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JP7678315B2 - Steel for high-frequency hardening, high-frequency hardening steel parts and manufacturing method thereof - Google Patents
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Steel for high-frequency hardening, high-frequency hardening steel parts and manufacturing method thereof Download PDF

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JP7678315B2 JP2021154541A JP2021154541A JP7678315B2 JP 7678315 B2 JP7678315 B2 JP 7678315B2 JP 2021154541 A JP2021154541 A JP 2021154541A JP 2021154541 A JP2021154541 A JP 2021154541A JP 7678315 B2 JP7678315 B2 JP 7678315B2
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Description

本発明は、高周波焼入れ用鋼、高周波焼入れ鋼部品及びその製造方法に関する。 The present invention relates to steel for induction hardening, induction hardening steel parts, and their manufacturing method.

自動車及び建設車両のクランクシャフト等に利用される機械構造用部品には、高い疲労強度が求められる。そこで、疲労強度の向上のために、機械構造用部品に対して表面硬化処理が施される場合がある。 High fatigue strength is required for machine structural parts used in crankshafts for automobiles and construction vehicles. Therefore, to improve fatigue strength, surface hardening treatment is sometimes applied to machine structural parts.

種々の表面硬化処理のうち、高周波焼入れは、必要な部位のみ硬化させることができる。さらに、高周波焼入れは高温で加熱した後に冷却するため、軟窒化処理等の他の表面硬化処理と比較して、深い硬化層深さ及び高い疲労強度を得ることができる。そのため、機械構造用部品には、高周波焼入れが施される場合が多い。例えば、機械構造用部品の1種であるクランクシャフトの疲労強度を向上させるために、図1に示すフィレットR部1を高周波焼入れする技術が実用化されている。 Among the various surface hardening treatments, induction hardening can harden only the necessary areas. Furthermore, because induction hardening involves heating at high temperatures and then cooling, it is possible to obtain a deeper hardened layer and higher fatigue strength than other surface hardening treatments such as soft nitriding. For this reason, induction hardening is often performed on machine structural parts. For example, a technology has been put into practical use to perform induction hardening on the fillet R portion 1 shown in Figure 1 in order to improve the fatigue strength of crankshafts, which are one type of machine structural part.

近年、産業界から、機械構造用部品のさらなる疲労強度の向上が求められている。高周波焼入れを利用して硬化層深さを大きくするためには、高周波焼入れにおいて、高周波電力の出力を増加して加熱温度を高めればよい。しかしながら、高温で高周波焼入れ処理を実施する場合、機械構造用部品のエッジ部(エッジ部とは、例えば図1に示すようなクランクシャフトの場合、符号2で示される部分に相当)で、加熱温度が過剰に高くなりやすい。特に、高周波焼入れ時の昇温速度が速い場合、加熱温度が過剰に高くなりやすい。例えば、高周波焼入れにおける加熱温度が過剰に高くなり、1350℃以上となった場合、鋼材の表層又は内部の一部が溶融して割れが発生する場合がある。以下、このような割れを、本明細書では、「溶融割れ」という。溶融割れが生じた部品は実用に適さない。そのため、溶融割れの抑制が求められる。 In recent years, the industrial world has been calling for further improvements in the fatigue strength of machine structural parts. In order to increase the depth of the hardened layer using induction hardening, the output of the high-frequency power during induction hardening can be increased to raise the heating temperature. However, when induction hardening is performed at high temperatures, the heating temperature is likely to become excessively high at the edge of the machine structural part (the edge corresponds to the part indicated by the symbol 2 in the case of a crankshaft as shown in FIG. 1, for example). In particular, when the heating rate during induction hardening is fast, the heating temperature is likely to become excessively high. For example, when the heating temperature during induction hardening becomes excessively high and reaches 1350°C or higher, a part of the surface or inside of the steel material may melt and cause cracks. Hereinafter, such cracks are referred to as "melting cracks" in this specification. Parts with melting cracks are not suitable for practical use. Therefore, it is necessary to suppress melting cracks.

高周波焼入れ焼戻しを施す機械構造用部品、つまり高周波焼入れ鋼部品の製造方法としては、例えば次の方法が挙げられる。即ち、初めに、最終製品の粗形状である粗部材を製造し、その後の加工によりさらに製品に近い形状の中間部材を製造する。製造された中間部材に対して、高周波焼入れ焼戻しを施して、素形材を得る。さらに、素形材に対して仕上げ加工(切削又は研削)を施し、高周波焼入れ鋼部品を得る。 The following method can be given as an example of a method for manufacturing machine structural parts that undergo induction hardening and tempering, i.e. induction hardened steel parts. That is, first, a rough part that is the rough shape of the final product is manufactured, and then an intermediate part with a shape closer to the final product is manufactured by processing. The intermediate part thus manufactured is induction hardened and tempered to obtain a base material. The base material is then finished (cut or grinded) to obtain an induction hardened steel part.

通常、高周波焼入れ鋼部品には、優れた疲労強度が要求される。疲労強度を高める技術は、例えば特許文献1に開示されている。 Normally, induction hardened steel parts are required to have excellent fatigue strength. Technology for improving fatigue strength is disclosed, for example, in Patent Document 1.

特許文献1には、高周波焼入れ焼戻しを施して得た素形材に対して特定の条件で切削加工仕上げをすることで耐摩耗性及び曲げ疲労強度を高めることができるとされている。 Patent Document 1 claims that the wear resistance and bending fatigue strength can be improved by performing cutting finishing under specific conditions on the base material obtained by induction hardening and tempering.

しかし、高周波焼入れ焼戻しを施して得た素形材に対して切削加工を実施する場合には、高価なCBN工具を用いることが一般的であり、莫大な工具コストが発生する。即ち、高周波焼入れ焼戻しを施して得た素形材は、工具寿命を延長し、工具コストを低減することが喫緊の課題であり、素形材には優れた被削性が要求される。 However, when cutting the base material obtained by induction hardening and tempering, expensive CBN tools are generally used, resulting in huge tool costs. In other words, extending the tool life and reducing tool costs are urgent issues for the base material obtained by induction hardening and tempering, and the base material is required to have excellent machinability.

従って、高周波焼入れ鋼部品の素材となる高周波焼入れ用鋼には、中間部材に高周波焼入れを行い、素形材を製造する際の溶融割れの抑制、高周波焼入れを実施して得た素形材に切削加工を行う際の被削性、及び、高周波焼入れ鋼部品とした場合の高い疲労強度が求められる。 Therefore, the steel for induction hardening, which is the raw material for induction hardened steel parts, is required to suppress melting cracks when induction hardening is performed on the intermediate part to produce the base material, to have machinability when cutting the base material obtained by induction hardening, and to have high fatigue strength when made into induction hardened steel parts.

機械構造用鋼材に関する技術は、例えば、特許文献2及び特許文献3に開示されている。 Technology relating to steel materials for machine structures is disclosed, for example, in Patent Document 2 and Patent Document 3.

特許文献2に開示された機械構造用鋼は、Caを0.001~0.05%、Pb及びBiを単独又は複合して0.02~0.15%含有し、Bを0.005%以下に規制し、介在物をCaS-CaO、Pb、Bi系介在物とし、かつAl介在物を0.001%未満に抑えることにより、被削性を向上させる。この文献では、溶鋼中にCaを多量に連続的に添加し、溶存しているSをCaSに変化させる。また、Caによる還元反応により、Alをなくすか、又は、極めて少なくする。そのため、介在物はCaS-CaO系となり、かつ、微細に均一に分散する。その後、Pb、Biの1種又は2種を少量添加し、Pb又はBiの単独介在物を生成させたり、CaS-CaOの周辺に微細に析出させたりすることにより、被削性を向上させる。 The steel for machine structural use disclosed in Patent Document 2 contains 0.001-0.05% Ca, 0.02-0.15% Pb and Bi, either alone or in combination, restricts B to 0.005% or less, makes inclusions CaS-CaO, Pb, Bi-based inclusions, and suppresses Al 2 O 3 inclusions to less than 0.001%, thereby improving machinability. In this document, a large amount of Ca is continuously added to molten steel to change dissolved S to CaS. Also, Al 2 O 3 is eliminated or extremely reduced by a reduction reaction caused by Ca. As a result, the inclusions become CaS-CaO-based and are finely and uniformly dispersed. Then, a small amount of one or both of Pb and Bi is added to form independent inclusions of Pb or Bi or to cause them to precipitate finely around the CaS--CaO, thereby improving machinability.

特許文献3に開示された機械構造用鋼は、質量%で、C:0.05~0.8%、Si:0.01~2.5%、Mn:0.1~3.5%、S:0.01~0.2%、Al:0.001~0.02%、Ca:0.0005~0.02%、O:0.0005~0.01%、及び、N:0.001~0.04%に加えてTi:0.002~0.020%及びZr:0.002~0.040%の1種又は2種を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる。この機械構造用鋼はCaO含有量が0.2~62重量%の酸化物系介在物と接して存在する1.0重量%以上のCaを含有する硫化物系介在物の占有面積が、視野面積3.5mm当たり2.0×10-4mm以上であり、MnS介在物が微細に分散していることにより、被削性と切屑破砕性を向上させる。 The steel for machine structural use disclosed in Patent Document 3 contains, by mass%, C: 0.05-0.8%, Si: 0.01-2.5%, Mn: 0.1-3.5%, S: 0.01-0.2%, Al: 0.001-0.02%, Ca: 0.0005-0.02%, O: 0.0005-0.01%, and N: 0.001-0.04%, as well as one or two of Ti: 0.002-0.020% and Zr: 0.002-0.040%, with the balance being Fe and unavoidable impurities. This steel for mechanical structural use has an area of sulfide-based inclusions containing 1.0% or more by weight that are in contact with oxide-based inclusions with a CaO content of 0.2 to 62% by weight, the area of which is 2.0 x 10-4 mm2 or more per 3.5 mm2 field area, and the MnS inclusions are finely dispersed, improving machinability and chip crushability.

特開2017-082299号公報JP 2017-082299 A 特開昭57-19366号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-19366 特開2003-226934号公報JP 2003-226934 A

しかしながら、上述の特許文献2及び3では、少なくとも、高周波焼入れ時の溶融割れの抑制及び高周波焼入れを施して得た素形材に対して切削加工を行う際の被削性については検討されていない。 However, the above-mentioned Patent Documents 2 and 3 do not at least consider the prevention of melting cracks during induction hardening, or the machinability of the base material obtained by induction hardening when cutting it.

本発明は、高周波焼入れ時の溶融割れの抑制を課題とし、高周波焼入れ後の被削性や、高周波焼入れ鋼部品とした場合での疲労強度を維持した高周波焼入れ用鋼、高周波焼入れ鋼部品とその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a steel for induction hardening, induction hardening steel parts, and a manufacturing method thereof, which have the objective of suppressing melting cracks during induction hardening and maintain the machinability after induction hardening and the fatigue strength when made into induction hardened steel parts.

高周波焼入れ後の被削性を確保する観点から最も重要な指標である工具摩耗に着目し、切削試験後の工具観察を行ったところ、鋼中の介在物の存在状態を制御することが重要であることが分かった。即ち、切削中の工具と鋼材の切削界面では発熱により温度が上昇するため、鋼中の介在物は温度上昇の影響を受ける。特に、介在物中の酸化物の組成、具体的にはCaOとAl23の含有量を制御し、酸化物の融点を低融点化して最適化することで、切削時の温度上昇の際に酸化物がある程度軟質化して工具上に付着する。付着した酸化物は保護膜となるため工具摩耗を抑制する。さらに、この酸化物がCaSをある程度含む硫化物と複合した形態で鋼中に存在する場合、工具上に付着した際の保護膜作用が高まり、工具摩耗を抑制する効果が大きくなる。 Focusing on tool wear, which is the most important index from the viewpoint of ensuring machinability after induction hardening, the tool was observed after the cutting test, and it was found that it is important to control the state of inclusions in the steel. That is, the temperature rises due to heat generation at the cutting interface between the tool and the steel during cutting, so the inclusions in the steel are affected by the temperature rise. In particular, by controlling the composition of the oxides in the inclusions, specifically the content of CaO and Al2O3 , and optimizing the melting point of the oxides by lowering the melting point, the oxides soften to a certain extent and adhere to the tool when the temperature rises during cutting. The adhered oxides become a protective film, suppressing tool wear. Furthermore, when this oxide exists in the steel in a form combined with sulfides containing a certain amount of CaS, the protective film action when it adheres to the tool is enhanced, and the effect of suppressing tool wear is increased.

しかしながら、低融点化した酸化物を含む介在物の存在状態とした鋼材では溶融割れが発生する場合がある。そこで溶融割れの原因を調査したところ、高周波加熱で鋼材が高温となった際、低融点化した酸化物を起点として溶融割れが発生することが分かった。即ち、溶融割れを抑制するためには、低融点の酸化物の存在密度を制限し、むしろ酸化物を高融点化するとよい。 However, in steel materials that contain inclusions that contain oxides with low melting points, melting cracks can occur. When the causes of melting cracks were investigated, it was found that when the steel material is heated to high temperatures by high-frequency heating, melting cracks occur starting from oxides with low melting points. In other words, in order to suppress melting cracks, it is better to limit the density of low-melting-point oxides and instead increase the melting point of the oxides.

以上のように、被削性の向上には介在物中の酸化物の低融点化が望ましいものの、溶融割れの抑制には逆に酸化物の高融点化が好ましい。被削性の向上と溶融割れの抑制を両立させる問題を解決するために発明者は、高周波焼入れ後の鋼材は硬いため、切削時の発熱が軟質鋼の場合よりも大きいことに着目して、種々の検討を行った。その結果、介在物中の酸化物は主にCaO-Al-SiOの3元系酸化物と見なすことができ、酸化物の融点は主にAl23とCaOの含有量で決まることから、Al23とCaOの含有量を制御することにより溶融割れを、そしてCaS含有量を制御することにより被削性を改善できることを見出した。 As described above, it is desirable to lower the melting point of the oxides in the inclusions to improve machinability, but conversely, it is desirable to increase the melting point of the oxides to suppress fusion cracks. In order to solve the problem of achieving both improved machinability and suppression of fusion cracks, the inventors conducted various studies, focusing on the fact that the heat generated during cutting is greater than that of soft steel because the steel material after induction hardening is hard. As a result, it was found that the oxides in the inclusions can be regarded as ternary oxides of CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 , and that the melting point of the oxide is mainly determined by the content of Al 2 O 3 and CaO, so that fusion cracks can be prevented by controlling the content of Al 2 O 3 and CaO, and machinability can be improved by controlling the content of CaS.

さらに、被削性や溶融割れに対しては、特に粒径1μm以上の介在物の影響が大きいことを知見し、粒径1μm以上の介在物中の酸化物をCaO-Al-SiOの3元系酸化物と見なし、当該酸化物の融点を示す式を見出し、その融点が適正温度範囲になるよう次の式(4)を満たせばよいことを見出した。
805≦10.4×A+1.4×B≦1004 :式(4)
A:酸化物中のAl23の含有量(質量%)
B:酸化物中のCaOの含有量(質量%)
つまり、被削性の向上と溶融割れの抑制を両立する融点を有するには、式(4)を満たす酸化物を含む介在物を多くすればよい。(以下、式(4)を満たすような組成を有する酸化物を「適正融点酸化物」と呼ぶ場合がある。)
Furthermore, they found that inclusions with a particle size of 1 μm or more have a large effect on machinability and melting cracks, and considered the oxides in the inclusions with a particle size of 1 μm or more to be ternary oxides of CaO-Al 2 O 3 -SiO 2. They found an equation that shows the melting point of the oxide, and discovered that it is sufficient to satisfy the following equation (4) so that the melting point is within the appropriate temperature range.
805≦10.4×A+1.4×B≦1004: Formula (4)
A: Al2O3 content in the oxide (mass%)
B: CaO content in the oxide (mass%)
In other words, to have a melting point that improves machinability while suppressing melting cracks, it is necessary to increase the amount of inclusions that contain oxides that satisfy formula (4). (Hereinafter, oxides that have a composition that satisfies formula (4) may be referred to as "oxides with appropriate melting points.")

一方、溶融割れを回避する観点から、酸化物の融点が低融点範囲であることを示す式(5)を満たすような組成を有する酸化物(以下、「低融点酸化物」と呼ぶ場合がある。)を含む介在物を制限すればよいことを見出した。
10.4×A+1.4×B≦404 :式(5)
さらに、Ca、Al、Sの含有量の関係を適正化することで、好ましい介在物になるよう制御できることを明らかにした。
On the other hand, from the viewpoint of avoiding melting cracks, it has been found that it is sufficient to limit inclusions containing oxides having a composition that satisfies formula (5), which indicates that the melting point of the oxide is in the low melting point range (hereinafter, may be referred to as "low melting point oxides").
10.4×A+1.4×B≦404: Formula (5)
Furthermore, it was revealed that by optimizing the relationship between the Ca, Al, and S contents, it is possible to control the inclusions to be preferable.

