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JP7617372B2 - Steel material for sliding parts and manufacturing method thereof - Google Patents
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JP7617372B2 JP2020184795A JP2020184795A JP7617372B2 JP 7617372 B2 JP7617372 B2 JP 7617372B2 JP 2020184795 A JP2020184795 A JP 2020184795A JP 2020184795 A JP2020184795 A JP 2020184795A JP 7617372 B2 JP7617372 B2 JP 7617372B2
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Description

本発明は、摺動部品用鋼材及び摺動部品用鋼材の製造方法に関する。 The present invention relates to a steel material for sliding parts and a method for manufacturing the steel material for sliding parts.

鉄鋼材料は、自動車用部品、鉄道車両用部品、建築部材、パイプ等の工業製品に広く用いられている。鉄鋼材料は、他の金属材料に比べて機械的強度が高いため、歯車やシャフト等、動力伝達部品に代表される、所謂、摺動部品の材料として用いられる。 Steel materials are widely used in industrial products such as automobile parts, railway vehicle parts, building materials, and pipes. Because steel materials have higher mechanical strength than other metal materials, they are used as materials for so-called sliding parts, such as gears and shafts, which are representative of power transmission parts.

摺動部品の最大の課題は、部品同士の摩擦や摩耗であり、これらは機械システム全体の不具合や低効率化の原因と考えられている。今後、機械システムの小型軽量化が進むことで、摺動部品の環境は一層厳しくなると予想される。例えば自動車のエンジン部品であるクランクシャフトでは、小型軽量化に伴って、より厳しい環境での耐焼付き性が要求される。これらの問題を解決するためには、現行よりも機械的強度に優る摺動部品用鋼材を開発し、機械システム全体の小型軽量化に備える必要がある。 The biggest issue with sliding parts is friction and wear between parts, which are thought to be the cause of malfunctions and reduced efficiency in the entire mechanical system. As mechanical systems become smaller and lighter in the future, the environment in which sliding parts live is expected to become even more severe. For example, as automobile engine parts such as crankshafts become smaller and lighter, they will be required to be resistant to seizure in more severe environments. To solve these problems, it is necessary to develop steel for sliding parts that has superior mechanical strength to current steels, and to prepare for the reduction in size and weight of entire mechanical systems.

摺動部品の機械的強度を向上させる方法として、鋼材の硬度を引き上げることが考えられる。しかし、鋼材の硬度を引き上げることは、鋼材の加工性を損なうことになり、部品量産時にはリスクを伴う。そのため、摺動部品の摺動性を向上させる方法として、表層のみを選択的に組織制御し、当該部のみを硬化させる方法が有効である。 Increasing the hardness of steel materials is one way to improve the mechanical strength of sliding parts. However, increasing the hardness of steel materials impairs the workability of the steel materials, which entails risks when mass-producing parts. Therefore, an effective method for improving the sliding properties of sliding parts is to selectively control the structure of only the surface layer and harden only that part.

例えば特開平1-230746号公報には、鋳鉄よりなる固定部材と、鋳鉄より高硬度の材料よりなる摺動部材とを具備する摺動部品において、固定部材の表層組織を、マルテンサイト又はマルテンサイトとパーライトとフェライトと黒鉛との混相組織よりなる硬化層、及び酸化物からなる組織とすることが開示されている。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-230746 discloses that in a sliding component having a fixed member made of cast iron and a sliding member made of a material harder than cast iron, the surface layer structure of the fixed member is made of a hardened layer made of martensite or a mixed phase structure of martensite, pearlite, ferrite, and graphite, and a structure made of oxides.

また、CrやMo等の金属元素を添加することによって組織の微細化や結晶強度を高めることによって、摩耗を抑制することも有効である。例えば特開2018-44226号公報には、Cr:2.5~3.5質量%、Mo:0.4~0.6質量%を含む鉄合金粉末を用いた耐摩耗性鉄基焼結合金の製造方法が開示されている。また、特開2017-48441号公報には、微細パーライト及びフェライトからなり、硬度がHv250~300であるシームレス鋼管において、Ti、Cr、Ni、Cu、Mo、及びNbの一種又は二種以上を含有することで、強度が向上することが記載されている。 It is also effective to suppress wear by refining the structure and increasing the crystal strength by adding metal elements such as Cr and Mo. For example, JP 2018-44226 A discloses a method for producing a wear-resistant iron-based sintered alloy using an iron alloy powder containing 2.5 to 3.5 mass% Cr and 0.4 to 0.6 mass% Mo. In addition, JP 2017-48441 A discloses that in a seamless steel pipe made of fine pearlite and ferrite and having a hardness of Hv250 to 300, the strength is improved by adding one or more of Ti, Cr, Ni, Cu, Mo, and Nb.

特許第5660220号公報には、炭化物の平均径が0.4μm以下であり、炭化物の球状化率が90%以上であり、平均フェライト粒が10μm以上である中炭素鋼板が開示されている。同公報には、巻取り後の鋼に含まれるパーライトの中のセメンタイトの平均ラメラ厚さを0.02~0.5μmにすることも記載されている。 Patent Publication No. 5660220 discloses a medium carbon steel sheet in which the average diameter of carbides is 0.4 μm or less, the spheroidization rate of the carbides is 90% or more, and the average ferrite grain size is 10 μm or more. The publication also describes that the average lamellar thickness of cementite in the pearlite contained in the steel after coiling is set to 0.02 to 0.5 μm.

特開平1-230746号公報Japanese Patent Application Publication No. 1-230746 特開2018-44226号公報JP 2018-44226 A 特開2017-48441号公報JP 2017-48441 A 特許第5660220号公報Patent No. 5660220

特開平1-230746号公報は、鋳鉄からなる固定部材の表面の組織を制御したものであり、亜共析鋼に対して同様の技術を適用することはできない。特開2018-44226号公報、特開2017-48441号公報及び特許第5660220号公報は摺動部品用鋼材に関するものではなく、摺動性は不明である。 JP 1-230746 A controls the surface structure of a fixed member made of cast iron, and the same technology cannot be applied to hypoeutectoid steel. JP 2018-44226 A, JP 2017-48441 A, and JP 5660220 A do not relate to steel materials for sliding parts, and the sliding properties are unknown.

本発明の課題は、摺動性及び加工性に優れた摺動部品用鋼材を提供することである。本発明の他の課題は、摺動性及び加工性に優れた摺動部品用鋼材の製造方法を提供することである。 The object of the present invention is to provide a steel material for sliding parts that has excellent sliding properties and workability. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a steel material for sliding parts that has excellent sliding properties and workability.

本発明の一実施形態による摺動部品用鋼材は、化学組成が、質量%で、C:0.15~0.65%、Si:0.05~0.60%、Mn:0.40~1.70%、P:0.03%以下、S:0.070%以下、Al:0.005~0.060%、N:0.001~0.020%、Cr:0~0.35%、残部:Fe及び不純物であり、少なくとも表面から10μmの深さまでの組織が、体積分率で30~80%のパーライトと、マルテンサイト及びベイナイトの少なくとも一方と、フェライトとを含む組織である部分を含み、前記部分において、少なくとも表面から10μmの深さまでの前記パーライトのラメラ間隔が、90~200nmであり、前記部分において、少なくとも表面から10μmの深さまでのビッカース硬さが、Hv270~300である。 The steel material for sliding parts according to one embodiment of the present invention has a chemical composition, in mass%, of C: 0.15-0.65%, Si: 0.05-0.60%, Mn: 0.40-1.70%, P: 0.03% or less, S: 0.070% or less, Al: 0.005-0.060%, N: 0.001-0.020%, Cr: 0-0.35%, and the balance: Fe and impurities. The structure at least from the surface to a depth of 10 μm includes a portion that is a structure containing 30-80% pearlite by volume, at least one of martensite and bainite, and ferrite, and in the said portion, the lamellar spacing of the pearlite at least from the surface to a depth of 10 μm is 90-200 nm, and the Vickers hardness at least from the surface to a depth of 10 μm is Hv270-300.

