KR101745224B1

KR101745224B1 - 침탄용 강

Info

Publication number: KR101745224B1
Application number: KR1020157016420A
Authority: KR
Inventors: 다츠야 고야마; 마나부 구보타; 스구루 요시다
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2013-12-25
Publication date: 2017-06-08
Also published as: CN104884660A; WO2014104113A1; JP5862802B2; CN104884660B; KR20150086365A; JPWO2014104113A1

Abstract

본 발명에 따른 강은, 화학 조성이, 질량％로, C: 0.16~0.30％, Si: 0.01~2.0％, Mn: 0.35~1.45％, Cr: 0.05~3.0％, Al: 0.001~0.2％, Ni: 0.04~5.0％, Sn: 0.015％~1.0％, S: 0.004~0.05％, N: 0.003~0.03％, O: 0.005％ 이하, P: 0.025％ 이하, Mo: 0~1.0％, Cu: 0~1.0％, B: 0~0.005％, Nb: 0~0.3％, Ti: 0~0.3％, V: 0~1.0％, Ca: 0~0.01％, Mg: 0~0.01％, Zr: 0~0.05％, Te: 0~0.1％, 희토류 원소: 0~0.005％, 및 잔량부: Fe 및 불순물이며, Si, Ni, Al 및 Sn의 함유량을 질량％로 [Si％], [Ni％], [Al％], [Sn％]로 나타냈을 때에, 「42≥21×[Si％]+5×[Ni％]+40×[Sn％]+32×[Al％]≥8.5」라는 관계를 충족한다.

Description

침탄용 강{STEEL FOR CARBURIZING}

본 발명은 침탄강 부품마다 침탄 조건의 조정을 행하지 않고, 여러가지 침탄강 부품의 내충격 특성을 향상시키는 것을 가능하게 하는 침탄용 강에 관한 것이다.

본원은, 2012년 12월 28일에, 일본에서 출원된 일본 특허 출원 제2012-288131호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

기계 구조용 부품은, 급격하게 큰 응력을 받음으로써 파손되는 경우가 있다. 특히, 차동 기어, 트랜스미션 기어, 및 기어 부착 침탄 샤프트 등의 차량용 기어에서는, 차량의 급발진 및 급정차 시의 부하에 의해, 디덴덤이 충격 파괴로 파손 되는 경우가 있다. 이러한 현상을 방지하기 위해서, 특히 차동 기어 및 트랜스미션 기어에 있어서는, 그 충격값(내충격 특성)의 향상이 보다 한층 요망되고 있다. 이들 기계 구조용 부품의 충격값을 충분히 향상시킴으로써, 기계 구조용 부품에 사용되는 재료의 양을 감소시켜, 기계 구조용 부품의 경량화를 달성할 수 있다.

종래, 상기한 부품에서는 일반적으로, 예를 들어 JIS SCr420, 및 JIS SCM420 등의, C 함유량이 0.2％ 전후인 기소강을 소재로서 사용함으로써 코어부의 인성을 확보한다. 또한, 상기한 부품에서는, 침탄 담금질 처리와 150℃ 전후의 저온 템퍼링을 실시하여, 부품 표면의 금속 조직을 C 함유량이 0.8%인 템퍼링 마르텐사이트 조직으로 한다. 이에 의해, 부품의 고사이클 굽힘 피로 강도 및 내마모성을 높인다.

충격값을 향상시키기 위한 종래 기술에 대하여 이하에 설명한다. 특허문헌 1에서는, Al, B, 및 N의 함유량을 규정하고, 고용 B에 의해 내충격 피로 특성, 및 면피로 강도를 높인 기어용 강, 및 그것을 사용한 기어가 제안되어 있다. 그러나, 특허문헌 1에 기재된 기어에서는, 침탄 시에 탈B 현상이 일어나서, 기어 표층의 고용 B가 소실되므로, 그 충격값의 향상은 작다.

특허문헌 2에서는, Mo, Si, P, Mn, 및 Cr의 함유량을 규정하고, 특히 Mo의 함유량을 높임으로써 얻어지는, 내충격성이 우수한 기어가 제안되어 있다. 그러나, Mo 함유량을 증대시킴에 있어서, Si, Mn, 및 Cr의 함유량을 낮게 할 필요가 있으므로, 특허문헌 2에 기재된 기어에서는, 담금질성의 저하에 의한 강도의 저하가 일어난다.

특허문헌 3에서는, 적당량의 Cu를 함유시킴으로써 얻어지는, 고강도 또한 고인성을 갖는 기소강이 제안되어 있다. 그러나, 고온에서는 강 중의 Cu가 액층이 되어, 강의 취화를 촉진한다. 따라서, 특허문헌 3에 기재된 기소강의 제조 조건에는 제약이 있다.

본 발명자들은, 침탄 특성과 내충격 특성의 관계의 조사를 예의 실시하였다. 그 결과, 후술하는 바와 같이, 침탄 시에 강에 침입하는 C의 침입량을 저하시켜서, 침탄재의 표면 C 농도를 저하시키는 것이 충격값을 향상시키기 위해서는 효과적이다라는 지견을 본 발명자들은 얻었다. 그러나, 침탄재의 표면 C 농도가 너무 낮은 경우, 침탄 처리의 본래 목적인 피로 강도, 및 내마모성 등의 특성의 향상이 달성되지 않게 된다. 따라서, 내충격 특성과, 피로 강도 및 내마모성 등의 특성을 침탄강 부품에 있어서 양립시키기 위해서는, 침탄강 부품의 표면 C 농도를 적절한 수준으로 제어할 필요가 있다.

표면 C 농도의 저감은, 침탄 처리 시에 카본 포텐셜을 저하시킴으로써 실현가능하다. 그러나, 침탄로를 사용한 실제의 생산 공정에 있어서 이것을 실시하는 것은 어렵다. 왜냐하면, 실제의 생산 공정에서는, 침탄로는, 용도가 서로 다른 여러가지의 부품에 대하여, 동시에 또한 연속하여 대량으로 처리를 행할 필요가 있기 때문이다. 침탄을 행하는 부품에 요구되는 특성은, 상술한 바와 같이 내충격 특성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 내마모성 및 피로 강도 등의 특성도 침탄강 부품에는 요구된다. 따라서, 침탄 처리 시에 카본 포텐셜을 저하시키는 것은, 내충격 특성이 주로 요구되는 부품에 대해서는 유효하지만, 피로 강도가 주로 요구되는 부품에 있어서 악영향을 미쳐서, 피로 강도의 저하에 의한 문제를 발생시킨다. 만일 침탄성이 별로 발휘되지 않는 조건으로 침탄함으로써 침탄강 부품의 표면 C 농도를 제어하는 것을 시도할 경우, 부품마다 침탄 조건을 조정하는 것이 필요해진다. 그러나, 이것은 생산성의 저하로 연결되므로, 산업 이용상 바람직하지 않다.

