carburizing the carburizing steel according to the present invention, and has a carbide volume ratio in the range of 10 μm in the depth direction from the surface of 40% or more. Preferably, the carbide volume fraction in the range of 10 μm in the depth direction from the surface is 50% or more, more preferably 60% or more, and further preferably 70% or more. This is because the higher the carbide volume fraction, the higher the strength.
本発明においては、従来より行なわれている共析浸炭よりも高濃度に炭素を導入できる高濃度浸炭処理を行なう。高濃度処理としては、ガス浸炭よりも高濃度に炭素を導入できる真空浸炭やプラズマ浸炭を用いる。浸炭に用いるガスとしては、プロパンやアセチレンなど通常用いられる炭化水素ガスを使用することができる。 In the present invention, a high-concentration carburizing process that can introduce carbon at a higher concentration than the conventional eutectoid carburizing is performed. As the high concentration treatment, vacuum carburizing or plasma carburizing that can introduce carbon at a higher concentration than gas carburizing is used. As the gas used for carburizing, a commonly used hydrocarbon gas such as propane or acetylene can be used.
これまでも、真空浸炭やプラズマ浸炭により浸炭処理が行なわれることはあったが、真空浸炭やプラズマ浸炭の機構がはっきり分かっていなかったため、炭化物の量を増やすための方法が明確になっていなかった。そのため、従来の浸炭用鋼には、ある程度のＳｉやＮｉを含んでおり、鋼材表面から深さ方向１０μｍの範囲での炭化物体積率を４０％以上にすることができなかった。 Until now, carburizing treatment was performed by vacuum carburizing or plasma carburizing, but the mechanism of vacuum carburizing and plasma carburizing was not clearly understood, so the method for increasing the amount of carbide was not clear. . Therefore, the conventional carburizing steel contains a certain amount of Si and Ni, and the carbide volume ratio in the depth direction of 10 μm from the steel material surface could not be made 40% or more.
これに対し、本発明に係る浸炭用鋼を用いれば、上述する理由により、鋼材表面から深さ方向１０μｍの範囲での炭化物体積率を４０％以上にすることが可能となっている。 On the other hand, if the carburizing steel according to the present invention is used, the carbide volume ratio in the range of 10 μm in the depth direction from the steel surface can be made 40% or more for the reasons described above.
真空浸炭においては、例えば、減圧可能な加熱炉内に所望の形状とした浸炭用鋼を配置し、炉内を減圧・加熱した後、炭化水素ガスを炉内に導入し、炭化水素ガスの熱分解により発生した炭素を浸炭用鋼表面にしみこませる。その後、しみこんだ炭素を浸炭用鋼表面から内部へ拡散させる。浸炭用鋼を浸炭した後は、必要に応じて焼き戻しなどを行なう。 In vacuum carburization, for example, carburizing steel having a desired shape is placed in a furnace that can be depressurized, and after the furnace is depressurized and heated, hydrocarbon gas is introduced into the furnace and the heat of the hydrocarbon gas is increased. Carbon generated by decomposition is soaked into the carburizing steel surface. Thereafter, the soaked carbon is diffused from the carburizing steel surface to the inside. After carburizing the carburizing steel, tempering is performed as necessary.
真空浸炭処理の温度は、８００〜１１００℃、圧力は、１〜１０００Ｐａとし、炉内に導入する炭化水素ガスの圧力は、５００〜２０００Ｐａ、浸炭時間１分〜３時間、拡散時間０分〜３時間とすると良い。また、焼き戻しする温度は、１００〜２５０℃、時間は、３０分〜５時間とするとが良い。 The temperature of the vacuum carburizing treatment is 800 to 1100 ° C., the pressure is 1 to 1000 Pa, the pressure of the hydrocarbon gas introduced into the furnace is 500 to 2000 Pa, the carburizing time 1 minute to 3 hours, and the diffusion time 0 minutes to 3 Time is good. In addition, the temperature to be tempered is preferably 100 to 250 ° C., and the time is preferably 30 minutes to 5 hours.
