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JP7765716B2 - Steel material for sliding parts and manufacturing method for steel material for sliding parts - Google Patents
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JP7765716B2 - Steel material for sliding parts and manufacturing method for steel material for sliding parts - Google Patents

Steel material for sliding parts and manufacturing method for steel material for sliding parts

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Description

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

鉄鋼材料は、自動車用部品、鉄道車両用部品、建築部材、パイプ等の工業製品に広く用いられている。特に、機械構造用炭素鋼鋼材や機械構造用合金鋼鋼材は、機械的強度の高さゆえ、歯車やシャフト等、動力伝達システム部品に代表される摺動部品の材料として使われることが多い。 Steel materials are widely used in industrial products such as automobile parts, railway vehicle parts, building materials, and pipes. In particular, carbon steel and alloy steel for mechanical structures are often used as materials for sliding parts such as gears and shafts, which are representative of power transmission system parts, due to their high mechanical strength.

摺動部品の最大の課題は、部品同士の摩擦や摩耗であり、これらは機械システム全体の不具合や低効率化の原因と考えられている。今後、機械システムの小型軽量化が進むことで、摺動部品の環境は一層厳しくなることが予想される。例えば自動車のエンジン部品であるクランクシャフトでは、小型軽量化とともに、回転摺動部の耐焼付性改善が恒久的な課題となっている。これらの問題を解決するために、現行よりも摺動性に優る摺動部品用鋼材を開発し、機械システム全体の小型軽量化に備える必要がある。 The biggest issue with sliding parts is friction and wear between parts, which are thought to be the cause of malfunctions and reduced efficiency in the entire mechanical system. As mechanical systems become smaller and lighter in the future, the environment for sliding parts is expected to become even more severe. For example, with crankshafts, an automobile engine part, improving the seizure resistance of rotating sliding parts is a permanent challenge, along with the need for smaller and lighter parts. To solve these problems, it is necessary to develop steel materials for sliding parts with superior sliding properties compared to current products, in preparation for the reduction in size and weight of entire mechanical systems.

摺動部品用鋼材の解決すべき課題の一つに、部品寿命の延長及び信頼性向上の観点から、耐摩耗性の改善が挙げられる。耐摩耗性の改善には、鋼材の硬度を引き上げることが有効と考えられる。しかし、硬度を引き上げることは、鋼材の被加工性を損なうことになり、部品量産時にはリスクを伴う。そのため、摺動部品の摺動性を向上させる方法として、表層のみを選択的に組織制御し、当該部のみを硬化させる方法が有効である。 One of the challenges that must be overcome for steel materials used in sliding parts is improving their wear resistance in order to extend the lifespan of the parts and increase their reliability. Increasing the hardness of the steel is thought to be an effective way to improve wear resistance. However, increasing the hardness impairs the steel's workability, which poses risks when mass-producing parts. Therefore, an effective method for improving the sliding properties of sliding parts is to selectively control the structure of only the surface layer and harden only that area.

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

硬度の制御以外の方法として、鋼材中の析出物を制御して凝着を抑制することで、耐焼付性を向上させる方法がある。特開2013-227674号公報には、表層部において、焼戻しマルテンサイト及び/又は焼戻しベイナイトに、面積率で1~10%で残留オーステナイトが存在すると共に、炭化物が面積率で5%以上析出している鋼材組織を有し、且つ表面から20μm深さにおける窒素濃度が2.0~6.0%である歯車が記載されている。 In addition to controlling hardness, there is another method of improving seizure resistance by controlling precipitates in the steel material to suppress adhesion. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-227674 describes a gear having a steel structure in which, in the surface layer, tempered martensite and/or tempered bainite contains retained austenite at an area ratio of 1 to 10%, and carbides are precipitated at an area ratio of 5% or more, and the nitrogen concentration at a depth of 20 μm from the surface is 2.0 to 6.0%.

特開2010-100881号公報には、浸炭又は浸炭窒化された摺動部品であって、摺動面の表面から深さ10μmまでの表層部において、摺動面の表面からの深さ10μmにおけるビッカース硬さ:700以上、セメンタイト粒子の平均粒子径:0.6μm以下、摺動面に対して垂直方向の断面におけるセメンタイト粒子の数密度:1個/μm以上、である摺動部品が記載されている。 JP 2010-100881 A describes a carburized or carbonitrided sliding component, in which, in a surface layer portion from the surface of the sliding surface to a depth of 10 μm, the Vickers hardness at a depth of 10 μm from the surface of the sliding surface is 700 or more, the average particle diameter of cementite particles is 0.6 μm or less, and the number density of cementite particles in a cross section perpendicular to the sliding surface is 1 particle/μm or more.

特開平1-230746号公報Japanese Patent Application Publication No. 1-230746 特開2013-227674号公報JP 2013-227674 A 特開2010-100881号公報JP 2010-100881 A

回転軸やクランクシャフト等の摺動部品では、摺動部品同士の表面の摩擦・摩耗を抑制し、過負荷による機械的損傷や熱亀裂等のダメージが抑制された状態で機能させることが重要である。耐摩耗性を向上させる手段として硬度向上があるが、加工性を損なう要因ともなり得る。また、摺動部品では焼付きを防ぐために凝着しにくさが重要である。 For sliding parts such as rotating shafts and crankshafts, it is important to suppress friction and wear between the surfaces of the sliding parts and to ensure that they function in a state where damage such as mechanical damage due to overload and thermal cracking is minimized. Increasing hardness is one way to improve wear resistance, but this can also be a factor that impairs processability. Furthermore, adhesion resistance is important for sliding parts to prevent seizure.

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

本発明の一実施形態による摺動部品用鋼材は、C含有量が0.30~0.60質量%である鋼材からなる摺動部品用鋼材であって、組織が、焼戻しマルテンサイト及びベイナイトの少なくとも一方と鉄炭化物とを含み、体積分率が、前記焼戻しマルテンサイトと前記ベイナイトとの合計:80%以上、前記鉄炭化物:2.0%以上であり、ビッカース硬さが300以上600以下であり、前記鉄炭化物の体積分率Xと前記ビッカース硬さHvとが、下記の関係式(1)を満たす。
X≧-0.065×Hv+36.5 (1)
Xの単位は%であり、Hvの単位はHvである。
A steel material for sliding parts according to one embodiment of the present invention is a steel material for sliding parts made of steel having a C content of 0.30 to 0.60 mass %, wherein the structure contains at least one of tempered martensite and bainite and iron carbide, the volume fraction of the sum of the tempered martensite and the bainite being 80% or more and the volume fraction of the iron carbide being 2.0% or more, the Vickers hardness being 300 or more and 600 or less, and the volume fraction X of the iron carbide and the Vickers hardness Hv satisfying the following relational expression (1):
X≧−0.065×Hv+36.5 (1)
The unit of X is % and the unit of Hv is Hv.