따라서, 여러가지 부품의 침탄에 대응할 수 있는 다소 강한 침탄 조건으로 침탄 처리를 행했다고 해도, C의 침입량을 적절한 수준으로 제어할 수 있는 침탄용 강이 요구된다.

표면 C 농도의 제어 기술로서, 특허문헌 4에 있어서, Si, Ni, Cu, 및 Cr의 함유량의 관계를 규정함으로써 과잉 침탄을 억제하는 침탄강 부품이 제안되어 있다. 그러나, 이 문헌에서 대상으로 하고 있는 침탄 분위기는, 강의 표면 C 농도를 1.0％ 정도로 하는 침탄 분위기이다. 강의 표면 C 농도를 이러한 값으로 한 경우, 강의 표면에 탄화물이 발생한다. 이 경우, 충격값의 향상에 유효한 표면 C 농도의 저하를 실현할 수 없다.

일본 특허 공개 2008-179848호 공보 일본 특허 공개 평1-108347호 공보 일본 특허 3927355호 공보 일본 특허 공개 2007-291486호 공보

상술한 바와 같이, 기계 구조용의 침탄강 부품에 있어서는, 내충격 특성과, 내마모성을 양립시킬 필요가 있다. 침탄강 부품에 사용되는 침탄재의 내충격 특성을 충분히 향상시킴으로써, 사용 재료량을 억제하면서도 부품의 내충격 특성이 확보되도록 부품의 설계를 변경할 수 있다. 또한, 기계 구조용의 침탄강 부품의 실제 생산 공정에 있어서의 침탄 처리는, 용도가 상이한 여러가지의 부품에 대하여 단일의 침탄 조건 하에서, 또는 가능한 한 적은 종류의 침탄 조건 하에서 행해질 필요가 있다.

특허문헌 1 내지 4의 개시 기술에서는, 충격값의 향상과 생산성 저하의 회피를 양립해야 한다는 요구, 구체적으로는 부품마다 침탄 조건을 조정하지 않고 내충격 특성이 우수한 침탄강 부품을 얻어야 한다는 요구에는 충분히 따를 수 없었다.

본 발명은 침탄강 부품의 재료로서 사용했을 때에, 충격값(내충격 특성)과 내마모성의 양쪽이 우수한 침탄강 부품을 얻을 수 있고, 또한, 그 침탄강 부품의 제조 시에는 침탄 조건의 변경을 필요로 하지 않는 강을 제공하는 것이다.

본 발명자들은, 생산성 저하를 피하고, 또한 우수한 충격값을 갖는 침탄강 부품을 얻을 수 있는 강을 실현하기 위해서, 화학 조성과 침탄 재질 특성을 광범위 또한 계통적으로 변화시킨 강에 대하여 침탄 및 충격 시험을 실시하였다. 그 결과, 이하에 설명하는 지견이 얻어졌다.

도 1은, 강에 침탄 처리를 행하여 얻어진 침탄재의 표면 C 농도와 충격값의 관계를 도시하는 그래프이다. 침탄 처리에 의해 강의 표면 C 농도는 상승한다. 침탄재의 충격값을 향상시키기 위해서는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 침탄 후의 표면 C 농도를 적절한 수준으로 제어하는 것이 효과적이다라는 지견을 얻었다.

또한 본 발명자들은, 침탄재의 표면 C 농도를 상술한 바와 같이 제어하는 것은, 강 중에 고용하는 합금 원소의 함유량을 조정함으로써 실현할 수 있다라는 지견을 얻었다. 구체적으로는, 각 합금 원소의 함유량 각각을 소정 범위 내로 하고, 또한, 강 중의 합금 원소 중, Si, Ni, Al, 및 Sn의 강 중 함유량(단위: 질량％)을 [Si％], [Ni％], [Al％], [Sn％]로 했을 때에, 하기 식 (A)가 만족되는 것에 의해, 침탄재의 표면 C 농도가 적절한 값이 되고, 충격값이 향상되는 것을 본 발명자들은 밝히고, 이에 의해 본원 발명을 완성하였다.

42≥21×[Si％]+5×[Ni％]+40×[Sn％]+32×[Al％]≥8.5… (A)

본 발명은 이상의 신규한 지견에 기초를 두고서 이루어진 것으로서, 본 발명의 요지는 이하와 같다.

(1) 본 발명의 일 형태에 관한 강은, 화학 조성이, 질량％로, C: 0.16~0.30％, Si: 0.01~2.0％, Mn: 0.35~1.45％, Cr: 0.05~3.0％, Al: 0.001~0.2％, Ni: 0.04~5.0％, Sn: 0.015~1.0％, S: 0.004~0.05％, N: 0.003~0.03％, O: 0.005％ 이하, P: 0.025％ 이하, Mo: 0~1.0％, Cu: 0~1.0％, B: 0~0.005％, Nb: 0~0.3％, Ti: 0~0.3％, V: 0~1.0％, Ca: 0~0.01％, Mg: 0~0.01％, Zr: 0~0.05％, Te: 0~0.1％, 희토류 원소: 0~0.005％, 및 잔량부: Fe 및 불순물이며, Si, Ni, Al 및 Sn의 함유량을 질량％로 [Si％], [Ni％], [Al％], [Sn％]로 나타냈을 때에, 하기 (A)식을 충족한다.

42≥21×[Si％]+5×[Ni％]+40×[Sn％]+32×[Al％]≥8.5… (A)

(2) 상기 (1)에 기재된 강은, 상기 화학 조성이, 질량％로, Mo: 0.05~1.0％, Cu: 0.01~1.0％, 및 B: 0.0002~0.005％ 중 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 강은, 상기 화학 조성이, 질량％로, Nb: 0.005~0.3％, Ti: 0.005~0.3％, 및 V: 0.01~1.0％ 중 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.

(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 강은, 상기 화학 조성이, 질량％로, Ca: 0.0005~0.01％, Mg: 0.0005~0.01％, Zr: 0.0005~0.05％, Te: 0.0005~0.1％, 및 희토류 원소: 0.0001~0.005％ 중 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.

