KR20170045336A

KR20170045336A - 비조질형 연질화 부품

Info

Publication number: KR20170045336A
Application number: KR1020177008608A
Authority: KR
Inventors: 시게후미 니시타니; 모토키 다카스가; 다츠야 하세가와; 마사토 유야; 요시히로 다키타니
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤; 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2014-09-02
Filing date: 2015-08-10
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2035-08-10
Also published as: US20170275741A1; EP3190199A4; EP3190199B1; JPWO2016035519A1; KR101928680B1; CN107075628B; WO2016035519A1; EP3190199A1; JP6304386B2; CN107075628A

Abstract

베이스 강재(base steel material)의 화학 조성이, 질량%로, C:0.35~0.50%, Si:0.10~0.35%, Mn:2.3~2.8%, S≤0.10%, N:0.0030~0.0250%, Cu:0~1.0%, Mo:0~0.3%, Ni:0~0.5%, Ti:0~0.020%, 잔부:Fe 및 불순물이고, 3.10≤(0.316C＋0.122)×(0.7Si＋1)×(5.1Mn-1.12)×(0.364Ni＋1)×(2.16Cr＋1)×(3Mo＋1)≤6.00이며, 불순물 중의 P, Al 및 Cr이 각각, P≤0.08%, Al≤0.05% 및 Cr＜0.20%이며, 응력 집중부에 있어서, 표면으로부터 0.05㎜ 위치의 HV 경도가 410~480이며, 표면으로부터 1.0㎜ 위치의 HV 경도가 200 이상이며, 화합물층 깊이가 5㎛ 이하이며, 또한 베이스재의 금속 조직이 베이나이트 조직인, 비조질형 연질화 부품. 이 비조질형 연질화 부품은, 뛰어난 굽힘 교정성과 높은 피로 강도를 갖는다.

Description

비조질형 연질화 부품{NON-TEMPERED SOFT-NITRIDED COMPONENT}

본 발명은, 비조질형 연질화 부품에 관한 것이다. 보다 자세히는, 높은 굽힘 피로 강도와 뛰어난 굽힘 교정성을 갖는 비조질형 연질화 부품에 관한 것이다.

「비조질형 연질화 부품」이란, 기계 가공 후에, 이른바 「조질 처리」인 「담금질-뜨임 처리」를 받지 않고 연질화 처리가 실시된 부품을 가리킨다. 이하, 상기의 「연질화 처리가 실시된 부품」을 간단히 「연질화 부품」이라고 칭한다.

자동차, 산업 기계 및 건설 기계 등에 이용되는 크랭크 샤프트, 커넥팅 로드 등은, 소요의 형상으로 단조 및 기계 가공한 후에, 담금질-뜨임의 조질 처리를 행하지 않고, 연질화 처리를 실시하여 제조된다. 특히, 높은 피로 강도, 내마모성 등이 요구되는 자동차 부품의 제조에서는, 단조와 기계 가공 후에 표면 경화 처리인 고주파 담금질 처리, 연질화 처리 등의 처리가 실시되는 경우가 많다.

상기의 「연질화 처리」는, A₁ 변태점 이하의 온도에서 질소와 탄소를 확산 침투 처리하는 것이며, 열처리 온도가 낮고, 「고주파 담금질 처리」에 비해 열처리 왜곡이 작은 것을 큰 특징으로 하고 있다. 연질화 처리를 실시한 부품의 표층에는, 나이탈로 부식시키면 하얗게 관찰되는 「화합물층」(Fe₃N 등의 질화물이 석출된 층)이 형성된다. 상기의 화합물층과 베이스재(base material)(이하, 「모재」라고도 한다.) 사이에는 「확산층」이 형성된다.

연질화 처리에서의 열처리 왜곡은 작기는 하지만, 전혀 없지는 않고, 적잖이 치수 정밀도에 악영향을 미친다. 특히, 회전축 부품인 크랭크 샤프트 등에 있어서는, 치수 정밀도의 저하는 경미해도 문제가 된다. 따라서, 연질화 처리 후에 굽힘 교정을 행하여 치수 정밀도를 높일 필요가 있다.

그런데, 연질화 부품에 굽힘 교정을 행하면 표층으로부터 균열이 발생하는 경우가 있다. 이 때문에, 크랭크 샤프트와 같은 연질화 부품에는, 굽힘 피로 강도가 높은 것에 더해, 굽힘 교정을 행한 경우에도 균열이 생기지 않는 것, 즉, 굽힘 교정성이 뛰어난 것도 요구된다.

이하의 설명에 있어서는, 상기의 연질화 부품을 「크랭크 샤프트」로 대표시켜 설명하는 경우가 있다.

근래, 환경에 대한 배려가 요구되게 되어, 엔진의 주요 부품인 크랭크 샤프트도 예외없이 경량 소형화가 지향되고, 예를 들면, 800MPa 이상이라는 매우 높은 굽힘 피로 강도가 요구되도록 되어 있다.

또한, 저비용화, 자원 절약화 등의 관점으로부터, 제조시에 「담금질-뜨임 처리」(조질 처리)를 실시하지 않는 비조질형 크랭크 샤프트에 대한 요망도 커지고 있다.

비조질형의 크랭크 샤프트에 상기의 800MPa 이상이라는 굽힘 피로 강도를 확보시키기 위해서는, 부품 표면으로부터 0.05㎜ 위치의 경도(이하, 「표층 경도」라고 하는 경우가 있다.)를 연질화 처리 후에 적어도 비커스 경도(이하, 「HV 경도」라고 한다.)로 410 이상으로 할 필요가 있다.

그러나, 크랭크 샤프트의 표면으로부터 0.05㎜ 위치의 HV 경도를 410 이상으로 한 경우에는, 굽힘 교정을 행하면 표층에 균열이 발생한다. 이러한 크랭크 샤프트에 굽힘 피로 시험을 실시하면, 그 균열을 기점으로 하여 피로 파괴가 발생한다.

또한, 상술한 바와 같이, 크랭크 샤프트에도 경량화에 대한 요구가 더 커지고 있고, 크랭크 샤프트 형상의 설계에도 지금까지 이상의 자유도가 요구되고 있다. 그 때문에, 크랭크 샤프트용 강재에는, 연질화시에 종래보다 큰 밴딩이 생기기 쉬운 형상의 크랭크 샤프트에 대해서도 굽힘 교정할 수 있는 것, 즉, 높은 굽힘 교정성이 요구되고 있다.