本発明の一実施形態による摺動部品用鋼材の製造方法は、上記の摺動部品用鋼材を製造する方法であって、前記化学組成が、質量%で、C:0.42~0.48%、Si:0.05~0.60%、Mn:0.60~0.90%、P:0.03%以下、S:0.035%以下、Al:0.005~0.060%、N:0.001~0.020%、Cr:0~0.35%、残部:Fe及び不純物であり、素材を720~770℃の加熱温度に加熱する工程と、前記加熱温度から250℃までの温度域の平均冷却速度が40.0~50.0℃/秒となるように前記素材を冷却する工程とを備える。 A method for producing a steel material for sliding parts according to one embodiment of the present invention is a method for producing the above-mentioned steel material for sliding parts, in which the chemical composition is, in mass%, C: 0.42-0.48%, Si: 0.05-0.60%, Mn: 0.60-0.90%, P: 0.03% or less, S: 0.035% or less, Al: 0.005-0.060%, N: 0.001-0.020%, Cr: 0-0.35%, balance: Fe and impurities, and the method comprises the steps of heating the material to a heating temperature of 720-770°C, and cooling the material so that the average cooling rate in the temperature range from the heating temperature to 250°C is 40.0-50.0°C/sec.

本発明の一実施形態による摺動部品用鋼材の製造方法は、上記の摺動部品用鋼材を製造する方法であって、前記化学組成が、質量%で、C:0.35~0.41%、Si:0.05~0.60%、Mn:1.35~1.65%、P:0.03%以下、S:0.070%以下、Al:0.005~0.060%、N:0.001~0.020%、Cr:0~0.35%、残部:Fe及び不純物であり、素材を720~950℃の加熱温度に加熱する工程と、前記加熱温度から250℃までの温度域の平均冷却速度が2.0~7.0℃/秒となるように前記素材を冷却する工程とを備える。 A method for producing a steel material for sliding parts according to one embodiment of the present invention is a method for producing the above-mentioned steel material for sliding parts, in which the chemical composition is, in mass%, C: 0.35-0.41%, Si: 0.05-0.60%, Mn: 1.35-1.65%, P: 0.03% or less, S: 0.070% or less, Al: 0.005-0.060%, N: 0.001-0.020%, Cr: 0-0.35%, balance: Fe and impurities, and the method comprises the steps of heating the material to a heating temperature of 720-950°C, and cooling the material so that the average cooling rate in the temperature range from the heating temperature to 250°C is 2.0-7.0°C/sec.

本発明によれば、摺動性及び加工性に優れた摺動部品用鋼材が得られる。 According to the present invention, a steel material for sliding parts with excellent sliding properties and workability can be obtained.

図1は、ボール・オン・ディスク型摩擦・摩耗試験の結果を示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing the results of a ball-on-disk type friction and wear test.

本発明者らは、摺動性及び加工性に優れた鋼材を開発するため、各種鋼材の摺動性及び加工性を調査した。特に、鋼材の組織に着目し、組織ごとの摺動性及び加工性を調査した。その結果、以下の知見を得た。 The inventors investigated the sliding properties and workability of various steel materials in order to develop a steel material with excellent sliding properties and workability. In particular, they focused on the structure of the steel material and investigated the sliding properties and workability for each structure. As a result, they obtained the following findings.

ビッカース硬さがHv270~300の鋼材が、最も良好な摩擦係数を示す。また、鋼材の組織は、パーライトと、マルテンサイト及びベイナイトの少なくとも一方と、フェライトとを含み、パーライトの体積分率が30~80%である組織とすることが好適である。 Steel with a Vickers hardness of Hv 270 to 300 exhibits the best friction coefficient. In addition, it is preferable that the structure of the steel contains pearlite, at least one of martensite and bainite, and ferrite, with the volume fraction of pearlite being 30 to 80%.

硬質の組織であるマルテンサイト又はベイナイトを含むことにより、フェライト・パーライトからなる鋼材よりも硬さを高くすることができる。一方、硬さを高くしすぎると、加工性が低下することに加えて、摩擦係数も大きくなる。これは、靱性や延性の低下によって、耐摩耗性が低下するためと考えられる。 By including the hard structure of martensite or bainite, it is possible to make the steel harder than steel made of ferrite and pearlite. On the other hand, if the hardness is made too high, not only does it decrease workability, but it also increases the coefficient of friction. This is thought to be because wear resistance decreases due to a decrease in toughness and ductility.

析出炭化物は、鋼材の硬さ及び加工性に影響するとともに、鋼材の摺動性にも影響する重要な因子である。鋼材の摺動性及び加工性を向上させるためには、パーライトのラメラ間隔を制御する必要がある。パーライトのラメラ間隔は、具体的には、硬さと摺動性とのバランスから、90~200nmにすることが好適である。 Precipitated carbides are an important factor that affects the hardness and workability of steel materials, as well as the sliding properties of steel materials. In order to improve the sliding properties and workability of steel materials, it is necessary to control the lamellar spacing of pearlite. Specifically, it is preferable to set the lamellar spacing of pearlite to 90 to 200 nm in order to achieve a balance between hardness and sliding properties.

以上の知見に基づいて、本発明は完成された。以下、本発明の一実施形態による摺動部品用鋼材について詳述する。 The present invention was completed based on the above findings. Below, we will explain in detail the steel material for sliding parts according to one embodiment of the present invention.

[化学組成]
本実施形態による摺動部品用鋼材は、以下に説明する化学組成を有する。以下の説明において、元素の含有量の「%」は、質量%を意味する。
[Chemical composition]
The steel material for sliding parts according to this embodiment has the chemical composition described below. In the following description, "%" for the content of an element means mass %.

C:0.15~0.65%
炭素(C)は、鋼の焼入れ性を高め、硬さの向上に寄与する。一方、C含有量が高すぎると、鋼の被削性が低下し、加工性が低下する。したがって、C含有量は0.15~0.65%である。C含有量の下限は、好ましくは0.20%であり、さらに好ましくは0.22%である。C含有量の上限は、好ましくは0.50%であり、さらに好ましくは0.48%である。
C: 0.15-0.65%
Carbon (C) improves the hardenability of steel and contributes to improving hardness. On the other hand, if the C content is too high, the machinability of the steel decreases and the workability decreases. Therefore, The amount of C is 0.15 to 0.65%. The lower limit of the C content is preferably 0.20%, and more preferably 0.22%. The upper limit of the C content is preferably 0. 50%, and more preferably 0.48%.

Si:0.05~0.60%
シリコン(Si)は、脱酸作用及びフェライトを強化する作用を有する。一方、Si含有量が高すぎると、鋼の被削性が低下し、加工性が低下する。したがって、Si含有量は0.05~0.60%である。Si含有量の下限は、好ましくは0.10%であり、さらに好ましくは0.15%である。Si含有量の上限は、好ましくは0.50%であり、さらに好ましくは0.35%である。
Si: 0.05-0.60%
Silicon (Si) has the effect of deoxidizing and strengthening ferrite. On the other hand, if the Si content is too high, the machinability of the steel decreases, and the workability decreases. Therefore, the Si content is set to 0. The lower limit of the Si content is preferably 0.10%, and more preferably 0.15%. The upper limit of the Si content is preferably 0.50%. and more preferably 0.35%.

Mn:0.40~1.70%
マンガン(Mn)は、鋼の焼入れ性を高め、硬さの向上に寄与する。一方、Mn含有量が高すぎると、鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Mn含有量は0.40~1.70%である。Mn含有量の下限は、好ましくは0.50%であり、さらに好ましくは0.60%である。Mn含有量の上限は、好ましくは1.60%であり、さらに好ましくは1.50%である。
Mn: 0.40-1.70%
Manganese (Mn) improves the hardenability of steel and contributes to improving hardness. On the other hand, if the Mn content is too high, the hot workability of the steel decreases. Therefore, the Mn content is set to 0.40 The lower limit of the Mn content is preferably 0.50%, and more preferably 0.60%. The upper limit of the Mn content is preferably 1.60%. More preferably, it is 1.50%.