本発明の一実施形態による摺動部品用鋼材は、鋼材の化学組成が、質量%で、C:0.30~0.60%、Si:0.01~2.00%、Mn:0.10~2.00%、Al:0.060%以下、N:0.020%以下、P:0.10%以下、S:0.20%以下、Cr:0~0.50%、残部:Fe及び不純物であってもよい。 The chemical composition of the steel for sliding parts according to one embodiment of the present invention may be, in mass %, C: 0.30 to 0.60%, Si: 0.01 to 2.00%, Mn: 0.10 to 2.00%, Al: 0.060% or less, N: 0.020% or less, P: 0.10% or less, S: 0.20% or less, Cr: 0 to 0.50%, and the balance: Fe and impurities.

本発明の一実施形態による摺動部品用鋼材の製造方法は、上記の摺動部品用鋼材を製造する方法であって、素材を830℃以上1100℃以下の温度に保持した後、保持温度から300℃までの冷却速度が300℃/秒以上になるように冷却して焼入れする工程と、前記焼入れされた素材を200℃以上600℃以下の温度に保持して焼戻しをする工程とを備える。 A method for manufacturing steel material for sliding parts according to one embodiment of the present invention is a method for manufacturing the above-mentioned steel material for sliding parts, and comprises the steps of holding the material at a temperature of 830°C or higher and 1100°C or lower, and then quenching it by cooling it from the holding temperature to 300°C at a cooling rate of 300°C/second or higher, and tempering the quenched material by holding it at a temperature of 200°C or higher and 600°C or lower.

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

図1は、原子間力顕微鏡により取得した鋼材の凹凸像である。FIG. 1 is a roughness image of a steel material obtained by an atomic force microscope. 図2は、原子間力顕微鏡により取得した鋼材の凝着力像である。FIG. 2 is an image of the adhesion force of a steel material obtained by an atomic force microscope. 図3は、鋼材のビッカース硬さと鉄炭化物の体積分率との関係を示す散布図である。FIG. 3 is a scatter diagram showing the relationship between the Vickers hardness of steel and the volume fraction of iron carbide. 図4は、鋼材のビッカース硬さと、ボール・オン・ディスク型摩擦摩耗試験機による摺動試験よって得られた摩耗痕幅との関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the Vickers hardness of steel materials and the width of wear scars obtained by a sliding test using a ball-on-disk type friction and wear tester. 図5は、Arイオンミリングで表面を加工した試験片を原子間力顕微鏡で測定して得た凹凸像の一例である。FIG. 5 shows an example of a topographical image obtained by measuring a test piece whose surface has been processed by Ar ion milling with an atomic force microscope. 図6は、画像解析ソフトウェアで検出した鉄炭化物の一例である。FIG. 6 shows an example of iron carbides detected by image analysis software. 図7は、ボール・オン・ディスク型摩擦摩耗試験機の概略図である。FIG. 7 is a schematic diagram of a ball-on-disk type friction and wear tester.

本発明者らは、摺動性及び加工性に優れた鋼材を開発するため、鋼材の摺動性及び加工性を調査した。その結果、以下の知見を得た。 In order to develop a steel material with excellent sliding properties and workability, the inventors investigated the sliding properties and workability of steel materials. As a result, they obtained the following findings.

図1及び図2は、原子間力顕微鏡(AFM)により取得した像であり、図1は凹凸像、図2は凝着力像である。図1では、凸となっている部分を白色に、凹となっている部分を黒色に表示している。図2では、凝着力が大きい部分を白色に、凝着力が小さい部分を黒色に表示している。 Figures 1 and 2 are images obtained using an atomic force microscope (AFM), with Figure 1 being a topography image and Figure 2 being an adhesion image. In Figure 1, convex parts are shown in white and concave parts in black. In Figure 2, parts with high adhesion force are shown in white and parts with low adhesion force are shown in black.

図1の凹凸像は、表面をArイオンミリングによって加工した試料をAFMで測定することによって得たものである。この加工により、鉄炭化物に比べて軟質な鉄基地は削れ、鉄炭化物は凸として残るため、AFMによる鉄炭化物の探索が可能になる。図1において、白色の部分、すなわち凸となっている部分が鉄炭化物である。同じ範囲で凝着力を測定した結果が図2であり、図1及び図2から、鉄炭化物の凝着力は小さいことが分かる。 The topography image in Figure 1 was obtained by AFM measurement of a sample whose surface had been processed by Ar ion milling. This processing removes the iron matrix, which is softer than the iron carbide, leaving the iron carbide as convex portions, making it possible to search for the iron carbide using AFM. In Figure 1, the white areas, i.e., the convex portions, are iron carbide. Figure 2 shows the results of measuring adhesive force over the same area, and it can be seen from Figures 1 and 2 that the adhesive force of iron carbide is weak.

このことから、鉄炭化物の体積分率を高くすることによって、耐焼付性を向上できると考えられる。一方、鉄炭化物の体積分率を高くすると、鋼材の硬度が低下し、耐摩耗性が低下するとも考えられる。 From this, it is thought that increasing the volume fraction of iron carbide can improve seizure resistance. On the other hand, it is also thought that increasing the volume fraction of iron carbide reduces the hardness of the steel material and reduces its wear resistance.

図3は、後述する実施例において作製した鋼材のビッカース硬さと鉄炭化物の体積分率との関係を示す散布図である。図4は、鋼材のビッカース硬さと、ボール・オン・ディスク型摩擦摩耗試験機による摺動試験によって得られた摩耗痕幅との関係を示すグラフである。摩耗痕幅が小さいほど、耐摩耗性が高いことを意味する。 Figure 3 is a scatter diagram showing the relationship between the Vickers hardness and the volume fraction of iron carbide of the steel materials produced in the examples described below. Figure 4 is a graph showing the relationship between the Vickers hardness of the steel materials and the wear scar width obtained in a sliding test using a ball-on-disk friction and wear tester. The smaller the wear scar width, the higher the wear resistance.

図3及び図4において、鉄炭化物の体積分率Xと鋼材のビッカース硬さHvとが、下記の関係式(1)を充足しているものを白抜きの丸のシンボル、関係式(1)を充足していないものを中実の丸のシンボルで示している。なお、図4における三角のシンボルは、組織を焼入れままの組織とした鋼材のものである。
X≧-0.065×Hv+36.5 (1)
Xの単位は%であり、Hvの単位はHvである。
3 and 4, hollow circles indicate steel materials whose volume fraction X of iron carbides and Vickers hardness Hv satisfy the following relational expression (1), while solid circles indicate steel materials whose structure does not satisfy the relational expression (1). Note that the triangular symbols in Fig. 4 represent steel materials whose structure is an as-quenched structure.
X≧−0.065×Hv+36.5 (1)
The unit of X is % and the unit of Hv is Hv.