이 때문에, 800MPa 이상이라는 굽힘 피로 강도에 더하여 충분한 굽힘 교정성을 갖는 크랭크 샤프트에 대한 요망이 매우 커지고 있다.

상기한 요망에 응하기 위해, 예를 들면, 일본국 특허공개 2002-226939호 공보(특허문헌 1)에, 질량%로, C:0.2~0.6%, Si:0.05~1.0%, Mn:0.25~1.0%, S:0.03~0.2%, Cr:0.2% 이하, s-Al:0.045% 이하, Ti:0.002~0.010%, N:0.005~0.025% 및 O:0.001~0.005%를 함유하고, 필요에 따라서 또한, Pb:0.01~0.40%, Ca:0.0005~0.0050% 및 Bi:0.005~0.40% 중 1종 또는 2종 이상을 함유하고, 또한 0.12×Ti%＜O%＜2.5×Ti% 및 0.04×N%＜O%＜0.7×N%의 조건을 만족하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 열간 단조 후의 조직이 페라이트와 펄라이트의 혼합 조직인, 「연질화용 비조질강」이 개시되어 있다.

일본국 특허공개 2007-177309호 공보(특허문헌 2)에는, 표면에 질화 처리 또는 연질화 처리가 실시된 강으로 이루어지는, 핀부 및 저널부를 갖는 크랭크 샤프트가 개시되어 있다. 상기 강은, 합금 성분으로서, C:0.07질량% 이상 0.12질량% 이하, Si:0.05질량% 이상 0.25질량% 이하, Mn:0.1질량% 이상 0.5질량% 이하, Cu:0.8질량% 이상 1.5질량% 이하, Ni:2.4질량% 이상 4.5질량% 이하, Al:0.8질량% 이상 1.5질량% 이하, Ti:0.5질량% 이상 1.5질량% 이하를 함유하고, 필요에 따라서 또한, S:0.01질량% 이상 0.10질량%, Ca:0.0010질량% 이상 0.0050질량% 중 1종 또는 2종을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어진다. 상기 크랭크 샤프트는, 질화 처리의 영향을 받고 있지 않는 중심부로부터 조각을 채취한 강 시료를 1200℃에서 1시간 용체화한 후, 900℃ 이상 300℃ 이하까지의 온도 범위를 0.3℃／초 이상 1.5℃／초 이하로 설정되는 적당한 냉각 속도로 냉각함으로써, 강 조직에 차지하는 베이나이트의 비율을 80% 이상, HV 경도를 200 이상 300 이하로 할 수 있고, 상기 질화 처리 또는 연질화 처리가 실시된 상기 핀부 및 상기 저널부의 내부 경도가 HV 경도로 350 이상 500 이하이며, 또한 표면으로부터 0.05㎜의 위치에 있어서의 HV 경도가 650 이상 950 이하이다.

본 발명자들은, 일본국 특허공개 2012-26005호 공보(특허문헌 3)에 있어서, 베이스 강재(base steel material)가, 질량%로, C:0.25~0.60%, Si:0.10~1.0%, Mn:0.60~2.0%, P:0.08% 이하, S:0.10% 이하, Al:0.05% 이하, Cr:0.20~1.0% 및 N:0.0030~0.0250%를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지고, 40-C＋2Mn＋5.5Cr≥43.0을 만족하는 비조질형 질화 크랭크 샤프트로서, 표면으로부터 깊이 0.05㎜ 위치의 HV 경도가 380~600이며, 또한, 적어도 핀 필렛부, 저널 필렛부 및 핀부의 화합물층 깊이가 5㎛ 이하인, 「비조질형 질화 크랭크 샤프트」를 제안하고 있다.

이 비조질형 질화 크랭크 샤프트는, 또한 Cu, Ni, Mo, V, Ti 및 Ca로부터 선택되는 1종 이상을 포함해도 되지만, 그 경우는,〔40-C＋2Mn＋5.5Cr＋26Mo≥43.0〕을 만족할 필요가 있다.

본 발명자들은, 또한, 일본국 특허공개 2011-42846호 공보(특허문헌 4)에 있어서, 베이스 강재가, 질량%로, C:0.25~0.40%, Si:0.10~0.35%, Mn:0.60~1.0%, P:0.08% 이하, S:0.10% 이하, Al:0.05% 이하, Cr:0.30~1.10% 및 N:0.0030~0.0250%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 조질형 연질화 부품으로서, 표면으로부터 0.05㎜ 위치의 HV 경도가 400~600이며, 또한 응력 집중부의 화합물층 깊이가 5㎛ 이하인, 「조질형 연질화 부품」을 제안하고 있다.

이 조질형 질화 부품은, 또한 Cu, Mo, V, Ni 및 Ti로부터 선택되는 1종 이상을 포함해도 된다.

일본국 특허공개 2002-226939호 공보 일본국 특허공개 2007-177309호 공보 일본국 특허공개 2012-26005호 공보 일본국 특허공개 2011-42846호 공보

특허문헌 1에 기재된 화학 조성에서는, 충분한 표층 경도를 얻을 수 없다. 이 때문에, 특허문헌 1의 실시예에 나타나 있는 바와 같이, 굽힘 피로 강도가 낮고, 800MPa에 달하지 않는다.

특허문헌 2에 기재된 화학 조성으로는, 그 실시예에 나타나 있는 바와 같이 연질화 처리 후의 표층 경도가 너무 높아진다. 이 때문에, 굽힘 교정 처리를 실시했을 때에 충분한 굽힘 교정성을 갖고 있다고는 할 수 없다.

특허문헌 3에 기재된 화학 조성에서는, 그 실시예에 나타나는 바와 같이 높은 피로 강도 및 굽힘 교정성을 얻을 수 있다. 그러나, 크랭크 샤프트도 경량 소형화가 지향되고, 보다 엄격한 피로 강도 및 굽힘 교정성이 요구되어 오고 있다.

특허문헌 4에서 개시된 조질형 연질화 부품은, 연질화 처리 후의 굽힘 교정성이 뛰어나고, 또한, 굽힘 피로 시험에 있어서 800MPa 이상의 높은 굽힘 피로 강도를 갖는다. 이 때문에, 자동차, 산업 기계 및 건설 기계 등의 부품, 예를 들면 크랭크 샤프트로서 이용할 수 있고, 경량 소형화에 대처하는 것이 가능하다. 그러나, 특허문헌 4의 발명은, 기계 가공한 후, 연질화 처리 전에, 담금질-뜨임의 조 질 처리를 행할 필요가 있다.