Al:0.005~0.060%
アルミニウム(Al)は、窒化物を形成し、結晶粒の微細化に寄与する。一方、Al含有量が高すぎると、鋼の被削性が低下し、加工性が低下する。したがって、Al含有量は0.005~0.060%である。Al含有量の下限は、好ましくは0.010%であり、さらに好ましくは0.020%である。Al含有量の上限は、好ましくは0.050%であり、さらに好ましくは0.045%である。
Al: 0.005-0.060%
Aluminum (Al) forms nitrides and contributes to grain refinement. On the other hand, if the Al content is too high, the machinability of the steel decreases, and the workability decreases. Therefore, Al-containing The amount of Al is 0.005 to 0.060%. The lower limit of the Al content is preferably 0.010%, and more preferably 0.020%. The upper limit of the Al content is preferably 0. It is preferably 0.050%, and more preferably 0.045%.

N:0.001~0.020%
窒素(N)は、窒化物や炭窒化物を形成し、結晶粒の微細化に寄与する。一方、N含有量が高すぎると、鋼の熱間延性が低下する。したがって、N含有量は0.001~0.020%である。N含有量の下限は、好ましくは0.002%である。N含有量の上限は、好ましくは0.015%であり、さらに好ましくは0.010%である。
N: 0.001-0.020%
Nitrogen (N) forms nitrides and carbonitrides, which contribute to the refinement of crystal grains. On the other hand, if the N content is too high, the hot ductility of the steel decreases. Therefore, the N content is The N content is 0.001 to 0.020%. The lower limit of the N content is preferably 0.002%. The upper limit of the N content is preferably 0.015%, and more preferably 0.010%. It is.

P:0.03%以下
リン(P)は、不純物である。P含有量が高すぎると、鋼の疲労強度が低下する。したがって、P含有量は0.03%以下である。P含有量は、好ましくは0.025%以下であり、さらに好ましくは0.02%以下である。
P: 0.03% or less Phosphorus (P) is an impurity. If the P content is too high, the fatigue strength of the steel decreases. Therefore, the P content is 0.03% or less. The P content is preferably 0.025% or less, and more preferably 0.02% or less.

S:0.070%以下
硫黄(S)は、不純物である。S含有量が高すぎると、鋼の熱間加工性が低下する。したがって、S含有量は0.070%以下である。S含有量は、好ましくは0.065%以下であり、さらに好ましくは0.060%以下である。Sは、鋼の被削性を向上させるために意図的に含有させる場合がある。この場合、S含有量の下限は、好ましくは0.020%であり、さらに好ましくは0.030%である。
S: 0.070% or less Sulfur (S) is an impurity. If the S content is too high, the hot workability of the steel is reduced. Therefore, the S content is 0.070% or less. The S content is preferably 0.065% or less, and more preferably 0.060% or less. S may be intentionally added to improve the machinability of the steel. In this case, the lower limit of the S content is preferably 0.020%, and more preferably 0.030%.

本実施形態による摺動部品用鋼材の化学組成の残部は、Fe及び不純物である。ここでいう不純物は、鋼の原料として利用される鉱石やスクラップから混入する元素、あるいは製造過程の環境等から混入する元素をいう。 The remainder of the chemical composition of the steel material for sliding parts according to this embodiment is Fe and impurities. The impurities referred to here are elements that are mixed in from the ores and scraps used as raw materials for the steel, or elements that are mixed in from the environment during the manufacturing process, etc.

本実施形態による摺動部品用鋼材の化学組成は、上述のFeの一部に代えて、Crを含有してもよい。Crは選択元素である。すなわち、本実施形態による摺動部品用鋼材の化学組成は、Crを含有していなくてもよい。 The chemical composition of the steel material for sliding parts according to this embodiment may contain Cr instead of part of the Fe described above. Cr is an optional element. In other words, the chemical composition of the steel material for sliding parts according to this embodiment does not have to contain Cr.

Cr:0~0.35%
クロム(Cr)は、鋼の焼入れ性を高め、硬さの向上に寄与する。Crが少しでも含有されていれば、この効果が得られる。一方、Cr含有量が0.35%を超えると、二相域が狭くなり、望ましい組織を得ることが困難になる。また、炭化物が析出しやすくなる。したがって、Cr含有量は0~0.35%である。Cr含有量の下限は、好ましくは0.01%であり、さらに好ましくは0.03%である。Cr含有量の上限は、好ましくは0.20%であり、さらに好ましくは0.10%である。
Cr: 0-0.35%
Chromium (Cr) improves the hardenability of steel and contributes to improving hardness. This effect can be obtained even if only a small amount of Cr is contained. On the other hand, if the Cr content exceeds 0.35%, If the Cr content is too high, the two-phase region becomes narrow, making it difficult to obtain a desired structure. In addition, carbides tend to precipitate. Therefore, the Cr content is 0 to 0.35%. The lower limit of the Cr content is preferably The upper limit of the Cr content is preferably 0.01%, and more preferably 0.03%. The upper limit of the Cr content is preferably 0.20%, and more preferably 0.10%.

本実施形態による摺動部品用鋼材は、一つの態様として、化学組成が、質量%で、C:0.30~0.55%、Si:0.05~0.60%、Mn:0.40~1.20%、P:0.03%以下、S:0.035%以下、Al:0.005~0.060%、N:0.001~0.020%、Cr:0~0.35%、残部:Fe及び不純物であってもよい。 In one embodiment, the steel material for sliding parts according to this embodiment may have a chemical composition, in mass%, of C: 0.30-0.55%, Si: 0.05-0.60%, Mn: 0.40-1.20%, P: 0.03% or less, S: 0.035% or less, Al: 0.005-0.060%, N: 0.001-0.020%, Cr: 0-0.35%, and the balance: Fe and impurities.

この態様の場合、C含有量の下限は、好ましくは0.35%であり、さらに好ましくは0.42%である。C含有量の上限は、好ましくは0.50%であり、さらに好ましくは0.48%である。Mn含有量の上限は、好ましくは1.00%であり、さらに好ましくは0.90%である。S含有量の上限は、好ましくは0.030%であり、さらに好ましくは0.025%である。 In this embodiment, the lower limit of the C content is preferably 0.35%, more preferably 0.42%. The upper limit of the C content is preferably 0.50%, more preferably 0.48%. The upper limit of the Mn content is preferably 1.00%, more preferably 0.90%. The upper limit of the S content is preferably 0.030%, more preferably 0.025%.

本実施形態による摺動部品用鋼材は、別の態様として、化学組成が、質量%で、C:0.42~0.48%、Si:0.05~0.60%、Mn:0.60~0.90%、P:0.03%以下、S:0.035%以下、Al:0.005~0.060%、N:0.001~0.020%、Cr:0~0.35%、残部:Fe及び不純物であってもよい。 In another embodiment, the steel material for sliding parts according to this embodiment may have a chemical composition, in mass%, of C: 0.42-0.48%, Si: 0.05-0.60%, Mn: 0.60-0.90%, P: 0.03% or less, S: 0.035% or less, Al: 0.005-0.060%, N: 0.001-0.020%, Cr: 0-0.35%, and the balance: Fe and impurities.

本実施形態による摺動部品用鋼材は、別の態様として、化学組成が、質量%で、C:0.35~0.41%、Si:0.05~0.60%、Mn:1.35~1.65%、P:0.03%以下、S:0.070%以下、Al:0.005~0.060%、N:0.001~0.020%、Cr:0~0.35%、残部:Fe及び不純物であってもよい。 In another embodiment, the steel material for sliding parts according to this embodiment may have a chemical composition, in mass%, of C: 0.35-0.41%, Si: 0.05-0.60%, Mn: 1.35-1.65%, P: 0.03% or less, S: 0.070% or less, Al: 0.005-0.060%, N: 0.001-0.020%, Cr: 0-0.35%, and the balance: Fe and impurities.

[組織]
本実施形態による摺動部品用鋼材は、少なくとも表面から10μmの深さまでの組織が、体積分率で30~80%のパーライトと、マルテンサイト及びベイナイトの少なくとも一方と、フェライトとを含む組織である部分を含む。
[Organization]
The steel material for sliding parts according to this embodiment includes a portion in which the structure from at least the surface to a depth of 10 μm is a structure containing 30 to 80% by volume of pearlite, at least one of martensite and bainite, and ferrite.