본 발명의 강을 사용하여 침탄강 부품을 제조하면, 침탄강 부품의 충격값을 향상시키기 위해서, 침탄강 부품마다 침탄 조건을 조정할 필요가 없다. 따라서, 침탄 방법의 통일에 의한 제조 효율의 향상이 가능하게 됨과 함께, 우수한 충격값의 침탄강 부품을 얻을 수 있어, 본 발명에 의한 산업상의 효과는 매우 크다.

도 1은 충격값과 표면 C 농도 관계를 도시하는 그래프이다.
도 2는 본 발명에 있어서 사용된 샤르피 충격 시험편의, 절결의 연장 방향에 수직한 단면을 도시하는 모식도이다.
도 3은 표면 C 농도의 측정 영역을 도시하는 모식도이다.
도 4는 표면 C 농도와 충격값비의 관계를 도시하는 편대수 그래프이다.
도 5는 21×[Si％]+5×[Ni％]+40×[Sn％]+32×[Al％]과, 표면 C 농도 및 충격값비의 관계를 도시하는 그래프이다.

이하에, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명한다.

먼저, 본 실시 형태에 따른 강의 화학 성분의 한정 이유에 대하여 설명한다. 이하, 합금 원소의 함유량에 관한 단위인 「질량％」는, 간단히 「％」라고 기재한다. 이하의 설명에 있어서, 강(침탄용 강)에 관한 설명은, 특별히 언급이 없는 한 침탄강 부품(침탄재)에도 적용된다.

C: 0.16~0.30％

C 함유량은, 침탄강 부품의 코어부 강도를 결정하고, 또한 유효 경화층 깊이에도 영향을 미친다. 필요한 코어부 강도를 확보하기 위해서, C 함유량의 하한값을 0.16％로 한다. 한편, C 함유량이 너무 많으면 제조성이 저하되므로, C 함유량의 상한값을 0.30％로 한다. C 함유량은, 바람직하게는 0.18~0.25％이다.

Si: 0.01~2.0％

Si는, 강의 탈산에 유효한 원소임과 동시에, 기계 구조용 부품으로서 필요한 강도 및 담금질성을 침탄강 부품에 부여하기 위하여 유효한 원소이다. 또한, Si 함유량의 증가에 의해, 침탄 시의 침탄성이 저하되고, 침탄강 부품의 충격값이 향상된다. Si 함유량이 0.01％ 미만이면 그 효과가 불충분하다. 또한, Si 함유량이 2.0％를 초과하면, 제조 시의 탈탄이 현저해져, 침탄강 부품의 강도 및 유효 경화층 깊이가 부족하다. 이상의 이유에 의해, Si 함유량을 0.01~2.0％의 범위 내로 할 필요가 있다. Si 함유량은, 바람직하게는 0.2~1.5％이다.

Mn: 0.35~1.45％

Mn은 강의 탈산에 유효한 원소임과 동시에, 필요한 강도 및 담금질성을 강에 부여하기 위하여 유효한 원소이다. Mn 함유량이 0.35％ 미만이면, 마르텐사이트 변태 개시 온도가 높아지고, 셀프 템퍼를 일으키고, 경도가 저하된다. 또한, Mn 함유량이 1.45％를 초과하면, 서브 제로 처리 후에도 잔류 오스테나이트가 안정적으로 강 중에 존재하여, 강의 강도가 저하된다. 이상의 이유에 의해, Mn 함유량을 0.35~1.45％의 범위 내로 할 필요가 있다. Mn 함유량은, 바람직하게는, 0.50~1.10％이다.

Cr: 0.05~3.0％

Cr은, 필요한 강도 및 담금질성을 강에 부여하기 위하여 유효한 원소이다. Cr 함유량이 0.05％ 미만에서는 그 효과가 불충분하다. Cr 함유량이 3.0％를 초과하면, 그 효과가 포화된다. 이상의 이유에 의해, Cr 함유량을 0.05~3.0％의 범위 내로 할 필요가 있다. Cr 함유량은, 바람직하게는 0.2~1.5％이다.

Al: 0.001~0.2％

Al은, 강의 탈산에 유효한 원소임과 동시에, 질화물이 되어서 강 중에 석출되어, 결정립 미세화 효과를 발휘하는 원소이다. 또한, Al 함유량이 증가하면, 강의 침탄성이 저하되고, 이에 의해 침탄강 부품의 충격값이 향상된다. Al 함유량이 0.001％ 미만이면 그 효과가 불충분하다. 또한, Al 함유량이 0.2％를 초과하면, 석출물(Al 질화물)이 조대화하여, 강 및 침탄강 부품의 취화 원인이 된다. 이상의 이유에 의해, Al 함유량을 0.001~0.2％의 범위 내로 할 필요가 있다. Al 함유량의 적합 범위는 0.01~0.15％이다.

Ni: 0.04~5.0％

Ni는, 필요한 강도 및 담금질성을 강에 부여하기 위하여 유효한 원소이다. 또한, Ni 함유량의 증가에 의해, 침탄 시의 침탄성이 저하되고, 이에 의해 침탄강 부품의 충격값이 향상된다. Ni 함유량이 0.04％ 미만에서는 그 효과가 불충분하다. Ni 함유량이 5.0％를 초과하면, 서브 제로 처리를 강에 실시해도, 잔류 오스테나이트가 강 중에 안정적으로 존재하여, 강의 강도가 저하된다. 이상의 이유에 의해, Ni 함유량을 0.04~5.0％의 범위 내로 할 필요가 있다. 바람직하게는, Ni 함유량은 1.0~2.0％이다.

Sn: 0.015~1.0％

Sn 함유량의 증가에 의해, 침탄 시의 침탄성이 저하되고, 이에 의해 침탄강 부품의 충격값이 향상된다. Sn 함유량이 0.015％ 미만이면, 그 효과는 불충분하다. 한편, Sn 함유량이 1.0％를 초과하면, 강의 열간 연성이 저하된다. 이상의 이유에 의해, Sn의 함유량을 0.015~1.0％의 범위 내로 할 필요가 있다. Sn 함유량의 적합 범위는 0.02~0.1％이다.

S: 0.004~0.05％

S는, 강 중에서 MnS를 형성하고, 이에 의해 강의 피삭성을 향상시킨다. S 함유량이 0.004％ 미만이면, 그 효과는 불충분하다. 한편, S 함유량이 0.05％를 초과하면, 그 효과는 포화하고, 오히려 입계 편석을 일으켜 입계 취화를 야기한다. 이상의 이유로부터, S의 함유량을 0.004~0.05％의 범위 내로 할 필요가 있다. S 함유량의 적합 범위는 0.01~0.04％이다.