본 발명은, 상기의 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 뛰어난 굽힘 교정성을 갖고, 또한 굽힘 피로 시험에 있어서 800MPa 이상의 높은 굽힘 피로 강도를 갖는 비조질형 연질화 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기한 과제를 해결하기 위해서, 여러 가지의 검토를 행했다. 그 결과, 하기의 1)~7)의 사항이 밝혀졌다.

1)연질화 처리한 강재의 표층으로부터 박판 시험편을 채취하여 인장 시험을 행한 바, 화합물층을 제거한 시험편에서는 화합물층을 제거하지 않는 시험편에 비해, 인장 시험의 신장이 큰 폭으로 향상한다.

2)상기 인장 시험 후의 박판 시험편의 파면을 관찰한 결과, 화합물층을 제거하지 않은 시험편의 파면은 화합물층이 취성 파괴되어 균열의 기점으로 되어 있는반면에, 화합물층을 제거한 시험편의 경우에는 연성 파면으로 되어 있다.

3)연질화 처리한 강재의 표층의 화합물층을 제거하면, 굽힘 교정시의 파괴 형태가 화합물층을 기점으로 한 취성 파괴로부터 연성 파괴로 변화한다. 이 때문에 연질화 부품의 굽힘 교정성을 개선할 수 있다.

4)한편, 굽힘 피로 강도에 관해서는, 화합물층 제거 전후에서 거의 변화가 없다. 비조질형 연질화 부품의 경우에는, 부품 표면으로부터 0.05㎜ 위치의 경도가, HV 경도로 410 이상이며, 또한 부품 표면으로부터 1.0㎜ 위치의 경도(이하, 「내부 경도」라고 하는 경우가 있다.)가, HV 경도로 200 이상이며, 베이스재의 금속 조직(이하 「모재 조직」이라고도 한다.)이 베이나이트 조직이면, 800MPa 이상의 높은 굽힘 피로 강도를 안정적으로 얻을 수 있다.

5)비조질형 부품은, 조질형 부품과 비교하여 모재의 내구비(피로 강도/인장 강도)가 낮다. 그 때문에 비조질형 부품은, 조질형 부품과 동등한 내부 경도를 갖고 있어도, 모재의 피로 강도는 조질형 부품에 비해 낮아진다. 특히, 비조질형 연질화 부품의 내부 경도가 HV 경도로 200 미만으로 낮고, 모재 조직이 페라이트와 펄라이트의 혼합 조직(이하, 「페라이트·펄라이트 조직」이라고 한다.)이 주체인 경우에는, HV 경도로 410 이상의 높은 표층 경도를 갖고 있어도, 피로 시험시에 내부를 기점으로 한 파괴가 일어나고, 800MPa 이상이라는 높은 피로 강도를 얻는 것이 어려워지는 경우가 있다.

6)연질화 처리 후의 표층 경도를 HV 경도로 410 이상으로 해도, 연질화 부품의 표층의 화합물층을 제거하면, 실용상 충분한 굽힘 교정성을 얻을 수 있다.

7)단, 높은 굽힘 교정성이 요구되는 크랭크 샤프트의 경우에는, 연질화 부품의 표층 경도가 HV 경도로 480을 초과하면, 비록 화합물층을 제거해도 충분한 굽힘 교정성을 얻을 수 없는 경우가 있다.

본 발명은, 상기의 지견에 기초하여 완성된 것이며, 그 요지는, 하기에 나타내는 비조질형 연질화 부품에 있다.

(1)베이스 강재의 화학 조성이, 질량%로,

C:0.35~0.50%,

Si:0.10~0.35%,

Mn:2.3~2.8%,

S:0.10% 이하,

N:0.0030~0.0250%,

Cu:0~1.0%,

Mo:0~0.3%,

Ni:0~0.5%,

Ti:0~0.020%,

잔부:Fe 및 불순물이고,

하기의 식 [1]로 표시되는 Fn1이 3.10≤Fn1≤6.00이며,

불순물 중의 P, Al 및 Cr이 각각, P:0.08% 이하, Al:0.05% 이하 및 Cr:0.20% 미만이며,

응력 집중부에 있어서,

표면으로부터 0.05㎜ 위치의 HV 경도가 410~480이며,

표면으로부터 1.0㎜ 위치의 HV 경도가 200 이상이며,

화합물층 깊이가 5㎛ 이하이며, 또한

베이스재의 금속 조직이 베이나이트 조직인,

비조질형 연질화 부품.

Fn1=(0.316C＋0.122)×(0.7Si＋1)×(5.1Mn-1.12)×(0.364Ni＋1)×(2.16Cr＋1)×(3Mo＋1)···[1]

단, 식 [1] 중의 원소 기호는, 그 원소의 질량%로의 강중 함유량을 나타낸다.

(2)상기 베이스 강재의 화학 조성이, 질량%로,

Cu:0.05~1.0% 및

Mo:0.05~0.3%

로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 상기 (1)에 기재된 비조질형 연질화 부품.

(3)상기 베이스 강재의 화학 조성이, 질량%로,

Ni:0.05~0.5% 및

Ti:0.005~0.020%

로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 비조질형 연질화 부품.

「불순물」이란, 철강 재료를 공업적으로 제조할 때에, 원료로서의 광석, 스크랩, 또는 제조 환경 등으로부터 혼입하는 것을 가리킨다.

「응력 집중부」란, 굽힘에 의한 피로 파괴 및 굽힘 교정을 행했을 때에 균열이 발생하는 부위를 가리킨다. 구체적인 예를 들면, 「비조질형 연질화 부품」이 도 1에 나타내는 형상의 크랭크 샤프트인 경우, 「응력 집중부」란 「핀 필렛부」 또는 「저널 필렛부」를 가리킨다.

본 발명의 비조질형 연질화 부품은, 연질화 처리 후의 굽힘 교정성이 뛰어나고, 또한, 굽힘 피로 시험에 있어서 800MPa 이상의 높은 굽힘 피로 강도를 가지므로, 자동차, 산업 기계 및 건설 기계 등의 부품, 예를 들면, 크랭크 샤프트로서 이용할 수 있고, 이들 부품의 경량 소형화를 실현하는 것이 가능하다.

