KR20150126699A - Case-hardening steel material and case-hardening steel member - Google Patents

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KR20150126699A
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마나부 구보타
슈지 고자와
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신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
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Abstract

이 표면 경화용 강재는, 극치통계법을 이용한 개재물 평가에 있어서, 예측 면적(S)을 30000mm2라 한 때, 상기 예측 면적(S) 중에 존재하는 최대의 황화물계 개재물 직경((√area)S)의 예측값이 49㎛ 이하이고, 상기 예측 면적(S) 중에 존재하는 최대의 산화물계 개재물 직경((√area)Ox)의 예측값이 80㎛ 이하이며; 20㎛를 초과하는 길이 및 2㎛를 초과하는 두께를 갖는 황화물계 개재물이 1mm2당 200개 이하로 제한되어 있다.This surface hardening steel has a maximum sulfide inclusion diameter ((√area) S ) present in the predicted area (S) when the predicted area (S) is 30000 mm 2 in the inclusion evaluation using the extreme value statistical method. And the predicted value of the maximum oxide inclusion diameter ((√area) Ox ) existing in the predicted area S is 80 μm or less; A sulfide-based inclusion having a length exceeding 20 mu m and a thickness exceeding 2 mu m is limited to 200 or less per 1 mm 2 .

Description

표면 경화용 강재와 표면 경화강 부품{CASE-HARDENING STEEL MATERIAL AND CASE-HARDENING STEEL MEMBER}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a surface-

본 발명은, 표면 경화용 강재와 표면 경화강 부품에 관한 것으로, 특히 냉간 단조성이 우수하고, 또한 침탄 또는 침탄 질화 켄칭·템퍼링 처리 후에 우수한 템퍼링 연화 저항이 얻어지는, 자동차, 건설 기계, 산업 기계용의 부품에 적합한 표면 경화용 강재 및 표면 경화강 부품에 관한 것이다.The present invention relates to a surface hardening steel material and a surface hardened steel part, and more particularly to a surface hardening steel material which is excellent in cold fastening and has excellent tempering softening resistance after carburizing or carburizing quenching and tempering treatment. To a surface hardening steel material and a surface hardened steel material suitable for parts of a hardened steel.

본원은, 2013년 4월 18일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2013-087857호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.The present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2013-087857 filed on April 18, 2013, the contents of which are incorporated herein by reference.

자동차, 건설 기계 등에 사용되고 있는 변속기, 및 산업 기계 등에 사용되고 있는 감속기는, 주로 기어류에 의해 구성된다. 이들 부품은, JIS SCr420, SCM420 등 중 탄소 합금강을 소재로서 사용하고, 열간 단조, 절삭, 냉간 단조, 또는 이들 조합에 의해 소재를 부품의 형상으로 성형한 후에, 침탄 켄칭·템퍼링 등의 표면 경화 처리를 실시함으로써 얻을 수 있다. 이 중, 냉간 단조로 성형되는 부품은, 소재의 연질화에 의한 금형 수명의 향상을 목적으로, 냉간 단조 전에 구상화 어닐링이 행하여진다. 냉간 단조를 행할 때의 과제는, 냉간 단조 시의 깨짐의 발생 방지 및 금형 수명의 향상이다. 따라서, 깨짐의 기점이 되는 개재물의 생성 억제와, 소재의 연질화 양쪽을 달성할 수 있으면, 냉간 단조에 관련된 비용을 낮출 수 있다.BACKGROUND ART [0002] A speed reducer used in a transmission used in automobiles, construction machines and the like, and industrial machines is mainly composed of gears. These parts can be obtained by forming the material into the shape of parts by hot forging, cutting, cold forging, or a combination thereof, using medium carbon alloy steels such as JIS SCr420, SCM420 and the like and then performing surface hardening treatment such as carburizing quenching and tempering . ≪ / RTI > Of these, spheroidizing annealing is performed before cold forging in order to improve the life of a metal mold by softening the material. The problem in performing cold forging is to prevent cracking during cold forging and to improve die life. Therefore, the cost associated with the cold forging can be reduced if both the inhibition of the generation of inclusions that are the origin of cracking and the softening of the material can be achieved.

한편, 자동차 등의 고출력화 및 연비 향상을 위하여, 기어류의 고강도화가 강하게 요구되고 있다. 종래, 이들 부품의 강도를 높이기 위해서, 고강도화에 있어서의 큰 과제였던 기어의 치원 굽힘 피로 강도를 향상시키는 기술의 개발이 행하여져 왔다. 그러나, 최근 들어, 치원 굽힘 피로 강도를 비약적으로 높일 수 있는 하드 숏피닝의 적용 확대에 수반하여, 기어의 고강도화를 달성하기 위한 과제 중점이, 치원 굽힘 피로 강도의 향상에서 피칭 강도의 향상으로 이행되고 있다.On the other hand, in order to increase the output of automobiles and improve fuel economy, it is strongly desired to increase the strength of gears. BACKGROUND ART [0002] Conventionally, in order to increase the strength of these components, a technique for improving the bending fatigue strength of a gear, which has been a major problem in high strength, has been developed. However, in recent years, along with the application of the hard shot peening capable of dramatically increasing the bending fatigue strength of the die, an important task for achieving the high strength of the gear has been shifted from the improvement of the bending fatigue strength to the improvement of the pitching strength have.

피칭 강도를 개선하는(향상시키기) 위해서는, 기어의 침탄층의 템퍼링 연화 저항을 향상시키는 것이 유효하다. 템퍼링 연화 저항을 향상시키는 수단으로서, 강의 성분을 개량하는 기술이 제안되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는, Si, Cr, Mo의 함유량을 규정하고, 이들 원소의 합계 함유량이 일정값을 초과하면, 템퍼링 연화 저항이 향상되는 것이 개시되어 있다. 그러나, 이들 원소의 합계 함유량이 많아지면, 냉간 단조 전의 소재의 경도가 상승하여, 변형 저항이 상승한다. 또한, 예를 들어 특허문헌 2에는, Si의 함유량이 0.15%를 초과하면, 냉간 단조 시의 변형 저항이 증대되는 것이 개시되어 있다. 이와 같이, 일반적으로, 강의 각 성분(특히 Si)의 함유량을 높이면, 템퍼링 연화 저항 향상 효과가 얻어지지만, 소재 경도가 상승한다. 즉, 템퍼링 연화 저항의 향상과, 냉간 단조성의 확보는 상반된 관계에 있다. 그로 인해, 템퍼링 연화 저항과 냉간 단조성을 양립시킨 강재의 개발이 요망되고 있다. 특허문헌 3에는, Si, Cr의 함유량을 증가시켜서 템퍼링 연화 저항을 향상시킨 후에, Si, Mn, Cr, Mo의 함유량의 합계를 소정의 관계식으로 규정되는 값 이하로 제한함으로써, 템퍼링 연화 저항과 냉간 단조성의 양립을 실현하는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 특허문헌 3의 기술은 냉간 단조 시의 깨짐의 발생 방지에 대해서는 고려하고 있지 않다. 그로 인해, 냉간 단조 시에 가공률이 커지는 부위에 큰 개재물이 존재하고 있는 경우에 개재물을 기점으로 하는 깨짐이 발생한다는 문제가 있어, 여전히 개선의 여지가 크다. 특허문헌 4 내지 11에는, 개재물의 크기를 제한한 기계 구조용 강이 기재되어 있다. 그러나, 어느 문헌에도, 냉간 단조에 대해서는 기재되어 있지 않다. 특허문헌 12에는 황화물계, 산화물계, 질화물계 개재물이나 그들 복합 개재물의 크기를 제한해서 냉간 단조성과 피삭성을 양립시킨 봉강·선재가 기재되어 있다. 그러나, 템퍼링 연화 저항을 향상시키는 기술에 대해서는 기재되어 있지 않다. 특허문헌 13에는, 진공 침탄 또는 진공 침탄 질화용의 강재가 기재되어 있다. 이 강재에서는, 극치통계법에 의해 예상되는 누적 분포 함수가 99%일 때의 〔(πLW/4)0.5〕로 표시되는 산화물, 산화물을 주체로 하는 복합 개재물, 질화물 및 질화물을 주체로 하는 복합 개재물의 최대 등가원 직경이 35㎛ 이하인 것이 기재되어 있다. 그러나, 특허문헌 13에서는 진공 침탄 또는 진공 침탄 질화를 전제로 하고 있다.In order to improve (improve) the pitching strength, it is effective to improve the temper softening resistance of the carburizing layer of the gear. As means for improving the temper softening resistance, a technique for improving the steel component has been proposed. For example, Patent Document 1 discloses that the tempering softening resistance is improved when the content of Si, Cr, and Mo is specified and the total content of these elements exceeds a predetermined value. However, when the total content of these elements increases, the hardness of the material before cold forging increases, and the deformation resistance increases. Further, for example, Patent Document 2 discloses that deformation resistance during cold forging is increased when the content of Si exceeds 0.15%. As described above, in general, when the content of each component (in particular, Si) of the steel is increased, the tempering softening resistance improving effect is obtained, but the hardness of the steel is increased. That is, the improvement of the tempering softening resistance and the securing of the cold forging are contradictory. Therefore, it is desired to develop a steel material that combines tempering softening resistance and cold-rolled steel composition. Patent Document 3 discloses a technique in which the content of Si, Mn, Cr, and Mo is limited to a value specified by a predetermined relational expression or less after the tempering softening resistance is increased by increasing the contents of Si and Cr, There has been proposed a method for achieving compatibility between mono-composition. However, the technique of Patent Document 3 does not consider prevention of occurrence of cracking during cold forging. Therefore, in the case where large inclusions are present in the portion where the machining rate is increased during cold forging, there is a problem that cracks are generated starting from the inclusions, and there is still much room for improvement. Patent Documents 4 to 11 disclose steels for machine structural use in which the size of inclusions is limited. However, in any of the documents, cold forging is not described. Patent Document 12 discloses a steel bar and a wire rod in which cold forging and machinability are both achieved by limiting the sizes of sulfide-based, oxide-based, and nitride-based inclusions and their composite inclusions. However, a technique for improving the tempering softening resistance is not described. Patent Document 13 describes a steel material for vacuum carburizing or vacuum carburizing and nitriding. In this steel, a composite inclusion mainly composed of an oxide, an oxide mainly represented by [(? LW / 4) 0.5 ] when the cumulative distribution function predicted by the extreme value statistical method is 99%, a composite inclusion consisting mainly of a nitride and a nitride And the maximum equivalent circle diameter is 35 m or less. However, in Patent Document 13, vacuum carburizing or vacuum carburizing nitriding is premised.

따라서, 템퍼링 연화 저항의 향상과 냉간 단조성(깨짐의 방지 및 소재 경도의 상승 방지)의 양쪽 특성을 충족하는 강재의 개발이 여전히 요청되고 있다.Therefore, there is still a demand for the development of a steel material that satisfies both of the tempering softening resistance and the cold stiffening (prevention of breakage and prevention of rise of material hardness).

일본 특허 공개 제2003-231943호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-231943 일본 특허 공개 평6-299241호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-299241 일본 특허 공개 제2006-199993호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2006-199993 일본 특허 공개 제2001-234275호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-234275 일본 특허 공개 제2001-131685호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2001-131685 일본 특허 공개 제2001-131686호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-131686 일본 특허 공개 제2003-269460호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2003-269460 일본 특허 공개 제2006-63402호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-63402 일본 특허 공개 제2007-289979호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-289979 일본 특허 공개 제2004-143550호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-143550 일본 특허 공개 제2005-154886호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-154886 일본 특허 공개 제2007-63589호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2007-63589 일본 특허 공개 제2010-150566호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-150566

본 발명은 상기의 실상을 감안하여, 냉간 단조성과 템퍼링 연화 저항이 우수한 표면 경화용 강재와, 그 표면 경화용 강재로 이루어지는 표면 경화강 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.In view of the above-described facts, it is an object of the present invention to provide a surface hardening steel material excellent in cold forging and temper softening resistance, and a surface hardened steel material comprising the surface hardening steel material.

또한, 본 발명에 있어서, 템퍼링 연화 저항이 우수하다는 것은, 침탄층의 300℃ 템퍼링 경도가 JIS SCr420이나 SCM420보다도 높은 것을 나타낸다.Further, in the present invention, the superior tempering softening resistance means that the tempering hardness at 300 ° C of the carburizing layer is higher than that of JIS SCr 420 or SCM 420.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해서, 템퍼링 연화 저항을 향상시키기에 적합한 화학 성분의 조정과, 냉간 단조 시의 깨짐 발생의 방지에 필요한 개재물의 사이즈 제어에 대해서 예의 검토하였다. 그 결과, (i)Si, Cr은 침탄층의 템퍼링 연화 저항을 증가하는 작용이 큰 것, (ii)구상화 어닐링 후의 경도는 Si, Mn, Cr, Mo의 함유량의 합계에 의존하고, 각각의 원소의 기여율이 상이한 것, (iii)강중에 존재하는 비금속 개재물, 특히 황화물계 개재물의 사이즈를 적절하게 제한함으로써 냉간 단조 시의 깨짐의 발생을 방지할 수 있는 것 등을 알아내어, 본 발명의 완성에 이르렀다.Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the present inventors have extensively studied the control of chemical components suitable for improving the tempering softening resistance and the size control of inclusions necessary for preventing cracking during cold forging. As a result, it is found that (i) Si and Cr have a large effect of increasing the temper softening resistance of the carburizing layer, (ii) the hardness after spheroidizing annealing depends on the total content of Si, Mn, Cr and Mo, And (iii) the size of the nonmetallic inclusions, particularly the sulfide inclusions, present in the steel is appropriately limited, thereby preventing occurrence of cracking during cold forging. It came.