N: 0.003~0.03％

N은, 강 중에서 Al, Ti, Nb, 및 V 등과 결합하여 질화물 또는 탄질화물을 생성한다. 이들 질화물 및 탄질화물은 결정립의 조대화를 억제하는 효과를 갖는다. N 함유량이 0.003％ 미만에서는 그 효과가 불충분하다. N 함유량이 0.03％를 초과하면, 그 효과가 포화한다. 이상의 이유에 의해, N 함유량을 0.003~0.03％의 범위 내로 할 필요가 있다. N 함유량의 적합 범위는 0.005~0.008％이다.

O: 0.005％ 이하

O는, 강 중에서 산화물을 형성한다. 이 산화물은, 입계 편석하여 입계 취화를 일으키는 경우가 있다. 또한, O는 강 중에서 단단한 산화물계 개재물을 형성하여 취성 파괴를 일으키기 쉽게 하는 원소이다. O 함유량은 0.005％ 이하로 제한될 필요가 있다. O 함유량의 적합 범위는 0.0025％ 이하이다. O 함유량이 적은 편이 바람직하므로, O 함유량의 하한값은 0％이다.

P: 0.025％ 이하

P는, 침탄 시에 오스테나이트 입계에 편석되고, 그것에 의해 입계 파괴를 야기한다. 즉, P는 침탄강 부품의 충격값을 저하시켜 버린다. 따라서, P 함유량을 0.025％ 이하로 제한할 필요가 있다. P 함유량의 적합 범위는 0.01％ 이하이다. P 함유량이 적은 편이 바람직하므로, P 함유량의 하한값은 0％이다. 그러나, P의 제거를 필요 이상으로 행한 경우, 제조 비용이 증대한다. 따라서, P 함유량의 실질적인 하한값은 약 0.004％가 되는 것이 통상이다.

본 실시 형태에 따른 강은, 충격값을 높이기 위해서, 또한, Mo, Cu, 및 B 중 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다. 그러나, 이들 원소를 함유하는 것은 필수는 아니다.

Mo: 0~1.0％

Mo는, P가 입계에 편석되는 것을 억제하므로, 강의 충격값 향상을 위하여 유효한 원소이다. Mo 함유량이 1.0％를 초과하면, 그 효과가 포화되므로, Mo 함유량의 상한을 1.0％로 할 필요가 있다. Mo 함유량의 하한값은 0％이지만, Mo를 함유시켜서 상술한 효과를 얻는 경우에는, Mo 함유량을 0.05％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Mo 함유량의 더욱 적합한 범위는 0.05~0.25％이다.

Cu: 0~1.0％

Cu는, 강의 담금질성의 향상에 유효한 원소이며, 또한, 담금질성의 향상에 의해 강의 충격값을 향상시키는 원소이다. Cu 함유량이 1.0％를 초과하면, 열간 연성이 저하되므로, Cu 함유량의 상한을 1.0％로 할 필요가 있다. Cu 함유량의 하한값은 0％이지만, Cu를 함유시켜서 상술한 효과를 얻는 경우에는, Cu 함유량을 0.01％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Cu 함유량의 더욱 적합한 범위는 0.01~0.2％이다.

B: 0~0.005％

B는, P의 입계 편석을 억제하는 작용을 갖는다. 또한, B는 입계 강도 및 입내 강도의 향상 효과, 및 담금질성의 향상 효과도 갖고, 이들 효과는 강의 충격값을 향상시킨다. B 함유량이 0.005％를 초과하면, 그 효과는 포화되므로, B 함유량의 상한값을 0.005％로 할 필요가 있다. B 함유량의 하한값은 0％이지만, B를 함유시켜서 상술한 효과를 얻는 경우에는, B 함유량을 0.0002％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. B 함유량의 더욱 적합한 범위는 0.0005~0.003％이다.

본 실시 형태에 따른 강은, 장시간 침탄을 행한 경우에도 충격값의 저하를 방지하기 위해서, 또한, Nb, Ti, 및 V 중 1종 또는 2종 이상을 이하에 나타내는 범위 내에서 함유해도 된다. 그러나, 이들 원소를 함유하는 것은 필수는 아니다.

Nb: 0~0.3％

Nb는, 강 중에 Nb 탄질화물을 생성한다. 침탄 온도가 980℃ 이상인 소위 고온 침탄이 적용된 경우, 및 침탄 시간이 10시간 이상인 소위 장시간 침탄이 적용된 경우에 있어서도, 적합한 양의 Nb 탄질화물이 강 중에 존재함으로써, 오스테나이트입을 세립화할 수 있고, 충격값의 저하를 방지할 수 있다. Nb 함유량이 0.3％를 초과하면 피삭성이 열화되므로, Nb 함유량의 상한을 0.3％로 한다. Nb 함유량의 하한값은 0％이지만, Nb를 함유시켜서 상술한 효과를 얻는 경우에는, Nb 함유량을 0.005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Nb 함유량의 더 적합한 범위는 0.02~0.05％이다.

Ti: 0~0.3％

Ti는, 강 중에서 미세한 TiC, 및/또는 TiCS를 생성한다. 침탄 온도가 980℃ 이상인 소위 고온 침탄이 적용된 경우, 및 침탄 시간이 10시간 이상인 소위 장시간 침탄이 적용된 경우에 있어서도, 적합한 양의 TiC, 및 TiCS가 강 중에 존재함으로써, 오스테나이트입을 세립화할 수 있어, 강의 충격값 저하를 방지할 수 있다. Ti 함유량이 0.3％를 초과하면, TiN 주체의 석출물이 많아져서, 강의 피로 특성이 저하된다. 이상의 이유로부터, Ti 함유량의 상한값을 0.3％로 할 필요가 있다. Ti 함유량의 하한값은 0％이지만, Ti를 함유시켜서 상술한 효과를 얻는 경우에는, Ti 함유량을 0.005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Ti 함유량의 더 적합한 범위는 0.02~0.2％이다.

V: 0~1.0％

V는, 강 중에서 V 탄질화물을 생성한다. 침탄 온도가 980℃ 이상인 소위 고온 침탄이 적용된 경우, 및 침탄 시간이 10시간 이상인 소위 장시간 침탄이 적용된 경우에 있어서도, 적합한 양의 V 탄질화물이 강 중에 존재함으로써, 오스테나이트입을 세립화할 수 있어, 강의 충격값 저하를 방지할 수 있다. V 함유량이 1.0％를 초과하면, 강의 피삭성을 열화시킨다. 이상의 이유에 의해, V 함유량의 상한값을 1.0％로 할 필요가 있다. V 함유량의 하한값은 0％이지만, V를 함유시켜서 상술한 효과를 얻는 경우에는, V 함유량을 0.01％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. V 함유량의 더 적합한 범위는 0.03~0.1％이다.