加えて、疲労強度を向上させる手段についても検討を行った。疲労強度向上のためには、高周波焼入れ層のミクロ組織と焼戻し後の硬さ、及び非硬化層の硬さを制御するため、鋼中のC、Si、Mn、Vの含有量の関係式を見出した。 In addition, we also investigated ways to improve fatigue strength. To improve fatigue strength, we found a relationship between the contents of C, Si, Mn, and V in the steel in order to control the microstructure of the induction hardened layer and the hardness after tempering, as well as the hardness of the non-hardened layer.

以上の知見に基づいて、本発明は完成し、その要旨とするところは以下のとおりである。 Based on the above findings, the present invention was completed, and its gist is as follows:

[1]
高周波焼入れ用鋼であって、化学組成が、質量%で、
C:0.31~0.60%、
Si:0.51~1.00%、
Mn:0.50~2.00%、
P:0.050%以下、
S:0.006~0.040%、
Cr:0~0.19%、
Ca:0.0006~0.0023%、
Al:0.021~0.050%、
V:0~0.099%、
N:0.0250%以下、及び、
O:0.0050%以下
を含有し、残部はFe及び不純物からなり、
下記式(1)~(3)を満たすことを特徴とする高周波焼入れ用鋼。
0.01≦Ca/Al≦0.12 ・・・式(1)
Ca-0.0008×Ln(S)≦0.00493 ・・・式(2)
Al+1091×S-61.5×S+1.59×S≦0.0567 ・・・式(3)
ここで、式(1)~式(3)中の各元素記号には、それぞれ対応する元素の含有量(質量%)が代入され、対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「0」が代入される。
[2]
前記[1]に記載の高周波焼入れ用鋼であって、鋼中に存在する円相当径が1.0μm以上の酸化物を含む介在物で、式(4)を満たす酸化物を含む介在物の個数密度が0.15個/mm以上、式(5)を満たす酸化物を含む介在物の個数密度が0.15個/mm以下であり、式(4)を満たす酸化物を含む介在物のうち、CaS:10質量%以上を含む複合介在物の個数の割合が50%以上であり、当該複合介在物の円相当径の平均値dと標準偏差σが式(6)を満たすことを特徴とする高周波焼入れ用鋼。
805≦10.4×A+1.4×B≦1004 ・・・式(4)
10.4×A+1.4×B≦404 ・・・式(5)
ただし、式(4)及び式(5)中のA及びBは以下のとおりである。
A:酸化物をCaO-Al23-SiOの3元系酸化物と見なしたとき、酸化物中のAl23の含有量(質量%)
B:酸化物をCaO-Al23-SiOの3元系酸化物と見なしたとき、酸化物中のCaOの含有量(質量%)
d+3σ≦20・・・式(6)
[3]
前記[1]又は[2]に記載の高周波焼入れ用鋼であって、下記式(7)を満たすことを特徴とする高周波焼入れ用鋼。
60×C+5.5×Si+29Mn-29V≧58 ・・・式(7)
ここで、式(7)中の各元素記号には、それぞれ対応する元素の含有量(質量%)が代入され、対応する元素が含有されていない場合は、その元素記号には「0」が代入される。
[4]
前記[1]~[3]のいずれか1項に記載の高周波焼入れ用鋼であって、下記式(8)を満たすことを特徴とする高周波焼入れ用鋼。
244≦462×C+102×Si+7×Mn≦316 ・・・式(8)
ここで、式(8)中の各元素記号には、それぞれ対応する元素の含有量(質量%)が代入され、対応する元素が含有されていない場合は、その元素記号には「0」が代入される。
[5]
前記[1]~[4]のいずれか1項に記載の高周波焼入れ用鋼であって、下記式(9)を満たすことを特徴とする高周波焼入れ用鋼。
149×C+36×Si+70×Mn+76×V≧155 ・・・式(9)
ここで、式(9)中の各元素記号には、それぞれ対応する元素の含有量(質量%)が代入され、対応する元素が含有されていない場合は、その元素記号には「0」が代入される。
[6]
前記[1]~[5]のいずれか1項に記載の高周波焼入れ用鋼であって、
前記化学組成はさらに、前記Feの一部に代えて、
Ti:0.039%以下、
Nb:0.050%以下、及び、
Zr:0.0019%以下からなる群から選択される1種以上を含有する高周波焼入れ用鋼。
[7]
前記[1]~[6]のいずれか1項に記載の高周波焼入れ用鋼であって、
前記化学組成はさらに、前記Feの一部に代えて、
Mo:0.095%以下、
Cu:0.50%以下、及び、
Ni:0.50%以下からなる群から選択される1種以上を含有する高周波焼入れ用鋼。
[8]
前記[1]~[7]のいずれか1項に記載の化学組成である鋼からなり、表面から200μm深さまでの領域における最大の圧縮残留応力が300MPa以上である部分を含むことを特徴とする高周波焼入れ鋼部品。
[9]
前記[8]に記載の高周波焼入れ鋼部品の製造方法であって、前記[1]~[7]のいずれか1項に記載の化学組成を有する高周波焼入れ用鋼を加工して部材を製造する工程、前記部材を高周波焼入れする工程、前記高周波焼入れした部材を焼戻しする工程、前記焼戻した部材に表面から厚み方向に0.05~0.40mmの深さを切削加工する切削加工工程を有することを特徴とする高周波焼入れ鋼部品の製造方法。
[1]
A steel for induction hardening, having a chemical composition, in mass%, of:
C: 0.31-0.60%,
Si: 0.51-1.00%,
Mn: 0.50-2.00%,
P: 0.050% or less,
S: 0.006-0.040%,
Cr: 0-0.19%,
Ca: 0.0006-0.0023%,
Al: 0.021-0.050%,
V: 0 to 0.099%,
N: 0.0250% or less, and
O: 0.0050% or less, the balance being Fe and impurities;
A steel for induction hardening characterized by satisfying the following formulas (1) to (3):
0.01≦Ca/Al≦0.12...Formula (1)
Ca-0.0008×Ln(S)≦0.00493...Formula (2)
Al+1091×S 3 -61.5×S 2 +1.59×S≦0.0567...Formula (3)
Here, the content (mass%) of each corresponding element is substituted for each element symbol in formulas (1) to (3), and when the corresponding element is not contained, "0" is substituted for the element symbol.
[2]
The steel for induction hardening according to the above [1], characterized in that, among the oxide-containing inclusions present in the steel and having an equivalent circle diameter of 1.0 μm or more, the number density of the oxide-containing inclusions satisfying formula (4) is 0.15 pieces/ mm2 or more and the number density of the oxide-containing inclusions satisfying formula (5) is 0.15 pieces/ mm2 or less, the proportion of the number of composite inclusions containing CaS: 10 mass% or more among the oxide-containing inclusions satisfying formula (4) is 50% or more, and the average value d and standard deviation σ of the equivalent circle diameters of the composite inclusions satisfy formula (6).
805≦10.4×A+1.4×B≦1004...Formula (4)
10.4×A+1.4×B≦404...Formula (5)
Here, A and B in the formulas (4) and (5) are as follows:
A: The content (mass%) of Al 2 O 3 in the oxide when the oxide is regarded as a ternary oxide of CaO-Al 2 O 3 -SiO 2
B: The content (mass%) of CaO in the oxide when the oxide is regarded as a ternary oxide of CaO-Al 2 O 3 -SiO 2
d+3σ≦20...Formula (6)
[3]
The steel for induction hardening according to the above [1] or [2], characterized in that it satisfies the following formula (7):
60×C+5.5×Si+29Mn-29V≧58...Formula (7)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in formula (7), and when the corresponding element is not contained, "0" is substituted for the element symbol.
[4]
The steel for induction hardening according to any one of the items [1] to [3], characterized in that it satisfies the following formula (8):
244≦462×C+102×Si+7×Mn≦316...Formula (8)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in formula (8), and when the corresponding element is not contained, "0" is substituted for the element symbol.
[5]
The steel for induction hardening according to any one of the items [1] to [4], characterized in that it satisfies the following formula (9):
149×C+36×Si+70×Mn+76×V≧155...Formula (9)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in formula (9), and when the corresponding element is not contained, "0" is substituted for the element symbol.
[6]
The steel for induction hardening according to any one of the items [1] to [5],
The chemical composition further contains, instead of a part of the Fe,
Ti: 0.039% or less,
Nb: 0.050% or less; and
Zr: 0.0019% or less.
[7]
The steel for induction hardening according to any one of the items [1] to [6],
The chemical composition further contains, instead of a part of the Fe,
Mo: 0.095% or less,
Cu: 0.50% or less, and
A steel for induction hardening containing one or more selected from the group consisting of Ni: 0.50% or less.
[8]
8. An induction hardened steel part comprising a steel having a chemical composition according to any one of the above [1] to [7], and comprising a portion having a maximum compressive residual stress of 300 MPa or more in a region from the surface to a depth of 200 μm.
[9]
A method for manufacturing an induction-hardened steel part according to the above [8], comprising the steps of: manufacturing a member by processing a steel for induction hardening having a chemical composition according to any one of the above [1] to [7]; induction hardening the member; tempering the induction-hardened member; and cutting the tempered member to a depth of 0.05 to 0.40 mm from the surface in the thickness direction.

本発明の高周波焼入れ用鋼は、高周波焼入れ時の溶融割れの発生を抑制でき、高周波焼入れ後の被削性に優れ、さらに高周波焼入れ鋼部品とした場合に優れた疲労強度を有する。 The steel for induction hardening of the present invention can suppress the occurrence of melting cracks during induction hardening, has excellent machinability after induction hardening, and has excellent fatigue strength when made into induction hardened steel parts.

図1は、高周波焼入れ鋼部品であるクランクシャフトの一部を示す正面図である。FIG. 1 is a front view showing a portion of a crankshaft which is an induction hardened steel part. 図2は、従来の高周波焼入れ用鋼を用いて得た、模擬粗部材から採取した試験片を、100℃/秒の昇温速度で1350℃以上まで加熱して10秒間保持し、その後、水冷した後のミクロ組織の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of the microstructure of a test piece taken from a simulated rough member obtained using a conventional steel for induction hardening, which was heated to 1,350° C. or higher at a heating rate of 100° C./sec, held at that temperature for 10 seconds, and then water-cooled. 図3は、本発明の一例である高周波焼入れ用鋼を用いて得た、模擬粗部材から採取した試験片を、100℃/秒の昇温速度で1350℃以上まで加熱して10秒間保持し、その後、水冷した後のミクロ組織の模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of the microstructure of a test piece taken from a simulated rough member obtained by using a steel for induction hardening, which is an example of the present invention, after heating to 1350° C. or higher at a heating rate of 100° C./sec, holding the temperature for 10 seconds, and then water-cooling. 図4は、各模擬粗部材から採取した後に高周波焼入れ焼戻しを行い、切削加工を行った回転曲げ疲労試験片の模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram of a rotating bending fatigue test piece obtained by taking from each simulated rough member, followed by induction hardening and tempering, and then cutting.

以下、本実施形態の高周波焼入れ用鋼、高周波焼入れ鋼部品、及びその製造方法について詳述する。化学組成の含有量に関する「%」は、特に断りがない限り「質量%」を意味する。また、元素記号を用いた式の式中の各元素記号は、特に断りのない限り、それぞれ対応する元素の含有量(質量%)が代入され、該当する元素を含んでいない場合は0(ゼロ)が代入される。 The induction hardening steel, induction hardening steel parts, and manufacturing method thereof according to this embodiment will be described in detail below. Unless otherwise specified, "%" in the content of the chemical composition means "mass %." Furthermore, unless otherwise specified, each element symbol in a formula using element symbols is substituted with the content (mass %) of the corresponding element, and 0 (zero) is substituted if the corresponding element is not contained.

[化学組成]
本実施形態の高周波焼入れ用鋼の化学組成は、次の元素を含有する。
[Chemical composition]
The chemical composition of the steel for induction hardening of this embodiment contains the following elements.

C:0.31%~0.60%
炭素(C)は、高周波焼入れ鋼部品の疲労強度を高めるため、0.31%以上含有するとよい。一方、Cは鋼材の融点を低下させるため多量に含有すると、高周波焼入れ時に溶融割れが発生しやすくなるので、C含有量は0.60%以下にするとよい。従って、C含有量は0.31以上0.60%以下である。C含有量の好ましい下限は0.32%、0.33%、0.34%、0.35%、0.36%、0.37%、又は0.38%にするとよい。C含有量の好ましい上限は0.59%、0.58%、0.57%、0.56%、0.55%、0.54%、0.53%、0.52%、0.51%、0.50%、0.49%、又0.48%にするとよい。
C: 0.31% to 0.60%
Carbon (C) is preferably contained in an amount of 0.31% or more in order to increase the fatigue strength of induction hardened steel parts. On the other hand, C lowers the melting point of steel material, so if a large amount of C is contained, melting cracks are likely to occur during induction hardening, so the C content is preferably 0.60% or less. Therefore, the C content is 0.31 to 0.60%. The preferred lower limit of the C content is 0.32%, 0.33%, 0.34%, 0.35%, 0.36%, 0.37%, or 0.38%. The preferred upper limit of the C content is 0.59%, 0.58%, 0.57%, 0.56%, 0.55%, 0.54%, 0.53%, 0.52%, 0.51%, 0.50%, 0.49%, or 0.48%.

Si:0.51%~1.00%
シリコン(Si)は、製鋼工程において鋼を脱酸する。Siはさらに固溶強化によりフェライトの強度を高めるため、高周波焼入れ鋼部品の疲労強度を高めるため、0.51%以上含有するとよい。一方、SiはCとの親和力が弱く、加熱時において、Cは、Siが固溶している粒内よりも、粒界に偏析するため、粒界付近の融点を下げ、高周波焼入れ時に溶融割れが発生しやすくなるので、Si含有量は1.00%以下にするとよい。従って、Si含有量は0.51以上1.00%以下である。Si含有量の好ましい下限は0.52%、0.54%、0.56%、0.58%、又は0.60%にするとよい。Si含有量の好ましい上限は0.95%、0.90%、0.85%、0.80%、0.75%、又は0.70%にするとよい。
Si: 0.51% to 1.00%
Silicon (Si) deoxidizes steel in the steelmaking process. Since Si further increases the strength of ferrite by solid solution strengthening and increases the fatigue strength of induction hardened steel parts, it is preferable to contain 0.51% or more. On the other hand, Si has a weak affinity with C, and when heated, C segregates at the grain boundaries rather than inside the grains where Si is solid-solved, lowering the melting point near the grain boundaries and making it easier for melt cracks to occur during induction hardening, so the Si content should be 1.00% or less. Therefore, the Si content is 0.51 to 1.00%. The preferred lower limit of the Si content is 0.52%, 0.54%, 0.56%, 0.58%, or 0.60%. The preferred upper limit of the Si content is 0.95%, 0.90%, 0.85%, 0.80%, 0.75%, or 0.70%.

Mn:0.50%~2.00%
マンガン(Mn)は、Cとの親和力が強いため、加熱時において、CはMnが固溶している粒内に留まる。そのため、Cの粒界への偏析が抑制され、高周波焼入れ時の溶融割れの発生を抑制できるので、0.50%以上含有するとよい。一方、Mnは鋼材の融点を低下させ、多量に含有すると高周波焼入れ時に溶融割れが発生しやすくなるため、Mn含有量は2.00%以下にするとよい。従って、Mn含有量は0.50%以上2.00%以下である。Mn含有量の好ましい下限は0.55%、0.60%、0.65%、0.70%、0.75%、0.80%、0.85%、0.90%、0.95%、0.98%、1,00%、1.01%、1.02%、1.03%、1.04%、又は1.05%にするとよい。Mn含有量の好ましい上限は1.95%、1.80%、1.85%、1.75%、1.70%、1.65%、1.60%、1.55%、1.50%、1.45%、又は1.40%にするとよい。
Mn: 0.50% to 2.00%
Manganese (Mn) has a strong affinity with C, so that when heated, C remains in the grains where Mn is dissolved. Therefore, segregation of C to grain boundaries is suppressed, and the occurrence of melting cracks during induction hardening can be suppressed, so it is preferable to contain 0.50% or more. On the other hand, Mn lowers the melting point of steel, and if contained in a large amount, melting cracks are likely to occur during induction hardening, so the Mn content should be 2.00% or less. Therefore, the Mn content is 0.50% or more and 2.00% or less. The preferable lower limit of the Mn content is 0.55%, 0.60%, 0.65%, 0.70%, 0.75%, 0.80%, 0.85%, 0.90%, 0.95%, 0.98%, 1.00%, 1.01%, 1.02%, 1.03%, 1.04%, or 1.05%. A preferable upper limit of the Mn content is 1.95%, 1.80%, 1.85%, 1.75%, 1.70%, 1.65%, 1.60%, 1.55%, 1.50%, 1.45%, or 1.40%.