図3及び図4から、鉄炭化物の体積分率Xと鋼材のビッカース硬さHvとが関係式(1)を満たせば、優れた耐摩耗性を得られることが分かる。 Figures 3 and 4 show that excellent wear resistance can be obtained if the volume fraction X of iron carbides and the Vickers hardness Hv of the steel material satisfy the relationship (1).

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

[化学組成]
本実施形態による摺動部品用鋼材は、C含有量が0.30~0.60質量%である鋼材からなる。C含有量が高いほど、炭化物の体積分率が高くなる傾向がある。また、C含有量が高いほど、摺動部品用鋼材のビッカース硬さが高くなる傾向がある。C含有量の範囲が0.30~0.60質量%の範囲から外れると、鉄炭化物の体積率とビッカース硬さとの関係式(1)を満たすことが困難になるか、または関係式(1)を満たしても摺動性と加工性とのバランスに優れた鋼材を得ることができない場合がある。本実施形態による摺動部品用鋼材のC含有量の下限は、好ましくは0.32質量%であり、さらに好ましくは0.35質量%であり、さらに好ましくは0.38質量%であり、さらに好ましくは0.40質量%である。本実施形態による摺動部品用鋼材のC含有量の上限は、好ましくは0.58質量%であり、さらに好ましくは0.55質量%である。
[Chemical composition]
The sliding part steel according to this embodiment is made of a steel having a C content of 0.30 to 0.60 mass%. The higher the C content, the higher the carbide volume fraction tends to be. Furthermore, the higher the C content, the higher the Vickers hardness of the sliding part steel tends to be. If the C content is outside the range of 0.30 to 0.60 mass%, it may be difficult to satisfy the relationship between the volume fraction of iron carbides and the Vickers hardness (1), or even if the relationship (1) is satisfied, it may be impossible to obtain a steel having an excellent balance between sliding properties and workability. The lower limit of the C content of the sliding part steel according to this embodiment is preferably 0.32 mass%, more preferably 0.35 mass%, even more preferably 0.38 mass%, and even more preferably 0.40 mass%. The upper limit of the C content of the sliding part steel according to this embodiment is preferably 0.58 mass%, even more preferably 0.55 mass%.

本実施形態による摺動部品用鋼材の化学組成は、C含有量が0.30~0.60質量%であればよく、他は特に限定されないが、例えば以下に説明する化学組成を有していてもよい。以下の説明において、元素の含有量の「%」は、質量%を意味する。 The chemical composition of the steel material for sliding parts according to this embodiment is not particularly limited as long as it has a C content of 0.30 to 0.60 mass %, but may have, for example, the chemical composition described below. In the following description, "%" for the content of an element means mass %.

C:0.30~0.60%
炭素(C)は、鋼の焼入れ性を高める。既述のとおり、C含有量が適正範囲から外れると、鉄炭化物の体積率とビッカース硬さとの関係式(1)を満たすことが困難になるか、または関係式(1)を満たしても摺動性と加工性とのバランスに優れた鋼材を得ることができない場合がある。したがって、C含有量は0.30~0.60%である。C含有量の下限は、好ましくは0.32%であり、さらに好ましくは0.35%であり、さらに好ましくは0.38%であり、さらに好ましくは0.40%である。C含有量の上限は、好ましくは0.58%であり、さらに好ましくは0.55%である。
C: 0.30-0.60%
Carbon (C) improves the hardenability of steel. As mentioned above, if the C content is outside the appropriate range, it may be difficult to satisfy the relationship (1) between the volume fraction of iron carbides and Vickers hardness, or even if the relationship (1) is satisfied, it may be impossible to obtain a steel material with an excellent balance between sliding properties and workability. Therefore, the C content is 0.30 to 0.60%. The lower limit of the C content is preferably 0.32%, more preferably 0.35%, even more preferably 0.38%, and even more preferably 0.40%. The upper limit of the C content is preferably 0.58%, even more preferably 0.55%.

Si:0.01~2.00%
シリコン(Si)は、鋼を脱酸する。一方、Si含有量が高すぎると、鋼の加工性が低下する。したがって、Si含有量は0.01~2.00%であってもよい。Si含有量の下限は、好ましくは0.02%であり、さらに好ましくは0.05%であり、さらに好ましくは0.10%である。Si含有量の上限は、好ましくは1.50%であり、さらに好ましくは1.20%であり、さらに好ましくは0.80%であり、さらに好ましくは0.60%であり、さらに好ましくは0.40%である。
Si: 0.01~2.00%
Silicon (Si) deoxidizes steel. On the other hand, if the Si content is too high, the workability of the steel decreases. Therefore, the Si content may be 0.01 to 2.00%. The lower limit of the Si content is preferably 0.02%, more preferably 0.05%, and even more preferably 0.10%. The upper limit of the Si content is preferably 1.50%, more preferably 1.20%, more preferably 0.80%, more preferably 0.60%, and even more preferably 0.40%.

Mn:0.10~2.00%
マンガン(Mn)は鋼の焼入れ性を高める。一方、Mn含有量が高すぎると、鋼の加工性が低下する。したがって、Mn含有量は0.10~2.00%であってもよい。Mn含有量の下限は、好ましくは0.20%であり、さらに好ましくは0.40%であり、さらに好ましくは0.60%である。Mn含有量の上限は、好ましくは1.80%であり、さらに好ましくは1.60%であり、さらに好ましくは1.50%であり、さらに好ましくは1.00%であり、さらに好ましくは0.90%である。
Mn: 0.10-2.00%
Manganese (Mn) improves the hardenability of steel. On the other hand, if the Mn content is too high, the workability of the steel decreases. Therefore, the Mn content may be 0.10 to 2.00%. The lower limit of the Mn content is preferably 0.20%, more preferably 0.40%, and even more preferably 0.60%. The upper limit of the Mn content is preferably 1.80%, more preferably 1.60%, more preferably 1.50%, even more preferably 1.00%, and even more preferably 0.90%.

Al:0.060%以下
アルミニウム(Al)は、鋼を脱酸する。一方、Al含有量が高すぎると、鋼の加工性が低下する。したがって、Al含有量は、0.060%以下であってもよい。Al含有量の上限は、好ましくは0.050%であり、さらに好ましくは0.040%であり、さらに好ましくは0.030%である。Alによる脱酸の効果を得る場合には、Al含有量を0.020%以上にしてもよい。
Al: 0.060% or less Aluminum (Al) deoxidizes steel. On the other hand, if the Al content is too high, the workability of the steel decreases. Therefore, the Al content may be 0.060% or less. The upper limit of the Al content is preferably 0.050%, more preferably 0.040%, and even more preferably 0.030%. To obtain the deoxidizing effect of Al, the Al content may be 0.020% or more.