パーライトは、摺動中に加工硬化して耐摩耗性の向上に寄与する。パーライトの体積分率が低すぎると、この効果が十分に得られない。一方、パーライトの体積分率が高すぎると、マルテンサイトやベイナイト、フェライトの体積分率を確保することができず、硬度と加工性とのバランスを保つことが困難になる。そのため、パーライトの体積分率は30~80%である。パーライトの体積分率の下限は、好ましくは31%であり、さらに好ましくは32%である。パーライトの体積分率の上限は、好ましくは78%であり、さらに好ましくは76%である。 Pearlite hardens during sliding and contributes to improving wear resistance. If the volume fraction of pearlite is too low, this effect is not fully achieved. On the other hand, if the volume fraction of pearlite is too high, the volume fractions of martensite, bainite, and ferrite cannot be secured, making it difficult to maintain a balance between hardness and workability. Therefore, the volume fraction of pearlite is 30 to 80%. The lower limit of the volume fraction of pearlite is preferably 31%, and more preferably 32%. The upper limit of the volume fraction of pearlite is preferably 78%, and more preferably 76%.

マルテンサイト及びベイナイトは共に硬質組織であり、鋼の硬さ向上に寄与する。組織にマルテンサイト及びベイナイトのいずれもが全く含まれていない場合、ビッカース硬さをHv270以上にすることが困難になる。マルテンサイトの体積分率とベイナイトの体積分率との合計の下限は、好ましくは3%であり、さらに好ましくは5%であり、さらに好ましくは10%である。一方、マルテンサイトの体積分率とベイナイトの体積分率との合計が高すぎると、良好な摺動性が得られず、また、加工性も低下する。マルテンサイトの体積分率とベイナイトの体積分率との合計の上限は、好ましくは60%であり、さらに好ましくは58%であり、さらに好ましくは56%である。 Both martensite and bainite are hard structures and contribute to improving the hardness of steel. If the structure does not contain any martensite or bainite, it is difficult to achieve a Vickers hardness of Hv270 or more. The lower limit of the sum of the volume fractions of martensite and bainite is preferably 3%, more preferably 5%, and even more preferably 10%. On the other hand, if the sum of the volume fractions of martensite and bainite is too high, good sliding properties cannot be obtained and workability is also reduced. The upper limit of the sum of the volume fractions of martensite and bainite is preferably 60%, more preferably 58%, and even more preferably 56%.

マルテンサイトとベイナイトとが混在した組織では、両者を正確に判別することが困難な場合が多い。そのため本実施形態では、マルテンサイトとベイナイトとを厳密に区別せず、マルテンサイトの体積分率とベイナイトの体積分率との合計を組織の指標とする。一方、ベイナイトよりもマルテンサイトの方がより硬質な組織であるため、ベイナイトに対するマルテンサイトの割合が明らかに高い組織では、ビッカース硬さがより高くなる。ベイナイトに対するマルテンサイトの割合が特に高い組織においても所定の範囲のビッカース硬さにするためには、マルテンサイトの体積分率とベイナイトの体積分率のとの合計の上限を30%にすることが好ましい。この場合、マルテンサイトの体積分率とベイナイトの体積分率の上限は、さらに好ましくは26%であり、さらに好ましくは24%である。またこの場合、パーライトの体積分率の下限は、61%にすることが好ましい。この場合、パーライトの体積分率の下限は、さらに好ましくは62%であり、さらに好ましくは65%である。 In a structure in which martensite and bainite are mixed, it is often difficult to accurately distinguish between the two. Therefore, in this embodiment, martensite and bainite are not strictly distinguished from each other, and the sum of the volume fraction of martensite and the volume fraction of bainite is used as an index of the structure. On the other hand, since martensite is a harder structure than bainite, a structure in which the ratio of martensite to bainite is clearly high will have a higher Vickers hardness. In order to achieve a Vickers hardness within a specified range even in a structure in which the ratio of martensite to bainite is particularly high, it is preferable to set the upper limit of the sum of the volume fraction of martensite and the volume fraction of bainite to 30%. In this case, the upper limits of the volume fraction of martensite and the volume fraction of bainite are more preferably 26%, and even more preferably 24%. In this case, it is preferable to set the lower limit of the volume fraction of pearlite to 61%. In this case, the lower limit of the volume fraction of pearlite is more preferably 62%, and even more preferably 65%.

フェライトは軟質組織であり、鋼の加工性の向上に寄与する。フェライトの体積分率の下限は、好ましくは3%であり、さらに好ましくは5%であり、さらに好ましくは10%である。一方、フェライトの体積分率が高すぎると、ビッカース硬さをHv270以上にすることが困難になる。フェライトの体積分率の上限は、好ましくは32%であり、さらに好ましくは26%であり、さらに好ましくは20%である。 Ferrite is a soft structure that contributes to improving the workability of steel. The lower limit of the volume fraction of ferrite is preferably 3%, more preferably 5%, and even more preferably 10%. On the other hand, if the volume fraction of ferrite is too high, it becomes difficult to achieve a Vickers hardness of Hv270 or more. The upper limit of the volume fraction of ferrite is preferably 32%, more preferably 26%, and even more preferably 20%.

摺動による影響が及ぶのは、表面から5μm程度である。そのため、少なくとも表面から10μmまでの組織(以下「表層組織」という。)が上述した組織であれば、十分な効果が得られる。換言すれば、表面から10μmよりも深い位置の組織は、摺動性に大きな影響を及ぼさない。そのため、表面から10μmよりも深い位置の組織は、上述した組織以外の組織であってもよい。 The effect of sliding extends to a depth of about 5 μm from the surface. Therefore, sufficient effect can be obtained if the structure at least from the surface to a depth of 10 μm (hereinafter referred to as the "surface structure") is the structure described above. In other words, the structure deeper than 10 μm from the surface does not significantly affect the sliding properties. Therefore, the structure deeper than 10 μm from the surface may be a structure other than the structure described above.

もっとも、制御する組織の厚さは任意であり、目的によって調整してもよい。上述した組織となる厚さは、好ましくは20μm以上であり、さらに好ましくは50μm以上である。上限は特になく、芯部まで上述した組織であってもよい。 However, the thickness of the structure to be controlled is arbitrary and may be adjusted depending on the purpose. The thickness of the above-mentioned structure is preferably 20 μm or more, and more preferably 50 μm or more. There is no particular upper limit, and the above-mentioned structure may extend to the core.

本実施形態による摺動部品用鋼材は、鋼材の特定の部分(以下「特定部分」という。)の表層組織だけが上述した組織であってもよい。例えば摺動部品がクランクシャフトの場合、ジャーナルやピンの部分の表層組織だけが上述した組織であってもよい。本実施形態による摺動部品用鋼材は、鋼材の全体が上述した組織であってもよい。 In the steel material for sliding parts according to this embodiment, only the surface structure of a specific portion of the steel material (hereinafter referred to as the "specific portion") may have the above-mentioned structure. For example, if the sliding part is a crankshaft, only the surface structure of the journal or pin portion may have the above-mentioned structure. In the steel material for sliding parts according to this embodiment, the entire steel material may have the above-mentioned structure.

本実施形態による摺動部品用鋼材の表層組織は、パーライト、マルテンサイト、ベイナイト及びフェライト以外の組織を含んでいてもよい。本実施形態による摺動部品用鋼材の表層組織に含まれるパーライト、マルテンサイト、ベイナイト及びフェライト以外の組織の体積分率は、好ましくは5%以下であり、さらに好ましくは3%以下であり、さらに好ましくは1%以下である。 The surface layer structure of the steel material for sliding parts according to this embodiment may contain structures other than pearlite, martensite, bainite, and ferrite. The volume fraction of structures other than pearlite, martensite, bainite, and ferrite contained in the surface layer structure of the steel material for sliding parts according to this embodiment is preferably 5% or less, more preferably 3% or less, and even more preferably 1% or less.

特定部分の表層組織の体積分率は、次のように測定する。摺動部品用鋼材の特定部分から、表面を含むサンプルを採取する。表面と垂直な面を観察面として、機械研磨及び電解研磨によるエッチングを行う。SEM像及びEBSD像を観察し、各組織の面積率を求める。5箇所以上で測定してその平均値を求め、この値を各組織の体積分率とみなす。 The volume fraction of the surface structure of a specific part is measured as follows: A sample including the surface is taken from a specific part of the steel material for sliding parts. A surface perpendicular to the surface is used as the observation surface, and etching is performed using mechanical polishing and electrolytic polishing. SEM images and EBSD images are observed to determine the area fraction of each structure. Measurements are made at five or more locations, and the average value is calculated, and this value is regarded as the volume fraction of each structure.