P:0.050%以下
燐(P)は不純物であって、鋼材の融点を低下させるだけでなく粒界に偏析するため、高周波焼入れ時に溶融割れが発生しやすくなるので、P含有量は0.050%以下にするとよい。P含有量はできるだけ少ない方が好ましい。P含有量の好ましい上限は0.040%、0.035%、0.030%、0.025%、0.020%、又は0.015%にするとよい。P含有量は望ましくは0%でもよいが、P含有量の過剰な低減は製造コストを高めるため、精錬の経済性を考慮すれば、P含有量の好ましい下限は0%超、0.001%、又は0.002%にしてもよい。
P: 0.050% or less Phosphorus (P) is an impurity that not only lowers the melting point of steel but also segregates at grain boundaries, making it easier for melting cracks to occur during induction hardening, so the P content should be 0.050% or less. The P content is preferably as low as possible. The preferred upper limit of the P content is 0.040%, 0.035%, 0.030%, 0.025%, 0.020%, or 0.015%. The P content may be desirably 0%, but since excessive reduction of the P content increases the manufacturing cost, the preferred lower limit of the P content may be more than 0%, 0.001%, or 0.002%, taking into account the economic efficiency of refining.

S:0.006%~0.040%
硫黄(S)は硫化物を生成し、被削性を高めるので、0.006%以上含有するとよい。一方、Sは多量に含有すると鋼材の融点を低下させ、高周波焼入れ時に溶融割れが発生しやすくなるので、S含有量は0.040%以下にするとよい。従って、S含有量は0.006%以上0.040%以下である。S含有量の好ましい下限は0.008%、0.010%、0.013%、0.015%、又は0.020%にするとよい。S含有量の好ましい上限は0.035%、0.030%、0.025%、又は0.023%にしてもよい。
S: 0.006% to 0.040%
Sulfur (S) generates sulfides and improves machinability, so it is preferable to contain 0.006% or more. On the other hand, if a large amount of S is contained, it lowers the melting point of the steel material and makes it easier for melting cracks to occur during induction hardening, so the S content is preferable to be 0.040% or less. Therefore, the S content is 0.006% or more and 0.040% or less. The preferable lower limit of the S content is 0.008%, 0.010%, 0.013%, 0.015%, or 0.020%. The preferable upper limit of the S content may be 0.035%, 0.030%, 0.025%, or 0.023%.

Cr:0%~0.19%
クロム(Cr)は、特に含有しなくてもよい。しかし、Mnと同様に、CrはCとの親和力が強いため、加熱時において、CはCrが固溶している粒内に留まる。そのため、Cの粒界への偏析が抑制され、高周波焼入れ時の溶融割れの発生を抑制できる。一方、Crは鋼材の融点を低下させ、高周波焼入れ時に溶融割れが発生しやすくなるため、Cr含有量は0.19%以下にするとよい。従って、Cr含有量は0%以上0.19%以下である。上記効果を得るため、Crを含有するのであれば、Cr含有量は0.01%以上にするとよく、さらに好ましい下限は0.02%、0.03%、0.04%、0.05%、0.06%、0.07%、0.08%、0.09%、又は0.10%にするとよい。Cr含有量の好ましい上限は0.18%、0.17%、0.16%、又は0.15%にするとよい。
Cr: 0% to 0.19%
Chromium (Cr) may not be contained. However, like Mn, Cr has a strong affinity with C, so that C remains in the grains in which Cr is dissolved during heating. Therefore, segregation of C to grain boundaries is suppressed, and the occurrence of melting cracks during induction hardening can be suppressed. On the other hand, Cr lowers the melting point of the steel material, making melting cracks more likely to occur during induction hardening, so the Cr content should be 0.19% or less. Therefore, the Cr content is 0% or more and 0.19% or less. In order to obtain the above effect, if Cr is contained, the Cr content should be 0.01% or more, and the more preferable lower limit should be 0.02%, 0.03%, 0.04%, 0.05%, 0.06%, 0.07%, 0.08%, 0.09%, or 0.10%. The upper limit of the Cr content is preferably 0.18%, 0.17%, 0.16%, or 0.15%.

Ca:0.0006%~0.0023%
カルシウム(Ca)は脱酸元素であり、軟質なCa酸化物を生成する。さらにCaSを生成し、Ca酸化物と複合介在物を形成する。高周波焼入れ後の切削加工において、この複合介在物が工具上に堆積することで保護膜を形成して工具摩耗を軽減するためCa含有量は0.0006%以上にするとよい。一方、Ca含有量が多いと、上記複合介在物が粗大化し、疲労特性を悪化させるので、Ca含有量は0.0023%以下にするとよい。従って、Ca含有量は0.0006%以上0.0023%以下である。Ca含有量の好ましい下限は、0.0007%、0.0008%、0.0009%、又は0.0010%にするとよい。Ca含有量の好ましい上限は0.0022%、0.0021%、0.0020%、0.0019%、0.0018%、0.0017%、0.0016%、又は0.0015%にするとよい。
Ca: 0.0006% to 0.0023%
Calcium (Ca) is a deoxidizing element and generates soft Ca oxides. It also generates CaS, which forms composite inclusions with the Ca oxides. In cutting after induction hardening, these composite inclusions accumulate on the tool to form a protective film and reduce tool wear, so the Ca content should be 0.0006% or more. On the other hand, if the Ca content is high, the composite inclusions become coarse and the fatigue properties deteriorate, so the Ca content should be 0.0023% or less. Therefore, the Ca content is 0.0006% or more and 0.0023% or less. The preferable lower limit of the Ca content is 0.0007%, 0.0008%, 0.0009%, or 0.0010%. The upper limit of the Ca content is preferably 0.0022%, 0.0021%, 0.0020%, 0.0019%, 0.0018%, 0.0017%, 0.0016%, or 0.0015%.

Al:0.021%~0.050%
アルミニウム(Al)は脱酸元素で鋼中ではAlを形成する。Alを添加しすぎると酸素(O)を消費するため、特に高周波焼入れ後の被削性を向上するのに必要であるCa酸化物が生成しにくくなる場合があるので、Al含有量は0.050%以下にするとよい。一方、Al含有量が少なすぎると、融点が低い酸化物が多く生成し、溶融割れが発生しやすくなるのでAl含有量は0.021%以上にするとよい。従って、Al含有量は0.021%以上0.050%以下である。Al含有量の好ましい下限は0.022%、0.023%、0.024%、又は0.025%にするとよい。Al含有量の好ましい上限は0.048%、0.046%、0.044%、0.042%、0.040%、0.038%、0.037%、0.036%、0.035%、0.031%、又は0.028%にするとよい。
Al: 0.021% to 0.050%
Aluminum (Al) is a deoxidizing element and forms Al2O3 in steel. If too much Al is added, oxygen (O) is consumed, which may make it difficult to generate Ca oxides, which are necessary to improve machinability, especially after induction hardening, so the Al content should be 0.050% or less. On the other hand, if the Al content is too low, a lot of oxides with low melting points are generated, making it easier for melting cracks to occur, so the Al content should be 0.021% or more. Therefore, the Al content is 0.021% or more and 0.050% or less. The preferred lower limit of the Al content is 0.022%, 0.023%, 0.024%, or 0.025%. The upper limit of the Al content is preferably 0.048%, 0.046%, 0.044%, 0.042%, 0.040%, 0.038%, 0.037%, 0.036%, 0.035%, 0.031%, or 0.028%.

V:0%~0.099%
バナジウム(V)は、Vは熱間鍛造後の冷却過程でV析出物として鋼材中のフェライト中に析出し、フェライトの強度を高めるため、高周波焼入れ鋼部品の疲労強度が高まるが、特に含有しなくてもよい。一方、V含有量が多いと、V窒化物が増加することで粒内のフェライトが増加し、高周波焼入れ後もフェライトが残存して高周波焼入れ鋼部品の疲労強度を低下させる場合があるので、V含有量は0.099%以下にするとよい。従って、V含有量は0%以上0.099%以下である。上記効果を得るため、Vを含有するのであれば0.001%以上にするとよく、好ましい下限は0.002%、0.003%、0.004%、0.005%、0.006%、0.007%、0.008%、0.009%、又は0.010%にするとよい。V含有量の好ましい上限は0.098%、0.095%、0.090%、0.080%、0.070%、0.060%、0.050%、0.040%、0.030%、又は0.020%にするとよい。
V: 0% to 0.099%
Vanadium (V) precipitates in the ferrite in the steel as V precipitates during the cooling process after hot forging, increasing the strength of the ferrite, and therefore the fatigue strength of the induction-hardened steel parts is increased, but it is not necessary to include it. On the other hand, if the V content is high, the amount of V nitrides increases, which increases the amount of ferrite in the grains, and the ferrite may remain even after induction hardening, reducing the fatigue strength of the induction-hardened steel parts, so the V content should be 0.099% or less. Therefore, the V content is 0% or more and 0.099% or less. In order to obtain the above effect, if V is contained, it should be 0.001% or more, and the preferred lower limit should be 0.002%, 0.003%, 0.004%, 0.005%, 0.006%, 0.007%, 0.008%, 0.009%, or 0.010%. The upper limit of the V content is preferably 0.098%, 0.095%, 0.090%, 0.080%, 0.070%, 0.060%, 0.050%, 0.040%, 0.030%, or 0.020%.

N:0.0250%以下
窒素(N)は、熱間鍛造後の冷却時において、窒化物及び/又は炭窒化物を形成して鋼材を析出強化し、高周波焼入れ後の疲労強度が高まるが、特に含有しなくてもよい。一方、N含有量が多いと、鋼材の熱間加工性が低下するので、N含有量は0.0250%以下含有してもよい。N含有量の過剰な低減は製造コストを高めるため、精錬の経済性を考慮すれば、N含有量の好ましい下限は0.0001%、0.0005%、0.0010%、0.0020%、0.0030%、0.0040%、又は0.0050%にするとよい。N含有量の好ましい上限は0.0230%、0.0200%、0.0180%、0.0150%、0.0120%、0.0100%、又は0.0080%にするとよい。
N: 0.0250% or less Nitrogen (N) forms nitrides and/or carbonitrides during cooling after hot forging to strengthen the steel material by precipitation, and increases the fatigue strength after induction hardening, but it is not necessary to contain it. On the other hand, if the N content is high, the hot workability of the steel material decreases, so the N content may be 0.0250% or less. Since excessive reduction in the N content increases the manufacturing cost, taking into account the economic efficiency of refining, the preferable lower limit of the N content is 0.0001%, 0.0005%, 0.0010%, 0.0020%, 0.0030%, 0.0040%, or 0.0050%. The upper limit of the N content is preferably 0.0230%, 0.0200%, 0.0180%, 0.0150%, 0.0120%, 0.0100%, or 0.0080%.

O:0.0050%以下
酸素(O)は不純物であり、少ないほど望ましい。O含有量が多いと、鋼中で酸化物を形成し、高周波焼入れ鋼部品の疲労強度を低下するので、O含有量は0.0050%以下にするとよい。O含有量の好ましい上限は0.0030%、又は0.0020%にするとよい。O含有量の過剰な低減は製造コストを引き上げるため経済性を考慮すれば、O含有量の好ましい下限は0.0001%、0.003%、0.0005%、又は0.0008%にするとよい。
なお、Ca酸化物を生成するためには、0.25≦Ca/O≦5.0を満たすことが好ましい。ここで、式中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
O: 0.0050% or less Oxygen (O) is an impurity, and the less the better. If the O content is high, it forms oxides in the steel and reduces the fatigue strength of induction hardened steel parts, so the O content should be 0.0050% or less. The preferred upper limit of the O content is 0.0030% or 0.0020%. Since excessive reduction of the O content increases the manufacturing cost, taking economics into consideration, the preferred lower limit of the O content is 0.0001%, 0.003%, 0.0005%, or 0.0008%.
In order to generate Ca oxide, it is preferable to satisfy 0.25≦Ca/O≦5.0. Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula.

以上の元素の他、残部はFe及び不純物からなる。ここで、不純物とは、鋼材を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は、製造環境などから混入する成分等であって、意図的に含有されたものではない元素も含み、本実施形態による鋼材や高周波焼入れ鋼部品の特性を損なわない範囲であれば許容される。 In addition to the above elements, the remainder is composed of Fe and impurities. Here, impurities refer to components that are mixed in from the raw materials ore, scrap, or the manufacturing environment when the steel material is industrially manufactured, and also include elements that are not intentionally included. They are permissible as long as they do not impair the properties of the steel material and induction hardened steel parts according to this embodiment.

本実施形態の鋼材はさらに、Feの一部に代えて、以下の元素を含有することができる。ただし、以下に例示される元素を含むことなく、本実施形態に係る部品はその課題を解決することができる。従って、以下に例示される元素は含まなくてもよく、その含有量の下限値は0%である。 The steel material of this embodiment may further contain the following elements in place of a portion of Fe. However, the parts of this embodiment can solve the problem without containing the elements exemplified below. Therefore, the elements exemplified below do not need to be contained, and the lower limit of their content is 0%.

Ti:0.039%以下
チタン(Ti)は、熱間鍛造工程の冷却過程において炭化物及び/又は炭窒化物を形成して、結晶粒を微細化する。これにより、高周波焼入れ鋼部品の靱性を高めることができる。この効果を得るためにTi含有量を好ましくは0.001%以上、0.002%以上、0.003%以上、0.005%以上、0.007%以上、0.009%以上、0.010%以上、0.011%以上、0.015%以上、0.020%以上、又は0.021%以上にしてもよい。一方、Ti含有量を多くしても上記効果が飽和して、製造コストが高くなるので、Ti含有量は0.039%以下にするとよい。Ti含有量のさらに好ましい上限は0.038%、0.035%、又は0.030%にするとよい。
Ti: 0.039% or less Titanium (Ti) forms carbides and/or carbonitrides during the cooling process of the hot forging process to refine the crystal grains. This can increase the toughness of the induction hardened steel parts. To obtain this effect, the Ti content may be preferably 0.001% or more, 0.002% or more, 0.003% or more, 0.005% or more, 0.007% or more, 0.009% or more, 0.010% or more, 0.011% or more, 0.015% or more, 0.020% or more, or 0.021% or more. On the other hand, even if the Ti content is increased, the above effect is saturated and the manufacturing cost increases, so the Ti content should be 0.039% or less. A more preferable upper limit of the Ti content is 0.038%, 0.035%, or 0.030%.

Nb:0.050%以下
ニオブ(Nb)は、熱間鍛造工程の冷却過程において炭化物及び/又は炭窒化物を形成して、結晶粒を微細化する。これにより、高周波焼入れ鋼部品の靱性が高まる。Nbが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。上記効果を得るためのNb含有量の好ましい下限は0.001%、0.002%、0.003%、0.005%、0.007%、0.010%、0.013%、0.016%、又は0.020%にするとよい。一方、Nb含有量を多くしても上記効果が飽和して、製造コストが高くなるので、Nb含有量は0.050%以下にするとよい。Nb含有量のさらに好ましい上限は0.040%、又は0.030%にするとよい。
Nb: 0.050% or less Niobium (Nb) forms carbides and/or carbonitrides during the cooling process of the hot forging process to refine the crystal grains. This increases the toughness of the induction hardened steel parts. If even a small amount of Nb is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. The preferable lower limit of the Nb content to obtain the above effect is 0.001%, 0.002%, 0.003%, 0.005%, 0.007%, 0.010%, 0.013%, 0.016%, or 0.020%. On the other hand, even if the Nb content is increased, the above effect is saturated and the manufacturing cost increases, so the Nb content should be 0.050% or less. A more preferable upper limit of the Nb content is 0.040% or 0.030%.

Zr:0.0019%以下
ジルコニウム(Zr)は、熱間鍛造工程の冷却過程において、炭化物及び/又は炭窒化物を形成して、結晶粒を微細化する。これにより、高周波焼入れ鋼部品の靱性を高めることができる。Zrが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。上記効果を得るためのZr含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0003%、0.0005%、0.0007%、又は0.0008%にするとよい。一方、Zr含有量を多くしても上記効果が飽和して、製造コストが高くなるので、Zr含有量は0.0019%以下にするとよい。Zr含有量のさらに好ましい上限は0.0017%、又は0.0015%にするとよい。
Zr: 0.0019% or less Zirconium (Zr) forms carbides and/or carbonitrides during the cooling process of the hot forging process to refine the crystal grains. This can increase the toughness of the induction hardened steel parts. If even a small amount of Zr is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. The preferable lower limit of the Zr content to obtain the above effect is 0.0001%, and more preferably 0.0003%, 0.0005%, 0.0007%, or 0.0008%. On the other hand, even if the Zr content is increased, the above effect saturates and the manufacturing cost increases, so the Zr content should be 0.0019% or less. The more preferable upper limit of the Zr content is 0.0017% or 0.0015%.