본 발명의 요지는 이하와 같다.The gist of the present invention is as follows.

(1) 본 발명의 일형태에 따른 표면 경화용 강재는, 화학 성분이, 질량%로, C: 0.05 내지 0.30%, Si: 0.40 내지 1.5%, Mn: 0.2 내지 1.0%, S: 0.001 내지 0.050%, Cr: 1.0 내지 2.0%, Mo: 0.02 내지 0.8%, Al: 0.001 내지 0.20%, N: 0.003 내지 0.03%, Nb: 0 내지 0.10%, Cu: 0 내지 0.2%, Ni: 0 내지 1.5%, V: 0 내지 0.20%, Ca: 0 내지 0.0050%, Mg: 0 내지 0.0050%, Sb: 0 내지 0.050%를 함유하고, P: 0.030% 이하, O: 0.0020% 이하, Ti: 0.005% 이하로 제한하고, 잔부가 철 및 불순물이며, 하기 (α)식 및 (β)식을 충족하고; 극치통계법을 이용한 개재물 평가에 있어서, 예측 면적(S)을 30000mm2라 한 때, 상기 예측 면적(S) 중에 존재하는 최대의 황화물계 개재물 직경(√area)S의 예측값이 49㎛ 이하이고, 상기 예측 면적(S) 중에 존재하는 최대의 산화물계 개재물 직경(√area)Ox의 예측값이 80㎛ 이하이며; 20㎛를 초과하는 길이 및 2㎛를 초과하는 두께를 갖는 황화물계 개재물이 1mm2당 200개 이하로 제한되어 있다.(1) A steel for surface hardening according to one embodiment of the present invention is characterized in that the chemical composition contains 0.05 to 0.30% of C, 0.40 to 1.5% of Si, 0.2 to 1.0% of Mn, 0.001 to 0.050 of S, , Ni: 0.001 to 0.20%, N: 0.003 to 0.03%, Nb: 0 to 0.10%, Cu: 0 to 0.2%, Ni: 0 to 1.5% 0 to 0.20% of V, 0 to 0.0050% of Ca, 0 to 0.0050% of Mg and 0 to 0.050% of Sb, P: not more than 0.030%, O: not more than 0.0020%, Ti: not more than 0.005% And the remainder being iron and impurities, satisfying the following expressions (a) and (b); In the evaluation of inclusions using an extreme value statistical method, the prediction area (S) referred to 30000mm 2 at one time, the maximum predicted value of the size of sulfide inclusions (√area) S present in the prediction area (S) 49㎛ or less, and the The predicted value of the maximum oxide inclusion diameter (√area) Ox existing in the predicted area S is 80 μm or less; A sulfide-based inclusion having a length exceeding 20 mu m and a thickness exceeding 2 mu m is limited to 200 or less per 1 mm 2 .

12×Si(%)+25×Mn(%)+Cr(%)+2×Mo(%)≤25 …(α)12 x Si (%) + 25 x Mn (%) + Cr (%) + 2 x Mo (%) 25 ... (?)

31×Si(%)+15×Mn(%)+23×Cr(%)≥50 …(β)31 x Si (%) + 15 x Mn (%) + 23 x Cr (%)? 50 ... (β)

여기서, (α)식 및 (β)식 중의, Si(%), Mn(%), Cr(%), Mo(%)는 각각의 원소의 질량%에 따른 함유량이다.Here, Si (%), Mn (%), Cr (%) and Mo (%) in the formulas (α) and (β) are contents according to the mass% of each element.

(2) 상기 (1)에 기재된 표면 경화용 강재에서는, 상기 화학 성분이, 질량%로, Nb: 0.015 내지 0.10%를 함유해도 된다.(2) In the steel for surface hardening according to (1), the chemical component may contain 0.015 to 0.10% of Nb by mass%.

(3) 상기 (1)에 기재된 표면 경화용 강재에서는, 상기 화학 성분이, 질량%로, Si: 0.55 내지 1.5%를 함유해도 된다.(3) In the steel material for surface hardening according to (1), the chemical component may contain 0.55 to 1.5% Si by mass%.

(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 표면 경화용 강재에서는, 상기 화학 성분이, 질량%로, Cu: 0.001 내지 0.2%, Ni: 0.001 내지 1.5% 중 1종 또는 2종을 함유해도 된다.(4) The steel sheet for surface hardening according to any one of (1) to (3), wherein the chemical component contains one or two of Cu in an amount of 0.001 to 0.2% and Ni in an amount of 0.001 to 1.5% It may contain species.

(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 표면 경화용 강재에서는, 상기 화학 성분이, 질량%로, V: 0.01 내지 0.20%를 함유해도 된다.(5) In the steel for surface hardening according to any one of (1) to (4), the chemical component may contain 0.01 to 0.20% of V by mass%.

(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 표면 경화용 강재에서는, 상기 화학 성분이, 질량%로, Ca: 0.0001 내지 0.0050%, Mg: 0.0001 내지 0.0050% 중 1종 또는 2종을 함유해도 된다.(6) The surface-hardening steel according to any one of (1) to (5), wherein the chemical component contains one or two of Ca: 0.0001 to 0.0050% and 0.0001 to 0.0050% It may contain species.

(7) 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 한 항에 기재된 표면 경화용 강재에서는, 상기 화학 성분이, 질량%로, Sb: 0.0001 내지 0.050%를 함유해도 된다.(7) In the steel material for surface hardening according to any one of (1) to (6), the chemical component may contain 0.0001 to 0.050% of Sb by mass%.

(8) 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 한 항에 기재된 표면 경화용 강재에서는, 마이크로 조직이 구상화 탄화물 조직을 가져도 된다.(8) In the steel sheet for surface hardening according to any one of (1) to (7), the microstructure may have a spheroidized carbide structure.

(9) 본 발명의 다른 형태에 따른 표면 경화강 부품은, 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 표면 경화용 강재로 이루어지고, 침탄 켄칭 템퍼링 또는 침탄 질화 켄칭 템퍼링의 처리에 의해 형성된 표면 경화층을 갖는다.(9) A surface-hardened steel component according to another aspect of the present invention is made of the steel for surface hardening according to any one of (1) to (8), and is subjected to a carburizing quenching tempering or a carburizing quenching tempering treatment And a surface hardened layer formed thereon.

본 발명의 상기 형태에 따르면, 침탄층의 300℃ 템퍼링 경도가 JIS SCr420이나 SCM420보다도 우수하고, 또한 냉간 단조성이 우수한 표면 경화용 강재 및 표면 경화강 부품을 제공할 수 있다. 즉, 템퍼링 연화 저항 및 냉간 단조성이 우수한 표면 경화용 강재 및 표면 경화강 부품을 제공할 수 있다. 또한, 이들 표면 경화용 강재 또는 표면 경화강 부품을 사용함으로써 기어의 제조 비용을 저감시킬 수 있고, 게다가 자동차, 건설 기계, 산업 기계용의 고출력화 및 연비 향상 등에 크게 기여하는 것이 가능해진다.According to the above aspect of the present invention, it is possible to provide a surface hardening steel material and a surface hardened steel part which are superior to JIS SCr420 or SCM420 at 300 deg. C tempering hardness of the carburizing layer and which are excellent in cold- That is, it is possible to provide a surface hardening steel material and a surface hardened steel material having excellent tempering softening resistance and cold step composition. Further, by using these surface-hardening steel members or surface hardened steel members, it is possible to reduce the manufacturing cost of gears and further contribute to high power output for automobiles, construction machines, industrial machines, and fuel economy improvement.

도 1은, 본 발명의 실시예에서 적용한, 구상화 어닐링(SA: Spheroidizing annealing)의 패턴을 나타내는 도면이다.1 is a diagram showing a pattern of spheroidizing annealing (SA) applied in an embodiment of the present invention.

본 발명자들은 연구의 결과, 이하의 (a) 내지 (d)에 대해서 밝혔다.As a result of the study, the present inventors have revealed the following (a) to (d).

(a) 냉간 단조성의 한계(냉간 단조 전의 경도의 한계)는, Si, Mn, Cr, Mo의, 각각의 경도의 상승 작용을 고려한 함유량의 지표로 결정할 수 있다.(a) The limit of the cold hardening (the limit of the hardness before cold forging) can be determined as an index of the content of Si, Mn, Cr, and Mo considering the synergistic action of hardness.

본 발명자들은, 0.2% C강(C 함유량이 0.2%인 강)에 여러가지의 합금 원소를 함유시킨 복수의 강종에 대하여 구상화 어닐링(SA)을 행하고, 구상화 어닐링 후의 경도에 미치는 각 합금 원소의 영향을 정량적으로 평가하였다. 구상화 어닐링을 행하면, 펄라이트 등을 구성하는 강중의 탄화물이 구상화되고, 마이크로 조직이 구상화 탄화물 조직을 갖게 된다. 탄화물이 구상화되면, 전위 운동의 장해가 되는 탄화물간의 간격이 커지고, 그로 인해 경도가 저하되므로, 바람직하다.The present inventors have carried out spheroidizing annealing (SA) on a plurality of steel types containing various alloying elements in 0.2% C steel (C content 0.2%) and found that the effect of each alloying element on the hardness after spheroidizing annealing And evaluated quantitatively. When the spheroidizing annealing is performed, the carbide in the steel constituting the pearlite or the like is spheroidized, and the microstructure has a spheroidized carbide structure. When the carbides are spheroidized, the interval between the carbides, which are a disadvantage of dislocation motions, is increased and the hardness is thereby lowered, which is preferable.

조사 결과, 본 발명자들은, 구상화 어닐링 후의 강의 경도는 하기 (1)식의 좌변의 형태로 표현할 수 있는 것을 밝혔다. Si, Mn의 계수가 비교적 높은 이유는, 이들 합금 원소가 페라이트에 고용되고, 고용 강화에 의해 구상화 어닐링재의 경도를 높이기 때문이다. 한편, Cr, Mo의 계수가 비교적 작은 것은, 이들 합금 원소가 구상화 어닐링 시에 시멘타이트 내에 농화되거나, 합금 탄화물의 형태로 석출되므로 고용 강화량이 작은 것 및 이들 탄화물은 크므로, 석출 강화량으로서는 상대적으로 작은 것에 의한다.As a result of the investigation, the present inventors have found that the hardness of the steel after spheroidizing annealing can be expressed in the form of the left side of the following expression (1). The reason why the coefficients of Si and Mn are relatively high is that these alloying elements are dissolved in ferrite and the hardness of the spheroidizing annealing material is increased by solid solution strengthening. On the other hand, the reason why the coefficients of Cr and Mo are relatively small is that these alloying elements are concentrated in the cementite during spheroidizing annealing or precipitated in the form of alloy carbide, and therefore the solid solution strengthening amount is small and these carbides are large, It is by small things.

본 발명자들은, 하기 (1)식의 좌변의 값이 25 이하인 경우에는, 구상화 어닐링 후의 강의 경도가 과도하게 높아지는 경우는 없지만, 하기 (1)식의 좌변의 값이 25를 초과하면 구상화 어닐링 후의 강의 경도가 과도하게 높아져, 냉간 단조성을 손상시키는 것을 밝혔다.The present inventors have found that when the value of the left side of the following formula (1) is 25 or less, the hardness of the steel after spheroidizing annealing does not become excessively high, but when the value of the left side of the following formula (1) exceeds 25, The hardness becomes excessively high, thereby deteriorating the cold hardening.

12×Si(%)+25×Mn(%)+Cr(%)+2×Mo(%)≤25 …(1)12 x Si (%) + 25 x Mn (%) + Cr (%) + 2 x Mo (%) 25 ... (One)

여기서, (1)식 중의 Si(%), Mn(%), Cr(%), Mo(%)는, 각각의 성분의 강중 함유량(질량%)이다.Here, Si (%), Mn (%), Cr (%) and Mo (%) in the formula (1) are contents (mass%) in the steel of each component.

(b) 강(특히 침탄층)의 템퍼링 연화 저항(300℃ 템퍼링 경도)은, Si, Mn, Cr의, 각각의 템퍼링 연화 저항의 증가 작용을 고려한 함유량의 지표로 나타낼 수 있다.(b) The temper softening resistance (300 ° C tempering hardness) of the steel (particularly, the carburized layer) can be represented by an index of the content of Si, Mn, and Cr considering the action of increasing tempering softening resistance.

Si, Mn, Cr은 침탄층의 템퍼링 연화 저항을 증가시키는 작용이 크다. 이것은, Si, Mn, Cr이 함유되면, 템퍼링 시에 석출되는 철 탄화물의 조대화가 억제되기 때문이다. 본 발명자들은, 각 합금 원소의 영향을 정량적으로 평가하기 위해서, 침탄층을 모의하여, 0.8% C강에 대하여 여러가지의 합금 원소를 함유시킨 강종에 대하여 300℃ 템퍼링을 행하여, 템퍼링 후의 경도(300℃ 템퍼링 경도)에 미치는 각종 합금 원소의 영향을 조사하였다. 그 결과, 본 발명자들은, 각 합금 원소에 의한 침탄층의 300℃ 템퍼링 경도의 증가 작용은, 하기 (2)식의 좌변의 형태로 표현할 수 있는 것을 밝혔다. 또한, 그 좌변의 값이 50 이상인 경우에는 300℃ 템퍼링 경도가 일반의 침탄 부품보다도 명료하게 향상되어, 우수한 피칭 강도가 얻어지는 것에 대해서, 50 미만인 경우에는 피칭 강도의 개선이 불충분한 것을 밝혔다.Si, Mn, and Cr have a large effect of increasing the temper softening resistance of the carburized layer. This is because, when Si, Mn and Cr are contained, coarsening of iron carbide precipitated at the time of tempering is suppressed. The inventors of the present invention conducted tempering at 300 캜 for a steel piece containing various alloying elements in 0.8% C steel simulating the carburizing layer in order to quantitatively evaluate the influence of each alloying element, Tempering hardness) of various alloying elements were investigated. As a result, the inventors of the present invention have found that the effect of increasing the tempering hardness at 300 ° C of the carburized layer by each alloy element can be expressed in the form of the left side of the following expression (2). On the other hand, when the value of the left side is 50 or more, the tempering hardness at 300 ° C is clearly improved as compared with that of general carburizing parts, and excellent pitching strength is obtained, whereas when the value is less than 50, improvement in pitching strength is insufficient.