[ラメラ間隔]
本実施形態による摺動部品用鋼材は、上述した特定部分において、少なくとも表面から10μmの深さまでのパーライトのラメラ間隔が90~200nmである。
[Lamellar Spacing]
In the steel material for sliding parts according to this embodiment, in the specific portion described above, the lamellar spacing of pearlite at least from the surface to a depth of 10 μm is 90 to 200 nm.

パーライトのラメラ間隔が大きすぎても小さすぎても、良好な摺動性が得られない。また、パーライトのラメラ間隔が大きすぎると、ビッカース硬さをHv270以上にすることが困難になる。一方、パーライトのラメラ間隔が小さすぎると、ビッカース硬さをHv300以下にすることが困難になる。したがって、パーライトのラメラ間隔は90~200nmである。パーライトのラメラ間隔の下限は、好ましくは95nmであり、さらに好ましくは100nmである。パーライトのラメラ間隔の上限は、好ましくは180nmであり、さらに好ましくは160nmである。 If the lamellar spacing of pearlite is too large or too small, good sliding properties cannot be obtained. Also, if the lamellar spacing of pearlite is too large, it becomes difficult to achieve a Vickers hardness of Hv270 or more. On the other hand, if the lamellar spacing of pearlite is too small, it becomes difficult to achieve a Vickers hardness of Hv300 or less. Therefore, the lamellar spacing of pearlite is 90 to 200 nm. The lower limit of the lamellar spacing of pearlite is preferably 95 nm, and more preferably 100 nm. The upper limit of the lamellar spacing of pearlite is preferably 180 nm, and more preferably 160 nm.

表面から10μmの深さまでのパーライトのラメラ間隔を規定している理由は、組織の体積分率の場合と同様である。表面から10μmよりも深い位置のラメラ間隔は、上述した範囲から外れていてもよい。パーライトと、マルテンサイト及びベイナイトの少なくとも一方と、フェライトとを含む組織の厚さが10μm以上である場合であっても、この厚さの全体にわたってラメラ間隔が上述した範囲である必要はなく、表面から10μmの深さまでのパーライトのラメラ間隔が上述した範囲であればよい。 The reason for specifying the lamellar spacing of pearlite from the surface to a depth of 10 μm is the same as in the case of the volume fraction of the structure. The lamellar spacing at a position deeper than 10 μm from the surface may be outside the above-mentioned range. Even if the thickness of the structure containing pearlite, at least one of martensite and bainite, and ferrite is 10 μm or more, the lamellar spacing does not need to be in the above-mentioned range throughout this thickness, and it is sufficient that the lamellar spacing of pearlite from the surface to a depth of 10 μm is in the above-mentioned range.

もっとも、パーライトのラメラ間隔を制御する厚さは任意であり、目的によって調整してもよい。パーライトのラメラ間隔が上述した範囲である厚さは、好ましくは20μm以上であり、さらに好ましくは50μm以上である。 However, the thickness for controlling the lamellar spacing of pearlite is arbitrary and may be adjusted depending on the purpose. The thickness for which the lamellar spacing of pearlite is in the above-mentioned range is preferably 20 μm or more, and more preferably 50 μm or more.

パーライトのラメラ間隔は、次のように測定する。摺動部品用鋼材の特定部分から、表面を含むサンプルを採取する。表面と垂直な面を観察面として、機械研磨及び電解研磨によるエッチングを行う。倍率5000倍以上のSEM像を観察し、析出セメンタイトの厚さ方向中央から隣接する析出セメンタイトの厚さ方向中央までの距離を測定し、3点以上を測定した平均値をラメラ間隔とする。 The lamellar spacing of pearlite is measured as follows. A sample including the surface is taken from a specific portion of the steel material for sliding parts. A surface perpendicular to the surface is used as the observation surface, and etching is performed by mechanical polishing and electrolytic polishing. An SEM image is observed at a magnification of 5000 times or more, and the distance from the center of the thickness direction of the precipitated cementite to the center of the thickness direction of the adjacent precipitated cementite is measured, and the average value of measurements at three or more points is taken as the lamellar spacing.

[ビッカース硬さ]
本実施形態による摺動部品用鋼材は、上述した特定部分において、少なくとも表面から10μmの深さまでのビッカース硬さがHv270~300である。
[Vickers hardness]
The steel material for sliding parts according to this embodiment has a Vickers hardness of Hv270 to 300 at least from the surface to a depth of 10 μm in the specific portion described above.

ビッカース硬さが高すぎても低すぎても、良好な摺動性が得られない。また、ビッカース硬さが高すぎると、加工性が低下する。したがって、ビッカース硬さはHv270~300である。ビッカース硬さの下限は、好ましくはHv275であり、さらに好ましくはHv280である。ビッカース硬さの上限は、好ましくはHv295であり、さらに好ましくはHv290である。 If the Vickers hardness is too high or too low, good sliding properties cannot be obtained. Furthermore, if the Vickers hardness is too high, workability decreases. Therefore, the Vickers hardness is Hv270 to 300. The lower limit of the Vickers hardness is preferably Hv275, and more preferably Hv280. The upper limit of the Vickers hardness is preferably Hv295, and more preferably Hv290.

表面から10μmの深さまでのビッカース硬さを規定している理由は、組織の体積分率の場合と同様である。表面から10μmよりも深い位置のビッカース硬さは、上述した範囲から外れていてもよい。もっとも、ビッカース硬さを制御する厚さは任意であり、目的によって調整してもよい。ビッカース硬さが上述した範囲である厚さは、好ましくは20μm以上であり、さらに好ましくは50μm以上である。 The reason for specifying the Vickers hardness from the surface to a depth of 10 μm is the same as for the volume fraction of the tissue. The Vickers hardness at a position deeper than 10 μm from the surface may be outside the above-mentioned range. However, the thickness for controlling the Vickers hardness is arbitrary and may be adjusted depending on the purpose. The thickness for which the Vickers hardness is in the above-mentioned range is preferably 20 μm or more, and more preferably 50 μm or more.

ビッカース硬さは、摺動部品用鋼材の特定部分から表面を含むサンプルを採取し、表面に垂直な面を試験面として、JIS Z 2244(2009)に準拠して測定することができる。試験力は1kgf(9.807N)とし、5点以上を測定した平均値をビッカース硬さとする。表面に近い部分のビッカース硬さは、表面に対してナノインデンテーションを行うことで、押し込み深さごとの硬さを測定することができる。 Vickers hardness can be measured in accordance with JIS Z 2244 (2009) by taking a sample including the surface from a specific part of the steel material for sliding parts, and using a surface perpendicular to the surface as the test surface. The test force is 1 kgf (9.807 N), and the average value of measurements taken at five or more points is the Vickers hardness. The Vickers hardness of the part close to the surface can be measured at each indentation depth by performing nanoindentation on the surface.

[摩擦係数]
本実施形態による摺動部品用鋼材は、好ましくは、上述した特定部分において、摩擦係数が0.25以下である。
[Coefficient of friction]
The steel material for sliding parts according to this embodiment preferably has a friction coefficient of 0.25 or less in the specific portion described above.

[製造方法]
以下、本実施形態による摺動部品用鋼材の製造方法を説明する。
[Production method]
Hereinafter, a method for producing a steel material for sliding parts according to this embodiment will be described.

上述した化学組成の素材を準備する。素材は例えば、熱間鍛造品である。例えば、上述した化学組成を有する鋼を溶製し、連続鋳造又は分塊圧延を実施して鋼片にした後、鋼片を熱間鍛造して摺動部品の粗形状に加工したものを素材とすることができる。熱間鍛造後の素材に切削加工等を施してもよい。 A material having the above-mentioned chemical composition is prepared. The material is, for example, a hot forged product. For example, steel having the above-mentioned chemical composition is melted, and then continuous casting or blooming is performed to produce a steel billet, which is then hot forged to be processed into the rough shape of the sliding part, which can be used as the material. The material after hot forging may be subjected to cutting or other processing.

素材の少なくとも一部を、所定の加熱温度に加熱して所定時間保持する。 At least a portion of the material is heated to a predetermined temperature and held for a predetermined period of time.