また、プラズマ浸炭においては、例えば、処理室に所望の形状とした浸炭用鋼を配置し、排気後にアルゴンなどの希釈ガスとともに炭化水素ガスを導入する。炉内を加熱した後、直流高電圧を印加して保持する。このとき、導入された炭化水素ガスはプラズマ化し、陰極付近で急激に電位が低下する。このため、プラズマ中の炭素は、イオン化した状態で陰極降下によって加速され、鋼表面に衝突して黒鉛を形成し、鋼に浸炭される。 In plasma carburizing, for example, carburizing steel having a desired shape is disposed in a processing chamber, and a hydrocarbon gas is introduced together with a diluent gas such as argon after exhaust. After heating the inside of the furnace, a DC high voltage is applied and held. At this time, the introduced hydrocarbon gas is turned into plasma, and the potential rapidly decreases in the vicinity of the cathode. For this reason, the carbon in the plasma is accelerated by the cathode fall in an ionized state, collides with the steel surface to form graphite, and is carburized by the steel.
プラズマ浸炭の温度は、８００〜１１００℃とする。また、炉内に導入する炭化水素ガス濃度は、５０〜１００％とする。そして、直流高電圧は、１００〜２００Ｖとする。 The temperature of plasma carburizing is 800-1100 ° C. Moreover, the hydrocarbon gas concentration introduced into the furnace is 50 to 100%. And the direct-current high voltage shall be 100-200V.
以上により、表面から深さ方向１０μｍの範囲での炭化物体積率が４０％以上とすることで、表面強度に優れるものとなる。 As described above, when the volume fraction of carbide in the range of 10 μm in the depth direction from the surface is 40% or more, the surface strength is excellent.
なお、ここでいう炭化物体積率とは、一定範囲の鋼材中における炭化物の体積の割合であり、炭化物体積率は、鋼材表面に対して垂直に切断した断面上の炭化物面積率と同値とした。炭化物面積率は、鋼材表面の一定範囲における炭化物の占める割合である。 In addition, the carbide volume ratio here is a ratio of the volume of carbide in the steel material in a certain range, and the carbide volume ratio was set to the same value as the carbide area ratio on the cross section cut perpendicularly to the steel material surface. The carbide area ratio is a ratio of carbide in a certain range of the steel material surface.
そして、本発明に係る浸炭部材は、表面炭素濃度が３．５〜７．０％の範囲内にあることが好ましい。上述のように、本発明に係る浸炭用鋼によれば、鋼材表面の炭化物濃度を高くすることができるため、表面炭素濃度も高くなる。そして、表面炭素濃度を３．５〜７．０％の範囲内とすれば、表面強度に優れるものとなる。 And it is preferable that the carburized member which concerns on this invention exists in the range whose surface carbon concentration is 3.5 to 7.0%. As described above, according to the carburizing steel according to the present invention, since the carbide concentration on the surface of the steel material can be increased, the surface carbon concentration is also increased. If the surface carbon concentration is in the range of 3.5 to 7.0%, the surface strength is excellent.
以上により説明した本発明に係る浸炭部材の用途は、特に限定されるものではないが、例えば、自動車などの車両の歯車、シャフト、等速ジョイント、ＣＶＴ部品などを例示することができる。 The use of the carburized member according to the present invention described above is not particularly limited, and examples thereof include gears of vehicles such as automobiles, shafts, constant velocity joints, CVT parts, and the like.