31×Si(%)+15×Mn(%)+23×Cr(%)≥50 …(2)31 x Si (%) + 15 x Mn (%) + 23 x Cr (%)? 50 ... (2)

여기서, (2)식 중의 Si(%), Mn(%), Cr(%)은, 각각의 성분의 강중의 함유량(질량%)이다.Here, Si (%), Mn (%) and Cr (%) in the formula (2) are contents (mass%) in the steels of respective components.

상기로부터, Si, Mn, Cr, Mo를 상기 (1)식과, 상기 (2)식을 동시에 만족하는 범위에서 함유시킴으로써, 템퍼링 연화 저항의 증가와 소재 경도의 저하(냉간 단조성의 확보)를 양립시킬 수 있다.From the above, it can be seen that by including Si, Mn, Cr, and Mo in the range satisfying the above-mentioned formulas (1) and (2) simultaneously, .

(c) 강중에 존재하는 비금속 개재물(황화물계, 산화물계, 질화물계), 특히 황화물계 개재물의 사이즈를 제한함으로써 냉간 단조 시의 깨짐의 발생을 방지할 수 있다.(c) By limiting the size of nonmetallic inclusions (sulfides, oxides, nitrides), particularly sulfide inclusions, present in the steel, cracking during cold forging can be prevented.

강중에 존재하는 큰 개재물은, 깨짐의 기점이 된다. 그로 인해, 공업적인 규모로 안정된 양산을 행하기 위해서는, 부품의 소재에 대해서, 넓은 영역에서 개재물의 분포 상황을 평가할 필요가 있다. 깨짐의 기점이 되는 큰 개재물의 존재는 「극치통계법」으로 추정할 수 있다. 극치통계법이란, 어떤 모집단으로부터 복수개의 시험편을 채취하여, 개개의 시험편에 존재하는 최대의 개재물의 크기를 현미경법으로 측정하고, 그 면적의 평방근을 극치 확률지에 플롯함으로써, 모집단 또는 임의의 면적(또는 체적) 중에 존재하는 최대의 개재물의 입경(√area)을 예측하는 방법이다. 강중의 비금속 개재물 평가에 극치통계법을 적용하는 구체적인 수단으로서는, 예를 들어 비특허문헌; 금속 피로 미소 결함과 개재물의 영향, 무라카미 유키다카 저자 등에 기재된 방법에 준해서 행할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 이하대로 하였다. (i) 1시야의 면적(검사 기준 면적: S0)을 예를 들어 10mm×10mm로 하고, 면적(S0)이 중복되지 않도록 각 공시재에 대해서 각각 30시야의 광학 현미경 관찰을 행한다. (ii) 30시야의 각각에 존재하고 있는 최대 개재물의 입경 측정을 행해서 그 면적의 평방근(√area)을 극치 확률지에 플롯을 행한다. (iii) 예측 면적(S)을 30000mm2로 하여 최대 개재물의 입경(√area)을 예측한다.Large inclusions present in the steel become the starting point of cracking. Therefore, in order to achieve stable mass production on an industrial scale, it is necessary to evaluate the distribution of inclusions in a wide area with respect to the material of the parts. The existence of a large inclusion as a starting point of fracture can be estimated by the extreme value statistical method. The extreme value statistical method is a method in which a plurality of test pieces are sampled from a certain population, the size of the largest inclusion existing in each test piece is measured by a microscopic method, and the square root of the area is plotted against the extreme value probability map, (√area) of the largest inclusion present in the volume (√) volume of the sample. As a concrete means for applying the extreme value statistical method to the evaluation of non-metallic inclusions in steel, for example, non-patent documents; The effect of metal fatigue micro-defects and inclusions, the method described by Yuraku Murakami et al., And the like. In the present embodiment, the following is done. (i) the area of the first field of view (inspection reference area: S 0) for example by 10mm × 10mm, and an area (S 0) is carried out under an optical microscope observation of the visual field 30, respectively, for each material this disclosure do not overlap. (ii) The particle diameter of the largest inclusion existing in each of the 30 field of view is measured, and the square root of the area (√area) is plotted on the extreme value probability map. (iii) Predict the particle size (√area) of the maximum inclusion by setting the predicted area (S) to 30000 mm 2 .

또한, 개재물의 측정은, 산화물, 황화물 각각의 개재물에 대해서 행할 필요가 있다. 이것은, 산화물의 입경 분포·황화물의 입경 분포는 각각 상이한 것이며, 따로따로 평가해야 하기 때문이다. 극치통계법은, 비교적 간편하고, 또한 신뢰성이 높다.In addition, the inclusions must be measured for inclusions of oxides and sulfides, respectively. This is because the oxide particle size distribution and the sulfide particle size distribution are different from each other and must be evaluated separately. The extreme value statistical method is relatively simple and highly reliable.

(d) 황화물계 개재물에 대해서는, 그 존재 빈도가 크다. 그로 인해, 냉간 단조 시의 깨짐의 발생을 방지하기 위해서는, 극치통계법으로 추정되는 최대 사이즈에 추가하여, 어느 크기 이상의 황화물계 개재물의 단위 면적당의 수(개수 밀도)에 대해서도 제한할 필요가 있다.(d) sulfide-based inclusions, the existence frequency thereof is great. Therefore, in order to prevent occurrence of cracking during cold forging, it is necessary to limit the number of sulfide inclusions per unit area (number density) of a certain size or more in addition to the maximum size estimated by the extreme value statistical method.

이하, 본 발명에 일실시 형태에 따른 표면 경화용 강재(본 실시 형태에 따른 표면 경화용 강재라 하는 경우가 있음) 및 본 발명의 일실시 형태에 따른 표면 경화강 부품(본 실시 형태에 따른 표면 경화강 부품이라 하는 경우가 있음)에 대해서 상세하게 설명한다. 먼저, 본 실시 형태에 따른 표면 경화용 강재의 성분 한정의 이유에 대해서 설명한다. 성분은, 표층부의 침탄에 의한 탄소량의 증가의 영향을 받지 않는 코어부의 성분을 가리킨다. 성분의 함유량의 %는 질량%를 의미한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to a surface-hardening steel material (sometimes referred to as a surface-hardening steel material according to the present embodiment) and a surface hardened steel material according to an embodiment of the present invention Hardened steel part) may be described in detail. First, the reasons for limiting the components of the surface hardening steel according to the present embodiment will be described. Component refers to a component of the core portion that is not affected by an increase in the amount of carbon by carburization in the surface layer portion. The% of the content of the component means% by mass.

(C: 0.05 내지 0.30%)(C: 0.05 to 0.30%)

C는 침탄 켄칭·템퍼링 후의, 부품의 코어부 강도를 얻기 위해서 필수적인 원소이다. 또한, C 함유량은, 코어부의 경도를 결정하고, 침탄층의 유효 경화층 깊이에도 영향을 미친다. 따라서, 본 실시 형태에서는 C 함유량의 하한을 0.05%로 한다. 그러나, C 함유량이 너무 많으면 인성이 저하된다. 그로 인해, C 함유량의 상한을 0.30%로 한다. 보다 바람직한 C 함유량은 0.10 내지 0.25%이다.C is an indispensable element to obtain the core strength of the component after carburizing quenching and tempering. The C content determines the hardness of the core portion and also affects the effective hardened layer depth of the carburized layer. Therefore, in the present embodiment, the lower limit of the C content is set to 0.05%. However, if the C content is too large, the toughness is lowered. Therefore, the upper limit of the C content is set to 0.30%. The more preferable C content is 0.10 to 0.25%.

(Si: 0.40 내지 1.5%)(Si: 0.40 to 1.5%)

Si는 침탄층의 템퍼링 연화 저항을 향상시키기에 유효한 원소이다. 그로 인해, Si 함유량의 하한을 0.40%로 한다. 그러나, Si 함유량이 너무 많으면 구상화 어닐링 후의 경도가 상승하여, 냉간 단조성이 저하된다. 그로 인해, Si 함유량의 상한을 1.5%로 한다. 바람직한 Si 함유량은 0.45 내지 1.0%이다. 비용의 증가를 억제해서 템퍼링 연화 저항을 향상시킬 경우, Si 함유량의 하한을 0.55%로 하는 것이 보다 바람직하다.Si is an effective element for improving the temper softening resistance of the carburized layer. Therefore, the lower limit of the Si content is set to 0.40%. However, if the Si content is too large, the hardness after spheroidizing annealing rises and the cold step composition is lowered. Therefore, the upper limit of the Si content is set to 1.5%. The preferable Si content is 0.45 to 1.0%. When the increase in the cost is suppressed to improve the temper softening resistance, it is more preferable to set the lower limit of the Si content to 0.55%.

(Mn: 0.2 내지 1.0%)(Mn: 0.2 to 1.0%)

Mn은 강의 켄칭성을 향상시키기에 유효한 원소이다. 또한, Mn은, 강 중의 S를 MnS로서 고정함으로써 열간 연성을 개선하여, 강의 제조 공정(연속 주조, 열간 압연)에서의 흠집 발생을 방지한다. 또한, MnS는 절삭성을 향상시키는 작용을 갖는다. 이들 효과를 얻기 위해서, Mn 함유량의 하한을 0.2%로 한다. 그러나, Mn 함유량이 너무 많으면 구상화 어닐링 후의 경도가 상승하여, 냉간 단조성이 저하된다. 그로 인해, Mn 함유량의 상한을 1.0%로 한다. 바람직한 Mn 함유량은 0.4 내지 0.7%이다.Mn is an element effective for improving the quenching of the steel. Further, Mn fixes S in the steel as MnS to improve hot ductility and prevents scratches in the steel manufacturing process (continuous casting, hot rolling). In addition, MnS has an effect of improving machinability. In order to obtain these effects, the lower limit of the Mn content is set to 0.2%. However, if the Mn content is too large, the hardness after spheroidizing annealing rises and the cold step composition deteriorates. Therefore, the upper limit of the Mn content is set to 1.0%. The preferable Mn content is 0.4 to 0.7%.

(S: 0.001 내지 0.050%)(S: 0.001 to 0.050%)

S는 강 중에서 MnS를 형성해서 절삭성을 향상시키는 효과가 있다. 이 효과를 얻기 위해서, S 함유량의 하한을 0.001%로 한다. 그러나, S 함유량이 너무 많으면 MnS 등의, 소위 황화물계 개재물의 양이 많아지고, 또한 그 사이즈도 조대화된다. 후술하는 바와 같이, 조대한 황화물계 개재물이 수많이 존재하는 경우에는, 냉간 단조 시에 그 조대한 황화물계 개재물이 깨짐의 기점이 된다. 그로 인해, S 함유량의 상한을 0.050%로 한다. 바람직한 S 함유량은 0.005 내지 0.020%이다.S has the effect of improving the machinability by forming MnS in the steel. To obtain this effect, the lower limit of the S content is set to 0.001%. However, if the S content is too large, the amount of so-called sulfide inclusions such as MnS increases, and the size is also increased. As will be described later, when a large number of coarse sulfide inclusions are present, the coarse sulfide inclusions are broken at the time of cold forging. Therefore, the upper limit of the S content is set to 0.050%. The preferable S content is 0.005 to 0.020%.

(Cr: 1.0 내지 2.0%)(Cr: 1.0 to 2.0%)

Cr은 켄칭성을 향상시킬뿐만 아니라, 템퍼링 연화 저항을 향상시키기에 유효한 원소이다. 게다가, Cr은 비교적 함유량이 많아도 구상화 어닐링 후의 경도 상승에의 영향이 적다는 특징이 있다. 그로 인해, Cr 함유량의 하한을 1.0%로 한다. 그러나, Cr 함유량이 2.0%를 초과하면 템퍼링 연화 저항의 향상 효과는 포화하므로, Cr 함유량의 상한을 2.0%로 한다. 바람직한 Cr 함유량은 1.3 내지 1.6%이다.Cr is an element effective not only in improving the quenching property but also in improving the tempering softening resistance. In addition, Cr is characterized in that its influence on the increase in hardness after spheroidizing annealing is small even though the Cr content is relatively large. Therefore, the lower limit of the Cr content is set to 1.0%. However, if the Cr content exceeds 2.0%, the effect of improving the tempering softening resistance is saturated, so the upper limit of the Cr content is set to 2.0%. The preferable Cr content is 1.3 to 1.6%.