Mo:0.095%以下
モリブデン(Mo)は高周波焼入れ鋼部品の疲労強度を高める。Moが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。上記効果を得るためのMo含有量の好ましい下限は0.001%、0.005%、0.010%、0.015%、又は0.020%にするとよい。一方、Mo含有量が多くなると、熱間加工性が低下する場合があるので、Mo含有量は0.095%以下にするとよい。Mo含有量のさらに好ましい上限は0.090%、0.080%、0.070%、0.060%、又は0.050%にするとよい。
Mo: 0.095% or less Molybdenum (Mo) increases the fatigue strength of induction hardened steel parts. Even if even a small amount of Mo is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. The preferred lower limit of the Mo content to obtain the above effect is 0.001%, 0.005%, 0.010%, 0.015%, or 0.020%. On the other hand, if the Mo content is high, the hot workability may decrease, so the Mo content should be 0.095% or less. The more preferred upper limit of the Mo content is 0.090%, 0.080%, 0.070%, 0.060%, or 0.050%.

Cu:0.50%以下
銅(Cu)は高周波焼入れ鋼部品の疲労強度を高める。Cuが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。上記効果を得るためのCu含有量の好ましい下限は0.01%、又は0.02%にするとよい。一方、Cu含有量が多くなると、高周波焼入れ時に溶融割れが発生しやすくなる場合があるので、Cu含有量は0.50%以下にするとよい。Cu含有量のさらに好ましい上限は0.40%、0.30%0.20%、0.17%、0.13%、0.10%、0.07%、又は0.05%にするとよい。
Cu: 0.50% or less Copper (Cu) increases the fatigue strength of induction hardened steel parts. Even if even a small amount of Cu is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. The preferred lower limit of the Cu content to obtain the above effect is 0.01% or 0.02%. On the other hand, if the Cu content is high, melting cracks may easily occur during induction hardening, so the Cu content should be 0.50% or less. The more preferred upper limit of the Cu content is 0.40%, 0.30%, 0.20%, 0.17%, 0.13%, 0.10%, 0.07%, or 0.05%.

Ni:0.50%以下
ニッケル(Ni)は高周波焼入れ鋼部品の疲労強度を高める。Niが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。上記効果を得るためのNi含有量の好ましい下限は0.01%、又は0.02%にするとよい。一方、Ni含有量が多くなると、高周波焼入れ時に溶融割れが発生しやすくなる場合があるので、Ni含有量は0.50%以下にするとよい。Ni含有量のさらに好ましい上限は0.40%、0.30%、0.20%、0.10%、又は0.05%にするとよい。
Ni: 0.50% or less Nickel (Ni) increases the fatigue strength of induction hardened steel parts. Even if even a small amount of Ni is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. The preferable lower limit of the Ni content to obtain the above effect is 0.01% or 0.02%. On the other hand, if the Ni content is high, melting cracks may easily occur during induction hardening, so the Ni content should be 0.50% or less. The more preferable upper limit of the Ni content is 0.40%, 0.30%, 0.20%, 0.10%, or 0.05%.

次に、介在物を制御するために、Ca、Al、Sの含有量の関係が式(1)~(3)を満たすようにする。 Next, to control inclusions, the relationship between the Ca, Al, and S contents is set to satisfy formulas (1) to (3).

[0.01≦Ca/Al≦0.12]
上記化学組成はさらに、式(1)を満たす。
0.01≦Ca/Al≦0.12 :式(1)
ここで、式(1)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「0」が代入される。ここで、以下Ca/AlをF1として説明する。
F1=Ca/Al
[0.01≦Ca/Al≦0.12]
The above chemical composition further satisfies formula (1).
0.01≦Ca/Al≦0.12: Formula (1)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in formula (1). When the corresponding element is not contained, "0" is substituted for the element symbol. Hereinafter, Ca/Al will be described as F1.
F1 = Ca/Al

高周波焼入れ後の切削加工において、工具上に酸化物を含む介在物を堆積させることで保護膜を形成して工具摩耗を軽減するためには、融点がある程度低く、切削時に軟質となるCa酸化物を鋼中に生成させるとよい。一方、Alが存在するとAlを形成するため、適正融点酸化物を多く生成させるには、Al含有量に対して、十分なCaを含有するとよい。一方、Al含有量に対してCa含有量が多すぎると、低融点酸化物が多く生成して溶融割れが発生してしまう。そのため、酸化物の組成を適正に制御するためには、F1を0.01~0.12の範囲にするとよい。F1の好ましい下限は0.02、又は0.03にするとよい。F1の好ましい下限は0.11、0.10、又は0.09にするとよい。 In order to form a protective film by depositing oxide-containing inclusions on the tool during cutting after induction hardening to reduce tool wear, it is preferable to generate Ca oxides in the steel, which have a low melting point and become soft during cutting. On the other hand, since the presence of Al forms Al 2 O 3 , it is preferable to contain sufficient Ca relative to the Al content in order to generate a large amount of oxides with appropriate melting points. On the other hand, if the Ca content is too high relative to the Al content, a large amount of low-melting-point oxides will be generated, causing melting cracks. Therefore, in order to properly control the composition of oxides, F1 should be in the range of 0.01 to 0.12. The preferable lower limit of F1 should be 0.02 or 0.03. The preferable lower limit of F1 should be 0.11, 0.10, or 0.09.

[Ca-0.0008×Ln(S)≦0.00493]
上記化学組成はさらに、式(2)を満たす。
Ca-0.0008×Ln(S)≦0.00493 :式(2)
ここで、式(2)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「0」が代入される。ここで、以下Ca-0.0008×Ln(S)をF2として説明する。なお、Lnは自然対数を意味する。
F2=Ca-0.0008×Ln(S)
[Ca-0.0008×Ln(S)≦0.00493]
The above chemical composition further satisfies formula (2).
Ca-0.0008×Ln(S)≦0.00493: Formula (2)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in formula (2). When the corresponding element is not contained, "0" is substituted for the element symbol. Hereinafter, the explanation will be given assuming that Ca-0.0008×Ln(S) is F2. Note that Ln means the natural logarithm.
F2=Ca-0.0008×Ln(S)

高周波焼入れ後の切削加工において、工具上に酸化物を含む介在物を堆積させることで保護膜を形成して工具摩耗を軽減するためには、CaSを生成し、適正融点酸化物とCaSを複合介在物として所定の割合で生成させるとよい。S含有量に対し、Ca含有量が多すぎる場合、CaSが凝集して粗大化し、上記複合介在物が少なくなってしまう。さらに、複合介在物の大きさが大きくなり過ぎて疲労特性を悪化させる。このため、CaとSはF2が0.00493以下になるように含有するとよい。F2の上限は、好ましくは0.00483にするとよい。 In order to form a protective film by depositing oxide-containing inclusions on the tool during cutting after induction hardening and reduce tool wear, it is advisable to generate CaS and generate composite inclusions of appropriate melting point oxide and CaS in a specified ratio. If the Ca content is too high compared to the S content, the CaS will aggregate and become coarse, resulting in fewer composite inclusions. Furthermore, the size of the composite inclusions will become too large, deteriorating fatigue properties. For this reason, it is advisable to include Ca and S so that F2 is 0.00493 or less. The upper limit of F2 should preferably be set to 0.00483.

[Al+1091×S-61.5×S+1.59×S≦0.0567]
上記化学組成ではさらに、式(3)を満たす。
Al+1091×S-61.5×S+1.59×S≦0.0567 :式(3)
ここで、式(3)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「0」が代入される。ここで、以下Al+1091×S-61.5×S+1.59×SをF3として説明する。
F3=Al+1091×S-61.5×S+1.59×S
[Al+1091×S 3 -61.5×S 2 +1.59×S≦0.0567]
The above chemical composition further satisfies formula (3).
Al+1091×S 3 -61.5×S 2 +1.59×S≦0.0567: Formula (3)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in formula (3). When the corresponding element is not contained, "0" is substituted for the element symbol. Hereinafter, Al+1091×S 3 -61.5×S 2 +1.59×S will be explained as F3.
F3=Al+1091×S 3 -61.5×S 2 +1.59×S

上述のようにAlは脱酸元素であり、Alを形成するため、Alが高いとCa酸化物は生成しにくくなる。またSはCaと結合してCaSを生成するため、Sが高いとCa酸化物は生成しにくくなる。F3の値が大きい場合は、適正融点酸化物が十分な量で得られないことに加え、CaSが凝集して複合介在物の大きさが大きくなり過ぎて疲労特性を悪化させる。そのため、適正融点酸化物を十分な量で生成させるには、AlとSはF3が0.0567以下になるように含有するとよい。F3の好ましい上限は0.0517、又は0.0467にするとよい。 As described above, Al is a deoxidizing element and forms Al2O3 , so when the Al content is high, Ca oxides are less likely to be generated. In addition, S combines with Ca to generate CaS, so when the S content is high, Ca oxides are less likely to be generated. When the value of F3 is large, not only is it not possible to obtain a sufficient amount of oxides with appropriate melting points, but CaS aggregates and the size of the composite inclusions becomes too large, which deteriorates the fatigue properties. Therefore, in order to generate a sufficient amount of oxides with appropriate melting points, it is preferable to contain Al and S so that F3 is 0.0567 or less. The preferable upper limit of F3 is 0.0517 or 0.0467.

[適正融点酸化物を含む介在物の個数密度:0.15個/mm以上]
鋼中に含まれる酸化物は主にCaO-Al-SiOの3元系酸化物と見なすことができ、酸化物の融点は主にAl23とCaOの含有量で決まる。特に粒径1μm以上の介在物の影響が大きい。高周波焼入れ後の切削加工において、工具上に酸化物を含む介在物を堆積させることで保護膜を形成して工具摩耗を軽減するためには、粒径1μm以上の大きさの介在物が、ある程度軟化するとよい。そこで、粒径1μm以上の介在物であって、適正融点酸化物を含む介在物の個数密度が0.15個/mm以上であるとよい。
805≦10.4×A+1.4×B≦1004 :式(4)
ただし、式(4)中のA及びBは以下のとおりである。
A:酸化物をCaO-Al23-SiOの3元系酸化物と見なしたとき、酸化物中のAl23の含有量(質量%)
B:酸化物をCaO-Al23-SiOの3元系酸化物と見なしたとき、酸化物中のCaOの含有量(質量%)
ここで、以下10.4×A+1.4×BをF4として説明する。
F4=10.4×A+1.4×B
[Number density of inclusions containing oxides with appropriate melting point: 0.15 pieces/ mm2 or more]
The oxides contained in steel can be regarded as mainly ternary oxides of CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 , and the melting point of the oxide is mainly determined by the content of Al 2 O 3 and CaO. In particular, the influence of inclusions with a particle size of 1 μm or more is large. In order to form a protective film by depositing inclusions containing oxides on the tool during cutting after induction hardening to reduce tool wear, it is preferable that the inclusions with a particle size of 1 μm or more are softened to a certain extent. Therefore, it is preferable that the number density of inclusions with a particle size of 1 μm or more that contain oxides with a suitable melting point is 0.15 pieces/mm 2 or more.
805≦10.4×A+1.4×B≦1004: Formula (4)
In the formula (4), A and B are as follows:
A: The content (mass%) of Al 2 O 3 in the oxide when the oxide is regarded as a ternary oxide of CaO-Al 2 O 3 -SiO 2
B: The content (mass%) of CaO in the oxide when the oxide is regarded as a ternary oxide of CaO-Al 2 O 3 -SiO 2
Here, the following description will be given assuming that 10.4×A+1.4×B is F4.
F4=10.4×A+1.4×B

F4の値が大きい場合、酸化物の融点が高くなり、高周波焼入れ後の切削時の発熱でも軟化せずに、工具上の保護膜を形成しない。一方、F4の値が小さい場合、酸化物の融点が低くなり、高周波焼入れ後の切削時の発熱で軟化しすぎて、工具上に付着しにくい。発明者らは、F4の値が805~1004の範囲となる組成を有する適正融点酸化物を十分な個数(0.15個/mm以上)で存在させるとよいことを確認した。 When the F4 value is large, the oxide has a high melting point and does not soften even when heated during cutting after induction hardening, and does not form a protective film on the tool. On the other hand, when the F4 value is small, the oxide has a low melting point and is softened too much by heat generated during cutting after induction hardening, making it difficult to adhere to the tool. The inventors have confirmed that it is good to have a sufficient number (0.15 pieces/ mm2 or more) of oxides with appropriate melting points having a composition with an F4 value in the range of 805 to 1004.

この酸化物が多いほど、工具上に介在物が十分に堆積し、工具摩耗の抑制効果が得られる。適正融点酸化物を含む介在物の個数密度の好ましい下限は0.20個/mm、0.30個/mm、0.40個/mm、0.50個/mm、0.60個/mm、0.70個/mm、又は0.75個/mmにするとよい。 The more oxides there are, the more sufficiently the inclusions accumulate on the tool, and the more effective the tool wear can be. The preferable lower limit of the number density of the inclusions containing the oxides with appropriate melting points is 0.20 pieces/ mm2 , 0.30 pieces/ mm2 , 0.40 pieces/ mm2 , 0.50 pieces/ mm2 , 0.60 pieces / mm2 , 0.70 pieces/mm2, or 0.75 pieces/ mm2 .

[低融点酸化物を含む介在物の個数密度:0.15個/mm以下]
一方、高周波加熱で鋼材が高温となった際、低融点の酸化物は加熱中に溶融することで、溶融割れの起点になる。そのため、酸化物の融点の指標となるF4が404以下となるような低融点酸化物の個数を制限すればよい。即ち、溶融割れを抑制するためには、粒径1μm以上の介在物であって、式(5)を満たす低融点酸化物を含む介在物の個数を0.15個/mm以下にするとよい。
10.4×A+1.4×B≦404 :式(5) ただし、式(5)中のA及びBは以下のとおりであり、式(4)と同じである。
A:酸化物をCaO-Al23-SiOの3元系酸化物と見なしたとき、酸化物中のAl23の含有量(質量%)
B:酸化物をCaO-Al23-SiOの3元系酸化物と見なしたとき、酸化物中のCaOの含有量(質量%)
即ち、F4≦404である。
[Number density of inclusions containing low melting point oxides: 0.15 pieces/ mm2 or less]
On the other hand, when the steel material is heated to a high temperature by high-frequency heating, low-melting-point oxides melt during heating and become the starting point of melting cracks. Therefore, it is sufficient to limit the number of low-melting-point oxides so that F4, which is an index of the melting point of oxides, is 404 or less. In other words, in order to suppress melting cracks, it is sufficient to limit the number of inclusions that contain low-melting-point oxides with a particle size of 1 μm or more and satisfy formula (5) to 0.15 pieces/ mm2 or less.
10.4×A+1.4×B≦404: Equation (5) where A and B in equation (5) are as follows and are the same as equation (4).
A: The content (mass%) of Al 2 O 3 in the oxide when the oxide is regarded as a ternary oxide of CaO-Al 2 O 3 -SiO 2
B: The content (mass%) of CaO in the oxide when the oxide is regarded as a ternary oxide of CaO-Al 2 O 3 -SiO 2
That is, F4≦404.

低融点酸化物を含む介在物の個数密度の好ましい上限は、0.12、0.10個/mmであり、さらに好ましくは、0.08個/mm、0.06個/mm、0.05個/mm、0.04個/mm、0.03個/mm、0.02個/mm、又は0.01個/mmである。 The preferred upper limit of the number density of inclusions containing low melting point oxides is 0.12 or 0.10 pieces/ mm2 , and more preferably 0.08 pieces/ mm2 , 0.06 pieces/ mm2 , 0.05 pieces/ mm2 , 0.04 pieces /mm2, 0.03 pieces/ mm2 , 0.02 pieces/ mm2 , or 0.01 pieces/ mm2 .

[適正融点酸化物のうち、CaS:10質量%以上を含む複合介在物の個数の割合が50%以上]
適正融点酸化物は、切削時の温度上昇の際に酸化物がある程度軟質化して工具上に付着し、保護膜となるため工具摩耗を抑制する。さらに、この酸化物がCaSを含む硫化物と複合して存在する複合介在物の場合、工具上に付着した際の保護膜作用が高まり、工具摩耗を抑制する効果が大きくなる。特にCaSを10質量%以上含んだ複合介在物(以下、CaS複合介在物と呼ぶ場合がある。)の個数の割合が、適正融点酸化物を含む介在物のうち50%以上であるとよい。CaS複合介在物の個数割合は、好ましくは55%以上、60%以上、65%以上、70%以上、75%以上、又は80%以上であるとよい。
[The proportion of composite inclusions containing CaS: 10% by mass or more among oxides with appropriate melting point is 50% or more]
The oxide with the appropriate melting point softens to a certain extent when the temperature rises during cutting, and adheres to the tool to form a protective film, suppressing tool wear. Furthermore, in the case of a composite inclusion in which this oxide exists in combination with a sulfide containing CaS, the protective film action when it adheres to the tool is enhanced, and the effect of suppressing tool wear is increased. In particular, the proportion of the number of composite inclusions containing 10 mass% or more of CaS (hereinafter, sometimes referred to as CaS composite inclusions) is preferably 50% or more of the inclusions containing the oxide with the appropriate melting point. The proportion of the number of CaS composite inclusions is preferably 55% or more, 60% or more, 65% or more, 70% or more, 75% or more, or 80% or more.