N:0.020%以下
窒素(N)は、鋼の熱間加工性を低下させる。したがって、N含有量は0.020%以下であってもよい。N含有量の上限は、好ましくは0.018%であり、さらに好ましくは0.015%であり、さらに好ましくは0.010%であり、さらに好ましくは0.005%である。一方、N含有量を過度に制限すると、製造コストが増加する。そのため、N含有量の下限を0.0010%としてもよい。
N: 0.020% or less Nitrogen (N) reduces the hot workability of steel. Therefore, the N content may be 0.020% or less. The upper limit of the N content is preferably 0.018%, more preferably 0.015%, even more preferably 0.010%, and still more preferably 0.005%. On the other hand, excessive restriction of the N content increases the manufacturing cost. Therefore, the lower limit of the N content may be set to 0.0010%.

P:0.10%以下
リン(P)は、不純物である。Pは粒界に偏析し、鋼の熱間加工性や靱性を低下させる。したがって、P含有量は0.10%以下であってもよい。P含有量は、好ましくは0.03%以下であり、さらに好ましくは0.02%以下である。P含有量はできるだけ低い方が好ましい。
P: 0.10% or less Phosphorus (P) is an impurity. P segregates at grain boundaries and reduces the hot workability and toughness of steel. Therefore, the P content may be 0.10% or less. The P content is preferably 0.03% or less, and more preferably 0.02% or less. The P content should preferably be as low as possible.

S:0.20%以下
硫黄(S)は、鋼の加工性(被削性)を高めるために添加される場合がある。一方、S含有量が高すぎると、鋼の耐焼割れ性が低下する。したがって、S含有量は0.20%以下であってもよい。S含有量の上限は、好ましくは0.12%であり、さらに好ましくは0.08%であり、さらに好ましくは0.06%である。Sによる加工性向上の効果を得る場合には、S含有量を0.020%以上にしてもよい。
S: 0.20% or less Sulfur (S) is sometimes added to improve the workability (machinability) of steel. On the other hand, if the S content is too high, the quench cracking resistance of the steel decreases. Therefore, the S content may be 0.20% or less. The upper limit of the S content is preferably 0.12%, more preferably 0.08%, and even more preferably 0.06%. In order to obtain the effect of improving workability by S, the S content may be 0.020% or more.

Cr:0~0.50%
クロム(Cr)は、任意元素である。すなわち、本実施形態による摺動部品用鋼材は、Crを含有していなくてもよい。Crは、鋼の焼入れ性を高める。Crが少しでも含有されていれば、この効果が得られる。一方、Cr含有量が高すぎると、鋼の加工性が低下する。したがって、Cr含有量は0~0.50%であってもよい。Cr含有量の下限は、好ましくは0.01%であり、さらに好ましくは0.05%である。Cr含有量の上限は、好ましくは0.20%である。
Cr: 0-0.50%
Chromium (Cr) is an optional element. That is, the steel material for sliding parts according to this embodiment does not need to contain Cr. Cr improves the hardenability of steel. This effect can be achieved even if even a small amount of Cr is contained. On the other hand, if the Cr content is too high, the workability of the steel decreases. Therefore, the Cr content may be 0 to 0.50%. The lower limit of the Cr content is preferably 0.01%, and more preferably 0.05%. The upper limit of the Cr content is preferably 0.20%.

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

本実施形態による摺動部品用鋼材は、機械構造用炭素鋼鋼材又は機械構造用合金鋼鋼材からなるものであってもよい。本実施形態による摺動部品用鋼材は、好ましくは、JIS G 4051:2016に規定された機械構造用炭素鋼鋼材、又はJIS G 4053:2016に規定された機械構造用合金鋼鋼材からなる。そのなかでも、JIS G 4051:2016のS45C、及びS50C、並びにJIS G 4053:2016のSMn438が特に好ましい。また、これらの鋼材に、加工性(被削性)向上のために0.20質量%以下のSを含有させたものを用いてもよい。 The sliding part steel material according to this embodiment may be made of carbon steel for mechanical construction or alloy steel for mechanical construction. The sliding part steel material according to this embodiment is preferably made of carbon steel for mechanical construction specified in JIS G 4051:2016 or alloy steel for mechanical construction specified in JIS G 4053:2016. Among these, S45C and S50C specified in JIS G 4051:2016 and SMn438 specified in JIS G 4053:2016 are particularly preferred. Furthermore, these steel materials may contain 0.20% by mass or less of S to improve workability (machinability).

[組織]
本実施形態による摺動部品用鋼材の組織は、焼戻しマルテンサイト及びベイナイト(焼戻しがされたベイナイトを含む。以下同じ。)の少なくとも一方と鉄炭化物とを含み、体積分率が、焼戻しマルテンサイトとベイナイトとの合計:80%以上、鉄炭化物:2.0%以上である。
[Organization]
The structure of the steel material for sliding parts according to this embodiment includes at least one of tempered martensite and bainite (including tempered bainite; the same applies hereinafter), and iron carbide, with the volume fraction of the total of tempered martensite and bainite being 80% or more, and the volume fraction of iron carbide being 2.0% or more.

本実施形態による摺動部品用鋼材の組織は、焼戻しマルテンサイトの体積分率とベイナイトの体積分率との合計が80%以上である。本実施形態による摺動部品用鋼材の組織は、焼戻しマルテンサイト及びベイナイトの少なくとも一方を含んでいればよい。 The structure of the steel material for sliding parts according to this embodiment has a total volume fraction of tempered martensite and bainite of 80% or more. The structure of the steel material for sliding parts according to this embodiment may contain at least one of tempered martensite and bainite.

本実施形態では、摺動部品用鋼材に焼戻しをして所定量の鉄炭化物を含んだ組織とすることによって、摺動部品用鋼材の加工性を確保する。これに対し、摺動部品用鋼材の組織を焼入れままの組織(焼入れままマルテンサイトを主体とする組織)にした場合、良好な加工性を確保することが困難になる。本実施形態による摺動部品用鋼材は、焼戻しマルテンサイトを含んでいることが好ましい。In this embodiment, the steel for sliding parts is tempered to create a structure containing a predetermined amount of iron carbide, thereby ensuring the workability of the steel for sliding parts. In contrast, if the structure of the steel for sliding parts is left as quenched (a structure mainly composed of martensite as quenched), it becomes difficult to ensure good workability. The steel for sliding parts according to this embodiment preferably contains tempered martensite.

焼戻しマルテンサイトの体積分率とベイナイトの体積分率との合計が80%未満の場合、優れた耐摩耗性を得ることが困難になる。焼戻しマルテンサイトの体積分率とベイナイトの体積分率との合計は、好ましくは85%以上であり、さらに好ましくは90%以上であり、さらに好ましくは95%以上である。If the sum of the volume fraction of tempered martensite and the volume fraction of bainite is less than 80%, it becomes difficult to obtain excellent wear resistance. The sum of the volume fraction of tempered martensite and the volume fraction of bainite is preferably 85% or more, more preferably 90% or more, and even more preferably 95% or more.