(Mo: 0.02 내지 0.8%)(Mo: 0.02 to 0.8%)

Mo는 켄칭성을 향상시키기에 유효한 원소이다. Si, Mn, Cr은 침탄 가열 시에 강 표층부에서 선택 산화됨으로써 표층부의 켄칭성을 저하시키는 경우가 있다. 그러한 경우, 담금질 시에 불완전 켄칭층이 형성되고, 굽힘 피로 강도, 피칭 강도 저하의 요인이 된다. 한편, Mo는 상기 원소보다도 산화 경향이 낮으므로, 표층부의 불완전 켄칭층의 저감에 유효한 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서, Mo 함유량의 하한을 0.02%로 한다. 그러나, Mo 함유량이 너무 많으면 구상화 어닐링 후의 경도가 상승하여, 냉간 단조성이 저하되므로, Mo 함유량의 상한을 0.8%로 한다. 바람직한 Mo 함유량은 0.05 내지 0.5%이다.Mo is an effective element for improving quenching. Si, Mn and Cr are selectively oxidized in the steel surface layer portion during the carburization heating, thereby lowering the quenching of the surface layer. In such a case, an incomplete quenching layer is formed at the time of quenching, and the bending fatigue strength and the pitching strength are deteriorated. On the other hand, Mo is an element effective for reducing the incomplete quenching layer in the surface layer because the oxidation tendency is lower than that of the above elements. In order to obtain this effect, the lower limit of the Mo content is set to 0.02%. However, if the Mo content is too large, the hardness after spheroidizing annealing rises and the cold hardening decreases, so the upper limit of the Mo content is set to 0.8%. The preferable Mo content is 0.05 to 0.5%.

(Al: 0.001 내지 0.20%)(Al: 0.001 to 0.20%)

Al은 강 중에서 미세한 질화물을 형성함으로써 오스테나이트 결정립을 미세화하는 효과가 있다. 이 효과를 얻기 위해서, Al 함유량의 하한을 0.001%로 한다. 그러나, Al 함유량이 0.20%를 초과하면 그 효과가 포화한다. 그로 인해, Al 함유량의 상한을 0.20%로 한다. 바람직한 Al 함유량은 0.015 내지 0.050%이다.Al has an effect of making finer the austenite grains by forming fine nitrides in the steel. In order to obtain this effect, the lower limit of the Al content is set to 0.001%. However, when the Al content exceeds 0.20%, the effect is saturated. Therefore, the upper limit of the Al content is set to 0.20%. The preferable Al content is 0.015 to 0.050%.

(N: 0.003 내지 0.03%)(N: 0.003 to 0.03%)

N은 강 중에서 Al 또는 Nb, V와 질화물을 형성함으로써 오스테나이트 결정립을 미세화하는 효과를 갖는다. 이 효과를 얻기 위해서, N 함유량의 하한을 0.003%로 한다. 그러나, N 함유량이 과잉이 되면 강의 열간 연성이 저하되고, 강의 제조 공정(연속 주조, 열간 압연)에서의 흠집 발생이 현저해진다. 그로 인해, N 함유량의 상한을 0.03%로 한다. 바람직한 N 함유량은 0.007 내지 0.02%이다.N has an effect of refining austenite grains by forming nitrides with Al, Nb and V in the steel. In order to obtain this effect, the lower limit of the N content is set to 0.003%. However, if the N content is excessive, the hot ductility of the steel is lowered, and the occurrence of scratches in the steel manufacturing process (continuous casting, hot rolling) becomes remarkable. Therefore, the upper limit of the N content is set to 0.03%. The preferable N content is 0.007 to 0.02%.

(P: 0.030% 이하)(P: 0.030% or less)

P는 불순물 원소이며, 강의 인성을 저하시키는 원소이다. 그로 인해, P 함유량은 0.030% 이하로 제한한다. 바람직하게는 0.020% 이하로 제한한다.P is an impurity element and is an element that lowers the toughness of the steel. As a result, the P content is limited to 0.030% or less. And preferably 0.020% or less.

(O: 0.0020% 이하)(O: 0.0020% or less)

O는 불순물 원소이며, Al, Si 등과 산화물을 형성한다. O 함유량이 증가하면, 소위 산화물계 개재물의 양이 많아지고, 또한 그 사이즈도 조대해진다. 후술하는 바와 같이, 조대한 산화물계 개재물이 존재하는 경우에는 그것이 냉간 단조 시의 깨짐의 기점이 된다. 그로 인해, O 함유량을 0.0020% 이하로 제한한다. 바람직하게는 O 함유량을 0.0015% 이하, 보다 바람직하게는 0.0005% 이하로 제한한다.O is an impurity element and forms oxides with Al, Si, and the like. As the content of O increases, the amount of so-called oxide inclusions increases and the size becomes larger. As described later, when a coarse oxide inclusion exists, it is a starting point of cracking in cold forging. Therefore, the O content is limited to 0.0020% or less. Preferably, the O content is limited to 0.0015% or less, more preferably 0.0005% or less.

(Ti: 0.005% 이하)(Ti: 0.005% or less)

Ti는, 본 실시 형태에서는 불가피하게 혼입되고, TiN과 같은 질화물을 형성하는 원소이다. Ti의 양이 증가하면, 소위 질화물계 개재물의 양이 많아지고, 또한 그 사이즈도 조대해진다. 조대한 질화물계 개재물이 존재하는 경우에는 그것이 냉간 단조 시의 깨짐의 기점이 된다. 그로 인해, Ti 함유량을 0.005% 이하로 제한한다. 바람직하게는 Ti 함유량을 0.003% 이하로 제한한다.Ti is an element that is inevitably incorporated in the present embodiment and forms a nitride such as TiN. When the amount of Ti is increased, the amount of the so-called nitride-based inclusions is increased, and the size is also increased. In the presence of coarse nitride inclusions, it is the starting point of cracking during cold forging. Therefore, the Ti content is limited to 0.005% or less. Preferably, the Ti content is limited to 0.003% or less.

본 실시 형태에 따른 표면 경화용 강재는, 상술한 화학 성분을 갖는 것을 기본으로 하는데, 또한 이하의 성분을 함유하고 있어도 된다. 이하의 원소는 반드시 함유시킬 필요는 없다. 그로 인해, 함유량의 하한을 특별히 제한할 필요는 없으며, 그들의 하한은 0%이다.The steel for surface hardening according to the present embodiment is based on those having the chemical composition described above and may also contain the following components. The following elements are not necessarily included. Therefore, the lower limit of the content is not particularly limited, and the lower limit thereof is 0%.

(Cu: 0.2% 이하)(Cu: 0.2% or less)

Cu는 Mo와 마찬가지로 켄칭성을 향상시키기에 유효한 원소이다. 또한, Cu는 산화 경향이 낮은 원소이며, 표층부의 불완전 켄칭층을 저감시키기 위해서 유효한 원소이다. 이들 효과를 얻는 경우, Cu 함유량의 하한을 0.001%로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Cu 함유량이 너무 많으면 강의 열간 연성이 저하되고, 강의 제조 공정(연속 주조, 열간 압연)에서의 흠집 발생이 현저해진다. 그로 인해, Cu 함유량의 상한을 0.2%로 한다. 또한, Cu를 함유시키는 경우에는 Cu 함유량의 1/2 정도의 Ni를 동시에 함유시키면, 열간 연성의 저하가 경감된다. 더 바람직한 Cu 함유량은 0.05 내지 0.15%이다.Cu, like Mo, is an effective element for improving the quenching property. Cu is an element having a low oxidation tendency and is an effective element for reducing the incomplete quenching layer in the surface layer. When these effects are obtained, it is preferable that the lower limit of the Cu content is 0.001%. However, if the Cu content is too large, the hot ductility of the steel is lowered, and the occurrence of scratches in the steel manufacturing process (continuous casting, hot rolling) becomes remarkable. Therefore, the upper limit of the Cu content is set to 0.2%. Further, when Cu is contained, if Ni of about 1/2 of the Cu content is contained at the same time, deterioration of hot ductility is reduced. A more preferable Cu content is 0.05 to 0.15%.

(Ni: 1.5% 이하)(Ni: 1.5% or less)

Ni는 Mo, Cu와 마찬가지로 켄칭성을 향상시키기에 유효한 원소이다. 또한, Ni는 산화 경향이 낮은 원소이며, 표층부의 불완전 켄칭층을 저감시키기 위해서 유효한 원소이다. 이들 효과를 얻는 경우, Ni 함유량의 하한을 0.001%로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Ni는, 비용에의 영향이 큰 원소이므로, Ni 함유량의 상한을 1.5%로 한다. 더 바람직한 Ni 함유량은 0.05 내지 1.0%이다.Ni, like Mo and Cu, is an element effective for improving the quenching property. Ni is an element having a low oxidation tendency and is an effective element for reducing the incomplete quenching layer in the surface layer portion. When these effects are obtained, the lower limit of the Ni content is preferably set to 0.001%. However, since Ni is an element having a large influence on cost, the upper limit of the Ni content is set to 1.5%. A more preferable Ni content is 0.05 to 1.0%.

(Nb: 0.10% 이하)(Nb: 0.10% or less)

Nb는 강 중에서 미세한 탄화물, 질화물을 형성하여, 오스테나이트 결정립을 미세화하는 효과를 갖는다. 이 효과를 얻는 경우, Nb 함유량의 하한을 0.001%로 하는 것이 바람직하다. 특히, 냉간 단조 후에 노멀라이징이나 어닐링을 행하지 않는 경우, 또는 침탄 온도가 930℃보다도 고온인 경우 등에는 오스테나이트 결정립의 조대화가 일어나기 쉬우므로, 조대화의 방지를 위해서 Nb 탄질화물의 양을 증가시키는 것이 유효하다. 그로 인해, Nb 함유량의 하한을 0.015%로 하는 것이 보다 바람직하다. 그러나, Nb 함유량이 0.10%를 초과하면 그 효과가 포화한다. 그로 인해, Nb 함유량의 상한을 0.10%로 한다. 바람직한 Nb 함유량의 상한은 0.050%이다.Nb has the effect of forming finer carbides and nitrides in the steel to make the austenite grains finer. When this effect is obtained, the lower limit of the Nb content is preferably 0.001%. Especially, when normalizing or annealing is not performed after cold forging, or when the carburizing temperature is higher than 930 ° C, coarsening of the austenite grains tends to occur, so that the amount of Nb carbonitride is increased to prevent coarsening It is valid. Therefore, it is more preferable to set the lower limit of the Nb content to 0.015%. However, if the Nb content exceeds 0.10%, the effect becomes saturated. Therefore, the upper limit of the Nb content is set to 0.10%. The upper limit of the preferable Nb content is 0.050%.

(V: 0.20% 이하)(V: 0.20% or less)

V는 강 중에서 미세한 탄화물, 질화물을 형성하여, 오스테나이트 결정립을 미세화하는 효과를 갖는다. 이 효과를 얻는 경우, V 함유량의 하한을 0.01%로 하는 것이 바람직하다. 그러나, V 함유량이 0.20%를 초과하면 그 효과가 포화한다. 그로 인해, V 함유량의 상한을 0.20%로 한다. 더 바람직한 V 함유량은 0.05 내지 0.15%이다.V has the effect of forming finer carbides and nitrides in the steel to make the austenite grains finer. When obtaining this effect, the lower limit of the V content is preferably 0.01%. However, if the V content exceeds 0.20%, the effect becomes saturated. Therefore, the upper limit of the V content is set to 0.20%. A more preferable V content is 0.05 to 0.15%.

(Ca: 0.0050% 이하)(Ca: 0.0050% or less)

Ca는 소위 황화물계 개재물을 미세화함으로써, 황화물계 개재물이 냉간 단조 시에 깨짐의 기점이 되는 것을 방지하는 효과를 갖는다. 이 효과를 얻는 경우, Ca 함유량의 하한을 0.0001%로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Ca 함유량이 0.0050%를 초과하면 그 효과가 포화된다. 그로 인해, Ca 함유량의 상한을 0.0050%로 한다. 더 바람직한 Ca 함유량은 0.0005 내지 0.0015%이다.Ca has an effect of preventing sulfide inclusions from becoming a starting point of cracking during cold forging by making the so-called sulfide inclusions finer. When obtaining this effect, the lower limit of the Ca content is preferably 0.0001%. However, when the Ca content exceeds 0.0050%, the effect is saturated. Therefore, the upper limit of the Ca content is set to 0.0050%. The Ca content is more preferably 0.0005 to 0.0015%.

(Mg: 0.0050% 이하)(Mg: 0.0050% or less)

Mg는 소위 황화물계 개재물을 미세화함으로써, 황화물계 개재물이 냉간 단조 시에 깨짐의 기점이 되는 것을 방지하는 효과를 갖는다. 이 효과를 얻는 경우, Mg 함유량의 하한을 0.0001%로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Mg 함유량이 0.0050%를 초과하면 그 효과가 포화한다. 그로 인해, Mg 함유량의 상한을 0.0050%로 한다. 더 바람직한 Mg 함유량은 0.0005 내지 0.0015%이다.Mg has an effect of preventing sulphide inclusions from becoming a starting point of cracking during cold forging by making the so-called sulphide inclusions finer. When this effect is obtained, the lower limit of the Mg content is preferably 0.0001%. However, when the Mg content exceeds 0.0050%, the effect is saturated. Therefore, the upper limit of the Mg content is set to 0.0050%. A more preferable Mg content is 0.0005 to 0.0015%.

(Sb: 0.050% 이하)(Sb: 0.050% or less)

Sb는 열간 압연, 구상화 어닐링 시의 탈탄을 억제하는 효과를 갖는다. 이 효과를 얻는 경우, Sb 함유량의 하한을 0.0001%로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Sb 함유량이 0.050%를 초과하면 그 효과가 포화한다. 그로 인해, Sb 함유량의 상한을 0.050%로 한다. 더 바람직한 Sb 함유량은 0.001 내지 0.010%이다.Sb has an effect of suppressing decarburization during hot rolling and spheroidizing annealing. When this effect is obtained, the lower limit of the Sb content is preferably 0.0001%. However, if the Sb content exceeds 0.050%, the effect becomes saturated. Therefore, the upper limit of the Sb content is set to 0.050%. The more preferable Sb content is 0.001 to 0.010%.