[CaS複合介在物の円相当径の平均値と標準偏差が式(6)を満たす]
上述のように、高周波焼入れ後の被削性を高めるためには、CaS複合介在物が重要である。一方、これらのCaS複合介在物が粗大化すると高周波焼入れ鋼部品の疲労特性に悪影響を及ぼす。疲労特性を高めるためには、CaS複合介在物の大きさを式(6)を満たすように制限することが効果的である。
d+3σ≦20:式(6)
ただし、式(6)中のd及びσは以下のとおりである。
d:円相当径(μm)が1.0μm以上で、CaS複合介在物として存在するものの円相当径の平均値
σ:CaS複合介在物の円相当径の標準偏差(μm)
[The average value and standard deviation of the circle equivalent diameter of CaS composite inclusions satisfy formula (6)]
As described above, CaS composite inclusions are important for improving machinability after induction hardening. On the other hand, if these CaS composite inclusions become coarse, they have a negative effect on the fatigue properties of induction hardened steel parts. In order to improve the fatigue properties, it is effective to limit the size of the CaS composite inclusions so as to satisfy formula (6).
d+3σ≦20: Formula (6)
Here, d and σ in the formula (6) are as follows:
d: average value of equivalent circle diameters of CaS composite inclusions having a circle equivalent diameter (μm) of 1.0 μm or more; σ: standard deviation of equivalent circle diameters of CaS composite inclusions (μm);

d+3σの値は、後述する介在物の測定法の観察視野の範囲内で観察されるCaS複合介在物の円相当径及び円相当径の標準偏差から導かれ、観察可能なCaS複合介在物のほとんどが、この値の円相当径より小さいことを示している。すなわち、d+3σの値が20(μm)以下であれば、鋼中に円相当径で20μmを超える粗大なCaS複合介在物は極めて少ないことを示している。式(6)を満足することにより、高周波焼入れ鋼部品の疲労強度を高めることができる。d+3σの値の好ましい上限は18μm、16μm、15μm、14μm、又は13μmにするとよい。 The value of d+3σ is derived from the equivalent circle diameter and the standard deviation of the equivalent circle diameter of the CaS composite inclusions observed within the observation field of view of the inclusion measurement method described later, and indicates that most of the observable CaS composite inclusions have a smaller equivalent circle diameter than this value. In other words, if the value of d+3σ is 20 (μm) or less, it indicates that there are very few coarse CaS composite inclusions in the steel with an equivalent circle diameter exceeding 20 μm. By satisfying formula (6), the fatigue strength of induction hardened steel parts can be increased. The preferred upper limit of the value of d+3σ is 18 μm, 16 μm, 15 μm, 14 μm, or 13 μm.

本明細書において酸化物とは、Al、CaO及びSiOから主になり、硫化物とはMnS及びCaSから主になるものである。そこで、後述する測定方法において、エネルギー分散型X線分析装置(Energy Dispersive X-ray spectrometry:EDX)により、次のように酸化物と硫化物の判定を行う。まず、EDXで検出されたMnの分析値をMnSに換算する。次に、Sの分析値からMnSに消費された分のSを差し引き、その残分のSをCaSに換算する。次にCaの分析値からCaSに消費された分のCaを差し引き、Caの残分をCaOに換算する。次に、Al、Siの分析値をそれぞれAlとSiOに換算する。このような判定から、各介在物のAl、CaO、SiO、MnS及びCaSの質量%での含有量を求めることができる。 In this specification, oxides are mainly composed of Al 2 O 3 , CaO, and SiO 2 , and sulfides are mainly composed of MnS and CaS. Therefore, in the measurement method described below, oxides and sulfides are determined as follows using an energy dispersive X-ray spectrometry (EDX). First, the analytical value of Mn detected by EDX is converted to MnS. Next, the amount of S consumed by MnS is subtracted from the analytical value of S, and the remaining S is converted to CaS. Next, the amount of Ca consumed by CaS is subtracted from the analytical value of Ca, and the remaining Ca is converted to CaO. Next, the analytical values of Al and Si are converted to Al 2 O 3 and SiO 2 , respectively. From such a determination, the mass % contents of Al 2 O 3 , CaO, SiO 2 , MnS and CaS of each inclusion can be obtained.

式(4)と(5)のA、及びBを求めるには、Al、CaO、SiOの質量%の合計が100%になるように換算し、換算後のAl23の含有量(%)をA、換算後のCaOの含有量(%)をBとする。 To determine A and B in formulas (4) and (5), the mass percentages of Al2O3 , CaO, and SiO2 are converted so that the sum of these is 100%, and the converted Al2O3 content ( % ) is A and the converted CaO content (%) is B.

適正融点酸化物を含む介在物のうちCaS:10質量%以上を含む複合介在物(CaS複合介在物)とは、適正融点酸化物を含む介在物のうち、Al、CaO、SiO、MnS及びCaSの質量%の合計を100%とした際に、CaSが10%以上となる介在物を指す。 Among inclusions containing oxides with appropriate melting points, composite inclusions containing 10% or more by mass of CaS (CaS composite inclusions) refer to inclusions, among inclusions containing oxides with appropriate melting points, in which CaS accounts for 10% or more when the sum of the mass percentages of Al2O3 , CaO, SiO2 , MnS and CaS is taken as 100%.

介在物の個数密度は、次の方法で測定できる。鋼材(棒鋼)の縦断面(鋼材の中心軸に垂直な断面)のうち、R/2位置(鋼材の縦断面における、鋼材の中心軸と外表面とを結ぶ直線(半径R)の中央位置)からサンプルを採取する。採取したサンプルの表面のうち、上記鋼材の縦断面に相当する表面を観察面とする。観察面を鏡面研磨した後、走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)を用いて、500倍の倍率で、鏡面研磨後の観察面を観察する。観察面積は32mm以上であるとよい。 The number density of inclusions can be measured by the following method. A sample is taken from the R/2 position (the center position of the straight line (radius R) connecting the central axis of the steel material and the outer surface in the longitudinal section of the steel material) of the steel material (steel bar). Of the surfaces of the taken sample, the surface corresponding to the longitudinal section of the steel material is used as the observation surface. After mirror-polishing the observation surface, the observation surface after mirror-polishing is observed at a magnification of 500 times using a scanning electron microscope (SEM). The observation area is preferably 32 mm2 or more.

SEM観察により得られた反射電子像に基づいて、周知の画像解析式の粒子解析方法を用いて、個数密度を調べる。具体的には、鋼材の母相と介在物及び/又は析出物との界面に基づいて、画像解析を行い、介在物及び/又は析出物の円相当径を算出する。ここで、円相当径とは、各介在物及び/又は析出物の面積を、同じ面積を有する円に換算した場合の円の直径を意味する。観察対象とした介在物の円相当径を1.0μm以上としたのは、これより小さな介在物を制御しても被削性、溶融割れ、疲労強度に与える影響が少ないためである。 Based on the backscattered electron image obtained by SEM observation, the number density is examined using a well-known image analysis type particle analysis method. Specifically, image analysis is performed based on the interface between the parent phase of the steel material and the inclusions and/or precipitates, and the circle equivalent diameter of the inclusions and/or precipitates is calculated. Here, the circle equivalent diameter means the diameter of a circle when the area of each inclusion and/or precipitate is converted into a circle having the same area. The circle equivalent diameter of the inclusions observed is set to 1.0 μm or more because controlling inclusions smaller than this has little effect on machinability, fusion cracking, and fatigue strength.

さらにSEMに備えられたEDXを用いて、介在物及び/又は析出物の成分を分析する。本実施形態において、加速電圧は20kVでEDXによる成分分析を行う。 The composition of the inclusions and/or precipitates is further analyzed using an EDX equipped in the SEM. In this embodiment, the composition analysis is performed using EDX at an acceleration voltage of 20 kV.

上記の方法で介在物を特定し、特定された個数と測定面積とに基づいて、単位面積当たりの個数(個/mm)を求める。 The inclusions are identified by the above method, and the number per unit area (inclusions/mm 2 ) is calculated based on the number of inclusions identified and the measured area.

高周波焼入れ鋼部品とした場合にさらに優れた疲労強度を得る必要がある場合には、C、Si、Mn、Vの含有量の関係を式(7)~(9)を満たすようにするとよい。 If it is necessary to obtain even better fatigue strength when the steel is made into an induction hardened steel part, the relationship between the contents of C, Si, Mn, and V should satisfy formulas (7) to (9).

[60×C+5.5×Si+29Mn-29V≧58]
60×C+5.5×Si+29Mn-29V≧58 :式(7)
ここで、式中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「0」が代入される。ここで、60×C+5.5×Si+29Mn-29VをF7として以下説明する。
[60×C+5.5×Si+29Mn-29V≧58]
60×C+5.5×Si+29Mn-29V≧58: Formula (7)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula. When the corresponding element is not contained, "0" is substituted for the element symbol. Here, 60×C+5.5×Si+29Mn-29V is explained below as F7.

高周波焼入れは急速・短時間の加熱焼入れであるために、焼入れ後の硬さに、硬さむらや、硬さ不足が生じ易く、これらが生じた場合は高周波焼入れ鋼部品の疲労強度が低下する場合がある。高周波加熱は短時間であるため、初析フェライト領域が大きいと、高周波加熱時にフェライトのすべての部分にC原子が拡散できない。その結果、硬さの低いマルテンサイト組織が生成して硬さむらや硬さ不足の原因となる。本発明者らは、組織に及ぼすC、Si、MnとVの含有量と、焼入れ性に影響する初析フェライト面積率の関係を、種々の化学成分を有する鋼材のミクロ組織観察により調査した。その結果、F7を58以上にすることで、高周波焼入れ用鋼、及び高周波焼入れ前の中間部材の初析フェライト面積率を約25%以下にでき、高周波焼入れ鋼部品の硬さむらや硬さ不足を防ぎやすくなることが分かった。よって、F7は58以上とすることが好ましい。 Because induction hardening is a rapid, short-time heating and hardening process, the hardness after hardening is likely to be uneven or insufficient, and if this occurs, the fatigue strength of the induction hardened steel parts may decrease. Since induction heating is short, if the pro-eutectoid ferrite region is large, C atoms cannot diffuse to all parts of the ferrite during induction heating. As a result, a martensite structure with low hardness is generated, causing hardness unevenness and hardness insufficiency. The inventors investigated the relationship between the contents of C, Si, Mn, and V that affect the structure and the pro-eutectoid ferrite area ratio that affects hardenability by observing the microstructure of steel materials with various chemical components. As a result, it was found that by setting F7 to 58 or more, the pro-eutectoid ferrite area ratio of the steel for induction hardening and the intermediate member before induction hardening can be about 25% or less, making it easier to prevent hardness unevenness and hardness insufficiency of the induction hardened steel parts. Therefore, it is preferable to set F7 to 58 or more.

[244≦462×C+102×Si+7×Mn≦316]
244≦462×C+102×Si+7×Mn≦316 :式(8)
ここで、式中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「0」が代入される。ここで、462×C+102×Si+7×MnをF8として以下説明する。
[244≦462×C+102×Si+7×Mn≦316]
244≦462×C+102×Si+7×Mn≦316: Formula (8)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula. If the corresponding element is not contained, "0" is substituted for the element symbol. Here, 462×C+102×Si+7×Mn is explained as F8 in the following.

高周波焼入れ後に焼戻しが行われ、多くの場合焼戻し温度は150~200℃程度であるが、例えばクランクシャフトなどの部品では300℃程度の比較的高温で焼戻しされる場合がある。よって、高い疲労強度を得るためには焼戻し硬さが重要である。本発明者らは、高周波焼入れ後の300℃焼戻し硬さとC、Si、MnとVの含有量の関係を調査し、両者を定量的に関連付けた。その結果、F8を244以上とすることで、高周波焼入れ焼戻しを受けた高周波焼入れ鋼部品の表層部の硬さが約510HV以上となり、高い疲労強度が得られることが分かった。一方、F8が316を超えると高周波焼入れ鋼部品の表層部の硬さが約580HV以上となり、硬くなり過ぎるため、高周波焼入れ後の切削時の被削性を低下させる傾向があった。よって、F8は244~316とすることが好ましい。 After induction hardening, tempering is performed. In most cases, the tempering temperature is about 150 to 200°C, but for example, parts such as crankshafts may be tempered at a relatively high temperature of about 300°C. Therefore, tempered hardness is important to obtain high fatigue strength. The inventors investigated the relationship between the 300°C tempered hardness after induction hardening and the contents of C, Si, Mn, and V, and quantitatively correlated the two. As a result, it was found that by setting F8 to 244 or more, the hardness of the surface layer of the induction hardened steel parts that have been induction hardened and tempered becomes about 510HV or more, and high fatigue strength can be obtained. On the other hand, if F8 exceeds 316, the hardness of the surface layer of the induction hardened steel parts becomes about 580HV or more, which is too hard and tends to reduce the machinability when cutting after induction hardening. Therefore, it is preferable to set F8 to 244 to 316.

[149×C+36×Si+70×Mn+76×V≧155]
149×C+36×Si+70×Mn+76×V≧155 :式(9)
ここで、式中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「0」が代入される。ここで、149×C+36×Si+70×Mn+76×VをF9として以下説明する。
[149 × C + 36 × Si + 70 × Mn + 76 × V ≧ 155]
149×C+36×Si+70×Mn+76×V≧155: Formula (9)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula. If the corresponding element is not contained, "0" is substituted for the element symbol. Here, 149×C+36×Si+70×Mn+76×V is explained below as F9.

高周波焼入れ鋼部品の疲労強度は、高周波焼入れによって硬化される部位の硬さのみでなく、高周波焼入れで硬化されない内部の硬さによっても影響される。そこで疲労強度を向上させるには素材である鋼材の硬さを大きくする必要がある。そこで、本発明者らは素材である鋼材の硬さとC、Si、MnとVの含有量の関係を調査し、両者を定量的に関連付けた。その結果、F9を155以上にすることで、素材である鋼材の硬さ、つまり高周波焼入れ鋼部品の内部硬さが約210HV以上となり、高い疲労強度が得られる傾向があることが分かった。よってF9は155以上とすることが好ましい。 The fatigue strength of induction-hardened steel parts is affected not only by the hardness of the parts hardened by induction hardening, but also by the hardness of the interior parts that are not hardened by induction hardening. Therefore, in order to improve fatigue strength, it is necessary to increase the hardness of the raw steel material. Therefore, the inventors investigated the relationship between the hardness of the raw steel material and the contents of C, Si, Mn and V, and quantitatively correlated the two. As a result, it was found that by setting F9 to 155 or more, the hardness of the raw steel material, that is, the internal hardness of the induction-hardened steel parts, becomes approximately 210 HV or more, and high fatigue strength tends to be obtained. Therefore, it is preferable to set F9 to 155 or more.

[製造方法]
本実施形態の鋼材の製造方法の一例は次のとおりである。本実施形態の高周波焼入れ用鋼の製造方法は、精錬工程と、鋳造工程と、熱間加工工程とを備える。熱間加工工程は任意の工程であり、実施しなくてもよい。以下、各工程について説明する。
[Manufacturing method]
An example of a method for producing a steel material according to the present embodiment is as follows. The method for producing a steel material for induction hardening according to the present embodiment includes a refining step, a casting step, and a hot working step. The hot working step is an optional step and may not be performed. Each step will be described below.

[精錬工程]
精錬工程では、上述の化学組成を有する溶鋼を製造する。精錬工程は既存の方法を適用することができる。例えば、次のとおりである。精錬工程は、一次精錬工程と二次精錬工程とを含む。一次精錬工程では、周知の方法で製造された溶銑に対して転炉での精錬を実施する。具体的には、溶銑に酸素を吹き付けて、炭素を除去する。二次精錬工程では、成分調整の合金元素を添加して、溶鋼の化学組成が、本実施形態の鋼材の化学組成を有する溶鋼を製造する。具体的には、一次精錬工程後、転炉から出鋼した溶鋼に対して脱酸処理を実施する。脱酸処理後、除滓処理を実施する。除滓処理後、二次精錬を実施する。二次精錬は例えば、複合精錬を実施する。例えば、初めにLF(Ladle Furnace)又はVAD(Vacuum Arc Degassing)を用いた精錬処理を実施する。さらに、RH(Ruhrstahl-Hausen)真空脱ガス処理を実施する。その後、合金成分の最終調整を行う。
[Refining process]
In the refining process, molten steel having the above-mentioned chemical composition is produced. Existing methods can be applied to the refining process. For example, the refining process is as follows. The refining process includes a primary refining process and a secondary refining process. In the primary refining process, refining is performed in a converter on molten iron produced by a known method. Specifically, oxygen is blown onto the molten iron to remove carbon. In the secondary refining process, alloy elements for component adjustment are added to produce molten steel having a chemical composition of the steel material of this embodiment. Specifically, after the primary refining process, deoxidation is performed on the molten steel tapped from the converter. After the deoxidation, slag removal is performed. After the slag removal, secondary refining is performed. For example, composite refining is performed as the secondary refining. For example, a refining process using LF (Ladle Furnace) or VAD (Vacuum Arc Degassing) is first performed. Furthermore, a Ruhrstahl-Hausen (RH) vacuum degassing process is carried out, after which the alloy components are finally adjusted.