본 실시 형태에 따른 강은, 피삭성을 개선하기 위해서, 또한, Ca, Mg, Zr, Te, 및 희토류 원소 중 1종 또는 2종 이상을 이하에 나타내는 범위 내에서 함유해도 된다. 그러나, 이들 원소를 함유하는 것은 필수는 아니다.

Ca: 0~0.01％

Ca는, 산화물의 융점을 저하시키고, 절삭 가공 시에 온도 상승에 의해 연질화하므로, 피삭성을 개선한다. 그러나, Ca 함유량이 0.01％를 초과하면 CaS가 다량으로 생성되어서, 피삭성이 저하된다. 이상의 이유에 의해, Ca 함유량의 상한값을 0.01％로 하는 것이 바람직하다. Ca 함유량의 하한값은 0％이지만, Ca를 함유시켜서 상술한 효과를 얻는 경우에는, Ca 함유량을 0.0005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Ca 함유량의 더 적합한 범위는 0.0005~0.0015％이다.

Mg: 0~0.01％

Mg은 탈산 원소이며, 강 중에 산화물을 생성한다. 또한, Mg이 형성하는 Mg계 산화물은, MnS의 정출 및/또는 석출의 핵이 되기 쉽다. 또한, Mg의 황화물은, Mn 및 Mg의 복합 황화물이 되는 것에 의해, MnS를 구상화시킨다. 이와 같이, Mg은 MnS의 분산을 제어하여, 피삭성을 개선하기 위하여 유효한 원소이다. 그러나, Mg 함유량이 0.01％를 초과하면, MgS가 대량으로 생성되어, 강의 피삭성이 저하되므로, Mg 함유량의 상한값을 0.01％로 하는 것이 바람직하다. Mg 함유량의 하한값은 0％이지만, Mg를 함유시켜서 상술한 효과를 얻는 경우에는, Mg 함유량을 0.0005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Mg 함유량의 더 적합한 범위는 0.0005~0.0015％이다.

Zr: 0~0.05％

Zr은 탈산 원소이며, 산화물을 생성한다. 또한, Zr이 형성하는 Zr계 산화물은 MnS의 정출 및/또는 석출의 핵이 되기 쉽다. 이와 같이, Zr은, MnS의 분산을 제어하여, 피삭성을 개선하기 위하여 유효한 원소이다. 그러나, Zr량이 0.05％를 초과하면, 그 효과가 포화하므로, Zr 함유량의 상한값을 0.05％로 하는 것이 바람직하다. Zr 함유량의 하한값은 0％이지만, Zr을 함유시켜서 상술한 효과를 얻는 경우에는, Zr 함유량을 0.0005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, MnS의 구상화를 촉진하기 위해서는, Zr 함유량의 하한값은, 0.003％초과로 하는 것이 특히 바람직하다.

Te: 0~0.1％

Te는, MnS의 구상화를 촉진하므로, 강의 피삭성을 개선한다. Te 함유량이 0.1％를 초과하면 그 효과가 포화되므로, Te 함유량의 상한값을 0.1％로 하는 것이 바람직하다. Te 함유량의 하한값은 0％이지만, Te를 함유시켜서 상술한 효과를 얻는 경우에는, Te 함유량을 0.0005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Te 함유량의 더 적합한 범위는 0.0005~0.0015％이다.

희토류 원소: 0~0.005％

희토류 원소는, 강 중에 황화물을 생성하고, 이 황화물이 MnS의 석출핵이 됨으로써, MnS의 생성을 촉진하는 원소이며, 강의 피삭성을 개선한다. 그러나, 희토류 원소의 합계 함유량이 0.005％를 초과하면, 황화물이 조대해져, 강의 피로 강도를 저하시키므로, 희토류 원소의 합계 함유량의 상한값을 0.005％로 할 필요가 있다. 희토류 원소의 합계 함유량의 하한값은 0％이지만, 희토류 원소를 함유시켜서 상술한 효과를 얻는 경우에는, 희토류 원소의 합계 함유량을 0.0001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 희토류 원소의 합계 함유량의 더 적합한 범위는 0.001~0.003％이다.

본 실시 형태에 따른 강은, 상술한 합금 성분을 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불순물을 포함한다. 상술한 합금 성분 이외의 원소가, 불순물로서, 원재료 및 제조 장치부터 강 중에 혼입되는 것은, 그 혼입량이 강의 특성에 영향을 미치지 않는 수준인 한 허용된다.

본 실시 형태에 따른 강이 포함하는 각 합금 성분의 함유량에 관해 상술하였다. 그러나, 각 합금 성분의 함유량을 개별로 제어 하는 것만으로는, 충분한 충격값을 갖는 침탄강 부품을, 침탄강 부품의 형상에 관계없이, 단일의 침탄 조건 하에서 얻기 위한 강을 실현할 수는 없다. 본 발명자들은, 또한 식 (1)에 기초하여 합금 성분의 함유량을 제어하는 것이 필요한 것을 알아내었다.

42≥21×[Si％]+5×[Ni％]+40×[Sn％]+32×[Al％]≥8.5… (1)

식 (1)에 있어서, [Si％], [Ni％], [Sn％], 및 [Al％]은, Si, Ni, Sn, 및 Al의 함유량을 질량％로 나타내는 것이다. 이하에, 식 (1)의 도출의 근거에 대하여 설명한다.

우선 본 발명자들은, 침탄재의 내충격성을 평가하기 위하여 행한 검토의 내용을 이하에 설명한다.

먼저, C: 0.20질량％, Si: 0.24질량％, Mn: 0.79질량％, P: 0.014질량％, S: 0.015질량％, Cr: 1.21질량％, Al: 0.031질량％, Ni: 0.05질량％, Sn: 0질량％, N: 0.005질량％, 및 O: 0.001질량％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불순물인 침탄용 강을 기준강이라고 정의하였다. 이어서, 도 2에 도시되는, 외형 치수가 10mm×10mm×55mm이며, 또한 곡률 반경 10mm 및 깊이 2mm의 원호 형상의 절결(노치)을 갖는 샤르피 충격 시험편을, 본 실시 형태에 있어서의 샤르피 충격 시험편 3이라고 정의하였다. 기준강을 재료로 하여 형성된 샤르피 충격 시험편 3에 대하여, 먼저 처리 온도가 930℃이며, 처리 시간이 5시간이며, 또한 카본 포텐셜이 0.8인 침탄 조건(이하, 기준 침탄 조건이라고 칭하는 경우가 있다)에서 가스 침탄을 행하고, 계속하여 템퍼링 온도가 150℃이며 또한 템퍼링 시간이 90분인 템퍼링을 행하여 얻어지는 침탄재에 25℃에서의 샤르피 흡수 에너지를, 기준 충격값이라고 정의하였다.