도 1은, 비조질형 연질화 부품으로서 크랭크 샤프트의 일부를 예시하고, 그 「응력 집중부」가 되는 「핀 필렛부」 및 「저널 필렛부」를 설명하는 도면이다.
도 2는, 실시예에서 이용한 홈이 있는 오노식 회전 굽힘 피로 시험편의 형상을 나타내는 도면이다. 도면에 있어서의 치수의 단위는 「㎜」이다.
도 3은, 실시예에서 이용한 4점 굽힘 시험편의 형상을 나타내는 도면이다. 도면에 있어서의 치수의 단위는 「㎜」이다.
도 4는, 실시예에서 이용한 4점 굽힘 시험편의 피검면 형상을 나타내는 도면이다.
도 5는, 실시예에서 이용한 4점 굽힘 시험편에 있어서의 비커스 경도 시험에 있어서의 경도의 측정 위치를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 6은, 실시예에서 이용한 4점 굽힘 시험편에 있어서의 화합물층 깊이의 측정 위치를 모식적으로 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 각 요건에 대해 자세하게 설명한다. 또한, 각 원소의 함유량의 「%」는 「질량%」를 의미한다.

(A)베이스 강재의 화학 조성에 대해:

C:0.35~0.50%

C는, 내부 경도를 높여, 굽힘 피로 강도를 높이는 작용을 갖는다. 원하는 굽힘 피로 강도를 얻기 위해서는, 0.35% 이상의 C를 함유할 필요가 있다. 그러나, C의 함유량이 너무 많아지면, 표층 경도가 너무 커져, 응력 집중부의 화합물층 깊이가 5㎛ 이하여도 충분한 굽힘 교정성을 얻을 수 없다. 이 때문에, C의 함유량을 0.35~0.50%로 했다. C의 함유량은, 0.38% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 또, 0.45% 이하로 하는 것이 바람직하다.

Si:0.10~0.35%

Si는, 용제(溶製)시의 탈산용으로서 필요한 원소이며, 이러한 효과를 얻기 위해서는 적어도 0.10%의 함유량으로 할 필요가 있다. 그러나, Si의 함유량이 너무 많아 지면, 응력 집중부의 화합물층 깊이가 5㎛ 이하여도 굽힘 교정성의 과도한 저하를 초래한다. 이 때문에, Si의 함유량을 0.10~0.35%로 했다. Si의 함유량은, 0.15% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 또, 0.30% 이하로 하는 것이 바람직하다.

Mn:2.3~2.8%

Mn은, Si와 마찬가지로 탈산 작용을 갖는 원소이다. Mn은, 연질화시에 표층의 고용(固溶) 질소량을 증가시켜 표층 경도를 향상시킴으로써, 굽힘 피로 강도를 높이는 작용이 있다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, 2.3% 이상의 Mn을 함유시킬 필요가 있다. 한편, Mn의 함유량이 2.8%를 초과하면, 표층 경도가 과잉으로 높아져, 응력 집중부의 화합물층 깊이가 5㎛ 이하여도 굽힘 교정성이 과도하게 저하한다. 따라서, Mn의 함유량은 2.3~2.8%로 했다. Mn의 함유량은, 2.4% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 또, 2.7% 이하로 하는 것이 바람직하다.

S:0.10% 이하

S는, 적극적으로 함유시키면, 피삭성을 향상시키는 효과를 갖는다. 그러나, S의 함유량이 0.10%를 초과하면, 굽힘 피로 강도와 굽힘 교정성의 현저한 저하를 초래한다. 따라서, S의 함유량을 0.10% 이하로 했다. S의 함유량은 0.08% 이하로 하는 것이 바람직하다. 피삭성의 향상 효과를 얻는 경우에는, S의 함유량은, 0.04% 이상으로 하는 것이 바람직하다.

N:0.0030~0.0250%

N은, 굽힘 피로 강도 및 굽힘 교정성을 향상시키는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.0030% 이상의 양의 N을 함유시킬 필요가 있다. 한편, 0.0250%를 초과하는 N을 함유시켜도 그 효과는 포화한다. 따라서, N의 함유량은 0.0030~0.0250%로 했다. N의 함유량은, 0.0080% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 또, 0.0220% 이하로 하는 것이 바람직하다.

Cu:0~1.0%

Cu는, 내부 경도를 높여, 굽힘 피로 강도를 향상시키는 원소이다. 따라서, 필요에 따라서 Cu를 함유시켜도 된다. 그러나, Cu의 함유량이 1.0%를 넘으면, 열간 가공성의 저하를 초래한다. 따라서, 함유시키는 경우의 Cu의 양을 1.0% 이하로 했다. Cu의 양은, 0.4% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.3% 이하로 하면 한층 더 바람직하다.

한편, 상기의 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, Cu의 양은, 0.05% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.1% 이상으로 하면 한층 더 바람직하다.

Mo:0~0.3%

Mo는, 페라이트를 강화하고, 내부 경도를 높여, 굽힘 피로 강도를 향상시키는 작용을 갖는다. 따라서, 필요에 따라서 Mo를 함유시켜도 된다. 그러나, 0.3%를 초과하는 양의 Mo를 함유시켜도 상기의 효과가 포화하여, 경제성이 손상될 뿐이다. 따라서, 함유시키는 경우의 Mo의 양을 0.3% 이하로 했다. Mo의 양은, 0.2% 이하로 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기의 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, Mo의 양은, 0.05% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.1% 이상으로 하면 한층 더 바람직하다.

상기의 Cu 및 Mo는, 그 중 어느 1종만, 또는 2종의 복합으로 함유시킬 수 있다. 복합하여 함유시키는 경우의 합계량은, 1.3%여도 상관없지만, 0.3% 이하로 하는 것이 바람직하다.

Ni:0~0.5%

Ni는, 인성을 높여, 굽힘 교정성을 향상시키는 원소이다. 따라서, 필요에 따라서 Ni를 함유시켜도 된다. 그러나, 0.5%를 넘는 양의 Ni를 함유시켜도 상기의 효과가 포화하여, 경제성이 손상될 뿐이다. 따라서, 함유시키는 경우의 Ni의 양을 0.5% 이하로 했다. Ni의 양은, 0.3% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.2% 이하로 하면 한층 더 바람직하다.

한편, 상기의 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, Ni의 양은, 0.05% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.08% 이상으로 하면 한층 더 바람직하다.

또한, Cu를 함유시키는 경우에는, 「Cu 체킹」이라고 불리는 열간 균열이 생기기 쉽기 때문에, 이것을 방지하기 위해서, Ni/Cu≥0.5를 만족하도록 Ni를 복합하여 함유시키는 것이 바람직하다.