[鋳造工程]
鋳造工程では、溶鋼を用いて、周知の鋳造方法により鋳片(スラブ又はブルーム)又は鋼塊(インゴット)を製造する。鋳造方法も既存の方法を適用することができ、例えば連続鋳造法や造塊法である。
[Casting process]
In the casting process, molten steel is used to produce a cast piece (slab or bloom) or a steel block (ingot) by a well-known casting method. The casting method may be any existing method, such as a continuous casting method or an ingot casting method.

[熱間加工工程]
熱間加工工程は、任意の工程である。つまり、熱間加工工程は実施してもよいし、実施しなくてもよい。熱間加工工程は、既存の熱間加工法を適用することができる。例えば次の通りである。熱間加工工程を実施する場合、熱間加工工程では、上記鋳造工程で製造された鋳片又は鋼塊に対して、熱間加工を実施して、高周波焼入れ用鋼(例えば棒鋼)を製造する。熱間加工工程は、例えば粗圧延工程のみであってもよいし、粗圧延工程と、仕上げ圧延工程とを含んでもよい。粗圧延工程は、例えば分塊圧延である。仕上げ圧延工程は、例えば連続圧延機を用いた仕上げ圧延である。連続圧延機では、例えば一対の水平ロールを有する水平スタンドと、一対の垂直ロールを有する垂直スタンドとが交互に一列に配列される。粗圧延工程及び仕上げ圧延工程での加熱温度は、例えば1000~1300℃である。
[Hot processing process]
The hot working step is an optional step. That is, the hot working step may or may not be performed. The hot working step can be performed by applying an existing hot working method. For example, it is as follows. When the hot working step is performed, in the hot working step, hot working is performed on the cast piece or steel ingot produced in the casting step to produce a steel for induction hardening (e.g., a steel bar). The hot working step may be, for example, only a rough rolling step, or may include a rough rolling step and a finish rolling step. The rough rolling step is, for example, blooming. The finish rolling step is, for example, finish rolling using a continuous rolling mill. In the continuous rolling mill, for example, a horizontal stand having a pair of horizontal rolls and a vertical stand having a pair of vertical rolls are alternately arranged in a row. The heating temperature in the rough rolling step and the finish rolling step is, for example, 1000 to 1300°C.

上述の熱間加工工程では、熱間圧延により鋼材を製造する。しかしながら、熱間圧延に代えて、熱間鍛造により鋼材を製造してもよい。また、熱間圧延後に熱間鍛造を実施して鋼材を製造してもよい。熱間加工工程において熱間鍛造を実施する場合においても、加熱温度は1000~1300℃である。 In the above-mentioned hot working process, steel is manufactured by hot rolling. However, instead of hot rolling, steel may be manufactured by hot forging. Also, steel may be manufactured by performing hot forging after hot rolling. Even when hot forging is performed in the hot working process, the heating temperature is 1000 to 1300°C.

以上の製造工程により、高周波焼入れ用鋼が製造される。なお、上述のとおり、本製造方法は熱間加工工程を省略してもよい。つまり、本実施形態の高周波焼入れ用鋼は、鋳造品(鋳片又はインゴット)であってもよい。 The above manufacturing process produces steel for induction hardening. As mentioned above, the hot working process may be omitted in this manufacturing method. In other words, the steel for induction hardening in this embodiment may be a cast product (a piece or an ingot).

高周波焼入れ用鋼(素材である鋼材)の硬さは、高周波焼入れ用鋼を用いた高周波焼入れ鋼部品の内部硬さに相当する。ここでいう内部硬さとは、高周波焼入れにより硬化されていない領域の硬さを指す。内部硬さが低いと疲労強度を低下させる場合がある。そのため、高周波焼入れ用鋼の硬さは210HV以上が好ましい。なお、高周波焼入れにより硬化されていない領域とは、例えば、JIS0559鋼の炎焼入及び高周波焼入硬化層深さ測定方法に記載の、全硬化層深さ以上の領域を指す。 The hardness of induction hardening steel (steel material) corresponds to the internal hardness of induction hardening steel parts made from induction hardening steel. Internal hardness here refers to the hardness of the area not hardened by induction hardening. Low internal hardness can reduce fatigue strength. For this reason, the hardness of induction hardening steel is preferably 210 HV or more. The area not hardened by induction hardening refers to, for example, an area equal to or greater than the full hardened layer depth as described in JIS 0559, Method for measuring hardened layer depth after flame hardening and induction hardening of steel.

[高周波焼入れ鋼部品の製造方法]
本実施形態の高周波焼入れ用鋼を用いた高周波焼入れ鋼部品の製造方法の一例は次のとおりである。上述の高周波焼入れ用鋼(鋳片、インゴット又は棒鋼)を熱間鍛造して、大気中で放冷し、高周波焼入れ鋼部品(例えばクランクシャフト)の粗部材を製造する。粗部材を機械加工することにより中間部材を得る。中間部材を高周波焼入れすることにより、素形材を得る。さらに、素形材に対して仕上げ加工(切削、研削)を施す。以上の工程により、高周波焼入れ鋼部品が製造される。
[Method of manufacturing induction hardened steel parts]
An example of a method for manufacturing an induction hardened steel part using the induction hardening steel of this embodiment is as follows. The above-mentioned induction hardening steel (cast piece, ingot, or steel bar) is hot forged and cooled in air to manufacture a crude part of an induction hardened steel part (e.g., a crankshaft). The crude part is machined to obtain an intermediate part. The intermediate part is induction hardened to obtain a base material. Furthermore, the base material is subjected to finishing processing (cutting, grinding). Through the above steps, an induction hardened steel part is manufactured.

[高周波焼入れ処理]
高周波焼入れ処理は、初めに高周波加熱を施し、その後焼入れを施す。高周波加熱及び焼入れは次の条件で行うことが好ましい。
[High-frequency hardening treatment]
In the induction hardening treatment, induction heating is first performed, and then hardening is performed. The induction heating and hardening are preferably performed under the following conditions.

高周波加熱時の周波数:10~300kHz
周波数が低過ぎれば、加熱範囲が広がり、焼入れ時の歪みが大きくなる場合がある。一方、周波数が高過ぎれば、加熱範囲が表層のみに集中する。この場合、硬化層が薄くなり、疲労強度が低下する場合がある。従って、高周波加熱時の周波数は10~300kHzが好ましい。
Frequency during high frequency heating: 10 to 300 kHz
If the frequency is too low, the heating range will be wide, and distortion during hardening may become large. On the other hand, if the frequency is too high, the heating range will be concentrated only on the surface layer. In this case, the hardened layer will become thin, and fatigue strength may decrease. Therefore, the frequency during high-frequency heating is preferably 10 to 300 kHz.

高周波加熱時の加熱時間:0.5~60s
加熱時間とは、中間部材の加熱が開始されてから水冷が開始されるまでの時間である。高周波加熱時の加熱時間が長過ぎれば、オーステナイト粒が粗大化し、疲労強度が低下する場合がある。一方、加熱時間が短過ぎれば、セメンタイトが十分に固溶せず、フェライトが残存する場合がある。従って、高周波加熱時の加熱時間は0.5~60s(秒)が好ましい。
高周波加熱後の焼入れは水冷、あるいはポリアルキレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコールなどの高分子化合物系の水溶性焼入冷却材を使用して行う。液温は20~40℃の範囲とするのが好ましい。
Heating time during high frequency heating: 0.5 to 60 seconds
The heating time is the time from when heating of the intermediate member starts to when water cooling starts. If the heating time during high-frequency heating is too long, the austenite grains may become coarse and the fatigue strength may decrease. On the other hand, if the heating time is too short, the cementite may not be sufficiently dissolved, and ferrite may remain. Therefore, the heating time during high-frequency heating is preferably 0.5 to 60 seconds.
After high-frequency heating, quenching is performed by water cooling or by using a water-soluble quenching coolant of polymeric compounds such as polyalkylene glycol, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, etc. The liquid temperature is preferably in the range of 20 to 40°C.

[焼戻し]
高周波焼入れ後の焼戻しは、例えば150~350℃で0.5~3時間の条件で行うことが好ましい。この高周波焼入れ焼戻しによって、表面から0.05~0.40mmの深さにおける硬さを450~800HV程度とした素形材を得ることができる。
[Tempering]
Tempering after induction hardening is preferably performed, for example, under conditions of 150 to 350° C. for 0.5 to 3 hours. This induction hardening and tempering makes it possible to obtain a preform having a hardness of about 450 to 800 HV at a depth of 0.05 to 0.40 mm from the surface.

[切削加工]
高周波焼入れ焼戻し後に、前記素形材の表層を切削加工することで表面の硬さが450~800HV程度に調整された高周波焼入れ鋼部品を得ることができる。なお、切削加工は部品表層のすべてに施す必要はなく、寸法精度や強度が求められる部分に選択的に施すことができる。また、部位によっては必要に応じて研削を行っても良い。
[Cutting]
After induction hardening and tempering, the surface layer of the base material is machined to obtain induction hardened steel parts with a surface hardness adjusted to about 450 to 800 HV. It is not necessary to machine the entire surface layer of the part, but it can be selectively performed on parts that require dimensional accuracy and strength. Depending on the part, grinding may be performed as necessary.

切削加工は次の条件で行うことが好ましい。
切削工具のすくい角α:-30°<α≦-5°
切削工具のすくい角αが-5°よりも大きければ、切削加工時に工具が欠損しやすくなる場合がある。一方、すくい角が-30°以下であれば、切削抵抗が大きくなり過ぎ、工具摩耗が増大する場合がある。従って、すくい角αは、-30°<α≦-5°であることが好ましい。
The cutting process is preferably carried out under the following conditions.
Cutting tool rake angle α: -30°<α≦-5°
If the rake angle α of the cutting tool is greater than -5°, the tool may be easily chipped during cutting. On the other hand, if the rake angle is less than -30°, the cutting resistance may become too large, resulting in increased tool wear. Therefore, it is preferable that the rake angle α is -30°<α≦-5°.

工具のノーズR:0.4~1.2mm
工具のノーズRが小さすぎれば表面粗さが大きくなり過ぎ、部品の疲労強度が低下する場合がある。一方、工具のノーズRが大きすぎれば、切削抵抗が大きくなり、工具摩耗が増大する場合がある。従って、工具のノーズRは0.4~1.2mmであることが好ましい。
Tool nose radius: 0.4 to 1.2 mm
If the nose R of the tool is too small, the surface roughness becomes too large, and the fatigue strength of the part may decrease. On the other hand, if the nose R of the tool is too large, the cutting resistance becomes large, and the tool wear may increase. Therefore, the nose R of the tool is preferably 0.4 to 1.2 mm.

送り:0.1~0.4mm/rev(回転)
送りが小さすぎれば、切削能率が低下し製造効率が低下する場合がある。一方、送りが大きすぎれば、切削抵抗が大きくなり、工具摩耗が大きくなる場合がある。従って、送りは0.1~0.4mm/revであることが好ましい。
Feed: 0.1 to 0.4 mm/rev (revolution)
If the feed is too small, the cutting efficiency may decrease, resulting in a decrease in manufacturing efficiency. On the other hand, if the feed is too large, the cutting resistance may increase, resulting in increased tool wear. Therefore, the feed is preferably 0.1 to 0.4 mm/rev.

切削速度:50~500m/分
切削速度が大きすぎれば、切削温度が上昇し、工具摩耗が発生する場合がある。一方、切削速度が小さすぎれば、切削能率が低下し製造効率が低下することに加え、切削温度が低く、鋼中の介在物の付着による工具上の保護膜が生成しない場合がある。従って、切削速度は50~500m/分が好ましい。
Cutting speed: 50 to 500 m/min If the cutting speed is too high, the cutting temperature will rise and tool wear may occur. On the other hand, if the cutting speed is too low, the cutting efficiency will decrease and manufacturing efficiency will decrease, and the cutting temperature will be low and a protective film on the tool due to adhesion of inclusions in the steel may not be formed. Therefore, the cutting speed is preferably 50 to 500 m/min.

切込み:0.05~0.40mm
切込みが小さすぎれば、切削能率が低下し製造効率が低下する場合がある。一方、切込みが大きすぎれば、切削抵抗が大きくなり、工具摩耗が大きくなる場合がある。従って、切込みは0.05~0.40mmが好ましく、その上限は0.20mmであるとさらに好ましい。
Depth of cut: 0.05 to 0.40 mm
If the depth of cut is too small, the cutting efficiency may decrease, resulting in a decrease in manufacturing efficiency. On the other hand, if the depth of cut is too large, the cutting resistance may increase, resulting in increased tool wear. Therefore, the depth of cut is preferably 0.05 to 0.40 mm, and the upper limit is more preferably 0.20 mm.

本実施形態で得られた高周波焼入れ鋼部品の断面において、表面から厚さ方向(円柱形の場合は表面から中心方向)に50μm深さ位置の硬さを表面硬さとする。優れた疲労強度を得るためには表面硬さを510HV以上にすることが好ましい。 In the cross section of the induction hardened steel part obtained in this embodiment, the hardness at a depth of 50 μm from the surface in the thickness direction (from the surface toward the center in the case of a cylindrical part) is defined as the surface hardness. In order to obtain excellent fatigue strength, it is preferable that the surface hardness is 510 HV or more.

高周波焼入れ後に切削加工を行うと、加工面に大きな圧縮残留応力が付与できる。よって、本実施形態で得られた高周波焼入れ鋼部品の表面には大きな圧縮残留応力が得られる。具体的には表面から200μm以下の深さ領域における最大の圧縮残留応力が300MPa以上である。これにより、高周波焼入れ鋼部品の疲労強度が高まる。圧縮残留応力は、例えば次の通り測定できる。部品の表面の2mm×2mmの範囲が測定できるようマスキングし、2mm×2mmの範囲に対して、理学電気製Automate(Cr管球使用)を用い、コリメータφ1mmとして2θ・sin2ψ法で圧縮残留応力を測定する。さらに電解研磨を施すことで深さ方向の圧縮残留応力を測定する。11.6%の塩化アンモニウムと、35.1%のグリセリンと、53.3%の水とを含有する電解液を準備する。この電解液を用いて、表面を+20Vの電圧で電解研磨を実施する。電解研磨の時間を変化させることで研磨量を調整する。続いて、電解研磨された底面の残留応力を測定する。表面から10μmピッチで200μm深さまで測定し、最大の圧縮残留応力を求める。 If cutting is performed after induction hardening, a large compressive residual stress can be imparted to the machined surface. Therefore, a large compressive residual stress is obtained on the surface of the induction hardened steel part obtained in this embodiment. Specifically, the maximum compressive residual stress in the depth region of 200 μm or less from the surface is 300 MPa or more. This increases the fatigue strength of the induction hardened steel part. For example, the compressive residual stress can be measured as follows. A 2 mm x 2 mm range on the surface of the part is masked so that it can be measured, and the compressive residual stress is measured for the 2 mm x 2 mm range using a Rigaku Electric Automate (using a Cr tube) with a collimator φ1 mm using the 2θ sin2ψ method. Further, the compressive residual stress in the depth direction is measured by performing electrolytic polishing. An electrolyte containing 11.6% ammonium chloride, 35.1% glycerin, and 53.3% water is prepared. Using this electrolyte, electrolytic polishing is performed on the surface at a voltage of +20 V. The amount of polishing is adjusted by changing the time of electrolytic polishing. Next, the residual stress of the electrolytically polished bottom surface is measured. Measurements are made from the surface to a depth of 200 μm at 10 μm intervals to determine the maximum compressive residual stress.

実施例により本実施形態の高周波焼入れ用鋼、高周波焼入れ鋼部品及びその製造方法の効果をさらに具体的に説明する。以下の実施例での条件は、本実施形態の高周波焼入れ用鋼、高周波焼入れ鋼部品及びその製造方法の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例である。従って、本実施形態の鋼材はこの一条件例に限定されない。 The effects of the induction hardening steel, induction hardening steel parts, and manufacturing method thereof of this embodiment will be explained in more detail using examples. The conditions in the following examples are one example of conditions adopted to confirm the feasibility and effects of the induction hardening steel, induction hardening steel parts, and manufacturing method thereof of this embodiment. Therefore, the steel material of this embodiment is not limited to this one example of conditions.