以下、本発明を実施例を用いてより具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
表１に示す化学組成となるようにした鋼種を高周波誘導炉で溶製した後、１５０ｋｇの鋼塊に鋳造した。これを１１５０℃で熱間鍛造にてφ８８ｍｍの丸棒に加工し、所定長さに切断して熱間鍛造にて下記形状のギアとした後、真空浸炭処理を行なった。真空浸炭は、炉内を１Ｐａに減圧し、炉内温度を１０５０℃にして、浸炭（アセチレンガス供給）２分・拡散１０分の操作を３回繰返して行なった。焼入れ後、８５０℃で、浸炭５分拡散５分の操作を５回繰返し、再焼入れした。浸炭処理後、１８０℃１時間の焼戻しをし、浸炭処理された各化学組成のギアを用いて下記ギア耐久試験を行ない、ピッチング強度を評価した。 A steel type having the chemical composition shown in Table 1 was melted in a high frequency induction furnace, and then cast into a 150 kg steel ingot. This was processed into a round bar of φ88 mm by hot forging at 1150 ° C., cut into a predetermined length and made into a gear having the following shape by hot forging, and then subjected to vacuum carburizing treatment. In the vacuum carburization, the inside of the furnace was depressurized to 1 Pa, the furnace temperature was 1050 ° C., and carburizing (acetylene gas supply) for 2 minutes and diffusion for 10 minutes were repeated three times. After quenching, the carburizing 5 minute diffusion 5 minute operation was repeated 5 times at 850 ° C. and re-quenched. After the carburizing treatment, tempering was performed at 180 ° C. for 1 hour, and the following gear durability test was performed using the gears of each chemical composition subjected to the carburizing treatment to evaluate the pitching strength.
〔ギア形状〕
モジュール２．５、歯数３０、ピッチ円径８２．７５３ｍｍ、歯幅２０ｍｍ、ネジレ角２５°とした。
[Gear shape]
Module 2.5, number of teeth 30, pitch circle diameter 82.753 mm, tooth width 20 mm, helix angle 25 °.
〔ギア耐久試験〕
上記ギアに負荷をかけて回転させ、１０７回でピッチング破壊に至るピッチ円状での面圧で評価。回転速度は３６００回／分とした。
[Gear durability test]
Evaluated by the surface pressure in the form of a pitch circle that causes the gear to rotate with a load and reaches 10 7 times the pitching failure. The rotation speed was 3600 times / minute.
〔評価方法〕
炭化物体積率
鋼材表面に対して垂直に切断した試料をナイタール、ピクラル等を用いてエッチングし、断面上の炭化物面積率を求め、炭化物面積率を炭化物体積率と同値とした。
炭化物面積率
ＳＥＭで３０００倍で撮影した写真を用い、画像解析して定量化した。測定視野の面積は１．２×１０−３ｍｍ２である。
〔Evaluation methods〕
Carbide volume fraction A sample cut perpendicularly to the steel surface was etched using nital, picral, etc. to determine the carbide area ratio on the cross section, and the carbide area ratio was the same as the carbide volume ratio.
Carbide area ratio Using a photograph taken at 3000 times with SEM, image analysis was performed to quantify. The area of the measurement visual field is 1.2 × 10 −3 mm 2 .
表面炭素濃度
蛍光Ｘ線分光法により、鋼表面の炭素の定量分析を行なった。
Surface carbon concentration Quantitative analysis of carbon on the steel surface was performed by fluorescent X-ray spectroscopy.
表１に、実施例、比較例に係る浸炭用鋼の化学組成を、表２に、実施例、比較例に係る浸炭処理されたギアの試験結果を示す。 Table 1 shows the chemical composition of the carburizing steels according to the examples and comparative examples, and Table 2 shows the test results of the carburized gears according to the examples and comparative examples.
表１および表２から、比較例２に係る浸炭用鋼はＳｉ含有率が特定範囲より高く、比較例４に係る浸炭用鋼はＮｉ含有率が特定範囲より高い。また、比較例１〜４に係る浸炭用鋼はＣｒ含有率が特定範囲より低い。そして、比較例１〜４に係る浸炭用鋼は、Ｃｒ（％）−Ｓｉ（％）−Ｎｉ（％）−Ｃｕ（％）の値が３．００％未満となっている。そのため、浸炭処理されたギア表面に析出する炭化物の量が低く、表面から深さ方向１０μｍの範囲での炭化物体積率は２０％前後であり、表面炭素濃度は２％程度であった。その結果、ピッチング強度に劣ることが分かる。 From Tables 1 and 2, the carburizing steel according to Comparative Example 2 has a Si content higher than the specific range, and the carburizing steel according to Comparative Example 4 has a Ni content higher than the specific range. Moreover, as for the carburizing steel which concerns on Comparative Examples 1-4, Cr content rate is lower than a specific range. And as for the carburizing steel which concerns on Comparative Examples 1-4, the value of Cr (%)-Si (%)-Ni (%)-Cu (%) is less than 3.00% . Therefore, the amount of carbide deposited on the carburized gear surface was low, the carbide volume ratio in the depth direction of 10 μm from the surface was about 20%, and the surface carbon concentration was about 2%. As a result, it can be seen that the pitching strength is inferior.