이어서, 본 실시 형태에 따른 표면 경화용 강재에 있어서의, Si, Mn, Cr 및 Mo의 함유량에 대해서, 냉간 단조성 및 템퍼링 연화 저항의 관점에서 설명한다.Next, the contents of Si, Mn, Cr and Mo in the steel for surface hardening according to the present embodiment will be described from the viewpoints of cold forging and temper softening resistance.

본 실시 형태에 따른 표면 경화용 강재에 있어서, 냉간 단조성의 관점에서는, Si, Mn, Cr 및 Mo의 함유량을, 하기 (1)식을 만족하도록, 즉, 하기 (1)식의 좌변의 값이 25 이하가 되도록 제어할 필요가 있다. 왜냐하면, 구상화 어닐링재의 냉간 단조성(냉간 단조 전의 경도)의 한계는, Si, Mn, Cr, Mo의, 각각의 구상화 어닐링재의 경도에의 영향도를 고려해서 결정해야하기 때문이다. 하기 (1)의 좌변에서 Si, Mn, Cr 및 Mo의 각 원소의 계수가 상이한 것은, 원소에 따라 냉간 단조성(냉간 단조 전의 경도)에 기여하는 정도가 상이하기 때문이다.In the steel for surface hardening according to the present embodiment, the content of Si, Mn, Cr and Mo is set so as to satisfy the following formula (1), that is, the value of the left side of the following formula (1) Is controlled to be 25 or less. This is because the limit of the cold hardening (hardness before cold forging) of the spheroidizing annealing material must be determined in consideration of the influence of Si, Mn, Cr, and Mo on the hardness of each spheroidizing annealing material. The reason why the coefficients of the respective elements of Si, Mn, Cr and Mo are different in the left side of the following (1) is that the degree of contribution to the cold stator (hardness before cold forging) varies depending on the element.

또한, 하기 (1)식의 좌변의 바람직한 범위는 24.5 이하, 보다 바람직한 범위는 23 이하이다.The preferable range of the left side of the following expression (1) is 24.5 or less, and the more preferable range is 23 or less.

12×Si(%)+25×Mn(%)+Cr(%)+2×Mo(%)≤25 …(1)12 x Si (%) + 25 x Mn (%) + Cr (%) + 2 x Mo (%) 25 ... (One)

또한, 본 실시 형태에 따른 표면 경화용 강재에 있어서, 템퍼링 연화 저항의 관점에서는, Si, Mn, Cr의 함유량을, 하기 (2)식의 좌변의 값이 50 이상이 되도록 제어할 필요가 있다. 기어나 CVT와 같은 파워 트레인 부품은, 사용중에 다른 부품과 접촉하는 위치가 접촉에 의해 국부적으로 발열하고, 템퍼링을 받아서 연화된다. 이 연화가 피칭 피로 특성의 열화의 지배 인자이다. 따라서, 피칭 피로 강도를 향상시키기 위해서는 침탄층의 템퍼링 연화 저항인 300℃ 템퍼링 경도를 향상시키는 것이 유효하다. (2)식의 좌변의 값이 50 이상이면, 피칭 피로 강도가 향상된다. 좌변의 값은, 바람직하게는 53 이상, 보다 바람직하게는 55 이상이다.In the steel for surface hardening according to the present embodiment, it is necessary to control the content of Si, Mn, and Cr so that the value of the left side of the following expression (2) becomes 50 or more from the viewpoint of temper softening resistance. Powertrain components such as gears and CVTs are locally heated by contact during contact with other components during use and are softened by tempering. This softening is a dominant factor of the deterioration of the pitching fatigue characteristic. Therefore, in order to improve the pitching fatigue strength, it is effective to improve tempering hardness at 300 캜 which is the temper softening resistance of the carburized layer. When the value of the left side of the equation (2) is 50 or more, the pitching fatigue strength is improved. The value of the left side is preferably 53 or more, and more preferably 55 or more.

31×Si(%)+15×Mn(%)+23×Cr(%)≥50 …(2)31 x Si (%) + 15 x Mn (%) + 23 x Cr (%)? 50 ... (2)

이어서, 본 실시 형태에 따른 표면 경화용 강재에서의 황화물계 개재물의 크기 및 수에 대해서 설명한다.Next, the size and number of the sulfide inclusions in the steel for surface hardening according to the present embodiment will be described.

본 실시 형태에서 황화물계 개재물이란, S를 함유하는 개재물이며, 예를 들어 MnS, CaS, MgS, (Mn, Ca, Mg)S, TiS, Ti(C, S), FeS 등을 가리킨다.In the present embodiment, the sulfide inclusions are inclusions containing S, for example, MnS, CaS, MgS, (Mn, Ca, Mg) S, TiS, Ti (C, S), FeS and the like.

본 실시 형태에 따른 표면 경화용 강재에 있어서는, 극치통계법을 이용한 개재물 평가를 행한 경우에, 예측 면적(S)=30000mm2 중에 존재하는 최대의 황화물계 개재물 직경인 (√area)S의 예측값이 49㎛ 이하이며, 또한 20㎛를 초과하는 길이인 동시에 2㎛를 초과하는 두께를 갖는 황화물계 개재물이 1mm2당 200개 이하일 필요가 있다.In the steel product for use as a surface hardening according to the present embodiment, the case where the evaluation of inclusions with extreme statistical method, the prediction area (S) = 30000mm 2 the maximum predicted value of sulfide inclusions of (√area) S in diameter present in the 49 Mu] m or less, a length exceeding 20 mu m, and a thickness of more than 2 mu m is required to be 200 or less per 1 mm < 2 >

냉간 단조에 의해 큰 소성 가공을 받은 경우, 큰 황화물계 개재물이 강 중에 존재하고 있으면, 개재물과 매트릭스의 계면이 깨짐의 기점이 되어, 최종적으로 큰 냉간 단조 깨짐으로 성장하는 경우가 있다. 그러나, 황화물계 개재물의 직경이 49㎛ 이하이면 깨짐의 기점으로 되지 않아 무해하다. 반면, 49㎛를 초과하는 황화물계 개재물은 깨짐의 기점이 된다. 그 때문에, (√area)S의 상한을 49㎛로 하였다.When a large sintering process is performed by cold forging, if a large sulphide inclusion is present in the steel, the interface between the inclusions and the matrix becomes a starting point for fracture, and finally, a large cold forging crack may grow. However, when the diameter of the sulfide inclusion is 49 탆 or less, it is not a starting point of cracking and is harmless. On the other hand, the sulfide inclusions exceeding 49 mu m become a starting point of cracking. Therefore, the upper limit of (square root) S was set at 49 mu m.

황화물계 개재물은, 후술하는 산화물계 개재물이나 질화물계 개재물에 비해 양이 많으므로 존재 빈도가 높다. 또한, 황화물계 개재물은 열간 가공에 의해 가늘고 길게 신장하므로, 냉간 단조 깨짐에의 영향이 크다. 예를 들어, 길이 20㎛, 두께 2㎛의 황화물계 개재물의 (√area)S는 6.3㎛이며, 상기에서 제한한 최대 황화물계 개재물 직경(49㎛)보다 작지만, 이것 이상의 길이·두께를 갖는 황화물계 개재물이 1mm2당 200개를 초과해서 존재하고 있는 경우에는, 실질적으로 큰 개재물이 존재하고 있는 것과 변함없이, 냉간 가공 시에 깨짐의 발생이 빈발한다. 따라서, 황화물계 개재물에 대해서는, 개재물 직경뿐만 아니라, 어떤 크기 이상의 개재물의 수에 대해서도 규정할 필요가 있다. 즉, 20㎛를 초과하는 길이 및 2㎛를 초과하는 두께를 갖는 황화물계 개재물을 1mm2당 200개 이하로 할 필요가 있다. 황화물계 개재물의 길이 및 두께 또는 개수가 상기 범위를 초과하면, 깨짐이 쉽게 발생한다. 황화물계 개재물의 사이즈를 계측할 때에는, 긴 직경을 길이, 짧은 직경을 두께로 한다.The sulfide-based inclusions are more frequently present than the oxide-based inclusions and the nitride-based inclusions to be described later, and thus have a high frequency of occurrence. Further, the sulfide-based inclusions are elongated and elongated by the hot working, so that the influence of cold forging cracking is great. For example, (√area) S of sulfide inclusions having a length of 20 μm and a thickness of 2 μm is 6.3 μm and is smaller than the maximum sulfide inclusion diameter (49 μm) limited in the above, In the case where the number of system inclusions exceeds 200 per 1 mm 2 , cracks occur frequently during cold working, unchanged from the fact that substantially large inclusions exist. Therefore, for the sulfide inclusions, it is necessary to specify not only the inclusion diameter but also the number of inclusions having a certain size or more. That is, it is necessary to set the number of sulfide inclusions having a length exceeding 20 mu m and a thickness exceeding 2 mu m to 200 or less per mm 2 . If the length and the thickness or the number of the sulfide inclusions exceed the above range, cracking easily occurs. When measuring the size of the sulfide inclusions, the long diameter is set to a length and the short diameter is set to a thickness.

길이가 20㎛ 이하인 MnS는, 그 두께가 작은 범위에서는 이 제한에는 맞지 않지만, 가령 그 두께가 매우 두꺼운 경우, 예를 들어 20㎛를 초과하는 것이 존재하고 있는 경우를 생각하면, 두께가 길이, 길이가 두께가 되므로, 이 제한에 적합한 것이 된다.MnS having a length of 20 탆 or less does not meet this limit in a range where the thickness is small. However, when the thickness is too thick, for example, when there is something exceeding 20 탆, Becomes thick, and therefore, it becomes suitable for this limitation.

또한, 황화물계 개재물, 산화물계 개재물에 대해서는, 작은 쪽이 바람직하므로, 그 입경의 하한은 0㎛이다. 또한, 20㎛를 초과하는 길이 및 2㎛를 초과하는 두께를 갖는 황화물계 개재물은, 적은 쪽이 바람직하므로, 그 개수 밀도의 하한은 0개/mm2이다.The lower limit of the grain size is preferably 0 占 퐉 for the sulfide-based inclusions and the oxide-based inclusions. The lower limit of the number density of the sulfide inclusions having a length exceeding 20 mu m and a thickness exceeding 2 mu m is preferably 0 / mm < 2 & gt ;.

이어서, 본 실시 형태에 따른 표면 경화용 강재에서의 산화물계 개재물의 크기에 대해서 설명한다.Next, the size of the oxide inclusion in the steel for surface hardening according to the present embodiment will be described.

본 발명에서 말하는 산화물계 개재물이란, O를 함유하는 개재물이며, 예를 들어 Al2O3, CaO, Cr2O3, MnO, NbO, SiO2, MgO, ZrO2, TixOy, Nb2O5, FeOx 또는 이들이 복합된 것 등을 가리킨다.The oxide inclusions referred to in the present invention are inclusions containing O and include, for example, Al 2 O 3 , CaO, Cr 2 O 3 , MnO, NbO, SiO 2 , MgO, ZrO 2 , Ti x O y , Nb 2 O 5 , FeOx, or a composite thereof.

본 실시 형태에 따른 표면 경화용 강재에 있어서는, 극치통계법을 이용한 개재물 평가에 있어서, 예측 면적(S)=30000mm2 중에 존재하는 최대의 산화물계 개재물 직경((√area)Ox)의 예측값이 80㎛ 이하인 것이 바람직하다.In the steel material for surface hardening according to the present embodiment, in the inclusion evaluation using the extreme value statistical method, the predicted value of the maximum oxide inclusion diameter ((√area) Ox ) present in the predicted area (S) = 30000 mm 2 is 80 μm Or less.

이것은, 냉간 단조에 의해 큰 소성 가공을 받은 경우, 큰 산화물계 개재물이 강 중에 존재하면, 개재물과 매트릭스의 계면이 깨짐의 기점이 되고, 최종적으로는 큰 냉간 단조 깨짐으로 성장하기 때문이다. (√area)Ox가 80㎛ 이하인 산화물계 개재물은 무해하지만, 80㎛를 초과하는 산화물계 개재물은 깨짐의 기점이 된다. 따라서, 산화물계 개재물의 사이즈를 상기와 같이 규정할 필요가 있다.This is because, when a large plastic forming process is performed by cold forging, if a large oxide inclusion is present in the steel, the interface between the inclusions and the matrix is broken, and finally, the large cold forging cracks grow. (√area) Ox- based inclusions having Ox of 80 μm or less are harmless, but oxide-based inclusions exceeding 80 μm become a starting point of cracking. Therefore, it is necessary to define the size of the oxide inclusion as described above.

본 실시 형태에 따른 표면 경화강 부품은, 상기의 표면 경화용 강재에 대하여, 침탄 켄칭 템퍼링 또는 침탄 질화 켄칭 템퍼링의 처리를 실시함으로써 얻어진다. 즉, 표면 경화강 부품은, 표면 경화용 강재로 이루어진다. 그로 인해, 본 실시 형태에 따른 표면 경화강 부품은, 상술한 본 실시 형태에 따른 표면 경화용 강재의 화학 성분, 개재물과, 실질적으로 동일한 화학 성분, 개재물을 갖고 있다. 따라서, 표면 경화강 부품의 화학 성분, 개재물을 제어하기 위해서는, 표면 경화용 강재에 있어서, 소정의 화학 성분, 개재물을 갖도록 제어하면 된다.The surface hardened steel component according to the present embodiment is obtained by subjecting the above-mentioned surface hardening steel to carburizing quenching tempering or carburizing nitriding quenching tempering. That is, the surface hardened steel component is made of a steel for surface hardening. Therefore, the surface-hardened steel component according to the present embodiment has substantially the same chemical components and inclusions as the chemical components and inclusions of the surface hardening steel according to the present embodiment described above. Therefore, in order to control the chemical components and inclusions of the surface hardened steel component, the surface hardening steel may be controlled to have predetermined chemical components and inclusions.