表1の化学組成を有する鋼を溶製し、熱間鍛造して、直径55mmの鋼材(棒鋼)を製造した。表1中の「化学組成」欄の「-」は、対応する元素含有量が、実施形態に規定の有効数字(最小桁までの数値)において、0%であることを意味する。換言すれば、対応する元素含有量において、上述の実施形態で規定の有効数字(最小桁までの数値)での端数を四捨五入した場合に0%であることを意味する。 Steel having the chemical composition in Table 1 was melted and hot forged to produce steel material (steel bar) with a diameter of 55 mm. A "-" in the "Chemical composition" column in Table 1 means that the corresponding element content is 0% in the significant figures (numbers to the least significant digits) specified in the embodiment. In other words, the corresponding element content is 0% when the fraction is rounded to the significant figures (numbers to the least significant digits) specified in the above embodiment.

[適正融点酸化物、及び低融点酸化物の個数密度、適正融点酸化物のうちCaS:10%以上を含む複合介在物として存在する個数割合、及びd+σの値の測定]
製造された高周波焼入れ用鋼の縦断面のR/2位置(高周波焼入れ用鋼の縦断面における、高周波焼入れ用鋼の中心軸と外表面とを結ぶ直線(半径R)の中央位置)からサンプルを採取した。採取したサンプルの表面のうち、上記高周波焼入れ用鋼の縦断面に相当する表面を観察面とした。観察面を鏡面研磨した後、SEMを用いて、上述の方法により介在物、酸化物の各測定を行った。得られた結果を表2に示す。
[Measurement of the number density of appropriate melting point oxides and low melting point oxides, the number ratio of appropriate melting point oxides existing as composite inclusions containing 10% or more of CaS, and the value of d+σ]
A sample was taken from the R/2 position of the longitudinal section of the manufactured steel for induction hardening (the central position of a straight line (radius R) connecting the central axis of the steel for induction hardening and the outer surface in the longitudinal section of the steel for induction hardening). Of the surfaces of the taken sample, the surface corresponding to the longitudinal section of the steel for induction hardening was used as the observation surface. After mirror polishing the observation surface, inclusions and oxides were measured using an SEM by the above-mentioned method. The results obtained are shown in Table 2.

[高周波焼入れ用鋼のフェライト面積率、及び硬さの測定]
上記の鏡面研磨した観察面をナイタール液でエッチングし、光学顕微鏡でミクロ組織を観察した。光学顕微鏡の400倍(約0.32mm×0.24mmの視野)で20視野撮影し、画像解析によりフェライト域の面積を測定し、全撮影面積に占めるフェライト域の面積の割合を算出することで求めた。硬さは上記の観察面を研磨したサンプルを用いてビッカース硬さを測定した。得られた結果を表2に示す。
[Measurement of ferrite area ratio and hardness of steel for induction hardening]
The mirror-polished observation surface was etched with a nital solution, and the microstructure was observed with an optical microscope. 20 fields of view were photographed at 400 times magnification (field of view of about 0.32 mm x 0.24 mm) with an optical microscope, the area of the ferrite region was measured by image analysis, and the ratio of the area of the ferrite region to the total photographed area was calculated. The hardness was measured by measuring the Vickers hardness using a sample obtained by polishing the observation surface. The results are shown in Table 2.

[模擬粗部材の製造]
製造された高周波焼入れ用鋼に対して、高周波焼入れ用鋼から高周波焼入れ鋼部品を製造する工程における熱間鍛造を模擬する熱処理を実施した。具体的には、鋼材を1100℃に加熱して30分保持した。その後、鋼材を大気中で放冷し、模擬粗部材を製造した。模擬粗部材は、直径55mmの棒鋼であった。
[Manufacturing of simulated rough parts]
The manufactured steel for induction hardening was subjected to a heat treatment simulating hot forging in a process for manufacturing induction hardened steel parts from the steel for induction hardening. Specifically, the steel was heated to 1100°C and held at that temperature for 30 minutes. Thereafter, the steel was allowed to cool in the air to manufacture a simulated rough part. The simulated rough part was a steel bar having a diameter of 55 mm.

[溶融割れ評価試験]
模擬粗部材の長手方向に対して垂直な断面のR/2位置から、幅10mm、厚さ3mm、長さ10mmの試験片を機械加工により作製した。試験片の長さ方向は、模擬粗部材の長手方向と平行であった。また、試験片の長手方向に平行な中心軸が、R/2位置と一致した。この試験片は模擬中間部材に相当する。
[Melting crack evaluation test]
A test piece having a width of 10 mm, a thickness of 3 mm, and a length of 10 mm was prepared by machining from the R/2 position of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the simulated rough member. The longitudinal direction of the test piece was parallel to the longitudinal direction of the simulated rough member. In addition, the central axis parallel to the longitudinal direction of the test piece coincided with the R/2 position. This test piece corresponds to the simulated intermediate member.

富士電波工機株式会社製の試験装置(商品名「熱サイクル試験装置」)を用いて、上記試験片に対して、高周波焼入れの模擬試験を実施した。具体的には、高周波コイルを用いて試験片を100℃/秒の昇温速度で1370℃まで加熱した。そして、試験片を1370℃で15秒間保持した。その後、試験片を水冷した。 A simulation test of high-frequency hardening was carried out on the above test piece using a test device manufactured by Fuji Electric Industrial Co., Ltd. (product name: "Thermal Cycle Test Device"). Specifically, the test piece was heated to 1370°C at a heating rate of 100°C/sec using a high-frequency coil. The test piece was then held at 1370°C for 15 seconds. The test piece was then water-cooled.

水冷後の試験片の長手方向に対して垂直な断面(観察面)を機械研磨した。機械研磨後の観察面をピクラール試薬にて腐食した。腐食された観察面を400倍の光学顕微鏡で観察し、溶融割れの有無を目視で確認した。観察面は、250μm×400μmであった。 After water cooling, the cross section (observation surface) perpendicular to the longitudinal direction of the test piece was mechanically polished. The mechanically polished observation surface was corroded with picral reagent. The corroded observation surface was observed under an optical microscope at 400x magnification, and the presence or absence of melt cracks was visually confirmed. The observation surface was 250 μm x 400 μm.

観察面の組織の粒界において、幅が5μm以上の明瞭に腐食されている領域(腐食領域)が観察される場合、溶融割れが発生したと判断した。粒界において幅が5μm以上の明瞭に腐食されている領域とは、例えば、図2中の溶融割れ10のような領域を意味する。一方、図3のように、粒界に腐食領域が観察されない場合、溶融割れが発生しなかったと判断した。溶融割れの評価結果を表2の「溶融割れ」欄に示す。溶融割れが発生した場合を「×」とし、溶融割れが発生しなかった場合を「〇」とした。 When a clearly corroded area (corroded area) with a width of 5 μm or more was observed at the grain boundary of the structure of the observed surface, it was determined that a fusion crack had occurred. A clearly corroded area with a width of 5 μm or more at the grain boundary means, for example, an area such as fusion crack 10 in Figure 2. On the other hand, when no corroded area was observed at the grain boundary as in Figure 3, it was determined that a fusion crack had not occurred. The evaluation results of fusion cracks are shown in the "fusion cracks" column in Table 2. Cases where a fusion crack occurred were marked with "X", and cases where a fusion crack did not occur were marked with "O".

[模擬素形材の製造]
直径55mmの模擬粗部材から、機械加工を実施して、直径35mm長さ300mmの円柱形状の丸棒試験片を製造した。丸棒試験片に対して、周波数100kHz、加熱時間2.0秒の条件で高周波加熱を実施し、その後5~15%の希釈濃度の水溶性焼入冷却材を試験片に噴射することによって、前記高周波加熱後の試験片を焼入れし、その後、300℃で2時間の条件で焼戻しをすることにより、被削性試験片(模擬素形材)を作製した。
[Manufacturing of simulated raw materials]
A cylindrical round bar test piece with a diameter of 35 mm and a length of 300 mm was manufactured by machining the simulated rough member with a diameter of 55 mm. The round bar test piece was subjected to high-frequency heating under conditions of a frequency of 100 kHz and a heating time of 2.0 seconds, and then the test piece was quenched after the high-frequency heating by spraying a water-soluble quenching coolant with a diluted concentration of 5 to 15% onto the test piece, and then tempered at 300°C for 2 hours to produce a machinable test piece (simulated base material).

[被削性評価試験(高周波焼入れ後の旋削工具摩耗評価)]
被削性試験は、切削工具の逃げ面摩耗量(μm)によって評価した。高周波焼入れ焼戻し後の模擬素形材について、汎用旋盤による旋削加工を実施した。切削工具は、4NC-DNGA150412-BNC200:住友電工ハードメタル(株)製)の工具を利用した。切削条件は、切込み0.15mm、切削速度400m/分、送り0.2mm/revとし、乾式で行った。試験片1本あたり1パスの切削加工を行い、複数の試験片について切削加工を繰り返し、合計の切削時間が9分となるまで切削加工した後に、切削工具の逃げ面摩耗量を測定した。逃げ面摩耗量の測定には、マイクロスコープを用いた。工具逃げ面が測定物台と平行になるように工具を設置し、倍率200倍で摩耗部を観察した。この時の、摩耗部中心付近で摩耗が最大となる部分の切れ刃から摩耗先端部までの距離を測定し、逃げ面摩耗量とした。本測定において逃げ面摩耗量が100μm以下の場合が合格である。被削性評価の結果を表2の「工具摩耗」欄に示す。逃げ面摩耗量は90μm以下が好ましい。
[Machinability evaluation test (wear evaluation of turning tools after induction hardening)]
The machinability test was evaluated by the amount of flank wear (μm) of the cutting tool. The simulated raw material after induction hardening and tempering was turned using a general-purpose lathe. The cutting tool used was 4NC-DNGA150412-BNC200 (manufactured by Sumitomo Electric Hardmetal Co., Ltd.). The cutting conditions were a cutting depth of 0.15 mm, a cutting speed of 400 m/min, and a feed of 0.2 mm/rev, and the cutting was performed in a dry state. One pass of cutting was performed for each test piece, and cutting was repeated for multiple test pieces until the total cutting time reached 9 minutes, after which the amount of flank wear of the cutting tool was measured. A microscope was used to measure the amount of flank wear. The tool was set so that the tool flank was parallel to the measurement table, and the worn part was observed at a magnification of 200 times. At this time, the distance from the cutting edge of the part where the wear was maximum near the center of the worn part to the wear tip was measured, and this was taken as the amount of flank wear. In this measurement, a flank wear amount of 100 μm or less is considered to be acceptable. The results of the machinability evaluation are shown in the "Tool wear" column of Table 2. The flank wear amount is preferably 90 μm or less.

[疲労強度評価試験(回転曲げ疲労試験)]
製造された模擬粗部材から、回転曲げ疲労試験片を採取した。回転曲げ疲労試験片の中心軸の方向が模擬粗部材の中心軸の方向と一致するように、回転曲げ疲労試験片を作製した。回転曲げ疲労試験片に対し、有効硬化層深さが1mm±0.2mmとなるように高周波焼入れを行い、その後300℃で90分間の焼戻しを行った。その後、4NC-VNGA160404-BNC200:住友電工ハードメタル(株)製)の工具を用い、回転曲げ疲労試験片の切欠部を切削速度が50m/分、切込みが0.1mmで、水溶性切削油を用いて切削加工を行った。図4は疲労試験に供した切欠付き小野式回転曲げ疲労試験片の模式図である。切欠底での直径は6.72mmであるが、高周波焼入れ前の段階では切欠底での直径を6.92mmとして試験片を作製し、高周波焼入れ後の切削加工で切込み0.1mmで加工することで、図4の形状とした。
[Fatigue strength evaluation test (rotating bending fatigue test)]
A rotating bending fatigue test piece was taken from the manufactured simulated rough member. The rotating bending fatigue test piece was prepared so that the direction of the central axis of the rotating bending fatigue test piece coincided with the direction of the central axis of the simulated rough member. The rotating bending fatigue test piece was subjected to induction hardening so that the effective hardened layer depth was 1 mm ± 0.2 mm, and then tempered at 300 ° C for 90 minutes. Then, using a tool (4NC-VNGA160404-BNC200: manufactured by Sumitomo Electric Hardmetal Co., Ltd.), the notched portion of the rotating bending fatigue test piece was cut at a cutting speed of 50 m / min, a cutting depth of 0.1 mm, and using a water-soluble cutting oil. Figure 4 is a schematic diagram of the notched Ono-type rotating bending fatigue test piece used in the fatigue test. The diameter at the bottom of the notch was 6.72 mm, but the test pieces were prepared with a diameter at the bottom of the notch of 6.92 mm before induction hardening, and then machined to a cut depth of 0.1 mm after induction hardening to obtain the shape shown in FIG.

室温(23℃)、大気雰囲気にて、回転数3600rpmの両振りの条件で小野式回転曲げ疲労試験を行った。複数の試験片に対して加える応力を変えて疲労試験を実施し、10サイクル後に破断しなかった最も高い応力を疲労強度(MPa)とした。 The Ono-type rotating bending fatigue test was performed at room temperature (23°C) in an air atmosphere at a rotation speed of 3600 rpm in both directions. Fatigue tests were performed on multiple test pieces by applying different stresses, and the highest stress at which the test pieces did not break after 107 cycles was taken as the fatigue strength (MPa).

疲労強度評価の結果を表2の「疲労強度」欄に示す。疲労強度が500MPa以上の場合は合格とした。疲労強度は530MPa以上が好ましく、560MPa以上がさらに好ましく、590MPa以上がさらに好ましい。 The results of the fatigue strength evaluation are shown in the "Fatigue strength" column in Table 2. A fatigue strength of 500 MPa or more was deemed to have passed. A fatigue strength of 530 MPa or more is preferable, 560 MPa or more is more preferable, and 590 MPa or more is even more preferable.

[高周波焼入れ鋼部品の硬さの測定]
上記の小野式回転曲げ疲労試験片で、疲労試験を行っていない試験片を用い、切欠底を試験片の長手方向に対して垂直な断面で切断して樹脂に埋め込み、表層を研磨した後、表層から50μmの位置で、ビッカース硬度を測定した。結果を表2に示す。
[Measurement of hardness of induction hardened steel parts]
Using the above Ono-type rotating bending fatigue test piece that had not been subjected to the fatigue test, the notch bottom was cut in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the test piece, embedded in resin, and the surface layer was polished, and then the Vickers hardness was measured at a position 50 μm from the surface layer. The results are shown in Table 2.

[高周波焼入れ鋼部品の残留応力の測定]
上記の小野式回転曲げ疲労試験片で、疲労試験を行っていない試験片を用い、切欠底において、表面から200μm以下の深さ領域における最大の圧縮残留応力を測定した。本実施例ではいずれの場合も最大の圧縮残留応力は300MPa以上であった。
[Measurement of residual stress in induction hardened steel parts]
The maximum compressive residual stress was measured at the notch root in a region 200 μm deep from the surface using the Ono-type rotating bending fatigue test pieces that had not been subjected to the fatigue test. In this example, the maximum compressive residual stress was 300 MPa or more in all cases.

[試験結果]
表2に試験結果を示す。表2を参照して、試験番号1~16の鋼材は、化学組成が適切であり、かつ、式(1)~(3)を満たした。そのため、各試験番号の鋼材は、CaOとAlの含有量が適正融点酸化物の個数密度が0.15個/mm以上、低融点酸化物の個数密度が0.15個/mm以下であり、適正融点酸化物のうち平均組成における質量%での含有量でCaS:10%以上を含む複合介在物として存在する個数の割合が50%以上であり、当該の複合介在物の円相当径の平均値と標準偏差が式(6)を満たした。そのため、溶融割れが発生しなかった。さらに、工具摩耗量は100μm以下であり、被削性は高かった。さらに、回転曲げ疲労試験の疲労強度は500MPa以上であり、疲労強度は高かった。
[Test Results]
Table 2 shows the test results. Referring to Table 2, the steel materials of test numbers 1 to 16 had appropriate chemical compositions and satisfied formulas (1) to (3). Therefore, in the steel materials of each test number, the content of CaO and Al 2 O 3 was such that the number density of the appropriate melting point oxide was 0.15 pieces/mm 2 or more, the number density of the low melting point oxide was 0.15 pieces/mm 2 or less, the proportion of the number of the appropriate melting point oxides present as composite inclusions containing CaS: 10% or more in the content in mass% in the average composition was 50% or more, and the average value and standard deviation of the circle equivalent diameter of the composite inclusions satisfied formula (6). Therefore, no melting cracks occurred. Furthermore, the tool wear amount was 100 μm or less, and the machinability was high. Furthermore, the fatigue strength in the rotating bending fatigue test was 500 MPa or more, and the fatigue strength was high.