本実施形態では、組織の体積分率の計算において、鉄炭化物を独立した組織として扱い、鉄炭化物を焼戻しマルテンサイト及びベイナイトから区別する。すなわち、鉄炭化物が析出している部分は、焼戻しマルテンサイト又はベイナイトの体積には含めない。In this embodiment, in calculating the volume fraction of the structure, iron carbide is treated as an independent structure and is distinguished from tempered martensite and bainite. In other words, the area where iron carbide precipitates is not included in the volume of tempered martensite or bainite.

本実施形態による摺動部品用鋼材の組織は、鉄炭化物の体積分率が2.0%以上である。本実施形態による摺動部品用鋼材の鉄炭化物は、具体的には、ε炭化物及びセメンタイトの少なくとも一つである。摺動部品用鋼材に含まれる鉄炭化物は、一種類であっても複数の種類であってもよい。複数の種類の鉄炭化物が含まれている場合、鉄炭化物の体積分率はそれらの鉄炭化物の体積分率の合計とする。 The structure of the steel material for sliding parts according to this embodiment has an iron carbide volume fraction of 2.0% or more. Specifically, the iron carbide in the steel material for sliding parts according to this embodiment is at least one of ε carbide and cementite. The iron carbide contained in the steel material for sliding parts may be one type or multiple types. When multiple types of iron carbide are contained, the volume fraction of iron carbide is the sum of the volume fractions of those iron carbides.

鉄炭化物の体積分率が2.0%未満であると、優れた耐摩耗性を得ることが困難になる。鉄炭化物の体積分率の下限は、好ましくは3.0%であり、さらに好ましくは5.0%であり、さらに好ましくは7.0%である。鉄炭化物の体積分率の上限は、好ましくは18.0%であり、さらに好ましくは15.0%であり、さらに好ましくは12.0%であり、さらに好ましくは10.0%であり、さらに好ましくは8.0%である。If the volume fraction of iron carbide is less than 2.0%, it becomes difficult to obtain excellent wear resistance. The lower limit of the volume fraction of iron carbide is preferably 3.0%, more preferably 5.0%, and even more preferably 7.0%. The upper limit of the volume fraction of iron carbide is preferably 18.0%, more preferably 15.0%, even more preferably 12.0%, even more preferably 10.0%, and even more preferably 8.0%.

鉄炭化物の体積分率は、鋼材のC含有量、及び焼戻しの条件によって調整することができる。具体的には、C含有量が高いほど、鉄炭化物の体積分率が高くなる傾向がある。また、焼戻しの条件については、保持温度が高く、保持時間が長いほど、鉄炭化物の体積分率が高くなる傾向がある。 The volume fraction of iron carbide can be adjusted by the C content of the steel and the tempering conditions. Specifically, the higher the C content, the higher the volume fraction of iron carbide tends to be. Furthermore, with regard to tempering conditions, the higher the holding temperature and the longer the holding time, the higher the volume fraction of iron carbide tends to be.

本実施形態による摺動部品用鋼材の組織は、焼戻しマルテンサイト、ベイナイト、及び鉄炭化物以外の組織を少量含んでいても良い。焼戻しマルテンサイト、ベイナイト、及び鉄炭化物以外の組織は例えば、フェライト、パーライト、残留オーステナイト、MnS等である。本実施形態による摺動部品用鋼材の組織における、焼戻しマルテンサイト、ベイナイト、及び炭化物以外の組織の体積分率は、好ましくは合計で5.0%以下であり、さらに好ましくは3.0%以下であり、さらに好ましくは2.0%以下であり、さらに好ましくは1.0%以下である。 The structure of the steel material for sliding parts according to this embodiment may contain small amounts of structures other than tempered martensite, bainite, and iron carbide. Examples of structures other than tempered martensite, bainite, and iron carbide include ferrite, pearlite, retained austenite, MnS, etc. In the structure of the steel material for sliding parts according to this embodiment, the volume fraction of structures other than tempered martensite, bainite, and carbides is preferably 5.0% or less in total, more preferably 3.0% or less, even more preferably 2.0% or less, and even more preferably 1.0% or less.

[ビッカース硬さ]
本実施形態による摺動部品用鋼材は、ビッカース硬さが300以上600以下である。ビッカース硬さが300未満であると、優れた耐摩耗性を得ることが困難になる。一方、ビッカース硬さが600よりも高くなると、加工性が低下する。耐摩耗性の観点からは、ビッカース硬さの下限は、好ましくは350であり、さらに好ましくは400であり、さらに好ましくは450であり、さらに好ましくは500であり、さらに好ましくは530である。加工性の観点からは、ビッカース硬さの上限は、好ましくは580であり、さらに好ましくは560であり、さらに好ましくは550であり、さらに好ましくは530であり、さらに好ましくは520である。
[Vickers hardness]
The steel material for sliding parts according to this embodiment has a Vickers hardness of 300 or more and 600 or less. If the Vickers hardness is less than 300, it becomes difficult to obtain excellent wear resistance. On the other hand, if the Vickers hardness is higher than 600, workability decreases. From the viewpoint of wear resistance, the lower limit of the Vickers hardness is preferably 350, more preferably 400, even more preferably 450, even more preferably 500, and even more preferably 530. From the viewpoint of workability, the upper limit of the Vickers hardness is preferably 580, more preferably 560, even more preferably 550, even more preferably 530, and even more preferably 520.

摺動部品用鋼材のビッカース硬さは、鋼材のC含有量、焼入れの条件、及び焼戻しの条件によって調整することができる。具体的には、C含有量が高いほど、ビッカース硬さが高くなる傾向がある。焼入れの条件については、冷却速度が大きいほど、ビッカース硬さが高くなる傾向がある。また、焼戻しの条件については、保持温度が低く、保持時間が短いほど、ビッカース硬さが高くなる傾向がある。 The Vickers hardness of steel for sliding parts can be adjusted by the steel's C content, quenching conditions, and tempering conditions. Specifically, the higher the C content, the higher the Vickers hardness tends to be. Regarding quenching conditions, the faster the cooling rate, the higher the Vickers hardness tends to be. Regarding tempering conditions, the lower the holding temperature and the shorter the holding time, the higher the Vickers hardness tends to be.

[関係式(1)]
本実施形態による摺動部品用鋼材は、鉄炭化物の体積分率Xと鋼材のビッカース硬さHvとが、下記の関係式(1)を満たす。関係式(1)を満たすことによって、優れた耐摩耗性が得られる。
X≧-0.065×Hv+36.5 (1)
Xの単位は%であり、Hvの単位はHvである。
[Relationship (1)]
In the steel material for sliding parts according to this embodiment, the volume fraction X of iron carbide and the Vickers hardness Hv of the steel material satisfy the following relational expression (1): By satisfying the relational expression (1), excellent wear resistance can be obtained.
X≧−0.065×Hv+36.5 (1)
The unit of X is % and the unit of Hv is Hv.