Ti:0~0.020%

Ti는 질화물을 형성하고, 결정립을 미세화하여 굽힘 교정시에 크랙을 진전시키기 어렵게 함으로써 굽힘 교정성을 향상시키는 원소이다. 따라서, 필요에 따라서 Ti를 함유시켜도 된다. 그러나, Ti의 함유량이 0.020%를 초과하면, 질화물이 조대해지고, 반대로, 응력 집중부의 화합물층 깊이가 5㎛ 이하여도 굽힘 교정성이 현저하게 저하한다. 따라서, 함유시키는 경우의 Ti의 양을 0.020% 이하로 했다. Ti의 양은, 0.015% 이하로 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기의 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, Ti의 양은, 0.005% 이상으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기의 Ni 및 Ti는, 그 중 어느 1종만, 또는 2종의 복합으로 함유시킬 수 있다. 복합하여 함유시키는 경우의 합계량은, 0.520%여도 상관없지만, 0.30% 이하로 하는 것이 바람직하다.

Fn1:3.10~6.00의 범위 내

본 발명에 따른 비조질형 연질화 부품은, 식 중의 원소 기호를, 그 원소의 질량%로의 강중 함유량으로 하여,

로 표시되는 Fn1이, 3.10~6.00의 범위 내인 것이다.

Fn1은, 모재 조직에 관한 지표이다. C, Si, Mn, Ni, Cr 및 Mo는, 모두 강의 담금질성을 향상시킨다. Fn1이 3.10 이상이면, 강재의 담금질성이 충분히 높아지고, 모재 조직이 베이나이트 조직으로 됨으로써, 모재에 높은 내구비를 부여할 수 있다. 그러나, 6.00을 넘으면 모재 조직이 마텐자이트 조직으로 되고, 경도가 과도하게 높아져, 굽힘 교정성에 악영향을 미친다. 따라서, 3.10≤Fn1≤6.00으로 했다. Fn1는, 3.50 이상인 것이 바람직하고, 또, 5.00 이하인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 비조질형 연질화 부품은, 베이스 강재의 화학 조성이, 상술의 각 원소와 잔부가 Fe 및 불순물이고, 불순물 중의 P, Al 및 Cr이 각각, P:0.08% 이하, Al:0.05% 이하 및 Cr:0.20% 미만인 것이다.

P:0.08% 이하

P는, 강에 함유되는 불순물이며, 굽힘 피로 강도를 저하시켜 버린다. 특히, 그 함유량이 0.08%를 넘으면, 굽힘 피로 강도의 저하가 현저해진다. 따라서, P의 함유량을 0.08% 이하로 했다. P의 함유량은, 0.04% 이하로 하는 것이 바람직하다.

Al:0.05% 이하

Al은, 강에 함유되는 불순물이다. Al의 함유량이 많아지면, 굽힘 교정성의 저하를 초래한다. 특히, 그 함유량이 0.05%를 초과하면, 응력 집중부의 화합물층 깊이가 5㎛ 이하여도 굽힘 교정성의 저하가 현저해진다. 따라서, Al의 함유량을 0.05% 이하로 했다. Al의 함유량은, 0.03% 이하로 하는 것이 바람직하다.

Cr:0.20% 미만

Cr은, 강에 함유되는 불순물이다. Cr을 함유하면 표층 경도가 과도하게 높아져, 굽힘 교정성을 저하시키기 때문에, Cr의 함유량은 가능한 낮게 하는 것이 바람직하다. 따라서, Cr의 함유량을 0.20% 미만으로 했다. Cr의 함유량은 0.10% 이하로 하는 것이 바람직하다.

(B)경도, 화합물층 깊이 및 조직에 대해:

본 발명에 따른 비조질형 연질화 부품은, <1>응력 집중부에 있어서, 표면으로부터 0.05㎜ 위치, 즉 표층의 HV 경도가 410~480이며, 표면으로부터 1.0㎜ 위치, 즉 내부의 HV 경도가 200 이상이며, 화합물층 깊이가 5㎛ 이하이며, 또한 <2>베이스재의 금속 조직이 베이나이트 조직인 것이다.

(B-1)응력 집중부의 표층 경도에 대해서:

800MPa 이상의 높은 굽힘 피로 강도를 얻기 위해서는, 응력 집중부의 표층의 HV 경도를 410 이상으로 할 필요가 있다. 한편, 응력 집중부의 표층의 HV 경도가 480을 초과하는 경우에는, 연질화시에 종래보다 큰 밴딩이 생기기 쉬운 크랭크 샤프트 형상에 대해서는, 비록 응력 집중부의 화합물층 깊이가 5㎛ 이하여도, 실용상 충분한 굽힘 교정성을 얻을 수 없는 경우가 있다.

따라서, 본 발명에 따른 비조질형 연질화 부품은, 응력 집중부의 표면으로부터 0.05㎜ 위치의 HV 경도가 410~480인 것으로 했다. 또한, 응력 집중부의 표면으로부터 0.05㎜ 위치의 HV 경도는, 420 이상인 것이 바람직하고, 또, 470 이하인 것이 바람직하다.

(B-2)응력 집중부의 내부 경도에 대해서:

비조질형 연질화 부품의 경우, 조질형 연질화 부품과 비교하여 모재의 내구비가 낮기 때문에, 응력 집중부에 있어서, 조질형 연질화 부품과 동등한 내부 경도를 갖고 있어도, 모재의 피로 강도는 조질형 연질화 부품에 비해 낮아진다. 이 때문에, 비조질형 연질화 부품에서는, 응력 집중부에 있어서, 내부의 HV 경도가 200을 밑도는 경우에는, 비록 내부 경도가 조질형 부품과 동등하고, 또한, HV 경도로 410 이상의 높은 표층 경도를 갖고 있어도, 내부를 기점으로 한 피로 파괴가 일어나고, 800MPa 이상이라는 높은 피로 강도를 얻는 것이 어려워지는 경우가 있다.

따라서, 본 발명에 따른 비조질형 연질화 부품은, 응력 집중부의 표면으로부터 1.0㎜ 위치의 HV 경도가 200 이상인 것으로 했다. 응력 집중부의 표면으로부터 1.0㎜ 위치의 HV 경도는, 210 이상인 것이 바람직하고, 또, 피삭성의 점에서 320 이하인 것이 바람직하다.