保持時間が短すぎると、望ましい組織が安定して得られない。一方、保持時間が長すぎると、結晶粒が粗大化する。保持時間の下限は、好ましくは900秒であり、さらに好ましくは1200秒であり、さらに好ましくは1500秒である。保持時間の上限は、好ましくは3600秒であり、さらに好ましくは3000秒であり、さらに好ましくは2700秒である。 If the holding time is too short, the desired structure cannot be obtained stably. On the other hand, if the holding time is too long, the crystal grains become coarse. The lower limit of the holding time is preferably 900 seconds, more preferably 1200 seconds, and even more preferably 1500 seconds. The upper limit of the holding time is preferably 3600 seconds, more preferably 3000 seconds, and even more preferably 2700 seconds.

続いて、加熱した部分を所定の速度で冷却する。加熱温度から250℃までの温度域の平均冷却速度が小さすぎても大きすぎても、所望の組織、パーライトのラメラ間隔、及びビッカース硬さが得られない。具体的には、この温度域の冷却速度が小さすぎると、フェライトの体積分率が大きくなってパーライトの体積分率が小さくなる、パーライトのラメラ間隔が過度に大きくなる、又はビッカース硬さが過度に低くなる場合がある。一方、この温度域の冷却速度が大きすぎると、パーライトの体積分率が小さくなる、パーライトのラメラ間隔が過度に小さくなる、又はビッカース硬さが過度に高くなる場合がある。 The heated portion is then cooled at a predetermined rate. If the average cooling rate in the temperature range from the heating temperature to 250°C is too small or too large, the desired structure, pearlite lamellar spacing, and Vickers hardness cannot be obtained. Specifically, if the cooling rate in this temperature range is too small, the volume fraction of ferrite may increase and the volume fraction of pearlite may decrease, the lamellar spacing of pearlite may become excessively large, or the Vickers hardness may become excessively low. On the other hand, if the cooling rate in this temperature range is too large, the volume fraction of pearlite may become small, the lamellar spacing of pearlite may become excessively small, or the Vickers hardness may become excessively high.

250℃よりも低い温度域の冷却速度は任意である。ただし、250℃よりも低い温度域を強冷すると、変態膨張により割れが発生する場合がある。そのため、250℃よりも低い温度域の冷却速度は、50.0℃/秒以下とすることが好ましい。 The cooling rate in the temperature range below 250°C is arbitrary. However, if the temperature range below 250°C is cooled rapidly, cracks may occur due to transformation expansion. Therefore, it is preferable that the cooling rate in the temperature range below 250°C be 50.0°C/sec or less.

上記の加熱及び冷却は、例えば高周波誘導加熱によって素材の表層のみに行ってもよいし、熱処理炉によって素材の全体に行ってもよい。 The above heating and cooling can be performed, for example, on only the surface of the material by high-frequency induction heating, or on the entire material in a heat treatment furnace.

冷却後、マルテンサイト中に炭化物を析出させないため、焼戻しを実施しないことが好ましい。本実施形態による摺動部品用鋼材は、焼戻しを実施しなくても、遅れ破壊は生じにくい。 After cooling, it is preferable not to perform tempering in order to prevent carbides from precipitating in the martensite. The steel material for sliding parts according to this embodiment is less susceptible to delayed fracture even without tempering.

次に、加熱温度及び冷却速度について詳述する。上述した製造方法において、素材の化学組成に応じて、(1)素材を二相域から冷却する、及び、(2)所定の温度域を緩冷却することのいずれか実施する。より具体的には、素材の化学組成に応じて、(1)素材を720~770℃の加熱温度に加熱した後、加熱温度から250℃までの温度域の平均冷却速度が40.0~50.0℃/秒となるように冷却する、あるいは、(2)720~950℃の加熱温度に加熱した後、加熱温度から250℃までの温度域の平均冷却速度が2.0~7.0℃/秒となるように冷却する。 Next, the heating temperature and cooling rate will be described in detail. In the above-mentioned manufacturing method, depending on the chemical composition of the material, either (1) cooling the material from the two-phase region or (2) slow cooling in a specified temperature range is carried out. More specifically, depending on the chemical composition of the material, (1) the material is heated to a heating temperature of 720 to 770°C, and then cooled so that the average cooling rate in the temperature range from the heating temperature to 250°C is 40.0 to 50.0°C/sec, or (2) the material is heated to a heating temperature of 720 to 950°C, and then cooled so that the average cooling rate in the temperature range from the heating temperature to 250°C is 2.0 to 7.0°C/sec.

焼入れ性が比較的低い素材(例えば化学組成が、質量%で、C:0.42~0.48%、Si:0.05~0.60%、Mn:0.60~0.90%、P:0.03%以下、S:0.035%以下、Al:0.005~0.060%、N:0.001~0.020%、Cr:0~0.35%、残部:Fe及び不純物である素材)の場合、上記(1)で製造する。 In the case of a material with relatively low hardenability (for example, a material with a chemical composition, in mass %, of C: 0.42-0.48%, Si: 0.05-0.60%, Mn: 0.60-0.90%, P: 0.03% or less, S: 0.035% or less, Al: 0.005-0.060%, N: 0.001-0.020%, Cr: 0-0.35%, balance: Fe and impurities), manufacture as described above in (1).

上記(1)で製造する場合の加熱温度の下限は、好ましくは730℃である。上記(1)で製造する場合の加熱温度の上限は、好ましくは760℃である。上記(1)で製造する場合の平均冷却速度の下限は、好ましくは42.0℃/秒である。上記(1)で製造する場合の平均冷却速度の上限は、好ましくは48.0℃/秒であり、より好ましくは46.0℃/秒である。 When manufacturing by the above method (1), the lower limit of the heating temperature is preferably 730°C. When manufacturing by the above method (1), the upper limit of the heating temperature is preferably 760°C. When manufacturing by the above method (1), the lower limit of the average cooling rate is preferably 42.0°C/sec. When manufacturing by the above method (1), the upper limit of the average cooling rate is preferably 48.0°C/sec, more preferably 46.0°C/sec.

なお、上記(1)で製造した場合、ベイナイトに対するマルテンサイトの割合が高くなる傾向がある。 When manufactured using the method (1) above, the ratio of martensite to bainite tends to be high.

そのため、焼入れ性が比較的低い素材(例えば化学組成が、質量%で、C:0.42~0.48%、Si:0.05~0.60%、Mn:0.60~0.90%、P:0.03%以下、S:0.035%以下、Al:0.005~0.060%、N:0.001~0.020%、Cr:0~0.35%、残部:Fe及び不純物である素材)の場合、パーライトの体積分率が61~80%であり、マルテンサイトの体積分率及びベイナイトの体積分率の合計が3~30%であり、フェライトの体積分率が3~32%であることが好ましい。 Therefore, in the case of a material with relatively low hardenability (for example, a material with a chemical composition, in mass %, of C: 0.42-0.48%, Si: 0.05-0.60%, Mn: 0.60-0.90%, P: 0.03% or less, S: 0.035% or less, Al: 0.005-0.060%, N: 0.001-0.020%, Cr: 0-0.35%, balance: Fe and impurities), it is preferable that the volume fraction of pearlite is 61-80%, the sum of the volume fraction of martensite and the volume fraction of bainite is 3-30%, and the volume fraction of ferrite is 3-32%.

一方、焼入れ性が比較的高い素材(例えば化学組成が、質量%で、C:0.35~0.41%、Si:0.05~0.60%、Mn:1.35~1.65%、P:0.03%以下、S:0.070%以下、Al:0.005~0.060%、N:0.001~0.020%、Cr:0~0.35%、残部:Fe及び不純物である素材)の場合、上記(2)で製造する。 On the other hand, in the case of a material with relatively high hardenability (for example, a material with a chemical composition, in mass %, of C: 0.35-0.41%, Si: 0.05-0.60%, Mn: 1.35-1.65%, P: 0.03% or less, S: 0.070% or less, Al: 0.005-0.060%, N: 0.001-0.020%, Cr: 0-0.35%, balance: Fe and impurities), it is manufactured using the above (2).