[その他]
本実施形態による摺動部品用鋼材は、好ましくは、鉄炭化物の平均短軸長さが0.027μm以下である。このような形状の鉄炭化物を分散させることで、鋼材全体の硬さを保つことができる。鉄炭化物が大きすぎると、基地の柔らかさの影響が大きくなり、耐摩耗性が低下する場合がある。鉄炭化物の平均短軸長さは、好ましくは0.025μm以下である。
[others]
In the steel material for sliding parts according to this embodiment, the average minor axis length of the iron carbides is preferably 0.027 μm or less. By dispersing iron carbides of this shape, the hardness of the steel material as a whole can be maintained. If the iron carbides are too large, the softness of the matrix will have a large effect, and wear resistance may decrease. The average minor axis length of the iron carbides is preferably 0.025 μm or less.

本実施形態による摺動部品用鋼材は、表面に窒化層、浸炭層及び浸炭窒化層のいずれをも有さないことが好ましい。 It is preferable that the steel material for sliding parts according to this embodiment does not have any of a nitride layer, a carburized layer, or a carbonitrided layer on the surface.

本実施形態による摺動部品用鋼材は、表面のビッカース硬さが300以上600以下であり、表面における鉄炭化物の体積分率Xとビッカース硬さHvとが、上述した関係式(1)を満たすことが好ましい。 The steel material for sliding parts according to this embodiment has a surface Vickers hardness of 300 or more and 600 or less, and it is preferable that the volume fraction X of iron carbides on the surface and the Vickers hardness Hv satisfy the above-mentioned relationship (1).

上記において、「表面のビッカース硬さ」は、より具体的には、摺動部品用鋼材の表面から深さ100μm以下の領域のビッカース硬さを意味する。「表面における鉄炭化物の体積分率」はより具体的には、摺動部品用鋼材の表面から深さ100μm以下の領域の組織における鉄炭化物の体積分率を意味する。 In the above, "surface Vickers hardness" more specifically means the Vickers hardness in a region 100 μm or less deep from the surface of the steel for sliding parts. "Volume fraction of iron carbide in the surface" more specifically means the volume fraction of iron carbide in the structure in a region 100 μm or less deep from the surface of the steel for sliding parts.

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

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

素材を830℃以上1100℃以下の温度に保持した後、保持温度から300℃までの冷却速度が300℃/秒以上になるように冷却して焼入れする。保持温度が低すぎると、均一な組織が得られない場合がある。一方、保持温度が高すぎると、結晶粒が粗大化する場合がある。冷却速度が小さすぎると、所定の組織が得られない場合がある。なお、焼入れ工程での冷却速度を大きくするほど、最終的に得られる摺動部品用鋼材のビッカース硬さが高くなる傾向がある。 The material is held at a temperature between 830°C and 1100°C, and then quenched by cooling from the holding temperature to 300°C at a cooling rate of 300°C/second or more. If the holding temperature is too low, a uniform structure may not be obtained. On the other hand, if the holding temperature is too high, the crystal grains may become coarse. If the cooling rate is too slow, the desired structure may not be obtained. Note that the higher the cooling rate in the quenching process, the higher the Vickers hardness of the final steel material for sliding parts tends to be.

焼入れされた素材を200℃以上600℃以下の温度に保持して焼戻しをする。焼戻しの保持温度が高く、保持時間が長いほど、最終的に得られる摺動部品用鋼材のビッカース硬さが低くなる傾向がある。また、焼戻しの保持温度が高く、保持時間が長いほど、最終的に得られる摺動部品用鋼材の組織における鉄炭化物の体積分率が高くなる傾向がある。焼戻しの保持温度がこの範囲から外れると、鉄炭化物の体積分率及びビッカース硬さを所定の範囲にすることが困難になる。鋼材の化学組成等に応じて焼入れ及び焼戻しの条件を調整し、鉄炭化物の体積分率Xとビッカース硬さHvとが関係式(1)を満たすようにする。これによって、本実施形態による摺動部品用鋼材が得られる。 The quenched material is tempered by holding it at a temperature of 200°C or higher and 600°C or lower. The higher the tempering temperature and the longer the holding time, the lower the Vickers hardness of the final sliding part steel. Furthermore, the higher the tempering temperature and the longer the holding time, the higher the volume fraction of iron carbide in the structure of the final sliding part steel. If the tempering temperature falls outside this range, it becomes difficult to achieve the iron carbide volume fraction and Vickers hardness within the specified range. The quenching and tempering conditions are adjusted according to the chemical composition of the steel, etc., so that the iron carbide volume fraction X and Vickers hardness Hv satisfy the relationship (1). This results in the steel for sliding parts according to this embodiment.

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

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

表1に示す化学組成を有する鋼を10kg真空誘導溶解炉によって溶製し、インゴットを作製した。 Steel having the chemical composition shown in Table 1 was melted in a 10 kg vacuum induction melting furnace to produce ingots.

このインゴットを950~1200℃で熱間鍛造し、厚さ30mm、幅100mm、長さ290mmにした後、厚さ7mm、幅110mmまで圧延した。圧延した材料を幅15mm、長さ60~120mm、厚さ7mmに切断し、表2に記載の熱処理を行った。なお、熱処理前の組織は、いずれもフェライト・パーライト(F+P)であった。表2の「焼入れ」の「冷却速度」の欄の数値は、焼入れの保持温度から300℃までの冷却速度である。 This ingot was hot forged at 950-1200°C to a thickness of 30 mm, width of 100 mm, and length of 290 mm, and then rolled to a thickness of 7 mm and width of 110 mm. The rolled material was cut into a width of 15 mm, length of 60-120 mm, and thickness of 7 mm, and subjected to the heat treatment described in Table 2. Note that the structure before heat treatment was ferrite-pearlite (F+P) in all cases. The values in the "Cooling rate" column under "Quenching" in Table 2 are the cooling rates from the quenching holding temperature to 300°C.

熱処理後、それぞれの材料から20mm角、厚さ2mmの試験片を複数採取した。これらの試験片を用いて組織の観察、ビッカース硬さの測定、及び摺動性の評価を行った。After the heat treatment, several test pieces measuring 20 mm square and 2 mm thick were taken from each material. These test pieces were used to observe the structure, measure Vickers hardness, and evaluate sliding properties.