(B-3)응력 집중부의 화합물층 깊이에 대해서:

응력 집중부에 있어서의 화합물층을 얇게 함으로써, 굽힘 피로 강도를 저하시키지 않고, 굽힘 교정성을 개선할 수 있다. 깊이 5㎛를 초과하는 화합물층이 남아 있으면 굽힘 교정성의 큰 개선을 기대할 수 없다.

따라서, 본 발명에 따른 비조질형 연질화 부품은, 응력 집중부의 화합물층 깊이가 5㎛ 이하인 것으로 했다. 또한, 응력 집중부의 화합물층 깊이는, 3㎛ 이하인 것이 바람직하고, 화합물층이 전혀 없는 것, 즉, 화합물층 깊이가 0㎛인 것이 가장 바람직하다.

(B-4)베이스재의 금속 조직에 대해서:

상술한 바와 같이, 베이스 강재가, 상기 (A)항에서 서술한 화학 조성인 본 발명에 따른 비조질형 연질화 부품은, 베이스재의 금속 조직(모재 조직)이 베이나이트 조직이다. 본 발명에 있어서 베이나이트 조직이란, 베이스재의 금속 조직의 80% 이상이 베이나이트 조직인 것을 말한다.

상술한 바와 같이 비조질형 연질화 부품은 조질형 연질화 부품과 비교하여 모재의 내구비가 낮기 때문에, 응력 집중부에 있어서 조질형 연질화 부품과 동등한 내부 경도를 갖고 있어도, 모재의 피로 강도는 조질형 연질화 부품에 비해 낮아진다. 그러나, 비조질형 연질화 부품의 모재 조직이 베이나이트 조직인 경우는, 페라이트·펄라이트 조직인 경우에 비해, 모재의 내구비가 높아진다. 따라서, 베이나이트 비조질 강은, 응력 집중부에 있어서 같은 내부 경도를 갖는 페라이트·펄라이트 비조질 강에 비해, 높은 피로 강도를 얻을 수 있다.

또한, 상기 (B-1)~(B-4)를 만족하는 부품은, 예를 들면, 본 발명에서 규정되는 화학 조성을 만족하는 강재를 1000℃ 이상의 온도로 열간 단조하고, 축의 직경이 8~80㎜인 열간 단조품으로 한 후에 방랭하고, 기계 가공을 행한 후, RX 가스와 암모니아 가스를 1:1로 혼합한 온도가 600℃인 분위기 중에서 2시간 유지하여 연질화 처리하고, 90℃의 기름 중에 냉각하고, 그 후, 응력 집중부를 랩핑 등의 기계 가공에 의해 연마함으로써 얻을 수 있다.

또한, 상기의 「RX 가스」는 변성 가스의 1종이고, 가스의 상표명이다.

보다 구체적으로, 비조질형 연질화 부품의 일례로서 「크랭크 샤프트」를 들면, 예를 들어, 본 발명에서 규정되는 화학 조성 조건을 만족하는 소재를 열간 단조하여 제작된 크랭크 샤프트에 기계 가공을 실시한 후, RX 가스와 암모니아 가스를 1:1로 혼합한 온도가 600℃인 분위기 중에서 2시간 유지하여 연질화 처리하고, 90℃의 기름 중에 냉각하고, 그 후, 핀 필렛부 및 저널 필렛부를 랩핑 등의 기계 가공에 의해 연마함으로써 얻을 수 있다.

이하, 실시예에 의해 본 발명을 더 자세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

표 1에 나타내는 화학 조성을 갖는 강 A~N을 70톤 전로에서 용제하고, 연속 주조를 행하고, 또한 단면의 치수가 180㎜×180㎜인 강편으로 분괴 압연했다.

이어서, 각 강편을 가열 온도 1200℃, 마무리 온도 1000~1050℃의 조건으로 열간 단조하여 직경 90㎜의 봉강으로 가공했다. 열간 단조 후의 봉강은 대기 중에서 방랭하여 실온까지 냉각했다.

표 1 중의 강 A~H는, 화학 조성이 본 발명에서 규정되는 범위 내인 강이며, 강 I~N은, 화학 조성이 본 발명에서 규정되는 범위 외인 강이다.

이와 같이 하여 얻은 직경 90㎜의 봉강을, 1200℃로 가열하고, 1000~1050℃의 마무리 온도로 열간 단조하여, 직경 50㎜의 봉강을 제작했다. 마무리 후의 봉강은 모두 대기 중에서 방랭하여 실온까지 냉각했다.

강 A~N에 대해 열간 단조한 채의 직경 50㎜의 봉강의 D/4 부위(「D」는 봉강의 직경을 나타낸다.)로부터, 단련축에 평행하게 도 2에 나타내는 형상의 홈이 있는 오노식 회전 굽힘 피로 시험편 및 도 3에 나타내는 형상의 4점 굽힘 시험편을 잘라냈다.

도 2의 시험편에 있어서는 R3의 홈 바닥이 응력 집중부가 된다. 마찬가지로, 도 3의 시험편에 있어서는 R3의 노치 바닥이 응력 집중부가 된다.

상기와 같이 하여 얻은 홈이 있는 오노식 회전 굽힘 피로 시험편 및 4점 굽힘 시험편을 RX 가스와 암모니아 가스를 1:1로 혼합한 온도가 600℃인 분위기 중에서 2시간 유지하여 연질화 처리하고, 그 후 90℃의 기름 중에 냉각했다.

시험 번호 1~14에 대해서는, 상기의 연질화 처리 후, 또한, 홈이 있는 오노식 회전 굽힘 피로 시험편의 홈 바닥 및 4점 굽힘 시험편의 노치 바닥에 대해서, 목표 연마 깊이를 0.03㎜로 하여, 하기의 조건으로 전해 연마했다.

·전해액:과염소산(HClO₄):아세트산(CH₃COOH)=1:9,

·전류치:0.14A,

·연마 면적:오노식 회전 굽힘 피로 시험편의 경우:160㎟,

4점 굽힘 시험편의 경우:96㎟,

·연마 시간:오노식 회전 굽힘 피로 시험편의 경우:970초,

4점 굽힘 시험편의 경우:590초.

시험 번호 15 및 16에 대해서는, 상기의 연질화 처리 후, 또한, 홈이 있는 오노식 회전 굽힘 피로 시험편의 홈 바닥 및 4점 굽힘 시험편의 노치 바닥에 대해서, 목표 연마 깊이를 0.015㎜로 하여, 하기의 조건으로 전해 연마했다.