上記(2)で製造する場合の加熱温度の下限は、好ましくは730℃である。上記(2)で製造する場合の加熱温度の上限は、好ましくは940℃である。上記(2)で製造する場合の平均冷却速度の下限は、好ましくは3.0℃/秒であり、より好ましくは4.0℃/秒である。上記(2)で製造する場合の平均冷却速度の上限は、好ましくは6.0℃/秒である。 When manufacturing by the above method (2), the lower limit of the heating temperature is preferably 730°C. When manufacturing by the above method (2), the upper limit of the heating temperature is preferably 940°C. When manufacturing by the above method (2), the lower limit of the average cooling rate is preferably 3.0°C/sec, more preferably 4.0°C/sec. When manufacturing by the above method (2), the upper limit of the average cooling rate is preferably 6.0°C/sec.

なお、上記(2)で製造した場合、パーライトのラメラ間隔が大きくなる傾向がある。 When manufactured using the method (2) above, the lamellar spacing of pearlite tends to become larger.

そのため、焼入れ性が比較的高い素材(例えば化学組成が、質量%で、C:0.35~0.41%、Si:0.05~0.60%、Mn:1.35~1.65%、P:0.03%以下、S:0.070%以下、Al:0.005~0.060%、N:0.001~0.020%、Cr:0~0.35%、残部:Fe及び不純物である素材)の場合、パーライトのラメラ間隔は150~200nmであることが好ましい。 Therefore, in the case of a material with relatively high hardenability (for example, a material with a chemical composition, in mass %, of C: 0.35-0.41%, Si: 0.05-0.60%, Mn: 1.35-1.65%, P: 0.03% or less, S: 0.070% or less, Al: 0.005-0.060%, N: 0.001-0.020%, Cr: 0-0.35%, balance: Fe and impurities), it is preferable that the lamellar spacing of pearlite is 150-200 nm.

以上、本発明の一実施形態による摺動部品用鋼材を説明した。本実施形態による摺動部品用鋼材は、優れた摺動性及び加工性を備える。そのため、本実施形態による摺動部品用鋼材は、摺動部品の材料として好適である。摺動部品は例えば、クランクシャフトである。 The above describes the steel material for sliding parts according to one embodiment of the present invention. The steel material for sliding parts according to this embodiment has excellent sliding properties and workability. Therefore, the steel material for sliding parts according to this embodiment is suitable as a material for sliding parts. An example of a sliding part is a crankshaft.

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。本発明はこれらの実施例に限定されない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples. The present invention is not limited to these examples.

表1に示す化学組成を有する鋼を150kg真空誘導溶解炉(VIM)によって溶製し、インゴットを作製した。 Steel having the chemical composition shown in Table 1 was melted in a 150 kg vacuum induction melting furnace (VIM) to produce ingots.

Figure 0007617372000001
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このインゴットを950~1200℃で熱間鍛造し、厚さ130mm、幅130mm、長さ1120mmにした後、厚さ7mm、幅160mmまで圧延し、長さ500mmに切断してから表2に記載の熱処理を行った。なお、熱処理前の組織は、フェライト・パーライト組織であった。 The ingot was hot forged at 950-1200°C to a thickness of 130 mm, width of 130 mm, and length of 1120 mm, then rolled to a thickness of 7 mm, width of 160 mm, and cut to a length of 500 mm, and then subjected to the heat treatment described in Table 2. Note that the structure before the heat treatment was a ferrite-pearlite structure.

Figure 0007617372000002
Figure 0007617372000002

熱処理後の鋼板の肉厚方向中央から20mm角、厚さ2mmの試験片を採取した。試験片の表面(20mm×20mmの面)は鏡面仕上げとした。本実施例ではバルクの組織が得られているため、試験片の表面を観察面又は試験面として組織、パーライトのラメラ間隔、及びビッカース硬さの測定を行った。試験片の表面を観察面又は試験面とした他は、実施形態で説明した方法に沿って測定を行った。結果を前掲の表2に示す。 A test piece measuring 20 mm square and 2 mm thick was taken from the center of the thickness direction of the heat-treated steel plate. The surface of the test piece (20 mm x 20 mm surface) was mirror-finished. Since a bulk structure was obtained in this example, the surface of the test piece was used as the observation surface or test surface to measure the structure, pearlite lamellar spacing, and Vickers hardness. With the exception of using the surface of the test piece as the observation surface or test surface, measurements were made in accordance with the method described in the embodiment. The results are shown in Table 2 above.

表2において、「P」、「M+B」、及び「F」はそれぞれ、パーライトの体積分率、マルテンサイトの体積分率及びベイナイトの体積分率の合計、並びにフェライトの体積分率を示す。ただし、試験片番号28及び29の試験片の組織は、マルテンサイトではなく焼戻しマルテンサイトを主体とする組織であった。 In Table 2, "P", "M+B", and "F" respectively indicate the volume fraction of pearlite, the sum of the volume fraction of martensite and the volume fraction of bainite, and the volume fraction of ferrite. However, the structure of test pieces No. 28 and 29 was mainly composed of tempered martensite, not martensite.

表2の「熱処理条件」の欄には、鋼板に加えた熱処理の条件を記載している。例えば試験片番号1の「770℃×1800秒→水冷(47℃/秒)」は、770℃で1800秒保持した後、250℃までの温度域を47℃/秒の平均冷却速度で水冷したことを表す。 The "Heat treatment conditions" column in Table 2 lists the conditions of the heat treatment applied to the steel plate. For example, "770°C x 1800 seconds → water cooling (47°C/second)" for test piece number 1 indicates that the steel plate was held at 770°C for 1800 seconds, and then water cooled at an average cooling rate of 47°C/second up to 250°C.

熱処理後の鋼板から20mm×20mm、厚さ2mmの試験片を採取し、この試験片を用いてボール・オン・ディスク型摩擦・摩耗試験を実施して摺動性を評価した。試験機は、CSM Instruments社製Tribometerを使用した。 Test pieces measuring 20 mm x 20 mm and 2 mm thick were taken from the heat-treated steel plates, and ball-on-disk type friction and wear tests were performed using these test pieces to evaluate the sliding properties. The test machine used was a Tribometer manufactured by CSM Instruments.

試験片の表面は#1000の砥粒を用いて粗研磨し、最終的には0.3μmのダイヤモンドスラリーを用いて鏡面仕上げを行った。ボールは直径6mmのアルミナ製のものを使用し、荷重:10N、試験温度:室温、回転直径:6mm、摩擦速度:10mm/秒、潤滑剤:なしの条件で摩擦試験を実施した。摩擦係数は、試験機のソフトウェアから提供される値を用いた。摺動距離:800mmのときの摩擦係数が0.25以下であるものを「良」と評価し、それ以外を「不可」と評価した。 The surface of the test piece was roughly polished using #1000 abrasive grains, and finally mirror-finished using 0.3 μm diamond slurry. An alumina ball with a diameter of 6 mm was used, and the friction test was carried out under the following conditions: load: 10 N, test temperature: room temperature, rotation diameter: 6 mm, friction speed: 10 mm/sec, no lubricant. The friction coefficient was the value provided by the testing machine's software. A friction coefficient of 0.25 or less at a sliding distance of 800 mm was evaluated as "good", and any other was evaluated as "unacceptable".

加工性は、ビッカース硬さがHv300以下のものを「良」、Hv300を越えるものを「不可」とした。総合評価は、摺動性及び加工性の両方が「良」であるものを「合格」とし、摺動性及び加工性のいずれかが「不可」であるものを「不合格」とした。結果を表3に示す。 With regard to workability, a Vickers hardness of Hv300 or less was rated "good," and one exceeding Hv300 was rated "bad." In terms of overall evaluation, a specimen with both "good" sliding properties and workability was rated "passed," and one with either "bad" sliding properties or workability was rated "failed." The results are shown in Table 3.

Figure 0007617372000003
Figure 0007617372000003

表2及び3に示すように、試験片番号1~11の鋼材は、パーライトの体積分率が30~80%であり、パーライトのラメラ間隔が90~200nmであり、ビッカース硬さがHv270~300であった。これらの鋼材は、摩擦係数が0.25以下であり、優れた摺動性を示した。 As shown in Tables 2 and 3, the steels of test pieces Nos. 1 to 11 had pearlite volume fractions of 30 to 80%, pearlite lamellar spacings of 90 to 200 nm, and Vickers hardnesses of Hv 270 to 300. These steels had friction coefficients of 0.25 or less, and showed excellent sliding properties.