단, 표면 경화강 부품은, 침탄 켄칭 템퍼링 또는 침탄 질화 켄칭 템퍼링 처리를 거치므로, 표면 경화층을 갖고 있으며, 이 점이, 표면 경화용 강재와는 상이하다.However, since the surface hardened steel component is subjected to carburizing quenching tempering or carburizing nitriding quenching tempering treatment, it has a surface hardened layer, which is different from the surface hardening steel.

본 실시 형태에 따른 표면 경화용 강재 및, 표면 경화강 부품의 바람직한 제조 조건에 대해서 설명한다.Preferred production conditions of the surface hardening steel material and the surface hardened steel material according to the present embodiment will be described.

본 실시 형태에서는, 2차 정련에 있어서, RH 진공 탈가스 처리를, 총 처리 시간이 30분 이상, 그 동안에, 1Torr 이하의 감압 분위기에서의 처리 시간이 15분 이상으로 되는 조건에서 행한다(정련 공정). 상술한 조건에서 정련을 행함으로써, 산화물계 개재물의 크기 및 수를 소정의 범위로 제어할 수 있다. 또한, 이 정련 공정에서는, 화학 성분이 상술한 바람직한 범위가 되도록 조정한다.In the present embodiment, in the secondary refining, the RH vacuum degassing treatment is performed under the condition that the total treatment time is 30 minutes or more and the treatment time in the reduced pressure atmosphere of 1 Torr or less is 15 minutes or more (refining step ). By performing refining under the above-described conditions, the size and number of the oxide inclusions can be controlled to a predetermined range. Further, in this refining step, the chemical components are adjusted so as to be in the above-described preferable range.

계속해서, 정련 공정에서 화학 성분을 조정한 용강을 연속 주조에 의해 주조편으로 한다(주조 공정). 연속 주조에 의해 주조편을 제조하는 데 있어서, 주조 속도를 0.45m/min 이상으로 하는 것이 바람직하다. 주조 속도를 0.45m/min 이상으로 함으로써, 황화물계 개재물의 크기 및 수를 상술한 범위로 제어할 수 있다. 주조 속도가 0.45m/min 미만인 경우에는 강의 응고 시에 조대한 황화물계 개재물이 석출된다. 바람직한 주조 속도는 0.50 내지 1.5m/min이다.Subsequently, molten steel whose chemical composition is adjusted in the refining step is cast by continuous casting (casting step). In the production of a cast piece by continuous casting, it is preferable to set the casting speed to 0.45 m / min or more. By setting the casting speed to 0.45 m / min or more, the size and number of the sulfide inclusions can be controlled within the above-mentioned range. When the casting speed is less than 0.45 m / min, coarse sulfide inclusions precipitate at the time of solidification of the steel. The preferred casting speed is 0.50 to 1.5 m / min.

또한, 주조 시에, 주조편 두께 방향 1/4부에서의 액상선 온도부터 고상선 온도까지의 냉각 속도가 5 내지 200℃/min이 되도록 주조편을 냉각하는 것이 바람직하다. 냉각 속도가 5℃/min 미만에서는, 황화물계 개재물이 조대하게 석출될뿐만 아니라, 연속 주조의 생산성도 악화되므로 바람직하지 않다. 또한, 냉각 속도가 200℃/min 초과이면, 연속 주조 시에 주조편에 깨짐이 발생할 가능성이 높아지므로 바람직하지 않다.In casting, it is preferable to cool the cast piece so that the cooling rate from the liquidus temperature to the solidus temperature in 1/4 part in the thickness direction of the cast piece is 5 to 200 DEG C / min. When the cooling rate is less than 5 占 폚 / min, sulfide inclusions are precipitated not only in a large amount but also in the productivity of continuous casting, which is not preferable. If the cooling rate is higher than 200 DEG C / min, the possibility of cracking of the cast piece during continuous casting becomes high, which is not preferable.

냉각 조건과 2차 덴드라이트 아암 간격에는 상관이 있다. 그로 인해, 2차 덴드라이트 아암 간격을 측정함으로써, 상기 냉각 속도를 산출할 수 있다. 구체적으로는, 냉각 속도는 응고 후의 주조편 두께 방향 응고 조직의 2차 덴드라이트 아암의 간격을 사용하여, 하기 (3)식에 의해 계산으로 구할 수 있다.Cooling conditions and secondary dendrite arm spacing are relevant. Thereby, the cooling rate can be calculated by measuring the interval of the secondary dendrite arm. Specifically, the cooling rate can be obtained by calculation using the following equation (3), using the interval of the secondary dendrite arms of the solidified structure of the cast piece in the thickness direction after solidification.

Rc=(λ2/770)( -1/0.41) …(3)Rc = (? 2/770) ( -1 / 0.41) ... (3)

Rc: 냉각 속도(℃/min), λ2: 2차 덴드라이트 아암의 간격(㎛)Rc: cooling rate (占 폚 / min),? 2: interval of secondary dendrite arm (占 퐉)

상기 주조 공정에 의해 얻어진 주조편에 대하여, 분괴 압연을 행하여, 강편을 얻는다(분괴 압연 공정). 분괴 압연 시의 가열 온도는, 불가피하게 발생한 조대한 황화물을 일단 매트릭스에 고용시키기 위해서, 1240℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한 바람직한 가열 온도는, 1260℃ 이상이다. 분괴 압연의 감면율은, 황화물계 개재물의 두께를 감소시키기 위해서, 40% 이상으로 할 필요가 있다. 바람직한 감면율은 45% 이상이다. 또한, 분괴 압연중, 또는 분괴 압연 후의 냉각 속도가 느린 경우에는, 고용된 MnS가 다시 조대한 황화물로서 석출되는 점에서, 분괴 압연 및 그 후의 냉각 과정에서의 1240 내지 1000℃까지의 냉각 속도를 0.7℃/s 이상으로 할 필요가 있다. 또한 바람직한 냉각 속도는 1.5℃/s 이상이다. 이 냉각 속도는, 표면 온도의 실측값으로부터 구해지는 냉각 속도이다.The cast piece obtained by the casting process is subjected to crushing rolling to obtain a piece (crushing rolling process). The heating temperature at the time of crushing rolling is preferably 1240 DEG C or higher in order to once solidify the coarse sulfide unavoidably generated in the matrix. The preferable heating temperature is 1260 DEG C or more. In order to reduce the thickness of the sulfide inclusions, the reduction ratio of the crushing rolling needs to be 40% or more. The preferred reduction ratio is 45% or more. Further, when the cooling rate is low during or after the crushing rolling, the cooling rate from 1240 to 1000 占 폚 in the crushing rolling and the subsequent cooling process is 0.7 ° C / s or more. The preferable cooling rate is 1.5 ° C / s or more. This cooling rate is a cooling rate obtained from an actually measured value of the surface temperature.

상기 강편을 표면 경화용 강재(봉강 또는 선재)로 하기 위해서, 봉강 압연 또는 선재 압연을 행한다. 봉강 압연 또는 선재 압연 시의 가열 시에는, MnS의 성장, 조대화를 방지하기 위해서, 가열 온도를 1200℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 더 바람직한 가열 온도는 1000 내지 1150℃이다. 또한, 주조편부터 봉강 압연 또는 선재 압연 완료까지의 총 감면율(분괴 압연과, 봉강 압연 또는 선재 압연의 총 감면율)은 65% 이상으로 한다. 총 감면율이 65% 미만인 경우에는 황화물계 개재물의 신장에 수반하는 두께의 감소가 불충분해지고, 냉간 단조 깨짐의 발생에 대하여 유해한, 두꺼운 두께를 갖는 황화물계 개재물의 수를 저감시킬 수 없다. 총 감면율의 적합 범위는 90% 이상이다.In order to make the above-mentioned steel pieces into a steel material for surface hardening (bar steel or wire material), bar steel rolling or wire rolling is carried out. At the time of heating during the bar rolling or the wire rolling, it is preferable to set the heating temperature to 1200 캜 or less in order to prevent MnS growth and coarsening. A more preferred heating temperature is 1000 to 1150 占 폚. In addition, the total reduction ratio (total reduction ratio of crushing rolling, bar rolling or wire rolling) from casting to rolling or bar rolling is 65% or more. When the total reduction ratio is less than 65%, reduction of the thickness due to elongation of the sulfide inclusions becomes insufficient, and the number of sulfide inclusions having a thick thickness which is detrimental to occurrence of cold forging cracks can not be reduced. The acceptable range of the total reduction ratio is 90% or more.

상기 표면 경화용 강재에 대하여, 또한, 침탄 켄칭 템퍼링 또는 침탄 질화 켄칭 템퍼링의 처리를 실시함으로써, 표면 경화강 부품이 얻어진다. 침탄 켄칭 템퍼링, 침탄 질화 켄칭 템퍼링은, 공지된 방법으로 행하면 된다.The surface hardening steel material is further subjected to carburizing quenching tempering or carburizing nitriding quenching tempering to obtain a surface hardened steel part. Carburizing quenching tempering, carburizing nitriding quenching tempering may be carried out by a known method.

(실시예)(Example)

이하에, 실시예에 의해 본 발명을 또한 설명한다.Hereinafter, the present invention will be further described by examples.

표 1-1, 표 1-2에 나타낸 조성(화학 성분)을 갖는 전로 용제 강에 대해서, 표 2의 조건에서 RH 진공 탈가스 처리를 행하고, 계속해서 표 3의 조건에서 연속 주조를 행하고, 그 후 필요에 따라 균열 확산 처리를 행하여, 분괴 압연 공정을 거쳐서 162mm제곱의 압연 소재(강편)를 얻었다. 또한, 표 1-1, 표 1-2의 잔부는 철 및 불순물이며, 공란은, 의도적으로 첨가하고 있지 않는 것을 나타낸다.Transverse solvent steels having the compositions (chemical components) shown in Tables 1-1 and 1-2 were subjected to RH vacuum degassing under the conditions shown in Table 2, followed by continuous casting under the conditions shown in Table 3, Thereafter, a crack diffusion treatment was carried out as necessary, and a rolled material (slab) of 162 mm squared was obtained through a crushing step. The remainder of Tables 1-1 and 1-2 are iron and impurities, and the blank indicates that they are not intentionally added.

[표 1-1][Table 1-1]

Figure pct00001
Figure pct00001

[표 1-2][Table 1-2]

Figure pct00002
Figure pct00002

다음으로 표 4에 나타낸 조건의 열간 압연에 의해 가공을 행해서 봉강 형상으로 하고, 그 후, 일부의 봉강에 대해서는, 도 1의 조건에서 구상화 어닐링 처리(SA)를 행하였다. 또한, 일부의 봉강에 대해서는 SA를 행하지 않는 봉강에 대하여 열간 단조(가열 온도: 1250℃, 업세팅률 50%)를 행하고, 원반 형상의 단조 소형재로 성형하고, 그 후 단조 소형재에 대하여 SA를 행하였다. 그 밖에, 일부의 봉강 및 단조 소형재에 대해서는 SA를 행하지 않았다. 이와 같이 하여 제조한 봉강 및 단조 소형재를 소재로 하여, 여러가지 특성을 평가하였다.Next, the steel sheet was processed by hot rolling under the conditions shown in Table 4 to obtain a bar-like shape, and then, for some bars, spheroidizing annealing (SA) was performed under the conditions shown in Fig. For a part of the bars, hot bars (heating temperature: 1250 DEG C, up setting ratio of 50%) were applied to the bar steel which was not subjected to SA, and the bars were formed into a disk- . In addition, SA was not performed for some bar and forged small pieces. Various characteristics were evaluated using the thus-produced small-sized bar and forged small-sized materials as materials.

또한, 그 후, 소재로부터 직경 16mm, 길이 24mm의 원기둥 시험편을 절삭 가공에 의해 채취하였다. 이 원기둥 시험편에 업세팅률 50%, 변형 속도 1.0의 조건에서 업셋 냉간 가공을 행하였다. 계속해서 침탄을 모의하기 위해서, 냉간 가공을 행한 원기둥 시험편을 950℃에서 5시간 가열 유지한 후, 즉시 수냉해서 모의 침탄 후의 오스테나이트 조직을 마르텐사이트 조직의 구 오스테나이트 입계로 하여 동결하였다. 다음으로 모의 침탄을 행한 시험편의 압연 방향 단면의 구 오스테나이트 입자 조직을 관찰하여, JIS 결정립도 번호를 측정하였다. 조대 입자의 정의를 JIS G 0551의 결정립도 번호에서 5번 이하로 하고, 단면 내의 모든 시야에서 하나라도 조대 입자가 발생되어 있는 것을 조대 입자 있음으로 판정하였다.Thereafter, a cylindrical test piece having a diameter of 16 mm and a length of 24 mm was taken from the blank by cutting. This cylindrical test piece was subjected to upset cold working under the conditions of an up setting rate of 50% and a deformation rate of 1.0. Subsequently, to simulate the carburization, the cylindrical test piece subjected to the cold working was heated and maintained at 950 占 폚 for 5 hours, and immediately water-cooled to freeze the austenite structure after the carburization into the old austenite structure of the martensite structure. Next, the old austenitic grain structure on the section in the rolling direction of the simulated carburized test piece was observed, and the JIS grain index number was measured. The coarse particles were judged to have coarse particles in which no coarse particles were generated in all the fields of view in the cross section when the definition of coarse particles was 5 or less from the crystal grain number of JIS G 0551.