·전해액:과염소산(HClO₄):아세트산(CH₃COOH)=1:9,

·전류치:0.14A,

·연마 면적:오노식 회전 굽힘 피로 시험편의 경우:160㎟,

4점 굽힘 시험편의 경우:96㎟,

·연마 시간:오노식 회전 굽힘 피로 시험편의 경우:490초,

4점 굽힘 시험편의 경우:300초.

상기와 같이 하여 얻은 연질화 처리인 채의 시험편(시험 번호 17) 및 연질화 처리 후 또한 전해 연마한 시험편(시험 번호 1~16)을 이용하여, 오노식 회전 굽힘 피로 시험에 의한 굽힘 피로 강도의 조사 및 4점 굽힘 시험에 의한 굽힘 교정성의 조사를 행했다.

또, 연질화 처리인 채(시험 번호 17) 혹은 연질화 처리 후 또한 전해 연마한 오노식 회전 굽힘 피로 시험편 및 4점 굽힘 시험편(시험 번호 1~16)을 이용하여, 응력 집중부인 홈 바닥과 노치 바닥에 있어서의, 표층 경도(즉, 시험편의 표면으로부터 0.05㎜ 위치의 경도), 내부 경도(즉, 시험편의 표면으로부터 1.0㎜ 위치의 경도) 및 화합물층 깊이를 조사했다. 또한, 모재 조직도 조사했다.

이하, 상기 각 조사의 내용에 대해 설명한다.

<1>굽힘 피로 강도의 조사:

오노식 회전 굽힘 피로 시험을, 실온, 대기중, 회전수 3000rpm의 양진동 조건으로 행하고, 굽힘 피로 강도(이하, 「σw」라고 한다.)를 조사했다.

σw의 목표는, 800MPa 이상인 것으로 했다.

<2>굽힘 교정성의 조사:

4점 굽힘 시험편의 노치 바닥에 2㎜의 왜곡 게이지를 접착하고, 게이지가 단선될 때까지 굽힘 교정 왜곡을 부여했다. 게이지가 단선된 시점에서의 게이지의 판독을 굽힘 교정성으로서 평가했다.

굽힘 교정성의 목표는, 게이지의 판독이 22000μ(굽힘 교정 왜곡 2.2%에 상당) 이상인 것으로 했다.

<3>응력 집중부의 표층 경도 및 내부 경도:

오노식 회전 굽힘 피로 시험편에 대해서는, 시험편의 중심부를 통해 시험편의 길이 방향으로 평행한 단면이 나타나도록 절단했다. 또, 4점 굽힘 시험편에 대해서는, 시험편의 길이 방향으로 평행하고 또한 홈의 방향으로 수직인 단면이 나타나도록 절단했다. 그리고, 각각의 절단면이 피검면이 되도록, 오노식 회전 굽힘 피로 시험편의 R3의 홈 근방 및 4점 굽힘 시험편의 R3의 노치 근방을 수지에 묻은 후, 상기의 면이 경면 마무리가 되도록 연마하고, 비커스 경도계를 사용하여 응력 집중부의 표면 경도(이하, 간단히 「표면 경도」라고 한다.) 및 응력 집중부의 내부 경도(이하, 간단히 「내부 경도」라고 한다.)를 조사했다. 4점 굽힘 시험편의 피검면을 도 4에 나타낸다. 오노식 회전 굽힘 피로 시험편의 피검면에 대해서도 마찬가지이다(도시는 생략).

경도는, JIS Z 2244:2009에 기재된 「비커스 경도 시험-시험 방법」에 준거하여, R3의 홈 바닥 및 R3의 노치 바닥으로부터 0.05㎜의 위치 및 1.0㎜의 위치에 있어서의 각각 임의의 6점에서의 HV 경도를, 시험력을 2.94N으로 하여 비커스 경도계로 측정하고, 그 값을 산술 평균하여 표층 경도 및 내부 경도를 평가했다. 도 5에, 4점 굽힘 시험편에 있어서의 경도의 측정 위치를 모식적으로 나타낸다. 오노식 회전 굽힘 피로 시험편의 피검면에 대해서도 마찬가지이다(도시는 생략).

<4>응력 집중부의 화합물층 깊이:

상기 <3>에서 이용한 수지에 묻은 시험편을 사용하여, 응력 집중부의 화합물층 깊이(이하, 간단히 「화합물층 깊이」라고 한다.)의 조사를 행했다.

구체적으로는, 상기의 수지에 묻은 시험편을 재차 연마하고, 나이탈로 부식시키고, 400배의 배율로 광학 현미경에 의해 R3의 홈 바닥 및 R3의 노치 바닥을 각각 임의로 5시야 관찰하여, 하얗게 관찰되는 부분을 「화합물층」이라고 하고, 그들의 깊이를 측정하고, 산술 평균하여 화합물층 깊이로 했다. 도 6에, 4점 굽힘 시험편에 있어서의 화합물층 깊이의 측정 위치를 모식적으로 나타낸다. 오노식 회전 굽힘 피로 시험편의 피검면에 대해서도 마찬가지이다(도시는 생략).

<5>모재 조직:

상기 <3>에서 이용한 수지에 묻은 시험편을 사용하여, 모재 조직의 조사를 행했다.

구체적으로는, 상기에서 나이탈 부식된 시험편을 이용하여, 400배의 배율로 광학 현미경에 의해 모재 조직을 관찰했다.

표 2에, 상기의 각 조사 결과를 정리하여 나타낸다. 표 2에 있어서, 「베이나이트」라고 기재한 것은 베이나이트 조직이 80% 이상을 차지하고, 「페라이트·펄라이트」라고 기재한 것은 페라이트·펄라이트 조직이 80% 이상을 차지하고, 「마텐자이트」라고 기재한 것은 마텐자이트 조직이 80% 이상을 차지하고 있었다.

표 2에 나타내는 바와 같이, 베이스 강재의 화학 조성, 표층 경도, 내부 경도 및 화합물층 깊이, 및 모재 조직이 본 발명에서 규정하는 조건을 만족하는 시험 번호 1~8의 경우, σw 및 굽힘 교정성의 목표를 만족하고 있고, 굽힘 피로 특성 및 굽힘 교정성이 뛰어난 것이 분명하다.