組織観察用の試験片は、Arイオンミリングで表面を加工した。Arイオンビームを試料に対し垂直方向から角度80°以上で照射することで、鉄炭化物に比べて軟質な鉄基地は削れ、鉄炭化物は凸として残るため、原子間力顕微鏡(AFM)による鉄炭化物の探索が可能になる。AFMで取得した加工済みの試験片の表面凹凸像の一例を図5に示す。白色が凸部、黒色が凹部を示す。図5の白色の部分が鉄炭化物である。 The surface of the test specimen for microstructural observation was processed by Ar ion milling. By irradiating the sample with an Ar ion beam at an angle of 80° or more from the perpendicular direction, the iron matrix, which is softer than the iron carbide, is milled away, leaving the iron carbide as convex portions, making it possible to search for the iron carbide using an atomic force microscope (AFM). Figure 5 shows an example of a surface roughness image of a processed test specimen taken with an AFM. White indicates convex portions, and black indicates concave portions. The white areas in Figure 5 are iron carbide.

鉄炭化物の体積分率は、試験片の3箇所でAFMによって2μm×2μmの範囲で凹凸像を取得し、画像解析ソフトウェアを用いて算出した。画像解析ソフトウェアはImageJを使用した。画像解析ソフトウェアによって粒径が検出できるように画像のコントラストや解像度を調整した後に二値化し、画像解析ソフトウェアの粒子解析機能を使って粒子を検出した。画像解析ソフトウェアで検出した鉄炭化物の一例を図6に示す。観察した3箇所のそれぞれで鉄炭化物の面積率を算出し、それらの平均を求めた。得られた面積率を鉄炭化物の体積分率とみなした。 The volume fraction of iron carbide was calculated using image analysis software, after obtaining topographical images of a 2 μm x 2 μm area at three locations on the test piece using an AFM. ImageJ was used as the image analysis software. The image contrast and resolution were adjusted so that the particle size could be detected using the image analysis software, and then the images were binarized. The particles were then detected using the particle analysis function of the image analysis software. Figure 6 shows an example of iron carbide detected using the image analysis software. The area fraction of iron carbide was calculated at each of the three observed locations, and the average was calculated. The resulting area fraction was considered to be the volume fraction of iron carbide.

フェライトの体積分率は、SEMの二次電子像(凹凸像)を使って算出した。試料表面をナイタール腐食し、フェライトのみを腐食させて凹にさせた後、倍率1000倍で二次電子像を取得した。取得した像を画像解析ソフトウェアImageJに取り込み、Freehand selectionやPolygon selection機能を使って該当領域を選択し、選択箇所をマスキングし、鉄炭化物のときと同様に二値化を行い、画像解析ソフトウェアの粒子解析機能を使って該当領域を検出した。観察した3箇所のそれぞれでフェライトの面積率を算出し、それらの平均を求めた。得られた面積率をフェライトの体積分率とみなした。 The ferrite volume fraction was calculated using SEM secondary electron images (topography images). The sample surface was etched with nital to etch only the ferrite, creating depressions, and then a secondary electron image was acquired at 1000x magnification. The acquired image was imported into the image analysis software ImageJ, and the relevant area was selected using the freehand selection or polygon selection functions. The selected area was masked and binarized in the same way as for iron carbide, and the relevant area was detected using the particle analysis function of the image analysis software. The ferrite area fraction was calculated at each of the three observed locations and their average was calculated. The resulting area fraction was considered to be the ferrite volume fraction.

残留オーステナイトの体積分率は、X線回折によって測定した。MnSの体積分率は、試験片の表面を光学顕微鏡(倍率:210倍、視野の大きさ:1218μm×1218μm)で撮影してMnSの面積率を求め、この面積率を体積分率とみなした。焼戻しマルテンサイトの体積分率とベイナイトの体積分率との合計(又はマルテンサイトの体積分率とベイナイトの体積分率との合計)は、鉄炭化物、残留オーステナイト、フェライト、及びMnSの体積分率の和を100%から引いて求めた。The volume fraction of retained austenite was measured by X-ray diffraction. The volume fraction of MnS was determined by photographing the surface of the test specimen with an optical microscope (magnification: 210x, field of view: 1218 μm x 1218 μm) to determine the area fraction of MnS, and this area fraction was considered to be the volume fraction. The sum of the volume fractions of tempered martensite and bainite (or the sum of the volume fractions of martensite and bainite) was calculated by subtracting the sum of the volume fractions of iron carbide, retained austenite, ferrite, and MnS from 100%.

鉄炭化物の形態は、鉄炭化物の体積分率を求める際に取得した凹凸像から画像解析によって求めた。具体的には、画像を二値化し、画像解析ソフトウェアの粒子解析機能を使って各観察視野内のすべての粒子を楕円近似した。観察した3箇所のそれぞれで平均短軸長さ及び平均長軸長さを求め、それらの平均を求めた。The morphology of the iron carbides was determined by image analysis of the topographical images acquired when determining the volume fraction of iron carbides. Specifically, the images were binarized, and all particles within each observation field were approximated as ellipses using the particle analysis function of the image analysis software. The average minor axis length and average major axis length were determined at each of the three observation locations, and then their average was calculated.

ビッカース硬さは、試験力1kgf(9.807N)で5点測定し、その平均を求めた。 Vickers hardness was measured at five points with a test force of 1 kgf (9.807 N) and the average was calculated.

各鋼材の熱処理後の組織及びビッカース硬さを表3に示す。表3の組織の体積分率の欄の「M」は焼入れままマルテンサイト、「B」はベイナイト、「TM」は焼戻しマルテンサイト、「残留γ」は残留オーステナイトを表す。The structure and Vickers hardness of each steel after heat treatment are shown in Table 3. In the volume fraction column of the structure in Table 3, "M" represents as-quenched martensite, "B" represents bainite, "TM" represents tempered martensite, and "residual γ" represents retained austenite.

摺動試験用の試験片の表面は鏡面仕上げとした。摺動試験は、ボール・オン・ディスク型摩擦摩耗試験機によって行った。図7に試験機の概略図を示す。ボールはアルミナ製のものを使用し、荷重を10N、摺動速度を10mm/秒とした。摺動試験後、摺動痕の幅を測定し、摺動痕幅の平均値が160μm以下であれば耐摩耗性が「良」であると評価し、160μmを超えていれば耐摩耗性が「不可」であると評価した。The surfaces of the test specimens for the sliding test were mirror-finished. The sliding test was conducted using a ball-on-disk friction and wear tester. Figure 7 shows a schematic diagram of the tester. Alumina balls were used, and the load was 10 N and the sliding speed was 10 mm/sec. After the sliding test, the width of the sliding marks was measured, and if the average sliding mark width was 160 μm or less, the wear resistance was evaluated as "good," and if it exceeded 160 μm, the wear resistance was evaluated as "poor."

各鋼材のビッカース硬さ、炭化物(鉄炭化物)の体積分率、及び摺動試験の結果を表4に示す。加工性は、ビッカース硬さが600以下であれば「良」、600を超えていれば「不可」と評価した。総合評価は、加工性及び耐摩耗性の両方が「良」であるものを「合格」とし、加工性及び耐摩耗性のいずれかが「不可」であるものを「不可」とした。 The Vickers hardness, carbide (iron carbide) volume fraction, and sliding test results for each steel are shown in Table 4. Workability was rated "good" if the Vickers hardness was 600 or less, and "poor" if it was over 600. The overall evaluation was "pass" if both workability and wear resistance were "good," and "poor" if either workability or wear resistance was "poor."