본 발명의 표면 경화용 강재 및 표면 경화강 부품은 SA를 행해도 되지만 필수는 아니다. 실제로 부품을 제조할 때에 냉간 가공을 행하지 않는 경우, 또는 SA를 행하지 않아도 냉간 가공이 가능한 경우에는 SA를 행하지 않아도 되고, 그 경우에는 고강도 강으로서 사용할 수 있다.The surface hardening steel material and the surface hardened steel material of the present invention may be SA, but are not essential. In the case where cold working is not actually carried out when a component is manufactured, or when cold working is possible without performing SA, SA is not required, and in this case, it can be used as a high strength steel.

먼저, 봉강 및 단조 소형재의 직경의 1/4 깊이 위치의 비커스 경도(측정 하중 10kgf)를 JIS Z 2244에 준하여 측정하였다. 측정 점수는 하나의 재료에 대해서 4점으로 하고, 평균값을 구하였다. 경도가 HV155 이상인 것은, 냉간 단조 시의 변형 저항이 커져서 금형의 수명이 현저하게 저하되므로, 냉간 단조성이 떨어진다고 판정하였다.First, Vickers hardness (measured load 10 kgf) at 1/4 depth of the diameter of the bar and forged small-sized material was measured according to JIS Z 2244. The measurement score was 4 points for one material, and the average value was obtained. When the hardness is higher than HV155, the deformation resistance at the time of cold forging becomes large and the lifetime of the mold remarkably decreases.

봉강의 직경의 1/4 근방의 위치, 단조 소형재의 경우에는 단조 소형재의 직경의 1/4 근방의 위치에 있어서, 광학 현미경으로 관찰을 행하고, 개재물 측정을 행하였다. 예측 면적(S)=30000mm2 중에 존재하는 최대의 황화물계 개재물 직경((√area)S), 및 최대의 산화물계 개재물 직경((√area)Ox)의 예측값은, 1시야의 면적(검사 기준 면적: S0)을 10mm×10mm로 하고, 면적(S0)이 중복되지 않도록 30시야의 광학 현미경 관찰을 행하고, 30시야 각각에 존재하고 있는 최대 개재물의 직경((√area))의 측정을 행해서 극치 확률지에 플롯을 행하고, 예측 면적(S)을 30000mm2로 하여 최대 개재물의 직경(√area)을 예측함으로써 결정하였다. 개재물의 측정은, 산화물(산화물계 개재물), 황화물(황화물계 개재물) 각각에 대해서 독립적으로 평가를 행하였다.In the case of a forged small-sized material, observation was performed with an optical microscope at a position near ¼ of the diameter of the barrel and at a position near ¼ of the diameter of the forged small-sized material, and the inclusions were measured. The predicted value of the maximum sulphide inclusion diameter ((√area) S ) and the maximum oxide inclusion diameter ((√area) Ox ) present in the predicted area (S) = 30000 mm 2 is the area area: measurement of the) S 0) in a 10mm × 10mm, and an area (the diameter ((√area up to that S 0) subjected to optical microscopic observation of the visual field 30 do not overlap, each present in the field of view 30 inclusions) And plotting the extreme value probability plot to determine the predicted area (S) to be 30000 mm < 2 > to estimate the diameter (√area) of the maximum inclusion. The inclusions were independently evaluated for oxides (oxide inclusions) and sulfides (sulfide inclusions).

상기의 개재물의 측정과 동시에, 각 시야 내의 20㎛의 길이 및 2㎛를 초과하는 두께를 갖는 황화물계 개재물의 개수를 측정하였다. 이 개수를 30시야 모두 합계하고, 총 측정 면적(3000mm2)으로 나눔으로써, 20㎛를 초과하는 길이 및 2㎛를 초과하는 두께를 갖는 황화물계 개재물의 면적(1mm2) 내의 존재 개수를 측정하였다.At the same time as the inclusion was measured, the number of sulfide inclusions having a length of 20 mu m and a thickness exceeding 2 mu m in each field of view was measured. As the total number of all of the field of view 30, and dividing by the total measured area (3000mm 2), were measured for the presence in the area of the number of sulfide inclusions with a thickness to length exceeding 20㎛ and exceeds 2㎛ (1mm 2) .

이어서, 강재의 냉간 단조 시의 깨짐 발생에 대한 지표로서, 한계 압축률을 측정하였다. 봉강 및 단조 소형재의 길이 방향에 평행한 방향으로부터 한계 압축률 측정용의 시험편(φ6mm×9mm, 절결 형상: 30°, 깊이 0.8mm, 선단부의 곡률 반경 0.15mm)을 제작하였다. 한계 압축률의 측정은 구속 다이스를 사용해서 10mm/min의 스피드로 냉간 압축을 행하고, 절결 근방에 길이 0.5mm 이상의 미소 깨짐이 발생한 때에 압축을 정지하고, 그 때의 압축률을 산출하여, 이것을 깨짐 발생의 압축률로 하였다. 이 시험을 1개의 수준에 대해서 n=10 행하고, 누적 파손 확률이 50%인 압축률을 구함으로써 한계 압축률로 하고, 한계 가공률의 지표로 하였다. JIS-SCr420의 SA재의 한계 압축률이 약 65%이므로, 이 값보다도 명백하게 높은 값으로 간주할 수 있는, 68% 이상의 높은 값을 나타내는 것은 한계 가공률이 우수하다고 판단하고, 반대로 68% 미만의 것은 떨어진다고 판정하였다.Subsequently, the critical compression ratio was measured as an index for occurrence of cracking during cold forging of the steel material. (Φ6 mm × 9 mm, notched shape: 30 °, depth: 0.8 mm, radius of curvature of the tip portion: 0.15 mm) was prepared from the direction parallel to the longitudinal direction of the bar and the forged small-sized member. The measurement of the critical compression ratio was carried out by using a constraining die at a speed of 10 mm / min. The compression was stopped when micro cracks of 0.5 mm or more were formed in the vicinity of the cut, and the compression ratio at that time was calculated. Compression ratio. This test was carried out for one level of n = 10, and the compression ratio at which the cumulative failure probability was 50% was determined as the critical compression ratio, which was used as an index of the limit processing rate. Since the SA compression ratio of JIS-SCr420 is about 65%, it can be regarded as a value clearly higher than this value. When the value is higher than 68%, it is judged that the marginal processing rate is excellent. Conversely, less than 68% Respectively.

이어서, 침탄 후의 부품의 내피칭 특성의 지표인 300℃ 템퍼링 경도를 측정하였다. 300℃ 템퍼링 경도를 측정하기 위해서, 먼저 소재의 봉강(SA재 및 SA가 없는 재)으로부터 침탄용의 시험편(φ20mm×30mm)을 채취하였다. 그 후, 변성로 가스 방식에 의한 가스 침탄을 행하였다. 가스 침탄은 카본 포텐셜 0.8%로, 분위기 온도: 950℃, 유지 시간: 5시간→분위기 온도: 850℃, 유지 시간: 0.5시간→130℃ 기름 켄칭→템퍼링 온도: 150℃, 유지 시간: 90분이 되는 조건에서 행하였다. 그 후, 표층부의 조직을 조사하기 위해서, 시험편의 길이 방향의 중앙부 근방을 길이 방향과 수직 방향에 절단하여, 단면의 현미경 시료를 제작하였다. 조직 관찰을 위해서 이 시료에 2% 나이탈로 부식을 행하여, 침탄층의 표층부를 현미경에 의해 관찰하였다. 침탄층의 표층부에 생성되어 있는 불완전 켄칭층(주로 펄라이트 및/또는 베이나이트로 이루어지는 비마르텐사이트 조직이 존재하고 있는 층)의 깊이를 측정하였다. 불완전 켄칭층의 깊이가 깊은 경우에는 피칭 특성에 악영향을 주는 것, 및 JIS-SCr420의 불완전 켄칭층의 깊이가 25㎛ 정도인 점에서, 불완전 켄칭층의 깊이가 25㎛보다도 깊은 것은 피칭 특성의 향상이 불충분하다고 판정하였다.Subsequently, tempering hardness at 300 캜 which is an index of the pitching property of the parts after carburization was measured. 300 캜 In order to measure the tempering hardness, a test piece (φ 20 mm × 30 mm) for carburization was firstly taken from the bar steel (SA material and SA-free material). Thereafter, gas carburization was carried out by a metering furnace gas method. The gas carburization was carried out at a carbon potential of 0.8%, an atmospheric temperature of 950 占 폚, a holding time of 5 hours, an atmospheric temperature of 850 占 폚, a holding time of 0.5 hours, a heating of 130 占 폚 to oil quenching to a tempering temperature of 150 占 폚, Lt; / RTI > Thereafter, in order to examine the texture of the surface layer portion, the vicinity of the central portion in the longitudinal direction of the test piece was cut in the direction perpendicular to the longitudinal direction to prepare a cross-section microscopic sample. In order to observe the structure, this sample was corroded with 2% detachment, and the surface layer portion of the carburized layer was observed under a microscope. The depth of an incomplete quenching layer (mainly a layer in which a non-martensitic structure composed of pearlite and / or bainite is present) generated in the surface layer portion of the carburizing layer was measured. When the depth of the incomplete hardening layer is deep, the pitching property is adversely affected. In addition, the depth of the incomplete hardening layer of JIS-SCr420 is about 25 mu m. When the depth of the incomplete hardening layer is deeper than 25 mu m, Was judged to be insufficient.

또한, 300℃ 템퍼링 경도를 구하기 위해서, 또한, 템퍼링 온도: 300℃, 유지 시간: 90분의 템퍼링을 행하였다. 그 후, 시험편의 길이 방향의 중앙부 근방을 길이 방향과 직각 방향으로 절단하여, 단면의 비커스 경도를 측정하였다. 경도의 측정 위치는 표면으로부터 50㎛ 깊이의 위치로 하고, 측정 하중은 300gf로 하였다. 또한, 1개의 시험편에 대해서 5개소를 측정하여, 평균값을 구하였다. JIS-SCr420의 300℃ 템퍼링 경도가 HV640이므로, 이 값보다도 명백하게 높은 값으로 간주할 수 있는, HV670 이상의 값을 나타내는 것은 피칭 특성이 우수하고, HV670에 미치지 않는 것은 피칭 특성이 불충분하다고 판정하였다.Further, in order to obtain the 300 占 폚 tempering hardness, tempering was also performed at a tempering temperature of 300 占 폚 and a holding time of 90 minutes. Subsequently, the vicinity of the center in the longitudinal direction of the test piece was cut in the direction perpendicular to the longitudinal direction, and the Vickers hardness of the cross section was measured. The hardness was measured at a position 50 mu m deep from the surface, and the measurement load was 300 gf. Further, five test specimens were measured to obtain an average value. Since the 300 占 폚 tempering hardness of JIS-SCr420 is HV640, it is judged that the pitching characteristic is superior to HV670, which is considered to be a value clearly higher than this value.

표 2에, RH 조건의 영향을 정리하였다. 표 2의 RH 조건 No.1-3에서는, RH 진공 탈가스 처리의 총 처리 시간과 1Torr 이하의 감압 분위기에서의 처리 시간이 모두 바람직한 범위를 벗어나 있었다. 또한, 1-4는 1Torr 이하의 감압 분위기에서의 처리 시간이 바람직한 범위를 벗어나 있었다. 또한, RH 조건 No.1-B는, RH 진공 탈가스 처리의 총 처리 시간이 바람직한 범위를 벗어나 있었다. 이러한 조건을 채용한 제조 조건 No.20, 23, 42, a, b, c, d, e, f에서는, 용강 중의 산화물의 부상 제거가 불충분하고, 봉강 중에 존재하고 있는 산화물계 개재물이 컸다. 또한, 그 결과로서 한계 압축률이 떨어져 있었다. 이에 반해, RH 조건이 적정한 RH 조건 No.1-1, 1-2, 1-A를 채용한 제조 No.1, 9, 2에서는 산화물계 개재물이 작고, SA재의 한계 압축률도 양호하였다.Table 2 summarizes the effect of RH conditions. In the RH condition No. 1-3 in Table 2, the total treatment time of the RH vacuum degassing treatment and the treatment time in the reduced pressure atmosphere of 1 Torr or less were both out of the preferable range. Further, 1-4 indicates that the treatment time in the reduced pressure atmosphere of 1 Torr or less is out of the preferable range. Further, in the RH condition No. 1-B, the total treatment time of the RH vacuum degassing treatment was out of the preferable range. In the production conditions Nos. 20, 23, 42, a, b, c, d, e and f employing such conditions, the removal of the oxide in the molten steel was insufficient and the oxide inclusions present in the steel bars were large. Also, as a result, the critical compression ratio was decreased. On the other hand, in Nos. 1, 9 and 2 employing RH conditions Nos. 1-1, 1-2, and 1-A in which RH conditions were appropriate, the oxide inclusions were small and the critical compression ratio of the SA material was good.