또한, 충격값비를, 기준 충격값을 얻을 때에 적용된 침탄 조건(즉, 기준 침탄 조건)에 따라서 샤르피 충격 시험편 3에 침탄 및 템퍼링을 행하여 얻어진 침탄재에 25℃에서의 샤르피 흡수 에너지를 기준 충격값으로 제산한 값이라고 정의하였다.

상술한 기준강은, 기어용 강으로서 일반적으로 사용되는, SCr420에 상당하는 화학 조성을 갖는 강이며, 후술하는 비교예 26의 강과 동일하다. 상술한 기준 침탄 조건 하에서 행하여지는 가스 침탄은, 기계 구조용 부품의 제조를 위하여 행하여지는 일반적인 침탄 처리이다.

상술한 샤르피 충격 시험편 3의 측면 형상(절결의 연신 방향에 수직한 단면의 형상)을 도 2에 도시한다. 절결 2의 곡률 반경은 10mm이다. 샤르피 충격 시험편 3의 형상은, 일반적인 샤르피 충격 시험편의 형상(예를 들어, JIS-Z2242 「금속 재료의 샤르피 충격 시험 방법」중에 규정된 형상)과는 상이하다. 샤르피 충격 시험편 3의 절결 2의 형상은, 기어의 치원부의 형상을 모의하는 것을 의도하여 결정되어 있다. 이러한 절결을 갖는 시험편에 샤르피 충격 시험을 행함으로써, 기어의 치원부에 있어서의 내충격 특성을 추정할 수 있다. 이러한 절결을 갖는 시험편은, 예를 들어 일본 특허 공개 2013-40376호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 침탄된 강재의 내충격 특성을 측정하는 시험편 형상으로서는 널리 사용되고 있다. 샤르피 흡수 에너지의 측정은, 샤르피 충격 시험편 3의 형상 이외에는, JIS-Z2242 「금속 재료의 샤르피 충격 시험 방법」에 준하여 행하여졌다. 샤르피 충격 시험의 실시 온도는 25℃에서 하였다. 샤르피 충격 시험편 3은 기계 가공에 의해 제작되었다.

다음으로 본 발명자들은, 상술한 성분 범위 내(단, 식 1에 관한 규정은 고려하지 않는다)에서 합금 원소를 함유하는 여러가지 강을 단조, 기계 가공, 및 침탄하고, 이들 강으로부터 얻어지는 침탄재의 충격값비를 구하였다. 또한 본 발명자들은, 각 침탄재의 표면 C 농도를 측정하였다.

표면 C 농도의 측정 방법을 이하에 설명한다. 우선, 기준 침탄 조건 하에서 가스 침탄 처리가 행하여진 샤르피 충격 시험편 3의 노치면(절결이 형성된 면) 및 절결 2에 대하여 수직인 방향을 따라 샤르피 충격 시험편 3을 절단하고, 절단면을 연마하였다. 도 3에, 절단면의 개략도를 도시한다. 이어서, 절결 2의 저부 표면으로부터, 샤르피 충격 시험편 3의 높이 방향을 향하여 5~50㎛의 영역(표면 C 농도 측정 영역1)에 있어서, 5㎛ 간격으로 C 농도를 측정하였다. C 농도의 측정은 EPMA에 의해 행하였다. 측정점의 크기(EPMA의 전자 빔 직경)는 φ5㎛로 하였다. 이것에 의해 얻어진 10개의 측정 데이터를 평균한 값을 표면 C 농도로 하였다. 표면 C 농도의 단위는 질량％이다.

이와 같이, 강의 화학 성분 및 침탄 재질 특성을 광범위 또한 계통적으로 변화시켰을 때의 침탄 후의 표면 C 농도를 측정한 결과, 합금 원소의 첨가량에 따라서 표면 C 농도가 변화하는 것을 본 발명자들은 알아내었다. 이 현상은, 합금 원소와, 침탄에 의해 강 표면에 침입하는 C와의 화학적인 상호 작용에 의해 발생했다고 생각된다. Si, Ni, Al, 및 Sn은, 특히 표면 C 농도에 대한 영향이 강하고, 이들 원소의 함유량 증가에 수반하여, 표면 C 농도가 저하되었다. 상술한 지견에 의하면, 본 실시 형태에 따른 강의 화학 조성에 있어서, Si, Ni, Al, 및 Sn의 함유량의 관계성을 식 1에 의해 규정함으로써, 강의 침탄성을 제어할 수 있다.

충격값비는, 이하의 이유에 의해, 1.2 이상일 필요가 있다. 상술한 바와 같이, 침탄강 부품에 사용되는 침탄재의 내충격 특성을 충분히 향상시킴으로써, 사용 재료량을 억제하면서도 내충격 파괴성이 확보되도록 부품의 설계를 변경할 수 있다. 기계 구조 부품의 기술분야에서는, 이러한 설계 변경을 실시하기 위해서는, 상술한 기준 충격값(일반적인 침탄 조건으로 침탄된 SCr420의 충격값)에 대하여 충격값이 20％ 향상되어 있을 필요가 있다고 여겨지고 있다.

상술한 바와 같이, 충격값비와 표면 C 농도의 사이에는 상관 관계가 있다. 도 4는, 침탄재의 표면 C 농도와 충격값비의 상관 관계를 도시하는 편 대 수 그래프이다. 도 4에 있어서, 파선보다 아래의 데이터포인트의 충격값비는 1.2 미만이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 1.2 이상의 충격값비를 갖는 침탄재를 얻기 위해서는, 기준 침탄 조건으로 가스 침탄이 행하여진 침탄재의 표면 C 농도를 0.75％ 이하로 제어할 필요가 있는 것을 알았다.

여기서, 표면 C 농도를, Si, Ni, Al, 및 Sn의 각 함유량을 인자로 하여 중 회귀 분석하였다. 그 결과, 기준 침탄 조건으로 가스 침탄이 행해진 경우에 표면 C 농도가 0.75질량％인 침탄재를 얻기 위한 임계적인 조건으로서, 하기 식 (1') 및 식 (2')를 얻었다.