これに対し、実施例１〜１５に係る浸炭用鋼は特定成分の含有率を特定範囲内としており、かつ、Ｃｒ（％）−Ｓｉ（％）−Ｎｉ（％）−Ｃｕ（％）の値が３．００％以上である。そのため、浸炭処理されたギア表面に析出する炭化物の量は高くなり、表面から深さ方向１０μｍの範囲での炭化物体積率は４０％以上、表面炭素濃度は３．５％以上であった。その結果、ピッチング強度に優れることが分かった。表面から深さ方向１０μｍの範囲での炭化物体積率が６０％以上、さらには７０％以上のものは、特にピッチング強度に優れることが分かった。 On the other hand, the carburizing steel according to Examples 1 to 15 has the content of the specific component within the specific range, and the value of Cr (%)-Si (%)-Ni (%)-Cu (%). Is 3.00% or more . Therefore, the amount of carbides deposited on the carburized gear surface was high, the carbide volume fraction in the range of 10 μm in the depth direction from the surface was 40% or more, and the surface carbon concentration was 3.5% or more. As a result, it was found that the pitching strength was excellent. It has been found that those having a volume fraction of carbide in the depth direction of 10 μm from the surface of 60% or more, more preferably 70% or more, are particularly excellent in pitching strength.
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
Claims (4)
Ｃ ：０．１０〜０．４０％、
Ｓｉ：０．０１〜０．２０％、
Ｍｎ：０．２０〜２．００％、
Ｐ ：０．０３０％以下、
Ｓ ：０．０３０％以下、
Ｃｕ：０．０１〜０．２０％、
Ｎｉ：０．０１〜０．５０％、
Ｃｒ：３．００超〜６．００％、
Ｍｏ：０．０１〜６．００％、
Ｖ ：０．０１〜２．００％であり、
残部が実質的にＦｅおよび不可避的不純物よりなり、かつ、Ｃｒ（％）−Ｓｉ（％）−Ｎｉ（％）−Ｃｕ（％）が３．０％を超えることを特徴とする浸炭用鋼。 % By weight
C: 0.10 to 0.40%,
Si: 0.01-0.20%,
Mn: 0.20 to 2.00%,
P: 0.030% or less,
S: 0.030% or less,
Cu: 0.01-0.20%,
Ni: 0.01 to 0.50%,
Cr: more than 3.00 to 6.00%,
Mo: 0.01 to 6.00%,
V: 0.01 to 2.00%,
A carburizing steel characterized in that the balance is substantially made of Fe and inevitable impurities, and Cr (%)-Si (%)-Ni (%)-Cu (%) exceeds 3.0%.