[표 2][Table 2]

Figure pct00003
Figure pct00003

표 3에 주조 조건의 영향을 정리하였다. 표 3의 주조 조건 No.2-8은, 주조 속도가 바람직한 범위로부터 벗어나 있었다. 또한, 주조 조건 No.2-9는 주조편 두께 방향 1/4부에서의 액상선 온도부터 고상선 온도까지의 냉각 속도가 작기 때문에, 봉강 중에 존재하고 있는 황화물계 개재물이 컸다. 그 결과, 주조 조건 No.2-8 또는 No.2-9를 채용한 제조 No.64, 65, 66, 67은, 모두 한계 압축률이 저하되어있었다. 이에 반해, 연속 주조 조건이 적정한 주조 조건 No.2-1 내지 2-7을 채용한 제조 No.1, 2, 53 내지 58에서는, 황화물계 개재물이 작고, 한계 압축률도 양호하였다.Table 3 summarizes the effect of casting conditions. In the casting condition No. 2-8 of Table 3, the casting speed was out of the preferable range. In addition, since the cooling rate from the liquidus line temperature to the solidus line temperature at the 1/4 part in the thickness direction of the cast piece was small, in the casting condition No. 2-9, the sulfide inclusions present in the bar were large. As a result, in all of Production Nos. 64, 65, 66 and 67 employing the casting condition No. 2-8 or No. 2-9, the limiting compressibility was lowered. On the other hand, in the production Nos. 1, 2 and 53 to 58 employing the casting condition Nos. 2-1 to 2-7 in which the continuous casting condition was appropriate, the sulfide inclusions were small and the critical compression ratio was good.

[표 3][Table 3]

Figure pct00004
Figure pct00004

표 4에 압연 조건의 영향을 정리하였다. 표 4의 압연 조건 No.3-6, 3-B는 열간 압연의 총 감면율이 바람직한 범위를 벗어나 있었다. 그 결과, 이들 조건을 채용한 제조 No.68, 69에서는, 압연에 의한 MnS의 두께의 감소가 불충분해지고, 두께가 두꺼운 황화물계 개재물이 수많이 존재하고 있었다. 또한, 이에 의해, 제조 No.68, 69는, 한계 압축률이 저하되어 있었다. 이에 반해, 열간 압연의 총 감면율이 적정한 압연 조건 No.3-1 내지 3-5, 3-A를 채용한 제조 No.1, 59 내지 63에서는, 두께가 두껍고, 또한 신장되어 있는 황화물계 개재물의 수가 적고, 한계 압축률도 양호하였다.Table 4 summarizes the effect of rolling conditions. In rolling conditions Nos. 3-6 and 3-B in Table 4, the total reduction ratio of hot rolling was out of the desired range. As a result, in Production Nos. 68 and 69 employing these conditions, reduction of the thickness of MnS by rolling was insufficient, and a large number of sulfide inclusions having a large thickness were present. As a result, the production press numbers of 68 and 69 had lower limit compression ratios. On the other hand, in Production Nos. 1 and 59 to 63 employing the rolling conditions Nos. 3-1 to 3-5 and 3-A in which the total reduction ratio of the hot rolling was proper, the thicknesses of the thicker and thicker sulphide inclusions And the marginal compression ratio was also good.

[표 4][Table 4]

Figure pct00005
Figure pct00005

표 5-1, 표 5-2, 표 6, 표 7에 각 제조 조건에서 얻어진 강의 개재물 측정 결과 및 특성을 나타내었다. 표 5-1, 표 5-2, 표 6은 SA를 행한 소재, 표 7은 SA를 행하지 않은 소재의 결과를 나타내고 있다.Table 5-1, Table 5-2, Table 6, and Table 7 show the measurement results and characteristics of inclusions of steel obtained under each manufacturing condition. Table 5-1, Table 5-2, and Table 6 show the results of the SA and SA, respectively.

표 5-1, 표 5-2, 표 6에서 알 수 있는 바와 같이, 모두가 본원 발명의 범위인 제조 No.1 내지 15, 53 내지 63은 SA 후 경도, 한계 압축률, 침탄층의 300℃ 템퍼링 경도, 불완전 켄칭층 두께 모두가 우수하였다. 또한, Nb를 포함하는 제조 No.1, 8, 9, 11에 대해서는, 또한 조대 입자도 관찰되지 않았다.As can be seen from Tables 5-1, 5-2 and 6, Production Nos. 1 to 15 and 53 to 63, all of which are in the scope of the present invention, exhibited the hardness after S and the critical compression ratio, Hardness, and incomplete hardening layer thickness were excellent. In addition, for Nos. 1, 8, 9, and 11 containing Nb, no coarse particles were observed.

이에 반해, 화학 성분 또는 제조 조건 중 적어도 1개가 바람직한 범위를 벗어났던 제조 No.16 내지 52, 64 내지 69, a 내지 f에 대해서는, SA 후 경도, 한계 압축률, 침탄층의 300℃ 템퍼링 경도, 불완전 켄칭층 두께 중 어느 하나가 목표값을 미치지 않고 있었다. 또한, 제조 No.20, 23, 31, 34, 42, 45에서는 O 함유량이 높고, 산화물계 개재물의 최대 √area가 본원 발명의 범위를 벗어나 있었다. 또한, 제조 No.22, 33, 44는 S 함유량이 본원 발명의 범위를 초과하고 있었기 때문에, 황화물계 개재물의 최대 √area가 본원 발명의 범위를 벗어나 있었다.On the other hand, for Production Nos. 16 to 52, 64 to 69, and a to f, in which at least one of the chemical components or the production conditions was out of the preferable range, the hardness after the SA, the critical compression ratio, Either the thickness of the quench layer did not reach the target value. In Production Nos. 20, 23, 31, 34, 42, and 45, the O content was high and the maximum √area of the oxide inclusions was out of the range of the present invention. In Sections Nos. 22, 33 and 44, the S content exceeded the range of the present invention, so that the maximum square root of the sulfide inclusions was out of the scope of the present invention.

또한, 표 7에서 알 수 있는 바와 같이, SA를 행하지 않았던 소재에 대해서도, 모두가 본원 발명의 범위인 제조 No.101 내지 115는 침탄층의 300℃ 템퍼링 경도, 불완전 켄칭층 두께가 우수하였다. 반면, 화학 성분 또는 제조 조건 중 적어도 1개가 바람직한 범위를 벗어났던 제조 No.116 내지 118, 124, 126, 128, 129, 135, 136, 138, 139, 146, 148, 150, 151에서는, 300℃ 템퍼링 경도 또는 불완전 켄칭층 경도가 떨어져 있었다. 이 경향은, SA재와 마찬가지였다.As can be seen from Table 7, all of the materials which were not SA were also excellent in the tempering hardness at 300 ° C of the carburizing layer and the thickness of the incomplete quenching layer in Manufacturing Nos. 101 to 115, all of which were within the scope of the present invention. On the other hand, in Production Nos. 116 to 118, 124, 126, 128, 129, 135, 136, 138, 139, 146, 148, 150, and 151 in which at least one of the chemical components or the production conditions exceeded the preferable range, The tempering hardness or the incomplete hardening layer hardness was decreased. This tendency was similar to that of SA.

[표 5-1][Table 5-1]

Figure pct00006
Figure pct00006

[표 5-2][Table 5-2]

Figure pct00007
Figure pct00007

[표 6][Table 6]

Figure pct00008
Figure pct00008

[표 7][Table 7]

Figure pct00009
Figure pct00009

본 발명의 표면 경화용 강재 및 표면 경화강 부품을 사용하면, 템퍼링 연화 저항과 냉간 단조성이 우수한 표면 경화용 강재 및 표면 경화강 부품을 제공할 수 있다. 또한, 이들을 사용함으로써 기어의 제조 비용을 저감시킬 수 있고, 게다가 자동차, 건설 기계, 산업 기계용의 고출력화 및 연비 향상 등에 크게 기여하는 것이 가능해진다.Use of the surface hardening steel material and the surface hardened steel material of the present invention can provide a surface hardening steel material and a surface hardened steel material excellent in tempering softening resistance and cold step composition. Further, by using them, the manufacturing cost of the gear can be reduced, and further, it is possible to greatly contribute to high power output for automobiles, construction machines, industrial machines, and fuel economy improvement.

Claims (9)

화학 성분이, 질량%로,
C: 0.05 내지 0.30%,
Si: 0.40 내지 1.5%,
Mn: 0.2 내지 1.0%,
S: 0.001 내지 0.050%,
Cr: 1.0 내지 2.0%,
Mo: 0.02 내지 0.8%,
Al: 0.001 내지 0.20%,
N: 0.003 내지 0.03%,
Nb: 0 내지 0.10%,
Cu: 0 내지 0.2%,
Ni: 0 내지 1.5%,
V: 0 내지 0.20%,
Ca: 0 내지 0.0050%,
Mg: 0 내지 0.0050%,
Sb: 0 내지 0.050%
를 함유하고,
P: 0.030% 이하,
O: 0.0020% 이하,
Ti: 0.005% 이하
로 제한하고, 잔부가 철 및 불순물이며, 하기 (1)식 및 (2)식을 충족하고;
극치통계법을 이용한 개재물 평가에 있어서, 예측 면적(S)을 30000mm2로 한 때, 상기 예측 면적(S) 중에 존재하는 최대의 황화물계 개재물 직경(√area)S의 예측값이 49㎛ 이하이고, 상기 예측 면적(S) 중에 존재하는 최대의 산화물계 개재물 직경(√area)Ox의 예측값이 80㎛ 이하이며;
20㎛를 초과하는 길이 및 2㎛를 초과하는 두께를 갖는 황화물계 개재물이 1mm2당 200개 이하로 제한되어 있는 것을 특징으로 하는 표면 경화용 강재.
12×Si(%)+25×Mn(%)+Cr(%)+2×Mo(%)≤25 …(1)
31×Si(%)+15×Mn(%)+23×Cr(%)≥50 …(2)
여기서, (1)식 및 (2)식 중의, Si(%), Mn(%), Cr(%), Mo(%)는 각각의 원소의 질량%에 따른 함유량이다.The chemical composition, in% by mass,
C: 0.05 to 0.30%
Si: 0.40 to 1.5%
Mn: 0.2 to 1.0%
S: 0.001 to 0.050%,
1.0 to 2.0% of Cr,
Mo: 0.02 to 0.8%
Al: 0.001 to 0.20%
N: 0.003 to 0.03%,
Nb: 0 to 0.10%,
Cu: 0 to 0.2%
Ni: 0 to 1.5%
V: 0 to 0.20%,
Ca: 0 to 0.0050%,
Mg: 0 to 0.0050%,
Sb: 0 to 0.050%
≪ / RTI >
P: 0.030% or less,
O: 0.0020% or less,
Ti: 0.005% or less
, The balance being iron and impurities, satisfying the following formulas (1) and (2);
In the evaluation of inclusions using an extreme value statistical method, the prediction area (S) when one to 30000mm 2, the maximum predicted value of sulfide inclusions with a diameter (√area) S present in the prediction area (S) 49㎛ or less, and the The predicted value of the maximum oxide inclusion diameter (√area) Ox existing in the predicted area S is 80 μm or less;
Wherein a sulphide inclusion having a length exceeding 20 탆 and a thickness exceeding 2 탆 is limited to 200 or less per 1 mm 2 .
12 x Si (%) + 25 x Mn (%) + Cr (%) + 2 x Mo (% (One)
31 x Si (%) + 15 x Mn (%) + 23 x Cr (%)? (2)
Here, Si (%), Mn (%), Cr (%) and Mo (%) in the formulas (1) and (2) are contents according to the mass% of each element. 제1항에 있어서,
상기 화학 성분이, 질량%로,
Nb: 0.015 내지 0.10%를 함유하는 것을 특징으로 하는, 표면 경화용 강재.The method according to claim 1,
Wherein the chemical component comprises, by mass%
And Nb: 0.015 to 0.10%. 제1항에 있어서,
상기 화학 성분이, 질량%로,
Si: 0.55 내지 1.5%를 함유하는 것을 특징으로 하는, 표면 경화용 강재.The method according to claim 1,
Wherein the chemical component comprises, by mass%
And 0.55 to 1.5% of Si. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 화학 성분이, 질량%로,
Cu: 0.001 내지 0.2%,
Ni: 0.001 내지 1.5% 중 1종 또는 2종을 함유하는 것을 특징으로 하는, 표면 경화용 강재.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the chemical component comprises, by mass%
Cu: 0.001 to 0.2%
, And Ni: 0.001 to 1.5%. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 화학 성분이, 질량%로,
V: 0.01 내지 0.20%를 함유하는 것을 특징으로 하는, 표면 경화용 강재.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the chemical component comprises, by mass%
And V: 0.01 to 0.20%. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 화학 성분이, 질량%로,
Ca: 0.0001 내지 0.0050%,
Mg: 0.0001 내지 0.0050% 중 1종 또는 2종을 함유하는 것을 특징으로 하는, 표면 경화용 강재.6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Wherein the chemical component comprises, by mass%
Ca: 0.0001 to 0.0050%,
, And one or two of Mg: 0.0001 to 0.0050%. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 화학 성분이, 질량%로,
Sb: 0.0001 내지 0.050%를 함유하는 것을 특징으로 하는, 표면 경화용 강재.7. The method according to any one of claims 1 to 6,
Wherein the chemical component comprises, by mass%
And Sb: 0.0001 to 0.050%. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
마이크로 조직이 구상화 탄화물 조직을 갖는 것을 특징으로 하는, 표면 경화용 강재.8. The method according to any one of claims 1 to 7,
A steel for surface hardening, characterized in that the microstructure has a spheroidized carbide structure. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 표면 경화용 강재로 이루어지고, 침탄 켄칭 템퍼링 또는 침탄 질화 켄칭 템퍼링의 처리에 의해 형성된 표면 경화층을 갖는 것을 특징으로 하는, 표면 경화강 부품.A surface hardened steel part comprising the surface hardening steel according to any one of claims 1 to 8 and having a surface hardened layer formed by the treatment of carburizing quenching tempering or carburizing nitriding quenching tempering.
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