한편, 시험 번호 9~14의 경우는, 강 I~N의 화학 조성이 본 발명에서 규정하는 조건으로부터 벗어나 있으므로, 굽힘 피로 특성 혹은 굽힘 교정성이 떨어져 있다.

즉, 시험 번호 9의 경우는, 베이스 강재인 강 I의 C 함유량이 본 발명에서 규정하는 범위를 밑돌고 있다. 이 때문에, 오노식 회전 굽힘 피로 시험편의 내부 경도가 HV 경도로 195로 낮고, σw가 800MPa 이상이라는 목표에 달하지 않고, 굽힘 피로 특성이 떨어져 있다.

시험 번호 10의 경우는, 베이스 강재인 강 J의 Mn 함유량이 본 발명에서 규정하는 범위를 밑돌고 있다. 이 때문에, 오노식 회전 굽힘 피로 시험편의 표층 경도가 HV 경도로 405로 낮고, σw가 800MPa 이상이라는 목표에 달하지 않고, 굽힘 피로 특성이 떨어져 있다.

시험 번호 11의 경우는, 베이스 강재인 강 K의 Mn 함유량이 본 발명에서 규정하는 범위를 웃돌고 있다. 이 때문에, 화합물층 깊이는 3㎛로 작음에도 불구하고, 4점 굽힘 시험편의 표층 경도가 HV 경도로 512로 높고, 굽힘 교정성이 게이지의 판독으로 22000μ 이상이라는 목표에 달하지 않고, 굽힘 교정성이 떨어져 있다.

시험 번호 12의 경우는, 베이스 강재인 강 L의 Cr 함유량이 본 발명에서 규정하는 범위를 웃돌고 있다. 이 때문에, 화합물층 깊이는 2㎛로 작음에도 불구하고, 4점 굽힘 시험편의 표층 경도가 HV 경도로 505로 높고, 굽힘 교정성이 게이지의 판독으로 22000μ 이상이라는 목표에 달하지 않고, 굽힘 교정성이 떨어져 있다.

시험 번호 13의 경우는, 베이스 강재인 강 M의 Fn1이 본 발명에서 규정하는 범위를 밑돌고 있다. 이 때문에, 모재 조직이 페라이트·펄라이트 조직이 되고, 오노식 회전 굽힘 피로 시험편의 표층 경도가 HV 경도로 412로 높고, 내부 경도가 HV 경도로 210을 갖고 있음에도 불구하고, σw가 800MPa 이상이라는 목표에 달하지 않고, 굽힘 피로 특성이 떨어져 있다.

시험 번호 14의 경우는, 베이스 강재인 강 N의 Fn1이 본 발명에서 규정하는 범위를 웃돌고 있다. 이 때문에, 모재 조직이 마텐자이트 조직으로 되고, 화합물층 깊이는 1㎛로 작음에도 불구하고, 4점 굽힘 시험편의 표층 경도가 HV 경도로 542로 높고, 굽힘 교정성이 게이지의 판독으로 22000μ 이상이라는 목표에 달하지 않고, 굽힘 교정성이 떨어져 있다.

시험 번호 15~17의 경우는, 4점 굽힘 시험편의 화합물층 깊이가 본 발명에서 규정하는 조건으로부터 벗어나 있으므로, 굽힘 교정성이 떨어져 있다.

시험 번호 15의 경우는, 베이스 강재인 강 A의 화학 조성은 본 발명에서 규정하는 범위 내이지만, 4점 굽힘 시험편의 화합물층 깊이가 12㎛로 크고, 굽힘 교정성이 게이지의 판독으로 22000μ 이상이라는 목표에 달하지 않고, 굽힘 교정성이 떨어져 있다.

시험 번호 16의 경우는, 베이스 강재인 강 B의 화학 조성은 본 발명에서 규정하는 범위 내이지만, 4점 굽힘 시험편의 화합물층 깊이가 9㎛로 크고, 굽힘 교정성이 게이지의 판독으로 22000μ 이상이라는 목표에 달하지 않고, 굽힘 교정성이 떨어져 있다.

시험 번호 17의 경우는, 베이스 강재인 강 C의 화학 조성은 본 발명에서 규정하는 범위 내이지만, 4점 굽힘 시험편의 화합물층 깊이가 20㎛로 크고, 굽힘 교정성이 게이지의 판독으로 22000μ 이상이라는 목표에 달하지 않고, 굽힘 교정성이 떨어져 있다.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명의 비조질형 연질화 부품은, 연질화 처리 후의 굽힘 교정성이 뛰어나고, 또한, 굽힘 피로 시험에 있어서 800MPa 이상의 높은 굽힘 피로 강도를 가지므로, 자동차, 산업 기계 및 건설 기계 등의 부품, 예를 들면, 크랭크 샤프트로서 이용할 수 있고, 경량 소형화에 대처하는 것이 가능하다.

Claims

베이스 강재(base steel material)의 화학 조성이, 질량%로,
C:0.35~0.50%,
Si:0.10~0.35%,
Mn:2.3~2.8%,
S:0.10% 이하,
N:0.0030~0.0250%,
Cu:0~1.0%,
Mo:0~0.3%,
Ni:0~0.5%,
Ti:0~0.020%,
잔부:Fe 및 불순물이고,
하기의 식 [1]로 표시되는 Fn1이 3.10≤Fn1≤6.00이며,
불순물 중의 P, Al 및 Cr이 각각, P:0.08% 이하, Al:0.05% 이하 및 Cr:0.20% 미만이며,
응력 집중부에 있어서,
표면으로부터 0.05㎜ 위치의 HV 경도가 410~480이며,
표면으로부터 1.0㎜ 위치의 HV 경도가 200 이상이며,
화합물층 깊이가 5㎛ 이하이며, 또한
베이스재의 금속 조직이 베이나이트 조직인,
비조질형 연질화 부품.
Fn1=(0.316C＋0.122)×(0.7Si＋1)×(5.1Mn-1.12)×(0.364Ni＋1)×(2.16Cr＋1)×(3Mo＋1)···[1]
단, 식 [1] 중의 원소 기호는, 그 원소의 질량%로의 강중 함유량을 나타낸다.
청구항 1에 있어서,
상기 베이스 강재의 화학 조성이, 질량%로,
Cu:0.05~1.0% 및
Mo:0.05~0.3%
로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 비조질형 연질화 부품.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 베이스 강재의 화학 조성이, 질량%로,
Ni:0.05~0.5% 및
Ti:0.005~0.020%
로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 비조질형 연질화 부품.