一方、試験番号17では、C含有量が高過ぎた。そのため、溶融割れが発生した。 On the other hand, in test number 17, the C content was too high. As a result, melting cracks occurred.

試験番号18では、C含有量が低過ぎた。そのため、疲労強度が低かった。 In test number 18, the C content was too low, resulting in low fatigue strength.

試験番号19では、Si含有量が高過ぎた。そのため、溶融割れが発生した。 In test number 19, the Si content was too high. As a result, melting cracks occurred.

試験番号20では、Si含有量が低過ぎた。そのため、疲労強度が低かった。 In test number 20, the Si content was too low, resulting in low fatigue strength.

試験番号21では、Mn含有量が高過ぎた。そのため、溶融割れが発生した。 In test number 21, the Mn content was too high. As a result, melting cracks occurred.

試験番号22では、Mn含有量が低過ぎた。そのため、溶融割れが発生した。 In test number 22, the Mn content was too low. As a result, melting cracks occurred.

試験番号23では、P含有量が高過ぎた。そのため、溶融割れが発生した。 In test number 23, the P content was too high. As a result, melting cracks occurred.

試験番号24では、S含有量が高過ぎた。そのため、溶融割れが発生した。さらに、式(3)を満たさなかったため、CaOとAlの含有量が適正融点酸化物の個数密度が少なく、且つ、複合介在物の円相当径の平均値と標準偏差が式(6)を満たさなかった。そのため、被削性、及び疲労強度が低かった。 In test number 24, the S content was too high. Therefore, melting cracks occurred. Furthermore, because formula (3) was not satisfied, the number density of oxides with appropriate melting points for the CaO and Al2O3 contents was low, and the average value and standard deviation of the circle equivalent diameter of the composite inclusions did not satisfy formula (6). Therefore, the machinability and fatigue strength were low.

試験番号25では、S含有量が低過ぎた。そのため、被削性が低かった。 In test number 25, the S content was too low. As a result, machinability was poor.

試験番号26では、Cr含有量が高過ぎた。そのため、溶融割れが発生した。 In test number 26, the Cr content was too high. As a result, melting cracks occurred.

試験番号27では、Ca含有量が高過ぎた。そのため、疲労強度が低かった。さらに、式(2)を満たさなかったため、適正融点酸化物のうち平均組成における質量%での含有量でCaS:10%以上を含む複合介在物として存在する個数の割合が少なく、且つ、複合介在物の円相当径の平均値と標準偏差が式(6)を満たさなかった。そのため、被削性、及び疲労強度が低かった。 In test number 27, the Ca content was too high. As a result, the fatigue strength was low. Furthermore, because formula (2) was not satisfied, the proportion of composite inclusions containing 10% or more CaS in terms of mass % content in the average composition among the oxides with appropriate melting points was low, and the average value and standard deviation of the circle equivalent diameter of the composite inclusions did not satisfy formula (6). As a result, the machinability and fatigue strength were low.

試験番号28では、Ca含有量が低過ぎた。そのため、被削性が低かった。 In test number 28, the Ca content was too low. As a result, the machinability was poor.

試験番号29では、Ca含有量が低過ぎた。そのため、被削性が低かった。さらに、式(1)を満たさなかった、具体的にはF1が低過ぎたため、CaOとAlの含有量が適正融点酸化物の個数密度が少なかった。そのため、被削性が低かった。 In test number 29, the Ca content was too low. Therefore, the machinability was poor. Furthermore, the formula (1) was not satisfied, specifically, F1 was too low, so the content of CaO and Al2O3 was low and the number density of oxides with proper melting points was low. Therefore, the machinability was poor.

試験番号30では、Al含有量が高過ぎた。そのため、被削性が低かった。さらに、式(3)を満たさなかったため、CaOとAlの含有量が適正融点酸化物の個数密度が少なく、且つ、複合介在物の円相当径の平均値と標準偏差が式(6)を満たさなかった。そのため、被削性、及び疲労強度が低かった。 In test number 30, the Al content was too high. Therefore, the machinability was poor. Furthermore, because formula (3) was not satisfied, the content of CaO and Al2O3 was low in the number density of oxides with appropriate melting points, and the average value and standard deviation of the circle equivalent diameter of the composite inclusions did not satisfy formula (6). Therefore, the machinability and fatigue strength were poor.

試験番号31では、Al含有量が低過ぎた。そのため、溶融割れが発生した。 In test number 31, the Al content was too low. As a result, melting cracks occurred.

試験番号32では、Al含有量が低過ぎた。さらに、式(1)を満たさなかった、具体的にはF1が高過ぎたため、CaOとAlの含有量が低融点酸化物の個数密度が多かった。そのため、溶融割れが発生した。 In the test number 32, the Al content was too low. Furthermore, the formula (1) was not satisfied, specifically, F1 was too high, so that the content of CaO and Al2O3 was high and the number density of low melting point oxides was high. Therefore, melting cracks occurred.

試験番号33では、V含有量が高過ぎた。そのため、疲労強度が低下した。 In test number 33, the V content was too high, which resulted in reduced fatigue strength.

試験番号34では、O含有量が高過ぎた。そのため、疲労強度が低かった。 In test number 34, the O content was too high. As a result, the fatigue strength was low.

試験番号35では、式(2)を満たさなかったため、適正融点酸化物のうち平均組成における質量%での含有量でCaS:10%以上を含む複合介在物として存在する個数の割合が少なく、且つ、複合介在物の円相当径の平均値と標準偏差が式(6)を満たさなかった。そのため、被削性、及び疲労強度が低かった。 Test No. 35 did not satisfy formula (2), so the proportion of composite inclusions containing 10% or more CaS in mass percent content in the average composition among the oxides with appropriate melting points was low, and the average value and standard deviation of the circle equivalent diameter of the composite inclusions did not satisfy formula (6). As a result, the machinability and fatigue strength were low.

試験番号36では、式(3)を満たさなかったため、CaOとAlの含有量が適正融点酸化物の個数密度が少なく、且つ、複合介在物の円相当径の平均値と標準偏差が式(6)を満たさなかった。そのため、被削性、及び疲労強度が低かった。 In test number 36, the content of CaO and Al2O3 was low, and the number density of oxides with appropriate melting points did not satisfy formula (3), and the average value and standard deviation of the circle equivalent diameter of the composite inclusions did not satisfy formula (6). Therefore, the machinability and fatigue strength were low.

以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を
実施するための例示に過ぎない。従って、本発明は上述した実施の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の形態を適宜変更して実施することができる。


























The above describes the embodiments of the present invention. However, the above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the above-described embodiments can be appropriately modified and carried out without departing from the spirit of the present invention.


























Figure 0007678315000001
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Figure 0007678315000002
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本発明は、高周波焼入れ用鋼を製造する鉄鋼産業及び高周波焼入れ鋼部品を製造し使用する自動車産業などの機械製造業などにおいて利用することができる。 The present invention can be used in the steel industry, which produces steel for induction hardening, and in machinery manufacturing industries such as the automobile industry, which produces and uses induction hardening steel parts.

1 フィレットR部
2 クランクシャフトのエッジ部
10 溶融割れ
1 Fillet R portion 2 Edge portion of crankshaft 10 Melting crack

Claims (9)

高周波焼入れ用鋼であって、化学組成が、質量%で、
C:0.31~0.60%、
Si:0.51~1.00%、
Mn:0.50~2.00%、
P:0.050%以下、
S:0.006~0.040%、
Cr:0~0.19%、
Ca:0.0006~0.0023%、
Al:0.021~0.050%、
V:0~0.099%、
N:0.0250%以下、及び、
O:0.0050%以下
を含有し、残部はFe及び不純物からなり、
下記式(1)~(3)を満たすことを特徴とする高周波焼入れ用鋼。
0.01≦Ca/Al≦0.12 ・・・式(1)
Ca-0.0008×Ln(S)≦0.00493 ・・・式(2)
Al+1091×S-61.5×S+1.59×S≦0.0567 ・・・式(3)
ここで、式中の各元素記号には、それぞれ対応する元素の含有量(質量%)が代入され、対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「0」が代入される。
A steel for induction hardening, having a chemical composition, in mass%, of:
C: 0.31-0.60%,
Si: 0.51-1.00%,
Mn: 0.50-2.00%,
P: 0.050% or less,
S: 0.006-0.040%,
Cr: 0-0.19%,
Ca: 0.0006-0.0023%,
Al: 0.021-0.050%,
V: 0 to 0.099%,
N: 0.0250% or less, and
O: 0.0050% or less, the balance being Fe and impurities;
A steel for induction hardening characterized by satisfying the following formulas (1) to (3):
0.01≦Ca/Al≦0.12...Formula (1)
Ca-0.0008×Ln(S)≦0.00493...Formula (2)
Al+1091×S 3 -61.5×S 2 +1.59×S≦0.0567...Formula (3)
Here, the content (mass %) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula, and when the corresponding element is not contained, "0" is substituted for that element symbol.
さらに、鋼中に存在する円相当径が1.0μm以上の酸化物を含む介在物で、式(4)を満たす酸化物を含む介在物の個数密度が0.15個/mm以上、式(5)を満たす酸化物を含む介在物の個数密度が0.15個/mm以下であり、式(4)を満たす酸化物を含む介在物のうち、CaS:10質量%以上を含む複合介在物の個数の割合が50%以上であり、当該複合介在物の円相当径の平均値dと標準偏差σが式(6)を満たすことを特徴とする請求項1に記載の高周波焼入れ用鋼。
805≦10.4×A+1.4×B≦1004 ・・・式(4)
10.4×A+1.4×B≦404 ・・・式(5)
ただし、式(4)及び式(5)中のA及びBは以下のとおりである。
A:酸化物をCaO-Al23-SiOの3元系酸化物と見なしたとき、酸化物中のAl23の含有量(質量%)
B:酸化物をCaO-Al23-SiOの3元系酸化物と見なしたとき、酸化物中のCaOの含有量(質量%)
d+3σ≦20・・・式(6)
The steel for induction hardening according to claim 1, further characterized in that, among the oxide-containing inclusions present in the steel and having an equivalent circle diameter of 1.0 μm or more, the number density of the oxide-containing inclusions satisfying formula ( 4 ) is 0.15 pieces/ mm2 or more and the number density of the oxide-containing inclusions satisfying formula (5) is 0.15 pieces/mm2 or less, the proportion of the number of composite inclusions containing CaS: 10 mass% or more among the oxide-containing inclusions satisfying formula (4) is 50% or more, and the average value d and standard deviation σ of the equivalent circle diameters of the composite inclusions satisfy formula (6).
805≦10.4×A+1.4×B≦1004...Formula (4)
10.4×A+1.4×B≦404...Formula (5)
Here, A and B in the formulas (4) and (5) are as follows:
A: The content (mass%) of Al 2 O 3 in the oxide when the oxide is regarded as a ternary oxide of CaO-Al 2 O 3 -SiO 2
B: The content (mass%) of CaO in the oxide when the oxide is regarded as a ternary oxide of CaO-Al 2 O 3 -SiO 2
d+3σ≦20...Formula (6)
さらに、下記式(7)を満たすことを特徴とする請求項1又は2に記載の高周波焼入れ用鋼。
60×C+5.5×Si+29Mn-29V≧58 ・・・式(7)
ここで、式中の各元素記号には、それぞれ対応する元素の含有量(質量%)が代入され、対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「0」が代入される。
3. The steel for induction hardening according to claim 1 or 2, further satisfying the following formula (7):
60×C+5.5×Si+29Mn-29V≧58...Formula (7)
Here, the content (mass %) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula, and when the corresponding element is not contained, "0" is substituted for that element symbol.
さらに、下記式(8)を満たすことを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の高周波焼入れ用鋼。
244≦462×C+102×Si+7×Mn≦316 ・・・式(8)
ここで、式中の各元素記号には、それぞれ対応する元素の含有量(質量%)が代入され、対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「0」が代入される。
The steel for induction hardening according to any one of claims 1 to 3, further satisfying the following formula (8):
244≦462×C+102×Si+7×Mn≦316...Formula (8)
Here, the content (mass %) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula, and when the corresponding element is not contained, "0" is substituted for that element symbol.
さらに、下記式(9)を満たすことを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の高周波焼入れ用鋼。
149×C+36×Si+70×Mn+76×V≧155 ・・・式(9)
ここで、式中の各元素記号には、それぞれ対応する元素の含有量(質量%)が代入され、対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「0」が代入される。
The steel for induction hardening according to any one of claims 1 to 4, further satisfying the following formula (9):
149×C+36×Si+70×Mn+76×V≧155...Formula (9)
Here, the content (mass %) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula, and when the corresponding element is not contained, "0" is substituted for that element symbol.
前記化学組成はさらに、前記Feの一部に代えて、
Ti:0.039%以下、
Nb:0.050%以下、及び、
Zr:0.0019%以下からなる群から選択される1種以上を含有する請求項1~5のいずれか1項に記載の高周波焼入れ用鋼。
The chemical composition further contains, instead of a part of the Fe,
Ti: 0.039% or less,
Nb: 0.050% or less; and
The steel for induction hardening according to any one of claims 1 to 5, further comprising one or more selected from the group consisting of Zr: 0.0019% or less.
前記化学組成はさらに、前記Feの一部に代えて、
Mo:0.095%以下、
Cu:0.50%以下、及び、
Ni:0.50%以下からなる群から選択される1種以上を含有する請求項1~6のいずれか1項に記載の高周波焼入れ用鋼。
The chemical composition further contains, instead of a part of the Fe,
Mo: 0.095% or less,
Cu: 0.50% or less, and
The steel for induction hardening according to any one of claims 1 to 6, further comprising one or more selected from the group consisting of Ni: 0.50% or less.
請求項1~7のいずれか1項に記載の化学組成であり、表面から200μm深さまでの領域における最大の圧縮残留応力が300MPa以上であることを特徴とする高周波焼入れ鋼部品。 A high-frequency hardened steel part having the chemical composition described in any one of claims 1 to 7, characterized in that the maximum compressive residual stress in the region from the surface to a depth of 200 μm is 300 MPa or more. 請求項8に記載の高周波焼入れ鋼部品の製造方法であって、請求項1~7のいずれか1項に記載の化学組成を有する高周波焼入れ用鋼を加工して部材を製造する工程、前記部材を高周波焼入れする工程、前記高周波焼入れした部材を焼戻しする工程、前記焼戻した部材に表面から厚み方向に0.05~0.40mmの深さを切削加工する切削加工工程を有することを特徴とする高周波焼入れ鋼部品の製造方法。 A method for manufacturing induction-hardened steel parts according to claim 8, comprising the steps of manufacturing a member by processing a steel for induction hardening having the chemical composition according to any one of claims 1 to 7, induction hardening the member, tempering the induction-hardened member, and cutting the tempered member to a depth of 0.05 to 0.40 mm from the surface in the thickness direction.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003213368A (en) 2001-11-15 2003-07-30 Sumitomo Metal Ind Ltd Machine structural steel
JP2004183016A (en) 2002-11-29 2004-07-02 Sumitomo Metal Ind Ltd Steel bar for induction hardening
JP2016222985A (en) 2015-06-01 2016-12-28 新日鐵住金株式会社 Non-tempered steel for induction hardening
WO2017069064A1 (en) 2015-10-19 2017-04-27 新日鐵住金株式会社 Steel for mechanical structures and induction hardened steel parts
WO2018016502A1 (en) 2016-07-19 2018-01-25 新日鐵住金株式会社 Steel for induction hardening
JP2018035433A (en) 2016-09-02 2018-03-08 新日鐵住金株式会社 Steel-made component
WO2019198539A1 (en) 2018-04-10 2019-10-17 日本製鉄株式会社 Machine component and method for producing same

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0790379A (en) * 1993-09-24 1995-04-04 Kobe Steel Ltd Production of induction-hardened shaft part improved in twisting fatigue property

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003213368A (en) 2001-11-15 2003-07-30 Sumitomo Metal Ind Ltd Machine structural steel
JP2004183016A (en) 2002-11-29 2004-07-02 Sumitomo Metal Ind Ltd Steel bar for induction hardening
JP2016222985A (en) 2015-06-01 2016-12-28 新日鐵住金株式会社 Non-tempered steel for induction hardening
WO2017069064A1 (en) 2015-10-19 2017-04-27 新日鐵住金株式会社 Steel for mechanical structures and induction hardened steel parts
WO2018016502A1 (en) 2016-07-19 2018-01-25 新日鐵住金株式会社 Steel for induction hardening
JP2018035433A (en) 2016-09-02 2018-03-08 新日鐵住金株式会社 Steel-made component
WO2019198539A1 (en) 2018-04-10 2019-10-17 日本製鉄株式会社 Machine component and method for producing same

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