表4に示すように、No.4~7、9、10及び14~17の鋼材は、ビッカース硬さが300~600であり、鉄炭化物の体積分率Xとビッカース硬さHvとが、関係式(1)を充足した。これらの試験材は、摺動試験後の摩耗痕幅が160μm以下であり、優れた耐摩耗性を示した。また、これらの試験材は、ビッカース硬さHvが600以下であり、加工性にも優れていた。 As shown in Table 4, steel materials Nos. 4 to 7, 9, 10, and 14 to 17 had Vickers hardnesses of 300 to 600, and the iron carbide volume fraction X and Vickers hardness Hv satisfied the relationship (1). These test materials exhibited excellent wear resistance, with wear scar widths of 160 μm or less after the sliding test. Furthermore, these test materials also had excellent workability, with Vickers hardness Hv of 600 or less.

No.1~3、8、12、及び13の鋼材は、摺動試験後の摩耗痕幅が160μmを超えていた。これは、鉄炭化物の体積分率Xとビッカース硬さHvとが、関係式(1)を充足しなかったためと考えられる。 For steel materials Nos. 1 to 3, 8, 12, and 13, the wear scar width after the sliding test exceeded 160 μm. This is thought to be because the volume fraction X of iron carbide and the Vickers hardness Hv did not satisfy the relationship (1).

No.11の鋼材は組織を焼入れままの組織としたものである。No.11の鋼材は、耐摩耗性は良好であったが、ビッカース硬さHvが600を超えており、加工性が劣っていた。 Steel No. 11 had an as-quenched structure. Steel No. 11 had good wear resistance, but its Vickers hardness (Hv) exceeded 600, making it poor in workability.

図3は、鋼材のビッカース硬さと鉄炭化物の体積分率との関係を示す散布図である。図4は、鋼材のビッカース硬さと、ボール・オン・ディスク型摩擦摩耗試験による摺動試験よって得られた摩耗痕幅との関係を示すグラフである。図3及び図4において、鉄炭化物の体積分率Xと鋼材のビッカース硬さHvとが、関係式(1)を充足しているものを白抜きの丸のシンボル、関係式(1)を充足していないものを中実の丸のシンボルで示している。図4における三角のシンボルは、組織を焼入れままの組織とした鋼材(No.11)のものである。図3及び図4から、鉄炭化物の体積分率Xと鋼材のビッカース硬さHvとが関係式(1)を満たせば、優れた耐摩耗性を得られることが分かる。 Figure 3 is a scatter plot showing the relationship between the Vickers hardness of steel and the volume fraction of iron carbide. Figure 4 is a graph showing the relationship between the Vickers hardness of steel and the wear scar width obtained by a sliding test using a ball-on-disk friction and wear test. In Figures 3 and 4, open circles indicate steels whose iron carbide volume fraction X and Vickers hardness Hv satisfy the relationship (1), while solid circles indicate steels whose relationship (1) does not. The triangular symbols in Figure 4 represent steel (No. 11) whose structure remains as quenched. Figures 3 and 4 reveal that excellent wear resistance can be achieved when the iron carbide volume fraction X and Vickers hardness Hv of steel satisfy the relationship (1).

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

Claims (4)

鋼材からなる摺動部品用鋼材であって、
前記鋼材の化学組成が、質量%で、
C :0.30~0.60%、
Si:0.01~2.00%、
Mn:0.10~2.00%、
Al:0.060%以下、
N :0.020%以下、
P :0.10%以下、
S :0.20%以下、
Cr:0~0.50%、
残部:Fe及び不純物であり、
表面の組織が、焼戻しマルテンサイト及びベイナイトの少なくとも一方と鉄炭化物とを含み、体積分率が、前記焼戻しマルテンサイトと前記ベイナイトとの合計:80%以上、前記鉄炭化物:2.0%以上であり、
表面のビッカース硬さが300以上600以下であり、
前記表面の組織の鉄炭化物の体積分率Xと前記表面のビッカース硬さHvとが、下記の関係式(1)を満たし、
前記鉄炭化物の平均短軸長さが0.027μm以下である、摺動部品用鋼材。
X≧-0.065×Hv+36.5 (1)
Xの単位は%であり、Hvの単位はHvである。
A steel material for sliding parts made of steel ,
The chemical composition of the steel material is, in mass%,
C: 0.30-0.60%,
Si: 0.01-2.00%,
Mn: 0.10-2.00%,
Al: 0.060% or less,
N: 0.020% or less,
P: 0.10% or less,
S: 0.20% or less,
Cr: 0 to 0.50%,
The balance is Fe and impurities.
the surface structure contains at least one of tempered martensite and bainite and iron carbide, and the volume fraction of the total of the tempered martensite and the bainite is 80% or more and the volume fraction of the iron carbide is 2.0% or more;
The Vickers hardness of the surface is 300 or more and 600 or less,
The volume fraction X of iron carbide in the surface structure and the Vickers hardness Hv of the surface satisfy the following relational expression (1),
The steel material for sliding parts, wherein the iron carbide has an average minor axis length of 0.027 μm or less .
X≧−0.065×Hv+36.5 (1)
The unit of X is % and the unit of Hv is Hv.
請求項1に記載の摺動部品用鋼材であって、
表面に窒化層、浸炭層及び浸炭窒化層のいずれをも有さない、摺動部品用鋼材。
The steel material for sliding parts according to claim 1 ,
A steel material for sliding parts that does not have any nitride layer, carburized layer or carbonitrided layer on its surface.
請求項1又は2に記載の摺動部品用鋼材であって、
前記表面のビッカース硬さが300以上550以下である、摺動部品用鋼材。
The steel material for sliding parts according to claim 1 or 2,
The steel material for sliding parts has a Vickers hardness of the surface of 300 or more and 550 or less.
請求項1又は2に記載の摺動部品用鋼材の製造方法であって、
素材を830℃以上1100℃以下の温度に保持した後、保持温度から300℃までの冷却速度が300℃/秒以上になるように冷却して焼入れする工程と、
前記焼入れされた素材を200℃以上600℃以下の温度に保持して焼戻しをする工程とを備える、摺動部品用鋼材の製造方法。
A method for producing a steel material for sliding parts according to claim 1 or 2,
a step of holding the material at a temperature of 830°C or higher and 1100°C or lower, and then quenching the material by cooling it from the holding temperature to 300°C at a cooling rate of 300°C/second or higher;
and tempering the quenched material by holding it at a temperature of 200°C or higher and 600°C or lower.
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