Ｎｂ：０．０１〜０．２０％、
Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、
Ｎ ：０．００１〜０．０５％、および、
Ｂ ：０．０００１〜０．０１％、
から選択される１種または２種以上をさらに含有することを特徴とする請求項１に記載の浸炭用鋼。 Al: 0.01-0.20%,
Nb: 0.01-0.20%,
Ti: 0.01-0.20%,
N: 0.001 to 0.05% and
B: 0.0001 to 0.01%
The carburizing steel according to claim 1, further comprising one or more selected from the group consisting of:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006223062A JP2008045178A (en) | 2006-08-18 | 2006-08-18 | Carburizing steel and carburized member |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006223062A JP2008045178A (en) | 2006-08-18 | 2006-08-18 | Carburizing steel and carburized member |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2008045178A true JP2008045178A (en) | 2008-02-28 |
Family
ID=39179201
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006223062A Pending JP2008045178A (en) | 2006-08-18 | 2006-08-18 | Carburizing steel and carburized member |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2008045178A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010053431A (en) * | 2008-08-29 | 2010-03-11 | Ihi Corp | Vacuum carburizing method and vacuum carburizing device |
| JP2012108003A (en) * | 2010-11-17 | 2012-06-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | METHOD FOR MEASURING CARBURIZED DEPTH OF Cr-CONTAINING ALLOY |
| WO2014042066A1 (en) * | 2012-09-14 | 2014-03-20 | 日本発條株式会社 | Helical compression spring and method for manufacturing same |
-
2006
- 2006-08-18 JP JP2006223062A patent/JP2008045178A/en active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010053431A (en) * | 2008-08-29 | 2010-03-11 | Ihi Corp | Vacuum carburizing method and vacuum carburizing device |
| JP2012108003A (en) * | 2010-11-17 | 2012-06-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | METHOD FOR MEASURING CARBURIZED DEPTH OF Cr-CONTAINING ALLOY |
| WO2014042066A1 (en) * | 2012-09-14 | 2014-03-20 | 日本発條株式会社 | Helical compression spring and method for manufacturing same |
| KR20150054969A (en) * | 2012-09-14 | 2015-05-20 | 니혼 하츠쵸 가부시키가이샤 | Helical compression spring and method for manufacturing same |
| US9752636B2 (en) | 2012-09-14 | 2017-09-05 | Nhk Spring Co., Ltd. | Helical compression spring and method for manufacturing same |
| KR102191407B1 (en) * | 2012-09-14 | 2020-12-15 | 니혼 하츠쵸 가부시키가이샤 | Helical compression spring and method for manufacturing same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2284287B1 (en) | Method for manufacturing a carburized part and steel part | |
| EP3088550A1 (en) | Carburized-steel-component production method, and carburized steel component | |
| JP5862802B2 (en) | Carburizing steel | |
| JP2001234277A (en) | High strength steel excellent in fatigue characteristic and producing method therefor | |
| WO2013140869A1 (en) | Steel material for nitriding, and nitriding component | |
| JP2007231305A (en) | Carburized component and carburized gear | |
| JP2007332438A (en) | Steel material for carburizing and quenching having excellent low cycle fatigue property and carburized and quenched component | |
| JP2009114484A (en) | Method for manufacturing high-strength carburized component | |
| JP2007308772A (en) | Carburized parts and manufacturing method therefor | |
| JP5558887B2 (en) | Manufacturing method of high strength parts using Ti and B added steels with excellent low cycle fatigue strength | |
| JP2013112827A (en) | Gear excellent in pitching resistance and manufacturing method therefor | |
| JP6772499B2 (en) | Steel parts and their manufacturing methods | |
| JP5076535B2 (en) | Carburized parts and manufacturing method thereof | |
| JP2011006734A (en) | Steel for vacuum carburizing and vacuum-carburized component | |
| JP5272330B2 (en) | Steel for gas carburization, gas carburized parts, and method for manufacturing gas carburized parts | |
| JP2019218582A (en) | Mechanical component | |
| JP4188307B2 (en) | Carburized parts and manufacturing method thereof | |
| JPH0953149A (en) | Case hardening steel with high strength and high toughness | |
| JP2008045178A (en) | Carburizing steel and carburized member | |
| JP3543557B2 (en) | Carburized gear | |
| JP5643622B2 (en) | Case-hardened steel and machine structural parts using the same | |
| CN113316651B (en) | Steel material and component | |
| JP2009191322A (en) | Case-hardened steel superior in grain-coarsening resistance for use in carburized parts | |
| JPH07188895A (en) | Manufacture of parts for machine structure use | |
| JPH08260039A (en) | Production of carburized and case hardened steel |