21×[Si％]+5×[Ni％]+40×[Sn％]+32×[Al％]=α… (1')

α=8.5… (2')

도 5는, α값과 표면 C 농도의 관계, 및 α값과 충격값비의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 5에 있어서, 좌측의 파선보다 좌측에 있는 데이터포인트의 α값은 8.5 미만이고, 우측의 파선보다 우측에 있는 데이터포인트의 α값은 42 초이다. 이 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, α값이 8.5 이상이면 기준 침탄 조건으로 가스 침탄이 행해진 경우에 표면 C 농도가 0.75질량％ 이하가 된다. α값이 증가함에 따라, 침탄재의 표면 C 농도가 저하되므로, 그에 따른 침탄재의 충격값이 증가한다. 바람직하게는, α값은 12 이상이다.

한편, 침탄성의 저하가 현저할 경우, 표면 경도가 저하함으로써 내마모성이 현저하게 낮아져, 침탄강 부품으로서의 강도가 충분하지 않게 된다. 기준 침탄 조건으로 가스 침탄이 행해진 경우, 침탄재의 표면 경도는 HV550보다 높아지는 것이 바람직하다. 이것을 달성하기 위해서는, 기준 침탄 조건으로 가스 침탄이 행하여진 침탄재의 표면 C 농도는 0.4질량％ 이상일 필요가 있다. 또한, 기준 침탄 조건으로 가스 침탄이 행하여진 침탄재의 표면 C 농도를 0.4질량％ 이상으로 하기 위해서는, α값을 42 이하로 할 필요가 있는 것을 알았다. 또한, 기준 침탄 조건으로 가스 침탄이 행하여진 침탄재의 표면 C 농도는 0.55질량％ 이상인 것이 더욱 바람직하고, 이것을 달성하기 위해서는, α값을 25 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 실시 형태에 따른 강으로부터 침탄강 부품을 얻기 위한 침탄 방법은, 가스 침탄(변성로 방식, 및 적주식 중의 어느 것어도 된다)이 바람직하다. 또한, 침탄 외에 침질(浸窒)을 실시해도 된다.

또한, 침탄강 부품의 평가 기준으로서 유효 경화층 깊이가 검토되는 경우도 있지만, 차동 기어 등의 차량용 기어와 같은 부품에 요구되는 특성은, 유효 경화층 깊이 보다도 표면 경도에 강하게 관련된다. 따라서, 침탄강 부품의 표면 C 농도를 적절한 수준으로 제어하고, 이에 의해 표면 경도를 최적화할 수 있는 본 실시 형태에 따른 강을 사용하면, 산업 이용상 유리한 효과가 얻어진다.

본 실시 형태에 따른 강은, 예를 들어, 우선 열간 압연에 의해 환봉강으로 되고, 계속하여 단조나 절삭 가공이 더해져서 기어 등의 형상으로 되고, 또한 침탄 담금질이 실시되어서 침탄강 부품으로 되어도 된다.

실시예

이어서, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하는데, 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위하여 채용한 일 조건예이며, 본 발명은 이 일 조건예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한에 있어서, 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.

표 1-1 및 표 1-2에 나타내는 화학 성분을 갖는 여러가지 강괴를, 길이 방향의 단면 치수가 세로 50mm 및 가로 50mm(50mm×50mm)인 각봉 형상으로 단신 후, 균열 처리와 소준을 실시하고 나서, 또한 길이 방향의 단면 치수가 세로 25mm 및 가로 25mm인 각봉 형상으로 4분할하였다. 얻어진 각 막대로부터, 그 중심축을 따라, 도 2에 도시되는, 외형 치수가 10mm×10mm×55mm이며, 또한 곡률 반경 10mm 및 깊이 2mm의 원호 형상의 절결(노치)을 갖는 샤르피 충격 시험편을 채취하였다. 이 시험편 형상은, 상술한 샤르피 충격 시험편 3과 동일하다. 이어서, 이 샤르피 충격 시험편에 침탄 처리를 실시하였다. 비교예 29 이외의 실시예 및 비교예에는, 처리 온도가 930℃이며, 처리 시간이 5시간이며, 또한 카본 포텐셜이 0.8인 침탄 조건으로 가스 침탄을 행하였다. 이 처리 조건은, 상술한 기준 침탄 조건과 동일하다. 비교예 29에는, 처리 온도가 930℃이며, 처리 시간이 5시간이며, 또한 카본 포텐셜이 0.6인 침탄 조건으로 가스 침탄을 행하였다. 템퍼링은, 템퍼링 온도가 150℃이며 또한 템퍼링 시간이 90분인 조건 하에서 실시하였다.

템퍼링 후에, 각 시료의 표면 C 농도를 측정하였다. 표면 C 농도의 측정 방법은 이하와 같다. 우선, 샤르피 충격 시험편의 노치면(절결이 형성된 면) 및 절결에 대하여 수직인 방향에 따라 샤르피 충격 시험편을 절단하고, 절단면을 연마하였다. 이어서, 절결 2의 저부 표면으로부터, 샤르피 충격 시험편의 높이 방향을 향하여 5~50㎛의 영역(표면 C 농도 측정 영역1)에 있어서, 5㎛ 간격으로 C 농도를 측정하였다. C 농도의 측정은 EPMA에 의해 행하였다. 측정점의 크기(EPMA의 전자 빔 직경)은 φ5㎛로 하였다. 이것에 의해 얻어진 10개의 측정 데이터를 평균한 값을 표면 C 농도로 하였다. 표면 C 농도의 단위는 질량％이다.

또한, 템퍼링 후에 샤르피 충격 시험을 실시하고, 샤르피 흡수 에너지(충격값)를 측정하였다. 샤르피 충격 시험은, 샤르피 충격 시험편의 노치의 형상 이외에는 JIS-Z2242에 규정의 방법에 준하여, 시험 온도 25℃에서 실시하였다.

또한, 각 시료의 충격값을 비교예 26의 충격값으로 제산함으로써, 각 시료의 충격값비를 산출하였다. 또한, 비교예 26의 강은, 상술한 기준강이다.

추가로, 각 시료의 내마모성을 평가하기 위해서, 각 시료에 마모 시험을 행하여 마모 깊이를 측정하였다. 상술한 방법으로 제작한 소준 후의 50mm×50mm의 각봉으로부터, 그 중심축을 따라, 직경 26mm 및 길이 28mm의 원통부와, 이 원통부와 동일한 중심축을 갖는 직경 24mm 및 길이 51mm의 원통 형상의 그립부를 갖는 형상의 마모 시험편을 채취하였다. 그립부는, 원통부의 길이 방향의 양단에 배치되어 있다. 또한, 이 마모 시험편에, 전술한 샤르피 충격 시험편과 동일 조건으로 침탄 처리를 실시하였다. 마모 깊이란, 롤러를 마모 시험편의 원통부에 가압하고, 이 롤러를 100만회 회전시킨 후에 마모 시험편에 발생한 마모의 깊이다. 마모 시험 조건은 이하와 같이 하였다. 마모 깊이가 30㎛ 미만인 시료는, 충분한 내마모성을 갖고 있다고 판단되었다.