試験片番号12の鋼材は、摺動性が劣っていた。これは、パーライトの体積分率が高すぎたためと考えられる。 The steel specimen No. 12 had poor sliding properties. This is thought to be because the volume fraction of pearlite was too high.

試験片番号13及び14の鋼材は、摺動性及び加工性が劣っていた。これは、パーライトのラメラ間隔が小さすぎたためと考えられる。 The steel specimens No. 13 and 14 had poor sliding properties and workability. This is thought to be because the lamellar spacing of the pearlite was too small.

試験片番号15の鋼材は、摺動性及び加工性が劣っていた。これは、パーライトの体積分率が低すぎたためと考えられる。 The steel specimen No. 15 had poor sliding properties and workability. This is thought to be because the volume fraction of pearlite was too low.

試験片番号16~22及び31の鋼材は、摺動性が劣っていた。これは、マルテンサイト及びベイナイトの体積分率が小さすぎたためと考えられる。 The steels of test pieces Nos. 16 to 22 and 31 had poor sliding properties. This is thought to be because the volume fractions of martensite and bainite were too small.

試験片番号23~27及び30の鋼材は、組織をマルテンサイトに調整したものである。これらの鋼材は、摺動性及び加工性が劣っていた。 The steel materials of test piece numbers 23 to 27 and 30 had their structure adjusted to martensite. These steel materials had poor sliding properties and workability.

試験片番号28及び29の鋼材は、組織を焼戻しマルテンサイトに調整したものである。これらの鋼材は、摺動性が劣っていた。 The steels of test pieces No. 28 and 29 had their structure adjusted to tempered martensite. These steels had poor sliding properties.

図1は、試験片番号3、16(フェライト・パーライト)、23(マルテンサイト)、及び28(焼戻しマルテンサイト)のボール・オン・ディスク型摩擦・摩耗試験の結果を示すグラフである。図1に示すように、試験片番号3の鋼材で最も良好な摺動性が得られていることが分かる。 Figure 1 is a graph showing the results of ball-on-disk type friction and wear tests on test pieces No. 3, 16 (ferrite-pearlite), 23 (martensite), and 28 (tempered martensite). As shown in Figure 1, it can be seen that the best sliding properties were obtained with the steel material of test piece No. 3.

以上、本発明の一実施形態を説明したが、上述した実施形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施形態を適宜変形して実施することが可能である。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the above-mentioned embodiment is merely an example for implementing the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and it is possible to implement the above-mentioned embodiment by appropriately modifying it within the scope that does not deviate from the spirit of the present invention.

Claims (7)

摺動部品用鋼材であって、
学組成が、質量%で、
C :0.42~0.48%、
Si:0.05~0.60%、
Mn:0.60~0.90%、
P :0.03%以下、
S :0.035%以下、
Al:0.005~0.060%、
N :0.001~0.020%、
Cr:0.10~0.35%、
残部:Fe及び不純物であり、
前記摺動部品用鋼材の少なくとも一部の部分において、少なくとも表面から10μmの深さまでの組織が、体積分率で30~80%のパーライトと、マルテンサイト及びベイナイトの少なくとも一方と、フェライトとを含む組織であり、
前記部分において、少なくとも表面から10μmの深さまでの前記パーライトのラメラ間隔が、90~200nmであり、
前記部分において、少なくとも表面から10μmの深さまでのビッカース硬さが、Hv270~300である、摺動部品用鋼材。
A steel material for sliding parts,
The chemical composition, in mass%, is
C: 0.42-0.48%,
Si: 0.05-0.60%,
Mn: 0.60-0.90%,
P: 0.03% or less,
S: 0.035% or less,
Al: 0.005-0.060%,
N: 0.001-0.020%,
Cr: 0.10 to 0.35%,
The balance is Fe and impurities.
In at least a part of the steel material for sliding parts, a structure from the surface to a depth of at least 10 μm contains 30 to 80% by volume of pearlite, at least one of martensite and bainite, and ferrite,
In the portion, the lamellar spacing of the pearlite from at least the surface to a depth of 10 μm is 90 to 200 nm;
The portion has a Vickers hardness of Hv270 to 300 at least from the surface to a depth of 10 μm .
請求項に記載の摺動部品用鋼材であって、
前記パーライトの体積分率が61~80%であり、前記マルテンサイトの体積分率及び前記ベイナイトの体積分率の合計が3~30%であり、前記フェライトの体積分率が3~32%である、摺動部品用鋼材。
The sliding part steel material according to claim 1 ,
A steel material for sliding parts, wherein a volume fraction of the pearlite is 61 to 80%, a sum of a volume fraction of the martensite and a volume fraction of the bainite is 3 to 30%, and a volume fraction of the ferrite is 3 to 32%.
摺動部品用鋼材であって、
学組成が、質量%で、
C :0.35~0.41%、
Si:0.05~0.60%、
Mn:1.35~1.65%、
P :0.03%以下、
S :0.070%以下、
Al:0.005~0.060%、
N :0.001~0.020%、
Cr:0.10~0.35%、
残部:Fe及び不純物であり、
前記摺動部品用鋼材の少なくとも一部の部分において、少なくとも表面から10μmの深さまでの組織が、体積分率で30~80%のパーライトと、マルテンサイト及びベイナイトの少なくとも一方と、フェライトとを含む組織であり、
前記部分において、少なくとも表面から10μmの深さまでの前記パーライトのラメラ間隔が、90~200nmであり、
前記部分において、少なくとも表面から10μmの深さまでのビッカース硬さが、Hv270~300である、摺動部品用鋼材。
A steel material for sliding parts,
The chemical composition, in mass%, is
C: 0.35-0.41%,
Si: 0.05-0.60%,
Mn: 1.35-1.65%,
P: 0.03% or less,
S: 0.070% or less,
Al: 0.005-0.060%,
N: 0.001-0.020%,
Cr: 0.10 to 0.35%,
The balance is Fe and impurities.
In at least a part of the steel material for sliding parts, a structure from the surface to a depth of at least 10 μm contains 30 to 80% by volume of pearlite, at least one of martensite and bainite, and ferrite,
In the portion, the lamellar spacing of the pearlite from at least the surface to a depth of 10 μm is 90 to 200 nm;
The portion has a Vickers hardness of Hv270 to 300 at least from the surface to a depth of 10 μm .
請求項に記載の摺動部品用鋼材であって、
前記パーライトのラメラ間隔が、150~200nmである、摺動部品用鋼材。
The steel material for sliding parts according to claim 3 ,
The steel material for sliding parts, wherein the lamellar spacing of the pearlite is 150 to 200 nm.
請求項1~4のいずれか一項に記載の摺動部品用鋼材であって、
前記部分において、摩擦係数が0.25以下である、摺動部品用鋼材。
A steel material for sliding parts according to any one of claims 1 to 4 ,
A steel material for sliding parts, in which the friction coefficient in said portion is 0.25 or less.
請求項1又は2に記載の摺動部品用鋼材を製造する方法であって、
素材を720~770℃の加熱温度に加熱する工程と、
前記加熱温度から250℃までの温度域の平均冷却速度が40.0~50.0℃/秒となるように前記素材を冷却する工程とを備える、摺動部品用鋼材の製造方法。
A method for producing a steel material for sliding parts according to claim 1 or 2 ,
Heating the material to a temperature of 720 to 770°C;
and cooling the material so that the average cooling rate in the temperature range from the heating temperature to 250°C is 40.0 to 50.0°C/sec.
請求項3又は4に記載の摺動部品用鋼材を製造する方法であって、
素材を720~950℃の加熱温度に加熱する工程と、
前記加熱温度から250℃までの温度域の平均冷却速度が2.0~7.0℃/秒となるように前記素材を冷却する工程とを備える、摺動部品用鋼材の製造方法。
A method for producing a steel material for sliding parts according to claim 3 or 4 ,
Heating the material to a temperature of 720 to 950°C;
and cooling the material so that the average cooling rate in the temperature range from the heating temperature to 250°C is 2.0 to 7.0°C/sec.
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