롤러의 재질: 베어링용 강(SUJ2)

롤러의 경도: HV 700~800

롤러 직경: 130mm

롤러 폭: 18mm

롤러 형상: 외주에 R=150mm의 크라우닝을 형성

롤러 접촉력: 헤르츠 응력 1500MPa(면압)

미끄럼율: -100％

표 2에, 각 시료의 표면 C 농도, 충격값비, 및 마모 깊이를 나타낸다. 비교예 26은, 기어용 강으로서 일반적으로 사용되는 JIS-G 4053에 규정된 SCr420에 상당하는 화학 조성을 갖고, 21×[Si％]+5×[Ni％]+40×[Sn％]+32×[Al％]이 6.3이며, 기준 침탄 조건 하에서 가스 침탄을 행한 경우, 충격값은 10J/㎠가 되었다. 발명예 1 내지 25의 충격값비는, 모두 1.3 이상이며, 우수한 내충격 강도를 갖고 있는 것이 명백하였다. 예를 들어 발명예 1은, 21×[Si％]+5×[Ni％]+40×[Sn％]+32×[Al％]이 41.1이며, 표면 C 농도가 0.46％이므로, 양호한 충격값이 얻어졌다.

이에 비해, 비교예 26 내지 35는, 바람직한 특성을 갖지 않았다.

비교예 26, 및 28은, Sn을 함유하고 있지 않으므로, 침탄이 과도하게 행하여져, 실시예와 비교하여 낮은 충격값밖에 갖지 않았다. 또한, 비교예 31은 Sn 함유량이 본 발명의 규정 범위를 하회하고 있었으므로, 비교예 26, 및 28과 동일하게, 침탄이 과도하게 행하여져, 실시예와 비교하여 낮은 충격값밖에 갖지 않았다.

비교예 27에 대해서는, 각 합금 원소의 함유량은 본 발명의 규정 범위 내이지만, 21×[Si％]+5×[Ni％]+40×[Sn％]+32×[Al％]이 본 발명의 규정 범위를 상회하고 있었다. 이에 의해, 비교예 27의 내마모성은 낮았다.

비교예 30에 대해서는, 각 합금 원소의 함유량은 본 발명의 규정 범위 내이지만, 21×[Si％]+5×[Ni％]+40×[Sn％]+32×[Al％]이 본 발명의 규정 범위를 하회하고 있었으므로, 침탄이 과도하게 행하여졌다. 이에 의해, 비교예 30은, 실시예와 비교하여 낮은 충격값밖에 갖지 않았다.

비교예 32에 대해서는, Sn 함유량이 본 발명의 규정 범위를 상회하고 있었으므로, 열간 연성이 저하되었다. 이에 의해, 비교예 32에서는, 얻어진 침탄재의 표면에 깨짐이 다발하였다.

비교예 33에 대해서는, Ni 함유량이 본 발명의 규정 범위를 상회하고 있었으므로, 강도가 저하되었다. 이에 의해, 비교예 33의 내마모성은 낮았다.

비교예 34에 대해서는, Al 함유량이 본 발명의 규정 범위를 상회하고 있었으므로, 취화가 발생하였다. 이에 의해, 비교예 34의 충격값비는 낮았다.

참고예 29는, 비교예 26과 동일한 강이지만, 침탄 조건이 상이하고, 카본 포텐셜 (0.6의 침탄 처리)을 낮게 설정하고 있기 때문에 표면 C 농도가 낮아, 양호한 충격값이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다. 그러나 실제의 생산에 있어서 카본 포텐셜을 낮게 설정하는 것은 생산성의 저하로 연결되기 때문에, 부적합하다.

[표 1-1]

[표 1-2]

[표 2]

1: 표면 C 농도 측정 영역
2: 절결(노치)
3: 샤르피 충격 시험편 (침탄재)

Claims

화학 조성이, 질량％로,
C: 0.16~0.30％,
Si: 0.01~2.0％,
Mn: 0.35~1.45％,
Cr: 0.05~3.0％,
Al: 0.001~0.2％,
Ni: 0.04~5.0％,
Sn: 0.015~1.0％,
S: 0.004~0.05％,
N: 0.003~0.03％,
O: 0.005％ 이하,
P: 0.025％ 이하,
Mo: 0~1.0％,
Cu: 0~1.0％,
B: 0~0.005％,
Nb: 0~0.3％,
Ti: 0~0.3％,
V: 0~1.0％,
Ca: 0~0.01％,
Mg: 0~0.01％,
Zr: 0~0.05％,
Te: 0~0.1％,
희토류 원소: 0~0.005％, 및
잔량부: Fe 및 불순물이며,
Si, Ni, Al 및 Sn의 함유량을 질량％로 [Si％], [Ni％], [Al％], [Sn％]로 나타냈을 때에, 하기 (1) 식을 충족하는 것을 특징으로 하는 침탄용 강.
42≥21×[Si％]+5×[Ni％]+40×[Sn％]+32×[Al％]≥8.5… (1)
제1항에 있어서, 상기 화학 조성이, 질량％로,
Mo: 0.05~1.0％,
Cu: 0.01~1.0％, 및
B: 0.0002~0.005％
중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 침탄용 강.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 화학 조성이, 질량％로,
Nb: 0.005~0.3％,
Ti: 0.005~0.3％, 및
V: 0.01~1.0％
중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 침탄용 강.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 화학 조성이, 질량％로,
Ca: 0.0005~0.01％,
Mg: 0.0005~0.01％,
Zr: 0.0005~0.05％,
Te: 0.0005~0.1％, 및
희토류 원소: 0.0001~0.005％
중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 침탄용 강.
제3항에 있어서, 상기 화학 조성이, 질량％로,
Ca: 0.0005~0.01％,
Mg: 0.0005~0.01％,
Zr: 0.0005~0.05％,
Te: 0.0005~0.1％, 및
희토류 원소: 0.0001~0.005％
중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 침탄용 강.
제1항에 있어서, 상기 화학 조성이, 질량％로,
Nb: 0~0.012%
를 함유하는 것을 특징으로 하는 침탄용 강.
제1항에 있어서, 상기 화학 조성이, 질량％로,
Ti: 0~0.001%
를 함유하는 것을 특징으로 하는 침탄용 강.